Recuperación de la capacidad mecánica en piezas de madera solicitadas a flexión en estructuras tradicionales operando por la cara superior mediante refuerzos y prótesis mecánicas

Resumo

RESUMEN El objetivo principal de esta Tesis es el diseño de un procedimiento constructivo para el refuerzo y consolidación de viguetas de madera en forjados de edificios antiguos utilizando perfiles metálicos que se instalan desde la cara superior del piso. El sistema tiene dos aplicaciones bien diferenciadas que son analizadas en este trabajo. La primera es el refuerzo de las piezas que han sufrido procesos patológicos centrados en la merma de resistencia y rigidez, y la segunda consiste en la recuperación o consolidación de los apoyos de las piezas que han perdido la estabilidad necesaria como consecuencia de una degradación intensiva de uno de los extremos. El estudio se ha desarrollado en dos fases. La primera ha consistido en el estudio previo de soluciones propuestas mediante el análisis por el método de los elementos finitos, utilizando el programa informático COSMOSWORKS. Esta fase ha servido para orientar la segunda fase experimental de comprobación. La segunda fase ha consistido en el ensayo en el laboratorio de un total de 45 piezas de distinto tipo y procedencia: 15 piezas de gran escuadría de madera laminada, 15 piezas de madera aserrada y 15 piezas de mediana escuadría de madera procedente de edificios antiguos. Cada grupo de 15 piezas se subdividió en 3 subgrupos de 5 piezas con el siguiente criterio. El primer subgrupo, denominado de referencia, sirvió de testigo de las piezas sin ningún tipo de refuerzo o prótesis. Los otros dos subgrupos restantes para el estudio del refuerzo y de la prótesis respectivamente. Finalmente, se ha procedido a realizar una experiencia real en obra, en un paño de forjado de un edificio de finales del siglo XIX del centro de Madrid. Se ejecutaron ensayos de campo mediante la aplicación de uno de los refuerzos sobre 32 viguetas de madera de mediana escuadría con distintas longitudes, obteniendo resultados coincidentes con las experiencias del laboratorio. Se concluye que este sistema presenta una sencilla aplicación en la obra, con un coste razonable y con resultados mecánicos de los refuerzos y las prótesis de alta eficacia. El aumento de la rigidez a flexión obtenida es del 200 % y el aumento de la capacidad portante en las piezas reforzadas es del 150 %, respecto a las probetas testigo. La recuperación de los apoyos mediante la prótesis metálica alcanza una capacidad portante aceptable, para la función requerida. La utilización de la herramienta del análisis por elementos finitos ha sido de gran valor y eficacia para el proyecto de las soluciones de refuerzo. SUMMARY The primary target of this Thesis is the design of a constructive procedure for the reinforcement and consolidation of lumber in wood floor slabs of ancient buildings using metallic profiles that settle from the superior face of the floor. The system has two differentiated applications affluent that are analyzed in this work. First it is the reinforcement of the pieces that have degradation in lost resistance and rigidity, and second consists of the recovery or consolidation of the supports of the pieces that are lost the necessary stability as a result of an intensive degradation. The study has been developed in two phases. First it has consisted of the previous study of propose solutions by means of the analysis of the finite elements method (FEM), using COSMOSWorks. This phase has served to orient the second experimental phase of verification. The second phase is oriented to group the test in laboratory of 45 different type and origin pieces: 15 pieces of great squareness of laminated wood, 15 sawn timber pieces and 15 pieces of ancient buildings. Each group of 15 pieces subdivided itself in 3 sub-groups of 5 pieces with the following criterion. The first sub-group, served as witness of the pieces without no type of reinforcement or prothesis. The other two remaining sub-groups for the study of the reinforcement and the prothesis respectively. Finally, it has been come to make a real experience in work, in a wood floor slab of an ancient building (XIX century) in the historic town of Madrid. Tests of field by means of the application the reinforcements were executed on 32 lumber with different lengths, obtaining coincident results with the experiences of the laboratory. The conclusion of this system displays a simple application in the work, with a reasonable cost and mechanical results of the reinforcements and the prothesis of high effectiveness. The increase of the stiffness is 200% and the increase of the load capacity in the reinforced pieces is 150%. The recovery of the supports by means of the metallic prothesis reaches an acceptable load capacity. The use of FEM has been of great value and effectiveness for the project of the reinforcement solutions.