Técnicas no destructivas para el diagnóstico y rehabilitación de edificios con estructuras de madera Lea más sobre Resistografía

Publicado: 11 de junio de 2012 en Artículos

Estructuras de maderas

Se podría pensar que hoy en día, en España, tras años de construcción compulsiva empleando hormigón y acero, ya no quedan en nuestras ciudades edificios con estructura de madera que rehabilitar, salvo algunos palacios y catedrales, pero nada más lejos de la realidad. Si damos un paseo por cualquier casco viejo, y observamos con atención, nos daremos cuenta de que la gran mayoría de edificios antiguos tienen estructura de madera.

A pesar de que la mayoría de planes urbanísticos prohíben su derribo, otras malas prácticas como el vaciado y la sobrecarga de la estructura portante de madera son muy habituales. Asumiendo que queremos ir a un modelo de construcción sostenible, el coste económico y medioambiental que una rehabilitación deficiente genera, justifica con creces la realización de un estudio previo, que en la mayoría de los casos, no supone ni siquiera el 1% del presupuesto total del proyecto.

Este artículo pretende mostrar las tareas más relevantes de proceso de diagnóstico de un edificio con estructura de madera haciendo uso de Técnicas No Destructivas. Entre las tareas a considerar, podemos mencionar el análisis del edificio y su entorno, la inspección in-situ del edificio, el diagnóstico estructural, la definición de medidas correctoras y por último el control de calidad y desarrollo de un plan de mantenimiento.

Haremos especial hincapié en el uso de Técnicas No Destructivas para la inspección in-situ del edificio, entre las cuales destacan la resistografía, el uso de rayos X, ultrasonidos, microfotografía y la detección de humedades de las cuales mostraremos casos reales de aplicación.

El objetivo es proporcionar al lector una idea clara de lo que implica un estudio previo a la rehabilitación de un edificio de madera y como puede mejorar esta reduciendo sus costes e impacto ambiental.

1.- Introducción

El proceso de rehabilitación de cualquier edificio con estructura de madera requiere de la realización de un estudio previo que permita alcanzar los siguientes objetivos:

  • Conservar en la medida de lo posible, la estructura original del edificio, minimizando las modificaciones que, una adecuación a la normativa vigente y un posible cambio de uso del edificio, pudieran exigir.
  • Determinación del estado real de conservación de la estructura de madera del edificio.
  • Definición de medidas correctoras/reparadoras de toda la estructura del edificio.
  • Elección del método de tratamiento más eficaz/compatible con la estructura del edificio.
  • Definición de un plan de mantenimiento ajustado a las necesidades detectadas.
  • Ahorro económico en la ejecución del proyecto mediante la optimización de las acciones correctoras/reparadoras, de los tratamientos protectores a aplicar…

Las etapas o fases en las que se puede dividir el estudio de la estructura de madera en un edificio son las siguientes:

  • Análisis del edificio y su entorno.
  • Inspección in-situ del edificio.
  • Diagnóstico de la estructura.
  • Definición de medidas correctoras/reparadoras.
  • Definición de tratamientos curativos y preventivos.
  • Implantación de un control de calidad (materiales y procesos) y elaboración de un plan de mantenimiento.

Este documento expondrá las tres primeras fases para el diagnóstico del edificio, haciendo especial referencia a las Técnicas No Destructivas que sirven de complemento a la experiencia del evaluador.

Finalmente, se introducirá la monitorización wireless mediante redes de sensores que probablemente gane popularidad en los próximos años como medio para la detección prematura de defectos.

2.- Análisis del edificio y su entorno

2.1.- Análisis del entorno

Previamente al análisis del edificio propiamente dicho, conviene realizar un análisis del entorno del edificio, en el que se valoren aspectos relevantes por su posible trascendencia en la conservación del edificio:

  • Situación geográfica.
  • Ubicación del edificio (zona urbana, zona rural, casco viejo…).
  • Contacto con otros edificios de estructura de madera.
  • Presencia de parques, jardines o zonas de montes en los alrededores.
  • Proximidad de ríos, lagos.
  • Zona interior o costera.
  • Vientos dominantes.

Estos aspectos, aunque no siempre sean determinantes, nos guían en la búsqueda de posibles patologías que podemos encontrarnos en el transcurso de la inspección del edificio, y a las que debemos estar muy atentos. Por ejemplo, en un edificio situado en una zona muy lluviosa, habrá que prestar especial atención al estado de la cubierta, buscando posibles filtraciones que puedan haber generado degradaciones en la estructura de madera (fundamentalmente pudriciones) y en un edificio con zonas de monte en sus inmediaciones, habrá que estar muy atento ante la posible presencia de termitas, revisando cuidadosamente zonas especialmente críticas (sótanos, zonas deshabitadas y oscuras…).

2.2-Antecedentes históricos del edificio

Después del estudio del entorno, es importante conocer las particularidades del edificio, como su antigüedad y su historia o sucesos destacables o los usos para los que se ha destinado el edificio hasta la fecha.

Si hubo un proyecto de rehabilitación con anterioridad, es también importante estudiar toda la información disponible para este nuevo proyecto. Especialmente cuando implica cambios estructurales de importancia en el edificio (por ejemplo otra planta) o cuando los cambios vienen por los requisitos legales para un cambio de uso (Mayores sobrecargas de uso, resistencia de la estructura frente al fuego, aislamiento acústico…).

3.- Inspección in-situ del edificio

La inspección del edificio, tiene como objetivo detector defectos que puedan afectar a la estructura de madera, determinando el estado sanitario, incluyendo la caracterización, evaluación y clasificación de cada una de las piezas que componen la estructura.

El trabajo de inspección debe de ser realizado por parte de personal especializado en la detección, identificación y diagnóstico de daños de origen biótico o abiótico en la madera, así como en la identificación de varias singularidades intrínsecas de la madera (nudos, fendas, gemas…) que se utilizan para la clasificación estructural. Sin embargo, frecuentemente la experiencia requiere el complemento de las técnicas de evaluación no destructivas.

3.1.- Técnicas de Inspección no destructivas

-Xilohigrómetro: Este equipo sirve para determinar in-situ, de forma rápida y sencilla el contenido de humedad de la madera. Se basa en la medición de la conductividad eléctrica de la madera dependiente del contenido de humedad. Véase la ecuación (1), en donde R es la resistencia eléctrica en ohmnios y M el contenido de humedad en %. [1]

Log [Log (R) -4]=1.009-0.0322M (1)

La humedad es un factor clave en la presencia de organismos xilófagos, especialmente de hongos, los cuales comienzan a atacar la madera, cuando el contenido de humedad está por encima del 18%-20%.

Microfotografía: Aunque puede ser relativamente fácil determinar si la madera de una estructura es de una especie o de otra, a veces es muy difícil distinguir la especie, principalmente cuando estas pertenecen a la misma familia. En estos casos, no hay otra solución más que recoger pequeñas muestras que son identificadas a través de la microfotografía.

Microfotografías

Figura 1: Microfotografía de una especie de Madera para ser identificada.

-Resistografía: Este equipo consiste en un taladro mecánico que evalúa la resistencia que ofrece una pieza de madera a la perforación, permitiendo detectar perdidas de densidad en la madera derivadas de pudriciones o de la presencia de galerías internas. En caso de que se sospeche de la existencia de degradaciones o cavidades ocultas en el interior de una pieza de madera (pudriciones en los empotramientos con el muro, edificio infestado por termitas…), podemos emplear el resistógrafo para verificar la integridad de la pieza.

Resistografía

Figura 2: Resistografía para la detección de termitas

La resistografía juega un papel especialmente importante cuando no es posible evaluar visualmente toda la estructura para no producir daño en ella.

-Equipos de ultrasonidos o vibraciones inducidas: los equipos de ultrasonidos permiten determinar el módulo de elasticidad dinámico de una pieza de madera a partir de la velocidad de propagación de las ondas y de la densidad de la madera, aunque en ningún caso podemos determinar su resistencia. Los equipos de vibraciones inducidas se basan en el mismo principio, relacionando la velocidad de propagación de las ondas (en este caso provocadas por un impacto), con el módulo de elasticidad y la densidad de la madera. [2]

-Rayos X: Se trata de un equipo portátil de rayos X, para determinar in-situ la presencia de cavidades internas o insectos xilófagos. (fig 3).

La documentación más antigua al respecto, indica que el uso de rayos x en la inspección de piezas de madera comenzó en el siglo pasado, a través de la evaluación cualitativa de la madera para aplicaciones específicas [3] en busca de defectos internos (nudos, fendas internas, descomposición biológica, insectos xilófagos, etc). Más adelante, varios autores aplicaron la densitometría por rayos x a la evaluación cuantitativa de las propiedades de diferentes especies forestales y productos de madera.

Rayos X

Figura 3: Equipo digital de rayos X y xilófagos marinos

-GPR: El Geo-radar que utiliza radiación electromagnética en el espectro de las microondas permite la prospección de estructuras en edificios, incluyendo estructuras de madera. Una antena situada en la superficie del material irradia energía en el interior del material. La respuesta del material en forma de ondas reflejadas es almacenada y analizada de forma que se pueden evaluar las propiedades del medio por el cual viajan. Algunos autores ya han propuesto la utilización del GPR para la inspección de estructuras de madera. [4]

-Termografía infrarroja: La termografía es el uso de una cámara de medición y representación infrarroja para “ver” y “medir” la energía térmica emitida por un objeto ya que detecta la emisión de radiación Infrarroja y la convierte en señales eléctricas que se representan en una pantalla de video. Estas cámaras han mostrado un gran potencial como herramientas de evaluación No Destructiva. La termografía Infrarroja está convirtiéndose en una técnica utilizada para detectar humedades y degradaciones en edificios con estructura de madera. [5]

3.2- Determinación del estado sanitario de la estructura de madera

La determinación del estado sanitario consiste en detectar, identificar y evaluar los daños de origen biótico y abiótico que hayan afectado a una estructura de madera.

Los principales agentes abióticos que pueden degradar una estructura de madera son los siguientes:

  • Agentes atmosféricos: radiaciones solares y cambios de humedad
  • Químicos: lejías, detergentes, ácidos…
  • Mecánicos: abrasión, acción del hombre …
  • Fuego

Los principales agentes bióticos que pueden degradar una estructura de madera son los siguientes:

  • Hongos xilófagos: hongos cromógenos y hongos de pudrición
  • Xilófagos marinos: moluscos y crustáceos
  • Insectos xilófagos: insectos de ciclo larvario (lepidópteros, himenópteros y coleópteros) e insectos sociales (termitas).

El contenido de humedad es un factor clave en la presencia de organismos que atacan la madera, especialmente hongos que comienzan a atacar la madera por encima de 18-20% de humedad.

Termitas en madera

Figura 4: Las termites son insectos sociales. A la izquierda se pueden ver dos termites obreras y una soldado

4.- Diagnóstico estructural

Para realizar un adecuado diagnostico de la estructura es preciso recopilar, organizar y analizar toda la información referente al edificio y su entorno.

Asimismo, también se necesita recopilar, organizar y analizar toda la información recogida durante la inspección, para lo cual se elaboran tablas y planos que facilitan la compresión del estado de conservación del edificio.

Finalmente, se debe realizar un cálculo estructural de la estructura de madera del edificio basado en el cumplimiento del Código Técnico de la Edificación, CTE. Siendo de aplicación los siguientes Documentos Básicos:

  • Documento Básico de Seguridad Estructural en la edificación DB-SE AE referente a acciones en la edificación.
  • Aplicación del Documento Básico de Seguridad Estructural en la edificación DB-SE M referente a seguridad estructural en madera.

Para el cálculo estructural de cada tipología de edificio se desarrollan modelos específicos en 2D o 3D.

Indice agotamiento

Figura 5: Índice de agotamiento en una viga de madera

En ocasiones, para el diagnóstico de las estructuras de madera se realizan pruebas de carga, que además de no tener justificación si se realiza un adecuado estudio de dicha estructura, aporta mucha menos información que un buen estudio. En caso de realizarse dicha prueba de carga, se advierte de la conveniencia de realizar previamente un estudio para asegurar la integridad del edificio y del personal técnico.

5.- El futuro de la rehabilitación: Las redes de sensores wireless

5.1-La importancia de la predicción

Muchas de las estructuras que están actualmente en uso se construyeron hace más de 50 años. Una parte significativa de estas estructuras necesitan urgentemente labores de refuerzo, rehabilitación o sustitución. Muchas de las estructuras son funcionalmente obsoletas porque no cumplen con los reglamentos actuales. El costoso ciclo de mantenimiento, reparación y reconstrucción ha hecho que algunos propietarios busquen soluciones más eficientes y asequibles en la monitorización. Predecir los futuros defectos y localizarlos con redes de sensores wireless pueden ahorrar una gran suma de dinero en el mantenimiento del patrimonio histórico.

5.2-La tecnología que está detrás

Las redes de sensors wireless de ultra bajo consumo están en constante desarrollo. Estos sensores tienen una muy larga duración de la batería (3-5 años o incluso más) y sirven para monitorizar varios parámetros que pueden resultar muy útiles para el mantenimiento del patrimonio histórico.

Micro deformaciones, contenido de humedad, calidad del aire, temperatura, etc., prácticamente cualquier cosa puede ser medida y transmitida de forma remota a un PC o teléfono móvil por un coste muy bajo. Este permite que se puedan monitorizar muchas estructuras desde una oficina central con la información transmitida a través de Internet, eliminando los costes de instalación permanente y reduciendo el número de visitas.

Detección prematura

Figura 6: Redes de sensors wireless para la detección prematura de defectos

Aparte de monitorizar parámetros ambientales a través de las tecnologías de sensorización, las piezas de madera que componen una estructura también pueden ser identificadas con las nuevas tecnologías. Recientemente, se han desarrollado clavos con capacidad RFID. Radio-frequency identification (RFID), es una tecnología de reemplazo para el código de barras. La tecnología es utilizada para identificar un objeto de manera automática. Para hacer esto, el sistema se basa en Tags RFID. Estos on pequeños transpondedores que pueden transmitir información estática a través de una distancia corta, cuando reciben una solicitud. Gracias a los clavos con tecnología RFID, cada pieza de madera de una estructura puede ser identificada, no existiendo coste de mantenimiento ya que no hay baterías. [6]

En resumen, el trabajo de diagnóstico previo a la rehabilitación es una actividad vital para mantener nuestro patrimonio histórico reduciendo costes. Sin embargo el diagnóstico presenta numerosos desafíos y necesita del aporte de Técnicas No Destructivas y monitorización para ser exprimido al máximo.

Alrededor del 40% de los edificios en España tienen más de 50 años, muchos de los cuales tienen estructura de madera, además de las infraestructuras. Rehabilitarlos representa unan gran suma de dinero, difícil de alcanzar en tiempos de crisis. Es por ello que se requiere un esfuerzo especial para mejorar las técnicas de inspección actuales para que sean económicas y permitan mantener lo más posible de nuestro patrimonio.

Como se puede ver, las Técnicas No Destructivas pueden proporcionar información relevante, pero no todo está hecho ya. El futuro de la rehabilitación está indudablemente unido al desarrollo de las TICs que proporcionarán nuevas técnicas y procedimientos de inspección.

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