Proyecto RESTRUCTMAD. Soluciones innovadoras de reparación y refuerzo para estructuras de madera

AIDIMME continúa investigando y desarrollando en este proyecto de I+D soluciones innovadoras de reparación y refuerzo de estructuras de madera, con ventajas técnicas, económicas y medioambientales respecto a las actuales.

AIDIMME sigue desarrollando el proyecto de I+D en cooperación con empresas RESTRUCTMAD (Investigación y desarrollo de soluciones innovadoras de reparación y refuerzo para estructuras de madera). Este proyecto está financiado por el IVACE (Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial) y cofinanciado por el Programa Operativo FEDER de la Comunidad Valenciana 2014-2020. RESTRUCTMAD empezó en junio de 2020 y concluirá en septiembre de 2021.

Viga de cubierta que necesita reforzada porque presenta una flecha excesiva por sobrecarga.

RESTRUCTMAD se dirige al sector de la construcción y rehabilitación, a empresas de 1ª y 2ª transformación de la madera, a estudios de arquitectura e ingeniería para construcción y estructuras y, por último, a empresas de software.

El proyecto, que se desarrolla en cooperación con empresas valencianas de los sectores de interés, tiene por objetivo investigar y desarrollar soluciones innovadoras de reparación y refuerzo de estructuras de madera, con mejoras sustanciales respecto a las ya existentes: mayor resistencia y capacidad portante, menor impacto medioambiental, menor coste y uso de materiales, menor tiempo de ejecución, aplicación directa en obra, etc.

Principales resultados obtenidos: propiedades mecánicas de la madera y soluciones de refuerzo y reparación aplicables a estructuras de madera

Se realizó un completo análisis sobre las propiedades mecánicas de la madera en estructuras antiguas y modernas, y sobre las situaciones más frecuentes que requieren refuerzo o reparación.

Las estructuras antiguas se clasificaron en los siguientes tipos:

a) Estructuras cerchadas. Son estructuras que tienen generalmente una buena calidad de madera. Normalmente se ejecutaban con madera por completo o bien con tirantes metálicos.

b) Estructuras de forjado y cubiertas. Existen diversas morfologías y tipologías que se han utilizado desde hace siglos. La calidad de la madera y las especies utilizadas es muy variable, al igual que su estado de conservación. En la Comunitat Valenciana, las especies que principalmente aparecen son los distintos pinos autóctonos y madera importada, incluyendo la mobila y el abeto y en algunas ocasiones elementos de chopo, tanto como madera aserrada como en forma de rollizo, dependiendo de la disponibilidad de zonas donde obtener la madera. También hubo una época en que la madera de calidad era mayoritariamente importada.

Cercha completa de madera antigua.
Estructura cerchada usada para cubierta y forjado.
Estructura de forjado con elementos en forma de rollizo y revoltón.
Estructura de madera aserrada de forjado con revoltón.

En las estructuras antiguas aparecen distintas especies, cuyas propiedades mecánicas se analizaron:

  • Mobila vieja: Pinus taeda, P. palustris, P. ellioti en forma de madera aserrada.
  • Pino rojo, albar o Suecia: P. sylvestris en forma de madera aserrada o rollizo.
  • Pino laricio o negral: Pinus nigra en forma de madera aserrada o rollizo.
  • Pino marítimo: Pinus pinaster en forma de madera aserrada o rollizo.
  • Pino blanco o carrasco: Pinus halepensis en forma de rollizo.
  • Abeto: Abies sp./ Picea sp. en forma de madera aserrada.
  • Chopo: Populus nigra en forma de rollizo.
  • Roble: Quercus sp. en forma de rollizo.

Se prepararon también unas fichas técnicas de las principales soluciones de refuerzo y reparación aplicables a estructuras de madera, que están disponibles en la página web de RESTRUCTMAD. Dichas soluciones son las siguientes:

a) Reparación mediante elementos rígidos de refuerzo embebidos en resinas.

b) Refuerzos mediante materiales compuestos de polímeros reforzados con fibras (FRP) adosados con resinas.

c) Refuerzo mediante prótesis de madera encoladas a los elementos.

Vista parcial de la ficha correspondiente a refuerzos mediante plásticos reforzados con fibras.

Las ventajas de la solución de refuerzo mediante plásticos reforzados con fibras son las siguientes:

  • Aumenta la resistencia mecánica y la capacidad portante del elemento reforzado.
  • Los elementos reforzados tienen una menor variabilidad en sus propiedades que los elementos no reforzados y son más estables dimensionalmente.
  • Reduce los efectos negativos de los defectos o singularidades (nudos, grietas, médula, baja densidad, etc.) de la madera en los elementos.
  • La relación resistencia/peso de los FRP es excelente y su comportamiento elástico es lineal a tracción.
  • Puede aplicarse in situ y de forma rápida.
  • Los FRP tienen una buena resistencia a la corrosión.
  • El elemento reparado puede aguantar cargas a las 24 horas de su reparación, si bien el máximo de resistencia se alcanza a los 3-7 días, dependiendo de las resinas epoxi utilizadas para unir el FRP a la madera.

Algunas desventajas y limitaciones de la solución de refuerzo mediante plásticos reforzados con fibras son las siguientes:

  • Si bien hay bastante experiencia en la aplicación de esta técnica al hormigón, en el caso de la madera se necesita mucha más investigación.
  • Aparte de sobre resistencia mecánica, se necesita más investigación sobre ensayos a largo plazo y sobre la durabilidad, a fin de tener en cuenta los efectos de las variaciones en contenido en humedad de la madera y en las condiciones ambientales.
  • No existen factores de fluencia para deflexiones a largo plazo, como se define en los códigos técnicos o en el CTE para vigas de madera sometidas a flexión.
  • No existe por ahora normativa ni tampoco guías de aplicación.
  • Se empeora el aspecto visual del elemento reforzado, ya que se oculta total o parcialmente la madera.
  • El coste de algunos FRP es elevado por el momento (por ejemplo, los CFRP), si bien la tendencia del precio es a la baja.
  • Es necesario un control de calidad apropiado para la aplicación in situ del adhesivo.
  • La técnica requiere operarios formados en ella y con experiencia.

Principales resultados obtenidos: desarrollo de soluciones innovadoras de reparación y refuerzo para madera estructural

En las soluciones innovadoras basadas en FRP, se están desarrollando combinaciones de FRP de distintos tipos y de resinas epoxi para determinar la combinación más resistente y económica. Por ahora, se han reparado 20 viguetas (340×15-17×5-6 cm) de madera antigua con tiras de un CFRP (1,4 mm y 5 cm de ancho) y una resina epoxi comercial.

Previamente se determinó su resistencia mecánica mediante ensayos no destructivos de emisión-recepción de ultrasonidos, y después se realizaron los ensayos destructivos según la norma UNE EN 408 (Estructuras de madera. Madera aserrada y madera laminada encolada para uso estructural. Determinación de algunas propiedades físicas y mecánicas) para determinar la mejora en resistencia.

Viguetas de madera antigua reforzadas por AIDIMME mediante tiras de FRP adheridas en su cara inferior.
Viguetas de madera antigua reforzadas por AIDIMME mediante tiras de FRP insertadas en su cara inferior.
El valor medio de resistencia a flexión aumentó un 30,08%. El valor medio del módulo de elasticidad aumentó un 31,22%.
El valor medio de resistencia a flexión aumentó un 19,65%. El valor medio del módulo de elasticidad aumentó un 49,44%.

Las notables mejoras en resistencia a flexión y elasticidad de las vigas reforzadas se muestran en las gráficas siguientes.

En las soluciones innovadoras basadas en elementos rígidos de refuerzo embebidos en resinas, se han desarrollado distintos tacos químicos para los elementos rígidos (varillas de vidrio pretensadas) a fin de determinar cuáles son los de mejor adherencia con la madera y la varilla y cuáles son los de mayor resistencia mecánica. Para ello se realizan primero ensayos de tracción y flexión en muestras de reducidas dimensiones, y las combinaciones más prometedoras se ensayarán después con elementos reales.

Ensayos de tracción en muestras de reducidas combinaciones para determinar la adherencia del taco químico.
Ensayos de flexión en muestras de reducidas combinaciones para comprobar la resistencia del taco químico.

Por el momento, la resistencia media máxima obtenida a flexión ha sido de 47,4 N/mm2 (con un taco químico comercial al que se ha añadido un aditivo de AIDIMME); y la resistencia a tracción, de 11-12 N/mm2 (con un taco químico comercial al que se han añadido virutas de madera de un diámetro y una proporción optimizados por AIDIMME).

Cooperación de empresas y transferencia tecnológica

En el proyecto cooperan directamente varias empresas y entidades valencianas, que aportan conocimiento, muestras y materiales al proyecto, y que reciben información técnica del proyecto en el marco de la transferencia tecnológica y promoción de los resultados a empresas y profesionales de los sectores de interés. Periódicamente se celebran reuniones presenciales con ellas.

Fotografía de una de las reuniones entre la empresa cooperadora del proyecto INCOFUSTA y AIDIMME para planificar el proyecto.

Además, se difunde el proyecto y se realiza transferencia tecnológica de los resultados mediante reuniones presenciales con empresas, entidades y profesionales interesados. En las reuniones se entrega tanto información general como resultados técnicos del proyecto.

Fotografía de la reunión entre la empresa valenciana LASAR MANAGEMENT y AIDIMME, en la que se difundió el proyecto RESTRUCTMAD y se realizó transferencia tecnológica de sus resultados.

El proyecto se difundió y se realizó transferencia tecnológica de sus resultados en el congreso EXPOCIDA MADERA 2021 (10-11 de marzo), que tuvo 550 asistentes (empresas y profesionales). También se ha realizado recientemente transferencia tecnológica de sus resultados mediante una ponencia celebrada el 6 de mayo en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de la UPV.

Fotografía de la presentación sobre RESTRUCTMAD para la ponencia celebrada en ETSA-UPV.
Fotografía de la presentación sobre RESTRUCTMAD para la ponencia celebrada en ETSA-UPV (primera diapositiva).

Los principales resultados de RESTRUCTMAD están disponibles, a medida que van obteniéndose, de forma abierta, pública y gratuita en la página electrónica de AIDIMME.

El proyecto RESTRUCTMAD cuenta con el apoyo de:

RESTRUCTMAD-INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE SOLUCIONES INNOVADORAS DE REPARACIÓN Y REFUERZO PARA ESTRUCTURAS DE MADERA

Número de proyecto: 22000046
Expediente: IMDEEA/2020/18
Duración: Del 01/07/2020 al 30/09/2021

Coordinado en AIDIMME por: ABIÁN PÉREZ,MIGUEL ANGEL
Línea de I+D: BIOMATERIALES


Para más información contacte con AIDIMME.

Visitas: 473

Miguel Ángel Abián

Tecnología y Biotecnología de la Madera • Jefe Sección