TFG_Junio22_Luengo_Escacena_Miguel

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LA COMPRESIÓN PERPENDICULAR EN
ZAPATAS DE MUROS ENTRAMADOS
DE MADERA
Autor
MIGUEL LUENGO ESCACENA
Tutor
JOSÉ RAMÓN AIRA ZUNZUNEGUI
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA SUPERIOR DE ARQUITECTURA
ÍNDICE
0. Resumen
1. Estructura y propiedades de la madera
1.1. Estructura de la madera
1.1.1. Estructura macroscópica
1.1.2. Estructura microscópica
1.2. Propiedades físicas
1.2.1. Anisotropía
1.2.2. Higroscopicidad
1.2.3. Densidad
1.3. Propiedades mecánicas
2. Patología de estructuras de madera
2.1 Lesiones de origen biótico
2.1.1. Mohos
2.1.2. Hongos
2.1.3. Insectos de ciclo larvario
2.1.4. Insectos sociales
2.1.5. Otros insectos
2.1.6. Xilófagos marinos
2.2. Lesiones de origen abiótico
2.2.1. Lluvia
2.2.2. Sol
2.2.3. Fuego
2.2.4. Productos químicos
2.3. Lesiones de origen estructural
2.3.1. Sección insuficiente
2.3.2. Deformación excesiva
2.3.3. Uniones
2.3.4. Arriostramiento
2.3.5. Defectos locales
3. Estado de la cuestión
3.1. Esfuerzo de compresión perpendicular a la fibra en madera
3.2. Efecto en zapatas de entramados verticales
3.3. Marco normativo
4. Casos reales observados
4.1. Caso 1
4.2. Caso 2
4.3. Caso 3
5. Análisis experimental
5.1. Propuesta de soluciones de refuerzo
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5.2. Ensayos mecánicos destructivos
5.2.1. Ensayo de compresión paralela a fibra
5.2.2. Ensayos de compresión perpendicular a la fibra
5.3. Resultados de los ensayos
5.3.1. Ensayo de compresión paralela a fibra
5.3.2. Ensayos de compresión perpendicular a la fibra
6. Conclusiones generales
7. Referencias y bibliografía
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0. Resumen
En los edificios antiguos donde la estructura principal está compuesta por un
entramado de madera, encontramos un encuentro entre los pies derechos y las
zapatas que conectan con los durmientes.
Enrique Nuere, tras muchas obras de rehabilitación en edificios de este tipo de
estructuras, encontró una patología estructural que aunque no fuera crítica para la
seguridad del edificio, si suponía un problema para el confort del usuario y para su
correcto uso en el edificio. Las zapatas que se encontraban en fachada se
encontraban aplastadas en cierta medida (1-4 cm), lo que supone un problema para
nivelar los forjados. A través de estos sucesos, nos propuso desarrollar este ensayo
para poder estudiar y aplicar nuevos detalles de intervención en las obras para
solucionar o impedir que vaya a mayor daño esta patología.
De esta manera este trabajo se entiende como un estudio de la madera a través de
investigar y estudiar sus propiedades, tanto mecánicas como físicas, su patología,
como el código técnico contempla su uso, etc. Y es después de todo ello que
proponemos un ensayo destructivo de la madera para poder comprobar y demostrar
que podemos solucionar en mayor o menor medida este problema encontrado en
obra y de esta manera aplicarlo de manera eficiente.
Los ensayos se llevarán a cabo en los laboratorios de la ETSAM y consistirá en
contener la deformación de la madera debido a la compresión perpendicular de la
fibra a través de placas metálicas, varillas y tuercas en diferentes posiciones y ver
cual es la más favorable.
Palabras clave:
Madera
Compresión perpendicular
Ensayos
Propiedades mecánicas
Propiedades físicas
Patología
Deformación
Detalle
Rehabilitación
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1. Estructura y propiedades de la madera
1.1. Estructura de la madera
La estructura de la madera está compuesta por células tubulares que están
unidas por la lignina, un polímero. La naturaleza de las fibras leñosas de la
madera viene determinada por la dirección en la que se disponen estas
células. Estas generalmente son alargadas y se extienden a lo largo del tronco
y de sus ramificaciones.
1.1.1. Estructura macroscópica
Es la estructura que podemos diferenciar a simple vista. Al realizar un corte
transversal al tronco de un árbol, podemos distinguir diferentes partes:
● Corteza: es la parte más externa, es la que podemos ver sin realizar
ningún corte en el árbol. Se compone de materia muerta.
● Líber o Floema: es una capa interna de la corteza, más o menos
delgada. Su función es la de transmitir la savia a través del árbol.
Cuando mueren las células de esta capa, estas conforman la corteza
● Cambium: es una capa situada a continuación del Líber, está
compuesta de células reproductoras. Hacia dentro produce células de
la madera y hacia fuera las del Líber.
● Xilema: es la capa más interna, más gruesa que las anteriores. Está
formada por células estructurales, con propiedades físicas y
mecánicas; y por células de conducción de savia bruta, sin elaborar. En
ella podemos distinguir:
- Anillos de crecimiento: A través de estos podemos conocer la
edad del árbol. Estos anillos corresponden a cada capa de
xilema formada.
- Albura: es la madera joven, es la recién formada. Contribuye a
la conducción del agua. Se suele destinar para realizar trabajos
de escasa resistencia mecánica.
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- Duramen: Es la albura muerta mineralizada en el centro del
tronco. Es considerada como la parte con más dureza del árbol.
Presenta un color más oscuro que la albura.
- Médula: Es la zona central del tronco. Tiene una resistencia
escasa. Generalmente no se utiliza en la obtención de madera
estructural.
Fig. 1. Estructura macroscópica de la madera
1.1.2. Estructura microscópica
Es la estructura que podemos observar a través de un microscopio óptico de
reflexión. Podemos observar que la madera se compone de mayormente de
células alargadas en la dirección del eje del propio árbol. Hay muy pocas
células cuya orientación es perpendicular a la dirección del árbol.
Podemos distinguir tres familias de células dependiendo de su función.
● Conducción de savia: la función de estas células es la de trasladar la
savia bruta, compuesta por sales minerales y agua, por todo el árbol
en sentido ascendente y posteriormente trasladan la savia elaborada
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en sentido descendente a las células parenquimáticas. Forman vasos
paralelos al tronco.
● Soporte físico: su función es estructural. Son las que determinan las
propiedades mecánicas y físicas de la madera, características de cada
especie. Son de tamaño pequeño y alargadas que orientan el sentido
del árbol.
● Almacenamiento de nutrientes: son de tamaño muy pequeño y de
forma cúbica. Son las denominadas células parenquimáticas. Están
situadas formando los radios medulares, perpendiculares al tronco.
Fig. 2. y Fig. 3. Estructura microscópica de la madera
1.2. Propiedades físicas
1.2.1. Anisotropía
La madera es un material anisotrópico, lo que significa que presenta un
comportamiento desigual en cuanto a propiedades físicas o mecánicas
dependiendo de la dirección que se considere.
Para analizar las propiedades mecánicas de la madera, el material de
alineación se considera como ortótropo, estableciéndose tres direcciones
principales y ortogonalidad entre ellas:
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- Axial o longitudinal: Paralelo al eje de crecimiento del leño. Es la
dirección de la fibra
- Radial: Perpendicular a la dirección axial e intersecta el eje del árbol,
por tanto, es perpendicular a los anillos de crecimiento.
- Tangencial: normal para las direcciones axial y radial, es decir,
tangente a los anillos de crecimiento.
Fig. 4. Anisotropía de la madera.
Las direcciones descritas dan lugar a tres planos distintos y perpendiculares
entre sí:
- Sección transversal: Es el plano perpendicular al eje del tronco,
perpendicular al eje del mismo.
- Sección radial: Es el plano que incluye el eje del tronco y un radio del
mismo, se define por una recta en la dirección axial.
- Sección tangencial: Es el plano tangente al tronco o a los anillos de
crecimiento, este se define por una recta en la dirección axial.
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1.2.2. Higroscopicidad
La madera es un material higroscópico y tiende a absorber o perder
humedad dependiendo de las condiciones ambientales (humedad relativa y
temperatura).
La madera se compone de distintos grupos o conjuntos celulares, desde
vasos, traqueidas, fibras, etc.
Podemos distinguir tres diferentes tipos de agua contenidos en la madera:
- Agua de constitución o absorción:Es aquella que forma parte de la
composición química de las paredes celulares de la madera. Puede
suponer un 6% del peso respecto de la madera seca.
- Agua de impregnación o capilar: No forma parte de su composición
química. Es aquella que impregna las paredes celulares por
capilaridad. Su humedad relativa se encuentra en 0% y 30%. Su peso
puede llegar a suponer un 15% del peso de la madera seca.
- Agua libre: Es la que se encuentra en lumen o interior seco de las
células vegetales de la madera. La capacidad para tomar agua de la
atmósfera es muy pequeña.
Fig. 5. Higroscopicidad
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Se define como humedad de equilibrio higroscópico (HEH) como el contenido
de humedad que alcanza la madera a una temperatura y humedad del aire
determinadas. En ese momento la madera alcanza el equilibrio y deja de
intercambiar vapor de agua con el ambiente que le rodea. Si las condiciones
exteriores varían se continúa de nuevo el intercambio hasta llegar a un nuevo
equilibrio.
Entonces, por ejemplo, la madera se coloca en una habitación con una
temperatura de 20 ° C y la humedad relativa es del 40% y la humedad de
equilibrio es del 8%. Por eso será necesario secar a esta humedad para que
sufra alteraciones mínimas. La madera debe tener un contenido de humedad
que corresponda al contenido de humedad del equilibrio higroscópico de las
condiciones de servicio. Por lo tanto, se reduce los movimientos que pueden
ser causados por cambios de nivel de la humedad.
La variación del contenido de humedad produce en la madera una variación
de sus dimensiones. Cuando aumenta dicho contenido se hincha, mientras
que cuando disminuye se contrae o merma. Estos movimientos sólo tienen
lugar cuando su contenido de humedad se encuentra por debajo del punto de
saturación de las fibras (aproximadamente cuando tienen una humedad del
30%), a partir del 30% sólo se produce un aumento de peso y su volumen
permanece prácticamente constante.
Debido a su anisotropía, las variaciones dimensionales no serán las mismas
en las direcciones axial, radial y tangencial. Estas contracciones o mermas
modifican también como es natural su volumen. Para evaluarlas se han
definido los coeficientes de contracción: contracción volumétrica total,
contracción tangencial y contracción radial.
La diferencia entre la contracción radial y la tangencial es la causa por la que
se deforman las maderas durante el proceso de secado; por esa razón, en
ebanistería se emplean maderas cuyas contracciones radiales y tangenciales
son muy parecidas, siendo más apreciada la madera cuanto menor es la
diferencia entre ambas. Según sus coeficientes la madera se clasifica como:
muy nerviosa, nerviosa, moderadamente nerviosa y poco nerviosa.
1.2.3. Densidad
La densidad de la madera se define como la relación entre su masa y su
volumen, y es necesario referirse a un determinado contenido de humedad,
generalmente el 12 %. La densidad de las maderas es muy variable, de forma
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particular las coníferas más utilizadas en la construcción tienen una densidad
comprendida entre 400 y 550 kg/m3 y las frondosas entre 600 y 700 kg/m3 .
Según su densidad se pueden clasificar en: muy ligera, ligera, semipesada,
pesada, muy pesada.
1.2.4. Polaridad
La madera posee un carácter polar, es decir, presenta una afinidad con las
sustancias o productos polares. Entre los ejemplos más comunes de
sustancias polares encontramos: el agua, los barnices, algunos pegamentos,
etc.
1.3. Propiedades mecánicas
Debido a la anisotropía de su estructura, a la hora de definir sus propiedades
mecánicas se consideran la dirección perpendicular y la dirección paralela a
la fibra. En este hecho radica la principal diferencia de comportamiento
frente a otros materiales utilizados estructuralmente, como el acero y el
hormigón. Las resistencias y módulos de elasticidad en la dirección paralela a
la fibra son mucho más elevados que en la dirección perpendicular.
Resistencias de la madera aserrada según el CTE DB SE-M:
● Flexión: 14 - 70 N/mm2; es una resistencia elevada comparada con
su peso.
● Tracción paralela a la fibra: 8 - 42 N/mm2; es una resistencia
elevada.
● Compresión paralela a la fibra: 16 - 34 N/mm2; es una resistencia
media.
● Cortante: 3 - 5 N/mm2; Es una resistencia media
● Compresión perpendicular a la fibra: 2 - 13,5 N/mm2, es una
resistencia baja (con valores 1/9 de la paralela).
● Tracción perpendicular a la fibra: 0,4 - 0,6 N/mm2, es una
resistencia muy baja (con valores 1/30 de la paralela).
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● Torsión: tiene valores medios (en el CTE DB SE-M en E.1 y en el E.2
no hay datos del sobre la resistencia a torsión).
Fig. 6. Propiedades mecánicas de la madera
La madera se puede entender como material elástico, ya que una vez
finalizada la carga finaliza también la deformación producida por la misma.
Mientras se aplican cargas inferiores al límite elástico, la madera se irá
deformando. esta deformación cesará cuando las cargas dejen de actuar
sobre la madera. Si la carga se mantiene mucho tiempo, la deformación inicial
se irá incrementando hasta alcanzar valores superiores al doble del inicial.
La deformación producida en el estado elástico es muy superior en
comparación a cualquier otro material. Por lo tanto, la madera es un material
muy deformable.
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El diseño de de la sección y su dimensionamiento se deberá calcular en base
a su deformación, ya que es más crítico que su resistencia. Esta resistencia es
de muy alto valor en la dirección longitudinal de las fibras, y muy superior a
la resistencia en el sentido transversal, que tiene valores más pequeños.
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2. Patología de estructuras de madera
En la intervención de un edificio el primer paso que se debe dar es la
inspección del mismo con el fin de poder conocer su estado y definir el tipo
de actuación más apropiado. El conocimiento previo de la patología en las
estructuras en madera es esencial para un correcto diagnóstico.
Se pueden encontrar tres tipos de daños principalmente en una estructura de
madera según su origen: los daños de origen biótico, relacionados con los
organismos xilófagos; los daños de origen abiótico, como la exposición a la
intemperie o el fuego; y los daños de origen estructural.
2.1. Lesiones de origen biótico
Se pueden clasificar en los siguientes grandes grupos de organismos
xilófagos:
● Mohos
● Hongos xilófagos
● Insectos de ciclo larvario
● Insectos sociales
● Otros insectos
● Xilófagos marinos
Cada agente xilófago presenta unas características generales de su modo de
actuación y las especies más relevantes.
2.1.1. Mohos
Son un tipo de hongo que aparecen con humedades elevadas. Solamente se
desarrollan en su superficie y no en el interior; producen proliferaciones
algodonosas de micelio de diversas tonalidades. No afectan a las propiedades
mecánicas de la madera. Aumentan la permeabilidad de la pieza. Los mohos
crean condiciones para el desarrollo de los hongos de pudrición, debido a que
les otorgan humedad. Se desarrollan en los depósitos de madera aserrada,
cuando el material no se apila correctamente y se impide de esta forma un
secado rápido. Pueden ser eliminados fácilmente por medios mecánicos.
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2.1.2. Hongos
Los hongos son vegetales de organización celular muy primitiva que viven de
forma saprófita, alimentándose de elementos muertos, o en forma parásita,
alimentándose de sustancias de otros animales o vegetales con quien vive
unido. Su presencia se puede detectar por la aparición de colores anormales
en la madera, su manifestación sobre la superficie de la madera (en forma de
micelio o de cuerpos de fructificación), la degradación del material o de la
presencia de insectos xilofagos que suelen acompañarlos.
El requisito más relevante en relación a su comportamiento es su
dependencia de la humedad. El contenido mínimo de humedad en la madera,
que permite su desarrollo, es del 18 al 20 %. Toda madera con contenidos
superiores a este valor está expuesta al ataque de los hongos; y al contrario,
si el contenido de humedad es inferior a dicho umbral el ataque no puededesarrollarse. El contenido óptimo de humedad está entre el 35 y el 50 %.
● Hongos cromógenos: Son todos los hongos capaces de producir cambios de
coloración en los tejidos de la madera, los cuales se alimentan de los azúcares
que se encuentran en el tejido parenquimático, los desechos metabólicos que
se dan en el momento del ataque son coloreados y producen esa
pigmentación azulada-negruzca característica. El crecimiento de estos
hongos en la madera es muy rápido, de hasta 1 cm en el espesor en 24 horas.
El ataque se da en el periodo entre la corta y el almacenamiento de las trozas;
bajo condiciones óptimas para el hongo de temperatura (24 y 35 °C) y
humedad (> 30%). Las maderas de colores claros tienden a mancharse más
fácilmente que las maderas oscuras, lo mismo que las maderas menos densas.
En algunos casos, los hongos causantes del manchado se asocian con insectos
capaces de transportar las esporas a diferentes sitios, propagando la
infección (escarabajos de ambrosía), también son transportadas por el aire y
la lluvia, causando infecciones en patios de secado. La mancha azul no causa
efecto considerable en esfuerzos mecánicos, pero sí es muy intenso, reduce la
resistencia al impacto, disminuye la velocidad de secado y aumenta la
susceptibilidad a la pudrición.
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Fig. 7. Hongos cromógenos
● Hongos xilófagos: El hongo se introduce en la madera mediante las hifas
(células muy finas solo visibles con el microscopio) para recoger el alimento.
El conjunto formado por las hifas durante su crecimiento se denomina
micelio, que en determinadas circunstancias se transforma en los cuerpos de
fructificación (parte normalmente visible del del hongo). Éste, desprende las
esporas para su reproducción que pueden trasladarse a otras zonas mediante
el viento o los animales. En la práctica hay esporas presentes en cualquier
ambiente por lo que en condiciones adecuadas su desarrollo es muy fácil.
Estos hongos producen daños en la madera, segregan sustancias que son
capaces de ablandar la celulosa y la lignina y les permite alimentarse de ellas
provocando la descomposición bioquímica o pudrición de la madera. En las
etapas iniciales no es fácil de reconocer ya que las hifas permanecen ocultas
en su interior. La identificación de hongos xilofagos como causa del deterioro
es sencilla en la fase final debido a los cambios de coloración, al olor a
pudrición, al reblandecimiento de la consistencia y al agrietamiento, a la
existencia de madera descompuesta y a la pérdida morfológica general.
Las pudriciones pueden ser de los siguiente tipos:
- Pudrición parda: es la más grave. Se produce por hongos que se
alimentan de la celulosa y hemicelulosa dejando como residuo la
lignina, de color pardo o rojizo. En una primera fase, al secarse la
madera, se agrieta y se disgrega en fragmentos cúbicos o prismas que
finalmente se reblandecen y reducen a polvo. Afectan normalmente a
maderas de frondosas, especialmente a las tropicales.
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Fig. 8. Pudrición parda
- Pudrición blanca: está producida por hongos que se alimentan de la
lignina (aunqeu también en menor medida de celulosa), dejando como
residuo las fibras de celulosa, de color blanco o muy claro. La madera
presenta un aspecto fibroso de tono blanquecino. Afecta más a las
maderas frondosas que a las coníferas.
Fig. 9. Pudrición blanca
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- Pudrición blanda: está producida por hongos inferiores. Se
desarrolla solo en el interior de la madera. Las hifas se desarrollan en
el interior de la pared celular y producen un reblandecimiento de la
estructura celular, principalmente la celulosa de la pared. Esta
pudrición se produce cuando existen condiciones altas de humedad.
Fig. 10. Pudrición blanca
2.1.3. Insectos de ciclo larvario
Son insectos que pertenecen al orden de los coleópteros. Se alimentan de las
sustancias nutritivas de la madera en su etapa de larva. Las hembras
depositan los huevos dentro de las fendas, ranuras u orificios en la madera. Al
nacer las larvas comienzan a alimentarse de la madera creando galerías
interiores, generalmente paralelas a la dirección de las fibras, y los adultos
crean una cámara aislada donde se transforman en pupas y sigue su proceso
de metamorfosis y generalmente abren orificios al exterior para salir,
disminuyendo así la capacidad resistente de la pieza. La existencia o no de
estos orificios de su tamaño y su forma son datos fundamentales para
determinar qué insecto los ha provocado.
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Fig. 11. Madera afectada por insectos de ciclo larvario
Los principales coleópteros xilófagos en España que atacan la madera puesta
en obra son:
- Anóbidos (vulgarmente carcoma)
- Cerambícidos (carcoma grande)
- Líctidos ( polilla de la madera)
- Curculionidos (gorgojo de la madera)
- Bostriquidos (los barrenillos)
- Escolítidos y platipódidos (escarabajos de ambrosía)
- Ptínidos (escarabajos araña)
Fig. 12. Carcoma de la madera
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2.1.4. Insectos sociales
Los isópteros, termitas o termes son insectos que viven bajo una
organización social, forman colonias similares a la de las hormigas, donde los
distintos tipos o castas desempeñan diferentes funciones. Su ataque es
especialmente virulento y peligroso. El ciclo de vida de una colonia comienza
con el vuelo, en forma de enjambre, de los individuos sexuados, que en
ciertos días del año salen del antiguo nido. Al formar pareja se trasladan a los
sitios de anidación.
Fig. 13. Madera afectada por termitas
Los huevos que pone la hembra se convierten en ninfas que según las
necesidades pueden dar lugar a individuos morfológicamente distintos o
diferentes castas:
- Individuos sexuados
- Soldados
- Obreros
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A su vez, en España, las termitas se pueden clasificar en dos grupos:
- Termitas subterráneas (Reticulitermes lucifugus Rossi)
- Termitas de madera seca (Cryptotermes brevis Walker)
Fig. 14. Termitas subterráneas
2.1.5. Otros insectos
Son los que pertenecen a la orden Hymenoptera. Son de menor importancia
para la madera utilizada en la construcción, ya que no se alimentan de ella.
Se limitan a anidar en la madera, en los huecos, orificios o recovecos que
pueden ya estar originados por otros agentes. Pueden causar algún perjuicio
posteriormente al construir sus nidos.
Los sirícidos (avispa de la madera) son insectos parecidos a las avispas que
atacan árboles de coníferas enfermos o recién talados. Las larvas realizan
galerías de 4 a 7 mm de diámetro y de longitudes de 20 a 45 cm. Los adultos
miden de 18 a 35 mm y producen orificios de salida de 4 a 7 mm de diámetro.
Los xilocópidos (abeja carpintera) no son xilófagos completamente, ya que la
madera no es su principal alimento. Afectan a la madera de coníferas y
frondosas sanas o ligeramente dañadas. El insecto adulto hembra perfora
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galerías de 10 a 15 mm de diámetro en la dirección de la fibra, cuya longitud
puede alcanzar 45 cm. Los adultos miden de 20 a 25 mm y producen orificios
de salida de 10 a 15 mm de diámetro.
Fig. 15. Abeja carpintera
2.1.6. Xilófagos marinos
Solo afectan a la madera que está en contacto continuo con el agua marina.
Los daños más importantes los causan varias especies de moluscos y
crustáceos. Se pueden diferenciar entre sí (además de las diferencias
anatómicas) por el aspecto de la madera y la forma que ha sido atacada. La
gravedad del daño depende de varios factores como la especie del molusco o
crustáceo, la especie de la madera, la temperatura, la salinidad, etc.
El Teredo es el género más importante de los moluscos. Utilizan la madera
como cobijo y alimento junto con otras sustancias orgánicas que están
disueltas en el agua. Viven en el interior de la madera toda su vida. Producen
galerías de 10 a 12 mm de diámetro. La degradación no es visible desde el
exterior.
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Fig. 16. Teredo Navalis
Los crustáceos xilófagos, a diferencia de los moluscos, no viven encerrados en
el interior de la madera, viven libremente en su interior. La degradación que
producen se puede ver en el exterior. Actúan en masa y pueden producir
grandes daños. Abren galerías inferiores a 1cm y de diámetros 2 mm. El
aspecto que dejan se asemeja a un panal ya que tiene un aspecto cribado. Es
muy delicado debido a la fragilidad de los pequeños tabiques que se rompen
con el impacto del agua. El desgaste anual en profundidad varía de 3 a 6 cm.
2.2. Lesiones de origen abiótico
Se pueden agrupar aquellas causas que contribuyen y afectan a la
degradación de la madera sin tener relación con la acción de los seres vivos.
Los agentes abióticos principalmente son:
● Lluvia
● Sol
● Fuego
● Productos químicos
2.2.1. Lluvia
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Una de las principales causas del deterioro superficial de la madera se debe a
los cambios rápidos de humedad de la capa externa. El agua de lluvia que
moja la superficie de la madera sin protección es absorbida rápidamente por
la capa superficial de la misma. Es la llamada agua de imbibición. Incluso
puede absorber el vapor de agua a través de las paredes de las células debido
a las propiedades higroscópicas de la madera. Los cambios de humedad y la
diferencia de la misma entre el interior y la capa más externa de la madera
afecta a las propiedades mecánicas y a su volumen provocando curvaturas
alabeos y fendas.
2.2.2. Sol
La radiación solar actúa principalmente a través de los rayos ultravioletas e
infrarrojos.
La radiación ultravioleta se localiza en la superficie de la de la madera,
atacando la lignina, degradando sus componentes y perdiendo así las
características resistentes. Posteriormente adquieren un color ocre y luego
grisáceo. Esta acción del sol se suele combinar con la acción de lavado del
agua, sobre todo la de la lluvia, que arrastra y erosiona los productos
degradados por el sol. Se caracteriza por los colores ya mencionados y por
una textura de hendiduras o acanaladuras que se forman debido a la
diferencia de densidad de tejidos de la madera.
Los rayos infrarrojos provocan una acción degradante indirecta. Estos rayos
calientan la superficie de la madera produciendo la aparición de microfendas
y la subida de resinas a la superficie. Al calentarse la superficie de la madera
produce pérdida de humedad superficial, por consiguiente, hay una
diferencia de contenidos de humedad entre el interior y el exterior de la
pieza de madera que provoca tensiones entre las dilataciones de la capa
externa provocando así las microfendas.
La aparición de estas fendas depende de la especie, que tiene relación directa
con el coeficiente de contracción y con el contenido de resina.
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Fig. 17. Madera afectada por la lluvia y el sol
2.2.3. Fuego
La madera y sus derivados están formados principalmente por celulosa y
lignina, los cuales a su vez están compuestos de carbono, hidrógeno y
oxígeno. Debido a esto, la madera es combustible.Pero no hay que confundir
la combustibilidad con el comportamiento frente al fuego.
En ausencia de llama la madera maciza necesita una temperatura superior a
400°C para comenzar a arder en un plazo corto o medio. Con la presencia de
llama se necesita una temperatura de 300°C durante cierto tiempo.
En plena fase de incendio la madera inicialmente en la superficie de la
madera se produce una combustión rápida dando como resultado una capa
carbonizada. Debajo de esta primera capa se produce la pirólisis que
constituye así otra zona diferente a la carbonizada, y al interior de la pieza de
madera, otra capa la cual se encuentra intacta por el fuego.
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Fig. 18. Pirólisis de la madera
El interior se encuentra frío y sus propiedades tanto físicas como mecánicas
se encuentran sin alterarse. Esto se debe a que la capa carbonizada es 6 veces
más aislante que la propia pieza de madera.
Otros factores que afectan a la combustibilidad de la madera es la relación
entre superficie y volumen,las fendas que presenta la pieza de madera y su
densidad. La relación entre volumen y superficie es directamente
proporcional a la facilidad de ignición y propagación. También pasa lo mismo
con la cantidad de fendas de la madera, es por eso que la madera maciza
tiene una velocidad de carbonización mayor que la madera laminada, ya que
tiene más fendas. A mayor densidad mayor dificultad para comenzar a arder
la pieza de madera.
2.2.4. Productos químicos
Los productos químicos generalmente sólo producen alteraciones del color
de la madera. La madera presenta una resistencia muy alta a los agentes
químicos. La acción de los ácidos fuertes y las lejías alcalinas e incluso lejías
pueden llegar a causar alteraciones en la misma.
Los ácidos rompen las cadenas de carbono de los componentes, sobre todo la
celulosa, de la madera (este proceso se llama hidrólisis) dejando la parte
afectada con un aspecto fibroso, parecido al proceso de pudrición blanca. Las
maderas frondosas se ven más afectadas
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El ambiente alcalino produce mayores daños y más graves. Los álcalis
degradan la lignina y la hemicelulosa por lo que la madera perderá su
resistencia y consistencia.
Las maderas frondosas se ven más afectadas por este tipo de agentes, sobre
todo los ácidos.
2.3. Lesiones de origen estructural
Son las lesiones o deterioros que puede llegar a sufrir una estructura debido
a su estabilidad o resistencia. Se pueden agrupar en estos grupos:
● Sección insuficiente
● Deformación excesiva
● Uniones
● Arriostramiento
● Defectos locales
2.3.1. Sección insuficiente
Cuando las piezas no tienen la sección resistente suficiente para soportar las
tensiones que existen se podría alcanzar la rotura llevando al colapso de la
estructura.
2.3.2. Deformación excesiva
El CTE en el apartado 4.3.3 Deformaciones contempla los tipos de flechas y
desplomes que se producen por deformación de la estructura.
En el apartado de flechas contempla:
1 Siempre que se esté considerando la integridad todos los elementos
constructivos, en las estructuras horizontales de un piso o de las cubiertas
rígidas que están bajo la acción de esfuerzos normales o característico, se
consideran flechas aceptables siempre que sean menores a:
27
- 1/500 en pavimentos rígidos que no tengan juntas o en pisos con
tabiquería frágil.
- 1/400 en pavimentos rígidos que tengan juntas o la tabiquería sea
normal.
- 1/300 en todos los casos restantes.
2 Se admite una flecha inferior a 1/350 en estructuras horizontales o en
cubiertas con rigidez suficiente, siempre que haya que tener en cuenta el
confort del usuario y que estas estructuras se vean bajo la acción de
esfuerzos característicos o fuerzas normales de corta duración.
3 Se considera aceptable una flecha inferior a 1/300 en estructuras
horizontales o en cubiertas con rigidez suficiente, cuando la combinación de
los esfuerzos que soporta la estructura, para cualquier pieza que la
componen, es casi permanente.
4 Todas las condiciones anteriores han de ser verificadas entre dos
puntos de la planta de la estructura cualesquiera. El doble de la distancia
entre ellos debe suponer la luz que se tiene que tomar. Con comprobar en dos
direcciones ortogonales, generalmente tendrá un carácter suficiente.
5 Se adoptarán medidas constructivas apropiadas para evitar daños
estructurales siempre que los elementos que se puedan dañar, pavimentos o
tabiques por ejemplo, reaccionen sensiblemente frente a las deformaciones
que sufre la estructura. Si los elementos tienen un comportamiento que
presenta fragilidad son particularmente indicadas tomar estas medidas.
Fig. 19. Deformación excesiva de un cargadero
28
En el apartado de desplazamientos horizontales contempla:
1 Al considerarse que los elementos constructivos que pueden ser
dañados debido a los desplazamientos horizontales, por ejemplo fachadas
rígidas o tabiques, se contempla que la estructura global posee una rigidez
lateral suficiente si el desplome total, siempre que la combinación de
acciones sea normal o característica, sea menor a (Figura 20):
- 1/500 de la altura total de la estructura.
- 1/250 de la altura de la planta. Puede ser cualquiera de ellas.
2 Al considerar la apariencia de la obra, en la estructura global se
admite que posee una rigidez lateral suficiente, el desplome relativo esinferior a 1/250 ante la combinación cualquiera de acciones casi
permanentes (Figura 20).
3 Se considerará suficiente cuando las condiciones mencionadas se
cumplan en dos direcciones mayormente ortogonales en planta.
Fig. 20. Desplome CTE
29
2.3.3. Uniones
Son puntos críticos debido a que algunas veces no se dedica la misma
atención o importancia que al dimensionado. Es importante estudiar los
detalles constructivos para detectar y evitar signos de aplastamiento
localizados sobre elementos metálicos de fijación mayormente. Estos fallos
son normalmente despejados al comienzo de la vida útil de la estructura.
También se pueden encontrar roturas en las zonas de ensamblaje de las
piezas en la construcción de tipo tradicional con uniones carpinteras.
La estructura sufre unas deformaciones añadidas a las debidas a las
deformaciones elásticas de las piezas estructurales que son consecuencia de
los deslizamientos que se producen en las uniones. Este incremento puede
estimarse por cálculo en muchas ocasiones. A veces estos desajustes se han
originado por una degradación puntual de la zona de la unión.
Fig. 21. Unión rayo de júpiter.
2.3.4. Arriostramiento
En estructuras de madera antiguas los efectos de arriostramiento pueden
hacerse relevantes en estructuras compuestas por pilares y formas de
cubierta, sobre todo si son de más de una planta. Antes del del fallo de la
estructura con el arriostramiento insuficiente se producirán equilibrios poco
30
estables y con una deformación elevada debido a que podría valerse de
elementos no estructurales que le sirvan como apoyo.
Fig. 22. Arriostramiento en estructura metalica
2.3.5. Defectos locales
Cualquier tipo de anormalidad debido al crecimiento del árbol a lo largo de
su ciclo vital que evite que la estructura tubular de la madera se encuentre en
condiciones óptimas. Estas condiciones producen una disminución de la
resistencia.
Entre la multitud de anormalidades que pueden producirse en el crecimiento
del árbol podemos citar como ejemplos: las acebolladuras, las fendas, las
patas de gallo, formación de nudos, bolsas de resina, excentricidad de
corazón, fibra torcida, fibra entrelazada, lupias y verrugas, madera de
reacción, etc.
Fig. 23. y Fig. 24. Nudos y Fibra flameada de la madera.
31
32
3. Estado de la cuestión
Este trabajo se centra en estudiar, analizar y proponer una solución a un
detalle que frecuentemente se encuentra a la hora de rehabilitar edificios
cuya estructura está compuesta de entramados de madera. Uno de los
problemas más habituales y constantes que encontramos es la reducción de
los durmientes o de las zapatas, en relación con la de los pies derechos
debido a la anisotropía de la madera. De esta manera encontramos dos
comportamientos diferentes en un mismo encuentro de la estructura.
Fig. 25. Partes de entramado de madera.
La patología que encontramos no supone un fallo o un problema que pondría
en peligro la seguridad estructural del edificio ni de la estructura que lo
compone. Esta patología afecta al confort del uso del edificio y en menor
medida a futuros problemas constructivos con elementos frágiles, sobre todo
de tabiques o cerramientos.
33
Fig. 25. Muro con estructura de entramado de madera.
3.1. Esfuerzo de compresión perpendicular a la fibra en madera
Como hemos podido ver al analizar la madera, esta presenta un
comportamiento mecánico muy diferente debido por la anisotropía
característica de la madera. Para un mismo esfuerzo a compresión la madera
presenta dos comportamientos muy dispares, no solo a la hora de resistir los
esfuerzos sino a la hora de deformarse. Si el la compresión es paralela a fibra
la pieza presenta gran comportamiento mecánico y la fluencia de la madera
no produce casi efecto en la madera, sin embargo al comprimirse en la
dirección perpendicular de la fibra, no solo resiste menos, sino que su
comportamiento de deformación es mucho peor también, por lo que tenderá
a deformarse debido al esfuerzo y al tiempo.
Esto nos lleva a que para una misma fuerza o una reacción en un punto de
estructura, esta presenta comportamientos diferentes a lo largo del tiempo.
3.2. Efecto en zapatas de entramados verticales
Debido a los los métodos tradicionales y la geometría natural de la madera, la
producción de piezas de madera siempre a tendido por componerse de
elementos donde la longitud predominante coincide con la dirección de la
fibra, lo que supone que antiguamente los elementos tradicionales se veían
acotados a la hora de funcionar mecánicamente. Actualmente se pueden
34
fabricar piezas con comportamientos mecánicos más diversos y más
resistentes.
En edificios que se han llevado rehabilitaciones encontramos en encuentro
entre los pies derechos y los durmientes a través de una zapata. Esta pieza
que originalmente tiene como función evitar que el durmiente se vea
afectado por la compresión perpendicular a la fibra y su posterior
deformación se colocaban estas piezas para evitar este fenómeno. Estas
piezas solían ser de maderas de mayor densidad para evitar ese mismo efecto
sobre ellas.
Fig. 26. Aplastamiento de los durmientes y las zapatas por compresión.
Cuando analizamos las estructuras de este tipo, estamos considerando las
que en la mayoría de los casos llevan en torno a un siglo de vida como
mínimo, en la que los durmientes y las zapatas se han aplastado en cierta
medida (del orden de 1-4 cm). Como consecuencia podemos comprobar en
estos edificios que los forjados interiores tienen niveles inferiores
comparados con los que le corresponde en sus fachadas de fábrica. Esto pudo
suceder debido a posibles cesiones debidas a pudriciones parciales de las
bases de los pies derechos de las plantas bajas, en el caso de un aislamiento
inadecuado, pero también el aplastamiento de los durmientes y de sus
zapatas entre los pies derechos, en mayor o menor medida.
35
Fig. 27. Ensanchamiento por compresión en zapata
Como consecuencia de ese aplastamiento en el eje vertical, el sentido de la
fuerza soportada, se produce un ensanchamiento de la pieza en la dirección
perpendicular a ella, en la dirección perpendicular de la fibra, que es también
el lado más corto de la pieza.
3.3. Marco normativo
El marco normativo aplica unos valores de resistencia a la compresión
perpendicular a la fibra, pero la experiencia ha demostrado que de alguna
manera suelen presentar un mejor comportamiento los durmientes de lo que
deberían. Dicho de otra manera, la resistencia que se ha determinado a la
compresión perpendicular a la fibra por el CTE es menor que la realidad.
Podemos comprobar que en el Documento Básico SE-M Madera en el
apartado 6. Estados límite últimos ha sido revisado con frecuencia el apartado
6.1.5. referido a la compresión uniforme paralela a fibra. De acuerdo con este
apartado se aplica un coeficiente kc,90= 1.25 para maderas macizas de
coníferas y kc,90= 1.50 para madera laminada encolada de coníferas.
σc,90,d ≤ kc,90 * fc,90
σc,90,d ⇒ tensión de cálculo a compresión perpendicular a la fibra.
fc,90 ⇒ valor de cálculo de la carga de compresión de perpendicular a la fibra
36
kc,90 ⇒ factor que tiene en cuenta la distribución de la carga, la disponibilidad de
hienda y la deformación máxima por presión perpendicular.
Comprobamos que de cierta forma, el CTE, es consciente del fenómeno de
que la madera presenta una mayor resistencia mecánica a la compresión
perpendicular de los valores que el propio CTE le aplica.
Fig. 28. DB SE-M Compresión uniforme a perpendicular a la fibra
37
4. Casos reales observados
Estas son fotos de casos estudiados reales de compresión perpendicular de
la estructura de madera en la ciudad de Madrid. Los tres edificios
corresponden a tres edificios de uso residencial. En las fotos podemos ver
diferentes fallos estructurales especialmente el aplastamiento por
compresión perpendicular.
4.1. Alcalá nº86
Fig. 29. Punzonamiento de la zapata por compresión perpendicular a la fibra
ejercida por el pie derecho inferior.
38
Fig. 30. Punzonamientode la zapata por compresión perpendicular a la
fibra ejercida por el pie derecho inferior.
4.2. Sol nº 9
Fig. 32. Fallo estructural por flexión en el centro del vano.
39
Fig. 33. Punzonamiento de la carrera por compresión perpendicular a la fibra
ejercida por el pie derecho superior.
Fig. 34. Punzonamiento de la carrera por compresión perpendicular a la fibra
ejercida por el pie derecho superior.
40
4.3. Tesoro nº 6
Fig. 35. Punzonamiento de la carrera por compresión perpendicular a la fibra
ejercida por el pie derecho inferior.
Fig. 36. Punzonamiento de la carrera y de la zapata por compresión
perpendicular a la fibra ejercida por el pie derecho superior e inferior.
41
Fig. 37. Fallo estructural por cortante junto al apoyo.
42
5. Análisis experimental
El refuerzo de estructuras de madera antiguas, es relativamente sencillo, pues
en el peor de los casos, se pueden identificar de manera directa y la razón de
esto es que hay determinadas maderas que se han visto afectadas por un
exceso de humedades, lo que ha contribuido a una la aparición sistemática de
ataques xilofagos y perdida de sección resistente en la madera.
Aunque el resto de maderas que han permanecido intactas mantienen un
comportamiento perfecto, surge un nuevo problema. La reforma plantea en el
nuevo proyecto requiere la intervención en la estructura, seguramente con
aumentos en menor o mayor medida de las cargas, y si no hubiera aumentos
tendríamos que cumplir con la normativa actual del CTE, que es mucho más
exigentes que las normas existentes en el dia que la estructura fue calculada y
levantada. Como consecuencia se necesitarán refuerzos para que se puedan
considerar válidas las maderas de la estructura.
5.1. Propuesta de soluciones de refuerzo
El principio que se basa este ensayo, es en la característica de las células de la
madera, culpables de que se produzcan esas diferencias de resistencia, que no
es otro en esencia que el hecho de estar huecas y ante la compresión
perpendicular tienden a aplastarse, pero no a romperse.
Basta realizar una compresión exagerada sobre una madera en sentido
perpendicular a las fibras para que siga aplastando progresivamente,
encogiéndose en la dirección de esfuerzos a la vez que se ensancha en la
dirección perpendicular, pero no en la longitudinal.
La pregunta ante este comportamiento, sería la siguiente: ¿si tratamos de
contener el ensanchamiento en el sentido perpendicular a las fibras,
aumentará consecuentemente la resistencia perpendicular a dichas fibras?
¿Tal vez podría igualar, o mayorar, la resistencia en el sentido de sus fibras?
Si la respuesta fuera afirmativa, este problema que plantean los durmientes en
la rehabilitación, se soluciona perfectamente al confinar dichos durmientes y
las zapatas entre dos placas metálicas mediante las correspondientes varillas
roscadas que las unan entre sí.
43
La finalidad de esta investigación consiste en tratar de aumentar la resistencia
de los elementos que trabajan con la compresión perpendicular a la fibra,
hasta igualarla, o aproximarla el máximo posible a la compresión paralela a la
fibra a través de contener el ensanchamiento de la pieza, consiguiendo así un
aplastamiento menor de la misma.
5.2. Ensayos mecánicos destructivos
Para los ensayos se han utilizado probetas de madera tanto laminada como
mazica procedente de derribo, pues la dirección de la fibra en ambas se
mantenía igual y no había diferencia en este parámetro, que es el principal
parámetro de estudio de estos ensayos.
Fig. 38. Dirección de la fibra en las probetas.
Para el desarrollo de todos los tipos de ensayos con las diferentes probetas de
madera hemos necesitado del siguiente inventario:
44
Fig. 39. Parte del inventario utilizado
- 12 probetas de madera laminada 36x12x12 cm
- 3 probetas de madera laminada 18x12x12 cm
- 6 probetas de madera de derribo 30x16x11 cm (medidas variables)
- 2 placas metálicas 10x10x1 cm perforada con 1 agujero de Ø1cm
- 2 placas metálicas 10x10x1 cm perforada con 2 agujeros de Ø1cm
- 4 varillas roscadas 16xØ1cm
- 4 tuercas Ø1cm
- 4 arandelas Ø1cm
- 2 escuadra metálica
- 1 calibre electrónico
- 1 martillo
- 1 cinta de carrocero
● Las 3 probetas de madera laminada (ML) de 18x12x12 cm serán usadas para
ensayos de compresión paralela a la fibra de madera hasta su rotura.
● 2 probetas de madera maciza de derribo (MM) 30x16x11 cm serán usadas
para ensayos de compresión paralela a la fibra de madera hasta su rotura.
45
● Las 12 probetas de madera laminada de 36x12x12 cm se dividirán en los
siguientes tipos para ensayos de compresión perpendicular a fibra.
⇒ 3 probetas sin perforaciones (SR) (estas probetas se usarán como
punto de referencia para estimar la efectividad de los ensayos).
⇒ 3 probetas perforadas (RC) con un agujero en el centro geométrico de
la probeta.
⇒ 3 probetas perforadas (RV) con 2 agujeros en el eje vertical de la
probeta.
⇒ 3 probetas perforadas (RV) con 2 agujeros en el eje horizontal de la
probeta.
Cada probeta será sometida a 500 N/s
● Las 4 probetas de madera maciza de derribo de 30x12x11 cm se dividirán en
los siguientes tipos para ensayos de compresión perpendicular a fibra.
⇒ 2 probetas sin perforaciones (MDSR) (estas probetas se usarán como
punto de referencia para estimar la efectividad de los ensayos).
⇒ 2 probetas perforadas (MDRV) con 2 agujeros en el eje vertical de la
probeta.
5.3. Resultados de los ensayos
5.3.1. Ensayo de compresión paralela a fibra
Para verificar y comprobar la diferencia de resistencia de las propiedades
mecánicas de la madera haremos unos ensayos destructivos de compresión
paralela a la fibra hasta la rotura de la misma pieza y así comprobar la
resistencia de las probetas.
σc,0,d = Fc,0,d/Aef
ε = ΔL/Lo
E = σ/ε
46
Fig. 40. Máquina comprimir la madera paralela a la fibra.
Probetas de madera laminada:
Las probetas que vamos a utilizar en este ensayo son de 18x12x12 cm. De
esta manera podremos comprobar su comportamiento frente a los esfuerzos a
compresión paralelos a la fibra.
Fig. 41. Esquema ensayo a compresión paralela de madera laminada encolada
47
● ML1:
ΔL = 181 mm - 179 mm = 2 mm
Aef = 120 x 120 mm = 14400 mm2
Fela = 578,3 kN
σc,0,d = 578300 N / 14400 mm2 = 40,16 N/mm2
ε = 2 mm/ 181 mm = 0,0110
E = 40,16 / 0,0110 = 3634,48 N/mm2
● ML2:
ΔL = 177 mm - 175 mm = 2mm
Aef = 120 x 120 mm = 14400 mm2
Fela = 552,3 kN
σc,0,d = 552300 N / 14400 mm2 = 38,35 N/mm2
ε = 2 mm/ 177 mm = 0,0113
E = 38,35 / 0,0169 = 3393,98 N/mm2
● ML3:
ΔL = 179 mm - 177 mm = 2 mm
Aef = 120 x 120 mm = 14400 mm2
Fela = 618,0 kN
σc,0,d = 618000 N / 14400 mm2 = 42,92 N/mm2
ε = 2 mm/ 179 mm = 0,0112
E = 42,92 / 0,0112 = 3841,34 N/mm2
⇒ La media de tensión de cálculo es:
σc,0,d = 40,47 N/mm2
ε = 0,0112
E = 3623,27 N/mm2
48
Probetas de madera maciza:
Las probetas que vamos a utilizar en este ensayo son de medidas
aproximadas de 30x16x11 cm.
Debido a que son maderas de derribo las medidas de superficie y de las caras
que sufren compresión al igual que las dimensiones a lo largo de la pieza no
están normalizadas por lo que sus medidas varían por cada pieza.
Fig. 42. Esquema ensayo a compresión paralela de madera maciza
49
● MM1:
ΔL = 301 mm - 299 mm = 2 mm
Aef = 16138 mm2
Fuerza en el punto de rotura = 399,3 kN
σc,0,d = 399300 N / 16138 mm2 = 24,74 N/mm2
ε = 2 mm/ 301 mm = 0,0066
E = 24,74 / 0,0066= 3748,48 N/mm2
● MM2:
ΔL = 301 mm - 298 mm = 3 mm
Aef = 16536mm2
Fuerza en el punto de rotura = 500,2 kN
σc,0,d = 500200 N / 16536 mm2 = 30,25 N/mm2
ε = 3 mm/ 301 mm = 0,0099 N/mm2
E = 30,25 / 0,0099 = 3055,55
⇒ La media de tensión de cálculo es:
σc,0,d = 27,49 N/mm2
ε = 0,00825
E = 3402,02 N/mm2
50
5.2.2. Ensayos de compresión perpendicular a la fibra
En estos ensayos las probetas soportan una carga de 500 N/s hasta que
veamos que se supera su límite elástico.
Mediremos en estos ensayos tanto lo que se ensancha la pieza en el eje que se
van a colocar placas metálicas para ver si estas mismas contienen esa
deformaciónde forma eficaz; como el aplastamiento que sufre la pieza.
Además mediremos todos estos ensayos en dos puntos específicamente
cuando la deformación alcance los 2,5mm y en el esfuerzo de de referencia de
100 kN (Fela). De esta manera podremos comparar los ensayos entre sí de
mejor manera.
Probetas de madera laminada sin refuerzos:
Fig. 43. Esquema ensayo a compresión sin refuerzos añadidos
51
● SR1:
ΔLy = 128,3 mm - 118,9 mm = 9,4 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 17,9 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 65,52 kN
Fref = 100 kN
σc,90,d,2,5 = 65520 N / 10000 mm2 = 6,55 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 6,55 / 0,0211 = 310,43 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 17,9 mm/ 119 mm = 0,1504
Eref = 10 / 0,1504 = 66,48 N/mm2
52
● SR2:
ΔLy = 129,8 mm - 118,7 mm = 11,1 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 17,9 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 66,06 kN
Fref = 100 kN
Fig. 43. Foto ensayo a compresión SR2
σc,90,d,2,5 = 66060 N / 10000 mm2 = 6,61N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 6,61 / 0,0211 = 313,27 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 17,9 mm/ 119 mm = 0,1504
Eref= 10 / 0,1504 = 66,48 N/mm2
53
54
● SR3:
ΔLy = 127,6 mm - 118,8 mm = 8,8 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 25,7 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 59,42 kN
Fref = 100 kN
Fig. 44. Foto ensayo a compresión SR3
σc,90,d,2,5 = 59420 N / 10000 mm2 = 5,94N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 5,94 / 0,0211 = 281,51 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 25,7 mm/ 119 mm = 0,2156
Eref= 10 / 0,2156 = 46,31 N/mm2
55
⇒ La media de los datos es:
ΔLy = 9,77mm (ensanchamiento)
σc,90,d,2,5 = 6,37 N/mm2
ε2,5 = 0,0211
E2,5 = 301,74 N/mm2
σc,90,d,ref = 10,00 N/mm2
εref = 0,1721
Eref = 59,76 N/mm2
56
Probetas de madera laminada con refuerzo centrado:
Fig. 45. Esquema ensayo a compresión con refuerzo y varilla centrada
57
● RC1:
ΔLy = 121,1 mm - 119,1 mm = 2,0 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 17,7 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 68,35 kN
Fref = 100 kN
Fig. 46. Foto ensayo a compresión RC1
σc,90,d,2,5 = 68350 N / 10000 mm2 = 6,84N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 6,84 / 0,0211 = 324,17 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 17,7 mm/ 119 mm = 0,1487
Eref= 10 / 0,1487 = 67,23 N/mm2
58
59
● RC2:
ΔLy = 122,3 mm - 118,6 mm = 3,7 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 18,3 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 62,46 kN
Fref = 100 kN
Fig. 47. Foto ensayo a compresión RC2
σc,90,d,2,5 = 62460 N / 10000 mm2 = 6,25N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 6,25 / 0,0211 = 296,21 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 18,3 mm/ 119 mm = 0,1538
Eref = 10 / 0,1538 = 65,03 N/mm2
60
61
● RC3:
ΔLy = 121,6 mm - 118,5 mm = 3,1 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 21,2 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 61,38 kN
Fref = 100 kN
Fig. 48. Foto ensayo a compresión RC3
σc,90,d,2,5 = 61380 N / 10000 mm2 = 6,14N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 6,14 / 0,0211 = 290,99 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 21,2 mm/ 119 mm = 0,1781
Eref = 10 / 0,1781 = 56,13 N/mm2
62
⇒ La media de los datos es:
ΔLy = 2.94 mm (ensanchamiento)
σc,90,d,2,5 = 6,41 N/mm2
ε2,5 = 0,0211
E2,5 = 303,79 N/mm2
σc,90,d,ref = 10,00 N/mm2
εref = 0,1602
Eref = 62,80 N/mm2
63
Probetas de madera laminada con dos refuerzos en el eje vertical:
Fig. 49. Esquema ensayo a compresión con refuerzo y dos varillas en el eje horizontal.
64
● RH1:
ΔLy = 119,9 mm - 118,8 mm = 1,1 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 9,68 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 70,71 kN
Fref = 100 kN
Fig. 50. Foto ensayo a compresión RH1
σc,90,d,2,5 = 70710 N / 10000 mm2 = 7,07 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 7,07 / 0,0211 = 335,07 N/mm2
σc,90,d,ref= 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 9,68 mm/ 119 mm = 0,0813
Eref = 10 / 0,0813 = 122,93 N/mm2
65
66
● RH2:
ΔLy = 120,1 mm - 118,5 mm = 1,6 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 14,33 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 67,45 kN
Fref = 100 kN
Fig. 51. Foto ensayo a compresión RH2
σc,90,d,2,5 = 67450 N / 10000 mm2 = 6,75 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 6,75/ 0,0211 = 319,91 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 14,33 mm/ 119 mm = 0,1204
Eref= 10 / 0,1204 = 83,04 N/mm2
67
68
● RH3:
ΔLy = 121,6 mm - 118,7 mm = 2,9 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 16,83mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 62,45 kN
Fref = 100 kN
Fig. 52. Foto ensayo a compresión RH3
σc,90,d,2,5 = 62450 N / 10000 mm2 = 6,25 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 6,25/ 0,0211 = 296,21 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 16,83 mm/ 119 mm = 0,1414
Eref = 10 / 0,1414 = 70,71 N/mm2
69
⇒ La media de los datos es:
ΔLy = 1,87 mm (ensanchamiento)
σc,90,d,2,5 = 6,69 N/mm2
ε2,5 = 0,0211
E2,5 = 317,06 N/mm2
σc,90,d,ref = 10,00 N/mm2
εref = 0,1143
Eref = 92,22 N/mm2
70
Probetas de madera laminada con dos refuerzos en el eje vertical:
Fig. 45. Esquema ensayo a compresión sin refuerzos añadidos
71
● RV1:
ΔLy = 120,0 mm - 118,6 mm = 1,4 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 6,84 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 74,34 kN
Fref = 100 kN
Fig. 53. Foto ensayo a compresión RV1
σc,90,d,2,5 = 74340 N / 10000 mm2 = 7,43 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 7,43/ 0,0211 = 352,13 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 6,84 mm/ 119 mm = 0,0574
Eref= 10 / 0,0574 = 174,21 N/mm2
72
73
● RV2:
ΔLy = 119,5 mm - 118,9mm = 0,6 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 5,41 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 78,21 kN
Fref = 100 kN
Fig. 54. Foto ensayo a compresión RV2
σc,90,d,2,5 = 7821 N / 10000 mm2 = 7,82 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 7,82/ 0,0211 = 370,61 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 5,41 mm/ 119 mm = 0,0455
Eref= 10 / 0,0455 = 219,96 N/mm2
74
75
● RV3:
ΔLy = 120,3mm - 118,9mm = 1,4 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref= 12,02 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 70,01 kN
Fref = 100 kN
Fig. 55. Foto ensayo a compresión RV3
σc,90,d,2,5 = 7001 N / 10000 mm2 = 7,00 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 119 mm = 0,0211
E2,5 = 7,00 / 0,0211 = 331,75 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 12,02 mm/ 119 mm = 0,1010
Eref = 10 / 0,1010 = 99,01 N/mm2
76
⇒ La media de los datos es:
ΔLy = 1,13 mm (ensanchamiento)
σc,90,d,2,5 = 7,42 N/mm2
ε2,5 = 0,0211
E2,5 = 351,50 N/mm2
σc,90,d,ref = 10,00 N/mm2
εref = 0,068
Eref= 164,39 N/mm2
77
Probetas de madera de derribo sin refuerzo:
Fig. 56. Esquema ensayo a compresión sin refuerzos añadidos
78
● MDSR1:
ΔLy = 119,6 mm - 109,5 mm = 10,1 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 13,61 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 25,75 kN
Fref= 100 kN
Fig. 57. Foto ensayo a compresión MDSR1
σc,90,d,2,5 = 25750 N / 10000 mm2 = 2,58 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 156 mm = 0,0161
E2,5 = 2,58 / 0,0161 = 160,24 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 13,61 mm/ 156 mm = 0,0872
Eref= 10 / 0,0872 = 114,62 N/mm2
79
80
● MDSR2:
ΔLy = 118,9 mm - 109,3 mm = 9,6 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 16,54 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 24,44 kN
Fref = 100 kN
Fig. 58. Foto ensayo a compresión MDSR2
σc,90,d,2,5 = 24440 N / 10000 mm2 = 2,44 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 155 mm = 0,0161
E2,5 = 2,44 / 0,0161 = 151,55 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 16,54 mm/ 155 mm = 0,1067
Eref = 10 / 0,1067 = 93,71 N/mm2
81
⇒ La media de los datos es:
ΔLy = 9,85 mm (ensanchamiento)
σc,90,d,2,5 = 2,51 N/mm2
ε2,5 = 0,0161
E2,5 = 151,89 N/mm2
σc,90,d,ref = 10,00 N/mm2
εref = 0,0969
Eref = 104,17 N/mm2
82
Probetas de madera de derribo con dos refuerzos en el eje vertical:
Fig. 59. Foto ensayo a compresión con refuerzos añadidos con varillas en el vertical
83
● MDRV1:
ΔLy = 113,1 mm - 112,5 mm = 0,6 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 7,33 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 23,36 kN
Fref = 100 kN
σc,90,d,2,5 = 23360 N / 10000 mm2 = 2,34 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 154 mm= 0,0162
E2,5 = 2,34 / 0,0162 = 144,44 N/mm2
σc,90,d,ref= 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 7,33 mm/ 154 mm = 0,0476
Eref = 10 / 0,0476 = 210,10 N/mm2
84
● MDRV2:
ΔLy = 118,6 mm - 111,5 mm = 7,1 mm
ΔL2,5 = 2,5 mm
ΔLref = 8,11 mm
Aef = 100 x 100 mm = 10000 mm2
F2,5 = 21,43 kN
Fref= 100 kN
Fig. 60. Foto ensayo a compresión MDRV2:
σc,90,d,2,5 = 23360 N / 10000 mm2 = 2,14 N/mm2
ε2,5 = 2,5 mm/ 156 mm = 0,0160
E2,5 = 2,14 / 0,01603 = 133,35 N/mm2
σc,90,d,ref = 100000 N / 10000 mm2 = 10 N/mm2
εref = 8,11 mm/ 154 mm = 0,0526
Eref = 10 / 0,0526 = 189,89 N/mm2
85
⇒ La media de los datos es:
ΔLy = 3,85 mm (ensanchamiento)
σc,90,d,2,5 = 2,24 N/mm2
ε2,5 = 0,0161
E2,5 = 167,17 N/mm2
σc,90,d,ref = 10,00 N/mm2
εref = 0,0501
Eref = 199,99 N/mm2
86
6. Conclusiones generales
Hemos comprobado experimentalmente que los refuerzos colocados en las
piezas, tanto en madera laminada como de madera maciza de derribo,
incrementan la resistencia y la rigidez ante los esfuerzos perpendiculares a la
fibra.
En las probetas de madera se aprecia que la mejora es progresiva, es decir,
cuando se coloca un perno en el centro de la placa, mejora el comportamiento
mecánico respecto a la pieza sin refuerzo. Cuando se colocan 2 pernos
horizontales en el centro se mejora el comportamiento mecánico respecto a la
colocación de un solo perno central. y cuando se colocan dos pernos centrales
y verticales el comportamiento mejora todavía más.
Según la norma española, se debe parar el ensayo a una penetración de 2,5mm.
Debido al carácter de este ensayo era experimental, decidimos también llevar
el experimento más allá del limite elástico, superando los 100 kN para no solo
comparar sus resultados a una deformación igual para todas las probetas, sino
para ver su comportamiento llevado al límite, sabiendo que estas fuerzas se
alejan de esfuerzos normales a los acostumbrados a estas piezas.
Media de datos SR: Media de datos RV:
87
En los diagramas podemos apreciar que en una primera parte, la rigidez ha
aumentado significativamente, ya que la pendiente de las gráficas indican
esto. Luego una vez que se supera el límite elástico, todas las probetas poseen
un comportamiento similar.
88
En los diagramas de las probetas madera maciza de derribo vemos un
comportamiento similar. A diferencia de la madera laminada, los datos de la
madera maciza vemos un comportamiento más elástico. Pero a la hora de
soportar mayores cargas vemos que la madera presenta también una mejora
de resistencia y de menor deformación.
Podemos concluir después de estos sencillos ensayos que podemos observar
mejoras en el comportamiento de la madera a compresión perpendicular de
la fibra, por lo tanto son resultados positivos para la investigación, y que
proporcionan datos suficientes para llevar más investigaciones y ensayos
para tener una mayor información de este detalle e incluso poder llevarlo a
práctica.
89
90
7. Referencias y bibliografía
Referencias:
Fig. 1. Tomada de:
https://www.maderasmenur.com/tipos-de-cortes-de-los-troncos-para-obtener-d
istintas-apariencias-y-utilidades-en-la-madera/
Fig. 2. Tomada de:
https://fcf.unse.edu.ar/archivos/series-didacticas/SD-20-Macroscopia-madera-
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Fig. 3. Tomada de:
Maderas._Nociones_y_Caracter_sticas._Transparencias.pdf
Fig. 4. Tomada de:
https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Estructura-de-la-madera-mostra
ndo-sus-tres-planos-transversal-Tr-tangencial_fig1_329999339
Fig. 5. Tomada de:
https://tocamaderablog.com/propiedades-fisicas/
Fig. 6. Imagen de elaboración propia
Fig. 7. Imagen de elaboración propia
Fig. 8. Tomada de:
https://desinsectador.com/2018/08/30/pudricion-parda-cubica-o-el-arte-de-de
gradar-la-madera/
Fig. 9. Tomada de:
https://www.researchgate.net/figure/Pudricion-Blanca-provocada-por-Phanero
chaete-chrysosporium-Tomado-de_fig5_44517334
Fig. 10. Tomada de:
https://www.itmtratamientos.es/noticias/hongos-de-pudricion-blanda/
Fig. 11. Tomada de:
https://gestinsa-sa.com/que-son-los-insectos-xilofagos/
Fig. 12. Tomada de:
https://www.traconsa.com/carcoma-de-la-madera-y-su-norma-de-tratamiento/
Fig. 13. Tomada de:
https://sanalcontrol.es/control-de-plagas/madera/
91
Fig. 14. Tomada
de:https://www.sixsa.es/tiene-plaga-de-termitas-o-carcoma-os-damos-las-claves
-para-erradicarlas/
Fig. 15. Tomada de:
https://www.yubrain.com/animales-y-naturaleza/las-abejas-carpinteras-y-como
-controlarlas/
Fig. 16. Tomada de:
https://www.cienciatk.csic.es/Fotografias/TEREDO+NAVALIS+%28BROMA%2C+
BIVALVOS%29+Proyecto+Fauna+Iberica_13664.htm
Fig. 17. Tomada de:
https://www.ruicasa.com/blog/2019/05/13/envejecimiento-de-la-madera-facto
res-que-inciden-en-el-proceso/
Fig. 18. Imagen de elaboración propia
Fig. 19. Tomada de:
https://estudiosassani.wordpress.com/2018/11/05/deformacion-excesiva-de-u
n-cargadero/
Fig. 20. Tomada de:
https://www.codigotecnico.org/pdf/Documentos/SE/DcmSE.pdf
Fig. 21. Tomada de:
http://katycastilloosorio.blogspot.com/2017/04/
Fig. 22. Tomada de:
https://fotos.habitissimo.es/foto/arriostramientos_2158118
Fig. 23. Tomada de:
https://madererasantafe.com/principales-anomalias-de-la-madera-durante-su-c
recimiento/
Fig. 24. Tomada de:
https://www.maderea.es/anomalias-y-singularidades-de-la-madera/
Fig. 25. Tomada de:
https://www.taujel.com/tag/entramado/
Fig. 26. Imagen de elaboración propia
Fig. 27. Imagen de elaboración propia
Fig. 28. Tomada de:
https://www.codigotecnico.org/pdf/Documentos/SE/DBSE-M.pdf
92
Fig. 29. Imagen de elaboración propia
Fig. 30. Imagen de elaboración propia
Fig. 31. Imagen de elaboración propia
Fig. 32. Imagen de elaboración propia
Fig. 33. Imagen de elaboración propia
Fig. 34. Imagen de elaboración propia
Fig. 35. Imagen de elaboración propia
Fig. 36. Imagen de elaboración propia
Fig. 37. Imagen de elaboración propia
Fig. 38. Imagen de elaboración propia
Fig. 39. Imagen de elaboración propia
Fig. 40. Imagen de elaboración propia
Fig. 41. Imagen de elaboración propia
Fig. 42. Imagen de elaboración propia
Fig. 43. Imagen de elaboración propia
Fig. 44. Imagen de elaboración propia
Fig. 45. Imagen de elaboración propia
Fig. 46. Imagen de elaboración propia
Fig. 47. Imagen de elaboración propia
Fig. 48. Imagen de elaboración propia
Fig. 49. Imagen de elaboración propia
Fig. 50. Imagen de elaboración propia
Fig. 51. Imagen de elaboración propia
Fig. 52. Imagen de elaboración propia
93
Fig. 53. Imagen de elaboración propia
Fig. 54. Imagen de elaboración propia
Fig. 55. Imagen de elaboración propia
Fig. 56. Imagen de elaboración propia
Fig. 57. Imagen de elaboración propia
Fig. 58. Imagen de elaboración propia
Fig. 59. Imagen de elaboración propia
Fig. 60. Imagen de elaboración propia
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UNE 41805-8 IN Diagnóstico de edificios. Parte 8: Estudio patológico de la
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