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REVISTA ELECTRÓNICA No. 2

JUNIO DE 2006

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Presentación Este número 2 de la revista de la red temática ReCoPaR, contiene tres artículos relacionados con la conservación de estructuras de madera, dos de ellos abordados desde la perspectiva interdisciplinaria de sus autores.

El artículo “Las estructuras entramadas: composición y génesis” de Ignacio García Casas, amplía la bibliografía sobre un tema de permanente interés por la rehabilitación de estas estructuras en los cascos históricos. Es un compendio resumido de los antecedentes históricos, terminología, la razón constructiva de las fábricas entramadas, los elementos estructurales y tipos de entramados. “Inspección de estructuras de madera. Ejemplo de un edificio en un centro urbano”, de Francisco Arriaga, Miguel Esteban e Ignacio Bobadilla, profesores de la Universidad Politécnica de Madrid, contiene el análisis del sistema constructivo de una edificación construida en 1850, la metodología de diagnóstico de las lesiones que afectaban a los forjados, y las propuestas de prevención y de reparación de los elementos dañados.

La investigación de los profesores Alfonso Basterra, Milagrosa Casado, Luis Acuña y Oscar Pinazo, de la Universidad de Valladolid, sobre “Técnicas de ensayo pseudo no destructivas en madera estructural mediante extracción de tornillos”, ofrece los resultados de la aplicación del método en laboratorio, a las viguetas de un forjado del edificio Mantilla de Valladolid, y demuestra sus ventajas para predecir los daños bióticos de la madera puesta en obra. Rosa Bustamante Coordinadora de la red temática ReCopaR www.recopar.org

Introduction This issue 2 of the electronic review belonging to the thematical network ReCoPaR, contain three articles related with the conservation of wood structures, two of them written from interdisciplinary view points of their authors. The article “Framed Structures: composition and origins”, by Ignacio García Casas, increases the bibliography of a current item in order to rehabilitate this kind of structures in historical centres. It is a brief summary of historical background, terminology, constructive reasons of the timber framed, structural elements and types of timber frames. “Inspection of a timber structure: an example in a building downtown” by Francisco Arriaga, Miguel Esteban and Ignacio Bobadilla, professors of Universidad Politécnica de Madrid, is an analysis of the constructional system of a house built in 1850, the diagnostic methodology of damages in slabs and the prevention and reparation plan. The research of professors Alfonso Basterra, Milagrosa Casado, Luis Acuña and Oscar Pinazo, of Universidad de Valladolid, about “Techniques of pseudo-non destructive testing on structural wood, by extraction of screw”, give the results of several laboratory tests that were carried out on 39 Pinus sylvestris L. beams of Mantilla building of Valladolid, and their value for predicting the existence of invisible biotic damages on the pieces surface.

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LAS ESTRUCTURAS DE ENTRAMADO: COMPOSICIÓN Y ORÍGENES FRAMED STRUCTURES: COMPOSITION AND ORIGINS Ignacio García Casas Resumen Las estructuras de entramado constituye un tipo de estructura mixta resultante de la conjunción de los muros de fábrica y armaduras leñosas de modo que la madera dota de ligereza y resistencia a la estructura permitiendo elevar mayores alturas y salvar mayores luces que con el empleo único de la fábrica en muros y bóvedas. Su origen es tan antiguo como el del empleo de la madera para la ejecución de herramientas y artilugios militares dándonos Vitruvio las primeras referencias al respecto. El desarrollo de sistemas entramados compuestos por muros, forjados y armaduras de cubiertas ha dado lugar al desarrollo de un rico vocabulario en la designación de los diferentes elementos estructurales: pie derecho, tornapunta, carrera, pendolón, etc. Son parte de este léxico en los que cada término está referido una pieza de forma y función específica en el sistema. La combinación de fábrica y madera permite elaborar diferentes variables en la ejecución de cimentaciones, muros, forjados y armaduras que se adaptan a las necesidades y capacidades de cada espacio y cada tiempo.

Summary Framed structures constitute a kind of mixed structure, resulting of the conjunction of fabric walls, and ligneous armours in such a way that wood endows lightness and resistance to the structure permitting the elevation to greater heights and saving bigger spans than with the only use of walls and vaults. Its origin is as ancient as the use of wood for the manufacture of tools and military implements, giving us Vitruvius the first references to that respect. The development of framed structures composed by walls, floors and roofing armours has given place to the development of a rich vocabulary in the designation of different structural elements, studs, wedges, girders, bridging-brace, etc. are part of this language in which each expression is referred to a piece of specific shape and function in the system. The combination of fabric and wood permits elaborating different variables in the completion of foundations, walls, floors and armours that are adapted to the needs and capabilities of each space and time.

Se definen como estructuras entramadas aquellas integradas por piezas en planos verticales, horizontales o inclinados constituyendo un conjunto estructural resistente. Esta definición abarca tanto las estructuras de madera como las de hierro entendiendo el entramado como una retícula espacial permeable. Sin embargo se entiende de un modo generalizado como estructuras de entramado aquellas mixtas compuestas por fábrica de ladrillo u otros materiales pesados y carpintería de armar.

Framed structures are those integrated by elements in the vertical plane, horizontal plane or inclined one forming a structurally sound group. This definition includes both the wooden structures and the iron structures where the structure is conformed by a permeable spatial grid. Nevertheless, the term frame structures is used in a generalized way to encompass those mixed framed structures made of masonry or other materials together with wooden carpentry.

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1. Antecedentes de los sistemas estructurales leñosos.

El empleo de la madera como material estructural aparece en diversos textos antiguos referidos a construcciones civiles y maquinaria miliar: "Es preciso así mismo que las paredes, los pies derechos, y las columnas caigan todos bien a plomo sobre las que están debajo, a fin de que tengan solidez; porque si la carga de las paredes o de las columnas quedase en falso, no podrían tener firmeza duradera. Además, es necesario poner postes debajo de cada dintel a uno y otro lado de las jambas, con el fin de impedir que los dinteles o los antepechos, recargados con el peso del muro que sostienen, lleguen a pandearse por el centro y causen pronto la ruina de la pared. Pero estos puntales, si se han colocado debajo y se han sujetado bien por medio de cuñas, impedirán que las vigas se cuarteen por efecto de la carga y que los dinteles se hundan." 1

De esta manera nos describe Vitruvio el empleo de la madera para apuntalar los dinteles. La amenaza de ruina en una construcción requiere la utilización de un material suficientemente ligero, asequible, de fácil labra y rápida puesta en obra. La madera contaba con estas propiedades ya experimentadas fundamentalmente en las construcciones y máquinas de carácter militar. "Por máquina se entiende la sólida reunión de piezas de madera que tengan gran poder para mover pesos". La rápida ejecución de diques en los fosos de las murallas asediadas, las tortugas y torres de ataque son detalladamente descritas por Vitruvio incluso aportando una precisa relación de las proporciones que debían adoptarse en la construcción de estas máquinas. A la madera se la confiaba los esfuerzos de flexo-compresión mientras que los de tracción eran absorbidos por sogas y cadenas en funciones de tirantes y vientos que soportaban el acarreo de las piezas y el tensado de los pies derechos.

1. Background of the timber frames. The use of wood as a structural material appears in different old texts referred to civil buildings and to military machinery. “Walls, studs and columns need to be correctly plumbed to the other elements supporting them so that they are solid. If the loads of the walls or columns are not balanced, they would not be firm and solid through time. It is also necessary to place posts under the lintels, to either side of the jamb to prevent the overloaded lintels from warping at the centre and further collapsing. But if studs have been placed underneath and joined tightly with wedges, they will prevent the beams from cracking and the lintels from collapsing or sinking due to the heavy load” 1. Vitruvius explains in this way the use of the wood to shore the lintels. The risk of collapse in a construction makes that a light material, available, easy to be worked and of quick installation on site is used. Wood compiles all these properties and has widely been used in construction and military machinery. “By machinery, we mean the solid bonding of wooden pieces able to move heavy weights”. Vitruvius gives a detailed description of the quick erection of the dykes at the besieged city wall moats. He explains in detail the military machinery and the attack towers as well as the proportions needed to build this type of machinery. Timber was submitted to flexo-compressive stresses whereas the tensile force was absorbed by ropes and chains used as stays supporting the movement of the pieces and the tension of the studs.

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Junto con la torre de ataque, la construcción de puentes de madera responde en sus inicios a necesidades militares de salvar ríos en el asedio de ciudades. Así, el puente sobre el Danubio fue construido por Trajano en las expediciones contra los dacios. El del Rhin lo levantó Julio Cesar en las incursiones romanas. El arquitecto Apolodoro de Efeso sentó una serie de principios en los que convergen las carpinterías rápidas militares de los antiguos con las estructuras de apeo actuales: " Estas obras han de componerse con madera, fácil de encontrar en el bosque, ser variadas en sus formas, muy resistentes en sus dimensiones, ligeras, realizadas con la ayuda de los primeros obreros que el azar procure, de ejecución rápida, de una reparación simple, al resguardo de imprevistos, de un transporte cómodo, poco combustibles, difíciles de romper, fáciles de desmontar". Los carpinteros encargados de ejecutar este tipo de construcciones eran militares: "Sobre escaleras, plataformas y fortificaciones cuya disposición es más elemental y fácil, no he considerado necesario describir. Por otra parte estas cosas incluso los soldados tienen la costumbre de hacerlas por si mismos". La acepción cuento, utilizada en la antigüedad para referirse a los puntales o pies derechos, tiene su origen en una técnica militar de ataque. Poner cuentos o sobre cuentos a un muro o una torre constituía el procedimiento seguido para perforar una fortificación en los tiempos anteriores a la aplicación de la pólvora, cuando el ariete se mostraba impotente para el caso. El método era muy elemental: se abría un paso subterráneo (cuniculus) a través del foso y se socavaba el muro en la extensión conveniente, sosteniéndolo provisionalmente con cuentos o pilares de madera. Cuando la operación había finalizado, se prendía fuego a los puntales. Al consumirse aquéllos, la fábrica se desplomaba:

Together with the attack tower, the construction of bridges was another example of the military needs, in this case to span the river. The bridge over the Danube was constructed by Trajan in the expedition against the Dacians. The one over the Rhine was erected by Julius Cesar during the Roman incursions. The architect Apolodorus of Efesus stated certain principles where the woodwork of the old military machinery coincides with the present shoring structures: “These works are to be done with wood, easily available in the forests, varied in shape, very resistant according to dimensions, light, worked by the first labourers at hand, of quick construction, easy reparation, easily transportable, not easily combustible, difficult to break and easy to dismantle”. The carpenters in charge of this woodwork for these types of constructions were people serving the army. “On ladders, platforms, and fortifications with basic and simple structure, I have not considerer important to describe. At the same time, the soldiers are used to work these constructions themselves”. The old term used for studs, is in Spanish “cuento”, which originally comes from a military attack technique. To erect studs (“cuentos”) in a wall or a tower was the common procedure followed to perforate a fortification in the time period prior to the use of gunpowder. The method was very basic: an underground pathway (cuniculus) was opened through the moat and the wall was excavated accordingly, supporting the opening with studs or wooden pillars. Once the work had finished, these studs were burnt, causing the masonry to collapse.

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"Y que fuesen so la tierra hasta que llegassen al lugar do pudiessen aquella torre poner sobre cuentos y cayesen... Aquellos llegaron só la torre y pussieronla toda sobre cuentos y el rey tenía ordenado que pussiesen fuego a la madera sobre la que estaba la torre". La técnica de ensamble de piezas de madera para la ejecución de construcciones se mantuvo sin notorias variaciones desde la época romana hasta el siglo pasado. Choisy nos la describe de esta manera: "Los ensambles son de una perfecta rigidez. Para entender el diseño de la torre más lógica, he figurado las juntas con hierro tal como las que se emplearían hoy: pero como las harían los antiguos, y después los constructores de la Edad Media, que admitían con cierta reserva el hierro en sus carpinterías”. Choisy a continuación detalla estos ensambles según el texto de Apolodoro, comentado por Herón de Alejandría: "En este sistema de llaves, o mejor dicho, de cabillas en madera de forma cilíndrica C, hacían adherir las vigas a las piezas que encajonaban. Estas impedían deslizarse unos tablones sobre otros pero no el que se separaran. Para lograr que esto no ocurriera se juntaban las piezas mediante bridas de madera como la D. Las llaves o espigas no eran otra cosa que gruesas clavijas; las entabladuras, los agujeros de barrena, las varillas, las tablas de ripia, los listones". Choisy nos relata como en la Roma de 1873 se pueden observar postes de andamiaje ensamblados según la técnica romana 2. Este sistema de ensamblaje es el utilizado por Giusepe Valadier (1762-1839) para apear las ruinas del anillo exterior de fachada en el Coliseo y que sirvió de andamiaje en la construcción de los contrafuertes que le encargó León XII.

“And they were under the ground until they reached the place where the studs could be placed … They reached under the tower and shored it with the studs when the King would order to put it on fire.” The technique of timber joints for these type of constructions did not vary significantly from the time of the Romans up until the last century. Choisy describes it in the following way: “The joints are perfectly rigid. To understand the tower design more logically, I have designed the joints with iron as they would be used now; but as the people in older times would do it, and later the builders of the Middle Age would follow, although they scarcely used iron in their woodwork.” Choisy later explains these joints according to the text of Apolodorus, commented by Heron of Alexandria: “The beams were adhered to the pieces in which they were embedded with this system of joints formed by a cylindrical shape wooden dowel. This would prevent the boards from slipping but not from separating. So as to achieve this, the pieces should be tied together with wood. The dowels were basically large plugs; such as the drill bits, rods, bars or strips.” Choisy tells how in 1873 in Rome scaffolding posts using the Roman technique2 could still be seen. This system is the one used by Giusepe Valadier (1762-1839) to shore the ruins of the external façade of the Coliseum and which served as scaffolding in the construction with buttresses ordered by Leon XII.

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2. Evolución de los sistemas entramados. El entramado se basa en el empleo de piezas longitudinales diversas y sometidas a esfuerzos de compresión, flexión o tracción. Se diferencian así de las estructuras de fábrica al componerse éstas por masas pesadas y continuas sometidas fundamentalmente a esfuerzos de compresión. En la formación de planos verticales mediante fábrica se genera el muro como el resultado de elevar una masa suficientemente esbelta pero estable. El cierre de espacios se perfecciona en las estructuras de fábrica con la bóveda como elemento capaz de salvar luces y cubrir espacios sometido exclusivamente a tensiones de compresión. La necesidad de alcanzar cada vez mayores luces reduciendo costes de encimbrado y aligerando la fábrica da lugar en primer lugar a la formación de estructuras mixtas en la que los planos verticales del muro se continúan resolviendo por masas homogéneas pero en la ejecución de planos horizontales de piso e inclinados de cubierta y escalera se recurre a sistemas constructivos más ligeros capaces de soportar tensiones de flexión y tracción siendo la madera el material base elegido. La combinación de piezas de madera en el plano da lugar a las primeras estructuras entramadas. La incorporación de elementos de madera a la fábrica del muro aligera su masa y reorganiza la distribución de tensiones. Este conjunto estructural compuesto por fábrica pesada y elementos lineales de madera en todos los planos constructivos de la edificación es lo que Marcos y Bausá denomina fábricas de entramado: “Las fábricas de entramado, muy usadas en Madrid, son aquellas en las cuales entra la madera como elemento principal de construcción, la que proporciona la fuerza y trabazón que en gran manera poseen, sirviendo los materiales de albañilería en ellas usados, como de cerramiento de los diversos huecos o compartimentos que dejan los maderos, si bien contribuyen a aumentar también su solidez” 3 .

2. Evolution of the framed systems. The framed structure is based on the use of longitudinal pieces of different lengths subject to compression, tension or flexion stresses. They differ from the masonry structures because these ones are continuous and heavier, and are basically subject to compressive forces. In the formation of masonry vertical planes the wall is erected as the result of raising a slender but stable mass. The closing of the spaces is improved by the use of masonry domes subject to compressive stresses only, and able to span and cover openings. The need to cover greater spans reducing the centering and lightening the masonry resulted in the formation of mixed structures, in which the vertical planes of the walls are still made of homogeneous masses. But in the horizontal planes of floors, or the inclined plane of roofs and stairs, lighter constructive systems are used capable of withstanding tensile and flexion forces. In this case, wood is the chosen material. The combination of timber pieces on the same plane is the origin for the first framed structures. The incorporation of wooden elements to the wall masonry lightens its weight and redistributes the thrusts. This structural group made of heavy masonry and linear wooden elements has given birth to the term “framed masonry” stated by Marcos and Bausá: “The framed masonry, very used in Madrid, is the one where wood appears as a main element of construction, providing resistance and consistency. The masonry materials used, serve as enclosure for the different spans left by the wooden elements and at the same time they contribute to increase their solidity”3.

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La necesidad de operar reparaciones sobre este sistema constructivo y la evolución marcada por los nuevos materiales desemboca en el desarrollo de entramados metálicos o de hormigón armado más conocidos como sistemas estructurales porticados para diferenciarlos de los sistemas masivos de fábrica. Queda de esta forma la fábrica entramada como un sistema estructural a medio camino en la evolución de los sistemas masivos y continuos hacia los sistemas ligeros porticados a pesar de lo cual su eficacia ha propiciado que el periodo histórico en que se desarrolla se extienda desde los orígenes de la arquitectura hasta ya entrado el siglo XX.

3. Estabilidad de la trama. La estabilidad de las estructuras entramadas y mixtas se basa en dos condicionantes: 1) La indeformabilidad de la crujía básica. 2) La optimización del sistema en la combinación de crujías. La crujía básica. Definimos la crujía básica como la célula o cuerpo constructivo básico necesario para garantizar la estabilidad de un espacio cerrado. Constituye la simplificación máxima de un sistema estructural dotado de sus elementos constructivos necesarios para alcanzar la estabilidad perseguida. La crujía básica en un sistema estructural de entramado es de forma prismática. Sus paramentos se desarrollan en superficies planas formadas por tramas con composición y funcionamiento diverso según las según las características de los materiales empleados y su comportamiento mecánico. Las diferentes propiedades mecánicas de los materiales empleados en cada tipo de estructura entramada condicionan su sistema de transmisión de tensiones para garantizar la estabilidad de la crujía.

The need to repair these constructive systems and the evolution of the new materials has developed in a new type of framed structures made of metal or reinforced concrete known as portal framed structures, to distinguish them from the massive masonry systems. As a consequence, the framed masonry stands as a structural system half way between the evolution of the massive and continuous systems and the light portal systems. Nevertheless, due to its efficiency, it has been widely used throughout time from the origins of architecture to the 20th century. 3. Frame stability. The stability of the framed and mixed structures is based on two conditions: 1) the unstrained characteristic if the basic

bay. 2) the optimization of the system in the

combination of bays. The basic bay. The basic bay is defined as the cell or the basic constructive body needed to ensure the stability of a closed space. It constitutes the maximum simplification of the structural system with the necessary constructive elements to reach the aimed stability. The basic bay in a framed structure is of prismatic shape. Its parameters develop on flat surfaces by grids with different composition and function regarding the characteristics of the material employed and their mechanic behaviour. The different mechanical properties of the materials used for each framed structure condition its transmission system of the thrusts to ensure the bay stability.

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Por tanto, la utilización de unos materiales diferentes a los originarios en la reparación de estructuras entramadas puede introducir problemas de desestabilización en la trama objeto de intervención si no va acompañada de un análisis previo de comportamiento combinado de los materiales originales con los aplicados, no solo en el ámbito de las reacciones químicas o electroquímicas sino en el comportamiento mecánico del conjunto. Los elementos estructurales Cumplen funciones de contrarresto y transmisión de cargas a su base sustentante (ya sea el terreno u otra crujía inferior). Dicho elementos no varían con independencia del sistema constructivo en el que se integran. Puede diferir su composición o simplemente su denominación según el material empleado. Los elementos en una estructura entramada son: • Forjados. Se componen de dos elementos básicos: la viguetería, que soporta las cargas superiores trabajando a flexión y el entrevigado (en algunas variables sobrevigado según su ubicación) formado por fábrica que cuaja los huecos entre la viguetería dotando al conjunto de rigidez. Su denominación es invariable de unos sistemas a otros con excepción de la losa armada caracterizada por su plano horizontal ejecutado en hormigón armado con apoyos bidireccionales. El forjado no solo cumple funciones de soporte de sobrecargas sino también de arriostramiento, por atirantado y acodalado, de las líneas de carga en las que apoya o se empotra. • Línea de carga. En las estructuras porticadas se denominan propiamente pórticos y muros de carga en las de fábrica continúa o entramada. Soportan las cargas verticales de las crujías superiores y de los forjados concurrentes.

Therefore, the use of materials different from the original ones in restorations of framed structures can cause destabilizing problems in the frame, especially if a previous survey of the behaviour of the combination of old and new materials has not been carried out. This can not only occur regarding chemical or electrochemical reactions, but also in the mechanical behaviour as a whole. The structural elements. The structural elements fulfil functions of counterbalancing and transmitting loads downwards to the base (the settlement, or a lower bay). These elements do not vary with the various constructive systems in which they are integrated. Their composition or even the name given according to the material being used can differ. The elements of a framed structure are: • Slabs. They are made by two basic elements: beams withstanding the upper loads working to flexion and the beam fill made of masonry packing the openings among the beams, giving rigidity to the structure. The term is invariable in the different systems except for the reinforced slab characterized by the horizontal plane made of reinforced concrete with bidirectional supports. The reinforcement is not only used to support the live load but also serves functions as bracing, and tie of the lines of loads on which is supported or embedded.

• Loads line. In the portal framed structures they are called portal frames and in framed or masonry structures they are bearing walls. They withstand the vertical loads of the uppers bays and of the meeting slabs.

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• Diafragma. También denominado muro de atado si nos referimos a una fábrica con espesor de muro. Absorbe los empujes laterales a los que se puede someter el sistema estructural y, además, contrarresta las tensiones provocadas en la crujía por un asiento diferencial de los arranques de las líneas de carga. Las estructuras porticadas hiperestáticas pueden carecer de este elemento al confiar el contrarresto de empujes y asiento diferenciales a la resistencia al giro de los nudos que caracterizan su grado de hiperestatismo. Las isostáticas requieren de elementos como las piezas en tornapunta o cruces de San Andrés. • Carrera. Constituye una denominación asociada a la carpintería de armar y que en las estructuras porticadas se puede denominar riostra o zuncho. En la carpintería de armar la carrera es perimetral coronando los muros de carga y los de atado. Sobre la carrera apoyan las viguetas del forjado repartiendo uniformemente su carga vertical sobre las líneas de carga y trabajando exclusivamente a compresión. Los tramos perpendiculares a las líneas de carga arriostran éstas transmitiendo cualquier empuje pero sin capacidad de evitar un abatimiento vertical, función ésta última confiada a los diafragmas según las variables de los sistemas ya expuestas. 4. Tipos de entramados. La composición de las crujías básicas conforma diferentes sistemas celulares. De este modo, los tipos estructurales resultan de la multiplicación de crujías desarrolladas en superficie y altura, normalmente agrupadas en torno a un patio y a lineadas en fachada respetando determinadas reglas de combinación de crujías: - Los forjados han de ser perpendiculares a

los planos verticales de fachada y patios. De este modo se asegura que las viguetas de forjado arriostren la línea de carga que configura el plano de cerramiento.

• Diaphragm. Also called tie wall when made of masonry and with the thickness of a wall. It absorbs the lateral thrusts to which the system is subject to. In addition, it counteracts the stresses caused in the bay due to a differential settlement of the springing line of the line of load. The hyperstatic portal framed structures can lack this element relying on the counteracting of stresses and differential settlement by the rotation strength of the knots characteristic of the hyperstatic degree. The isostatic characteristic requires elements such as the strut or St. Andrew cross. • Sole plate. It is a term associated to timber joinery and it is also known as brace or tie beam in portal framed structures. In timberwork the sole plate is a perimeter element crowning the load-bearing walls. The beams of the slabs are supported on the sole plates, evenly distributing the vertical loads on the line of loads and subject to compressive stresses only. The spans perpendicular to the line of loads are braced transmitting every thrusts, but without having the ability to prevent any vertical collapse. This function is placed on the diaphragms.

4. Types of frames.

The composition of the basic bays conforms to different cellular systems. In this way, the structural types result in the multiplication of bays developed on surface and in height. They are normally grouped around a yard and lined with the façade respecting the laws of bay combinations. - The slabs have to be perpendicular to the

vertical planes of the façade and courtyards. This permits and assures that the joists of the slab brace the line of loads forming the enclosure plane.

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- Esta disposición de la dirección de carga de los forjados propicia que en el mismo plano horizontal de forjados se sucedan direcciones de forjado perpendiculares entre sí con lo que mejora su condición de diafragma horizontal.

- La envolvente del edificio debe estar

compuesta por elementos estructurales: pórticos o muros en el perímetro y forjados o planos estructurales de cubierta en coronación.

- Los planos verticales de líneas de carga y

de diafragmas internos pueden fundirse en continuidad cuando dividan dos crujías perpendiculares entre sí, de modo que se prolongue el pórtico o la masa muraria que los componen de un extremo a otro del edificio hasta alcanzar los muros perimetrales de fachadas, patios o lindes.

5. La fábrica entramada. Las estructuras de entramado de madera, se caracterizan por la integración de tres materiales. 1) La madera en lo que se denomina

armadura. 2) La fábrica de materiales pesados que se

denomina cuajado. 3) El revestimiento de los entramados

denominados guarnecidos. 4) Los elementos resistentes leñosos se

destinan a la formación de tramas, reforzadas en sus huecos con fábrica de diversos materiales: mampostería, ladrillo, yesones, adobe, etc. La madera asume la función resistente en muros al igual que en forjados y cubierta, mientras que la fábrica le dota de rigidez, estabilidad. Los revestimientos exteriores protegen y la estructura leñosa y la fábrica de los efectos de la intemperie. Los interiores dotan de un acabado final a las estancias. Tanto unos como otros colaboran en el aislamiento de la edificación.

- This disposition of the slab load direction makes several slab directions (perpendicular among each other) possible, improving the condition of the horizontal diaphragm.

- The skin of the building is formed by

structural elements: trabeated structures or walls in the perimeter, and slabs or structural planes for roofs.

- The vertical planes of the line of loads and those of the internal diaphragm can be joined when they are dividing two bays, perpendicular to each other. In this way, the portal frame is prolonged and the wall mass is extended from one building edge to the other reaching the perimeter walls of the façades, courtyards or borders.

5. Framed masonry. The timber framed structures are characterized by the integration of three materials: 1) Timber in the structure. 2) Masonry of heavy materials called noggin. 3) The rendering of the timber frames coating. 4) The resistant wooden elements are used

for grids, and strengthened by the nogging with different masonry materials: bricks, plaster, adobe, etc. Timber takes on the function of strengthening the walls, in the same way as in slabs and roofs, whereas masonry gives it rigidity and stability. The external rendering protects the wooden elements and the masonry from weathering. The internal elements give a finishing appearance to the inside rooms. Both help in insulating the building.

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Marcos y Bausá distingue tres clases de entramado según su función en la obra construida 4: 1) Vertical, para constituir los muros y apoyos

a plomo, que en último término sufren toda la carga de la construcción.

2) Horizontal, la que forma los pisos a nivel en

las diferentes alturas en que se subdividen los edificios.

3) Oblicuo, que da origen a las armaduras de

las cubiertas de los mismos, con la inclinación necesarias, a fin de que las aguas llovedizas no se estanquen y los perjudiquen.

A estas clases cabe añadir la de entramados de escalera desarrollados en diferentes planos para dar continuidad a los tramos de escalera y rellanos. Por su composición constituyen un bloque de arriostramiento sobre las crujías que los rodean.

Marcos and Bausá distinguish three types of framed structures regarding their function in the final construction work 4:

1) Vertical to construct walls and plumbed

supports, which in turn support all the loads of the building.

2) Horizontal, formed by the different stories at

different heights subdividing the building. 3) Oblique, which gives rise to the roof frames,

with the appropriate sloping, so that the rain water does not stagnate and harm the roof.

To these three types, an extra one can be added; the one developed for stairs, forming different planes to give continuity to the stair flights and landings. Due to their composition they form a bracing block to the bays, surrounding them.

Figura 1. Edificio entramado en Segovia

Timber framed building in Segovia

Figura 2. Edificio entramado en Calatañazor (Soria)

Timber framed building in Catalañazor (Soria)

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Razón constructiva de la fábrica entramada.

En las fábricas entramadas la madera constituye el material resistente principal. Dada la anisotropía del material leñoso, los entramados de madera basan su estabilidad en el empleo y la composición de una serie de elementos que compensan esta carencia. Los cuajados y guarnecidos que acompañan a la estructura leñosa también contribuyen a garantizar la estabilidad del sistema además de dotar de aislamiento a la construcción. Este factor debe ser conocido, estudiado y evaluado por el técnico antes de ejecutar trabajos de demolición o reforma que, al privar a la estructura leñosa de estos elementos complementarios, puede estar debilitando el sistema de equilibrio, más aún en si el motivo de la actuación es la existencia de deterioros o deficiencias que comprometen la estabilidad de la construcción.

La articulación de la armadura leñosa y los cuajados no puede identificarse claramente con un sistema estructural isostático o hiperestático. Las uniones tradicionales entre los elementos de la armadura se resuelven mediante ensamble y clavado. Estas soluciones, si se desarrollan en una estructura leñosa, exenta podrían aproximarse al comportamiento estructural de las articulaciones en los sistemas isostáticos. Sin embargo, la armadura, sin la fábrica, resulta un sistema inestable (al considerar insuficiente la incorporación de piezas en tornapunta en determinadas tipologías de entramado si la armadura se mantuviera exenta) sin la colaboración del cuajado. Pero el cuajado, aunque aporta rigidez al sistema estructural, no configura nudos hiperestáticos en los encuentros de piezas de madera embutidas en la fábrica. En las fábricas de entramado, al estar en la mayoría de los casos oculta la estructura tras jarreados, enfoscados, revocos, tendidos o cañizos parecería imposible ni siquiera identificar la ubicación y tipo de los elementos característicos de este sistema estructural sin acometer un plan previo de calicatas.

Constructive reasons for the timber-framed structures.

In the timber framed structures, wood constitutes the main resistant material. Given its anisotropy, the timber frames base their stability in the use and composition of a series of elements compensating this lack. The noggings and render coatings added to the timber structures contribute to ensure the stability to the system as well as insulating the construction. This factor should be known, studied and assessed by the technician before starting the intervention works, since depriving the timber frame structures from these complementary elements can weaken the system of equilibrium, and even more so when the damages can put the stability of the construction under risk.

The articulation of the timber frames and the noggings cannot be clearly identified with isostatic or hyperstatic structural systems. The traditional bondings among the elements of the frame are solved by joins and nails. These solutions, if developed in an isolated timber frame, could come close to the structural behaviour of the articulations in isostatic systems. Nevertheless, without the masonry, it results in an unstable system (considering the incorporation of struts insufficient in some types of frames, if they were to be isolated) without the help of the noggin. But the nogging, although giving rigidity to the structural system, does not form hyperstatic knots in the joints of timber pieces embedded within the masonry.

In framed structures, as the woodwork is hidden under the clad coat, plasters, renders or wattle screens, it seems impossible to identify the place and type of elements characteristic of this system without carrying out a plan.

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Sin embargo, la conjunción de elementos leñosos y de fábrica forjada entre los anteriores genera, mas notoriamente en las edificaciones antiguas, fisuras de retracción en las juntas entre ambos materiales debidas a su dilatación diferencial. Estas fisuras, que en principio no suponen un signo de daño estructural, permiten identificar, por medios organolépticos, este tipo de estructura y las características métricas del intervalo entre madera y fábrica. Características. La puesta en obra de fórmulas mixtas para la ejecución combinada de fábrica y madera se utiliza en los forjados y entramados de muros interiores. El entramado permite reducir la sección de los muros de carga y atado. La resistencia se transmite de los forjados a las carreras, y de éstas a los pies derechos. El cuajado de fábrica posibilita la reducción de las escuadrías de madera al confinar y acodalar las piezas verticales. Si estas mismas escuadrías se adoptaran en pórticos exentos admitirían las cargas recibidas en función de su capacidad mecánica, pero experimentarían pandeos y flechas por razón de su luz y esbeltez. El cuajado de fábrica aporta rigidez al conjunto frente a las acciones verticales y horizontales, pero en modo alguno está destinado a soportar directamente cargas ante la degradación o desaparición de la madera del entramado. 6. Entramados verticales. Los entramados verticales, también denominados telares, se emplean fundamentalmente para cumplir dos funciones estructurales: transmisión de las cargas verticales procedentes de los entramados horizontales o crujías superiores y resistencia al abatimiento de las líneas de carga, a las que sirve de diafragma, frente a la aplicación de empujes laterales o desestabilización de su base de sustentación. Ambas funciones se pueden simultanean cuando el entramado vertical se interpone entre dos crujías de direcciones perpendiculares.

Nevertheless, the combination of timber and masonry elements causes, mainly in the older buildings, retraction fissures in the joints of the two materials due to a differential expansion. These fissures, which are not a structural failure at the beginning, allow identifying by organoleptic means, this type of structure and the metric characteristics of the interval between timber and masonry. Characteristics. The on site use of mixed systems using masonry and timber appears also in slabs and frames of internal walls. The timber frames allows reducing the section of the load-bearing walls and tying walls. The strength is transmitted from the slabs to the sole plates ad from there to the struts. The masonry nogging allows the timber scantlings reduction by shoring the vertical pieces. If these same scantlings are adopted in isolated portal frames they would admit loads according to mechanic capabilities, but they would suffer sagging and rises due to their slenderness and span. The masonry noggin provides rigidity to the vertical and horizontal stresses, but does not directly support loads as a consequence odd gradation or wood disappearing. 6. Vertical timber frames. The vertical timber frames, are mainly used for two main structural functions: transmission of the vertical loads coming from the horizontal frames or upper bays and resistance against the collapse of the load lines, to which they serve as diaphragm, as opposed to the lateral thrusts or base destabilization. Both functions can work simultaneously when the vertical frame is interposed between two bays of perpendicular directions.

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El entramado de muro permite reducir la sección de muros de carga y diafragma. La resistencia se transmite de los forjados a las carreras, y de éstas a los pies derechos. El cuajado de fábrica forma cuarteles que permiten utilizar reducidas escuadrías de madera. Si estas escuadrías se adoptaran en pórticos exentos frente a las mismas solicitaciones, experimentarían pandeos y flechas por razón de su luz y su esbeltez. El cuajado de fábrica aporta rigidez al conjunto frente a las acciones de fuerzas verticales y horizontales, pero, en modo alguno, está destinado a soportar directamente las cargas por degradación o ausencia de la armadura leñosa del entramado. Pero el entramado vertical también se utiliza para la ejecución de tabiques con la única función de compartimentar espacios. La distinción que actualmente se utiliza para referirse a los tabiques o los muros constituye una terminología reciente sobre la que ya advierte López Jaen5 al tratar sobre el muro refiriéndose, en su lugar, al término “pared”: “Pared es la palabra apropiada para el tema que nos ocupa, dado que el término <<muro>> no aparece en nuestra literatura tecnológica clásica, para denominar a estos elementos resistentes y conformadores de edificios, casi hasta nuestros días; así, en los tratados clásicos de construcción y arquitectura, siempre que hablan de muros están refiriéndose a murallas, defensas o cercas de ciudades y grandes estructuras. Pero a lo que hacemos referencia,..., es a las unidades constructivas de sostenimiento y cerramiento edificatorio, es decir, a lo que para todos los tratadistas de nuestra arquitectura antigua son siempre <<paredes>>. El reducido espesor que pueden adoptar los elementos de diafragma en comparación con el correspondiente de las divisiones verticales en lo edificios antiguos puede prestarse a confusión al identificarlos con lo que actualmente se denominan tabiques.

The timber frames allow the section of the bearing walls and diaphragm to be reduced. The stresses are transmitted from the slabs to the sole plate and from them to the studs. The masonry nogging forms spaces allowing form small dimension scantlings to be used. If these scantlings are used isolated in portal frames they would develop warpings and rises due to space and slenderness. The nogging offers rigidity to the group against the vertical and horizontal actions, but it is not thought to withstand loads without the timber frame elements caused by degradation. But the vertical element is also used for the construction of partitions, to divide the spaces.The distinction between the two words, partition and wall, corresponds to a present difference, states Lopez Jaén5, who tends to use another word in Spanish “pared”. “Pared” is the appropriate word, --since wall (muro in Spanish) does not appear in the classical technical literature—to name these resistant strong elements. In the old classical architecture and construction treaties whenever the term “wall” is used, it refers to city walls, or defensive walls in great structures. But here, we mean the constructive units of support and enclosure of a building, that is, the word which was used in old times “pared”. The reduced thickness the elements of the diaphragm can adopt compared to the corresponding vertical divisions of the old buildings can cause a misunderstanding when identified with the actual term of partition.

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Deben de tenerse en cuenta estas consideraciones a la hora de proyectar demoliciones de tabiques en reformas que, aparentemente, no afectan a la estructura del edificio. Los muros entramados se protegen mediante guarnecidos: “Rematado un edificio en todas sus paredes, suelos y armaduras, solo resta para su entera conclusión los guarnecidos de sus paredes, cielos y huecos, para dar el último pulimento a la obra. Los guarnecidos son exteriores e interiores. Cuando las paredes de un edificio no se dejan con alguna tez exterior que se forme al tiempo de construirlos, que es la más firme y noble, ya sea de cantería, ya mampostería, ya albañilería de ladrillo tosco o agranillado, se cubren las paredes de una corteza de mezcla de cal y arena ó de yeso solo, cuya maniobra se llama comúnmente guarnición. Aunque ésta, por consistir en varias túnicas delgadas, unas sobre otras, pegadas a las superficies de las paredes, no contribuyen a su solidez, pero ayudan infinito a su conservación, preservando los materiales del temporal, que las disipa, come y destruye con el tiempo”. Este texto de Juan de Villanueva nos lleva a considerar la necesaria existencia de guarnecidos de protección de las fábricas entramadas. Así se pueden observar en la mayoría de las construcciones urbanas presentándose solamente vista la armadura en los entramados colindantes con edificios derribados y dejados a la intemperie por la acción de la piqueta. Aunque en nuestra arquitectura popular encontramos abundantes ejemplos de lo contrario, en donde los muros entramados se nos muestran desnudos, solo puede atribuirse esta desnudez a la falta de voluntad o de medios de quien lo construyó para rematar su obra. Una falsa interpretación de estas fábricas ha fomentado la rehabilitación de edificaciones mostrando a la intemperie la armadura de madera.

These considerations have to be kept in mind when planning demolitions and renewals of buildings, apparently not affecting the structure. The timber framed walls are protected with renderings.

“When the building is finished, the only thing to be done is rendering the walls, ceilings and openings to give the proper finishing. The renderings can be both internal and external. When the building walls do not have any of the noblest seen faces such as masonry, stone, or brick, the walls are covered with a mixture of lime and sand or just gypsum called rendering. Although this coating does not contribute to the rigidity of the wall, even though there might be several coats over one another, but they help to the building preservation, and contribute to the protection of materials and better weathering”. This text of Juan de Villanueva leads to considering the necessary existence of protection renderings on the timber-framed buildings. This can be observed in most of the town buildings where only the timber frames of the destroyed adjacent buildings can be seen. Although, in vernacular architecture there are some examples where naked timber framed walls are shown, this can only be considered as a purposely unfinished action by the builder. A misunderstanding of this old tradition in the recent rehabilitations of these building has lead to an increase of constructions showing the timber famed.

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De esta forma la materia leñosa queda sometida a la meteorización y a la fotodegradación y los entorchados originales de tomiza se cortan y suplen, en el mejor de los casos, con otras soluciones de enjarje de los cuajados a base de clavos. Elementos leñosos. Los elementos característicos de carpintería de armar en un muro entramado son:

• Pie derecho.

Elemento vertical que transmite las cargas entre forjados y conforma la retícula del muro. • Cornijal.

Pie derecho de esquina ubicado en el diedro de encuentro entre dos muros entramados. También se denomina así al pie derecho de esquina en el ojo de una escalera. Estos pies derechos soportan el entramado de la escalera por lo que tienen continuidad desde su arranque hasta el último plano de la misma. Las escaleras así conformadas se denominan “…de cornijales”.

• Carrera.

Elemento horizontal sobre el que apoyan las cabezas de viguetas de forjados transmitiendo su carga a los pies derechos. Junto a éstos conforma la retícula del muro. Así mismo conforma, en el plano de forjados, cuadrículas perimetrales de atado del conjunto construido.

• Contrabarrera.

Elemento horizontal y paralelo a la carrera en el plano vertical del muro entamado. A nivel de forjados apoya sobre las cabezas de vigueta y recibe la carga del pie derecho. En cornisa recibe la carga de los pares y apoya sobre las cabezas de tirantas.

• Zapata.

Elemento horizontal que se interpone entre la carrera y el pie derecho. Aumenta la superficie resistente perpendicular a la carga y acorta la luz de carrera entre pies derechos.

According to this, the wooden elements are directly subject to weathering and photodisintegration, and the original rope of hemp is cut and substituted by other joining solution with the noggings such as nails. Timber elements The characteristic wooden elements of a timber framed wall are:

• Stud.

It is a vertical element transmitting the loads between the slabs forming the wall grid. • Dragon post.

Corner stud located at the junction of two framed walls. This name is also given to the newel of a stair when at the corner position. These studs also support the frame of the structure, therefore showing continuity from the springing line to the last plane of the stair. • Sole plate.

It is a horizontal element on which the joist heads of the slabs rest, transmitting the loads to the studs. Together with the studs conforms the wall grid. On the slab plane it also shapes perimetric grids of the constructed group.

• Over sole plate.

It is a horizontal element parallel to the sole plate in the vertical plane of the timber-framed wall. On the slabs, it is supported on the joist heads receiving the load of the stud. On the cornice receives the loads of the rafter and it rests on the tie beam.

• Bolster.

It is a horizontal element in between the sole plate and the stud. It increases the perpendicular resistant surface for the load and shortens the span between the sole plate and the studs.

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• Jabalcón. Cualquiera de los elementos inclinados que evitan el abatimiento lateral del entramado de madera. También acortan la luz del vano de una viga.

• Codal.

Elemento horizontal entre pies derechos que los acodala en el plano del muro.

• Zoquete.

Es un codal de pequeñas dimensiones. En forjados de grandes luces se ubica entre viguetas a media luz.

• Tornapunta.

Jabalcón que arranca de un plano horizontal.

• Marrano.

Viga. Antiguamente se denominaban así a los elementos horizontales que se enterraban como parte de la cimentación.

• Basa o dado.

Pieza de granito troncopiramidal semienterrada y sobre la que apoya la primera hilera de pies derechos mediante un tetón que se encastra en una oquedad tallada en la cara superior del dado. Aísla la madera de las humedades e insectos que circulan por el terreno sustentante.

• Knee brace.

It is any of the inclined elements to keep the timber frame upright. It shortens the span of the beam.

• Square shore.

It is a horizontal element between the studs shoring them at the wall plane.

• Small flying square shore.

Timber which serves as bridging between vertical elements.

• Strut.

It is the knee brace starting at a horizontal plane. • Sow Beam. In old times the terms was applied to the beams buried as part of the foundations. • Base or dado.

It is a granite pyramidal trunk block on which the first row of studs rest. These are fitted with a spigot embedded into the block. It insulates wood from moisture and insects present on the soil.

Figura 3. Muro entramado en un edificio madrileño.

Timber framed wall of a building in Madrid

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7. Tipos de entramados verticales. La composición de entramados verticales es muy variada en el territorio español con origen y desarrollo paralelo en otros territorios europeos y del continente americano allí donde se dispone de los materiales básicos: madera y fábrica. La variedad de especies leñosas disponibles en cada territorio: pino, roble, castaño, sabina, u otras especies de ribera, condicionan las diferentes soluciones y elementos de la armadura. El clima y los usos característicos de cada territorio han generado diversas composiciones de fachadas y cerramientos mediante el recurso de cuerpos volados, aleros y galerías abiertas. El cuajado que se ejecuta en los cuarteles también depende de la disponibilidad y tradición regionales variando entre diversas mamposterías o cascotes, fábrica de tapial, adobe o cerámica y morteros de yeso o cal6. Existe una clara diferenciación entre las tipologías desarrolladas en la arquitectura rural, de baja altura y materiales básicos, y la arquitectura urbana desarrollada en altura y entre medianeras. En la tipología de entramado urbana, muy desarrollada en el centro histórico de Madrid, la línea de carga de la fachada principal se ejecuta en fábrica continua y escalonada en altura a favor de obra mientras que el resto de las líneas de carga se ejecuta en fábrica entramada. Al ser ésta de mayor esbeltez y ligereza, se ejecuta en las líneas de carga internas o perimetrales normalmente protegidas al estar adosadas a los edificios colindantes. De este modo, la fábrica de fachada dota de una mayor inercia a la estructura frente a cualquier empuje desestabilizador y, al tiempo, aporta un mayor aislamiento al interior. La esbeltez de la fábrica entramada interna se compensa con el arriostramiento que aportan los planos horizontales de piso o el cierre perimetral de los patios.

7. Types of vertical timber frames. The types of vertical timber frames in Spain are very varied and it has similar origins and parallel development in other European or American regions where wood and masonry are available. The variety of wood species available in the territory: pine, oak, chestnut, or other species condition the different solutions and elements of the frame. The climate and the different traditions of each place have given origin to various types of compositions in façades and enclosures by using eaves, open galleries, overhang etc. The noggin for the packing does also change depending on the availability and regional traditions. It varies between different types of masonry or rubble, cob wall, wattle and daub, Adobe or ceramic, and lime or gypsum mortars6. There is a clear distinction between the typologies developed in rural architecture, of basic materials and low heights, and the urban architecture constructed vertically and among party walls. In the urban architecture, the timber frame very developed in Madrid the load line of the main façade is done in continuous masonry in height, whereas the other load lines are constructed in framed masonry. Because the framed structure is lighter and slenderer, it is used mainly in internal or perimetric line loads, since they are normally adjacent to other buildings and protected. In this way, the masonry of the façade gives the structure a greater inertia against any destabilizing thrust. At the same time, it gives the building a greater internal insulation. The slenderness of the internal masonry is compensated with the bracing the horizontal plane of the floor or the perimetric courtyard enclosure gives.

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Soluciones de arranque. La madera ha de aislarse del contacto con el terreno con objeto de evitar las humedades de capilaridad y la accesibilidad aquellos insectos xilófagos que construyen sus nidos y galerías en el terreno. Para lograr tal aislamiento se interpone entre la armadura leñosa y el terreno unos elementos de fábrica. Las dos soluciones más tradicionales empleadas son el citarón, ya sea de sillería de fábrica de ladrillo, y la basa de forma troncopiramidal ejecutada en piedra. 8. Entramados horizontales. Los elementos propios de la crujía lo componen las viguetas complementadas por brochales cuando han de salvar un vano vertical. El plano horizontal puede reforzarse mediante zoquetes perpendiculares a las viguetas en uno o dos líneas con objeto de evitar el pandeo lateral y revirado de éstas. Se forma un artesonado cuando dichas líneas de enzoquetado se repiten hasta formar una cuadrícula con las viguetas. Las viguetas se apoyan en las carreras y se fijan mediante clavos de bellote clavados a oreja. Tipos de entramados horizontales. Varían su composición para cumplir, con diferente eficacia, tres funciones: - Soporte de las cargas y sobrecargas de uso

y su transmisión a los muros, - Diafragma horizontal resistente ante

empujes laterales desestabilizadores, - Aislamiento térmico y acústico entre pisos La transmisión de cargas a los muros se confía a la viguetería. El relleno tendido sobre el plano de viguetería, el sobrevigado de hasta 20 o 30 cms de canto relleno con cascote o arena, puede cumplir funciones no solo de aislante acústico sino de lastre estabilizador en el sistema estructural, cuestión que habrá de preverse en el caso de decidir su retirada en una obra de reforma.

Springing solutions. Timber should be insulated from the soil in order to avoid moisture and capillarity, as well as to prevent the access to xilophagous insects making their nests and galleries. To achieve this insulation, some masonry elements are placed between the timber and the soil. The two traditional solutions used are the spigot base made of brick masonry and the base, with a pyramidal trunk shape and made of stone. 8. Horizontal timber frames. The elements of the bay are the joists together with the trimming joists, when a vertical plane is to be solved. The horizontal plane can be strengthened with a square shore perpendicular to the joists in one or two lines so as to avoid the lateral sagging. A timber grid is formed when these square shores are repeated with the various joists. The joists are supported on the sole plate and fixed with wrought iron nails nailed inclined. Types of horizontal timber frames. The horizontal timber frames vary their composition according to three functions:

- Support and dead and live loads and their transmission to the walls. - Horizontal diaphragm resistant to destabilizing lateral thrusts. - Thermal and sound insulation among the storeys.

The load transmission to the walls is done by the joists and beams. The packing on the joists, or the overbeam with up to 20 or 30 cm thick filled with rubble or sand, can conform to these functions of sound insulator but also of stabilizing element for the structural system. This must be considered when taking it away for restoration reasons.

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La condición de diafragma horizontal se consigue mediante el forjado del hueco entre viguetas para garantizar la indeformabilidad del perímetro de piso en su plano horizontal. Esta solución de entrevigado aporta, además aislamiento acústico, pero reduce la ventilación de la madera de la viguetería al adosarse el entrevigado y el necesario revestimiento inferior a su perímetro. Las soluciones pueden ser de diversos tipos: • Forjado encamonado. El entrevigado se forma mediante camones estribados en la talla longitudinal de las viguetas. Las soluciones de encamonado o de bovedillas liberan la cara inferior de la viguetería y, al tiempo, aligeran el peso del forjado pudiéndose ocultar el intradós cóncavo del entrevigado mediante falso techo de cañizo. • Forjado macizo o rehenchido. El mortero y cascote de relleno se rehenchida con las viguetas y se fija a ellas mediante su entomizado. • Forjado aligerado. La utilización de botes cerámicos para relleno del entrevigado consigue una mayor ligereza y aislamiento del forjado.

The condition of horizontal diaphragm is considered by the slab void in between the joists to ensure the unstrainability of the floor perimeter in its horizontal plane. This solution of the beam filling gives, sound insulation but it also reduces the ventilation of the timber elements. The solutions can be various. • Slab of arch braces. The beam filling is done with arch centerings on the longitudinal surface of the joists, leaving the lower part of the joist to be seen. At the same time, this solution lightens the loads of the slab and the concave intrados of the beam filling can be hidden by a hemp suspended ceiling. • Solid slab or filled slab. The rubble and mortar was packed into the joists and attached to them by hemp. • Lightened slab. The use of ceramic rolls used as beam filling provides a lighter and better insulated slab.

Figura 4. Forjado encamonado. Slab of arch braces.

Figura 5. Forjado macizo.

Solid slab.

Figura 6. Forjado aligerado.

Lightened slab.

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9. Armaduras de cubierta. Los tipos de armaduras de cubierta más extendidos son: • Encabriado: se desarrolla sobre una crujía de líneas de carga con diferente altura. • A par y picadero: se desarrolla sobre dos crujías de líneas de carga simétricas. • A parhilera: se desarrolla sobre una crujía con líneas de carga a la misma altura. • A la molinera: se sustenta sobre cerchas o cuchillos. • Mixta de tres crujías: laterales de par y picadero, central de parhilera. • Encabriado. Cabrio o par es cada una de las piezas inclinadas y paralelas de cubierta que se apoyan en las correas. De este modo una hilera de cabrios configura un plano inclinado de cubierta. • Cubierta de par y picadero. La característica fundamental es la de transmisión de cargas verticales a los muros de apoyo. Los problemas pueden venir por flecha de pares o por giro del pórtico bajo picadero. • Cubierta de par-hilera. En este tipo de estructura se produce el desvío de las cargas verticales sobre cubierta orientadas como inclinadas en la dirección de los pares, que son compensadas con otras horizontales absorbidas por los tirantes, de modo que a los muros de apoyo solo se trasmiten cargas verticales. • Cubierta a la molinera Su comportamiento mecánico se asimila al de un forjado inclinado.

9. Roof frames The most frequent types of roof frames are: • Common rafter roof: It develops over a bay with load lines at different heights • Rafter and ridge: It builds on two bays of symmetrical load lines • Coupled roof: it develops over a bay with two load lines at the same height. • King post roof with struts: supported on trusses or rafters • Mixed of three bays: lateral rafters and ridge, central to the coupled roof. • Common rafter roof. The common rafter or spar is each of the inclines pieces parallel to the roof supported by the purlin. Therefore, a line of common rafters shapes an inclined plane of the roof. • Rafter and ridge roof. The main characteristic is the transmission of vertical loads to the supporting walls. The problems can occur due to the rise of the rafters or by the twist of the portal frame underneath. • Coupled roof. In this type of structure the vertical stresses are deviated and oriented toward the direction of the rafters. They are compensated with other horizontal thrusts absorbed by the tie beam. Therefore, the supporting walls will only receive the vertical loads. • King post roof with struts. Its behaviour is the same as the one of an inclined slab.

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• Mixta sobre tres crujías. Constituye un sistema muy habitual de cubrición de cuerpos de fachada de tres crujías. Para que el sistema mixto de tres crujías mantenga su estabilidad es necesario que cada una garantice la transmisión de cargas verticales a carreras y muro. Esto se alcanza ejecutando correctamente para la crujías de par y picadero el embarbillado de los extremos de los pares con caras horizontales de transmisión de arranques de carrera y entrega a cumbrera, además de garantizar el contrarresto de esfuerzos horizontales sobre la carrera mediante piezas tirantas.

• Mixed roof over three bays. It constitutes a very common covering of the buildings with three bays. So that this system keeps stable, it is necessary that each element transmits the loads to the tie beam and wall. This is achieved for the rafter and ridge roof by a joint of the edges of the rafters with horizontal transmission faces to the springing point of the sole plate and arrival at the ridge. This will ensure the counteracting of horizontal stresses on the sole plate by the use of ties.

Figura 7. Cubierta de par-hilera

Coupled roof

Figura 8. Interior de una cubierta de par y picadero

Interior of a rafter and ridge roof.

Figura 9. Interior de una cubierta mixta de tres crujías.

Interior of a mixed roof of three bays.

Figura 10. Interior de una cubierta a la molinera sobre

cuchillos a la española. Interior of a king post roof with struts.

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NOTAS: 1 VITRUVIO, Marco Lucio Los Diez Libros de Arquitectura Traducción directa del latín por Agustín Blázquez

Editorial Iberia, Barcelona 1991. Pag. 160 2 Una de las reediciones más recientes sobre los textos de Chisy es: CHOISY, Auguste El Arte de construir en Roma Instituto Juan de Herrera, Madrid 1999. Pag 125 La carpintería de armar 3 Una de las reediciones más recientes sobre los textos de Chisy es: CHOISY, Auguste El Arte de construir en Roma Instituto Juan de Herrera, Madrid 1999. Pag 125 La carpintería de armar 4 MARCOS Y BAUSÁ, Ricardo Op. Cit. Pag. 181 5 MARCOS Y BAUSÁ, Ricardo Op. Cit. Pag. 181 6 MARCOS Y BAUSÁ, Ricardo Op. Cit. Pag. 181

Ignacio García Casas, es Dr. Arquitecto, Jefe de la Unidad de Ruinas del Servicio de Control de la Edificación del Ayuntamiento de Madrid.

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INSPECCIÓN DE ESTRUCTURAS DE MADERA. EJEMPLO DE UN EDIFICIO EN UN CENTRO URBANO INSPECTION OF A TIMBER STRUCTURE: AN EXAMPLE IN A BUILDING DOWNTOWN. Francisco Arriaga, Miguel Esteban e Ignacio Bobadilla Resumen Este artículo presenta el proceso de inspección de la estructura de madera de una edificación en un centro urbano. Se trata de una inspección detallada que permite conocer el estado de la madera en cada local de una manera detallada. Se describe la patología de origen biótico y se proponen las medidas de actuación. Su finalidad es servir de guía a modo de ejemplo, en actuaciones de inspección y evaluación de la estructura de madera.

Summary. This article presents the inspection process of the timber structure of a building downtown. It is an example of a detailed inspection that allows evaluating the state of timber in a precise way. Biotic pathology is described and measures are proposed for rehabilitation. Its aim is to give a guide for inspection and evaluation of timber structures.

1. Introducción Este artículo recoge un ejemplo de inspección de la estructura de madera de un edificio situado en el casco histórico de un pueblo de la Comunidad de Castilla y León. No se incluyen los detalles de localización porque procede de un informe de inspección real y es necesario preservar la privacidad de los datos. Este ejemplo, junto con otros, forma parte de un capítulo de la publicación “Intervención en Estructuras de Madera” de AITIM (Arriaga et al. 2002), en la que se recoge la experiencia práctica acumulada gracias al trabajo realizado a lo largo de los últimos 20 años realizando intervenciones en edificios con estructura de madera. Cada ejemplo es expuesto a modo de ficha en la que se recogen los aspectos fundamentales, estructurados de la misma forma que para la redacción de un informe. De esta manera, la documentación expuesta puede servir de referencia para el técnico que busca información de un tipo concreto de edificio, una obra, una patología, etc.

1. Introduction. This article compiles an inspection example of timber structure in a building located in the centre of a small town from Castilla y Leon. Location details are not given because it comes from a real inspection reference and it is compulsory to protect the data privacy. This example, among others, is part of a published chapter “Intervention in wooden structures” form AITIM (Arriaga et al. 2002). This article describes the practical experience formed by many interventions in timber structure buildings in the last twenty years. Each example is exposed in summary cards collecting basic aspects and composed in the same compilation form as a report. In this way, the exposed documentation can be a reference for the technical expert who is looking for some specific building information, a work, pathology, etc.

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El contenido que incluye cada ficha, de forma aproximada, es el siguiente: A. Antecedentes: - localización aproximada, - primera detección de daños y

alarma, - planteamiento general y objeto, - descripción general: tipo de edificio,

antigüedad, número de plantas, tipo de construcción, uso actual.

B. Inspección: - existencia de planos y otra

documentación previa, - accesibilidad, - número de visitas necesarias, - medios disponibles para la

inspección, - limitaciones a la inspección. C. Patología de origen biótico: - zonas inspeccionadas, - identificación de los daños, - estimación de la gravedad de los

daños, - análisis de las posibles causas. D. Peritaje estructural: - toma de datos: dimensiones, luces,

calidad, especie, - flechas y deformaciones, - otras lesiones, - bases de cálculo: clase de servicio,

clase resistente, acciones, etc., - resultado de cálculo: índices de

agotamiento y deformaciones. E. Conclusiones: - valoración del estado actual, - necesidad de medidas de

actuación. F. Medidas de actuación frente a la patología

de origen biótico. G. Medidas de carácter estructural.

The information included in each summary card, is basically as follow: A. Background: - approximated location, - first damage detection and alarm, - general proposal and purpose, - general description: building type, age,

number of floors, construction type, current usage.

B. Inspection: - existing plans and other previous

documentation, - accessibility, - number of visits required, - available means for inspection, - inspection limitations C. Biotic origin pathologies: - inspected areas, - damage identification, - damage estimation, - analysis of possible causes. D. Technical specialist structural report: - data collection: dimensions, span, quality,

species, - deflections, - other damages, - basis of design: service class, strength

class, actions, etc. - design results: stress level index and

deflections E. Conclusions: - current status evaluation, - needed actions. F. Intervention measures towards biotic origin

pathologies G. Structural measures.

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2. Antecedentes El edificio que es objeto de este ejemplo fue construido hacia 1850 y consta de un local comercial en planta baja y una vivienda en las plantas superiores. Se encuentra alineado y es colindante con otras edificaciones conformando una plaza de la localidad, figura 1. Dos años antes de iniciarse esta inspección, en la primera planta se había producido la salida de un vuelo en enjambre de termitas procedentes de la parte baja de las paredes de la cocina. Esta fue la causa que motivó la necesidad de realizar un informe con el objeto de conocer el estado de la estructura de madera. En la edificación se distinguen dos cuerpos de diferente época, figura 2. El primero y original hace fachada a la plaza. Y el segundo, posterior, es un cuerpo añadido a la fachada trasera con una calidad de construcción inferior.

2. Background The building explained in this example was built near 1850 and consists of a business space in the ground floor and one apartment in the first floor. It is aligned and adjacent to other buildings giving shape to the main square of the town, figure 1. Two years before the inspection, on the first floor, a termite colony had flown out from the bottom of the kitchen walls. This is the reason for the need of a report in order to know the state of the timber frame. In the building, two sections from different time periods can be found, figure 2. The first and original one faces the square. The second, from later time, is an added section to the rear façade with lower construction quality.

Figura 1. Vista general de la fachada principal del edificio. Main façade.

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Figura 2. Sección y alzado. Section and façade.

En el cuerpo original, la fachada principal está orientada al norte. Consta de planta sótano, con menor superficie que las plantas superiores y destinada a bodega; planta baja, donde se realiza el acceso a través del soportal de la plaza, que tuvo uso como local comercial; la planta primera está ocupada por una vivienda y el espacio bajo la cubierta se destina a almacén o trastero. El cuerpo adosado contiene un local de almacén y cocina en la planta baja y un baño en la planta primera. Debe tenerse en cuenta que parte de la superficie de la planta primera es propiedad del vecino del inmueble contiguo y este local no era accesible en el momento de la inspección. El objeto del informe incluía varios aspectos: levantamiento de planos del estado actual con indicación de la disposición estructural, localización e identificación de los ataques xilófagos (grado de deterioro y diagnóstico), análisis de los factores de riesgo y propuesta de intervención.

In the original body, the main façade is facing North. It consists of a basement, smaller in surface than the upper floors and used as a wine cellar; a ground floor, giving access to the building from the square arcade (this space had been used for shop premises); the first floor which housed an apartment and the attic, used as warehouse or storage room. The additional part of the building contains a warehouse space and kitchen on the ground floor and a bathroom on the first floor. It must be taken into account that the next-door neighbour owns part of the first floor area and this space was not accesible during the inspection time. The aim of the report included some aspects: plans and drawings from the current state indicating the structure layout, location and identification of the xylophagous attack (damage degree and diagnosis), risk factors analysis and intervention proposal.

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Se realizaron dos visitas al inmueble. La primera para tomar datos para el levantamiento de planos del edificio y la segunda para la toma de datos de la patología. Este procedimiento tiene grandes ventajas a la hora de una inspección. Durante la toma de datos de los daños en la estructura ya se conoce perfectamente el edificio y es posible anotar con más detalle el tipo y la gravedad de los daños encontrados. Es un ejemplo de una inspección muy detallada en la que prácticamente pueden reconocerse todas y cada una de la piezas estructurales. 3. Inspección La estructura vertical está formada por muros de carga dispuestos paralelamente a la fachada y construidos con ladrillo macizo, en ocasiones combinado con mampostería. Por encima del terreno estos muros están entramados con madera y con un relleno de adobe. Los forjados de piso son de madera y quedan a la vista por su cara inferior, excepto en el techo de la planta de vivienda. La madera utilizada es el pino con la excepción de la viga principal del techo de la planta sótano, que es de madera de olmo. El entrevigado está constituido por un entablado de madera de pino sobre el que apoya el pavimento y una capa de mortero de agarre. Las luces de los forjados están en torno a los 3,20 m. La inspección es fácil de realizar ya que todos los locales son accesibles (excepto un tramo perteneciente al edificio colindante) y únicamente los elementos de madera de los forjados de techo de la planta primera se encontraban en su mayoría ocultos por un falso techo. Sin embargo, podían verse por su cara superior desde el espacio bajo cubierta, ya que sólo los ocultaba un entablado. Como se verá al tratar de los daños de origen biótico, el cuerpo adosado en la parte posterior del edificio es el que mayores daños presenta y corresponde a la zona donde salieron las termitas. Además, otra zona especialmente grave es el local del sótano donde la fuerte humedad favoreció el desarrollo de la lesión.

Two visits were made to the building. The first visit was to collect data for drawing building plans and the second to gather information regarding the pathology. This procedure has great advantages when making inspections. During the data collecting of the damaged structure, the building is already completely known and this helps taking detailed notes from the type and seriousness of the damages found. It is an example of a very detailed inspection where every structural piece is possible to be recognized. 3. Inspection The vertical structure is formed by bearing walls arranged parallel to the façade and built with solid bricks, in some ocations combined with masonry. These walls are timber framed and filled with adobe. The floor slabs are made of wood and can be seen from underneath, except for the apartment roof. The timber used is pine except for the main beam from basement, which is from elm wood. The beam filling consists of pine wooden boards on which the tiling rests together with a grip mortar layer. The floor spans are close to 3,20 m. The building can be easily inspected because there is easy access to all the areas (except for a section from the adjacent building). Only the timber elements from the floors of the first floor ceiling are hidden behind a suspended ceiling. However, they can be seen by from the upper attic space, because only the timber boarding hides them. As can be seen when analysing biotic origin damage, the added section at the rear part of the building shows the greatest damage and it coincides with the place where the termite colony had stayed. Furthermore, another seriously damaged area is the basement space where dampness helped to develop the pathology.

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4. Patología de origen biótico A continuación se hace un resumen de los datos recogidos en la inspección por plantas: La humedad ambiente en el sótano es muy elevada y en los muros se observa una fuerte humedad procedente del terreno que llega hasta el forjado de la planta baja. .

4. Biotic origin pathology. A summary from the data collected during the inspection of each floor has been made as follows: The humidity at the basement floor is very high and dampness coming from the ground can be seen up to the floor of the ground storey.

Figura 3. Viga principal de olmo en el local del sótano.

Elm main beam in the basement.

Figura 4. Detalle del apoyo de la viga principal con pilastra de ladrillo adosada al muro. Techo del

sótano. Detail of main beam support at basement.

En el techo de la planta de sótano existe una viga principal de madera de olmo de sección circular de 350 mm de diámetro, figura 3. Presenta ataque de anóbidos con mayor intensidad en las zonas cercanas a los apoyos. La profundidad del ataque es de entre 20 y 30 mm. En uno de los apoyos se observa un recrecido del muro a modo de pilastra, probablemente para aumentar la longitud de apoyo, tal vez como consecuencia de la pérdida de sección originada por pudrición en la cabeza, figura 4.

On the ceiling of the basement there is a 350 mm diameter elm timber beam. It shows a woodworm attack with a higher intensity close to the supports. The attack depth is between 20 and 30 mm. In one of the supports, a wall increase like a pilaster can be seen, probably to increase the support length, and maybe as a consequence of the section loss caused by the rotten end of beam, figure 4.

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El forjado que tiene como apoyo central la viga principal anteriormente citada está formado por viguetas de 150 x 170 mm distanciadas a 400 mm entre ejes, figura 5. En los apoyos sobre los muros existen unos dispositivos de refuerzo que revelan claramente que han existido problemas anteriores de pudrición en las cabezas de las viguetas. Estos refuerzos consisten en la disposición de una carrera de madera que sirve de apoyo a las viguetas y que descansa sobre ménsulas en uno de los muros y sobre un entramado de madera adosado a la pared en el otro, figuras 6 y 7. El entablado que se encuentra sobre las viguetas está completamente destruido por la acción de los anóbidos (carcoma). Estos insectos xilófagos aparecen con gran frecuencia acompañando a las pudriciones y actúan preferentemente con un cierto grado de humedad, como ocurre en el sótano. El ataque de anóbidos se encontraba activo como lo demostraban los montones de serrín que aparecían por todas partes. En la planta baja los daños son mucho menores. En el cuerpo original de la construcción el forjado del techo está constituido por viguetas de 120 x 140 mm separadas a 300 mm entre ejes y presenta muy pocos daños. La viga principal sigue la misma disposición que la de planta sótano, pero es de sección rectangular de 260 x 350 mm, figuras 8 y 9. En el cuerpo adosado la calidad de la construcción es muy inferior, con muros de menor grosor y secciones de viguetas muy desiguales y casi en forma de rollizo (110 x 120 a 180 x 200 mm, con separaciones del orden de los 650 mm). Presentan un fuerte ataque de cerambícidos que afecta a las viguetas en algunos casos hasta profundidades de 100 mm y al entablado sobre las viguetas que se encuentra totalmente destruido, figura 10.

The slab having as central support the main beam mentioned above, is formed by 150x170 mm timber joists separated 400 mm between axes, figure 5. In the supports over the walls there are some reinforcement devices that reveal previous rotten problems in the joists ends. This reinforcement consists of a timber beam supporting the joists and resting on brackets on one of the walls, and over a wooden framework adjacent to the other wall, figures 6 and 7. The timber boarding over the joists has been completely destroyed by the woodworm atack. These xylophagius insects appear very often with rotten processes and act preferably with a certain humidity degree, as in the basement. The woodworm attack is still active as can be seen by the many wood dust piles found everywhere. On the ground floor the damages are smaller. In the original section, the floor is built with 120x140 mm joists separated 300 mm between axes and shows only a few damages. The main beam follows the same direction as the one at the basement but has a rectangular 260x350 mm section, figures 8 and 9. In the added section the quality of the construction is much poorer; with thinner walls and joists with uneven sections and round sections (110x120 to 180x200 mm separated approximately 650 mm). They present an important attack from beetles affecting joists --in some cases up to 100 mm deep. In addition, the wooden boarding over the joists is totally destroyed, figure 10.

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Figura 6. Apoyo de viguetas en carrera adosada al muro.

.Timber joist supports in a beam adjoined to the wall

Figura 5. Planta de sótano . Basement plan. Figura 7. Apoyo de viguetas en carrera adosada al muro

con pies derechos. Timber joist supports in a beam adjoined to the wall with timber columns.

Figura 9. Forjado de techo de planta baja en el cuerpo

original. Floor in the ceiling of ground floor from original section

Figura 8. Planta Baja Ground Floor. Figura 10. Forjado de techo de planta baja en cuerpo

adosado. Floor in the ceiling of ground floor from added section.

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En un extremo de este cuerpo existen viguetas que apoyan sobre otra viga principal y escuadrada donde se encontraron restos de ataques de termitas. Éstos se inician en las proximidades de una bajante del baño existente en esa planta. La bajante había sido sustituida recientemente lo que hace pensar que las fugas anteriores fueran la concausa del ataque de las termitas; en el momento de la inspección los daños de termitas no parecían ser ya activos debido a la desecación que se había producido. En el soportal la madera presentaba ligeros ataques de anóbidos de poca importancia, probablemente debido a la fácil ventilación de esa zona, figura 11. En la planta primera destinada a la vivienda no podía inspeccionarse la madera al estar oculta por un falso techo, excepto en el pasillo, figura 12. El estado de la madera, sin embargo, podía ser bueno ya que no había signos de humedades ni se apreciaban daños desde la parte superior. En la cocina el revestimiento de azulejos y el falso techo tampoco permitían la inspección, pero es en esa zona donde salió el enjambre de termitas justamente encima de la viga afectada por este ataque que se veía desde la planta inferior. En la estructura de la cubierta se observaban únicamente ataques de cerambícidos y algunos de anóbidos más cercanos a los muros, figuras 13 y 14. Únicamente había problemas de pudrición en la zona de apoyo de los parecillos sobre los muros de fachada; un vano de forjado ya se había sustituido por forjado metálico, seguramente por problemas de pudrición en la zona del alero.

At the end of this section the joists are supported on another main beam and squared where remaining termite attacks were found. These attacks begin close to a bathroom drainpipe on that floor. The drainpipe has been recently replaced. Therefore, probably termite attacks had been caused by the previous leaks. During the inspection the damages produced by termites attack did not seem to be active any longer because it was already dry. In the arcade, the timber presents light woodworm attacks without too much importance, maybe because this area is easily ventilated, figure 11. On the first floor, where the apartment is located, inspection of the timber elements has not been possible because they are hidden behind the suspended ceiling, except in the aisle area, figure 12. The state of the wood however, could be good because there are not any signs of moisture and no damage has been noticed at the top part. In the kitchen the tiling and the ceiling did not allow the inspection either, but this was area from where the termite colony hat flown out, just on the top of the affected beam that could be seen from the bottom floor. In the roof structure only the beetle attacks can be seen as well as some woodworm near the walls, figures 13 and 14. There were only rotten problems in the joists support area over the façade walls; a little area on the floor had already been replaced earlier by a steel structure, probably because of rotten problems in the eave area.

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Figura 11. Forjado del techo del soportal.

Floor joists in the arcade.

Figura 12. Planta primera.

First Floor.

Figura 13. Planta del bajo cubierta. Attic Floor

Figura 14. Vista del espacio bajo cubierta. General view of space under de roofing.

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5. Conclusiones Los daños más importantes que presenta la construcción se centran en los siguientes locales: - Planta de sótano con fuerte ataque de pudrición en las cabezas de las viguetas y anóbidos que han destruido el entablado. - Forjados del cuerpo adosado con fuerte ataque de cerambícidos y localmente de termitas. Suponen la destrucción del entablado y posiblemente la de las viguetas. En el resto del edificio los daños son menores y habituales en este tipo de edificación. Los factores de riesgo que han permitido esta degradación son los siguientes: - Humedades en la planta sótano. - Humedades en las instalaciones de saneamiento que posiblemente favorecieron el ataque de las termitas. El hecho de que el edificio se encuentre al lado de otros abandonados facilita la posible entrada de ataques de termitas y otros insectos xilófagos desde el exterior. 6. Medidas de actuación frente a la patología de origen biótico Se considera necesario un tratamiento químico de la madera con carácter curativo en las zonas que presentan degradaciones xilófagas y preventivo en el resto de la estructura. Se aplicará un producto químico de tipo orgánico con propiedades fungicidas e insecticidas, que sea específico para el tratamiento contra termitas.

5. Conclusions. The most important damages present in this construction are located in the following areas: - Basement floor showing serious rotten problems in the joists close to the supports and woodworm attack, which has destroyed timber boarding. - In the added section, the floor joists showed important beetle attacks and woodworms locally. These can have destroyed the timber boarding and possibly the joists. In the rest of the building the damages are minor and are the common ones for this type of construction. The risk factors that have caused this degradation are: - Dampness at the basement floor - Dampness in the plumbing system that could have favoured the woodworm attacks. The fact that the building is located among other abandoned buildings facilitates woodworm and other xylophagous attacks from the exterior. 6. Actions to face biotic origin pathology. A chemical treatment for timber is considered necessary to cure xylophage’s degradations in the damaged areas and as a preventive action in the rest of the structure. A chemical product of organic type with fungicide and insecticide properties should be applied, specifically for the treatment against termites.

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Después de eliminar las partes degradadas de las piezas, operación que servirá para comprobar si la sección residual es suficiente para la misión estructural, se pulverizará con el producto todas las superficies accesibles de las piezas repitiendo la operación hasta lograr la dosificación recomendada por el fabricante. En las zonas de apoyo de las viguetas sobre los muros, en planta baja y planta primera, deberá intensificarse el tratamiento mediante la inyección del producto en las cabezas y en las zonas cercanas al lugar donde aparecían daños de termitas. En general, la presencia de termitas obliga a un tratamiento más exhaustivo. Sin embargo, debido a que el ataque no parece activo y a la falta de garantías que puede ofrecer un tratamiento de un edificio de manera individual dentro de un conjunto de edificaciones, parece realista mantenerse con el tratamiento simplificado. En todo caso y con carácter general, el tratamiento curativo y preventivo de la madera debe acometerse una vez eliminadas las zonas de madera dañadas. Desde el punto de vista constructivo, debe plantearse una medida prioritaria de protección encaminada a la eliminación de las fuentes de humedad como principal factor de riesgo que ha favorecido la presencia de ataques xilófagos. 7. Medidas de carácter estructural Aunque no es objeto del informe la comprobación estática de la estructura, deben hacerse las siguientes observaciones de carácter constructivo: • En el forjado de techo de la planta sótano

es recomendable la sustitución del entablado destruido por los insectos xilófagos. Esto implicaría el levantado y sustitución del pavimento. Esta operación serviría para comprobar el estado de las cabezas de las viguetas y actuar en consecuencia.

After eliminating the damages from the degraded pieces, --this operation will help to check if the residual section is enough for the structural function-- the product will be sprayed to all accessible surfaces of the pieces, repeating the process until the manufacturer recommended dosage is completed. In the supporting areas of the joists on the walls, on the ground and first floors, the treatment should be intensified by injecting the product close to the supports and in areas where termite damage can be seen. In general, the presence of termites forces a more exhaustive treatment. However, since the termite attack does not seem to be active and since there is no possibility of ensuring that a treatment for a single building can offer an individual solution within a building complex, it seems to be realistic to maintain the simplified treatment. In all cases and as a general measure, the wood treatment should be undertaken once the damaged areas have been eliminated. From the constructive point of view, there should be a priority protection measure to directly eliminate the moisture sources, as it is the main risk factor that encourages the presence of xylophagous attacks. 7. Structural actions. Even if the structure static verification is not the aim of this report, the following observations should be made:

� In the floor joists of the basement the

replacement of the destroyed wood boarding by the xylophagous insects is recommended. This implies removing and replacing the paving. This operation would help to check the state of the timber joists heads and act accordingly.

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� Es muy importante la eliminación de las humedades del sótano para detener el proceso de pudrición en estos forjados. Este objetivo es difícil de conseguir considerando las características del edificio.

� El entablado por completo y parte de

las viguetas del forjado de techo de la planta baja en el cuerpo adosado deberán sustituirse, para lo cual es imprescindible contar con el acceso a la propiedad del local de encima.

� En la cubierta es preciso un retejado

general y la sustitución parcial de la tabla de ripia, así como algún parecillo en mal estado.

� The elimination of the dampness on the basement is extremely important to stop the rotten process in these floor joists. This may be a difficult task considering the building characteristics.

� On the ground floor the wood boarding should be completely substituted as well as part of the joists in bad state. For this reason, access to the upper property is needed.

� A general retiling is necessary for the roof, as well as the partial substitution of the boarding or rafters if found in a bad state.

BIBLIOGRAFÍA - BIBLIOGRAPHY

- ARRIAGA, F., PERAZA, F., ESTEBAN, M., BOBADILLA, I. Y GARCÍA, F. (2002). Intervención en estructuras de madera. Editorial AITIM.

- PERAZA, F. (2001). Protección preventiva de la madera. AITIM,

Francisco Arriaga es Dr. Arquitecto, Profesor Titular del Departamento de Construcción y Vías Rurales de la Universidad Politécnica de Madrid. Miguel Esteban es Dr. Ingeniero de Montes, Profesor Titular del Departamento de Construcción y Vías Rurales de la Universidad Politécnica de Madrid. Ignacio Bobadilla es Dr. Ingeniero de Montes, Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Forestal de la Universidad Politécnica de Madrid.

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TÉCNICAS DE ENSAYO PSEUDO NO DESTRUCTIVAS EN MADERA ESTRUCTURAL MEDIANTE EXTRACCIÓN DE TORNILLOS. TECHNIQUES OF PSEUDO-NON DESTRUCTIVE TESTING ON STRUCTURAL WOOD, BY EXTRACTION OF SCREWS. Alfonso Basterra, M. Casado, L. Acuña, O. Pinazo Resumen En el presente trabajo se analiza una técnica de ensayo pseudo no destructiva basada en el registro, mediante un aparato adecuado, de la máxima fuerza aplicada al arrancar tornillos previamente introducidos en una determinada sección de madera. Los resultados se relacionan con otros ensayos destructivos y no destructivos, y se estudia su valor como predictor de determinadas propiedades de la madera y de la existencia de daños bióticos no visibles en la superficie de las piezas. El estudio se realizó sobre 39 viguetas de Pinus sylvestris L. de espesor 7,5 cm, anchura variable 17,5 - 20,5 y 22,5 cm y longitud de 300 – 400 y 500 cm. Dichas viguetas pertenecieron al forjado de un edificio singular de la ciudad de Valladolid. El objetivo fundamental de la línea de investigación en la que este trabajo de investigación se inserta consiste en desarrollar y poner a punto una metodología de inspección que permita evaluar la capacidad resistente de piezas estructurales de madera puestas en obra, así como su posible estado de degradación.

Summary This article analyzes a non-destructive or pseudo non-destructive test technique based in the registry --by means of a specific device-- of the strength applied to pull out screws previously screwed up to a certain wood section. The results are compared to other destructive and non-destructive tests, and their value for predicting certain properties of the wood is studied, as well as the existence of invisible biotic damages on the pieces surface. The study was carried out on 39 Pinus sylvestris L. beams, with a thickness of 7.5 cm, variable width (17.5, 20.5 and 22.5 cm) and length (from 300 to 500 cm.). These beams formerly belonged to the structure of a singular building in the city of Valladolid (Spain). The main target of the research line, in which this research is included, consists of developing and completing an inspection methodology allowing for testing the resistance capacity of structural timber pieces un use, as well as their degradation condition.

1. Introducción.

En conjunto, la madera constituye uno de los materiales más importantes utilizados en la construcción; gracias a ella ha sido posible la ejecución de la mayoría de los edificios de cierta antigüedad que conocemos y hemos heredado multitud de construcciones y edificios que la incluyen en su sistema estructural. Además de los de valor histórico o monumental, el conjunto tiene una indudable importancia y valor patrimonial.

1. Introduction

As a whole, wood constitutes one of the most important materials used in construction. Thanks to it, it has been possible to construct most of the buildings with a certain age that we know now. We have inherited multitude of constructions and buildings that include it in their structural systems. In those with added historic or monumental value, the whole acquires an undoubted importance as heritage value.

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En España, a mediados del siglo XX, la madera llegó a ser legalmente prohibida como material estructural en determinados edificios, lo cual, junto con la competencia de los materiales alternativos, la ha tenido apartada del repertorio de soluciones constructivas convencionales durante muchos años. Ello podría explicar, si no justificar, su ausencia en los planes de estudio de las carreras técnicas y la carencia de normativa básica o de cálculo, recientemente corregida por el Código Técnico de la Edificación. La aparición de la técnica de la madera laminada está permitiendo el empleo de piezas de canto variable, con cambios de directriz y, sobre todo, de mucho mayor tamaño. También está más avanzado el conocimiento de los procesos de degradación, y su durabilidad natural, especialmente de algunas especies o zonas del tronco, pero generalizada ante algunos agentes, como los cloruros, altamente corrosivos para el acero. Frente a los organismos xilófagos también se dispone de nuevos productos y técnicas capaces de impregnar profundamente las masas leñosas y proporcionarlas una durabilidad de la que carecieron en el pasado. Porque de su belleza natural nunca nadie había dudado y todo ello está contribuyendo a una especie de renacimiento del material. En estructuras construidas, la evaluación de la capacidad resistente de la madera ha sido afrontada a lo largo de la historia basándose, fundamentalmente, en la realización de inspecciones visuales y rudimentarios ensayos de impacto de tipo artesanal, cuyo resultado se evaluaba sobre la base de una pericia de carácter empírica. Actualmente se dispone de distintos sistemas de diagnóstico, destructivos y no destructivos, más acordes con el método científico. Este trabajo forma parte de un proyecto más amplio que pretende desarrollar y poner a punto una metodología para el análisis in situ de la capacidad mecánica residual de barras de estructuras de madera antiguas mediante métodos no destructivos y pseudo-destructivos. Se pretende la integración de técnicas de investigación de ámbitos de conocimiento propios de la ingeniería de montes y la mecánica de la madera, por un lado, y de la ingeniería civil y la arquitectura, por otro.

In Spain, halfway through the 20th century, wood became forbidden as a structural material in certain buildings. This, together with the competition of alternative materials, has caused a distance of timber from the repertory of constructive conventional solutions during many years. This could explain, if not justify, its absence in the study plans of technical careers and the lack of basic standards or of calculation, recently corrected by the Technical Code of Building. The new technique of laminated wood is making the use of pieces of variable borders possible, with variation in the directrix, and also of a much bigger size. The knowledge on degrading processes and its natural durability, especially in some species or zones of the tree trunk, but generalized before certain agents such as chlorides, highly corrosive for steel. Against xylophagous insects several new products and techniques able to impregnate deeply the ligneous masses are now available. These new products give timber a durability it lacked in the past. Of wood natural beauty, nobody has ever doubted, and all of it has meant a kind of new rebirth of the material. In built structures, the evaluation of the enduring capacity of wood has been faced along history, based fundamentally on the visual inspections and rudimentary tests of impact, in an artisan way. Its results were evaluated on the base of skill, in an empiric way. Presently, we can use different systems of diagnosis, destructive and non destructive, closer to the scientific method. This paper is part of a wider project that pretends to develop and update a method for the analysis of the residual mechanical capacity of structural bars in old timber structures by non destructive or slightly destructive means. This pretends the integration of research techniques of fields belonging to Forestry Engineering and at the same time the mechanics of wood and civil engineering and architecture.

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2. Estado de la técnica. Los ensayos de flexión pueden ser no destructivos y permiten calcular el módulo de elasticidad de la pieza ensayada. Pero requieren, en general, que la pieza sea retirada de su ubicación habitual para ser montada sobre una máquina universal de ensayos, por lo que resulta de difícil o imposible aplicación en estructuras construidas. La norma de referencia en nuestro país es la UNE-EN 408:2004. La medición de la velocidad de propagación de ultrasonidos a través de la madera es una técnica no destructiva bastante desarrollada en el campo de la ingeniería de montes y sobre la que existen abundantes estudios. Se basa en que la presencia de oquedades, nudos, bolsas de resina o degradaciones internas, hacen que la velocidad de transmisión de las ondas generadas sea diferente de la que se presenta en el material sin defectos. La aplicación de esta técnica tiene la ventaja de que puede ser empleada “in situ” para la evaluación de madera puesta en obra. Aporta información sobre la calidad general de la piezas, aunque su relación con el módulo de rotura es relativa ya que éste suele depender de un defecto local y en la propagación de la onda no influye un defecto por sí solo (Hermoso et al. 2003). No obstante, otros autores (Esteban 2003) han obtenido buenas relaciones entre la velocidad del paso de ultrasonidos en dirección longitudinal y el módulo de elasticidad global. En España, Rodríguez Liñán y Rubio de Hita (2000) han propuesto una metodología concreta para su aplicación en obras de rehabilitación. El ensayo con resistógrafo se basa en la resistencia que la madera opone a la penetración de una broca a velocidad constante, dado que esta resistencia está correlacionada con la densidad (Costello y Quarles, 1999; Gruber, 2000). El equipo mide la resistencia a la penetración de una broca de diámetro entre 1,5 y 3 mm cuyo agujero es tan pequeño que su efecto es inapreciable.

2. State of the technique. The flexion tests can be non destructive and enable the calculation of the elasticity module of the test piece. Nevertheless, they require in general, that the piece is taken from its former location to be placed on a universal test machine, and for this reason it becomes difficult or impossible the application on built structures. The standard of reference in our country being UNE-EN 408:2004. The measuring of the speed of sound propagation through wood is a non destructive technique quite developed in the field of agronomic engineering, and on which several studies exist. It is based in the presence of hollows, knots, bags of resins or internal degradations, which make the wave speed of transmission different from the speed present in flawless material. The application of this technique has the advantage of permitting its use on location for the evaluation of woods placed in constructions. It gives information on general quality of the pieces, though its relationship with the fracture module is relative because this usually depends on a local defect and the propagation of the wave does not include a defect on its own. (Hermoso et. Al.2003). Nevertheless, other authors (Esteban 2003) have obtained good ratios between speed of ultrasound in a lengthwise direction and the global elasticity module. In Spain, Rodriguez Liñán and Rubio de Hita (2000) have proposed a concrete method for its use in rehabilitation works. The test with resistographer is based on the resistance wood opposes against the penetration of a drill at a constant speed, given this resistance is related to density (Costello and Quarles, 1999; Gruber 2000). The equipment measures the resistance to penetration of a drill with diameters between 1.5 and 3 mm, whose hole is so small that the effect is imperceptible.

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La broca puede penetrar hasta una profundidad de 40 cm a una velocidad constante por lo que se requiere aplicar una cantidad de fuerza variable según la zona que atraviese y son esas variaciones de fuerza a lo largo del tiempo las que se representan en una gráfica. La integral de la curva fuerza-tiempo es la variable indicadora del ensayo. La resolución del método es tan alta, que se pueden detectar variaciones de densidad incluso entre los anillos de crecimiento. El método es de gran interés para el diagnostico de estructuras de madera en las zonas de empotramiento que quedan ocultas a la inspección visual y no muestran síntomas de degradación. Hasta ahora es una técnica incipiente y está siendo actualmente experimentada por miembros del grupo de investigación, tanto en laboratorio como en estructuras a pie de obra. Finalmente, el ensayo basado en el extractor de tornillos es otro método pseudo no destructivo que consiste en introducir un tornillo en la pieza que se desea estudiar para posteriormente arrancarlo y medir la máxima fuerza necesaria para lograrlo. Al igual que los anteriores se trata de un método portátil y de fácil implantación en obra, habiendo sido escasamente empleado en España. Son también escasos los estudios realizados sobre esta técnica a nivel internacional, destacando los de Winandy y otros (1998) que desarrollaron un método de ensayo y un modelo de predicción para estimar la resistencia a la rotura de tableros contrachapados que habían sido tratados con retardantes del fuego, todo ello mediante ensayos de arranque de tornillos. Los resultados muestran que muy frecuentemente la resistencia al arranque de tornillos determinada a partir de una sola extracción por muestra era más de un 25% mayor o menor que la determinada como la media de dos o más extracciones. Por este motivo, los autores recomiendan efectuar al menos dos extracciones por muestra.

The drill can penetrate up to a depth of 40 cm at a constant speed. This requires applying a variable quantity of strength depending on the zones it passes through and these variations of strength held in time are represented in a chart. The integral of the strength-time curve is the variable that indicates the test. The resolution of the method is so high, that it can detect variations in density even between growth rings. The method is of great interest for the diagnoses of timber structures in the areas that remain hidden to ocular inspection and do not present symptoms of degradation. It is quite a recent technique and it is being tested at the present time by members of the research group, in laboratory and at the intervention works as well. Finally the test based in the screw extractor is another pseudo non-destructive method which consists on introducing a screw in the piece held for study, and later pulling it out, measuring the maximum strength necessary to achieve this. In the same way as the previous one, it is a portable method of simple implantation at work, and it has scarcely been used in Spain. Scarce are also the studies made on this technique at international level, standing out those held by Winandy and others (1998). They developed a method of testing and a model of prediction to estimate the fracture resistance of conglomerate boards that had been treated with fire retardants, all of it done by screw pulling tests. The results very frequently show the resistance determined by just one extraction per sample, and it was 25% larger or smaller than the determined by the arithmetical average of two or more extractions. For this reason, the authors recommend to make at least two extractions per sample.

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En el estudio “Evaluation of the wooden structure of a Baroque palace in Papa, Hungary” (Divos et al. 1999) sus autores utilizaron el mismo extractor de tornillos que el empleado en el presente trabajo. En su estudio combinaron cuatro métodos de diagnóstico: examen visual de la estructura, resistencia al arranque de tornillos, velocidad de propagación de la onda en dirección longitudinal y muestreo mediante taladro. Los tornillos empleados tenían un diámetro de 4 mm y se introducían en el material hasta una profundidad de 18 mm. Posteriormente, el tornillo se arrancaba a una velocidad que oscilaba entre los 0,2 y 0,4 mm/s, registrándose además la máxima fuerza efectuada. Utilizando la resistencia al arranque de tornillos y la velocidad de onda obtenida por ultrasonidos, los autores obtuvieron la siguiente fórmula para predecir el Módulo de Rotura:

9,36258,1 2 +××= vFMORest

Donde:

MORest = módulo de rotura estimado con el modelo (MPa) F = resistencia al arranque de tornillos (kN) v = la velocidad de la onda (km/s)

El fabricante del extractor de tornillos (Fakopp Enterprise) asegura que la resistencia al arranque de tornillos es un parámetro local, pero seleccionando una posición repre-sentativa en la viga se convierte en una información útil para evaluar una estructura de madera. En este sentido, utilizando muestras de madera de 4 x 6 x 80 cm, el fabricante efectúa un ajuste entre el MOR y la resistencia al arranque de tornillos en el que obtiene un coeficiente de correlación de 0,72. También efectúa un ajuste entre la resistencia al arranque y la densidad, resultando en este caso un coeficiente de 0,79.

In the study “Evaluation of the wooden structure of a Baroque palace in Papa, Hungary” (Divos et al. 1999) the authors used the same screw extractor that the one used in the present paper. In their study, four diagnosis methods were combined: visual inspection of the structure, resistance to screw pulling, lengthwise wave propagation speed and drill sampling. The screws used had a diameter of 4 mm and were introduced in the material to a depth of 18 mm. Later, the screw was pulled out at a speed that went from 0.2 and 0.4 mm/s, registering also the maximum strength used. Using the resistance to wrench of screws and the speed of wave obtained by ultrasound, the authors obtained the following formula to predict the rupture module:

9,36258,1 2 +××= vFMORest

Where: MORest=rupture module estimate with the model (MPa) F = resistance to the wrench of screws (kN) v = speed of the wave (km/s) The manufacturer of the screw extractor (Fakopp Enterprise) asserts that the resistance to wrench of screws is a local parameter, but selecting a representative position in the beam becomes useful information to evaluate a timber structure. In this sense, using wooden samples of 4 x 6 x 80 cm the manufacturer carries out an adjustment between the MOR and the resistance to wrench of screws in which a coefficient of correlation of 0.72 is obtained. Also, an adjustment between the resistance to wrench and the density is made, resulting in this case a coefficient of 0.79.

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3. Objetivos. Los objetivos definidos para este trabajo fueron los siguientes: 1. Desarrollar y poner a punto una

metodología no destructiva o pseudo no destructiva predictora de la densidad y detectora de daños bióticos, basada en equipos portátiles, de fácil manejo y, por consiguiente, apta para su empleo en piezas estructurales de madera puestas en obra.

2. Validar experimentalmente los resultados

mediante la comparación con otros ensayos destructivos (ensayo de rotura, resistógrafo) y no destructivos (ensayos de flexión, ultrasonidos o extractor de tornillos) realizados en laboratorio.

3. Ampliar la campaña experimental a

algunas especies leñosas comunes en el patrimonio construido de nuestro país.

4. Material y métodos. El lote principal de vigas de madera empleado en el presente estudio perteneció a un edificio de viviendas emblemático en la ciudad de Valladolid (figuras 1ª, 1b y 1c). Tras un detenido diagnóstico previo realizado por los autores de este trabajo, una empresa constructora ha procedido a su rehabilitación integral con conservación mayoritaria de la estructura de madera. Sólo una crujía completa de la planta primera no resultaba compatible con el proyecto arquitectónico y tenía que ser demolida. Tras su traslado al laboratorio de Estructuras de la Universidad de Valladolid, se empleó para validar el diagnóstico previo realizado y para la realización de este estudio. El lote lo componían 42 viguetas de sección rectangular con unas dimensiones de 17,5 x 7,5 x 400 cm, 20,5 x 7,5 x 400 cm y 22,5 x 7,5 x 450 cm.

3. Objectives. The defined objectives for this paper were: 1. To develop and calibrate a non destructive

or pseudo non-destructive methodology to detect the density and predict biotic damage based on portable equipment of simple handling. These means would be fit for its use in structural wooden pieces placed at the constructions.

2. To experimentally validate the results by

comparing them with other destructive tests (rupture test, resistographer) and non destructive (flexion tests, ultrasound or screw puller) performed at laboratory.

3. To enlarge the experimental campaign to

some ligneous species common in the built patrimony of our country.

4. Material and methods.

The main lot of wooden beams employed in the present paper belonged to an emblematic residential building in the city of Valladolid (figures 1a, 1b, 1c). After a careful diagnosis of the building, performed by the authors, a construction company has proceeded to its integral rehabilitation with the almost complete conservation of the timber structure. Only the first floor complete structure was not compatible with the project and had to be demolished. After its removal to the laboratory of Structures of the University of Valladolid, it was used to validate the previous diagnosis and for research purposes. The lot was composed of 42 beams of rectangular section with dimensions 17,5 x 7,5 x 400 cm, 20,5 x 7,5 x 400 cm and 22,5 x 7,5 x 400 cm.

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Figura 1a. Edificio Mantilla. Mantilla Building

Figura 1b Vigas ensayadas. Tested beams.

Figura 1c. Planta Edificio Mantilla.

Mantilla Building

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Sobre el mencionado lote se realizaron los siguientes ensayos, por este orden: 1. Determinación microscópica de la

especie. 2. Ensayos no destructivos con equipo

de ultrasonidos. 3. Ensayos en máquina universal. 4. Ensayos pseudos no destructivos

mediante el extractor de tornillos. 5. Determinación de la densidad y

humedad. 4.1. Determinación microscópica de la especie. La inspección visual inicial a nivel macroscópico permite conocer distintas características de la madera, como porosidad, tipo de radios, anillos de crecimiento, parénquima, etc. En el caso de algunas frondosas este análisis macroscópico puede aportar información suficiente sobre los elementos anatómicos de la madera para identificar la especie, no así en el caso de las coníferas donde dada la gran semejanza ínterespecífica es necesario proceder a un análisis microscópico. Para ello se debe obtener una pequeña probeta cúbica de madera de 15 a 20 mm de lado, para su colocación en el microtomo. En este se realiza un corte limpio sobre la sección transversal del cubo, obteniéndose así unas finas láminas de madera con un grosor que oscila entre las 25 y 50 µm. Tras un proceso de tinción (con safranina) y lavado, dichas láminas se montan sobre un portaobjetos para ser observadas al microscopio (figura 2), lo que permite determinar y caracterizar los distintos elementos. Finalmente, con la ayuda de unas claves se procede a la identificación de la especie (figura 3). El análisis microscópico puso de manifiesto que de las 42 viguetas que formaban el lote, no todas eran de la misma especie. Treinta y nueve eran de Pinus sylvestris L., conocido comercialmente como pino albar, Valsain o Soria, entre otras denominaciones. Las tres restantes eran de pino resinero (Pinus pinaster Ait.) y sus datos fueron eliminados de todo el proceso estadístico, ya que se trataba de otra especie y por consiguiente sus resultados no eran comparables.

On the lot mentioned the following tests were carried out following this order:

1. Microscopical determination of the species. 2. Non destructive tests with ultrasound

equipment. 3. Universal machine tests. 4. Pseudo non-destructive tests by the screw

wrencher. 5. Determination of density and humidity.

4.1 Microscopical determination of the species. The visual inspection at macroscopical level enabled us to get to know different characteristics of wood, such as porosity, kinds of ratios, growth rings, parenchyma, etc. In the case of some leafy woods this macroscopic analysis can give sufficient information on the anathomical elements of wood to identify the species, although it is not so in the case of coniferous, where due to the great likeness between members of the species it is necessary to proceed to a microscopical test. For this, a small cubic wooden sample of 15 to 20 mm is obtained for its use at the microtome. A clean cut is made over the transversal section of the cube, thus obtaining thin flakes with a thickness that goes from 25 to 50 µm. After a dying process (with safranin) and posterior washing, these flakes are mounted on a slide to be watched with the microscope (figure 2), enabling the characterization of the different elements. Finally, the next step is to proceed to the identification of the species with the help of some keys. (figure 3). The microscopical analysis showed that not all of the 42 beams forming the lot belonged to the same species. Thirty nine were Pynus sylvestris L. commercially known as “albar” pine, “Valsain” or “Soria” between other denominations. The other three were “resinero” pine (Pinus pinaster Ait) and their data was erased from all the statistic process, because being from different species its results were not comparable.

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Figura 2. Microscopio

Microscope. Figura 3. Pinus sylvestris L.

4.2. Determinación de la densidad y contenido de humedad. La densidad de la madera se determinó según lo dispuesto en la norma UNE-EN 408:2004 “Estructuras de madera. Madera aserrada y madera laminada encolada para uso estructural. Determinación de algunas propiedades físicas y mecánicas”. La humedad se midió con las mismas probetas que se emplearon para el cálculo de la densidad y según lo dispuesto en la norma EN 13.183-1/AC:2004 “Contenido de humedad de una pieza de madera aserrada. Parte 1: Determinación por el método de secado en estufa”.

4.3. Ensayos no destructivos con equipo de ultrasonidos. Se ha realizado con un aparato marca Sylvatest (figura 4) y con una frecuencia de 30 khz. Este aparato utiliza un generador de ultrasonidos y, con la ayuda de un palpador emisor y de un palpador receptor, situados a una distancia fija, mide el tiempo (µs) que tarda la onda ultrasónica en llegar de uno al otro.

4.2 Determination of density and water contents. The wood density was determined according to the dispositions of the UNE-EN 408:2004 standard “Wooden structures. Serrated wood and glued laminated for structural use. Determination of some physical and mechanical properties”. The humidity was measured with the same samples employed for the density measurements and according to the EN 13.183-1/AC:2004 standard “Contents of humidity an a serrated wooden piece. Part 1: Determination by the method of drying chamber”. 4.2. Non-Destructive tests with ultrasound equipment It was made with an appliance brand Sylvatest (figure 4) and with a frequency of 30 khz. This appliance uses an ultrasound generator and, with the help of an emitting touching device and a receiving touching device, located at a fixed distance, measures the time (µs) that an ultrasound wave takes from one place to the other.

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En función de esa información y de otros datos como la especie (densidad), la longitud de la pieza y su geometría (sección cuadrada o redonda) se puede calcular el Módulo de Elasticidad Dinámico, ya que este está relacionado con la densidad y la velocidad de la onda según la ecuación:

t

Lv = ρ⋅= 2vMOE

Donde: v = Velocidad de propagación longitudinal de las ondas ultrasónicas a través de la madera (m/s). L = Distancia entre palpadores o longitud de la probeta (m). t = Tiempo que tarda en percibir el palpador-receptor la onda emitida por el palpador-emisor (s). MOE = Módulo de Elasticidad Dinámico (N/mm2). ρ = Densidad de la viga ensayada (kg/m3).

En cada pieza se realizaron dos medidas directas, para lo cual los palpadores se colocaron enfrentados, es decir, de modo que la onda ultrasónica se propagara en paralelo al eje longitudinal de la pieza de testa a testa. También se utilizó el método indirecto en el que los palpadores se introducen formando un ángulo de 45º entre el eje longitudinal de la pieza y la superficie de las caras o del canto inferior (figura. 5). Este método es útil –y en ocasiones el único posible– para tomar medidas en piezas de madera que están puestas en obra, donde las testas no suelen ser accesibles. Se realizaron dos mediciones indirectas: de cara a cara opuesta, y cruzada entre canto superior e inferior, normalmente el visto en obra. 4.4. Ensayos en máquina universal. Los ensayos de flexión se ejecutaron según la norma UNE-EN 408:2004 “Estructuras de madera. Madera aserrada y madera laminada encolada para uso estructural. Determinación de algunas propiedades físicas y mecánicas”. Para ello se empleó una máquina universal de ensayos de 100 KN de capacidad. Para la determinación del módulo de elasticidad global de canto a flexión (MOEGTO) se colocó el palpador como indica la figura 6.

Regarding this information and other data, such as species (density), the length of the piece and its geometry (square o cylindrical section) the Dynamic Elastic Module can be calculated, It is related to density and speed of the wave according to the equation:

t

Lv = ρ⋅= 2vMOE

Where: v = Speed of lengthwise propagation of ultrasound waves through wood (m/s) L = Distance between touching devices or length of the sample (m) t = Time it takes for the receiving touching device to receive the wave sent by the emitting touching device (s) MOE = Dynamic Elasticity Module (N/mm2) ρ = Density of the tested beam (kg/m3).

In each piece two direct measures were collected, for which the testers were placed face to face. That is, in such a way that the ultrasound wave will propagate in parallel to the lengthwise axis head to head. Also the indirect method was used, in which the devices are introduced forming an angle of 45º between the lengthwise axis of the piece and the surface of the faces or of the lower edge (figure 5). This method is useful -and sometimes the only one possible- to take measures in placed pieces, where the heads are not usually accessible. Two indirect measures were made, face to face, and crossed between the lower and upper edges. 4.4 Tests in the universal appliance. The tests to flexion were performed according to the UNE-EN 408:2004 “Wooden Structures. Serrated wood, and laminated glued wood for structural use. Determination of some physical and mechanical properties”. For this a universal test device was used, with 100 KN of capacity. For the determination of the global elasticity module to flexion (MOEGTO) the device was placed as indicated in figure 6.

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Figura 4. Equipo de ultrasonidos Sylvatest.

. Sylvatest ultrasound appliance.

Figura 5. Método indirecto (palpador en la cara con inclinación de 45º).

Indirect Method (touching device in the face with 45º tilt)

Las variables de funcionamiento de la máquina y la velocidad del ensayo se seleccionaron dependiendo del canto de la pieza, según la norma indicada anteriormente. Una vez anotada la carga y la deformación del canto se retiró el palpador y el ensayo se continuó hasta la rotura, anotándose entonces el “módulo de rotura” o la resistencia a la rotura MOR (figura 7).

The working variables of the appliance and the speed of the test were selected depending on the edge of the piece, according to the previously named standard. Once the load and deformation were observed, the tester was retired and the test was continued up to the fracture, noting the “breaking module” or the resistance to breaking MOR (figure 7).

Figura 6. Esquema del ensayo para la determinación del módulo de elasticidad global de canto a flexión (MOEGTO). Scheme of the test for the determination of the global elasticity module of edge to flexion.(MOEGTO)

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Figura 7. Rotura a flexión de una de las viguetas ensayadas. Rupture to flexion of one of the tested beams.

4.5. Ensayos no destructivos mediante el extractor de tornillos. Los parámetros que influyen en la resistencia al arranque de tornillos son muy variados, por lo que antes de realizar las mediciones hubo que decidir una serie de aspectos previos como:

− Diámetro del tornillo a utilizar. − Longitud que debe introducirse. − Definición de las zonas donde se deben

realizar las mediciones. − Número de extracciones que deben hacerse

por muestra.

Se optó, en primer lugar, por el diámetro de 4 mm (figura 9) ya que, además de haber sido utilizados en un trabajo similar (Divos et al. 1999) y ser los expresamente recomendados por el fabricante, los de 5 mm presentaban una serie de inconvenientes, entre los cuales el más importante era la mayor fuerza necesaria y las dificultades consiguientes de aplicación en obra. Además implicaba llegar en ciertos casos cerca de la fuerza límite de servicio del aparato.

4.4 Non destructive tests by screw extractor The parameters that take place in the resistance to wrench of screws are varied. Therefore, before making the measurements, some previous aspects had to be decided, such as:

− Diameter of the used screw − Length up to which it should be introduced. − Definition of the places where measurements should be taken. − Number of extractions that should be made by sample.

Firstly a diameter of 4 mm was chosen (figure 9) because, apart from it having been used in a similar work (Divos et al. 1999) and being clearly recommended by the manufacturer, the one of 5 mm presented a series of inconvenients such as the greater strength needed and the consequent difficulties of appliance for the job. Also, it implied arriving in certain cases close to the limits of the strength of the appliance.

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Por otro lado, los tornillos de 3 mm son recomendables para su uso en frondosas, más densas y, por lo tanto, con mayor resistencia al arranque.

En relación a la longitud del tornillo, la zona activa venía definida por el modo en que habían sido modificados los suministrados por el fabricante y la decisión afectaba sólo a la profundidad de inserción. En este caso, se decidió introducir la parte inferior y media del tornillo, dejando tan sólo la parte superior en el exterior. De este modo se pretendía que la resistencia al arranque fuera ejercida por aquellas fibras situadas a una profundidad de entre 20 y 38 mm.

On the other hand, the 3 mm screws are recommended for their use in leafy, denser species, and therefore with a greater resistance to wrench. In relation to the length of the screw, the active zone comes defined by the way in which the ones supplied by the manufacturer had been modified and the decision affected only the depth of insertion. In this case, it was decided to introduce the lower part and half of the screw, leaving just the upper part to the exterior. In this way, the resistance to wrench was made by the fibres placed at a depth within 20 and 38 mm.

Figura 8. Extractor de tornillos.

Screw Extractor. Figura 9. Tornillos de 3, 4 y 5 mm.

3,4 and 5 mm screws.

Las zonas que se eligieron para realizar los ensayos fueron el canto inferior de cada muestra (zona de tracción), así como la parte inferior de cada una de sus caras (figura 10). Esta decisión se basa en que resultan ser las zonas más accesibles de las viguetas cuando éstas están puestas en obra, apuntando a una mayor representatividad de los resultados. Se descartaron aquellos puntos con influencia de nudos, fendas u otras singularidades que pudieran afectar en los resultados. Para determinar el número de extracciones se tuvo en cuenta el trabajo ya citado de Winady (1998), estableciendo un total de 9 extracciones por vigueta.

The zones chosen to make the tests were: the lower edge of each sample (zone presenting traction), as well as the lower edge of each one of their faces (figura 10). This decision was based on the result of the most accessible zones of the beams when placed on site, aiming to a higher representativity of the results. The areas with knots, splits or other singularities that did not affect the results were omitted. To determine the number of extractions Winandy’s statement was taken into account, establishing a total of 9 extractions for each beam.

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En cuanto a la realización del ensayo, una vez sujetada firmemente la probeta con unas sargentas (figura 8), para evitar cualquier vibración y movimiento, se introdujeron los tornillos sin pretaladro hasta los 38 mm y se colocó el extractor siguiendo las instrucciones del fabricante. La velocidad de giro del husillo en el sentido de las agujas del reloj se fijó a un ritmo de media vuelta en 3 ó 4 segundos. Cuando el dispositivo de sujeción entraba en contacto con la cabeza del tornillo comenzaba a registrar la fuerza aplicada, fijando la fuerza máxima registrada en el momento de la rotura de las fibras y arranque del tornillo como dato resultante del ensayo. Una vez realizadas todas las extracciones, se aserró la probeta siguiendo las hileras donde se realizaron los arranques (figura 11), lo que permitió explicar mejor los resultados obtenidos. Así, se comprobó que los valores anormalmente elevados se correspondían con zonas cercanas a nudos ocultos o zonas donde la fibra aparecía desviada. De ahí la importancia de elegir zonas lo más libre posible de defectos.

In relation to the completion of the test, once the sample firmly held with sergeants halberds (figure 8), to avoid any movement or vibration, the screws were introduced without drilling, first up to the 38 mm and the extractor was placed following the instructions of the manufacturer. The speed of rotation of the spindle in a clockwise sense was fixed at a half a turn every 3 or 4 seconds. When the artefact of grasp came into contact with the head of the screw and started to register the applied strength, determining the maximum strength at the moment of rupture of the fibres and wrench of the screw as a result of the test. Once all the extractions were completed the sample was serrated following the rows where the wrenches were made (figure 11). This permitted to explain better the obtained results. Thus, it could be proved that the unusually elevated data corresponded to the zones near the knots or places where the fibres appeared deviated. This is why it is important to choose areas as free of imperfections as possible.

Figura 10. Vista de las zonas elegidas para realizar

los arranques. Location of the chosen zones to make the wrenches.

Figura 11. Corte de la probeta con los agujeros de los tornillos alcanzando un nudo oculto y fibra

desviada. Section of the sample with the screw drills arriving to a

hidden knot and deviated fibre.

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5. Resultados y discusión. A continuación se muestra un cuadro resumen de las variables con las que se ha hecho una estadística descriptiva1 (Tabla 1).

5. Results and discussion. Achart is shown with the variables used to make a descriptive statistic1 (Chart 1).

Tabla 1.Cuadro resumen de las variables consideradas.

VARIABLE Nº de

muestras Valor

característico Media

Desviación estándar

Coeficiente de variación

Vel. propagación método directo (testa a testa) 39 - 5.119 m/s 413 m/s 8,07%

Vel. propagación método indirecto (cara a cara) 39 - 4.396 m/s 981 m/s 22,31%

Vel. propagación método indirecto (canto a canto) 39 - 4.449 m/s 848 m/s 19,05%

Módulo de elasticidad global de canto (MOEGTO) a flexión 35 10.122 N/mm2 10.122 N/mm 2 2.190 N/mm2 20,75%

Resistencia a la flexión estática (MORC) 35 11,37 N/mm2 31,84 N/mm 2 12,78 N/mm2 40,15%

Humedad 39 - 10,21% 0,68% 6,65% Densidad 39 415 kg/m3 491 kg/m 3 46 kg/m3 9,30% Número de anillos en 5 cm 39 - 36 16,35 45,37% Espesor máximo de los anillos 39 - 3,05 mm 1,30 mm 42,54%

Resistencia media al arranque 39 - 2,33 kN 0,40 kN 14,57%

Resistencia media al arranque en el canto 39 - 2,27 kN 0,34 kN 14,88% Resistencia media al arranque en la cara delantera 39 - 2,35 kN 0,36 kN 15,47%

Resistencia media al arranque en la cara trasera 39 - 2,37 kN 0,39 kN 16,41%

Chart 1. Synthetic Chart with the considered variables.

VARIABLE Nº of samples

Characteristic value Ratio Standard

deviation variation

coeffircient Speed of variation, direct method (head to head) 39 - 5,119 m/s 413 m/s 8.07%

Speed of variation, indirect method (face to face ) 39 - 4,396 m/s 981 m/s 22.31%

Speed of variation, indirect method (edge to edge) 39 - 4,449 m/s 848 m/s 19.05%

Global Edge Elasticity Modulede (MOEGTO) to flexion 35 10.122 N/mm2 10,122 N/mm 2 2.190

N/mm2 2.75%

Resistance to static flexion (MORC) 35 11.37 N/mm2 31.84 N/mm 2 12.78 N/mm2 40.15%

Humidity 39 - 10.21% 0.68% 6.65% Density 39 415 kg/m3 491 kg/m 3 46 kg/m3 9.30% Number of rings in 5cm 39 - 36 16,35 45.37% Maximum thickness of the rings 39 - 3.05 mm 1.30 mm 42.54% Average resistance to wrench 39 - 2.33 kN 0.40 kN 14.57%

Average resistance to wrench at the edge 39 - 2.27 kN 0.34 kN 14.88%

Average resistance to wrench at the front face 39 - 2.35 kN 0.36 kN 15.47%

Average resistance to wrench at the rear face

39 - 2.37 kN 0.39 kN 16.41% 1 El tratamiento de los datos se ha realizado con el programa estadístico STATGRAPHICS PLUS v 5.1.

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El valor de la densidad característica obtenida (415 kg/m3) situaría a las viguetas del lote estudiado en una clase C35. Por su parte el módulo de elasticidad (10.122 N/mm2) apuntaría a una clase C20, coincidiendo con los resultados de Hermoso (2002 y 2003) para pino silvestre. Sin embargo, el valor característico de la resistencia a la flexión (11,37 N/mm2) es muy inferior a los que aparecen en la citada norma, de modo que ni siquiera es comparable con el de la peor clase resistente. Debe tenerse en cuenta que se trataba de madera puesta en obra, trasladada al laboratorio tras su desmonte. No puede descartarse que durante estos procesos alguna pieza haya podido sufrir algún tipo de daño no detectado o que durante los propios ensayos existiera alguna anomalía, pues se dieron tres valores anormalmente bajos que, junto con el tamaño limitado de la muestra, penalizan mucho el valor característico, correspondiente al 5% percentil. Así pues, no resulta posible, en este caso, la asignación directa de una clase resistente de las recogidas en la norma UNE-EN 338:2003 al lote estudiado, dado que aquella varía en función del valor característico considerado. La velocidad de propagación de la onda ultrasónica es mayor cuando se calcula por el método directo que cuando se hace por cualquiera de los dos métodos indirectos, que a su vez presentan valores similares. El primero arroja valores similares a los obtenidos por otros autores para la misma especie. En la madera analizada los resultados del número de anillos en 5 cm y su espesor máximo queda dentro de las especificaciones que la norma UNE-EN 56544:2003 establece para pino silvestre con calidad de madera estructural de primera (ME1), pero las relaciones con la fuerza del extractor y la resistencia a flexión no son estadísticamente significativas. Además, se trata de parámetros que en otros estudios se han mostrado poco útiles para caracterizar madera.

The value of the characteristic density obtained,(415 kg/ m3 ) would place beams of the lot studied in a C35 class. On its side the elasticity module (10.122 N/mm2) would point to a C20 class, coincident with the results of Hermoso (2002 and 2003) for wild pine. Nevertheless the characteristic value of the resistance to flexion (11.37 N/mm2) is much lower to those that appear in the named standard, in this way it cannot be compared to that of the least resistant. It should de noticed that the wood placed in job was carried to the lab after its removal. It should not be discarded that during this process some pieces could have suffered a non detected damage or as a result, during the tests an abnormality could exist. As can be seen, the result of three was irregularly low, and this together with the limited size of the sample highly, penalizes the characteristic value, corresponding to the 5%. Therefore, it does not seem possible in this case, to directly assign a resisting class of the ones collected in the standard UNE-EN 338:2003 to the studied lot, since that one varies in proportion to the considered characteristic value. The propagation speed of the ultrasound wave is higher when calculated by the direct method than when this task is performed by any of the other two indirect ways presenting similar values. The first one shows similar values than those obtained by other authors for the same species. In the analysed wood the results of the number of rings in 5 cm and their maximum thickness remains within the specifications of the standard UNE-EN 56544:2003 which establishes for wild pine with first class structural quality (ME1). But the relations with the strength of the extractor and the resistance to flexion are not statistically significant. Also, these parameters have shown not to be useful to characterize wood.

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En relación a los resultados de extracción de tornillos es importante señalar que no se aprecian diferencias significativas realizando el ensayo en la cara o en el canto. Por otra parte el contenido de humedad no influye sobre la fuerza media de arranque para los intervalos de humedad considerados en el presente estudio, es decir, entre el 8,5% y el 12,5%, rango de valores por otra parte frecuentes en madera puesta en obra. El MOEGTO presenta una relación estadísticamente significativa con la fuerza media del extractor por vigueta (figura 12), pero el bajo coeficiente de determinación logrado en el ajuste impide utilizar la ecuación obtenida para estimar el módulo de elasticidad a partir de la fuerza de arranque por si sola. El coeficiente de correlación (r) obtenido en este caso es de 0,54, mientras que el coeficiente de determinación (r2) resulta ser de 0,29. Debe tenerse en cuenta que la fuerza de arranque es un parámetro que se mide puntualmente, mientras que el MOEGTO es un atributo global de la viga, de modo que en el caso de piezas heterogéneas (como las vigas de madera) los valores de fuerza de arranque parecen no ser representativos de su comportamiento elástico global.

In relation to the results of screw wrenching, it is important to highlight that significant differences are not appreciated when performing the tests on the edge or on the face. On the other hand, the content of water does not interfere on the average force needed to pull the screw for the intervals of humidity considered in the present study, that is, between 8.5% and the 12.5%, range of values. At the same time, this is frequent for wood placed at work. The MOEGTO presents a statistically significant proportion with the average strength of extraction per beam (figure 12). But the low determination coefficient achieved in the adjustment prevents the use of the obtained equation to estimate the module of elasticity from the strength of wrench by itself. The correlation coefficient (r ) obtained in this case is of 0.54, while the determination coefficient (r2) results in 0,29. It must be taken into account that the strength of wrench is a parameter that is measured punctually, while the MOEGTO is a global attribute of the beam, in a way that in the case of heterogeneous pieces (like wooden beams) the values of the strength of wrench seem not to be representative of its global elastic behaviour.

Figura 12. Representación gráfica del MOEGTO (N/mm 2) frente a la resistencia media al arranque (kN). Graphic representation of the MOEGTO (N/mm2) compared to the average resistance to wrench (kN).

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Por su parte el MORC y la fuerza media de arranque obtenida en cada vigueta no muestran una relación estadísticamente significativa. Sin embargo, siguiendo el trabajo mencionado (Divos 1999) realizado sobre probetas de tamaño mediano-pequeño se ha intentado establecer una relación entre el MORC y una variable conjunta formada por la resistencia al arranque y la velocidad de propagación de ultrasonidos, ya que se trata de dos variables independientes. A pesar de haber logrado una relación estadísticamente significativa con un grado de confianza del 95%, el coeficiente de determinación obtenido en el ajuste fue igualmente bajo y por ello la ecuación asociada a dicho modelo no puede ser utilizada para estimar el MORC a partir de la resistencia al arranque y de la velocidad de propagación de ultrasonidos en el tipo de viguetas empleadas. Se ha constatado, sin embargo, que sí que existe una relación estadísticamente significativa –con un grado de confianza del 95%– entre la densidad media de las viguetas y la fuerza media de arranque obtenida en cada una de ellas. La ecuación del modelo ajustado, es la siguiente:

)kN(cantoFuerza

47,293,0

1)cm/g(Densidad 3

+=

El coeficiente de correlación obtenido (r) es de 0,81, mientras que el coeficiente de determinación (r2) resulta ser de 0,65. El p-valor de la tabla Anova (0,0000) indica que la relación entre las variables es estadísticamente significativa con un grado de confianza del 99%.

The MORC and the average speed of wrench obtained on each beam do not show a statistically significant relation. Nevertheless, following the mentioned paper (Divos 1999) where tests were carried out on middle-small size samples, a relationship has been established between the MORC and a common variable formed by the resistance to wrench and the speed of propagation of ultrasound, being these two independent variables. In spite of having achieved a statistically significant proportion with a degree of confidence of 95%, the coefficient of determination obtained in the adjustment was equally low. Therefore, the equation associated to such model cannot be used to estimate the MORC from the resistance to wrench and the speed of propagation of ultrasound in the kind of beams used. Nevertheless, it has been proved, that, if a statistically significant relationship exists –with a degree of confidence of 99%- between the average density of the beams and the average strength of wrench obtained in each one of them, the equation of the adjusted model is the following:

)(_47,293,0

1)3/(

kNstrengthedge

cmgDensity+

=

The obtained coefficient of correlation (r) is 0.81, while the determination coefficient (r2) becomes 0.65. The p-value of the Anova chart (0.0000) indicates that the relationship between the variables is statistically significant, with a degree of confidence of 99%.

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Figura 13. Representación gráfica de la densidad media (g/cm 3) frente a la resistencia media al arranque (kN).

Graphic representation of the average density (g/cm3 ) compared to the average wrench resistance(kN). Además, se ha comprobado que la fuerza media de arranque calculada en el canto presenta la mejor relación con la densidad media a la vez que permitirá una mayor facilidad y agilidad en la realización de los trabajos en obras construidas, evitando un deterioro innecesario de los elementos analizados. Finalmente se realizó un ensayo para analizar la utilidad del extractor de tornillos como método de diagnóstico de daños internos en la madera puesta en obra, para lo que se seleccionó una viga con zonas atacadas por cerambícidos y zonas con madera sana y se diseñó un muestreo de pinchazos con el extractor. Los resultado estadísticos, como era de esperar, muestran que existen diferencias significativas entre los valores de fuerza obtenidos en el ensayo. La fuerza asociada a una madera sana es, por término medio, un 85% mayor que la que se puede obtener en madera atacada.

Also, it has been proved that the average strength of wrench calculated at the edge presents a greater relation with the average density. At the same time, it will permit a greater ease and speed for the job in finished works, avoiding an unnecessary decay of the finished elements. Finally, a test was performed to analyze the usefulness of the screw extractor as a diagnosis method of inner damages of wood placed on site. For this, a beam with cerambycid beetle attacks and healthy zones was selected, and an exterior puncture sampling was designed. The statistic results, as expected, showed that there were significant differences between the strength values obtained with the test. The associated strength with a healthy wood is in average, an 85% higher than that obtained from an attacked wood.

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Tabla 2. Tabla ANOVA correspondiente a la resistencia al arranque (kN) frente al estado de la madera Análisis de varianza – Resistencia vs. Estado de la madera

Fuente de variación Suma de cuadrados

Grados de libertad

Cuadrado medio

Coeficiente F P valor

Entre grupos 49,516 1 49,5163 203,07 0,0000 Dentro de grupos 39,308 153 0,2438

Chart 2. Chart ANOVA corresponding to the resistance to wrench (kN) opposed to the state of the wood .

Analysis of variation – Resistance vs. state of wood

Source of variation Total of the

squares Degrees of

freedom Average Square

F Coefficient P value

Between groups 49,516 1 49,5163 203,07 0,0000 Inside Groups 39,308 153 0,2438

Los resultados obtenidos se explican por el hecho de que cuando el tornillo se introduce en una zona atacada (figura14) la resistencia al arranque la presentan fibras que se encuentran dañadas o en algunos casos (como ocurre con las galerías) ni siquiera hay fibras, de modo que la sección que ofrece resistencia se reduce y la lectura obtenida es por ello menor. Por el contrario, cuando la madera está sana (figura 15) la lectura es mucho mayor.

The results obtained are explained by the fact that when the screw is introduced in an attacked zone (figure 1410) the resistance to wrench is shown in damaged, or in some cases (such as in the galleries) in places with inexistent fibres present, in a such a way that the section that offers resistance is reduced, and the records obtained are for this reason, smaller. In contrast, when the wood is healthy, the records are much greater (figure 15).

Figura 14. Tornillo en zona atacada (lectura de 1,25 kN).

Screw in an attacked zone (reading of 1.25 kN).

Figura 15. Tornillo en zona sana (lectura de 2,62 kN).

Screw in healthy zone(reading od 2.62 kN)

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6. Conclusiones. El extractor de tornillos se puede utilizar con éxito como técnica de diagnóstico predictora de daños bióticos en la madera puesta en obra, ya que es capaz de detectar diferencias en la resistencia al arranque en función del estado de la madera, siempre que los estudios se realicen según la metodología explicada. Es decir, introduciendo el tornillo hasta una profundidad de 28 mm. Además, esta aplicación es muy interesante, sobretodo en aquellos casos en los que la madera no presenta externamente indicios de degradación. El extractor de tornillos es un buen predictor de la densidad de la madera y no manifiesta influencia del contenido de humedad de la misma, para un rango de humedad comprendido entre el 8,5 al 12,5%. Hasta el momento los resultados analizados indican que el extractor de tornillos no es un buen estimador, al menos por sí solo, del módulo de elasticidad de la madera ni de la resistencia a flexión. Tampoco se obtuvieron buenos resultados incluyendo los valores de propagación de la onda con ultrasonidos. Este resultado es contradictorio con los obtenidos por Divos (1999) lo que se explica porque los especimenes empleados en tal ensayo eran de pequeño tamaño en relación con el de las viguetas utilizadas en este estudio, pertenecientes a un edificio construido. Aunque no haya sido posible, de momento, establecer un modelo de predicción ajustado para estimar la clase resistente de vigas de tamaño comercial a partir de la fuerza de arranque de tornillos, la obtención de relaciones estadísticamente significativas entre aquella y la densidad permitirá su estimación en obras construidas mediante métodos pseudos no destructivos. Conocida la densidad de la madera, este valor podrá utilizarse como predictor de otras características o como base para el cálculo del Modulo de Elasticidad Dinámico en otro de los ensayos no destructivos como es el de la propagación de ultrasonidos.

6. Conclusions. The screw extractor can be used successfully as a predictive technique of biotic damage in wood placed on site, because it is capable of detecting differences in the resistance to wrench responding to the state of the wood, as long as the studies are made according to the explained methodology. In other words, introducing the screw to a depth of 28 mm. In addition, this application is very interesting, especially in those cases in which the wood does not present external signs of degradation. The screw extractor is a good predictor of the density of the wood and does not show the influence of the moisture content in it, for a range of humidity found between 8.5 and 12.5 %. Up to now the analyzed results indicate that the screw extractor is not appropriate for estimating, at least by itself, the elasticity module of the wood or the resistance to flexion. Nor were good results obtained with the inclusion of the ultrasound wave propagation values. This result is contradictory with the results obtained by Divos (1999). This is explained because the specimens used in this test were of a small size in relation with that of the beams used in this study, belonging to a finished building. Though it has not been possible, up to now to establish a predictive adjusted model to estimate the resistance of beams of commercial size by the strength to wrench of screws, the statistically significant relationships obtained between this and the density will permit its estimation in finished buildings by pseudo non destructive buildings. Known the density of wood, this value can be used as a predictor of other characteristics or as a base for the calculus of the Dynamic Elasticity Module in other non destructive tests such as the one of ultrasound propagation.

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A la vista de ello, nuestro grupo está investigando actualmente sobre la existencia de relaciones significativas entre la fuerza de arranque y la densidad de otras especies de madera comunes en el patrimonio construido de nuestro país, que esperamos poder divulgar en un futuro inmediato. 7. Agradecimientos. Este trabajo se engloba en un proyecto más amplio financiado por el Ministerio de Fomento en el marco de las Acciones Estratégicas sobre “Mantenimiento y evaluación de estado de obras y edificios” del Área Sectorial “Construcción Civil y Conservación del Patrimonio Histórico Cultural” del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2000-2003”.

As a consequence, our research team is presently investigating the existence of significant relations between the strength to wrench and the density of other species of common wood used in the built patrimony of our country. Possibly, we will be able to publish about this in the near future.

7. Acknowledgements. This paper is enclosed in an wider project financed by the Ministry of Public Works in the frame of the Strategic Actions on “Maintenance and evaluation of the state of buildings and Works” of the Sectorial Area “Civil Construction and Conservation of Historic Cultural Patrimony” of the National Plan of Scientific Investigation, Development and Technological Innovation 2000-2003”.

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Alfonso Basterra es Dr. Arquitecto, Profesor del Dptº de Construcciones Arquitectónicas de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de la Universidad de Valladolid. Mª Milagrosa Casado, Dr. Ingeniero de Montes, Luis Acuña, Dr. Ingeniero de Montes y Oscar Pinazo, Ingeniero de Montes, son Profesores del Dptº de Ing. Agrícola y Forestal de la Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias de la Universidad de Valladolid.

www.recopar.org

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