9395 Memorias Madera Estructura

Recuperación Estructural y artística del entramado de madera de la Sala Ortuño. Palacio Montehermoso. Vitoria-Gasteiz. Álava 1

MEMORIA DE ESTRUCTURA

DOCUMENTO BÁSICO SE-M

Seguridad Estructural - Madera

DOCUMENTO BÁSICO SE-AE

Seguridad Estructural – Acciones en la edificación

PROYECTO DE EJECUCION

RECUPERACIÓN ESTRUCTURAL Y ARTÍSTICA DEL ENTRAMADO DE MADERA

Sala Ortuño. Palacio Montehermoso

Vitoria-Gasteiz, Álava


1 MEMORIA DE CALCULO DE LA ESTRUCTURA DE MADERA

Introducción

Este proyecto de ejecución contempla el desarrollo por una parte de la recuperación estructural

de los entramados de madera de la Sala Ortuño, del Palacio Montehermoso de Vitoria-Gasteiz, y

por otra de la recuperación Artística de los entramados, artesonados y muros de la misma sala.

El proyecto de ejecución de Rehabilitación del edificio se realizó en Septiembre de 1993, a

continuación se llevaron a cabo las obras de rehabilitación integral del mismo.

En esta intervención se respetó el estado actual de una de las salas del mismo que ha llegado

casi sin alteraciones hasta nuestro días, en lo referente al entramado de madera.

La intervención se limita por tanto a esa sala y al artesonado existente en dicha sala.

Se trata de una sala de muros de mampostería perimetrales. La planta es rectangular, de 6,30

metros de ancho, que salvan una serie de 12 vigas de madera de roble de gran escuadría. La luz

entre vigas la salvan los solivos de madera de Roble de 15x15cm de escuadría. Sobre los solivos

existen una serie de cintas saetinos, y tablazón, formando unos casetones policromados. Algunas

de las vigas también se encuentran policromadas en algunas de sus caras del mismo modo que

parte de los muros perimetrales de mampostería.

Se han calculado las vigas y los solivos y todos ellos cumplen las condiciones de tensión de la

Norma. Los solivos cumplen además las condiciones de flecha. Las vigas en general no cumplen

estas condiciones de flecha, pero al tratarse de estructuras antiguas con cargas importantes

sostenidas durante mucho tiempo, se han producido dichas flechas, que no comprometen

actualmente la estabilidad de la estructura, ni afectan a tabiquería ni a otro tipo de elementos del

edificio. No se considera por tanto necesario intervenir en la estructura, excepto en aquellos

elementos con patologías.

Patologías

Se propone intervenir en aquellos elementos que tienen patologías que afectan a la seguridad de

la estructura.

Se han detectado las siguientes patologías:

Viga 3. Fenda + desviación en zona de tracción

Se trata de una fenda en zona de tracción asociada a una desviación de fibra que merma de

manera importante la capacidad resistente de la viga.

Viga 5. Escuadría escasa + fendas + desviación de fibra

Se trata de una viga de menor escuadría que el resto y que tiene el mismo problema de fenda

asociada a desviación de fibra en zona de tracción. Merma de manera importante su capacidad

resistente.

Viga 7. Pérdida de sección en apoyo


La viga 7, y debido a la existencia de una gotera de la cubierta durante un período de tiempo

prolongado, ha sufrido un ataque de hongos que merma su sección de manera importante en la

zona del apoyo, zona en la que la madera no puede ventilar.

“Vigas” 8 y 9. Tirantes de cerchas

Se trata de dos falsas vigas ya que forman parte de dos cerchas que actualmente no trabajan

como tales. Son los tirantes de las mismas, de escuadría menor al resto de vigas y a una

distancia también claramente menor. Entre los dos tirantes de las cerchas existen una serie de

solivos de escuadría irregular y colocación igualmente irregular, sin cintas ni saetinos ni

casetones, alterando claramente la imagen del conjunto. Se aprecia asimismo la existencia de un

arranque de viga cortada en medio de los dos tirantes que indica claramente la existencia anterior

de una viga y que los solivos que llegan a los tirantes fueron cortados para colocar estas dos

cerchas.

Solivo en tramo 9

Se trata de una rotura en zona de tracción cerca del apoyo de un solivo de forjado que lo deja

con su capacidad resistente muy mermada.

Solivos en tramo 13

Pérdida de sección completa en dos solivos del último tramo que no llegan incluso a uno de los

apoyos, y que por tanto no están resistiendo, sino que suponen una carga y una discontinuidad

en el forjado.

Intervención

Se propone la recuperación de la capacidad resistente de cada uno de los elementos

estructurales mencionados, mediante el empleo de técnicas blandas de recuperación, como son

los injertos de madera encolados a la madera a reparar mediante resinas epoxy.

Viga 3. Fenda + desviación en zona de tracción

Se inyectará resina epoxy en la fenda existente y se colocarán una serie de pasadores de

madera. Esta intervención recuperará el total de la capacidad resistente de la viga de madera, ya

que la forma de la fenda se asemeja a las uniones oblicuas verticales que se emplearán en el

resto de intervenciones y que sirven para devolver toda la resistencia que en su día tuvo la viga.

Viga 5. Escuadría escasa + fendas + desviación de fibra

Se aumentará la escuadría de la viga por su parte inferior mediante el encolado en obra de una

lámina de madera de roble empleando resinas epoxy.

Viga 7. Pérdida de sección en apoyo

Se trata de eliminar la madera en mal estado de la zona cercana al apoyo, y sustituirla por

madera en buen estado, Se empleará un único plano de encolado oblicuo vertical y resinas

epoxy.


“Vigas” 8 y 9. Tirantes de cerchas

Se eliminarán las dos cerchas previo apeo y serán sustituidas por una viga de madera de roble

vieja colocada en el sitio en el que antiguamente estaba colocada la viga original, y de una

escuadría similar. Se prolongarán los solivos por medio de injertos oblicuos verticales, madera

roble y resina epoxy.

Solivo en tramo 9

Se reparará por medio de un injerto oblicuo vertical, aplicado en uno de sus extremos. Se

empleará madera de roble y resina epoxy para su encolado.

Solivos en tramo 13

Se repararán por medio de un injerto oblicuo vertical, aplicado en uno de sus extremos. Se

empleará madera de roble y resina epoxy para su encolado.

Normativa técnica

CTE-DB-SE-AE: acciones en la edificación

CTE-DB-SE: Seguridad estructural

CTE-DB-SE-M: Estructuras de madera.

CTE-DB-SI: Seguridad en caso de incendio


Método de cálculo

Para conocer las posibilidades estructurales de la madera y así poder utilizarla como herramienta

de diseño, es obligado analizar sus características mecánicas y como influyen en éstas factores

como el contenido de humedad, la duración de la carga y la calidad de la madera.

Se ha empleado el método de los estados límites, consistente en la comprobación de la

estructura para su resistencia última, pero considerando unas cargas mayoradas y unas

resistencias del material minoradas a partir de los valores característicos.

La Norma CTE-DB-SE-M (Código Técnico de la Edificación, Documento Básico, Seguridad

Estructural, Madera) adopta un método de cálculo en estados límites y utiliza coeficientes

parciales de seguridad (afectando a la resistencia y a las acciones). Los métodos de cálculo de

las tensiones admisibles, tradicionales en la madera, son sustituidos por los de coeficientes

parciales que ya son habituales en otros materiales como el hormigón o el acero.

Para el cálculo se ha empleado el programa Tricalc, versión 6.05 en sus módulos de cálculo de

estructuras tridimensionales y comprobación de escuadrías de madera, y hojas de cálculo de

diseño propio tanto para vigas como para solivos y pilares.

En todos los casos se ha tenido en cuenta el comportamiento de cada elementos estructural de

madera al fuego, cumpliendo las condiciones impuestas en la Norma CTE-DB-SI (Código

Técnico de la Edificación, Documento Básico, Seguridad en caso de Incendio).

Contenido de humedad de la madera. Clases de servicio

La humedad de la madera influye significativamente en las propiedades mecánicas y debe

tenerse en cuenta en el cálculo. Al aumentar el contenido de humedad disminuyen la resistencia

y el módulo de elasticidad. Esta dependencia tiene lugar para contenidos de humedad inferiores

al punto de saturación de las fibras (agua de impregnación). La influencia de este factor está

determinada por la calidad de la madera y es diferente para las diversas propiedades mecánicas.

En el caso de la madera comercial (madera en piezas de tamaño real y con defectos) esta

dependencia entre humedad y propiedades mecánicas resulta menos acentuada en la tracción y

compresión paralelas a la fibra y flexión.

Las estructuras de madera quedan asignadas a una de las tres clases de servicio definidas por

las características ambientales del lugar y su contacto con el exterior.

Clase de servicio 1. Se caracteriza por un contenido de humedad en la madera correspondiente

a una temperatura de 20+-2ºC y una humedad relativa del aire que sólo exceda el 65% unas

pocas semanas al año.

Clase de servicio 2. Se caracteriza por un contenido de humedad en la madera correspondiente

a una temperatura de 20+-2ºC y una humedad relativa del aire que sólo exceda el 85% unas

pocas semanas al año.

Clase de servicio 3. Condiciones ambientales que conduzcan a contenido de humedad superior

al de la Clase de servicio 2.


En la Clase de servicio 2, la humedad de equilibrio higroscópico media en la mayoría de las

coníferas no excede el 20%. En esta clase se encuentran, en general, las estructuras de madera

bajo cubierta, pero abiertas y expuestas al ambiente exterior, como es el caso de cobertizos y

viseras. Las piscinas cubiertas, debido a su ambiente húmedo, encajan también en esta clase de

serivicio.

Se ha asignado toda la madera estructural a la Clase de servicio 1, que : se caracteriza por un

contenido de humedad en los materiales correspondiente a una temperatura de 20 + 2º C y una

humedad relativa del aire que sólo exceda el 65% unas pocas semanas al año. (Estructuras bajo

cubierta y cerradas).

Duración de la carga

Las clases de duración de la carga se caracterizan por el efecto de una carga constante actuando

por un determinado periodo de tiempo. Diferenciamos entre carga permanente, de larga, media y

corta duración e instantánea. Una carga intermitente será considerada como carga permanente si

no se alcanza la recuperación del material en el periodo de descarga.

Clase de duración Orden de duración acumulada de la carga característica

Ejemplos de carga

Permanente mas de 10 años Permanente, peso propio

Larga 6 meses - 10 años apeos, o estructuras provisionales no itinerantes

Media 1 semana - 6 meses sobrecarga de uso; nieve el localidades de > 1000m

Corta menos de una semana viento, nieve en localidades de <1000m

Instantánea algunos segundos sismo

El efecto de la duración de la carga no ha de confundirse con la fatiga del material o con el efecto

de la edad de la estructura.

Efecto de las dimensiones de la pieza en la resistencia.

Existe una relación entre la resistencia de la madera y el tamaño de la pieza, de tal forma que

cuanto mayor sea su volumen menor resulta la tensión de rotura.

Este efecto del tamaño de la pieza se justifica en base a la teoría de la rotura frágil que es

aplicable principalmente a la tracción paralela y perpendicular a la fibra y al cortante. En esta

teoría el material se asimila a una cadena en la que el fallo del eslabón más débil conduce al fallo

del conjunto. Cuanto mayor sea el número de eslabones mayor será la probabilidad de fallo.


Madera maciza

Factor de altura Kh: En piezas de madera aserrada de sección rectangular, si el canto en flexión o

la mayor dimensión de la sección en tracción paralela es menor que 150mm, los valores

característicos fm,k y ft,o,k pueden multiplicarse por el factor kh.

kh = (150/h)0,2 <= 1,3

Siendo h el canto en flexión o mayor dimensión de la sección en tracción, (mm).

Madera laminada encolada

a) Factor de altura kh: en piezas de madera laminada encolada de sección rectangular, si

el canto en flexión o la mayor dimensión de la sección de tracción paralela es menor que 600mm,

los valores característicos fm,g,k y ft,o,g,k pueden multiplicarse por el factor kh.

Kh = (600/h)0,1 <= 1,1

Siendo: h el canto en flexión o mayor dimensión de la sección en tracción, (mm).

a) Factor de volumen kvol: cuando el volumen V de la zona considerada en la

comprobación, según se define en cada caso, sea mayor que V0(V0=0,01m3) y esté sometido a

esfuerzos de tracción perpendicular a la fibra con tensiones repartidas uniformemente, la

resistencia característica a tracción perpendicular, ft,90,g,k se multiplicará por el kvol.

Kvol = (V0/V)0,2

Valores de cálculo.

El valor de cálculo Xd de una propiedad del material (resistencia) se define como:

Xd = kmod (Xk / γM)

siendo

Xk; valor característico de la propiedad del material. Generalmente corresponde al 5º percentil de

la distribución estadística de los resultados de los ensayos.

γM; coeficiente parcial de seguridad para el material definido por la tabla:


Coeficientes parciales de seguridad para el material, γM

Situaciones persistentes y transitorias

Madera maciza 1,30

Madera laminada encolada 1,25

Madera microlaminada, tablero contrachapado, tablero de virutas orientadas 1,20

Tablero de partículas y tableros de fibras (duros, medios, DM, blandos) 1,30

Uniones 1,30

Placas clavo 1,25

Situaciones extraordinarias 1,00

De manera análoga se define el valor de la capacidad de carga de cálculo (referida a una unión o

un sistema estructural), Rd, según la expresión:

Rd = kmod.(Rk/γM)

Siendo:

Rk valor característico de la capacidad de carga

γM coeficiente parcial de seguridad correspondiente definido en esta tabla.

Material Clase de servicio

Clase de duración de la carga

Permanente Larga Media Corta Instantánea

0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

Madera maciza

Madera laminada encolada

Madera microlaminada 0,50 0,55 0,65 0,70 0,90


Clases resistentes de madera aserrada. Valores característicos

Especies coníferas y chopos

C14

C16

C18

C22

C24

C27

C30

C35

C40

propiedades resistentes en N/mm2

Flexión fmk 14 16 18 22 24 27 30 35 40 Tracción paralela ft0k 8 10 11 13 14 16 18 21 24 Tracción perpendicular ft90k 0.34 0.5 0.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 0.6 Compresión paralela fc0k 16 17 18 20 21 22 23 25 26 Compresión perpendicular fc90k 2.0 2.2 2.2 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 Cortante fvk 1.7 1.8 2.0 2.4 2.5 2.8 3.0 3.4 3.8 Propiedades de rigidez en kN/mm2

Módulo de elasticidad paralelo medio E0mean

7

8

9

10

11

12

12

13

14

Módulo de elasticidad paralelo 5º percentil E0.05

4.7

5.4

6.0

6.7

7.4

8.0

8.0

8.7

9.4

Módulo de elasticidad perpendicular medio E90mean

0.23

0.27

0.30

0.33

0.37

0.40

0.40

0.43

0.47

Módulo de cortante medio G 0.44 0.50 0.56 0.63 0.69 0.75 0.75 0.81 0.88 Densidad en Kg/m3

Densidad Pk 290 310 320 340 350 370 380 400 420 Densidad media Pmean 350 370 380 410 420 450 460 480 500


Clases resistentes de madera aserrada Valores característicos (continuación)

Especies frondosas

D30

D35

D40

D50

D60

D70

Propiedades resistentes en N/mm2

Flexión fmk 30 35 40 50 60 70 Tracción paralela ft0k 18 21 24 30 36 42 Tracción perpendicular ft90k 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Compresión paralela fc0k 23 25 26 29 32 34 Compresión perpendicular fc90k 8.0 8.4 8.8 9.7 10.5 13.5 Cortante fvk 3.0 3.4 3.8 4.6 5.3 6.0 Propiedades de rigidez en kN/mm2

Módulo de elasticidad paralelo medio E0mean

10

10

11

14

17

20

Módulo de elasticidad paralelo 5º percentil E0.05

8.0

8.7

9.4

11.8

14.3

16.8

Módulo de elasticidad perpendicular medio E90mean

0.64

0.69

0.75

0.93

1.13

1.33

Módulo de cortante medio G 0.60 0.65 0.70 0.88 1.06 1.25 Densidad en Kg/m3 Densidad Pk 530 560 590 650 700 900 Densidad media Pmean 640 670 700 780 840 1080


Asignación de Clase resistente a partir de la calidad de la especie arbórea

Norma Especie (procedencia) Clase resistente C14 C16 C18 C22 C24 C27 C30 C35 D35 D40

Pino Silvestre (España) - - ME-2 - - ME-1 - - - - Pino pinaster (España) - - ME-2 - ME-1 - - - - - Pino insignis (España) - - ME-2 - ME-1 - - - - -

UNE 56.544

Pino Laricio (España) - - ME-2 - - - ME-1 - - - Abeto (Francia) - - - ST-III ST-II - ST-I - - - Falso Abeto (Francia) - - - ST-III ST-II - ST-I - - - Pino Oregón (Francia) - - - ST-III ST-II - - - - -

NF B 52.001-4

Pino Pinaster (Francia) - - ST-III - ST-II - - - - - Abeto (Europa: central, N y E) - S7 - - S10 - S13 - - - Falso abeto (Europa: N y E) - S7 - - S10 - S13 - - -

DIN 4074

Pino silvestre (Europa: central, N y E) - S7 - - S10 - S13 - - - Abeto (Europa: N y NE) T0 - T1 - T2 - T3 - - - Falso abeto (Europa: N y NE) T0 - T1 - T2 - T3 - - -

INSTA 142

Pino silvestre (Europa: N y NE) T0 - T1 - T2 - T3 - - - Abeto (Reino Unido) - GS - - SS - - - - - BS 4978 Pino silvestre (Reino Unido) - GS - - SS - - - - - Iroko (Africa) - - - - - - - - - HS Jarrah (Australia) - - - - - - - - - HS

BS 5756

Teca (Africa y Asia SE) - - - - - - - - - HS


Materiales empleados

Madera maciza existente

Roble

Clase resistente A determinar en obra

Madera para refuerzo

Roble

Clase resistente D 30

Humedad <20%

Cola Resina Epoxy Mastifix

Temperatura >10ºC

Tiempo de encolado 12 horas

Tolerancia máxima 3mm (recomendado)

Aserrada a las medidas indicadas

Madera para reparaciones

Roble

Clase resistente D 30

Humedad < 20%

Cola Resina Epoxy Mastifix

Temperatura > 10ºC

Tiempo de encolado 12 horas

Tolerancia máxima 3mm (recomendado)


Madera para piecerío

Roble viejo

Clasificación visual D 30

Humedad < 20%



Recuperación de elementos estructurales de madera dañados. Injertos

En caso de recuperación de los forjados, las reparaciones de los elementos de madera que las

componen se realizarán mediante injertos. Para el cálculo de los distintos tipos de injertos se

emplea lo comentado más arriba además del método de reparación de elementos de madera

flexionados desarrollado en 1997 por Mikel Landa en la Tesis Doctoral titulada “Comportamiento

de las uniones encoladas para la reparación de elementos estructurales de madera que trabajan

a flexión”. Para los elementos no flexionados se han seguido desarrollos posteriores de dicha

tesis.

Introducción

Un injerto consiste en la incorporación de madera en buen estado a un elemento estructural,

uniéndola a la madera existente, para conseguir un conjunto resistente y conseguir de esta

manera sustituir la parte de madera en mal estado del elemento en su estado actual.

Para la ejecución de dichos injertos es necesario el empleo de madera en buen estado y resina.

Para la correcta ejecución y funcionamiento de dicha tecnología es necesario controlar dos

aspectos básicos, como son el tipo de unión entre la madera reparada y la madera aportada, y

por otra parte controlar las condiciones de encolado.

Tipos de unión

Los tipos de unión dependen del tipo de elemento a restaurar y de las solicitaciones a que se

encuentre sometido. Serán diferentes para elementos comprimidos, flexionados o traccionados.

Para ello se deberá seguir el método arriba mencionado, cumpliendo las formas y dimensiones

de las uniones en función del tipo de reparación a realizar, los esfuerzos a que va a estar

sometida, y la posición dentro del elemento estructural. Las uniones serán de tal modo que se

haga trabajar a la unión a cortante.

Condiciones de encolado

El elemento de unión será resina Epoxy. Se deberán respetar fundamentalmente las condiciones

de temperatura y humedad, en función de las especificaciones del fabricante.

El tiempo de encolado será controlado, tanto para el tiempo abierto de cola, como para el

endurecimiento de la cola. La presión de encolado en este tipo de uniones no es determinante

teniendo en cuenta que se trata de productos con capacidad de relleno y que por lo tanto

pueden ser aplicados sin presión.

Todos los injertos llevarán pasadores de madera de acacia en las zonas de límite de los planos

de encolado. Se respetarán las medidas indicadas en los planos.

En el caso de que las condiciones de encolado no se cumplan en obra, habrá que crear

artificialmente dichas condiciones. Se aplicarán calentadores que permitan que se cumplan las

condiciones de temperatura y humedad en línea de cola.


Descripción del tipo de estructura

Se trata de forjados compuestos por vigas de madera que salvan la luz entre muros de

mampostería, y solivos de madera que salvan la luz entre vigas. Hay casetones entre los solivos.

Las vigas apoyan en mechinales de los muros largos. Los solivos apoyan directamente encima

de las vigas.

Las reparaciones y los refuerzos se realizan de manera que los elementos estructurales

intervenidos trabajan de la misma manera que lo hacían antes de sufrir las patologías que les han

llevado a la intervención.

Vitoria-Gasteiz 10 de Febrero de 2009

Zuriñe Celaya Arroyabe Alberto García Yela Mikel Landa Esparza Arquitecta Arquitecto Dr. Arquitecto

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