UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MONTES

CLASIFICACIN MEDIANTE TCNICAS NO DESTRUCTIVAS Y EVALUACIN DE LAS

PROPIEDADES MECNICAS DE LA MADERA ASERRADA DE CONFERAS DE GRAN

ESCUADRA PARA USO ESTRUCTURAL

TESIS DOCTORAL

GUILLERMO IGUEZ GONZLEZ Ingeniero de Montes

2007

DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIN Y VAS RURALES

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE

INGENIEROS DE MONTES

Clasificacin mediante tcnicas no destructivas y evaluacin de las

propiedades mecnicas de la madera aserrada de conferas de gran escuadra para uso estructural

GUILLERMO IGUEZ GONZLEZ Ingeniero de Montes

Director FRANCISCO ARRIAGA MARTITEGUI

Dr. Arquitecto

2007

Tribunal nombrado por el Magfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad

Politcnica de Madrid, el da _____ de ____________ de _______

Presidente D. _____________________________________________________

Vocal D. _____________________________________________________

Vocal D. _____________________________________________________

Vocal D. _____________________________________________________

Secretario D. _____________________________________________________

Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis Doctoral el da _____ de

____________ de _______, en la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de

Montes de la UPM

Calificacin: _________________________________________________________

EL PRESIDENTE LOS VOCALES

EL SECRETARIO

Nagoreri

i

ndice

ndice........................................................................................i

ndice de tablas .....................................................................v

ndice de figuras ................................................................ vii

Agradecimientos ................................................................... 1

Resumen ................................................................................. 3

Summary ................................................................................ 4

1. Introduccin..................................................................... 5

2. Objetivos .......................................................................... 8

3. Antecedentes ................................................................. 11 3.1. Madera libre de defectos y madera de tamao estructural ....11

3.2. Madera de tamao estructural: pequea y gran escuadra ....14

3.3. Particularidades de las piezas de gran escuadra.....................18

3.4. Determinacin de las propiedades fsicas y mecnicas de la madera aserrada estructural........................................................19

3.4.1. Tcnicas no destructivas............................................ 19

- Clasificacin de los mtodos no destructivos ................... 20

- Clasificacin visual.............................................................. 22

- Mtodos mecnicos ............................................................. 26

- Mtodos acsticos ............................................................... 34

3.4.2. Tcnicas destructivas o ensayo mecnico estructural................................................................... 54

- Densidad y contenido de humedad ................................... 55

- Ensayo de las propiedades en direccin paralela a la fibra ............................................................................. 55

ii

- Ensayo de las propiedades en direccin perpendicular a la fibra ...................................................................... 62

- Ensayo de cortante .............................................................. 65

- Determinacin de las propiedades mecnicas a partir de las propiedades ms representativas .................. 66

4. Medios y equipos utilizados ...................................... 69 4.1. Laboratorio de Maderas del CIFOR-INIA.................................69

4.1.1. Equipo humano.......................................................... 69

4.1.2. Medios y equipos materiales..................................... 69

- Flexmetro, escuadra, trazador, galgas, etc ...................... 69

- Xilohigrmetro .................................................................... 70

- Equipo de ultrasonidos ....................................................... 71

- Equipo de vibracin ............................................................ 72

- Prtico de ensayos mecnicos ............................................ 73

4.2. Laboratorio de Maderas, Resinas y Corcho de la EU Ingeniera Tcnica Forestal ..........................................................75

4.2.1. Equipo humano.......................................................... 75

4.2.2. Medios y equipos materiales..................................... 75

- Flexmetro, calibre y taladro.............................................. 75

- Cmara climtica ................................................................. 75

- Xilohigrmetro .................................................................... 75

- Balanza ................................................................................. 76

- Estufa.................................................................................... 76

- Penetrmetro ....................................................................... 76

- Equipo de arranque de tornillo .......................................... 77

4.3. Calibracin de equipos y clculo de incertidumbres...............77

5. Metodologa................................................................... 79 5.1. Material de ensayo........................................................................79

5.2. Desarrollo experimental...............................................................81

5.3. Determinacin de las propiedades fsicas .................................83

5.3.1. Contenido de humedad............................................. 83

iii

5.3.2. Densidad..................................................................... 85

5.4. Clasificacin visual .......................................................................85

5.5. Profundidad de penetracin .......................................................87

5.6. Resistencia al arranque de tornillo .............................................89

5.7. Tiempo de transmisin de la onda ultrasnica ........................90

5.8. Frecuencia natural de vibracin longitudinal...........................93

5.9. Ensayo mecnico de flexin ........................................................94

5.9.1. Mdulo de elasticidad local ...................................... 94

5.9.2. Mdulo de elasticidad global.................................... 96

5.9.3. Tensin de rotura....................................................... 97

6. Anlisis y discusin de resultados.......................... 100 6.1. Clasificacin visual .....................................................................100

6.1.1. Rendimientos de clasificacin segn la norma UNE 56544: 2003 ...................................................... 100

6.1.2. Propiedades fsicas y mecnicas por calidad visual......................................................................... 103

6.1.3. Propuesta de modificacin de las especificaciones de la norma UNE 56544: 2003 ................................. 104

6.2. Densidad vs. profundidad de penetracin y resistencia al arranque de tornillo....................................................................110

6.2.1. Densidad local y global ........................................... 110

6.2.2. Profundidad de penetracin ................................... 112

6.2.3. Resistencia al arranque de tornillo ......................... 116

6.3. Mdulo de elasticidad vs. tiempo de transmisin y frecuencia de vibracin longitudinal .......................................120

6.3.1. Mdulo de elasticidad global.................................. 120

6.3.2. Mdulo de elasticidad local .................................... 122

6.3.3. Tiempo de transmisin - velocidad de propagacin de onda ultrasnica ........................... 124

6.3.4. Frecuencia de vibracin longitudinal - velocidad de propagacin onda de presin ............................ 127

6.3.5. Mdulo de elasticidad esttico vs. dinmico......... 129

6.3.6. Mdulo de elasticidad esttico vs. velocidad ........ 132

iv

6.4. Tensin de rotura vs. tiempo de transmisin y frecuencia de vibracin longitudinal ..........................................................134

6.4.1. Tensin de rotura a flexin ..................................... 134

6.4.2. Tensin de rotura a flexin vs. mdulo de elasticidad dinmico................................................ 136

6.4.3. Tensin de rotura a flexin vs. velocidad .............. 137

6.4.4. Correccin por nudosidad ...................................... 138

6.5. Tensin de rotura a flexin, mdulo de elasticidad y densidad.......................................................................................140

6.6. Efecto de tamao en la resistencia a flexin............................143

7. Conclusiones y propuestas ....................................... 145 7.1. Clasificacin visual .....................................................................145

7.2. Tcnicas no destructivas ............................................................147

7.2.1. Estimacin de las propiedades fsicas: densidad .. 147

7.2.2. Estimacin de las propiedades mecnicas: mdulo de elasticidad y resistencia a flexin ........ 148

7.3. Propiedades fsicas y mecnicas de la madera de gran escuadra ......................................................................................150

7.4. Efecto del tamao de la pieza y la especie ..............................150

7.5. Lneas futuras de investigacin ................................................151

8. Estancias en otros Centros ........................................ 152

Bibliografa ........................................................................ 154 Libros y revistas ....................................................................................154

Normativa ..............................................................................................170

Proyectos Fin de Carrera y Tesis Doctorales.....................................173

Sitios web ...............................................................................................174

Anexos................................................................................. 177 Anexo A: Estadillo ................................................................................177

Anexo B: Leyenda de tablas resumen de resultados........................179

Anexo C: Tablas resumen de resultados............................................182

v

ndice de tablas Tabla 4.1 Incertidumbres de medida.................................................................................... 78 Tabla 5.1 Material de ensayo ................................................................................................. 80 Tabla 5.2 Contenido de humedad de la madera con xilohigrmetro por especie y fase de ensayo.................................................................................................................................. 84 Tabla 5.3 Diferencias entre los valores medios del contenido de humedad de la madera por especie medidos con xilohigrmetro y estufa.............................................................. 84 Tabla 5.4 Especificaciones de la norma UNE 56544: 2003 ................................................. 86 Tabla 5.5 Rendimientos de clasificacin conforme a la UNE 56544: 2003 por especie y calidad visual ........................................................................................................................... 87 Tabla 6.1 Calidad visual por parmetro de clasificacin................................................. 100 Tabla 6.2 Propiedades fsicas y mecnicas por especie, tamao de seccin y calidad visual segn UNE 56544: 2003............................................................................................. 103 Tabla 6.3 Rendimientos de clasificacin despus de la modificacin I ......................... 105 Tabla 6.4 Valor medio de las propiedades fsicas y mecnicas despus de la modificacin I ........................................................................................................................ 106 Tabla 6.5 Rendimientos de clasificacin despus de las modificaciones I y II ............. 107 Tabla 6.6 Valor medio de las propiedades fsicas y mecnicas despus de las modificaciones I y II.............................................................................................................. 108 Tabla 6.7 Tabla de especificaciones propuesta para la clasificacin de piezas de seccin rectangular con anchura b > 70 mm.................................................................................... 109 Tabla 6.8 Valor medio y coeficiente de variacin de la densidad local y global por especie..................................................................................................................................... 110 Tabla 6.9 Valor medio y coeficiente de variacin de la profundidad de penetracin por especie..................................................................................................................................... 112 Tabla 6.10 Valor medio y coeficiente de variacin de la fuerza de extraccin por especie..................................................................................................................................... 116 Tabla 6.11 Valor caracterstico de la densidad calculado mediante la expresin del Eurocdigo 5 (EN 1995-1-1: 2004/prA1) y comparativa .................................................. 119 Tabla 6.12 Valor medio y coeficiente de variacin del mdulo de elasticidad global por especie y tamao de seccin ................................................................................................ 120 Tabla 6.13 Valor medio y coeficiente de variacin del mdulo de elasticidad global y local del pino radiata de seccin 150x200 mm .................................................................. 123 Tabla 6.14 Valor medio y coeficiente de variacin de la velocidad de propagacin de la lectura directa testa-testa y de la amplitud mxima por especie y tamao de seccin125 Tabla 6.15 Valor medio y coeficiente de variacin de la velocidad de propagacin de diferentes lecturas ultrasnicas en pino radiata de seccin 150x200 mm ..................... 126 Tabla 6.16 Valor medio y coeficiente de variacin de la velocidad obtenida por vibracin por especie y tamao de seccin ....................................................................... 128 Tabla 6.17 Valor medio y coeficiente de variacin del mdulo de elasticidad esttico y dinmico por especie y tamao de seccin........................................................................ 129 Tabla 6.18 Valor caracterstico, valor medio y coeficiente de variacin de la tensin de rotura por especie y tamao de seccin ............................................................................ 134 Tabla 6.19 Valor medio y coeficiente de variacin de la nudosidad (CKDR) por especie

vi

y tamao de seccin.............................................................................................................. 139 Tabla 6.20 Valor medio y coeficiente de variacin de la tensin de rotura, el mdulo de elasticidad global y la densidad por especie ..................................................................... 141 Tabla 6.21 Coeficientes de determinacin de las relaciones lineales entre las propiedades fsicas y mecnicas de la madera.................................................................. 142 Tabla 6.22 Resistencia caracterstica a flexin para diferentes tamaos de la seccin en madera de calidad ME-2 ...................................................................................................... 144 Tabla 7.1 Especificaciones para la clasificacin visual de piezas de seccin rectangular con anchura b > 70 mm......................................................................................................... 146 Tabla 7.2 Propiedades fsicas y mecnicas de la madera de gran escuadra ................ 150

vii

ndice de figuras Figura 3.1 Extraccin de probetas de ensayo: pequeas y libres de defectos (izquierda), madera aserrada estructural y madera enteriza (derecha)................................................ 12 Figura 3.2 Relacin entre resistencia y duracin de la carga. Curva de Madison ........ 13 Figura 3.3 Diferentes formatos de la madera. De derecha a izquierda: probeta libre de defectos, madera aserrada de pequea y gran escuadra; y madera procedente de estructuras antiguas................................................................................................................ 14 Figura 3.4 Relacin entre resistencia y tamao................................................................... 17 Figura 3.5 Parmetros no destructivos vs. Propiedades resistentes ................................ 20 Figura 3.6 Equipo de clasificacin mecnica por flexin (fuente: Metriguard, Inc.) ..... 21 Figura 3.7 Equipo de medicin del tiempo de propagacin de un impulso acstico (fuente: Metriguard, Inc.) ....................................................................................................... 21 Figura 3.8 Equipo de termografa por infrarrojos (fuente: Nippon Avionics, Ltd.) ...... 22 Figura 3.9 Imagen por rayos Gamma de un tronco de abeto (fuente: Divos, 2005a) .... 22 Figura 3.10 Singularidades en madera aserrada................................................................. 23 Figura 3.11 Mquina de clasificacin mecnica (CIFOR - INIA)...................................... 26 Figura 3.12 Detalle del resistgrafo ...................................................................................... 28 Figura 3.13 Salida grfica del resistgrafo........................................................................... 28 Figura 3.14 Equipo de penetracin para hormign (fuente: James Instruments, Inc.).. 29 Figura 3.15 Varilla clavada en la madera (fuente: Proceq)................................................ 30 Figura 3.16 Esclermetro para hormign (fuente: James Instruments, Inc.) .................. 31 Figura 3.17 Mquina de arranque de tornillo (fuente: Fakopp) ....................................... 32 Figura 3.18 Perturbacin originada por ondas P o longitudinales.................................. 35 Figura 3.19 Equipo de ultrasonidos para hormign (fuente: James Instruments, Inc.) 39 Figura 3.20 Tcnica de ultrasonidos. Mtodo de transmisin .......................................... 41 Figura 3.21 Mtodos de lectura de ultrasonidos................................................................. 42 Figura 3.22 Palpador ultrasonidos (fuente: Fakopp).......................................................... 44 Figura 3.23 Deteccin de pudriciones internas mediante tomografa acstica (fuente: Divos, 2005a) ............................................................................................................................ 47 Figura 3.24 Detalle de vibracin longitudinal..................................................................... 48 Figura 3.25 Detalle de vibracin de flexin ......................................................................... 49 Figura 3.26 Detalle de vibracin de torsin......................................................................... 52 Figura 3.27 Dispositivo de ensayo para la determinacin del E aparente ...................... 56 Figura 3.28 Mtodo de la luz variable .................................................................................. 58 Figura 3.29 Grfica de los pares de valores ......................................................................... 58 Figura 3.30 Dispositivo de ensayo de traccin paralela a la fibra .................................... 59 Figura 3.31 Dispositivo de ensayo de compresin paralela a la fibra.............................. 61 Figura 3.32 Probetas para ensayo de traccin o compresin perpendicular a la fibra. 62 Figura 3.33 Dispositivo de ensayo de traccin o compresin perpendicular a la fibra. 63 Figura 3.34 Grfico de carga/deformacin en compresin perpendicular a la fibra ..... 64 Figura 3.35 Dispositivo de ensayo de cortante.................................................................... 66 Figura 4.1 Detalle del trazador .............................................................................................. 70 Figura 4.2 Detalle del xilohigrmetro................................................................................... 71

viii

Figura 4.3 Sylvatest Duo ........................................................................................................ 71 Figura 4.4 Probeta sobre el PLG............................................................................................ 72 Figura 4.5 Prtico de ensayos hidrulico PFIB 600/300W ................................................. 73 Figura 4.6 Ensayo de flexin de la probeta PS-31-A........................................................... 74 Figura 4.7 Prtico de ensayos electromecnico de 150W .................................................. 74 Figura 4.8 Pilodyn 6J Forest ................................................................................................... 76 Figura 4.9 Equipo de arranque de tornillo (Screw Withdrawal Force Meter)................ 77 Figura 5.1 Material de ensayo................................................................................................ 79 Figura 5.2 Transporte del material de ensayo al laboratorio ............................................ 81 Figura 5.3 Detalle de extraccin de la rebanada ................................................................. 83 Figura 5.4 Esquema de las posiciones de lectura radial y tangencial .............................. 88 Figura 5.5 Detalle de la escala reglada del equipo de penetracin .................................. 88 Figura 5.6 Detalle del equipo de arranque de tornillo (MAT) .......................................... 90 Figura 5.7 Medicin del tiempo de propagacin de la onda ultrasnica en lectura directa testa-testa..................................................................................................................... 90 Figura 5.8 Amortiguacin de la seal acstica (fuente: Aicher et al., 2002)................... 91 Figura 5.9 Medicin del tiempo de propagacin de la onda ultrasnica en lectura directa cara-cara (izquierda) y lectura indirecta cara-cara (derecha)............................... 92 Figura 5.10 Equipo de medida de la frecuencia de vibracin longitudinal y la masa... 93 Figura 5.11 Dispositivo de ensayo para la medicin del mdulo de elasticidad local.. 95 Figura 5.12 Grfico fuerza / deformacin en tramo elstico ............................................. 96 Figura 5.13 Dispositivo de ensayo para la medicin del mdulo de elasticidad global96 Figura 5.14 Dispositivo de ensayo para la medicin de la tensin de rotura................. 97 Figura 5.15 Diagrama de momentos flectores del ensayo de flexin............................... 98 Figura 6.1 Anlisis del porcentaje de rechazo por parmetro de clasificacin............. 101 Figura 6.2 Anlisis del porcentaje de rechazo por parmetro de clasificacin para el pino radiata ............................................................................................................................ 101 Figura 6.3 Anlisis del porcentaje de rechazo por parmetro de clasificacin para el pino silvestre.......................................................................................................................... 102 Figura 6.4 Anlisis del porcentaje de rechazo por parmetro de clasificacin para el pino laricio.............................................................................................................................. 102 Figura 6.5 Grfico de medias del anlisis de la varianza del mdulo de elasticidad por calidad visual del pino radiata ........................................................................................... 104 Figura 6.6 Histograma de frecuencias de la densidad global del pino radiata al 12 %110 Figura 6.7 Grfico de medias del anlisis de la varianza de la densidad global por especie..................................................................................................................................... 111 Figura 6.8 Histograma de frecuencias de la profundidad de penetracin radial ........ 113 Figura 6.9 Grfico de medias del anlisis de la varianza de la profundidad de penetracin por especie........................................................................................................ 113 Figura 6.10 Grfico de valores observados frente a predichos de la densidad local (profundidad de penetracin) ............................................................................................. 115 Figura 6.11 Histograma de frecuencias de la fuerza de extraccin tangencial............. 116 Figura 6.12 Grfico de medias del anlisis de la varianza de la fuerza de extraccin por especie..................................................................................................................................... 117 Figura 6.13 Grfico de valores observados frente a predichos de la densidad local

ix

(fuerza de extraccin) ........................................................................................................... 118 Figura 6.14 Histograma de frecuencias del mdulo de elasticidad global al 12 % de toda la muestra ...................................................................................................................... 121 Figura 6.15 Histograma de frecuencias del mdulo de elasticidad global al 12 % del pino radiata ............................................................................................................................ 121 Figura 6.16 Grfico de medias del anlisis de la varianza del mdulo de elasticidad por especie..................................................................................................................................... 122 Figura 6.17 Recta de regresin entre el mdulo de elasticidad local y global del pino radiata de seccin 150x200 mm........................................................................................... 124 Figura 6.18 Histograma de frecuencias de la velocidad de propagacin de la onda ultrasnica en la lectura directa testa-testa del pino radiata al 12 % ............................. 125 Figura 6.19 Histograma de frecuencias de la amplitud mxima de la onda ultrasnica en la lectura directa testa-testa del pino laricio................................................................. 126 Figura 6.20 Recta de regresin lineal entre la velocidad de ultrasonidos de la lectura directa testa-testa y directa cara-cara ................................................................................. 127 Figura 6.21 Histograma de frecuencias de la velocidad obtenida por vibracin del pino silvestre ................................................................................................................................... 128 Figura 6.22 Histograma de frecuencias del mdulo de elasticidad dinmico obtenido por ultrasonidos .................................................................................................................... 130 Figura 6.23 Histograma de frecuencias del mdulo de elasticidad dinmico obtenido por vibracin.......................................................................................................................... 130 Figura 6.24 Grfico de medias del anlisis de la varianza del mdulo de elasticidad dinmico de ultrasonidos por especie................................................................................ 131 Figura 6.25 Grfico de medias del anlisis de la varianza de la velocidad de vibracin por especie.............................................................................................................................. 133 Figura 6.26 Histograma de frecuencias de la tensin de rotura de toda la muestra ... 135 Figura 6.27 Histograma de frecuencias de la tensin de rotura del pino radiata ........ 135 Figura 6.28 Grfico de medias del anlisis de la varianza de la tensin de rotura por especie..................................................................................................................................... 136 Figura 6.29 Grfico de valores observados vs. predichos de la tensin de rotura....... 137 Figura 6.30 Relacin de Dimetro de Nudo Concentrado (CKDR, Concentrated Knot Diameter Ratio)...................................................................................................................... 139 Figura 6.31 Recta de regresin lineal entre la tensin de rotura a flexin y el mdulo de elasticidad global para toda la muestra ............................................................................. 143 Figura 7.1 Coeficientes de determinacin, R2, obtenidos entre cada variable no destructiva y la propiedad resistente estimada ................................................................ 148

1

Agradecimientos Como algn otro doctorando ya expres, el desarrollo de una Tesis Doctoral puede describirse como un camino en soledad poblado de compaas. Por ello, mi deseo es que sirvan los siguientes prrafos como justo agradecimiento a todos aquellos que han compartido este periodo y experiencia conmigo. En estos cuatro aos, muchas han sido las personas e Instituciones que han contribuido, en mayor o menor medida, de manera directa o indirecta, a la realizacin de este trabajo de investigacin, de ah que no pueda dedicarles unas palabras a todas ellas. Seguro que no estn todas las que son, pero es seguro que son todas las que estn. En primer lugar, agradezco el apoyo personal y profesional recibido por la Unidad Docente de Clculo de Estructuras de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Montes de la UPM. De ellos, he aprendido lo que la palabra Docencia significa en su mximo exponente. En ese sentido, he de agradecer muy sinceramente: el ejemplo, la dedicacin y el saber investigador y docente de mi director de Tesis, D. Francisco Arriaga, el cual, con su continua y cercana disponibilidad, siempre estuvo ah cuando lo necesit. Por otro lado, agradezco el apoyo econmico, material y administrativo recibido por el Ministerio de Educacin y Ciencia, a travs de su programa de becas doctorales de Formacin de Personal Investigador (Proyectos de Investigacin: AGL2002-00813 y AGL2004-01598 FOR). Esta beca FPI, me ha permitido desarrollar el doctorado de manera exclusiva, y disfrutar de estancias en otros Centros de Investigacin y Organismos Superiores de Enseanza. Agradezco al Laboratorio de Maderas del INIA, el poder haberme introducido en el mundo del laboratorio por la puerta grande. Su experiencia y labor investigadora en el campo de la construccin con madera, es difcilmente comparable a ninguna otra en Espaa. Sin la ayuda inestimable y los gratos momentos vividos con ellos, la dura campaa de ensayos no hubiese sido posible. De igual modo, he de agradecer al Laboratorio de Maderas, Resinas y Corcho de la EUIT Forestal, su disponibilidad y buen hacer. Igualmente, resulta inestimable la experiencia adquirida en la Asociacin de Investigacin Tcnica de las Industrias de la Madera y corcho (AITIM). Les agradezco el haberme dado la oportunidad de conocer y compartir con ellos el mundo real de la madera, con su problemtica y paisanaje. Las enseanzas aprendidas y vividas, han contribuido muy positivamente a que las conclusiones de esta Tesis puedan, si procede, llevarse fcilmente al sector de la madera.

2

Una parte muy importante del doctorado se ha desarrollado fuera del grupo de trabajo habitual, de ah que no pueda dejar de agradecer y valorar la solidaridad y hospitalidad con la que todos los grupos de trabajo a los que me unido, me han dispensado. La gran cantidad de personas conocidas y experiencias vividas, han hecho de este trabajo unas vacaciones. Agradezco al Laboratorio de Tcnicas No Destructivas en Madera (Roncsolsmentes Faanyagvizsglati Laboratrium) de la Universidad del Oeste de Hungra, Sopron; al Departamento de Tecnologa de la Madera (Department of Wood Science) de la Universidad de la Columbia Britnica, Canad, y al Departamento de Construccin e Ingeniera de la Madera (Lehrstuhl fr Holzbau und Baukonstruktion) de la Universidad Tcnica de Munich, Alemania, el buen acogimiento y las enseazas recibidas. Como suele decirse: last but not least, mi ms profundo agradecimiento a toda mi familia, por su incondicional apoyo e inters en toda tarea que inicio, por loca que sta sea. Valga como ejemplo, una Tesis Doctoral.

3

Resumen En el presente trabajo de investigacin se recogen los anlisis, resultados y conclusiones obtenidos mediante la clasificacin visual y aplicacin de otras tcnicas no destructivas, junto a la evaluacin de las propiedades mecnicas, de madera aserrada de conferas de gran escuadra para uso estructural. La muestra de estudio consisti en un total de 395 piezas de madera aserrada estructural, con dimensiones transversales entre 150x200 mm y 200x250 mm, y de las siguientes especies de conferas: pino radiata (Pinus radiata D. Don), pino silvestre (Pinus sylvestris L.) y pino laricio (Pinus nigra subsp. salzmannii (Dunal) Franco). Se ha realizado la clasificacin visual de toda la muestra conforme a las disposiciones descritas por la norma UNE 56544: 2003, registrando los diferentes parmetros de clasificacin que explican cada calidad visual asignada. El alto porcentaje de rechazo obtenido, del orden del 43 %, junto con la baja prediccin de las propiedades resistentes de los grupos de calidad obtenidos, justifican la necesidad de una modificacin de la normativa actual, al menos en lo que se refiere a las piezas de gran escuadra. La situacin normativa en otros pases, aadida a la experiencia recogida en trabajos previos de investigacin, as lo avalan. Con esta situacin, se propone la revisin de las limitaciones de los parmetros de clasificacin y se justifica la creacin de una clase visual nica: MEG (Madera Estructural Gruesa), para las piezas de anchura mayor de 70 mm. Se aconseja limitar la longitud de las bolsas de resina y entrecasco a 1,5 veces la altura de la seccin, h; y el tamao de nudo de cara, a 2/3 de h. Igualmente se abandona el concepto de nudo de margen. Por otro lado, la aplicacin de las tcnicas no destructivas (penetrmetro, arranque de tornillo, ultrasonidos y vibracin inducida) ha validado y reforzado las ideas sobre precisin, portabilidad y facilidad de empleo de estos mtodos. Los valores de estimacin alcanzados con coeficientes de determinacin, R2, de: 0,64, para la densidad; 0,76, para el mdulo de elasticidad; y 0,68, para la resistencia; confirman su futuro prometedor como herramientas no destructivas para la estimacin de las propiedades resistentes de la madera aserrada estructural. Finalmente, no se observa en las variables resistentes una tendencia clara segn el tamao de la seccin de los lotes estudiados. Igualmente, se hace una comparacin con los resultados alcanzados para esas especies, con los datos obtenidos de otros estudios con probetas de menor escuadra.

4

Summary This research work contains the results, analysis and conclusions obtained by means of visual grading and application of several non-destructive tests, together with the evaluation of mechanical properties, of large cross-section sawn coniferous timber for structural use. The study sample consisted of a total of 395 pieces of sawn timber, with cross-sections from 150 x 200 mm to 200 x 250 mm, and of the following species of coniferous: radiata pine (Pinus radiata D. Don), Scots pine (Pinus sylvestris L.) and laricio pine (Pinus nigra subsp. salzmannii (Dunal) Franco). The whole sample was visually graded according to the regulations contained in the UNE 56544: 2003 standard, recording the different grading parameters which explain each one of the visual qualities assigned. The high percentage of rejection, at approximately 43 %, together with the low rate of prediction of the strength properties of the quality groups obtained, justify the need for current standards to be modified, at least regarding large cross-section timber. The standards used in other countries and the experience gained in previous research work show this to be necessary. In this situation, it is proposed that the limitations of the grading parameters be revised, justifying the creation of a single visual class: MEG, for pieces with a width greater than 70 mm. It is advisable that the length of resin and bark pockets be limited to 1.5 times the height of the section, h; and that the size of facial knots be limited to 2/3 h. The concept of marginal knots should be abandoned. On the other hand, the use of non-destructive testing techniques, such as the penetrometer, screw withdrawal, ultrasound and vibration has validated and added to the perception that these methods are exact, portable and easy to use. The estimated values attained with a coefficient of determination, R2, of approx.: 0.64 for density; 0.76 for the elasticity modulus and 0.68 for strength. These confirm their promising future as non-destructive tools for estimation of the strength properties of sawn structural timber. Finally, no clear tendency was observed in the strength variables depending on the size of the cross-section of the batches studied. A comparison is made with the results obtained for the species in question, using the data obtained for them with smaller cross-section test pieces.

Introduccin

5

1. Introduccin En la actualidad, entre otras razones por la reciente puesta en vigor de la Ley de Ordenacin de la Edificacin y del Cdigo Tcnico de la Edificacin, una de las ms fuertes exigencias en el sector de la construccin, es la encaminada a satisfacer la creciente demanda de garantas en todos los aspectos relacionados con la calidad, entendida en el ms amplio de sus significados, y con la seguridad de los edificios; as como lo relativo a la durabilidad. Como es lgico, la construccin con madera no resulta ajena a esta tendencia. Una rpida descripcin del sector de la construccin con madera, partira del hecho constatado del abandono progresivo de la madera como material estructural, y su resurgimiento como material de acabado. Como consecuencia, tambin ha sufrido el abandono de los oficios propios de la carpintera de armar. Estas deficiencias se hacen evidentes desde la fase de proyecto, hasta la fase de ejecucin de cualquier obra con madera, desde la falta de conocimiento y de herramientas de trabajo para los tcnicos, hasta la falta de mano de obra cualificada para el levantamiento de las estructuras de madera, pasando por el suministro del material, los controles de calidad, etc. Sin embargo, tambin se puede constatar un aumento significativo de actividad en el sector, tanto en obra nueva como en restauracin y rehabilitacin. Por ello, las carencias y la demanda detectada entre los diferentes profesionales y empresas relacionadas, as como la ausencia de respuesta a dichas cuestiones, constituyen la principal motivacin de este trabajo de investigacin. Podra decirse, que las deficiencias detectadas estn casi siempre relacionadas con la dificultad para evaluar las propiedades mecnicas y resistentes de la madera como material estructural. En la actualidad, en nuestro pas existen normas de clasificacin visual (UNE 56544: 2003, para conferas; UNE 56546: en fase de informacin pblica, para frondosas (actualmente slo para el eucalipto)) cuyo uso, aunque an no est muy extendido, empieza a encontrar implantacin en la industria. Sin embargo, estas normas de clasificacin del material estn basadas en investigaciones llevadas a cabo sobre piezas estructurales de madera de pequea escuadra (100x40 mm hasta 200x70 mm), no resultando adecuadas, en trminos de rendimiento y prediccin de las propiedades mecnicas, para las piezas de madera aserrada de gran escuadra. Por otro lado, el creciente desarrollo y empleo de otras tcnicas no destructivas de

Introduccin

6

evaluacin de las propiedades de la madera, justifican su utilizacin como tcnicas complementarias, e incluso en algunos casos, sustitutorias de la clasificacin visual. Sus excelentes resultados se estn haciendo notar en la rpida implantacin, tanto en lneas de produccin (aserraderos, fbricas de madera laminada, etc.) como en la inspeccin de estructuras existentes. En este sentido, la estimacin de las propiedades resistentes de la madera de gran escuadra, cuya clasificacin mecnica por mquina no es posible debido a las dimensiones de la seccin transversal, tiene en las tcnicas de ultrasonidos o de vibracin, un futuro muy halageo. De ah, que en este trabajo de investigacin se pretenda, por un lado, evaluar la norma de clasificacin visual vigente aplicada a piezas de gran escuadra, y por otro, analizar una serie de tcnicas no destructivas porttiles (ultrasonidos, anlisis de vibraciones, mtodos de penetracin y resistencia al arranque de tornillo), con idea de aportar pautas y variables de clasificacin de madera, objetivas y eficaces, basadas en el grado de prediccin de cada una de las propiedades, y aplicables tanto en aserradero como en obra. Adems, mediante el ensayo mecnico, se obtienen los valores de las propiedades mecnicas de la madera de conferas de gran escuadra habitualmente utilizada en las estructuras de nuestro pas. Contribuyendo al conocimiento ms profundo del material y complementando los trabajos de investigacin anteriormente desarrollados en esta lnea. La Tesis Doctoral queda, pues, justificada desde los siguientes puntos de vista:

- La necesidad de complementar el Cdigo Tcnico de la Edificacin (CTE), en lo que hace referencia al Captulo 1 (Materiales), y ms en concreto, en la prescripcin de la calidad en madera aserrada (llegando a proponer una modificacin en la normativa vigente de clasificacin, que contemple a la gran escuadra como un grupo diferenciado).

- La necesidad de establecer otras metodologas de clasificacin y analizar diversas tecnologas de aplicacin, en la evaluacin resistente de madera, tanto colocada en obra como suministro, necesarias para cumplir con lo establecido sobre el control de la estructura en el CTE y servir de apoyo a las Inspecciones Tcnicas de Edificios (ITEs).

- Aportar una sustancial mejora en el conocimiento de la madera como material de construccin, en general, y analizar el efecto del tamao de la seccin, en particular.

- Potenciar y afianzar el creciente mercado de la madera aserrada estructural, eliminando las reticencias de tipo tcnico que el uso de este material pueda generar por la ausencia de una normativa clara que regule su calidad.

Introduccin

7

- Ampliar el conocimiento y uso de algunas tcnicas no destructivas, como son los ultrasonidos, el anlisis de vibraciones, los mtodos de penetracin y la resistencia al arranque de tornillo. Evaluando su capacidad como estimadores de las propiedades mecnicas del material. De acuerdo con lo anteriormente expuesto, la realizacin del presente estudio de investigacin es necesaria pero adems oportuna, ya que estamos en el tramo de implantacin de toda la normativa sobre construccin en madera y fiabilidad estructural, normativa que quedara incompleta si no se incluyera una norma de evaluacin de la calidad estructural de la madera de grandes escuadras. Adems de la inmediata obligatoriedad del Marcado CE de la madera aserrada estructural, el 1 de Septiembre de 2007, por la Directiva de Productos de la Construccin.

Objetivos

8

2. Objetivos El objetivo principal de este trabajo de investigacin es la clasificacin mediante tcnicas no destructivas y la evaluacin de las propiedades mecnicas, de la madera aserrada de conferas de gran escuadra de uso estructural. Todo ello, orientado hacia su aplicacin en la evaluacin de la calidad del material, adems de en aserradero y en obra nueva, en estructuras existentes y obras de restauracin o rehabilitacin. Para ello, se ha procedido a la aplicacin y al anlisis de diversos mtodos no destructivos, entre los que se encuentra la clasificacin visual, y a la evaluacin de las propiedades resistentes mediante ensayo mecnico, de un lote de madera aserrada de confera de gran escuadra, formada por las especies y secciones ms habituales en construccin. Los valores reales de las propiedades fsicas y mecnicas de la madera, son contrastados con los valores estimados mediante las diversas tcnicas no destructivas; analizndose el grado de prediccin y las ventajas e inconvenientes de la aplicacin de cada uno de los mtodos. Como objetivos especficos podemos destacar:

- La evaluacin de los resultados de la clasificacin visual conforme a la norma UNE 56544: 2003, realizada sobre piezas de gruesa escuadra. Optimizacin del mtodo mediante una propuesta de modificacin de la norma que se ajuste a las singularidades del tamao de seccin.

- El estudio de aplicabilidad y ajuste para gruesa escuadra de diferentes tcnicas no destructivas: penetrmetro, arranque de tornillo, ultrasonidos y vibracin inducida. Anlisis del grado de prediccin y presentacin de modelos de ajuste.

- El anlisis de las propiedades fsicas y mecnicas de la madera de confera de gruesa escuadra, y estudio del efecto del tamao de seccin.

- La evaluacin de la utilizacin de la clasificacin visual y otras tcnicas no destructivas con el fin de mejorar la prediccin de las propiedades resistentes de la madera. Con ello, se pretende contribuir al conocimiento ms profundo del material, y complementar los trabajos de investigacin anteriormente desarrollados en esta lnea. Para la consecucin de estos objetivos, el presente estudio se llev a cabo sobre una muestra de madera formada por un total de 395 piezas de madera aserrada estructural, de las siguientes especies de conferas: pino radiata (Pinus radiata D. Don),

Objetivos

9

pino silvestre (Pinus sylvestris L.) y pino laricio (Pinus nigra subsp. salzmannii (Dunal) Franco). El material de ensayo procede de muestras representativas de madera estructural, con dimensiones transversales entre 150x200 mm y 200x250 mm. Antes de proceder al diseo del experimento y el posterior desarrollo experimental, se realiz un profundo estudio bibliogrfico basado en la madera de gran escuadra, clasificacin y singularidades. Tanto, la bsqueda centrada en documentos especializados en el tema, como la asistencia a congresos y conferencias nacionales e internacionales relacionados, ha permitido conocer de cerca las tcnicas no destructivas hoy vigentes, y el estado actual en materia de clasificacin. Una vez seleccionado el material de ensayo y haciendo uso de la metodologa y principios seleccionados, tanto normalizados como en fase experimental, se procedi al estudio completo de toda la muestra. Aplicando, en primer lugar, toda la batera de ensayos correspondientes a la aplicacin de las diversas tcnicas no destructivas y la clasificacin visual. Cuyo objetivo era registrar las variables que luego seran utilizadas como estimadores. Posteriormente, se ensayaron mecnicamente las probetas midiendo las propiedades resistentes. De esta forma, se alcanza el objetivo de conocer las propiedades reales de la madera de gran escuadra. Y, analizar, el posible efecto de tamao de la seccin. Con ambos grupos de resultados, parmetros directos e indirectos, se plantean los modelos de regresin que servirn para estimar y clasificar futuros lotes de madera de gruesa escuadra. Conociendo el grado de acierto y error al aplicar cada una de las tcnicas. La investigacin experimental, y posterior desarrollo de la Tesis Doctoral, se ha visto fuertemente influenciada y enriquecida por las estancias disfrutadas por el doctorando en Centros de Investigacin y Organismos Superiores de Enseanza, fuera de su grupo de trabajo habitual. Ms de la mitad de los cuatro aos de trabajo, ha estado en contacto con personas y centros de primera lnea en lo que se refiere a esta disciplina. Ya que entre los objetivos secundarios buscados, estaba alcanzar la perspectiva ms amplia posible sobre la lnea investigadora desarrollada. Por otro lado, entre las lneas futuras de investigacin se abre un amplio abanico de posibilidades y campos en los que es necesario un mayor conocimiento en relacin a la madera de gran escuadra, en general, y a las tcnicas no destructivas, en particular. La ampliacin de la base de datos de piezas de gran escuadra clasificadas visualmente, contribuir a refrendar las propuestas de modificacin de la norma, aqu introducidas.

Objetivos

10

El estudio en profundidad y por separado de cada una de las tcnicas no destructivas planteadas, incidiendo en los conceptos fsicos bsicos de funcionamiento de cada una de ellas, permitir encontrar nuevas variables no destructivas que puedan ser utilizadas como estimadores de las variables.

Antecedentes

11

3. Antecedentes

3.1. Madera libre de defectos y madera de tamao estructural La madera es un material heterogneo debido a su estructura fibrosa y a la presencia de irregularidades en su estructura; la ms evidente es la presencia de nudos que son consecuencia de la existencia de ramas en el rbol. Un nudo supone una discontinuidad en el material y una desviacin local de las fibras muy importante. Las propiedades mecnicas de la pieza de madera con nudos quedan reducidas notablemente. Es fcil entender que para el estudio de las propiedades mecnicas de la madera se pueden plantear dos alternativas. La primera de ellas, consiste en el estudio del material libre de singularidades o defectos (nudos, desviacin de la fibra y otros). Lgicamente las piezas de este material tienen que ser de reducidas dimensiones para evitar la presencia de singularidades; este formato se denomina: probetas pequeas y libres de defectos. En las normas de los pases europeos como, por ejemplo, la UNE 56537: 1979, la seccin transversal de las probetas es de 20x20 mm (50x50 mm en la norma norteamericana ASTM D143-94: 2000), y la longitud de 300 mm (750 mm en la norma ASTM D143-94: 2000). La otra alternativa, es el estudio del material en probetas del mismo tamao que las piezas que se comercializan, lo que supone la presencia de singularidades. Su tamao es prcticamente el mismo que el que se emplea en su aplicacin estructural. La denominacin de este formato es el tamao estructural o tamao comercial. Evidentemente, las propiedades mecnicas as obtenidas son mucho ms reducidas que las calculadas a partir de probetas pequeas y libres de defectos. El procedimiento de obtencin de las propiedades fsicas y mecnicas de la madera hasta la dcada de los 70 del siglo pasado, se basaba en el ensayo de probetas pequeas y libres de defectos. Los mtodos de clculo de estructuras de madera seguan el formato de las tensiones admisibles del material. Esta tensin admisible o resistencia se obtena a partir de un percentil (normalmente el 5 %) de la distribucin normal de la resistencia, al que se aplicaban una serie de ajustes por duracin de la carga, humedad, altura de la seccin, calidad y coeficiente de seguridad global. A partir de los aos 70, este procedimiento se pone en cuestin como sistema vlido para predecir el comportamiento de la madera de tamao estructural y con defectos, de las diferentes calidades comerciales.

Antecedentes

12

El Profesor Madsen, del Departamento de Ingeniera Civil de la Universidad de la Columbia Britnica, en Canad, llev a cabo un extenso estudio experimental con el objetivo de comprobar la validez de dicho sistema (Madsen, 1992). Sus resultados dejaban claro que el procedimiento desarrollado hasta entonces se alejaba, en muchos casos, de la realidad, y por tanto, era necesario un cambio de planteamiento. Por otro lado, la suposicin de que la distribucin estadstica de las variables era normal, daba lugar a resultados demasiado conservadores, y en muchos casos otras distribuciones no simtricas resultaban mucho ms precisas. En la figura 3.1, se muestra el diferente planteamiento que tiene la investigacin con probetas pequeas y libres de defectos frente a las de madera de tamao estructural, que arranca desde la obtencin de las probetas del fuste del rbol.

Figura 3.1 Extraccin de probetas de ensayo: pequeas y libres de defectos (izquierda), madera aserrada estructural y madera enteriza (derecha)

Las piezas pequeas se extraen con la fibra recta y libres de defectos, de rebanadas obtenidas a varios niveles de altura en el fuste y, generalmente, con diferentes orientaciones con el fin de estudiar su influencia en las propiedades fsicas y mecnicas. Su objetivo se centra ms en el estudio cientfico de la madera que produce el rbol. Sin embargo, en la parte derecha de la figura se observa cmo la madera aserrada estructural, que contendr defectos y singularidades del rbol, da lugar a varias piezas en cada troza. Si la pieza es de gran escuadra normalmente es enteriza (contiene el

Antecedentes

13

corazn) y se obtiene una pieza por troza. Igualmente, la relacin entre resistencia y duracin de la carga expresada en la denominada Curva de Madison, deducida en los aos 50 por Lyman W. Wood (Wood, 1951), figura 3.2, resultaba ser conservadora en el caso de madera estructural para cargas de duracin menor a 1 ao, y contra la seguridad, para cargas de mayor duracin.

Figura 3.2 Relacin entre resistencia y duracin de la carga. Curva de Madison En el sistema de probetas pequeas y libres de defectos, el efecto de la calidad de la madera se introduca mediante unos factores de correccin de la resistencia en funcin de la calidad de la pieza comercial. Esta correccin era la misma para casi todas las especies, lo que supona una simplificacin que se alejaba de la realidad. Los trabajos experimentales concluan que este procedimiento no era vlido (Madsen, 1992). En la figura 3.3, se muestran las diferencias que existen en los diferentes formatos de las probetas de madera. Las piezas de dimensiones pequeas (20x20 mm) estn libres de defectos y tienen la fibra recta. La madera aserrada estructural con escuadras pequeas comerciales (50x150 a 70x200 mm, aproximadamente) contiene los defectos y singularidades de la calidad de madera correspondiente. La madera de gran escuadra (del orden de 150x200 mm) presenta una relevancia mucho mayor de las fendas de secado y suelen ser piezas enterizas. Finalmente, la madera de gran escuadra y procedente de estructuras antiguas, contiene con frecuencia grandes gemas en sus aristas y secciones muy irregulares.

Antecedentes

14

Figura 3.3 Diferentes formatos de la madera. De derecha a izquierda: probeta libre de defectos, madera aserrada de pequea y gran escuadra; y madera procedente de estructuras

antiguas

3.2. Madera de tamao estructural: pequea y gran escuadra En la actualidad, la caracterizacin de la madera estructural se realiza mediante ensayos en probetas con tamao estructural y con la calidad comercial correspondiente. En el caso de Europa, los ensayos para la determinacin de las propiedades mecnicas se realizan de acuerdo con la norma UNE-EN 408: 2004, y el procedimiento de estimacin de los valores caractersticos, de acuerdo con la norma EN 384: 2004. Los valores caractersticos de las propiedades mecnicas que se obtienen para cada calidad, quedan asignados en un sistema de clases resistentes definido en la norma UNE-EN 338: 2003; con el fin de simplificar el manejo de la gran diversidad que supondra considerar las combinaciones de especie, procedencia y calidad. Sin embargo, la resistencia de la madera depende, entre otros factores, del tamao de la pieza. Esta particularidad del material que se conoce por efecto de tamao, supone otra complicacin aadida en el proceso de caracterizacin y de clculo, si se compara con otros materiales. El efecto de tamao ha sido estudiado y sobre todo, experimentado en la madera, desde la segunda dcada del siglo pasado.

Antecedentes

15

Los primeros estudios sobre el efecto del tamao en la resistencia de la madera fueron realizados por Newlin y Trayer en los aos 20 (Newlin et al., 1924). En 1947, Dawley y Youngquist continuaron esos trabajos analizando la relacin en vigas con altura de la seccin de hasta 400 mm. Estas experiencias fueron publicadas por Freas y Selbo en 1954 (Freas et al., 1954), y sus conclusiones fueron recogidas en la normativa de clculo de los Estados Unidos de Amrica como factor de altura para el ajuste de la resistencia a flexin. Hasta ese momento, los trabajos sobre el efecto del tamao de la pieza se basaban en el estudio de la influencia del canto de la pieza (o altura de la seccin). Sin embargo, en 1939 Weibull (Weibull, 1939) haba propuesto una teora con carcter ms amplio sobre el efecto del tamao basada en la concepcin estadstica de la resistencia. Las bases de esta teora se fundamentan en el hecho de que existe una mayor probabilidad de que haya una zona de baja resistencia en una pieza de gran volumen frente a una pieza de pequeo volumen. Su generalidad se asienta en que la relacin se establece entre resistencia y volumen, en lugar de entre resistencia y altura de la seccin. Se denomina teora del eslabn ms dbil, y supone que el fallo de la pieza se produce cuando la tensin alcanza el mismo valor, que la tensin que producira el fallo del elemento ms dbil contenido en su volumen si se ensayara independientemente. Esta hiptesis se cumple en materiales con un comportamiento frgil. En los materiales de comportamiento dctil, su validez es menor, ya que cuando una parte de la pieza alcanza la tensin mxima es posible una redistribucin de las tensiones alcanzando cargas de rotura mayores. Esta teora del eslabn ms dbil fue aplicada por primera vez a la madera por Bohannan en los aos 60, estudiando la influencia del tamao en la resistencia a flexin (Bohannan, 1966). Sin embargo, en su trabajo encontr un ajuste mejor con los resultados experimentales si en lugar de utilizar el volumen de la pieza, empleaba simplemente la longitud de la pieza y la altura de la seccin. En 1974, el Profesor Barrett de la Universidad de la Columbia Britnica en Vancouver, Canad, comprob el efecto del tamao en la resistencia a traccin perpendicular a la fibra en madera de pino Oregn (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco), (Barrett, 1974); y en 1976, Mau constat un efecto ms acentuado en la madera laminada encolada (Mau, 1976). La resistencia a cortante tambin mostraba cierta dependencia del tamao de la pieza, como observaron Foschi y Barrett en sus trabajos de investigacin (Foschi et al., 1975). En las piezas sometidas a traccin, el esfuerzo axil suele ser constante a lo largo de la longitud de la pieza. Por tanto, cualquier seccin se encuentra sometida a la misma tensin y el fallo se producir en la seccin ms dbil.

Antecedentes

16

Es fcil entender que cuanto mayor sea la longitud de la pieza mayor ser la probabilidad de encontrar el defecto psimo de la calidad de la madera, y por tanto, el valor caracterstico de la resistencia ser menor. La seccin ms dbil lo ser por la existencia de singularidades, como nudos, que suponen una discontinuidad de las fibras, y por tanto un aumento de la tensin; o bien, por la desviacin de la fibra, que conduce tambin a una disminucin de la resistencia (Lam et al., 1990). En las piezas sometidas a flexin la situacin es algo ms compleja. Si sobre un conjunto de piezas de madera de la misma calidad estructural, se realizan ensayos de rotura a flexin y se divide la muestra en dos lotes, uno con luz mayor que el otro, se obtiene un valor caracterstico de la resistencia mayor en las piezas ms cortas. Normalmente, la ley de momentos flectores es variable a lo largo de la longitud y los valores mximos se alcanzan en unas zonas determinadas. Adems, la distribucin de las tensiones debidas a la flexin da lugar a una ley triangular en la que los valores mximos se alcanzan en las fibras extremas de la seccin. Por tanto, la probabilidad de que los defectos ms graves queden situados en la zona de mayor tensin, es ms baja cuanto ms pequea sea la pieza. En esta situacin, la resistencia obtenida depende de la disposicin de las cargas, adems del tamao. En el caso de las piezas sometidas a compresin, la situacin es parecida al caso de la traccin, pero con algunas particularidades. El fallo por compresin, sin posibilidad de pandeo, presenta un comportamiento mucho ms dctil que el fallo por traccin, de comportamiento frgil. Por tanto, una seccin sometida a una tensin de compresin elevada a causa de los defectos existentes, puede admitir ms carga al plastificarse parcialmente la seccin. Por esta razn, el efecto del tamao es menos marcado en la compresin. Si se ensayan a rotura dos grupos de piezas de diferentes tamaos (S1; S2), y se obtienen los valores caractersticos de las resistencias (f1; f2), respectivamente. La diferencia del tamao puede deberse a la altura de la seccin (h), a la longitud de la pieza (l) o a su volumen (V). La relacin que existe entre el tamao y la resistencia puede expresarse como una relacin lineal de sus logaritmos, figura 3.4.

Antecedentes

17

Figura 3.4 Relacin entre resistencia y tamao Se define como parmetro del efecto del tamao, la pendiente de esa relacin lineal:

12

21

SlogSlogflogflog

g

=

La relacin, k, entre las resistencias para cada tamao es, por tanto:

g

1

2

2

1

SS

ff

k

==

Los Profesores Madsen y Barrett resumen los resultados obtenidos en sus numerosos trabajos de investigacin respecto al parmetro del efecto de tamao (Madsen et al., 1986; 1992; Barrett et al., 1994; 1995), y proponen los siguientes valores para cada propiedad: En la resistencia a la flexin, el efecto de la longitud da lugar a un valor de g = 0,17 a 0,20. Para la altura de la seccin no parece detectarse este efecto. No obstante, la relacin entre luz y altura de la seccin es prcticamente constante en las piezas estructurales en flexin, con lo que el parmetro puede considerarse el mismo para ambas dimensiones. El efecto de la anchura no se aprecia en la madera limpia, pero en el caso de la madera comercial con singularidades, el fenmeno es contrario a la longitud, de manera que a mayor anchura la resistencia aumenta. El parmetro se estima como g = -0,23. En la resistencia a la traccin paralela a la fibra, el efecto de la longitud es, aproximadamente, g = 0,18; con lo que es aceptable unificarlo con el 0,20 de la flexin. Para la altura, se sugiere un factor de 0,10.

Antecedentes

18

Finalmente, en la resistencia a la compresin, el efecto de la longitud es de g = 0,10; y no hay efecto de la altura ni de la anchura. En la prctica del clculo, segn el Eurocdigo 5, slo se considera el efecto del tamao en las resistencias a flexin y a traccin paralela a la fibra, con un parmetro dependiente de la altura de la seccin, g = 0,20. No se considera el efecto de la anchura o grueso de la pieza, ni tampoco se considera efecto del tamao en la resistencia a la compresin paralela, ni en la resistencia a cortante. Por otro lado, en la resistencia a la traccin perpendicular a la fibra, se considera el efecto del volumen de la pieza en el caso de la madera laminada encolada, con un parmetro g = 0,20. En las especies espaolas, el efecto del tamao ha sido estudiado para el pino silvestre (Pinus sylvestris L.) por Hermoso (Hermoso et al., 2002), obteniendo para la resistencia a la flexin unos resultados coincidentes con el resto de trabajos de investigacin comentados. El parmetro del efecto de la altura (con esbeltez constante longitud/altura) obtenido, es del orden de 0,20. El efecto de la anchura o grueso de la pieza, no resulta significativo en la calidad ms alta, y es del orden de, -0,20, en la calidad inferior. Otros trabajos en la misma lnea, (Fernndez-Golfn et al., 2002), incorporan a estos estudios del tamao de la pieza, la especie de pino laricio (Pinus nigra subs. salzmanii (Dunal) Franco). El parmetro del efecto de la altura en esta especie, result muy superior al del pino silvestre, alcanzando un valor de g = 0,51.

3.3. Particularidades de las piezas de gran escuadra La madera de gran escuadra posee ciertas particularidades que la hacen diferente respecto a la de pequea escuadra (habitualmente, secciones inferiores a 70x200 mm). En primer lugar, presenta una mayor relevancia de las fendas, el secado de gruesas secciones es ms delicado, y en todo caso, es inevitable la aparicin de las consiguientes fendas. Las gemas tambin estn presentes con mayor incidencia que en la pequea escuadra, y sobre todo, en piezas de madera de estructuras existentes. Si se aplican los criterios recogidos en muchas normas de clasificacin visual, es muy probable que la mayora de las piezas quedaran rechazadas por estos defectos, sin que se corresponda con una disminucin significativa de las propiedades resistentes. Por otro lado, la mdula y la madera juvenil casi siempre estn presentes en la gruesa escuadra, ya que suelen ser secciones enterizas. En algunas normas de clasificacin las calidades altas no permiten la presencia de mdula en la pieza. Esto es justificable si la seccin transversal es reducida, pero no en una seccin de grandes dimensiones donde

Antecedentes

19

la relevancia de la mdula queda muy atenuada. Tambin es posible encontrar en estas piezas defectos internos que no quedan a la vista. Por ejemplo, nudos que no se manifiestan en la superficie de la pieza, debido a una poda previa. Por otro lado, el contenido de humedad de la madera de gran escuadra en su puesta en obra, suele ser ms elevado que el que se presenta en las piezas de pequea seccin. Esto da lugar a un proceso de secado posterior que hace que se manifiesten las fendas de secado una vez colocadas las piezas, as como mermas y posibles movimientos y deformaciones. Si se trata de piezas de gran escuadra de estructuras existentes (de edificios antiguos, por ejemplo), el problema se ve agudizado, ya que estas piezas suelen tener una alta variabilidad de forma y dimensiones de la seccin transversal. Esto hace mucho ms compleja la aplicacin de la normativa de clasificacin. Adems, en muchos casos existen daos provocados por organismos xilfagos que han dejado zonas dbiles por pudricin o por el efecto de las galeras producidas por las larvas. Siendo esto una dificultad aadida a la hora de estimar las propiedades resistentes de estas piezas.

3.4. Determinacin de las propiedades fsicas y mecnicas de la madera aserrada estructural

3.4.1. Tcnicas no destructivas Se denomina ensayo no destructivo, END (en ingls NDT: Non Destructive Testing) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma permanente sus propiedades fsicas, qumicas, mecnicas o dimensionales. Los ensayos no destructivos implican un dao imperceptible o nulo en la muestra examinada. Los diferentes mtodos de ensayos no destructivos se basan en la aplicacin de fenmenos fsicos tales como ondas electromagnticas, acsticas, elsticas, emisin de partculas subatmicas, capilaridad, absorcin, o cualquier otro tipo de prueba que permita evaluar o detectar una determinada propiedad en el material. La estimacin de las propiedades resistentes de la madera: densidad, mdulo de elasticidad y tensin de rotura, se puede realizar mediante diferentes tcnicas: clasificacin visual, clasificacin mecnica y/o la medicin de una serie de parmetros fsicos que se utilicen como predictores de las mismas, por ejemplo, la velocidad de propagacin de ultrasonidos. stos ltimos se basan en tcnicas no destructivas.

Antecedentes

20

Tanto la clasificacin visual como la clasificacin mecnica son sistemas normalizados y muy extendidos, donde la asignacin de clase resistente es prcticamente inmediata. El resto de los sistemas son, en su mayora, mtodos experimentales no normalizados, pero sujetos a un intenso desarrollo e implantacin; mejorando en algunos casos enormemente a los primeros, en rendimiento y optimizacin del material. Debido a ello y teniendo en cuenta la muestra motivo de estudio, piezas de madera aserrada de gruesa escuadra, se seleccionaron las tcnicas o mtodos no destructivos que mejor pudiesen servir en un futuro para clasificar este material. Estudiando el estado actual de cada tcnica y ajustando sus parmetros a las singularidades de este producto estructural. En la figura 3.5 se resumen los parmetros fsicos medidos y las propiedades estimadas a partir de ellos.

Figura 3.5 Parmetros no destructivos vs. Propiedades resistentes

- Clasificacin de los mtodos no destructivos

Los mtodos no destructivos utilizados en la estimacin de las propiedades de los materiales pueden clasificarse de muy diversos modos. Hacindolo en funcin de la naturaleza de la tcnica en la que se basan, podemos considerar los siguientes:

- Mtodos mecnicos, son aquellos que se basan en la aplicacin de fuerzas y medicin de las deformaciones; y otras acciones mecnicas. Dentro de este grupo se encuentran las pruebas de carga, la clasificacin mecnica (figura 3.6), el sondeo con penetrmetro, con resistgrafo y el arranque de tornillo.

Antecedentes

21

Figura 3.6 Equipo de clasificacin mecnica por flexin (fuente: Metriguard, Inc.)

- Mtodos acsticos, son los basados en la determinacin de la velocidad de transmisin del sonido en el material y otras mediciones de naturaleza acstica. La velocidad de transmisin de un impulso generado por un impacto o una seal elctrica puede determinarse a partir de la medicin del tiempo de propagacin (figura 3.7), y tambin a partir de la frecuencia propia de vibracin de la pieza. Por otro lado, la emisin acstica de la pieza sometida a cargas puede aportar una informacin de inters sobre sus propiedades mecnicas.

Figura 3.7 Equipo de medicin del tiempo de propagacin de un impulso acstico (fuente: Metriguard, Inc.)

- Mtodos electromagnticos, son los basados en las mediciones efectuadas

mediante corrientes elctricas o campos magnticos. Dentro de este grupo se encuentran los xilohigrmetros de resistencia elctrica, las mediciones con microondas y la termografa (figura 3.8).

Antecedentes

22

Figura 3.8 Equipo de termografa por infrarrojos (fuente: Nippon Avionics, Ltd.)

- Mtodos nucleares, que emplean los rayos X, los rayos Gamma (figura 3.9) y la resonancia magntica.

Figura 3.9 Imagen por rayos Gamma de un tronco de abeto (fuente: Divos, 2005a) A continuacin se describen los fundamentos de algunas de estas tcnicas, incidiendo en las que se han utilizado en esta Tesis Doctoral.

- Clasificacin visual

La caracterizacin de madera mediante su clasificacin visual es el sistema ms antiguo y extendido, siendo a su vez, el ms utilizado hoy da en la clasificacin de la madera en origen o aserradero. Su principio consiste en la inspeccin visual de la madera registrando y evaluando las singularidades que en ella aparecen. La presencia y magnitud de dichas singularidades definirn las diferentes calidades visuales. La clasificacin se basa en la evaluacin de unas caractersticas generales, como puede ser el contenido de humedad o las dimensiones, y en base a una singularidades

Antecedentes

23

ligadas a la anatoma de la madera (nudos, fendas, desviacin de la fibra, etc.), al aserrado de las piezas (gemas), a las alteraciones de tipo biolgico (azulado, pudriciones, etc.) y a ciertas deformaciones (curvatura, alabeo, etc.). Algunos ejemplos de esas singularidades pueden observarse en la figura 3.10.

Figura 3.10 Singularidades en madera aserrada Esta evaluacin de las singularidades se efecta, como hemos dicho, mediante una inspeccin visual de acuerdo a una norma de clasificacin, y ah radica precisamente uno de sus problemas principales; ya que las normas de clasificacin visual resistente que se emplean en la actualidad, estn generalmente diseadas en base a unas especies y unas procedencias, pero para unos tamaos de seccin muy concretos, dejando normalmente fuera la gruesa escuadra. Estas dimensiones habituales suelen abarcar gruesos de 35 a 100 mm y con una altura de la seccin de 100 a 200 mm. Si bien, es cierto que algunas normas de clasificacin incluyen, o al menos no descartan, las grandes escuadras, puede decirse que no existe suficiente experiencia en la asignacin de clase resistente para este tamao de seccin. Un ejemplo claro de la dificultad de aplicacin de estas reglas de clasificacin se encuentra en la limitacin de las fendas en la madera estructural; generalmente la aplicacin de este criterio (de usual aplicacin en la madera de escuadras menores) provoca alto grado de rechazo en las piezas de grandes escuadras, debido a la elevada magnitud de las fendas en piezas de gran seccin. Entre las normas actuales para la clasificacin visual de la madera de conferas, dentro del mbito de la Unin Europea, se encuentran las siguientes: la alemana DIN 4074-1: 2003, la britnica BS 4978: 1996, la francesa NF B 52001: 1998, la nrdica NS-INSTA 142: 1997, y la espaola UNE 56544: 2003.

Antecedentes

24

Del anlisis previo de estos procedimientos de clasificacin, se puede deducir que las lneas propuestas por la norma DIN 4074-1: 2003 son las que permiten una evaluacin ms ajustada a las caractersticas de la madera de gran escuadra, ya que esta norma establece especificaciones distintas segn las escuadras de las piezas. As, la norma DIN 4074-1: 2003, diferencia cuatro tipos de escuadras con especificaciones distintas en cada caso:

- Listones: piezas con grueso menor de 40 mm y anchura menor de 80 mm.

- Tablas: piezas con grueso menor o igual a 40 mm y anchura mayor o igual a 80 mm. - Tablones: piezas con grueso mayor de 40 mm y anchura mayor de 3 veces el grueso. - Madera escuadrada: piezas con grueso, b, mayor de 40 mm y anchura, h, que cumpla la siguiente relacin: b h 3b.

La gruesa escuadra queda recogida en esta norma, en lo que se denomina madera escuadrada (Kantholz). Son piezas con una seccin transversal de poca esbeltez. La norma de los pases nrdicos, NS-INSTA 142: 1997, tambin establece dos categoras segn el tamao de la seccin de la pieza de madera aserrada, adems de un tercer grupo para las tablas destinadas a lminas para la fabricacin de madera laminada encolada. Cada grupo tiene diferentes especificaciones para la limitacin de los defectos. Los dos grupos para madera aserrada son los siguientes:

- Pequea escuadra: piezas con grueso menor de 45 mm y con anchura menor de 70 mm (hasta un mnimo de 25x50 mm). - Gran escuadra: piezas con un grueso mayor o igual de 45 mm o con una anchura mayor o igual a 70 mm.

En este sentido, las normas norteamericanas: NLGA Standard Grading Rules for Canadian Lumber, en Canad y NGRDL National Grading Rules for Dimension Lumber, en EEUU presentan un alto grado de diversificacin, ya que establecen diferentes calidades en funcin de dimensiones y usos. Volviendo a Europa y a nuestro pas, la norma UNE 56544: 2003 de clasificacin visual de la madera aserrada con destino estructural, es aplicable a la madera de conferas de dimensiones inferiores a 200x70 mm de seccin, y de las especies: pino radiata (Pinus radiata D. Don), pino silvestre (Pinus sylvestris L.), pino pinaster o martimo (Pinus

Antecedentes

25

pinaster Ait.) y pino laricio (Pinus nigra subsp. salzmannii (Dunal) Franco). La caracterizacin de estas maderas ha sido objeto de varios estudios y publicaciones realizadas por el Laboratorio de Estructuras de Madera del Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias (Fernndez-Golfn et al., 1995; 1996; 1997; 1998; 2000; 2001a; Dez, et al. 1998). Desde hace unos pocos aos, algunos aserraderos espaoles han comenzado a utilizar la norma de clasificacin UNE 56544: 2003 interesados en el mercado creciente de la madera para estructuras y obligados, en cierto grado, por las mayores exigencias en el control del proyecto y la ejecucin de las obras. Normalmente, se acogen al control externo de organismos de certificacin para la obtencin de un Sello o Marca de Calidad, como es el caso del Sello de Calidad AITIM para Madera Aserrada Estructural. Sin embargo, la mayor parte de la madera para uso estructural que comercializan dichos aserraderos tiene unas dimensiones de la seccin transversal muy superiores a los 70x200 mm referidos en la norma. Habitualmente, se trata de piezas con secciones que parten de 100x150 mm y llegan hasta 250x250 mm, o ms. En estos casos, la asignacin de la clase resistente a estas piezas de gruesa escuadra, deba ser necesariamente conservadora, a la espera de realizar la oportuna experimentacin. Otra de las razones que evidencian la necesidad de estudiar la madera de gran escuadra deriva como consecuencia de la intervencin en la restauracin o simplemente el mantenimiento y refuerzo de estructuras de madera en edificaciones antiguas. Las estructuras de madera de edificios con ms de un siglo de antigedad estn constituidas por piezas con gruesa escuadra. La necesidad de una peritacin estructural se encuentra con el inconveniente de una incertidumbre elevada en la aplicacin de la normativa de clasificacin actual. Ya que si se aplican los criterios de las normas actuales de clasificacin, pensadas para pequeas escuadras, el porcentaje de piezas rechazadas es excesivo. Este inconveniente detectado en el uso de las normas de clasificacin, ha sido estudiado en Francia (pas que ha tenido una evolucin similar al nuestro en lo relativo a la norma de clasificacin visual), deduciendo la necesidad de modificar las especificaciones de la norma para su empleo en grandes escuadras (Salomon, 2000). Dentro de las ventajas de la utilizacin de la clasificacin visual como tcnica no destructiva podemos indicar que se trata de un mtodo normalizado de asignacin de clase resistente y que existe una amplia experiencia de uso. Por el contrario, como inconvenientes se pueden citar el que sea preciso conocer especie y procedencia para poder clasificar una pieza de madera, que se trate de un mtodo con cierto grado de subjetividad y que sea necesario una experiencia previa antes de su empleo.

Antecedentes

26

Adems, podra decirse que aunque la clasificacin visual es una de las tcnicas no destructivas ms antiguas y extendidas que existen, su aplicacin en piezas de gruesa escuadra est limitada.

- Mtodos mecnicos

a) Clasificacin mecnica

Con el fin de evitar las desventajas de la clasificacin visual se desarrollaron en los aos 60 los mtodos de clasificacin mecnica. Estos sistemas consisten en un ensayo no destructivo a partir del cual se calcula el mdulo de elasticidad, y de l, se deducen los restantes parmetros de resistencia. La mquina de clasificacin es alimentada de manera continua con piezas de madera que son sometidas a una flexin de tabla (produciendo un momento flector sobre su eje ms dbil) sobre tramos con luz comprendida entre 50 y 120 cm. El procedimiento puede consistir en aplicar una carga determinada y medir la deformacin provocada, o aplicar una carga hasta conseguir provocar una predeterminada deformacin. A partir de estas medidas se deduce el mdulo de elasticidad en flexin a lo largo de varias secciones de la pieza. Una fotografa de una mquina de clasificacin mecnica Cook Bolinder puede observarse en la figura 3.11.

Figura 3.11 Mquina de clasificacin mecnica (CIFOR - INIA) La clasificacin mecnica mediante ensayo de flexin puede mejorarse incorporando al proceso mediciones de densidad y de nudosidad. La densidad puede evaluarse mediante pesado o por radiacin, y los nudos tambin mediante radiacin o anlisis

Antecedentes

27

de imagen ptica. Algunos autores proponen mtodos combinados de clasificacin visual y clasificacin mecnica (Blass et al., 2004). La norma europea relativa a la clasificacin mecnica es la UNE-EN 14081: 2005 a travs de las partes 2, 3 y 4 "Estructuras de madera. Madera estructural con seccin transversal rectangular clasificada por resistencia. Parte 2: Aparato de clasificacin. Especificaciones adicionales para el ensayo de tipo inicial. Parte 3: Equipo de clasificacin. Especificaciones adicionales para el control de la produccin en fbrica. Parte 4: Equipo de clasificacin. Equipo de clasificacin con sistema controlado automticamente". La principal desventaja de estos sistemas se encuentra en su elevado coste, que es mayor cuanto mayor es su precisin y rapidez. Si bien, en los ltimos aos su empleo se ha incrementado notablemente en Europa (Denzler et al., 2005), el desarrollo de otros equipos y mtodos no destructivos como los analizadores de imagen o acsticos, hace que su monopolio como clasificadores en lneas de alta productividad no vaya a perdurar mucho. Por ltimo, es preciso hacer notar que la clasificacin mecnica de la madera se limita a piezas con un grueso no superior a 70 o 100 mm, dependiendo de la mquina de clasificacin. Por tanto, este procedimiento no es aplicable, de modo general, al caso de gran escuadra.

b) Prueba de carga En algunos pases, como Australia, se han adoptado sistemas de clasificacin de carcter ms exigente que la propia clasificacin mecnica. Estos mtodos consisten en someter a cada pieza a un ensayo de flexin de canto, alcanzando un nivel de carga igual al valor de clculo multiplicado por un coeficiente de seguridad predeterminado. Si la pieza supera el ensayo sin rotura, deformacin excesiva o seales de dao, queda asignada a un grado de calidad. El problema que presenta este sistema es que el resultado slo puede ser, "pasa o no pasa". Por tanto, si el nivel de carga es reducido, puede no aprovecharse suficientemente la madera; y al contrario, si el nivel de carga es elevado se producir un porcentaje alto de piezas daadas a desechar.

c) Sondeo con taladro: resistgrafo El resistgrafo consiste en un taladro mecnico que realiza una perforacin de 2 a 3 mm de dimetro en la direccin radial de la seccin de la pieza, evaluando la resistencia que ofrece a la perforacin. El aparato, figura 3.12, es porttil y tiene una broca, con un dimetro de 1,5 mm en el fuste y 2 - 3 mm en la punta, que avanza a una velocidad constante. La resistencia a la

Antecedentes

28

penetracin se mide mediante el consumo de energa.

Figura 3.12 Detalle del resistgrafo El equipo genera un grfico que representa la potencia consumida frente a la profundidad alcanzada. Su grado de precisin es muy alto, como puede observarse en la figura 3.13, llegando a poder detectar incluso las variaciones de densidad correspondientes a la madera de primavera y de verano.

Figura 3.13 Salida grfica del resistgrafo El resistgrafo se utiliza tambin en la deteccin de daos internos en rboles en pie con la finalidad de ayudar a la toma de decisiones sobre su conservacin o eliminacin por razones de seguridad (Bethge et al., 1996), y en la inspeccin de piezas de madera

Antecedentes

29

en servicio (Rinn, 1994). Ha sido utilizado en la inspeccin de pilas de puentes de madera en los Estados Unidos como lecturas complementarias a las mediciones por ultrasonidos (Anthony et al., 1998a). En la inspeccin de edificios histricos tambin ha sido empleado como tcnica complementaria a otros procedimientos (Bertolini et al., 1998); una primera fase consiste en la inspeccin visual de la estructura incluyendo la evaluacin de los defectos de las piezas y la identificacin de la especie, y en la segunda fase se realizan mediciones con el resistgrafo en los lugares donde interese un conocimiento ms detallado. Una de las posibilidades que ofrece este dispositivo es la inspeccin de la zona oculta de las cabezas de las piezas que entran dentro de los muros, con lo que es posible detectar pudriciones interiores. La medicin con resistgrafo no deja de ser una medicin puntual cuyo objeto puede ser estimar la densidad a partir de la potencia consumida. Como ventajas podramos decir que se trata de una tcnica muy precisa y sensible. Adems de ser rpida de ejecutar y ampliamente utilizada. Entre sus inconvenientes est el ya mencionado carcter puntual de la tcnica, junto con la dificultad de conocer el valor real de la densidad a partir de la salida grfica. Adems, el peso y el precio del equipo son elevados.

d) Sondeo con penetrmetro El mtodo de penetracin consiste, en trminos generales, en la determinacin de la dureza del material, e indirectamente de su resistencia, mediante la hinca o la perforacin de un elemento determinado en el interior del material. Comenzaron a emplearse en el hormign en la dcada de los 50 del siglo pasado (Delibes, 1984a).

Figura 3.14 Equipo de penetracin para hormign (fuente: James Instruments, Inc.)

Antecedentes

30

Se utiliza una pistola similar a las empleadas para introducir anclajes en el hormign disparando un proyectil con una energa determinada, figura 3.14. En el caso de la madera este dispositivo tiene un principio similar, ya que consiste en un muelle calibrado que una vez cargado se libera transformado la energa potencial elstica en energa de impacto. El objeto del ensayo es la introduccin de una aguja de acero en el material y la medicin de la profundidad de penetracin. Puede observarse un detalle de la tcnica en la figura 3.15.

Figura 3.15 Varilla clavada en la madera (fuente: Proceq) El valor de profundidad se relaciona con la densidad, e indirectamente, con la resistencia. Esta profundidad de penetracin tambin guarda relacin con la existencia o no, de ataques internos en la madera producidos por la accin de hongos. Se ha utilizado profusamente en la evaluacin del estado de conservacin de postes de tendidos elctricos (Wilson, 1981). Los ensayos mecnicos empleando penetrmetros son frecuentes en las inspecciones de elementos portantes de estructuras existentes y de arbolado en pie, tanto para estudiar su estado fitosanitario como para la seleccin de ejemplares (Cown, 1982; Greaves et al., 1995; Muneri et al., 2000; Lpez et al., 2002). El contenido de humedad de la madera influye en las propiedades fsicas del material, por ello, hay autores que proponen una correccin del valor de penetracin en funcin del contenido de humedad de la pieza ensayada (Smith et al., 1986). Esta tcnica tiene como ventajas: la facilidad de manejo y la portabilidad del equipo. Es tambin de resear su rapidez de lectura y objetividad. Por el contrario, es una tcnica de medicin puntual, con el inconveniente que eso conlleva en madera, y la prediccin de las propiedades mecnicas es baja. Otra tcnica con un planteamiento parecido es la medida de la dureza superficial mediante el empleo de un esclermetro, figura 3.16, como ensayo no destructivo

Antecedentes

31

habitual en las estructuras de hormign. Este mtodo se basa en la medida del tamao de la huella provocada por el golpeo con un martillo con una determinada energa o en la medida del rebote del martillo tras impactar contra la superficie del hormign. ste ltimo es el sistema ms extendido en la actualidad. Sin embargo, en madera no se aplican estos mtodos.

Figura 3.16 Esclermetro para hormign (fuente: James Instruments, Inc.)

e) Extraccin de tornillo Por extraccin de tornillo se entiende la tcnica no destructiva de naturaleza puntual, que consiste en la medicin de la fuerza necesaria para extraer un tornillo colocado en el material del que se quieren conocer sus propiedades. La evaluacin de la resistencia de anclaje o de la unin entre dos capas de materiales diferentes es prctica comn en la construccin. Estas medidas experimentales se suelen realizar con equipos porttiles que consisten en un pistn hidrulico montado sobre un bastidor metlico. Previamente al ensayo, se coloca, o bien mediante un adhesivo o bien mediante insercin, (dependiendo el tipo de medicin que se quiera realizar), un herraje sobre el que posteriormente se colocar la garra del pistn para tirar de l. Accionando manualmente el pistn, se mi