Caracterización de las propiedades mecánicas de la madera estructural en edificios históricos de Valparaíso, Chile

Abstract

La presente investigación propone un estudio experimental para determinar las propiedades mecánicas de la madera de roble en probetas construidas con madera antigua rescatada de construcciones existentes que utilizan la técnica del tabique-adobillo en el Área Histórica de la ciudad de Valparaíso, Chile. El objetivo principal de este trabajo es evaluar y cuantificar el impacto del daño causado por los insectos xilófagos, como termitas, en la resistencia de la madera, al ser este agente uno de los principales factores de deterioro de la madera en las construcciones de la zona central del país. Asimismo, la investigación busca el evaluar si la carga prolongada en la madera, y el paso del tiempo, influye en las propiedades mecánicas y resistencia del material en servicio. La metodología de trabajo considera un estudio experimental y comparativo entre diferentes tipos de muestras. En primer lugar, se busca comparar la madera de roble antigua versus la madera nueva o comercial de la misma especie. El objetivo es observar y cuantificar las diferencias para dilucidar si existe una tendencia que permita establecer una correlación entre la carga prolongada de la madera, el paso del tiempo y sus propiedades mecánicas. El segundo grupo de muestras corresponde a aquellas con daños ocasionados por el ataque de insectos xilófagos. Para ello se estableció una herramienta para la clasificación visual de las probetas de acuerdo con el grado de daño superficial cuantificado en la zona donde se espera que se produzca el fallo en las probetas. La campaña experimental propuesta en este trabajo proyecta la ejecución ensayos destructivos convencionales con probetas a escala reducida para determinar las propiedades mecánicas de la madera, considerando los grupos anteriormente descritos, bajo cargas de compresión paralela y perpendicular a la fibra, de tracción perpendicular, cizalle paralelo y flexión estática de acuerdo con las normas chilenas que establecen los métodos y procedimientos para realizar estos ensayos (Instituto Nacional de Normalización, 2018c, 2018d, 2018f, 2018b, 2018e). Por último, se evalúan probetas de pino Oregón nuevas y los resultados se comparan con los de roble nuevo y antiguo, considerando que esta madera se utiliza para rehabilitar edificios históricos en Valparaíso, en reemplazo de piezas gravemente dañadas. Los resultados del primer grupo (probetas antiguas sin daños vs probetas nuevas) demostraron que la resistencia de la madera de la madera antigua extraída desde edificios históricos se vio reducida en la mayoría de los ensayos respecto a la madera nueva, en porcentajes que varían entre el 11% y el 60%. En particular, la resistencia a la compresión perpendicular de la madera de roble antigua (8.40 MPa) disminuyó un 34% respecto a la nueva (11.87 MPa), y en los ensayos de tracción perpendicular la resistencia de la madera antigua (2.92 MPa) disminuyó en un 41% respecto a la nueva (4.43 MPa). Asimismo, la resistencia al cizalle paralelo de las probetas de madera antigua (4.65 MPa) disminuyó un 60% respecto a las nuevas (8.62 MPa), y la resistencia a la flexión se redujo un 11% entre las probetas de roble antiguo (73.55 MPa) y nuevo (81.97 MPa). De igual forma, el módulo de elasticidad en flexión del roble antiguo (8344.33 MPa) se redujo en un 13% en comparación con la madera nueva (9535.84 MPa). Estos resultados permiten concluir que la carga prolongada de la madera influye negativamente en las variaciones de sus propiedades mecánicas, considerando la resistencia y rigidez. No obstante, la resistencia a la compresión paralela de la madera de roble nuevo disminuyó ligeramente (un 4.8%) respecto a las probetas de roble antiguo, de 43.40 MPa a 41.36 MPa. Este resultado podría considerarse como un valor fuera de la tendencia, y se espera poder aumentar la muestra en este ensayo en específico y conseguir resultados más consistentes Por otro lado, el grupo de ensayo de probetas clasificadas según su nivel de ataque por termitas (2) demostró que el daño superficial generado por el ataque de termitas tiene un impacto directo en la pérdida de la capacidad y rigidez de la madera ante diferentes tipos de cargas. La escala de clasificación visual permitió establecer una correlación cuantitativa que es inversamente proporcional entre el nivel de ataque y la perdida de resistencia en las probetas, corroborando la hipótesis de esta investigación: a mayor nivel de ataque menor resistencia de las piezas. Esto puede indicar que el daño por insectos xilófagos y el uso prolongado de una pieza estructural puede afectar negativamente a la integridad de una estructura de madera, viendo reducida su capacidad de carga y siendo más vulnerable a deformaciones y daños.