Análisis metodológico, diseño y cálculo de composites en la rehabilitación del patrimonio histórico arquitectónico del bajo Guadalquivir

TESIS DOCTORAL ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. Doctorando: D. Fernando Cazalla Aznarez. Arquitecto. Director: D. Jose Ignacio Perez Calero. Doctor Arquitecto. Profesor titular del Departamento de Mecánica de los Medios Continuos. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Universidad de Sevilla. febrero 2012 DOCTORAL DISERTATION METODOLOGICAL ANALYSIS, DESIGN AND CALCULATION OF COMPOSITES IN THE REHABILITATION OF HISTORIC ARCHITECTURAL HERITAGE OF LOWER GUADALQUIVIR (SPAIN). Doctorando: D. Fernando Cazalla Aznarez. Architect. Director: D. Jose Ignacio Perez Calero. Ph. D. Architect. Full Professor of Departament of Mecánica de los Medios Continuos. Superior Faculty of Architecture. University of Seville (Spain). febrero 2012 DEDICATORIA: A mi madre, a mis hermanas y a mi mujer, porque el tiempo que le he dedicado a este trabajo, se lo he quitado a ellos. AGRADECIMIENTOS. Por medio de estas líneas, deseo expresar mi agradecimiento a las siguientes personas, que me han asesorado y facilitado, de diversas maneras, la realización de este trabajo. − A D. Francisco Torres Martínez, Arquitecto Director de las Obras de rehabilitación del Oratorio de San Felipe Neri y sus anexos, por haberme facilitado información diversa sobre este monumento y la posibilidad de haber visitado las obras, para poder tomar datos y fotografías. − A D. Jose Ignacio Fernández Pujol-Cabrera, Arquitecto, por haberme facilitado una copia del autor de su magnífico catálogo profesional de obras de restauración realizadas en su estudio de arquitectura, del cual he podido extraer información e imágenes para documentar e ilustrar este trabajo, así como planos de un levantamiento y documentación de un anteproyecto, realizados por el sobre el Oratorio de San Felipe Neri, y por haberme facilitado contactar con la persona responsable del citado monumento, que a su vez, me facilitó las necesarias visitas a su interior. − A D. Juan José Jiménez Mata, Arquitecto conservador de la Santa Iglesia Catedral Nueva de Cádiz, por haberme facilitado documentos diversos y planos sobre este monumento. Por mediación de él, pude realizar visitas al mismo, accediendo a zonas habitualmente restringidas al público, para poder tomar datos y fotografías. − A Dª Paz Morer y a D. Aimar Insausti, profesores de la Universidad de Pamplona, por haberme dado indicaciones sobre la búsqueda de información para documentarme, cuando inicié este trabajo. − A D. Angelo Di Tomasso, profesor de la Universidad de Venecia, por haberme facilitado documentación sobre investigaciones realizadas con materiales compuestos. − A D. Angel Arteaga Iriarte y asociados, Doctores Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, profesionales del Instituto Eduardo Torroja de la Construcción y el Cemento, por la documentación facilitada de los seminarios impartidos por esta institución, relacionados con los materiales compuestos y sus aplicaciones. − A D. Tomás Carranza Macias, Arquitecto Jefe del Departamento de Actividades del Colegio Oficial de Arquitectos de Cádiz, por sus valiosas indicaciones y ayuda facilitada en mi proceso de búsqueda de libros y publicaciones en la magnífica biblioteca de esta institución, que tan bien conoce. − A mi primo segundo, D. Rafael Moreno Badía, Ingeniero Industrial, por haberme facilitado una interesante lista de referencias bibliográficas, que me sirvió para iniciar la búsqueda de información. − A mi amigo y asesor informático Leandro Izquierdo, por la asistencia rápida y eficaz que en todo momento me ha prestado, para resolver todas aquellas incidencias derivadas del empleo de medios informáticos y ofimáticos, imprescindibles recursos que he empleado para la redacción de este trabajo. − Finalmente, a Gonzalo, responsable de Copyarte reprografía, por su amable trato y atención prestada ante mi siempre urgente necesidad de imprimir documentos y planos, así como por sus interesantes recomendaciones para la maquetación e impresión definitiva de este trabajo. − Finalmente, y como no podía ser menos, a D. José Ignacio Pérez Calero, Doctor Arquitecto, mi director de tesis, por su dedicación de tiempo y atención prestadas durante la realización de este trabajo. A todos ellos, sinceramente, gracias por todo. INDICE GENERAL INDICE GENERAL RESUMEN. 0. INTRODUCCIÓN. I. ESTADO ACTUAL DE LA APLICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. 2. VENTAJAS Y DIFICULTADES DERIVADAS DEL EMPLEO DE LOS MATERIALES COMPUESTOS COMO NUEVOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. 3. APLICACIONES DE MATERIALES COMPUESTOS EN LA INGENIERÍA CIVIL. 3.1. OBRAS DESTACADAS DE INGENIERÍA CIVIL EN LAS QUE SE HAN EMPLEADO MATERIALES COMPUESTOS. 4. APLICACIONES DE MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN ARQUITECTÓNICA. 4.1. PRIMERAS APLICACIONES. 4.2. OBRAS DESTACADAS DE ARQUITECTURA EN LAS QUE SE HAN EMPLEADO MATERIALES COMPUESTOS. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO i/vi RESUMEN Para conseguir el objetivo propuesto en la presente Tesis Doctoral, la metodología de trabajo desarrollada ha sido la siguiente: • Descripción de algunas aplicaciones relevantes de los materiales compuestos tanto en la ingeniería civil, en la construcción arquitectónica y en la consolidación estructural de edificios del patrimonio históricoarquitectónico. • Recopilación y análisis de las soluciones terapéuticas tradicionales de reparación y/o refuerzo de las estructuras de los edificios históricos. • Recopilación y análisis de información técnica sobre distintos materiales compuestos, en lo relativo a tipología, comparación de características técnicas y posibilidades de utilización como elementos de reparación y/o refuerzo de las estructuras de los edificios del patrimonio históricoarquitectónico. • Propuesta de aplicación de los materiales compuestos estudiados, en las soluciones terapéuticas de reparación y/o refuerzo de las estructuras de tres edificios monumentales, con la correspondiente verificación, mediante cálculos con software numérico, de las estructuras de dichos edificios con aquellos materiales compuestos finalmente seleccionados, por haber sido considerados mas adecuados a los fines propuestos de conseguir una aproximación a una metodología general de aplicación para abordar este importante problema al que se enfrenta el patrimonio históricoarquitectónico. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 2/02 RESUMEN ABSTRACT. Composite materials have many potential applications in many sectors of industry, in fact, some of them already is massive use and the trend is upward, because they possess the advantages of having low density and very good mechanical properties, allowing the design of industrial parts and components very light and strong, suitable for applications in automotive, wind energy, in aeronautics or aerospace, which have in common the requirement for a high level of performance to the materials they use. In the building industry in general, the compounds are starting materials used. Initially introduced in the civil engineering world, especially in bridge construction, although its use is still minority. Today, the world of architectural building are restricted to certain unique applications, being the best known of the structural reinforcement. But it is the architectural work of historic buildings where their applications are still in their infancy. The main objective of this doctoral thesis is therefore to study the applicability of composite materials in the repair and / or reinforcement of structures of historic buildings, to demonstrate that their use may be a viable alternative technical and practical front to the use of traditional materials considered by the science of construction, by exposing three specific proposals for strengthening the structures of three monuments, which are considered typical and representative prototypes types of civil, military and religious, which make up the vast and rich historical and architectural heritage that exists in the Lower Guadalquivir: • THE ORATORIO OF SAN FELIPE NERI OF CADIZ, monumental building for civilian use. • THE HOLY OR NEW CATHEDRAL CATHEDRAL OF CADIZ, monumental building for religious use. • THE CASTLE OF THE CORONIL Aguzaderas (SEVILLE), monumental building for military use. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 1/02 RESUMEN To achieve the aim in the present thesis work methodology developed was as follows: • Description of some relevant applications of composite materials both in civil engineering, construction and architectural structural reinforcement of buildings of historical and architectural heritage. • Collection and analysis of traditional therapeutic solutions for repair and / or reinforcement of structures of historic buildings. • Collection and analysis of technical information on various composite materials, in terms of typology, comparison of physical characteristics and potential use as elements of repair and / or reinforcement of the structures of the buildings of historical and architectural heritage. • Proposal for application of composite materials studied, the therapeutic solutions for repair and / or reinforcement of the structures of three monumental buildings, with proper verification by numerical calculations software, the structures of these composite buildings with those finally selected because it was considered most appropriate to achieve the proposed aims of an approach to implementing a comprehensive methodology to address this important problem facing the historical and architectural heritage. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 2/02 INTRODUCCIÓN 0. INTRODUCCIÓN. 0.1. OBJETIVO DE LA PRESENTE TESIS DOCTORAL. El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral ha sido el de estudiar y ampliar el conjunto de conocimientos sobre la aplicabilidad de los materiales compuestos en la reparación y/o refuerzo de las estructuras de los edificios históricos, para demostrar que pueden ser una alternativa viable técnica y práctica frente a la del empleo de los materiales considerados tradicionales por la ciencia de la construcción, concretando dicha aplicabilidad en un repertorio de soluciones terapéuticas concretas aptas para reparar y/o reforzar los sistemas y elementos estructurales mas habituales de los edificios históricos, construidos con materiales tales como la obra de fábrica y la madera. En particular, se ha pretendido descubrir el potencial de los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras de vidrio, de carbono y de aramida (GFRP, CFRP y AFRP, por Glass, Carbón, y Aramide Fiber Reinforced Polymers respectivamente), así como los de matriz cementicia, considerando que presentan ventajas sensibles en términos de compatibilidad mecánica, física y química con los materiales tradicionales antes citados. Finalmente, se ha pretendido demostrar su efectiva aplicabilidad mediante la exposición de tres propuestas concretas para la consolidación de las estructuras de tres monumentos, los cuales se consideran prototipos característicos y representativos de las tipologías civil, militar y religiosa, que componen el amplio y rico patrimonio histórico-arquitectónico existente en la región del Bajo Guadalquivir: • EL ORATORIO DE SAN FELIPE NERI DE CADIZ, edificio monumental de uso civil. • EL CASTILLO DE LAS AGUZADERAS DE EL CORONIL (SEVILLA), edificio monumental de uso militar. • LA SANTA IGLESIA CATEDRAL Ó CATEDRAL NUEVA DE CADIZ, edificio monumental de uso religioso. Los sistemas estructurales de los edificios históricos son responsables de la estabilidad y seguridad de éstos e, indudablemente, los más importantes y críticos con respecto a todos los demás sistemas constructivos, con vistas a garantizar la conservación de dichos edificios. La presente Tesis Doctoral se centra, fundamentalmente, en los sistemas estructurales, pero teniendo en cuenta el resto de sistemas constructivos y las interacciones entre unos y otros. Así pues, para la aplicación de los materiales compuestos en la consolidación de los sistemas estructurales, ha sido necesario: • Analizar y seleccionar los materiales compuestos concretos que mejor puedan satisfacer los requisitos mecánicos exigibles a los materiales estructurales. • Plantear fundamentalmente soluciones terapéuticas que empleen estos materiales en la reparación y refuerzo de los distintos elementos resistentes de los sistemas estructurales, las cuales permitan extraer el optimo rendimiento mecánico a éstos. • Plantear los medios de unión constructiva óptimos entre los materiales compuestos y los materiales tradicionales para el buen comportamiento entre ambos, condición indispensable para el buen funcionamiento de las soluciones terapéuticas propuestas. Los objetivos específicos, dentro del objetivo principal, que la presente Tesis Doctoral ha pretendido alcanzar, han sido los siguientes: ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO i/v INTRODUCCIÓN • Comparación y análisis de la aplicación de las soluciones terapéuticas de reparación y refuerzo de elementos resistentes, que emplean materiales de construcción considerados tradicionales, para la consolidación de los distintos tipos de elementos estructurales más habituales en los edificios históricos. • Búsqueda, recopilación y procesado de información sobre los distintos materiales compuestos existentes en el mercado actual, susceptibles de posible aplicación en las soluciones terapéuticas para la consolidación de los sistemas estructurales de la construcción arquitectónica, seleccionando cuales son los más adecuados para tal fin. • Diseño de las soluciones terapéuticas con los materiales compuestos elegidos, para la reparación y refuerzo de los elementos resistentes de los sistemas estructurales, incluyendo el estudio y selección de los medios de unión constructiva más adecuados para los materiales compuestos y los materiales tradicionales. • Validación de los estudios y análisis antes realizados y crítica de los resultados obtenidos, a fin de conseguir una aproximación a una metodología general sobre la aplicabilidad de los materiales compuestos en la reparación y/o refuerzo de las estructuras de los edificios del patrimonio históricoarquitectónico. 0.2. PROCESO DE TRABAJO SEGUIDO. Para conseguir el objetivo propuesto en la presente Tesis Doctoral, el proceso de trabajo desarrollado ha sido el siguiente: 1. Consultar las FUENTES DE INFORMACIÓN DOCUMENTAL accesibles, para obtener datos técnicos, científicos o empíricos. Relación no exhaustiva de las disponibles habitualmente, ya sean de pago o gratuitos, de acceso libre o restringido, en cualquier soporte o formato (papel o electrónico): − Literatura científico-técnica: − Libros. − Revistas y publicaciones periódicas especializadas. − Tesis doctorales y otros trabajos de investigación de diversa índole. − Monografías técnicas. − Manuales técnicos y prontuarios. − Catálogos técnicos y comerciales. − Directorios, repertorios, mementos, etc. − Vocabularios y diccionarios especializados, etc. − Planimetría de los edificios monumentales objeto de estudio. − Cualquier otro recurso de información producido por los organismos de la Administración Pública o por instituciones especializadas. − Boletines oficiales. − Disposiciones legales. − Normas e instrucciones técnicas ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO ii/v INTRODUCCIÓN − Circulares, dictámenes, resoluciones e instrucciones, administrativas, etc. − Estudios, informes o memorias diversas elaboradas por los organismos de la Administración Pública, instituciones especializadas y empresas, que estén fuera de los circuitos comerciales. − Publicaciones, folletos y otro material editado por organismos públicos y empresas. − Otros documentos y publicaciones de los organismos de la Administración Pública tales como: informes, consultas, documentos de planificación y gestión sectorial, documentos presupuestarios y financieros, guías administrativas, otros documentos especializados y páginas web, etc. 2. Efectuar el RECONOCIMIENTO IN SITU, de los tres edificios monumentales pertenecientes al entorno del Bajo Guadalquivir, para realizar todo tipo de observaciones e inspecciones que permitan obtener datos de campo, etc. Las tareas mas usuales, con el propósito de obtener la mayor información posible, sobre todo de tipo gráfico, para redactar notas, levantar mapas de patología, todo ello con objeto de documentar con precisión la obtención de datos, entre ellos: − La inspección ocular directa e in situ. − El reportaje fotográfico. − La toma de datos, por escrito. − El levantamiento de croquis, para elaborar planos complementarios. − Las tomas de muestras de materiales y objetos. − Etc. 3. Efectuar el ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN DOCUMENTAL Y DE LOS DATOS DE CAMPO, que comprende, de hecho, el fundamento de la presente Tesis Doctoral, que ha supuesto: • La recopilación y descripción de las soluciones terapéuticas de reparación y/o refuerzo de las estructuras de los edificios históricos. • El estudio de algunas aplicaciones relevantes de los materiales compuestos tanto en la ingeniería civil, como en la construcción arquitectónica. • La recopilación y análisis de información técnica sobre distintos materiales compuestos, en lo relativo a tipología, comparación de características técnicas y posibilidades de utilización como elementos de reparación y/o refuerzo de las estructuras de los edificios históricos. • El desarrollo teórico de la aplicabilidad de los materiales compuestos estudiado, en las soluciones de reparación y/o refuerzo de las estructuras de tres edificios monumentales, con la correspondiente verificación, mediante calculo con software de elementos finitos, de las estructuras reforzadas de dichos edificios con aquellos materiales compuestos finalmente seleccionados, por haber sido considerados mas adecuados a los fines propuestos, de entre los estudiados. 4. Todo lo anterior, ha permitido la REDACCIÓN de la presente Tesis Doctoral, cuyo desarrollo comprende la organización de los datos recopilados y la redacción estructurada y ordenada de su contenido, y el planteamiento de la metodología general sobre la aplicabilidad de los materiales compuestos en la reparación y/o refuerzo de las estructuras de los edificios del patrimonio histórico-arquitectónico. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO iii/v INTRODUCCIÓN 0.3. AMBITO DE LA PRESENTE TESIS DOCTORAL. La presente Tesis Doctoral se centra en el estudio de la aplicación de los materiales compuestos a la reparación y/o refuerzo de las estructuras de los edificios del patrimonio histórico-arquitectónico con la tecnología y procesos constructivos disponibles hasta principios del siglo XXI. Quedan fuera de su ámbito los edificios contemporáneos, aunque las conclusiones de la misma se podrían extrapolar fácilmente a algunos. El estudio de los sistemas estructurales corresponde a la tipología de los edificios históricos, quedando fuera de su ámbito de estudio el resto de tipologías más propias de los edificios contemporáneos debido a la dispersión y heterogeneidad de las soluciones terapéuticas. También quedan fuera de su ámbito de estudio los sistemas constructivos que no son propiamente estructurales tales como divisiones interiores, recubrimientos, así como cualquier tipo de sistemas de instalaciones de distribución de fluidos, energía, etc. El análisis de los materiales compuestos se realiza desde el punto de vista técnico, sin pretender abordar a fondo el estudio de la naturaleza microscópica de los materiales compuestos en sí, sino de sus propiedades. Tampoco se aborda el estudio de las tecnologías de fabricación industrial de los materiales compuestos, ciñéndonos al estudio de los que ya hay disponibles para su aplicación a soluciones terapéuticas concretas. La comparación entre las soluciones terapéuticas que emplean materiales compuestos y las que emplean materiales de construcción tradicionales, se realiza desde el punto de vista de la viabilidad técnica, sin abordar consideraciones de tipo económico, de organización de obra, medioambientales, legales, etc, dado que se trata de actuar sobre edificios del patrimonio histórico-arquitectónico, para cuya conservación se requiere de un contexto especial. 0.4. CONTENIDO SUSTANTIVO DE LA PRESENTE TESIS DOCTORAL. Tras la introducción y justificación del trabajo realizado, y presentados los objetivos a alcanzar y las limitaciones de la investigación realizada, se indican a continuación los contenidos resumidos de los distintos capítulos que configuran la presente Tesis Doctoral: Capítulo 1: Se introduce en los materiales compuestos y en el estado actual de la aplicación de los mismos, por medio de la presentación de una serie de obras pioneras o emblemáticas, pertenecientes tanto del ámbito de la ingeniería civil como de la construcción arquitectónica, donde se han utilizado con éxito los materiales compuestos. Capítulo 2: Se plantea el discurso en torno a los objetivos de la consolidación estructural de los edificios históricos, finalizando con una clasificación genérica de las soluciones terapéuticas que comprenden. Capítulo 3: Se describe una propuesta de metodología de aplicación para la consolidación estructural de los edificios del patrimonio históricoarquitectónico, ajustada al contenido del denominado método de restauración objetiva. Metodología que servirá de base en el desarrollo del capitulo 4. También se describen tipológicamente aquellos materiales compuestos que se han ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO iv/v INTRODUCCIÓN considerados los mas adecuados para su utilización como soluciones terapéuticas de consolidación estructural. Capítulo 4: Se analiza como ejemplo, una serie de monumentos del patrimonio histórico arquitectónico en cuya consolidación estructural se han utilizado con éxito los materiales compuestos, para finalmente proponer su aplicación en tres edificios monumentales, considerados prototipos característicos y representativos de las tipologías civil, militar y religiosa, que componen el patrimonio histórico arquitectónico existente en la región del Bajo Guadalquivir, y que son: • EL ORATORIO DE SAN FELIPE NERI DE CADIZ, edificio monumental de uso civil. • EL CASTILLO DE LAS AGUZADERAS DE EL CORONIL (SEVILLA), edificio monumental de uso militar. • LA SANTA IGLESIA CATEDRAL Ó CATEDRAL NUEVA DE CADIZ, edificio monumental de uso religioso. Conclusiones: Se presentan las conclusiones que se han extraído, a la vista de todo lo estudiado y descrito en los anteriores capítulos y se plantean otras posibles líneas de investigación futuras. Bibliografía. Anexos. Glosario de términos y abreviaturas frecuentes en la materia. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO v/v CONCLUSIONES ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. 1.1. DEFINICIÓN DE MATERIAL COMPUESTO. Según J.L. González (1995), se denomina material compuesto a “una combinación obtenida a partir de la unión (no química) de dos o más constituyentes diferenciados, que da lugar a propiedades específicas”. Además, considera que los constituyentes de un material compuesto no deben disolverse, o fusionarse, completamente unos con otros. La caracterización de los constituyentes usados, y la de su interfase, debe ser posible de identificar por medios físicos. Esto quiere decir que las propiedades del material compuesto dependen del tipo de interfase y de las características de sus constituyentes. En principio, un material compuesto presenta básicamente dos constituyentes principales: matriz y refuerzo, siendo la combinación adecuada de estos constituyentes la que proporciona mejores propiedades que las de dichos componentes por separado. Además de matriz y refuerzo existen otros tipos de constituyentes como cargas y aditivos que proporcionan a los materiales compuestos características peculiares para cada tipo de fabricación y aplicación. Según A. Miravete (2000), se denomina material compuesto a “aquel conformado por distintos constituyentes destinados a realizar una función que ninguno de ellos puede realizar individualmente”. Indicando que este término se ha de reservar para aquellos fabricados expresamente para mejorar las propiedades que sus constituyentes presentan por separado. Por estos motivos, es necesario delimitar el concepto de material compuesto atendiendo a diferentes aspectos relacionados con su fabricación, su constitución y sus propiedades, para diferenciarlos claramente de los ya mencionados materiales compuestos naturales y artificiales. De entre las diferentes definiciones propuestas en la bibliografía consultada, destacamos la desarrollada por K.K. Chawla en la publicación Composite Materials: Science and Engineering. Springer-Verlag. New York. 1987, que considera que un material compuesto es aquel que cumple las tres siguientes condiciones: • Está fabricado de forma artificial, lo que excluye de la definición a todos aquellos materiales compuestos naturales. • Es una combinación constituida por dos (o más) fases o constituyentes física o/y químicamente diferenciados, mezclados de tal forma, que la dispersión de uno en el otro se hace de manera controlada y solidaria, para conseguir una disposición determinada de ambos quedando separados por una interfase definida, permaneciendo perfectamente identificables en el conjunto, por lo que podrían ser separables mecánicamente. En los materiales compuestos fabricados con combinaciones de dos fases, el mayor volumen lo ocupa la denominada fase matriz, constituyente de no muy alta densidad, de naturaleza sintética y polímera en la mayoría de las composiciones, que engloba la denominada fase de refuerzo, constituyente generalmente a base de partículas, fibras o láminas, inmersas y firmemente ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 1/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. que sean agresivos. Aptos para instalaciones de almacenaje, distribución y transporte de productos químicos y de mercancías peligrosas. − Facilidad de mantenimiento y conservación, lo que conlleva la reducción de los costes de su ciclo de vida. (Algunos incluso pueden ser autolimpiables con la lluvia, por lo que resultan muy interesantes para elementos arquitectónicos decorativos en fachadas, cubiertas, etc.). − Posibilidad de obtención de amplia variedad de formas y flexibilidad de diseño, incluso el moldeo de formas complejas o en grandes piezas, mediante una adecuada elección de resinas y aditivos, sin las limitaciones que imponen los materiales de construcción tradicionales, desde el punto de vista de proceso de fabricación y de puesta en obra. Lo anterior deriva en ventajas de fácil reproducción de elementos constructivos (en rehabilitación), de integración de funciones constructivas (estructura, cerramiento, aislamiento, acabado, etc.) con la posibilidad de utilización de numerosas técnicas de fabricación. Eligiendo el tipo de matriz polimérica y el tipo de fibras, el porcentaje de refuerzo y la orientación de éstas, se pueden diseñar materiales compuestos de FRP que cubran los requisitos de una determinada aplicación. − Posibilidad de obtención de varios acabados, mates, rugosos, satinados, grados de transparencia, translucidez, opacidad, etc. − Posibilidad de coloración en masa. Pueden pigmentarse en el proceso de fabricación, por lo que no necesitan pintarse. − Generalmente, no son nocivos para el medioambiente. − Fáciles de transportar, manipular y poner en obra, lo que conlleva la reducción de los plazos y costes de ejecución, sin olvidar la reducción de cargas muertas o, en el caso de aplicaciones en refuerzo estructural, la mínima modificación que supone en las dimensiones de los elementos reforzados. Pese a estas ventajosas propiedades, su introducción en el sector de la construcción se está produciendo lentamente debido a varias razones: − Falta de conocimientos y experiencia de su empleo por parte de los técnicos de la construcción. − Falta de normas y de guías de diseño y construcción adecuadas, que hayan sido elaboradas sobre bases experimentales firmes. − Derivado de lo anterior, su utilización no está respaldada por normas técnicas y reglamentos, lo que conlleva cierta inseguridad a la hora de diseñar, calcular y controlar la calidad de los elementos constructivos a los que se incorporen. − Elevado coste económico de producción, superior al de los otros materiales convencionales, al menos en lo que respecta a unidad de peso, siendo la relación menos desfavorable si se considera respecto a unidad resistente. Si bien, su precio ha estado bajando en los últimos años, al incrementarse la producción y al desarrollarse métodos de fabricación más eficaces, como la pultrusión. No obstante, si se considera el coste de su ciclo de vida, su uso resulta competitivo en muchas ocasiones, más en refuerzo de estructuras existentes que en de las de nueva construcción, debido a la reducción de plazos de ejecución, de coste de mano de obra, de costes de mantenimiento, etc. Igualmente, se describen aquellas propiedades que pueden ser inconvenientes, praa su aplicación como materiales de construcción: ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 8/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. − Son heterogéneos y anisótropos, y por ello, las piezas que se pueden fabricar con ellos no se obtienen con la facilidad con la que se obtienen las piezas de materiales convencionales como el metal o la madera. Su diseño y fabricación requieren un conocimiento y experiencia previa. − Suelen tener baja resistencia al calor y, por ello, su comportamiento ante el fuego no es bueno, aunque ello puede minimizarse utilizando los componentes apropiados y añadiéndole los aditivos precisos. Las propiedades de los materiales compuestos de FRP se degradan a temperaturas no excesivamente elevadas, debido al deterioro de la matriz polimérica, aunque las fibras que se utilizan son más resistentes a los efectos térmicos. Se considera normalmente como temperatura crítica, la temperatura de transición vítrea de la matriz, que para resinas de poliéster, por ejemplo, es alrededor de 100 ºC. − Son de difícil reciclaje, no obstante, las más recientes investigaciones están consiguiendo avances muy importantes, como por ejemplo: sometiéndolos a tratamientos mecánicos y posterior trituración, pueden reutilizarse como cargas en la elaboración de otros productos de construcción. − Su ciclo de vida y durabilidad es desconocida, aunque no resultan afectados por la corrosión y la putrefacción, fenómenos que reducen significativamente la durabilidad de las estructuras construidas con los materiales de construcción convencionales, todavía son materiales novedosos y hasta ahora poco utilizados. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 9/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. 3. APLICACIONES DE MATERIALES COMPUESTOS EN LA INGENIERÍA CIVIL. Los materiales compuestos, cuyas ventajosas características ya hemos comentado anteriormente, han sido y son aplicados en la ingeniería civil, fundamentalmente en la construcción de puentes, y en la reparación y refuerzo de estructuras diversas, habiendo ya numerosas obras a lo largo de todo el mundo, que en muchos casos son de carácter demostrativo o singular. Ha sido en Europa, Estados Unidos de América y Japón donde se han estado produciendo los mayores avances e investigaciones, tal y como documentamos a continuación. 3.1. OBRAS DESTACADAS DE INGENIERÍA CIVIL EN LAS QUE SE HAN EMPLEADO MATERIALES COMPUESTOS. Muchas de las obras más representativas de aplicación en la ingeniería civil corresponden a viaductos, puentes de pequeña luz y pasarelas peatonales, en los que se muestra las posibilidades de la utilización de materiales compuestos, al poseer éstos ciertas propiedades que los hacen potencialmente ventajosos frente a los materiales estructurales tradicionalmente extendidos como el hormigón o el acero. Sobre el particular, y conforme al conocimiento difundido, cabe distinguir dos tipologías básicas de sistemas estructurales de construcción de puentes de materiales compuestos: ESTRUCTURAS HÍBRIDAS y ESTRUCTURAS ALL-COMPOSITE. 3.1.1. ESTRUCTURAS HÍBRIDAS. Entendemos por estructuras híbridas, a aquellas que combinan elementos fabricados con materiales compuestos con elementos fabricados con materiales de construcción tradicionales, generalmente de hormigón armado. La configuración más comúnmente utilizada como estructura híbrida en puentes es la formada por un tablero de FRP apoyado sobre vigas de materiales de construcción tradicionales (acero laminado u hormigón armado). El tablero de FRP tiene un peso propio muy reducido (aproximadamente el 20% de un tablero equivalente en hormigón armado) que permite la instalación de los mismos en poco tiempo con una mínima interferencia al tráfico, pero una alta resistencia mecánica, además de que no posee armadura de acero y, por tanto, es resistente a la corrosión frente a las sales de deshielo, sustancia que ataca irremisiblemente al tablero de hormigón armado o de acero laminado. Su reducido peso también posibilita el incremento de la sobrecarga admisible en puentes existentes en los que se reemplace el tablero de hormigón. Los estribos y pilares suelen ser de materiales de construcción tradicionales, aunque se ha utilizado también un nuevo tipo de pilares híbridos formados por una camisa de material compuesto de FRP rellena de hormigón en masa. En la actualidad conocemos que están en servicio, sobre todo en los Estados Unidos de America, cientos de puentes con estructura híbrida de tableros de FRP, para cuya construcción, se han utilizado diversos tipos de tableros. Los más destacados han sido los siguientes: • Tableros de perfiles Superdeck: Son tableros formados por perfiles pultruidos formando geometrías de hexágonos y dobles trapecios conformados por pieles de fibra de vidrio, que constituyen un conjunto prefabricado para transportar a ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 10/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. obra para su montaje. Un ejemplo de aplicación es el puente Wickwire Run, Taylor County, West Virginia, Estados Unidos, abierto al tráfico en 1997. Este puente mide 9.14 metros de longitud y 6.60 metros de anchura. Figura 1-3. Tablero de perfiles Superdeck. • Tableros de perfiles cajón: Son tableros formados por varias vigas con forma de cajón de resina de poliéster reforzada con fibra de vidrio, con una placa superior de dos capas: una primera constituida de resina de poliéster reforzada con fibra de vidrio y una segunda de viniléster y un conglomerado de rodadura. Un ejemplo de aplicación es el puente Troutville Weigh Station, en la interestatal 81 en Troutville, Estados Unidos, transitado por 13.000 vehículos de más de 20 t cada día. Sus tableros miden 4.50 m de longitud y 1,5 m de anchura. • Tableros de perfiles Tech-Deck: Son tableros formados por perfiles rectangulares pultruidos rellenos de hormigón en masa y unidos para formar un panel que asegure que no tenga problemas de estabilidad local, aunque a cambio se incrementa de forma muy notoria el peso del mismo. • Tableros sándwich Hardcore: Son tableros sándwich con núcleo en nido de abeja fabricados según proceso de RTM asistido por vacío (VARTM). Un ejemplo de aplicación es el puente Five mile road, en el condado de Hamilton, Ohio, Estados unidos. Este puente mide 13.40 metros de longitud por 8.50 metros de anchura. Otro ejemplo de aplicación es el puente para vehículos Magazine Ditch, construido en Delaware, Estados Unidos, en 1997, que utilizó por primera vez un tablero hardcore que se apoyaba sobre vigas de hormigón pretensado. Este puente tiene una luz total de 23 metros y una anchura de 8.20 metros. • Tableros sándwich Duraspan: Son los tableros sándwich más usados para la ingeniería civil en Estados Unidos. Los tableros miden de 6 a 8 metros de longitud y hasta 3.50 metros de ancho y están formados por dos pieles paralelas (una superior donde se sitúa la capa asfáltica y otra inferior), unidas mediante perfiles de fibra de vidrio (sin núcleo), con refuerzos a lo largo del tablero para soportar los esfuerzos de cortadura. Se fabrican por pultrusión. Un ejemplo de aplicación es el puente sobre Lewis & Clark en Astoria (Oregón, Estados unidos). ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 11/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. • Tableros de vigas multicelulares: Son tableros formados por vigas que tienen forma rectangular y son de fibra de vidrio y de carbono, con dos rigidizadores para evitar el pandeo de las almas. Se fabrican mediante pultrusión. Un ejemplo de aplicación es el puente Sugar Grove, Virginia, Estados unidos). Su tablero mide 12 metros de longitud. Figuras 1-4 y 1-5. Tablero de vigas multicelulares del puente Sugar Grove. • Elementos Maunsell: Son perfiles rectangulares fabricados por pultruidos con encajes para unir mediante otros perfiles pultruidos con conectores llamados “hueso de perro”. Esta tipología ha quedado desfasada por tener problemas de rigidez pues está realizado con fibra de vidrio. Fueron aplicados para la construcción de la pasarela sobre el rio Tay, en Escocia. • Elementos CSS (Composite Shell System): Son tubos de resina epoxi reforzada con fibra de carbono que se rellenan de hormigón y desempeñan la función de vigas apoyándose encima de ellas los tableros de los puentes. Estos tubos se fabrican por enrollamiento filamentario, pultrusión o RTM. En la siguiente figura, se muestran imágenes de los tipos de tableros más comúnmente utilizados, que pueden dividirse en dos grupos: tableros de perfiles de pultrusión y tableros de paneles sandwich. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 12/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Figura 1-6: Tipos de tableros de materiales compuestos para puentes. La otra configuración utilizada como estructura híbrida para puentes es la formada por un tablero de materiales de construcción tradicionales apoyado sobre vigas de materiales compuestos, la cual ha sido menos utilizada que la primera configuración descrita. Una posibilidad de uso ya ensayada con éxito, es la combinación del hormigón armado con los materiales compuestos. En un proyecto europeo de I+D COMPCON se estudiaron las aplicaciones económicas de estructuras híbridas fabricadas con hormigón y materiales compuestos de FRP (denominadas así para diferenciarlas de las denominadas habitualmente estructuras mixtas de hormigón y acero). Su objetivo fue la demostración de la aplicación práctica y económica de la fabricación de un prototipo de viga de gran luz, con hormigón y materiales compuestos de FRP. Se pretendía con esta investigación superar las dificultades existentes para integrar ambas tecnologías. Las dos innovaciones principales de este proyecto de I+D fueron el desarrollo de un proceso de fabricación de elementos estructurales híbridos de hormigón y materiales compuestos de FRP, en las condiciones habituales de las obras de construcción y con los medios habitualmente disponibles, así como el desarrollo de un sistema de conexión entre el hormigón y los materiales compuestos. NOTA: El desarrollo del proceso de fabricación requirió considerar los siguientes aspectos: − La definición de especificaciones de los materiales compuestos de FRP. − El desarrollo de los materiales compuestos de FRP y el ensayo de sus características. − La investigación y el ensayo de la interfase hormigón-material compuesto de FRP. − El desarrollo de metodologías para el diseño, el cálculo, la construcción y el control de calidad de elementos estructurales híbridos de hormigón y materiales compuestos de FRP. − El ensayo estructural de elementos estructurales híbridos de hormigón y materiales compuestos de FRP a escala reducida y a escala real para confirmar las metodologías de diseño, de cálculo, de construcción y de control de calidad. − La evaluación teórica y la confirmación mediante ensayos de la resistencia al fuego de los elementos estructurales híbridos de hormigón y materiales compuestos de FRP, tanto sin protección como protegidas con los materiales adecuados. − La evaluación económica de todo el proceso. Se construyó un prototipo de viga de gran luz (15 metros) formada por una cabeza superior de hormigón armado (compresión) colocada dentro de un encofrado permanente de GFRP y debajo una sección hueca de materiales compuestos de CFRP + GFRP (cortante y tracción), con una sección en forma de cajón de 0,50 m de canto, con 0,50 m de anchura máxima en la cabeza superior de hormigón y 0,46 m en la cabeza inferior, de CFRP. Las almas laterales son de GFRP. Los materiales compuestos utilizados fueron del tipo hojas preimpregnadas, laminas delgadas de fibras embebidas en resinas, que se aplican por capas sucesivas, con la orientación requerida por aquéllas, hasta conseguir el espesor necesario. Se utilizaron materiales compuestos de CFRP matriz de resinas epoxi reforzada con fibras de carbono en hilos unidireccionales, así como de GFRP, con fibras de vidrio en telas bidireccionales a +-45º como refuerzo. Las resinas poliméricas utilizadas permitieron curados a baja presión y temperatura, siendo suficiente la atmosférica producida por vacío y 65 ºC. Los componentes tienen una vida útil de unas dos semanas a 20 ºC, con una polimerización retardada. El curado para endurecimiento final se realizó mediante presión y temperatura. El prototipo de viga de gran luz construida resultó ser eficiente, durable y económico. Se demostró que podía ser fabricado de forma simple y efectiva ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 13/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. utilizando materiales compuestos que se suministran en láminas delgadas enrolladas, preimpregnados en fábrica con resina fresca, aplicados luego sobre un molde de forma libre, en capas sucesivas, curándolas después sobre él bajo presión de vacío y a temperatura moderada (65 ºC), adecuada para condiciones de obra. Como aplicación practica de lo anterior, se proyectó y construyó el primer puente de estructura híbrida construido en España, en 2004, el paso superior sobre la autovía del Cantábrico, en Asturias, que fue una obra de ingeniería pionera debido a la utilización masiva de materiales compuestos en las vigas (fibra de carbono) y en los conectores tablero-vigas (fibra de vidrio AR). Este paso superior tiene una longitud de 46 metros, y está dividido en cuatro tramos de 10, 13, 13 y 10 metros respectivamente, ya que tiene tres apoyos intermedios. Su anchura es de 8 metros. Figura 1-7. Alzado del paso superior sobre la autovía del Cantábrico. Figura 1-8. Vista inferior de las vigas continuas de sección trapecial en cajón. Su estructura está formada por tres vigas continuas de resina epoxi reforzada fibra de carbono en sección cajón, rellenas interiormente de espuma de poliuretano, apoyadas sobre ménsulas, pilares y estribos de hormigón armado, vigas sobre las que apoya el tablero de hormigón armado. Este puente no sólo supone un avance en lo que se refiere a su luz, sino a la tecnología empleada. Las vigas continuas que soportan el tablero del puente son de sección trapecial, mucho más eficientes, al presentar superiores ratios rigidez/peso y resistencia/peso y su interior se rellena de espuma de poliuretano, un material más eficiente y ligero que el relleno de hormigón en masa de áridos ligeros. Figura 1-9: Detalle constructivo de la sección transversal del tablero. Figura 1-10. Detalle constructivo de la sección transversal de una de las vigas continuas de sección trapecial en cajón. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 14/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. El reducido peso de las vigas continuas (100 Kp/ml) permitió un plazo de montaje más rápido, de tan solo 10 horas con el empleo de maquinaria de obra ligera, ya que su colocación se pudo realizar con una grúa pluma de 50 Tn (si hubieran sido de hormigón armado se habría necesitado una grúa de 400 Tn). Figuras 1-11 y 1-12. proceso de colocación de las vigas continuas de sección trapecial en cajón. Un aspecto relevante fue la utilización de conectores fabricados a base de perfiles pultruidos de fibra de vidrio AR, que proporcionan ligereza, prestaciones mecánicas y resistencia a los álcalis del hormigón. Dichos conectores están unidos a las vigas continuas mediante un adhesivo estructural. Figura 1-13. Detalle de los conectores a base de perfiles pultruidos de fibra de vidrio AR/poliéster adheridos a las vigas continuas de fibra de carbono/epoxi. Como materiales estructurales fueron empleados: − Materiales compuestos de resina epoxi reforzada con fibra de carbono, en las vigas continuas, y de resina de poliéster reforzada con fibra de vidrio AR, en los conectores. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 15/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. − Hormigón armado con barras corrugadas de acero (del tipo B-500), en el tablero, en las ménsulas, en los pilares y en los estribos, De los cuales se describen las características mecánicas y físicas en las siguientes tablas. Tabla 1-14. Características mecánicas y físicas de los materiales compuestos empleados en la construcción del puente. Características mecánicas y físicas: MC de Carbono/epoxi: MC de Vidrio AR/poliéster: Resistencia longitudinal en dirección 1; f1: (Mpa) 1863 1050 Resistencia longitudinal en dirección 2; f2: (Mpa) 33 31 Resistencia transversal en dirección 12; f12: (Mpa) 60 38 Módulo de elasticidad longitudinal en dirección 1; E1: (Mpa) 122000 34000 Módulo de elasticidad longitudinal en dirección 2; E2: (Mpa) 9100 2900 Módulo de elasticidad transversal en direcciones 12 y 13; G12, G13: (Mpa) 4000 3800 Coeficiente de Poisson; υ12: 0,32 0,32 Coeficiente de Poisson; υ21: 0,02 0,02 Coeficiente de dilatación térmica en dirección 1; α1: (ºC-1) 0,3·10^-6 15·10^-6 Coeficiente de dilatación térmica en direcciones 2 y 3; α2, α3: (ºC-1) 28·10^-6 28·10^-6 Tabla 1-15. Características mecánicas y físicas del los materiales constituyentes del hormigón armado empleado en la construcción del puente. Características mecánicas y físicas: Hormigón estructural: Barras corrugadas de acero B-500: Densidad ρ: (kg/m3) 2500 7850 Resistencia característica a compresión fck: (Mpa) 25 -- Resistencia característica a tracción fct,k: (Mpa) 0,21·(fck^2)^1/3 -- Límite elástico fy: (Mpa) -- 355 Módulo de Elasticidad E: (Gpa) 28 210 Coeficiente de Poisson υ: 0,20 0,30 Coeficiente isotrópico de dilatación térmica α1: (ºC-1) 10·10^-6 12·10^-6 Coeficiente parcial de seguridad γc: 1,50 -- Coeficiente parcial de seguridad γs: -- 1,15 NOTA: El análisis estructural del puente se efectuó con una modelización por elementos finitos mediante una malla que constaba aproximadamente de 125000 nodos y 130000 elementos del tipo “lámina” para las pieles de fibra de carbono y del tipo “sólido” tanto para simular la espuma de poliuretano, como para el hormigón y los apoyos elásticos de los pilares. Fueron calculados once estados de carga correspondientes a las posibles combinaciones de cargas de viento, nieve y trenes de carga. Los coeficientes de seguridad fueron suficientes para los límites admisibles en todos los casos de carga y en todos los elementos estructurales. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 16/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Por último, previo a la construcción del puente, se realizaron los siguientes ensayos: Ensayos de caracterización de los materiales, ensayo de una viga, a escala 1:3, ensayo de una viga, a escala 1:1, ensayos de conectores, ensayos de uniones, ensayos de abolladura y ensayo de envejecimiento. Otro ejemplo fue el puente de estructura híbrida King´s Stormwater Channel, construido en la autopista interestatal 86, cerca del lago “Salton Sea” en las proximidades de San Diego (California), en Estados Unidos, en 2000, que ha sido el primero que desarrolló una concepción constructiva singular, pues utilizó un tablero de GFRP apoyado sobre vigas y pilares de sección tubular con camisa de CFRP rellenos de hormigón en masa, el cual impide el pandeo de dichos tubos y a la vez sirve para unirlos al tablero mediante conectores formados por barras metálicas dobladas en forma de U, insertadas en huecos practicados en el tablero, que se rellenan posteriormente con hormigón polimérico. Este puente tiene una longitud de 20,10 metros dividida en dos vanos, pues tiene un único apoyo central, y una anchura de 12,80 metros. Figura 1-16. Alzado del Puente de estructura híbrida King´s Stormwater Channel. Figura 1-16b. Vista de la construcción del puente. Figura 1-16c. Especificaciones constructivas del puente. Figura 1-16d. Esquema de la disposición de los conectores del tablero de GFRP en las vigas principales de CFRP, de sección circular, rellenas interiormente de hormigón en masa (en color gris oscuro). El hormigón polimérico (en color gris claro) rellena el hueco practicado en el tablero de GFRP envolviendo a dichos conectores. El tablero está formado por 6 paneles de tipo “Duraspan” de 12,80 metros de anchura y 3,30 metros de longitud, y se apoya sobre seis vigas longitudinales que constituyen la estructura resistente del puente, que están basadas en el concepto “Composite Shell System”, estando construidas con 12 tubos CSS cilíndricos de fibra de carbono de 355 mm de diámetro y 9,5 mm de espesor rellenos de hormigón. No es el puente más largo construido, pero si el más transitado y el que más carga debe soportar. Este puente fue nombrado puente estelar de la construcción de los Estados Unidos de América. Este puente ha supuesto un hito en la aplicación de los materiales compuestos en la construcción, pero su coste ha sido muy elevado y el diseño de la sección de ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 17/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Uno de los aspectos a tener en cuenta, que es común a la mayoría de los materiales compuestos, que supone a priori un inconveniente para su aplicación en la construcción arquitectónica, es el mayor precio de mercado, comparado con el de los materiales de construcción tradicionales de empleo habitual en ésta. Ello es debido al presumible mayor coste de obtención de la materia prima y de los sofisticados procesos de fabricación que requiere su producción, en gran parte, y que todavía, la demanda, y por tanto las cantidades producidas de los mismos para elementos constructivos arquitectónicos, es muy inferior a las de los materiales de construcción tradicionales, pero también, a que el diseño y la configuración de muchos de ellos está destinado preferentemente a cubrir necesidades muy específicas propias de otros sectores industriales, no habiendo sido pensados específicamente para la construcción arquitectónica, (Con excepciones tales como, por ejemplo, los perfiles de pultrusión o los paneles para la construcción de estructuras) aunque las configuraciones especiales de su diseño se podrían simplificar, para que una mayor sencillez permitiera reducir el coste de su fabricación. Esto explica que se hayan utilizado poco en este sector. Sin embargo, desde su aparición, los materiales compuestos de GFRP, han revelado tal flexibilidad de uso que se han intentado numerosas aplicaciones para la construcción arquitectónica. No obstante, a pesar de las ventajas que ofrecen los materiales compuestos, no ha habido una generalización de estas realizaciones. Al entusiasmo del descubrimiento de unos nuevos materiales de unas características muy singulares se oponía el problema de durabilidad de los mismos y de su resistencia al fuego. Estos problemas están casi resueltos actualmente, por lo que se está produciendo un nuevo desarrollo de los materiales compuestos en la industria de la construcción. Consideramos que la aplicación de los materiales compuestos a la construcción arquitectónica puede extenderse a multitud de elementos aptos para ser utilizados en los edificios, aun cuando la mayoría de ellos no hayan sido diseñados con dicho fin, aunque fácilmente pueden ser aplicados por sus equivalencias cualitativas con los materiales de construcción convencionales, desempeñando algunas funciones específicas. De la información bibliográfica que hemos consultado y analizado, deducimos que las tendencias actuales de la aplicación de materiales compuestos en la construcción arquitectónica está orientada a la fabricación de: − Elementos para estructuras, tales como paneles para forjados (paneles pultruidos de matriz polimérica con refuerzo de fibra de vidrio, paneles sándwich), perfiles y barras para estructuras. Bandas y tejidos para reparación y refuerzo de estructuras de hormigón armado (laminados impregnados de fibra de carbono, perfiles pultruidos, etc.). − Elementos para fachadas (Paneles de GRC matriz cementicia reforzada con fibra de vidrio antiálcali), que contribuyan a mejorar su cobertura y su apariencia (paneles de materiales compuestos diversos). − Elementos para cubiertas, que incluyan la impermeabilización, tejados (con paneles de refuerzo de vidrio y tejas) y acabados de tejados (para drenaje de agua con canalones, caños de escurrimiento y canales). − Elementos arquitectónicos para acabado decorativo de edificios, tales como columnas, frontones, bóvedas, cornisas, paneles divisorios, entre otros, así como en revestimientos y coberturas para protección y aislamiento, letreros y láminas translúcidas planas u onduladas. − Elementos para instalaciones: La última generación de ascensores de Schindler, el modelo Eurolift, tiene cables “activos” de aramida, con la mitad de peso, el doble de resistencia y capacidad de monitorización de deformaciones, lo que permite actuar rápidamente ante un posible percance. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 24/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. En cuanto a las tendencias futuras se refiere, destacar que se pide a los materiales compuestos más prestaciones y menores costes. Se pide a su proceso de fabricación más rapidez, más precisión y menor coste. Todo ello pasa por una optimización de los moldes utilizados, por automatizar los procesos, en utilizar nuevas combinaciones de matrices y fibras, en combinar los materiales compuestos con los materiales tradicionales y en potenciar el empleo de materiales compuestos de matrices reciclables y fibras naturales (Miravete, 2002). A continuación, se describen las innovaciones y tendencias en la aplicación de los materiales compuestos a la construcción arquitectónica. 4.2. OBRAS DESTACADAS DE ARQUITECTURA EN LAS QUE SE HAN EMPLEADO MATERIALES COMPUESTOS. Creemos que, los materiales compuestos se podrán utilizar progresivamente en el sector de la construcción arquitectónica. De hecho la existencia de edificios que han utilizado en su construcción determinados materiales compuestos, es indicativo de que éstos van siendo aceptados poco a poco, y de que serán tenidos en cuenta, en un futuro muy cercano. A continuación, comentamos algunas obras arquitectónicas que pueden considerarse pioneras en ello: La Glasgow Science Tower de Escocia, Reino Unido, en 1992. Es una torre de 120 metros de altura cuya parte superior gira libremente con el viento. Por cuestiones de peso la parte superior está fabricada en fibra de vidrio y el mástil y sus refuerzos en fibra de carbono. Figuras 1-30 y 1-31. Vista del Glasgow Science, y de su torre, Escocia, Reino Unido. El Milenium Dome, Londres, 2000. Es la mayor cúpula del mundo con una superficie de 80.000 m2 y 50 m de altura. La membrana está realizada en tejido de fibra de vidrio y matriz de teflón. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 25/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Figuras 1-32 y 1-33. Vista aérea y de una maqueta infográfica del Millenium Dome, Londres, Reino Unido. El Eyecatcher Building es un edificio construido íntegramente de materiales compuestos, con estructura de material compuesto más alto realizado hasta el momento. Fue construido en Swissbau, para su presentación, y posteriormente desmontado y vuelto a construir en Basel, Suiza, donde actualmente se utiliza como edificio de oficinas. Tiene una planta rectangular de 10 metros x 12 metros y una altura de 15 metros de altura, 5 plantas. Figura 1-34. Vista fronto-lateral y de detalles del Eyecatcher Building, Basel, Suiza. La casa experimental Nesthaus, construida a principios de 1990 por la compañía Neste Oy Chemicals Company establecida en Helsinki, Finlandia, como banco de pruebas de la posible utilización de materiales poliméricos en el sector de la construcción. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 26/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Figura 1-35. Vista de la fachada de la casa experimental Nesthaus, Helsinki, Finlandia. La torre de telecomunicaciones de Collserola, Barcelona, España, fue construida a finales de los años ’80, y su altura total es de 288 metros. Es característica por tener unos tirantes de materiales compuestos. Los 3 cables superiores están fabricados en resina epoxi reforzada con fibra de aramida y cada uno está compuesto por 7 cables en paralelo de 56 mm de diámetro, ya que en esa parte superior de la torre es donde se alojan los equipos de telecomunicaciones. Figuras 1-36, 1-37 y 1-38. Tres vistas diferentes de la torre de telecomunicaciones de Collserola, Barcelona, España. El edificio de la ampliación del Museo de Arte Contemporáneo Reina Sofía, situado en Madrid, diseñado por Richard Roger, muestra las posibilidades del empleo de los materiales compuestos en el acabado, la estética y la libertad de formas de las fachadas y cubiertas arquitectónicas, y no tratándose de una aplicación estructural, se han de tener en cuenta los esfuerzos característicos que han de soportar unas y otras. En la construcción de sus fachadas y la cubierta volada se han utilizado paneles sándwich de núcleo de espuma PIR y pieles de fibra de vidrio revestidas de gelcoat protegido con una capa de pintura base poliuretano (más resistente que el ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 27/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. gel-coat a la intemperie) y con un barniz incoloro también de poliuretano, con aditivo para protección frente a los rayos ultravioletas y con aditivo antigrafiti. El acabado final de color y brillo tiene una homogeneidad asegurada en todos los paneles colocados. La resistencia al fuego está certificada por ensayo. La estabilidad geométrica y estructural les proporciona las siguientes ventajas: − Repetitividad geométrica exacta de los elementos. − Mejora de la estabilidad dimensional de los paneles, pues si son piezas con radios grandes, en el laminado normal existe la tendencia a la deformación por falta de rigidez. − Excelente manejo de los paneles en su manipulación y montaje, por la rigidez que presentan. − Buena dureza superficial y facilidad para realizar eventuales reparaciones de rayaduras sobre paneles ya colocados sin que se noten. Figuras 1-39, 1-40, 1-41 y 1-42. Vistas de las fachadas y cubierta del edificio de la ampliación del Museo de Arte Contemporáneo Reina Sofía, Madrid, España, y detalle de sus paneles de revestimiento. El recién inaugurado Hotel Sheraton, situado junto al aeropuerto de Milán, Italia, cuenta con un diseño arquitectónico sorprendente gracias a su piel exterior cuyas piezas curvadas han sido construidas con un material compuesto de ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 28/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. FRP retardante del fuego, reforzado con revestimientos. Dicha piel tiene un acabado de cuarzo que repele al agua. Figura 1-43. Vista aérea del emplazamiento del Hotel Sheraton, junto al aeropuerto de Milán (Italia). Figuras 1-44, 1-45, 1-46, 1-47 y 1-48. Vistas de las fachadas del Hotel Sheraton, Milán (Italia). Finalmente, se destaca como edificio emblemático en la aplicación de materiales compuestos para fachadas, el Hospital General de Cataluña, situado en San Cugat del Vallés, que fue construido a mediados de 1980. Este edificio tiene más de 20.000 m2 de cerramientos de fachada formados por paneles de materiales compuestos de matriz polimérica de resina de poliéster reforzada con fibra de vidrio. Esta aplicación constructiva se consideró en su momento muy innovadora. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 29/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Figuras 1-49 y 1-50. Vistas aérea general y de una de las fachadas del Hospital General de Cataluña, San Cugat del Vallés. 4.3. APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS A LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES DE LOS EDIFICIOS. Como ya hemos dicho, anteriormente, las aplicaciones de los materiales compuestos, que tuvieron su origen en estructuras de ingeniería civil, como puentes y pasarelas, y vemos que progresivamente se están desarrollando en estructuras de edificación. No obstante, todavía resulta necesario superar el conservadurismo histórico del sector de la construcción, puesto de manifiesto numerosas veces cuando se trata de introducir importantes cambios en sus costumbres, sobre todo en lo que respecta al uso intensivo de los materiales estructurales tradicionales como el hormigón armado y el acero laminado. Hemos podido constatar que la base teórica y práctica de sus aplicaciones para la construcción de estructuras de ingeniería civil es perfectamente aplicable a las estructuras arquitectónicas, si bien resulta necesaria una adaptación y estudios concretos debido a la diferente escala y forma de construir unas y otras, a la diferencia de casuísticas del entorno de las obras de unas y otras y a la diferente forma de trabajar de los elementos estructurales en unas y otras. Figura 1-51. Detalle de materiales compuestos de FRP con diferentes formatos. Varios fabricantes de materiales compuestos, que usualmente producen elementos para la industria aeronáutica y automovilística, ya han empezado a producir en forma discreta algunos de uso específico para las estructuras de edificación e ingeniería civil. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 30/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. 4.3.1. CLASIFICACIÓN TIPOLÓGICA DE MATERIALES COMPUESTOS APLICABLES A LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES DE LOS EDIFICIOS. Hemos obtenido y analizado datos que atestiguan que en la actualidad se han desarrollado elementos de materiales compuestos para la construcción de estructuras arquitectónicas, bajo los siguientes formatos para determinadas aplicaciones. Los podemos clasificar formalmente como sigue: • Perfiles estructurales pultruidos DE FRP: Para la construcción de estructuras porticadas transparentes a las emisiones electromagnéticas, siendo una alternativa al acero laminado. Su utilización es progresiva. Los perfiles pultruidos se fabrican con formas y dimensiones similares a las de los perfiles de acero laminado, lo cual facilita, de alguna forma, su uso pero es necesario avanzar en la búsqueda de nuevas formas que permitan sacar provecho adecuadamente a sus propiedades y que muestren las ventajas potenciales sobre los perfiles de acero laminado o aluminio. Lo mismo ocurre con las uniones de los perfiles, ya que se han utilizado inicialmente uniones atornilladas similares a las empleadas en las estructuras de acero laminado, resultando que las perforaciones en los perfiles de FRP cortan las fibras y generan puntos débiles con concentraciones de tensiones, por lo que hay que tender al uso de uniones soldadas o adhesivas, debiéndose investigar cómo afectan las condiciones de aplicación en obra a las propiedades de los adhesivos y las condiciones climáticas a su posible envejecimiento. También hay que investigar más sobre el comportamiento frente al fuego de estos elementos. • paneles estructurales pultruidos de FRP y tipo sándwich: Para la construcción de forjados de edificación, cerramientos, particiones y plataformas ligeras. Su utilización es, por ahora, poco extendida y la que más dificultades está teniendo. Los paneles pultruidos se fabrican con el mismo proceso que el que se emplea para la obtención de los perfiles. Los paneles sándwich son los que ofrecen mas versatilidad. Están formados por dos láminas o pieles de FRP, de espesor relativamente reducido y paralelas entre sí, adheridas a un medio distanciador muy ligero que constituye el núcleo. El proceso de fabricación permite cambiar fácilmente los componentes y su espesor pudiendo adecuar sus prestaciones mecánicas a las requeridas en cada proyecto. Los dos sistemas más utilizados son los paneles Hardcore® y Duraspan®. • Barras pultruidas DE FRP: Para armado del hormigón, sustituyendo al acero, sobre todo en la construcción de los tableros de puentes, para evitar los consiguientes problemas de corrosión, mantenimiento, etc. Se fabrican en diámetros similares a las barras de acero convencionales, tendones para postensado, accesorios, etc, para la construcción y reparación de estructuras de hormigón armado. • Bandas laminadas y angulares de FRP, hojas de tejido de fibra: Para el refuerzo de estructuras construidas con diversos materiales. Se componen principalmente de matriz polimérica de resina epoxi reforzada con fibra, que pueden ser de dos tipos: bandas laminadas y angulares prefabricados de CFRP, que posteriormente se adhieren a los elementos estructurales a reforzar, y hojas de tejido de fibras diversas que se aplican in situ con resina, y al curar ésta, forman el material compuesto de FRP. • Materiales compuestos específicos para refuerzo de estructuras de obra de fábrica. Se componen principalmente de matriz cementicia reforzada con fibras diversas. • Cables y tendones de pretensado: Para la construcción de estructuras tensadas, para eludir problemas de corrosión o interferencias en las ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 31/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. emisiones electromagnéticas o de calentarse por absorción de energía radiante, en los edificios de comunicaciones, sustituyendo los tirantes metálicos. Se utilizan principalmente fibras de carbono y aramida debido a sus elevados módulo y resistencia específicos, excelente comportamiento a fatiga y resistencia a la corrosión. Los de fibra de vidrio son capaces de soportar esfuerzos de tracción de hasta 2700 Mpa, los de fibra de carbono o aramida (kevlar o twaron), hasta 4500 Mpa. NOTA: La pultrusión es un proceso automatizado de fabricación de perfiles que básicamente consiste en tirar de los refuerzos impregnados en resina a través de una hilera o molde y aportar calor para que polimerice la resina. Los tableros pultruídos están hechos con fibras de vidrio con matrices de poliéster o viniléster. El tablero se forma con diversos perfiles unidos entre sí mediante adhesivo. Necesitan apoyarse sobre vigas principales, que suelen ser de materiales tradicionales. Figuras 1-52, 1-53, 1-54 y 1-55. Construcción de una estructura de prueba, porticada de plantas de altura y con forjados de paneles de materiales compuestos, de peso unitario 20 kp/m2 (lo que supone una reducción de más de 15 veces frente al peso de un forjado convencional), que fue sometida a la simulación del efecto de un sismo con una aceleración de 0,08g, sin que se produjera su colapso. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 32/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. 4.3.2. PANELES ESTRUCTURALES PULTRUIDOS DE FRP. Estos elementos tienen sus orígenes en la fabricación de homólogos para conformar tableros de puentes, como ya hemos comentado en el correspondiente aparatado dedicado a ellos. Conocemos los siguientes fabricantes y productos: Strongwell, fabricante líder mundial en materiales compuestos de FRP y sus sistemas de construcción, produce el Composolite®, un panel pultruido hueco de GFRP con paredes esteriores delgadas rigidizadas con costillas internas, que ofrece una buena resistencia, especialmente a la compresión y una buena rigidez. Sus cantos tienen surcos longitudinales para la inserción de conectores. Es un panel bien diseñado desde el punto de vista de rendimiento, siendo adecuado para aplicaciones estructurales. Otro producto de Strongwell es el panel de construcción DuraShield® fabricado tanto con celda cerrada de espuma de uretano, también para aplicaciones estructurales. Figura 1-56. Panel Composolite® con costillas internas, fabricado por Strongwell. Internacional Composites innovadores (ICI), fabricante con sede en Toronto (Canadá) produce Estructure-Lite®, que son paneles sándwich termoplásticos estructurales con núcleo en nido de abeja y pieles de polipropileno reforzado con fibra de vidrio, resistentes a la podredumbre, moho e insectos, que se pueden utilizar en muros y forjados de los sistemas de vivienda asequible diseñados a prueba de sismo y huracanes. Estos paneles están disponibles predecorados y pintados segun las especificaciones del comprador. Composite Panel Solutions de Nueva Cork (EE.UU.), ofrece una amplia variedad de paneles sándwich laminados y productos básicos para la construcción interior y exterior. Fabrica una línea de paneles especiales diseñados para los pisos sala de informática, usando paneles de fibra de vidrio laminado prepreg con núcleo de nido de abeja Nomex®, que proporcionan baja conductividad térmica y eléctrica, junto con un buen impacto y resistencia a la abrasión y excelente resistencia a peso. Una innovadora vivienda de 37 m2 fue construida en Brasil con materiales compuestos de FRP y se presentó recientemente en la feria de la industria de la construcción más grande de América Latina, FEICON BATIMAT 2010. Dicha vivienda cuenta con paredes de paneles sándwich con núcleo de espuma de poliestireno y ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 33/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. 4.3.5. BANDAS LAMINADAS Y ANGULARES DE FRP, HOJAS DE TEJIDO DE FIBRA. Este tipo de materiales compuestos de FRP, son ya muy conocidos y podemos constatar que su uso es muy generalizado, pues se vienen utilizado, con éxito y durante muchos años, tanto dentro del sector de la ingeniería civil como del de la construcción arquitectónica. Desde su aparición, se les está prestando una atención especial por sus excelentes propiedades tales como su bajo peso específico, su alta resistencia y rigidez, su eficiente comportamiento bajo esfuerzos de tracción, su resistencia a la corrosión, a la agresión ambiental y a agentes externos, entre otras. Estas características combinadas con otros aspectos tales como un proceso de fabricación muy industrializado, la facilidad de su puesta en obra y su bajo coste de mantenimiento, están siendo determinantes en su elección preferente como medio de refuerzo de estructuras frente a otros materiales de refuerzo tradicionales. Podemos constatar que las investigaciones llevadas a cabo y la evolución en los procesos de fabricación y diseño de materiales compuestos de FRP, heredada de otras industrias, permite en la actualidad la fabricación de cierta diversidad de productos para ser aplicados como refuerzo externo adherido sobre elementos estructurales de ingeniería civil o de edificación, construidas con hormigón en masa o armado, o con fábrica de ladrillo o de mampostería. Esto productos y sus aplicaciones comienzan a ser conocidos y profusamente estudiados por bastantes investigadores, destacando tres frentes de investigación: Japón, enfocado a la prefabricación, al pretensado y al refuerzo antisísmico; en Estados Unidos, en donde se investiga respecto a la durabilidad de las construcciones; y Europa, encaminado a temas relacionados con la conservación de infraestructuras civiles y la rehabilitación del patrimonio histórico arquitectónico, siendo en este último campo donde dichas aplicaciones ofrecen un gran potencial, las cuales son objeto de estudio en el presente trabajo. En Japón, los sistemas de refuerzo con materiales compuestos de FRP se desarrollaron a finales de los años 80, y fue aplicado por primera vez en 1992 en el proceso de refuerzo y confinamiento de elementos en un puente en Tokio. Después, otros sistemas de refuerzo de FRP continuos y unidireccionales en forma de manta o multidireccionales en forma de tejidos, se utilizaron para refuerzo a sismo, y a flexión y cortante a través del confinamiento parcial o total de pilares, paredes y vigas de edificios y puentes de hormigón armado y pretensado. La reconstrucción de la ciudad de Kobe, después de haber sido devastada por el sismo de Hanshin, en enero de 1995, es un ejemplo de la importancia que adquirieron este tipo de materiales en la reparación y refuerzo estructural. NOTA: Este caso, como muchos otros, se describen con detalles en la publicación de 1998 del “Japan Concrete Institute” (JCI), que trata sobre la experiencia de este país en el área de refuerzo de elementos de hormigón con sistemas de FRP. Paralelamente, en los Estados Unidos y en Canadá se ha invertido en la exploración de beneficios resultantes de la rehabilitación de estructuras de hormigón con sistemas de refuerzo basados en materiales compuestos de FRP. La primera aplicación conocida de un sistema de refuerzo con materiales compuestos de FRP sucedió en Europa, en el puente Kattenbush (Alemania) entre 1986 y 1987, donde se utilizaron 20 tiras de un laminado de GFRP, y desde 1991 aproximadamente 250 estructuras de medio a gran tamaño fueron reforzadas en Suiza con laminados de CFRP. Otra se llevó a cabo en el puente Ibach (Suiza), en el cual se utilizó por primera vez un refuerzo constituido por bandas laminadas de CFRP. Consecutivamente, el campo de aplicación de los materiales compuestos de FRP se extendió a la rehabilitación de edificios de carácter histórico en Grecia y al refuerzo antisísmico de muros de obra de fábrica y forjados, en ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 40/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Italia. La experiencia de varios países de Europa se describen en bastantes comunicaciones de conferencias y en varios artículos técnicos. Figura 1.70. Vista del puente Ibach, en Suiza, que fue reforzado con bandas laminadas de CFRP. Los fabricantes europeos Sika, Mapei, BASF Construction Chemicals, Degussa Construction Chemicals (Schweiz) AG y Epsilon Composite comercializan respectivos sistemas de refuerzo estructural a base de materiales compuestos de CFRP, matriz polimérica reforzada con fibras de carbono de alto módulo elástico y gran resistencia a tracción. La compañía Vector Construction Group, de Canadá también ha desarrollado tecnología para reforzar estructuras de hormigón armado con materiales compuestos de FRP. Comercializa la línea de productos ASLAN® que se fabrican en Canadá y el Norte Central de EE.UU. por Hughes Brothers Inc, que incluyen bandas laminadas de FRP para el refuerzo de la superficie exterior de hormigón y barras de GFRP y CFRP para el armado del hormigón. Estos sistemas tienen como objeto el refuerzo a flexión, cortante, compresión y tracción, de elementos estructurales de obra de fábrica, de madera, de hormigón armado e incluso, de fundición, hierro y acero, sobre todo para la mejora del comportamiento sísmico de las estructuras reforzadas, así como la reparación de aquellos localmente dañados por acciones accidentales. Son una clara alternativa al tradicional sistema de refuerzo estructural con perfiles, chapas y pletinas de acero laminado, pues ofrecen ventajas tales como ligereza (no aumentan la masa de los elementos estructurales reforzados), alta resistencia mecánica y a la fatiga, posibilidad de anclaje, reversibilidad de su aplicación y no originan problemas de corrosión. En caso de ser colocadas sobre elementos estructurales vistos, se pueden revestir para que resulten poco perceptibles. Los formatos habitualmente suministrados de materiales compuestos de FRP para refuerzo de estructuras son los siguientes: − Bandas laminadas preformadas a partir de fibras y matriz polimérica, para adherir mediante adhesivo polimérico, la cuantía resistente necesaria, a las superficies de los elementos estructurales a reforzar. − Perfiles preformados acoplables a elementos estructurales existentes, para ser ensamblados con adhesivos. − Hojas de tejido de fibra uniaxiales, biaxiales y cuadriaxiales, para impregnar y laminar in situ mediante capas sucesivas de resinas poliméricas. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 41/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Los fabricantes disponen además de una serie completa de resinas y adhesivos para la regularización y preparación de los soportes, así como para la impregnación y el encolado de los distintos formatos. Figuras 1-71, 1-72 y 1-73. Bandas laminadas de FRP, aplicadas como refuerzo de forjados y como refuerzo de un muro de fábrica de ladrillo. Figuras 1-74. Bandas laminadas de CFRP, aplicadas como refuerzo del borde de un hueco abierto en una losa de hormigón armado. Figura 1-75. Detalle de pretensado de bandas laminadas de CFRP. Un consorcio de 15 organizaciones de ocho países europeos se han asociado para desarrollar un sistema de parches compuestos para infraestructuras de ingeniería civil y buques de acero. El producto, denominado Co-Patch, es un material compuesto de parches, que se espera reduzca significativamente los costes de mantenimiento de puentes, torres y otras estructuras de acero de gran tamaño. Utilizado con éxito en aplicaciones aeroespaciales, estos parches compuestos actúan como inibidores de la proliferación de fisuras al disminuir el estrés ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 42/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. alargando la vida útil de la estructura reparada. Un sistema de refuerzo y monitoreo llamado “pantalla compuesta inteligente sísmica” ganó un premio en la JEC 2010 a la Innovación en la Construcción. Se trata de un tejido multiaxial con sensores de fibra óptica integrados recubierto con un polímero de nano-partículas de mayor durabilidad. El tejido se incrusta en el mortero de reparación para reforzar los edificios situados en zonas sismicas, y los datos son tomados de los sensores para supervisar el estado de la estructura. Fue desarrollado por un grupo de empresas que trabajan conjuntamente en el proyecto POLYTECT de la Unión Europea, formada para crear tejidos inteligentes para proteger las infraestructuras civiles vulnerables a sismos y otros desastres naturales. 4.3.6. MATERIALES COMPUESTOS ESPECÍFICOS PARA REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE OBRA DE FÁBRICA. Hemos podido conocer que existen variedades específicas de materiales compuestos para el refuerzo de estructuras de obra de fábrica, como los de FRC (Fiber Reinforced Cementicious Matriz), que son una alternativa a los de FRP. Estos sistemas son apropiados para el refuerzo a flexión o a cortante de elementos estructurales de obra de fábrica, según el número de capas de mallas de fibra utilizadas, mejorando notablemente la ductilidad y el comportamiento sísmico de las estructuras de obra de fábrica reforzadas. Ofrecen ventajas tales como que su resistencia al fuego es similar a la de la obra de fábrica o al hormigón, puede aplicarse sobre fondos húmedos o irregulares y requiere mano de obra que no tiene que ser tan especializada como la que requiere la aplicación de sistemas de refuerzo estructural con materiales compuestos de FPR. El fabricante italiano Ruredil S.P.A. comercializa un sistema de refuerzo estructural de obra de fábrica, mediante un material compuesto de CFRC a ejecutar en obra, constituido por una matriz inorgánica de mortero de cemento puzolánico con aditivos, compatible desde el punto de vista físico, químico y mecánico con los soportes de obra de fábrica de mampostería, que se refuerza con mallas de fibra de carbono denominadas Ruredil XMesh Cl0®, siendo diferente a otros sistemas de refuerzo estructural basados en materiales compuestos de FRP, de matriz orgánica, generalmente resina epoxi o de poliéster. El fabricante europeo Sika también comercializa otro sistema similar, constituido por una matriz inorgánica de mortero de cemento monocomponente mejorado con resina y fibra, que se refuerza con mallas y cordones de fibra de vidrio de alta resistencia a tracción. El fabricante Cintec International Limited, del Reino Unido, comercializa un curioso producto útil para el cosido de elementos estructurales de obra de fábrica de mampostería consistente en elementos de anclaje, constituidos por barras de FRP envueltas en un manguito de malla de poliéster, en el que se inyectan a baja presión morteros consolidantes de cemento o cal. Se trata de barras macizas roscadas o corrugadas o barras huecas de sección circular o cuadrada (efectuándose en este caso la inyección a través de las mismas), que tienen un diámetro comprendido entre 3 y 300 mm y longitudes entre 0,75 m y 30 m. La flexibilidad de la malla del manguito que envuelve a la barra permite el moldeado del anclaje a la forma de las cavidades que puedan existir en la masa interna de la obra de fábrica, proporcionando una fuerte unión mecánica y reteniendo los agregados constituyentes de la mezcla, permitiendo únicamente el filtrado de la lechada de cemento o cal que garantiza la unión química al soporte. La unión mecánica y química con la superficie de la perforación se produce en toda la longitud del manguito, ofreciendo una distribución homogénea de los esfuerzos en el elemento de obra de fábrica en el ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 43/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. que se ha introducido, lo que permite prescindir de chapas externas de anclaje, resultando ser un elemento exteriormente muy poco visible. 4.3.7. PRODUCTOS DE ALTAS PRESTACIONES PARA MODIFICAR HORMIGONES Y MORTEROS. Finalmente, hacemos una reseña acerca de una serie de productos muy especializados cuyo objeto es modificar las prestaciones de materiales de construcción convencionales para “transformarlos” en compuestos. 4.3.7.1. PRODUCTOS CON ADITIVOS POLIMÉRICOS. El fabricante Sika, que pertenece al grupo industrial suizo Sika Finanz A.G., líder mundial en el mercado de los productos químicos para el sector de la construcción, de la automoción y marino, ofrece una amplia variedad de productos que incorporan polímeros sintéticos en su composición. Básicamente pueden distinguirse: − Morteros predosificados para reparación y protección de elementos de hormigón armado, pasivación de armaduras o puente de adherencia: Morteros a base de cemento y resinas sintéticas (SikaTop® y SikaMonotop®); morteros a base de resinas epoxi o metacrilato (Sikadur®); morteros de proyección mecánica con resinas epoxi (Sikacem®). − Aditivos para la mejora de morteros y hormigones: Superplastificante a base de melaminas o copolímeros vinílicos (Sikament®); plastificante reductor de agua a base de polímeros modificados (Plastiment®); solución polimérica para hormigón bombeado (Sikapump®); productos de curado a base de resinas sintéticas (Antisol®). − Fibras de polipropileno multifilamento para el refuerzo de hormigones y morteros: (Sikafiber® y SikaCim®). − Adhesivos industriales para pegado rígido y elástico de materiales de construcción: Adhesivos a base de resinas epoxi (Sikadur®); adhesivos a base de resinas de poliuretano, copolímeros acrílicos o resinas sintéticas (Sikabond®). − Productos para protección e impermeabilización de elementos constructivos: Revestimientos elásticos a base de copolímeros para impermeabilización in situ (Sikafill® y SikaLastic®); resinas acrílicas en dispersión acuosa como regulación y tapaporos en morteros y hormigones (Sikaguard® y Sikagard®); pintura a base de reina epoxi (Colmasol®). − Productos de sellado de juntas: Masillas de poliuretano (Sikaflex®); masillas de siliconas (Slkasil®), masillas de resinas acrílicas (Sikacryl®) y cintas de PVC para estanqueidad de juntas. La aplicación mecánica de morteros de reparación puede ser por vía seca, que se recomienda en grandes superficies donde el acabado, conservación de polvo y producción de ruido no tienen mucha importancia, o por vía húmeda, la cual es aconsejable en espacios confinados y cuando se requiere un buen acabado, si bien requiere un puente de adherencia o imprimación. Para la aplicación mecánica por vía seca pueden emplearse microhormigones modificados con polímeros y humo de sílice, mientras que para la vía húmeda, morteros cementosos monocomponentes modificados con polímeros y humo de sílice, ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 44/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. así como un puente de unión a base de cemento y resinas epoxi. Posteriormente se han de aplicar productos para el acabado y sellado. La aplicación mecánica de morteros de reparación tienen como ventajas que se puede utilizar en estructuras en uso incluso con cargas dinámicas y mejora los rendimientos y la durabilidad del sistema de reparación, por lo que es mas recomendable frente a la aplicación manual, cuando las condiciones medioambientales lo permitan. 4.3.7.2. FIBRAS DE POLIPROPILENO. El fabricante Satecma comercializa una interesante gama de productos a base de fibras de polipropileno, aptos para ser agregados a hormigones o morteros de matriz cementicia. La gama de productos comprende los siguientes: − Fibermesh®: Son fibras fibriladas e imprimadas para eliminar las fisuras por retracción de las masas en estado plástico de hormigones o morteros, pudiendo sustituir a las mallas electrosoldadas antifisuras. Se aplican en soleras, forjados y capas de compresión, armados de suelos y en elementos prefabricados como tubos, bordillos, celosías y jardines. − B-Stratos 6/20®: Son fibras fácilmente dispersables que ayudan a eliminar las fisuras por retracción en enfoscados y enlucidos de yeso (6 mm de longitud), o en pavimentos de hormigón residenciales e industriales de 15 a 30 cm de espesor (las de 20 mm de longitud). Características: mayor resistencia a ácidos y sales que el acero, resistencia a los álcalis de1 cemento, alta resistencia a la tracción e hidrófugas. − Sat Fiber®: Son fibras fibriladas de alta tenacidad y excelente adherencia a la matriz cementicia del hormigón. Refuerzan capas de hormigones y morteros de hasta 7 cm de espesor evitando su fisuración. − Sat-Fils®: Son fibras que eliminan la fisuración en morteros de cemento para recrecido de suelos. 4.4. APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS A LOS SISTEMAS CONSTRUCTIVOS DE LOS EDIFICIOS. Los materiales compuestos también se utilizan progresivamente con un marcado carácter arquitectónico tanto en la construcción de edificios de nueva planta como en la rehabilitación de los edificios existentes. Los sistemas constructivos de los edificios en los que en la actualidad se están aplicando materiales compuestos son los siguientes: 4.4.1. ELEMENTOS PARA CUBIERTAS. Los materiales compuestos se utilizan en la fabricación de elementos tales como placas o paneles para la construcción de cubiertas de edificios, debido a sus buenas propiedades tales como resistencia mecánica y baja densidad, que pueden tener cualquier forma o dimensión y que pueden ser translúcidos. A partir de 1956, una primera aplicación fue la fabricación de placas translúcidas que permiten la iluminación natural en los edificios industriales. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 45/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Luego, se han incorporado progresivamente otras aplicaciones que continúan todavía desarrollándose, para la iluminación natural, para la cobertura de grandes espacios o para la impermeabilización de cubiertas. También, la fabricación de telas casi exclusivamente de materiales compuestos, para cubiertas textiles. Los elementos de materiales compuestos tales como las placas planas y onduladas simples con posibilidad de montar sistemas sándwich, y los paneles sándwich de pieles de poliéster o viniléster reforzados con fibra de vidrio permiten construir cubiertas ligeras, tanto planas como inclinadas. Estos elementos tienen la resistencia mecánica necesaria para las cargas que deben soportar, y proporcionan el necesario aislamiento térmico y acústico. Existe una aplicación de elementos de cubierta, que mezcla PVC con material compuesto de poliéster reforzado con fibra de vidrio. Este tipo de cubierta no está íntegramente formada por materiales compuestos, pero utiliza elementos plásticos aprovechando sus buenas propiedades ante la corrosión, la intemperie, y aislantes. En casos en los que la resistencia mecánica deba ser muy elevada, esta aplicación resulta complicada e inadecuada, y además aumenta considerablemente su coste. Por otra parte, el hecho de usar PVC conlleva asumir problemas medioambientales, es por ello que los fabricantes están estudiando la posibilidad de sustituirlo manteniendo el sistema de trabajo. Figura 1-76. Elementos de cubierta de PVC y material compuesto de matriz de poliéster reforzada con fibra de vidrio. La aplicación de materiales compuestos para cubiertas flexibles, debido a su ligereza y fácil colocación, es muy adecuada en la construcción de carpas que deban cubrir grandes superficies con pocos puntos de apoyo, por ejemplo: graderíos de recintos deportivos, etc. También cabe mencionar la aplicación de láminas impermeabilizantes de materiales compuestos de matriz polimérica, generalmente de PVC o similar, reforzada con fibras, actualmente bastante utilizados en impermeabilizaciones de cubiertas, que ofrecen buenas propiedades frente al agua, de elasticidad y buenos resultados de su técnica de colocación. La compañía CertainTeed fabrica el producto Symphony®, que son tejas de pizarra de material compuesto polimérico que replican el aspecto de la pizarra natural, siendo más ligeras y más duraderas que la propia pizarra. Los formatos ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 46/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. disponibles tienen anchos de 6 a 12 pulgadas (15.2 a 30.5 cm) y son de tres mezclas de colores resistentes a la decoloración. Las tejas se pueden adaptar bien en la sustitución de cubiertas inclinadas de edificios históricos y monumentos, con menor costo de instalación que las tejas de pizarra natural. Figura 1-77. Cubierta inclinada de tejas de material compuesto polimérico, fabricado por CertainTeed. 4.4.2. ELEMENTOS PARA FACHADAS. Los materiales compuestos también se utilizan en la construcción de fachadas, pues tienen las siguientes ventajas: buena resistencia mecánica, buena estabilidad química y térmica, resistencia a la intemperie, bajo peso, poco peso transmitido a los elementos estructurales, manipulación sencilla y requiere poco mantenimiento, además de las posibilidades que da el moldeo y la capacidad de coloración y texturizado, que facilita la fácil reproducción de formas arquitectónicas tradicionales. Existen en el mercado varios tipos de paneles de materiales compuestos aptos para construir fachadas, y también, para construir particiones interiores. Un producto ya conocido, son los paneles de hormigón reforzado con fibras de vidrio AR, que no se debe confundir con los paneles de cemento reforzado con fibras de vidrio (GRC). Varios fabricantes ofrecen paneles sándwich de placas protectoras onduladas y planas muy similares a las metálicas, de matrices de resina isoftálica de poliéster o de viniléster reforzadas con fibra de vidrio, adheridos a núcleos de poliestireno expandido, de poliuretano, de policloruro de vinilo, o de nido de abeja, para aplicaciones especiales tales como: edificios modulares, locales de procesado de operaciones químicas, protección de equipos eléctricos, protección de antenas de radio o televisión (al ser transparentes a las emisiones electromagnéticas), etc. Estos paneles incorporan una película protectora, que mejora sus resistencias a la intemperie, a la corrosión, y a los rayos ultravioleta. La resistencia a los agentes climatológicos puede ser mejorada mediante su pintado superficial con pintura de poliuretano. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 47/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Figura 1-78. Paneles sándwich de núcleo ligero y piel lisa de material compuesto. Figura 1-79. Paneles sándwich de piel ondulada de material compuesto y núcleo ligero. El holding industrial Etex, con sede en Bruselas (Bélgica), está especializado en la fabricación de paneles para revestimiento decorativo de fachadas ventiladas. Comercializa la línea de productos Natura Pro®, que son paneles prensados de matriz cementicia reforzada con fibras de PVA, acabados con una lamina acrílica transparente por su cara vista, que le da resistencia química y frente a las manchas, así como con otro revestimiento acrílico anti-humedad en su cara posterior. Está disponible en cuatro colores en masa con varios colores superficiales semitransparentes. Admite varios sistemas de montaje. Las primeras obras representativas se muestran a continuación: ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 48/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. Figuras 1-80 y 1-81. Centro Parish en Dunshaughlin, Irlanda. Figura 1-82. Vivienda unifamiliar en Stavelot, Bélgica. Figura 1-83. Edificio de oficinas Zero-Energy, en Heusden Zolder, Bélgica. Figura 1-84. Guardería en Bremen, Alemania. Figura 1-85. Fabrica en San Jose de Marchigüe, Chile. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 49/205 I. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA CONSTRUCCIÓN. producto efectiva a lo largo de todo su ciclo de vida, así como paneles para revestimientos de techos y paramentos 175 R3®, son resistentes a la humedad, hongos e insectos. Sus colores estándar son marrón, gris y gris plata, pudiéndose suministrar otros colores bajo pedido. 4.4.6. OTROS ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS. Además de los antes mencionados, con los materiales compuestos se fabrican una diversidad de productos de utilidad para la construcción de edificios, tales como: − Membranas geotextiles. − Revestimientos decorativos de suelos, paredes, techos, etc. − Elementos para instalaciones de los edificios (tubos y sus accesorios, aparellaje eléctrico, aparatos sanitarios, cuartos de baño integrales, etc). − Mobiliario (de plástico reforzado y de materiales compuestos de vidrio y cemento) y elementos funcionales y decorativos de los edificios (puertas, persianas, buzones, cajas de medición, adornos, etc.). − Elementos para urbanización (piscinas prefabricadas y depósitos, guardarraíles, soportes para señalización de carreteras, postes y crucetas para distribución de corriente eléctrica, etc.). − Elementos de protección colectiva para la seguridad en las obras de construcción, etc. Todos ellos poseerían unas propiedades tales como: bajo peso, resistencia a la corrosión, resistencia a los golpes, fácil instalación, diversidad de formas, acabados y colores, baja conductividad térmica y aislamiento acústico, propiedades normalmente superiores a las que tienen sus equivalentes fabricados con materiales convencionales. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 56/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. 1. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS DE CARÁCTER MONUMENTAL. 1.1. JUSTIFICACION DE LA NECESIDAD DE INTERVENIR EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. La sociedad actual se preocupa por la calidad de sus edificios y de sus espacios urbanos así como por el confort de sus usuarios. Las exigencias de calidad y confort son exigibles tanto a los edificios de nueva planta como a los históricos. Estos últimos, lo usual es que no cumplan las exigencias de calidad exigidos actualmente por la normativa de obligado cumplimiento en la edificación, en cuanto a requisitos básicos de seguridad de utilización, higiene y salubridad, ahorro de energía, y, lo que es mas grave, que en algunos casos, tampoco cumplen los requisitos mínimos de seguridad estructural. NOTA: También existen, sobre todo en España, muchos edificios construidos hace algunas décadas, especialmente entre los años 1950 y 1980, que, no considerándose antiguos, sin embargo padecen un envejecimiento prematuro, porque fueron construidos con un ritmo muy acelerado, con una falta de calidad material y con práctica ausencia de inspección y de mantenimiento periódicos de los mismos. En los últimos años ha crecido notablemente la inversión en las operaciones de intervención arquitectónica en los edificios históricos y sus entornos urbanos con respecto a las de construcción de edificios de nueva planta y de creación de nuevas áreas urbanas. Conforme los edificios van envejeciendo y van aumentando las limitaciones económicas, de disponibilidad de suelo urbanizado y de recursos materiales para la construcción de edificios de nueva planta, la intervención arquitectónica ha ido tomando creciente importancia. La evolución de la civilización ha llevado a que las arquitecturas antiguas frecuentemente caigan en el olvido o en desuso, con las contadas excepciones de los monumentos, y que sólo sobreviven aquellos edificios históricos que se utilizan. Precisamente radica aquí una de las principales diferencias de la arquitectura en relación con las demás bellas artes, su utilidad. La sociedad ya es consciente de la importancia y responsabilidad que supone la conservación de los edificios históricos, basadas en razones como el mantenimiento de un patrimonio edificatorio heredado, el reconocimiento de su valor histórico-artístico, y las exigencias psíquico-físicas como la necesidad de un mayor bienestar personal. La construcción de edificios de nueva planta ha de responder, en su concepción, a criterios considerados válidos socialmente. La intervención arquitectónica en los edificios históricos se ha de plantear como una alternativa válida a aquella (sin olvidar la importancia de su integración en su propio entorno urbano), que puede enfocarse bajo tres puntos de vista: − Mediante la RESTAURACIÓN, opción sólo razonable en contadas ocasiones, para edificios históricos con carácter monumental o de gran valor históricoartístico, que son representativos de una época, en los que no sea admisible ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 57/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. alterar su configuración arquitectónica primitiva, ni sus usos y funciones primitivos, dado que además suelen tener un alto grado de protección legal. − Mediante la REHABILITACIÓN, opción mas habitual para edificios de discreto valor histórico-artístico, en los que aunque no sea posible alterar su configuración arquitectónica, si sea posible la recuperación de sus usos y funciones primitivos. − Mediante la REFORMA, opción mas habitual para edificios de escaso o nulo valor histórico-artístico, en los que si sea posible alterar tanto su configuración arquitectónica, como su adecuación a nuevos usos y funciones. − Mediante la RECONSTRUCCIÓN que conlleve la sustitución o reinvención de determinados elementos constructivos originales o de partes completas del edificio. De todas las opciones, esta última es la más radical. Intervenir en un edificio histórico exige una fina búsqueda para ofrecer a sus nuevos usuarios lo mejor del mismo, leído desde nuestra cultura arquitectónica actual, si bien interpretado por el reconocimiento de las anteriores culturas arquitectónicas que pasaron por él y, sobre todo, de aquella en la que se construyó. También exige unos conocimientos muy concretos y especializados sobre el comportamiento de los materiales de construcción antiguos y de los sistemas constructivos en desuso, sobre los que se debe actuar con sensibilidad y eficiencia técnica para prolongar su vida útil. NOTA: En este contexto, es muy importante la intervención de técnicos especializados en los procesos que conlleva la intervención arquitectónica en los edificios, sobre todo cuando pertenecen a conjuntos con valor histórico-artístico, y la intervención urbana de sus entornos. Estos deben trabajar con la finura de un intérprete, pues deben transmitir para las gentes de su propia época y de su misma cultura arquitectónica, la sensibilidad arquitectónica y, al menos, un atisbo de los valores ambientales con los que fueron concebidos dicho edificios. También han de tener la formación y los criterios necesarios que los capacite como especialistas en la materia y que estén preparados para desarrollar la tareas de redacción de informes, de redacción de proyectos de intervención arquitectónica y urbana, de dirección técnica de las mismas y de gestión ejecutiva de todo el proceso. Todo edificio tiene su propio periodo de vida útil, durante el cual presta el servicio adecuado y para el que fue concebida. Sin embargo, cabe cuestionarse: − ¿En que momento puede establecerse con claridad que no da la utilidad debida? − ¿Es suficiente para ello su consideración de ruinoso o simplemente obsoleto? Antes de proyectar una intervención arquitectónica, se ha de realizar siempre un estudio previo riguroso que analice el edificio objeto de la misma, que fundamente la respuesta a las siguientes tres cuestiones concatenadas, fundamentales para el buen término de ésta: − ¿Qué grado de relevancia tiene su valor histórico-artístico? − ¿Qué grado de intervención arquitectónica es posible técnicamente? − ¿Que grado de intervención arquitectónica es viable económicamente? Dado que un grado de intervención arquitectónica es indicativo de su amplitud (reparación, refuerzo, restauración, rehabilitación, reforma, reconstrucción), consideramos que su elección vendrá condicionado por una serie de aspectos que vienen previamente dados por el edificio, y que son: • Su carácter arquitectónico, que se refleja en los materiales de construcción que lo componen, los sistemas constructivos que lo integran, las lesiones constructivas que padece, etc. El carácter arquitectónico de todo edificio histórico se refleja en un sistema de valores y métodos para afrontar el hecho constructivo, mostrando ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 58/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. técnicas de obtención, manipulación y puesta en obra de diversos materiales de construcción posibles, y una extensa disposición de texturas, dimensiones y colores con que se enfatiza tanto la interpretación sensitiva del material como su aportación al uso previsto y su valor icónico de representación, en un determinado estilo arquitectónico. • Su diseño constructivo, que muestra la forma de como resolver y aprovechar a favor la acción de la gravedad, y el modo de tratar los materiales, vistos simultáneamente como una paleta de recursos técnicos y como una teoría de valores simbólicos, específicos de la cultura que cada estilo arquitectónico expresa. • Las condiciones técnico-económicas disponibles, para el grado de intervención arquitectónica pretendido, con independencia de que sea promovido por la iniciativa privada o por la pública. 1.2. LA SOSTENIBILIDAD DE LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. La intervención arquitectónica en los edificios históricos inevitablemente ha de compatibilizarse con el discurso humano y civilizador, necesidad derivada tanto de los fuertes contrastes económico-culturales del planeta, como de la degradación del ecosistema planetario por el progreso explotador ilimitado, y sus repercusiones, ya avanzadas, en el cambio climático del planeta con sus sucesivas secuelas, lo que requiere que esté orientada prioritariamente hacia la sostenibilidad. Por ello, estamos de acuerdo con la idea de que la intervención arquitectónica en los edificios históricos es una actividad sostenible por sí misma, ya que se invierten menos recursos en restaurarlos, rehabilitarlos o reformarlos que los que se invierten en la construcción de los de nueva planta. Pero desde una dinámica de economizar recursos limitados, dicha actividad debe controlarse para alcanzar nuevos conceptos de mayor eficiencia energética de los edificios, aminoración de la contaminación ambiental, garantía de la calidad de vida actual y mejor administración de los recursos, frente a conceptos tradicionales de contención de la degradación, conservación del patrimonio edificatorio, u obtención de mayor confort. La nueva mentalidad sostenible entra en conflicto con la tradicional mentalidad capitalista y consumista, que se apoya en un concepto de progreso ilimitado. Esta situación provoca que sea difícil el introducir a los potenciales promotores y propietarios de edificios en una dinámica orientada a preservar los actuales recursos, que son limitados, para su disfrute por las generaciones futuras, si bien, en este sentido, se aprecian ya iniciativas en el ámbito público. Por una parte, la aplicación de medidas de sostenibilidad en la intervención arquitectónica en los edificios históricos resulta inevitablemente mas costosa económicamente, por su carácter revolucionario con respecto al proceso económico productivo actual, lo que conlleva que generalmente sean desestimadas. Por otra parte, las ordenanzas de protección de la edificación inherentes al planeamiento, a veces impiden, por criterios estéticos, la alteración apreciable de la configuración arquitectónica de los edificios históricos que inevitablemente conlleva la efectiva aplicación de medidas de sostenibilidad, como por ejemplo, cambios de carpinterías y acristalamientos tradicionales por otros más eficientes desde el punto de vista del ahorro energético, controles ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 59/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. mecánicos exteriores del soleamiento, instalación de paneles de captación de energía solar y otros sistemas sobre fachadas y cubiertas, etc. El Código Técnico de la Edificación, en parte como materialización de una nueva política medioambiental y sostenible promovida por la Administración Pública Estatal, ya obliga a adoptar medidas de sostenibilidad, centradas tanto en el ahorro energético como en la utilización de la energía solar en los edificios de nueva planta, pero para la intervención arquitectónica en los edificios históricos sólo las exige en operaciones equivalentes a la sustitución y a partir de cierto volumen edificado, y siempre que el grado de protección asignado a éstos no lo impida, con lo que solo supondrá una aplicación en contadas ocasiones. Incluso con proyectos experimentales concretos para poder aplicar diferentes recursos disponibles actualmente en el campo de la sostenibilidad, con la incorporación de sistemas especializados que permitan la evaluación directa de costos y rendimientos, con la finalidad de aplicar estas medidas con carácter general. Por tanto, hay que evolucionar desde la intervención arquitectónica de carácter conservadora a la de carácter revitalizadora, es decir, más comprometida con una mayor calidad y eficiencia de los edificios históricos y de los espacios urbanos intervenidos. Esta dinámica hará que la actividad de la construcción sea más ecológica y sostenible que lo que es actualmente, en beneficio de las nuevas generaciones. No obstante, sigue siendo necesaria una gran tarea de concienciación de los agentes intervinientes en el proceso de la edificación, mediante la redefinición de los sistemas constructivos, de la normativa aplicable, de las formas de gestión, de la difusión y participación y de otros aspectos que sean precisos, para así conseguir que las intervenciones arquitectónicas sostenibles se generalicen. 1.3. EL MÉTODO DE RESTAURACIÓN OBJETIVA. En este trabajo pretendemos replantear las bases de una metodología general para la intervención arquitectónica en los edificios del patrimonio histórico arquitectónico. Para ello, Tomamos como punto de partida el denominado método de restauración objetiva, un procedimiento integral de proyecto, que abarca desde la génesis de la definición de monumento y sus estudios previos hasta su proyecto de intervención, su uso y las previsiones de su futuro. Este método, con cuyo contenido y desarrollo estamos de acuerdo, supuso un salto sustancial en el entendimiento de la intervención en los edificios históricos, en España. La flexibilidad de los criterios en función de los objetivos obliga a precisar con el máximo rigor éste método para garantice la corrección científica de su procedimiento. NOTA: Este método fue propuesto y desarrollado Antoni González Moreno-Navarro, director del Servicio del Patrimonio Arquitectónico Local de la Diputación de Barcelona y ha sido gdado a conocer en el ámbito académico a través de su respectiva publicación.. 1.3.1. PRINCIPIOS BÁSICOS. Los principios básicos en que se fundamenta el denominado método de restauración objetiva son los siguientes: • En primer lugar, la comprensión y valoración equitativa de los tres aspectos ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 60/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. que contempla el concepto de monumento: el documental, el arquitectónico y el significativo o emblemático. También la aceptación del concepto de autenticidad tal como se ha comentado antes. • En segundo lugar, ese principio elemental en todos los órdenes de la actividad humana, a menudo olvidado, la necesidad de adecuar los medios a los fines. Los fines u objetivos, que deben responder siempre al interés social, se definen en función de los tres aspectos que contempla el concepto de monumento, de sus circunstancias y del entorno socio-cultural e histórico o coyuntural de la actuación, razón por la cual, los medios, que participan de una doble vertiente científica y creativa, son elegidos en función de su eficacia para alcanzar los objetivos, teniendo en cuenta siempre los recursos disponibles. • Por último, como tercer principio, la aceptación de la universalidad del propio método de restauración objetiva, pero no del criterio de actuación, que debe ser definido en cada caso. 1.3.2. FASES DEL METODO DE RESTAURACIÓN OBJETIVA. El método de restauración objetiva basado en estos tres principios distingue tres grandes fases de la actuación en un monumento: • El CONOCIMIENTO PREVIO. • La REFLEXIÓN, en cuanto a la determinación de fines, medios y criterios. • La INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA propiamente dicha. Tres fases cuya esencia es ésta: cuanto mayor es el CONOCIMIENTO PREVIO, más objetiva podrá ser la REFLEXIÓN y más ajustada (es decir, más eficaz con menos esfuerzo) será la INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA. • La fase de CONOCIMIENTO PREVIO comprende dos etapas; La primera es la de ANÁLISIS DOCUMENTAL Y PREDIAGNÓSTICO, en la que, a partir de los primeros análisis de la información ya existente, se plantea el alcance y profundidad que debe tener la segunda, que es de ANÁLISIS FISICO-CONSTRUCTIVO Y DIAGNÓSTICO DEFINITIVO. Por tanto, esta primera etapa es una etapa importantísima con vistas a evitar despilfarros económicos y a permitir una mayor eficacia de la siguiente etapa. • La fase de REFLEXIÓN comprende una tercera etapa de análisis de los objetivos, los recursos disponibles y los criterios, soluciones terapéuticas y medios materiales a emplear en la restauración y conservación del monumento, una vez conocido en profundidad. • La fase de INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA, comprende una cuarta y quinta etapas, que se corresponden con la redacción del proyecto de restauración monumental, la ejecución de las obras de restauración monumental y otras tareas accesorias, como la difusión pública de los trabajos realizados para el fomento de la participación de la colectividad. 1.3.3. LA FASE DE CONOCIMIENTO PREVIO. La fase de CONOCIMIENTO PREVIO, se concreta en una serie de análisis que contemplan los tres aspectos del concepto de monumento: el documental, el arquitectónico y el emblemático. Estos son: ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 61/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. • El ANÁLISIS DOCUMENTAL Y PREDIAGNÓSTICO sobre el monumento: Es el aspecto básico de la fase de CONOCIMIENTO PREVIO. Comprende, como mínimo, la realización de los siguientes estudios: − El ESTUDIO HISTÓRICO: Es el que pretende el conocimiento del monumento como documento histórico en sí mismo. Comprende los estudios que se basan en el análisis de todo lo relacionado con el propio monumento, tales como los de arqueología y de las demás ciencias concurrentes (numismática, ceramología, antropología física, dendrocronología, etc.). − El ESTUDIO DOCUMENTAL: Es el que persigue el conocimiento del monumento a partir de la documentación escrita, gráfica, fotográfica u oral relativa al mismo, y conjuntamente los conocimientos que pueden aportar la historia del arte o la historia de la construcción. Ambos no son, naturalmente, estudios estancos, sino que deben relacionarse entre sí para contrastar la información que cada uno proporciona. • El ANÁLISIS FISICO-CONSTRUCTIVO Y DIAGNÓSTICO DEFINITIVO sobre el monumento: Es el análisis del monumento como objeto material de su realidad física en el presente, aparentemente al margen de su carácter histórico, entendido éste como sistema constructivo, constituido por diversos subsistemas, elementos, fábricas y materiales de construcción que lo conforman. Comprende, como mínimo, la realización de los siguientes análisis: − El ANÁLISIS DEL ESTADO DE CONSERVACIÓN. − El ANÁLISIS DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL. − El ANÁLISIS FUNCIONAL. El ANÁLISIS FÍSICO-CONSTRUCTIVO conviene realizarlo después del ANÁLISIS DOCUMENTAL, ya que el segundo puede aportar muchos datos que faciliten la comprensión de esa realidad físico-constructiva. No ya por los datos cronológicos del monumento, sino por aquellos datos que pueden explicar, por ejemplo, la patogénesis, el origen de los daños, en el mismo. En particular, los trabajos de análisis de seguridad estructural, deben programarse y realizarse coordinados en la fase de CONOCIMIENTO PREVIO. Para plantear eficazmente el ANÁLISIS FÍSICO-CONSTRUCTIVO en general y el ANÁLISIS DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL en particular, es imprescindible: − Interrelacionar todos los conocimientos relativos al monumento, tanto los de carácter físico-constructivo, (entre los que se incluye los del análisis de seguridad estructural), como los de carácter histórico y documental. − Contemplar la realidad física y material del monumento desde una mentalidad constructiva lo más próxima posible a la de la época en que fue construido, obviando la actual mentalidad analítica que tiende en exceso al análisis fragmentario de esa realidad. La cultura constructiva actual difícilmente es útil para la comprensión de la mayor parte de los monumentos existentes. Las pautas mentales generadas por la industrialización, la aplicación de normas de construcción pensadas para su aplicación a edificios de nueva planta, o la disociación de los conceptos constructivos de estructura y de cerramiento, de durabilidad y de estabilidad, y otras muchas que han permitido evolucionar positivamente a la cultura arquitectónica actual, impiden sin embargo comprender la realidad del comportamiento de los edificios históricos. No se niega con ello la validez de la ciencia y la técnica actuales, que al contrario, están dotadas de una vigencia intemporal útil para la comprensión del pasado, pues está claro que los métodos actuales sirven como técnicas de análisis de la realidad material ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 62/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. de los edificios históricos, o para desarrollar sofisticadas soluciones terapéuticas de consolidación, pero la cultura en la que están inmersos es inservible en si misma para entenderlos. 1.3.4. LA FASE DE INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA. La fase de INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA se concreta en: • La elaboración del PROYECTO DE RESTAURACIÓN MONUMENTAL. • La ejecución de las OBRAS DE RESTAURACIÓN MONUMENTAL. 1.4. CRITERIOS DE RESTAURACIÓN DE MONUMENTOS. Como ya es sabido y aceptado, los técnicos de las obras de restauración, a lo largo de los últimos tiempos, han venido dividiendo entre tres distintas filosofías sus criterios de intervención arquitectónica en lo que se refiere al aspecto final de los monumentos intervenidos, tal y como se expone a continuación: • Unos autores propugnan la repetición exacta de los acabados y de las fábricas originales con la más absoluta fidelidad, incluso en lo tecnológico y en lo procedimiental. Ello da lugar a un aspecto que se corresponde (aunque, como es natural, sólo materialmente) con la realidad constructiva del pasado. Se crea un pastiche integral que, por su obviedad y general conocimiento, no suele ser disimulado. Como ejemplo de lo anterior, en el siglo XIX, el arquitecto Viollet-le-Duc dirigió una amplia restauración de la muralla y de las torres de la ciudad histórica de Carcasona, así como del castillo que contienen, en la cual adoptó decisiones polémicas tales como la modificación de la propia estructura de las torres tanto de la muralla como del castillo, que en vez de estar rematadas por una terraza como es propio de la región, fueron cubiertas por una tejados recubiertas de pizarra oscura, material de cobertura que está siendo sustituido por la tradicional teja cerámica de color ocre. Figura 1. Vista del espacio entre las dos murallas (liza o intervallum) de la ciudad histórica de Carcasona, restauradas por Viollet-le-Duc, en los tejados ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 63/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. de las torres se aprecia el uso de pizarra, la cual está siendo sustituida por teja cerámica de color ocre. NOTA: Desde el primer momento de inicio de los trabajos de restauración, Viollet-le-Duc recibió fuertes críticas por parte de sus contemporáneos. De estas caben destacarse las del historiador y político Hippolyte Taine o las del escritor y político Nicolas-Louis François de Neufchâteau. Otras críticas, referidas a detalles menores, han sido expresadas a lo largo del tiempo. Las críticas de Taine estuvieron especialmente referidas a un punto de vista romántico de la restauración, pues defendió que las partes del conjunto monumental que se encontraban en ruinas no debían ser reconstruidas, ya que ello privaría a la ciudad histórica de Carcasona de buena parte de su encanto. François de Neufchâteau, cuestionó el estilo de la propia restauración, que llevan indudablemente la impronta personal de Viollet-le-Duc y su concepción mental de lo que debe ser un castillo o una fortaleza, por aproximarla a un una reinterpretación decimonónica del estilo gótico. No obstante, con independencia de las críticas acumuladas a lo largo de dos siglos, debe destacarse que la visión personal de Viollet-le-Duc ha posibilitado la actual y coherente imagen del monumento, con independencia de que los detalles de la restauración posean mayor o menor fidelidad a la historia. • Otros autores rematan sus intervenciones con unos acabados que imitan el aspecto final de los sistemas constructivos originales, cuya apariencia externa de época no se corresponden con la realidad de un substrato reconstructivo resuelto con tecnologías actuales. Mediante los revestimientos (chapas, tablas, placas, plaquetas, tiras, tacos, pastas adecuadamente tratadas, pinturas, etc.) forman una especie de "piel" que cubren y disfrazan las fábricas hechas con técnica actual. Se crea un pastiche parcial que, generalmente, no es explícitamente confesado. Ejemplo es el Alcázar de Toledo, que tras ser casi derruido por un asedio republicano durante la guerra civil Española de 1936-39, fue reconstruido y restaurado siguiendo las trazas diseñadas en la época del emperador Carlos I y Felipe II, operaciones que finalizaron en 1961. Figuras 2-1 y 2-2. Vistas del Alcázar de Toledo, en las que se aprecian los distintos estilos arquitectónicos de sus fachadas. • Otros, finalmente, intervienen conforme a unas teorías más al uso actual y, además de aplicar soluciones tecnológicas vigentes, contemporáneas y aún de la más rabiosa actualidad, rematan sus obras con unos acabados cuya presencia es intencionadamente manifestada. Declaran limpiamente, e incluso acentúan, la ubicación y la extensión de sus restauraciones. El acierto de estos autores consistirá en que la sinceridad de su intervención arquitectónica ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 64/205 II. LA INTERVENCIÓN ARQUITECTÓNICA Y LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL EN LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. vaya pareja con su acierto en la elección de la plástica final de los acabados. Como ejemplo, la restauración del Palacio de la Aljafería de Zaragoza, dirigida por Iñiguez Almech. Figura 2-3. Vista del Palacio de la Aljafería de Zaragoza Tal y como puede deducirse de lo antes expuesto a propósito de los criterios de restauración primero y segundo, hay un cierto número de técnicos que, cuando llevan a cabo restauraciones, actúan con una desmesurada reverencia hacia los aspectos puramente plásticos de los modelos preexistentes, que son imitados con un formalismo ausente de crítica. Por el contrario, en épocas pretéritas, las restauraciones solían atender primordialmente a devolver las funciones de los edificios, sirviéndose para ello de las técnicas y de las formas propias de aquellos tiempos en los que se estaban llevando a cabo dichas restauraciones. Es muy probable que este modo de actuar originase graves contrastes en el momento del final de las obras, pero tales contrastes acababan siendo aceptados y asumidos por todos. Hoy día, las innegables discrepancias plásticas de esas indisciplinadas restauraciones, ya notablemente alejadas en el tiempo, se perciben mucho más diluidas, porque el observador actual capta más los factores culturales y compositivos profundos y comunes, por encima de los matices de detalle. Así sucede con los cuerpos de coronación de la Giralda de Sevilla, con el cimborrio de la Catedral de Burgos, etc. Por ultimo, decir que ante la restauración de un edificio histórico, sobre todo si tiene un desarrollo volumétrico importante, es preferible conservar y recuperar sus configuración arquitectónica original (volúmenes, proporciones, ritmos, etc,) antes que reproducir detalles cuya buena calidad va a ser muy difícil conseguir, tanto por la imposibilidad de una comunicación espiritual entre el autor de la obra inicial y el técnico de la restauración como por la simple pérdida de aptitudes artesanas de la mano de obra actual. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 65/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Figuras 3-1 y 3-2. Detalles de aparejos de fábrica de sillares de piedra. Figuras 3-3 y 3-4. Detalles de aparejos de fábrica de mampuestos de piedra, sin vitolado de juntas. Figuras 3-5 y 3-6. Detalles de aparejo de fábrica de mampuestos de piedra, con vitolado de juntas. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 72/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Figuras 3-7 y 3-8. Doble arco y pilar circular de fábrica de ladrillo en el atrio del patio secundario. Santuario de Nuestra Señora de los Angeles, Jimena de la Frontera (Cádiz). Arcos y cúpula del crucero. Iglesia de Nuestra Señora de la Palma, Algeciras (Cádiz). Figura 3-9. Bóveda de cañón, con lunetos, de la nave principal. Iglesia de Santa Maria Coronada, San Roque, (Cádiz). Figura 3-10. Bóveda de cañón de sillería en la nave principal. Iglesia de Santa Catalina, Conil de la Frontera, (Cádiz). Figura 3-11. Bóvedas de crucería de la nave principal. Iglesia de Santa María la Mayor la Coronada, Medina Sidonia (Cádiz). Figura 3-12. Bóvedas de plementería de la capilla mayor y crucero. Santa María la Mayor la Coronada, Medina Sidonia (Cádiz). ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 73/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Figuras 3-13, 3-14 y 3-15. Bóvedas de plementería de la nave principal y detalles de arbotantes de sillería y de pináculo de los contrafuertes de la Iglesia parroquial de San Mateo, Tarifa, (Cádiz). Por otra parte, la madera ha sido históricamente, junto con la obra de fábrica portante, el otro material de construcción más utilizado en la construcción de estructuras de edificios históricos, fundamentalmente para elementos estructurales sometidos a flexión. Su uso se remonta desde los orígenes de la arquitectura hasta prácticamente finales del siglo XIX, habiendo sido utilizada de múltiples maneras, pues los constructores antiguos apreciaban sus cualidades tales como su ligereza, su facilidad de manejo, su trabajabilidad, su razonable durabilidad, y su disponibilidad, prácticamente en todas las latitudes, dada su adaptabilidad a cualquier clima. Los elementos estructurales de madera mas comunes que se suelen encontrar en los edificios históricos suelen ser de los siguientes tipos: porticos, forjados, cerchas, estructuras de cubierta de pares y nudillos, e incluso, una doble cúpula encamonada en el edificio del Oratorio de San Felipe Neri, Cádiz. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 74/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Figuras 3-16, 3-17 y 3-18. Detalles de entramados de madera en arquitectura popular. Forjados de viguetas de madera y ladrillo por tabla sobre alfarjías, en las galerías del patio principal de la Casa-palacio barroca en c/ Manuel Rances nº 14, Cádiz. Figuras 3-19 y 3-20. Interior del camaranchón y detalle de tirantes. Estructura de la cubierta de la capilla de la Compañía de Maria, San Fernando, (Cádiz). Figuras 3-21 y 3-22. Estructura de madera de la doble cúpula encamonada así como de la cubierta del Oratorio de San Felipe Neri, Cádiz. Figuras 3-23 y 3-24. Estructura de madera del cimborrio y de la cubierta sobre la nave principal. Iglesia de Santa Maria Coronada, San Roque, (Cádiz). ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 75/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Figuras 3-25 y 3-26. Detalle del pendolón y nudos de las cerchas de la estructura de cubierta de la Iglesia Parroquial de la Merced, (Cádiz). (se aprecian correas, alfarjías y tablero de cañizo). Figuras 3-27 y 3-28. Estado de las vigas de madera del camaranchón de la nave central, antes y despues de su intervención. Iglesia Parroquial de la Virgen del Rosario, Cádiz. 1.3. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS GENERALES. La obra de fábrica es un sistema constructivo cuya ejecución material es manual, que se configura a partir de la trabazón, conforme a ciertas leyes de traba, de diversas piezas sólidas rígidas de menor dimensión que el elemento de fábrica que se pretende construir, que se unen unas a otras mediante un material aglomerante, que suele ser un mortero, cuyas características de fluidez varían considerablemente en el tiempo, ofreciendo durante su puesta en obra una gran plasticidad, para que se adapte a las piezas, y permita conseguir la forma deseada del elemento de fábrica y, finalmente, endurecer y dar indeformabilidad a dicho elemento. El comportamiento mecánico de la obra de fábrica depende tanto de las piezas que la compone como del material aglomerante que las une. A pesar de la existencia de una gran variedad de obras de fábricas, todas ellas presentan algunas características mecánicas comunes, entre las que destaca la ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 76/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. prácticamente nula resistencia a tracción. Debido a ello, los elementos estructurales construidos con obra de fábrica, que tienen mejores capacidades resistentes, son aquellos que por su geometría consigan mantener a sus materiales constituyentes sometidos principalmente a estados tensionales de compresión simple o compuesta. Un muro de fábrica portante es un elemento arquitectónico que, morfológica y posicionalmente, posee un carácter plano vertical, esto es, que presenta dos de sus dimensiones, la longitud y la altura, con una clara predominancia sobre la tercera, transversal a las anteriores, denominada espesor. Normalmente cumple una función estructural, consistente en soportar las solicitaciones verticales y horizontales procedentes de otros elementos constructivos para transmitirlas a los elementos de cimentación, además de poseer otras funciones constructivas rcos o bóvedas bajo la acción sismo, viento, etc., o de otra tados tensionales de compresión compuesta os tales como distribución espacial, aislamiento, etc. La obra de fábrica portante puede desempeñar diversas funciones, tales como soportar la carga gravitatoria vertical de forjados o de cubiertas, además de su peso propio, recibir empujes normales a su plano o resistir empujes contenidos en su propio plano, debidos a esfuerzos transmitidos por otros elementos estructurales o al fallo del terreno en que se asientan. Estos empujes laterales pueden estar generados por el trabajo de a gravitatoria o por acciones de viento o sismo. Los edificios históricos construidos con estructuras de obra de fábrica portante bien diseñada, dimensionada y ejecutada, tienen un comportamiento relativamente coherente frente a las diversas solicitaciones mecánicas debidas a acciones tales como empujes del terreno, gravitatorias, índole (químicas, reológicas, térmicas, etc.). En los edificios históricos, los efectos de pandeo en los muros de fábrica portante normalmente no son críticos, debido al habitual gran espesor de los mismos, pero sucede lo contrario en los de edificios más modernos, en los cuales el espesor de éstos suele ser menor. Por lo general, los muros interiores soportan cargas poco excéntricas, hallándose fundamentalmente sujetos a estados tensionales de compresión simple, mientras que los muros exteriores o perimetrales se encuentran sujetos a es o, en algunos casos, de flexotracción. El comportamiento resistente de las estructuras de muros de fábrica portante ante acciones horizontales, depende fundamentalmente del trabajo de éstos en su propio plano, no obstante la estabilidad global de las mismas exige una adecuada interacción con otros elementos estructurales tales como paredes de arriostramiento, contrafuertes, forjados, armaduras de cubierta, etc., los cuales deben ser suficientemente rígidos para arriostrar de forma eficiente. Las cargas contenidas en el plano de los muros de fábrica portante producen tensiones de tracción según una diagonal principal, por ello y debido a la baja resistencia de la obra de fábrica, ésta suele fisurarse fácilmente. Las estructuras de muros de obra de fábrica de los edificios históricos, son hiperestáticas y tienen bastante capacidad de adaptación a nuevos estados de cargas y de deformaciones, pero sus materiales constituyentes suelen tener muy baja resistencia a los esfuerzos de tracción, frente a una muy alta resistencia a los esfuerzos de compresión, tanta que, muy extrañamente colapsan por agotamiento de ésta, y si ocurre, suele ser debido al deterioro de dich materiales o a la acumulación de tensiones en partes concretas de las mismas. La adaptación de las estructuras de muros de obra de fábrica a lo largo del tiempo provoca generalmente la aparición de grietas y fisuras, en las partes sometidas a esfuerzos de tracción, perdiendo además su capacidad de transmitir esfuerzos de compresión, que exige el contacto completo de los materiales constituyentes. Lo anterior, no significan que sean estructuras insuficientes o ineficaces, pues la existencia de grietas y fisuras, salvo casos claros, no ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 77/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. siempre es síntoma de colapso previsible, sino de la existencia de esfuerzos de tracción no resistidos, que normalmente se han convertido en esfuerzos de compresión en otras partes capacitadas para resistirlas. Éste es el mecanismo a adaptarse a nuevos y futuros estados de cargas y de condiciones contorno. se empezaron a desarrollar soluciones intos centros tecnológicos de países con tradición et al, Intervención en estructuras de madera. AITIM. resistente (con los valores de las propiedades mecánicas que ha posibilitado la pervivencia de los edificios históricos. Es necesario contar con un análisis patológico que a partir del estudio diacrónico -es decir, históricode las lesiones que existen actualmente y de las lesiones que hubieron en otros momentos, con respecto al estado original no lesionado del edificio histórico (que es la situación de referencia, pues en este sentido, resulta fácil admitir que éste fue construido sin lesiones), al objeto de determinar cómo han evolucionado y cuáles han sido sus sucesivas adaptaciones hasta la actualidad, así como la capacidad que pueda tener la estructura par de Con respecto a las estructuras de madera, decir que en el siglo XX, después de la Segunda Guerra Mundial, cuando Europa comenzó la reconstrucción de sus ciudades devastadas, aumentaron las intervenciones tales como la restauración y rehabilitación y la investigación en profundidad de los agentes que provocan la degradación de la madera, su comportamiento frente al fuego y a determinados esfuerzos mecánicos, por lo que terapéuticas para su recuperación. En la actualidad, se puede analizar y determinar la seguridad y la fiabilidad de las estructuras de madera antiguas, aunque hayan sufrido daños (por sobrecargas, por humedades debidas a la falta de mantenimiento y deterioro de las cubiertas o de las instalaciones, que habitualmente van acompañados de ataque de hongos ó insectos xilófagos, etc.), y esté afectada la integridad de la madera, pudiéndose determinar hasta que punto ésta necesita ser reparada o reforzada, dado que existen conocimientos suficientes gracias a estudios realizados en los dist constructiva en madera. Cabe reseñar las siguientes consideraciones contenidas en la publicación Arriaga Martitegui, Francisco Madrid 2002: En principio, la estimación de la capacidad portante no debería diferir del proceso por el que se define la resistencia de las piezas de madera nuevas. Conociendo la especie de madera y su calidad, es inmediata la asignación de una determinada clase correspondientes). Sin embargo, en la práctica esta labor es más complicada debido al hecho de que la estructura ya está colocada y no siempre es fácil de inspeccionar. Resulta sencilla la identificación de la especie, pero dudosa la determinación de la calidad; las piezas suelen estar parcialmente ocultas, lo que dificulta la inspección visual y, además, las normas de clasificación actuales están pensadas para escuadrías mucho menores que las utilizadas habitualmente en edificios históricos. Pero no todo son inconvenientes; normalmente el edificio a inspeccionar tiene una edad suficientemente elevada como para que su historial de cargas, a lo largo de su vida, represente una prueba de carga de gran interés y fiabilidad. El tiempo depura, con paciencia, todos los errores constructivos y estructurales que pudieran haber existido. La estructura que nos llega presenta una garantía de su validez, sin entrar a considerar los posibles daños de origen biótico. Pero el problema vuelve a aparecer cuando aplicamos la normativa actual de clasificación y de acciones a la estructura y se constata que no es válida, en clara contradicción con la realidad. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 78/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. El enfoque de la clasificación estructural de la madera para el proyecto de una obra nueva pretende definir el dimensionado de la estructura contando con un material nuevo a introducir en la obra. La utilización de valores característicos limitan la probabilidad de fallo a valores considerados razonables. Por el contrario, en una estructura existente sería posible, al menos en teoría, conocer con precisión la calidad y por tanto la resistencia de las piezas; es decir, la incertidumbre en el conocimiento del material desaparecería por lo que parece lógico que el planteamiento para la evaluación de la capacidad portante de la estructura difiera respecto al caso del proyecto s provoca el rechazo de las piezas, debido a la gran magnitud de las fendas. de obra nueva. La calidad de la madera desde el punto de vista resistente se evalúa en función de la cantidad y tamaño de los defectos presentes en las piezas (nudos, fendas, desviación de la fibra, etc). Esta evaluación se efectúa mediante una inspección visual de acuerdo con una norma de clasificación y aquí radica uno de los problemas antes comentados. Las normas de clasificación resistente que se emplean en la actualidad están, generalmente, pensadas para escuadrías que pueden encontrarse en el mercado. Estas escuadrías suelen abarcar gruesos de 35 a 100 mm y a un canto máximo de unos 300 mm. Si bien es cierto que algunas normas de clasificación incluyen o, al menos no descartan, las grandes ecuadrías, no existe suficiente experiencia en la asignación de una clase resistente. Un ejemplo claro de la dificultad de aplicación de estas reglas de clasificación se encuentra en la limitación de las fendas en la madera estructural; generalmente la aplicación de este criterio a la madera de grandes escuadría ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 79/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. 2. PLANTEAMIENTO DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS OBJETO DE ESTUDIO. 2.1. OBJETO DEL ANÁLISIS DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL. A diferencia de proyectar, que implica diseñar tomando decisiones, analizar (o peritar) es, en esencia, comprobar el cumplimiento de los requisitos de un proyecto definido, haya sido o no ejecutado, o de una obra de construcción. Analizar estructuras es comprobar el cumplimiento en éstas, de los denominados requisitos estructurales básicos, que son: • La ESTABILIDAD. • La RESISTENCIA MECÁNICA. • La RIGIDEZ o aptitud para el servicio. Mas en concreto, el análisis de una estructura tiene por objeto: • Comprobar el cumplimiento de los requisitos estructurales con suficiente nivel de seguridad. • Comprobar si son necesarias o no medidas correctoras, bien porque se proyecte un cambio de uso de la estructura, bien porque la seguridad pudiera ser insuficiente, o por aparición de síntomas patológicos relacionados con una insuficiencia o inadecuación del sistema estructural. Como ya se sabe, todo análisis de una estructura requiere, al menos: 1. La formulación de un modelo geométrico y la determinación de sus parámetros, tanto los de la sustentación como los relevantes para definir un cambio de forma. 2. La determinación de las acciones a considerar así como sus posibles combinaciones. 3. La caracterización de los materiales estructurales y de sus parámetros característicos. 4. La fijación de los márgenes de seguridad, en base a las circunstancias que los justifiquen. 5. La aplicación de métodos de análisis estructural para determinar: − Las relaciones entre las acciones y las solicitaciones. − Los cambios de forma en función de la rigidez de los materiales estructurales. − La estabilidad del sistema estructural. Los métodos de análisis estructural fundamental gozan de general aceptación y no han tenido cambios apreciables de base conceptual en el siglo XX y XXI, salvo en lo relativo al refinamiento y automatización del procesos y tratamiento de datos. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 80/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. 2.3. ENCAJE DEL ANÁLISIS DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL EN EL METODO DE RSTAURACIÓN OBJETIVA. El análisis de seguridad estructural de un edificio histórico es una labor exigente y compleja que surge de las especiales condiciones que conlleva intervenir en éste, por lo que necesariamente se ha de abordar desde la sensatez. Esta labor debe afrontarse mediante un proceso racional, que permita plantear si, efectivamente, la consolidación estructural es necesaria o si no lo es, y, en caso afirmativo, es fundamental la obtención progresiva de datos que permitan delimitar suficientemente las incertidumbres que deberá afrontar durante dicho proceso. Aún así y a pesar de poseer elevados conocimientos en la materia, se corren determinados riesgos intrínsecos, que hay que procurar tener controlados. El análisis de seguridad estructural no puede desvincularse del método de restauración objetiva, de A. González Moreno-Navarro, y explicado en el capitulo anterior, ya que dicho método de plantea en función de unos fines, medios y criterios analizados desde la compleja esencia (documental, arquitectónica y significativa) del edificio histórico y del conjunto de su problemática. Los aspectos esenciales a tener en cuenta al abordar el análisis de seguridad estructural, dentro del método de restauración objetiva, son los siguientes: • En primer lugar, hay que decidir razonablemente en que casos es necesario realizarlo, pues su aplicación indiscriminada puede retrasar el proceso de intervención arquitectónica, con los consiguientes efectos perjudiciales (En este sentido, conviene que no sean las empresas especializadas en la realización de análisis de seguridad estructural las mismas que prescriban su necesidad). • En segundo lugar, se ha de disponer de medios de análisis que permitan diagnosticar con facilidad, que tengan la mayor precisión posible, y que estén diseñados y adaptados pensando en su aplicación en los edificios históricos de mediana o pequeña complejidad por ser los más abundantes. El análisis de seguridad estructural pensado sólo para su aplicación a los de carácter monumental puede resultar ineficaz para el conjunto de la disciplina de la consolidación estructural. • Finalmente, hay que adoptar criterios de evaluación de la seguridad de estructuras construidas, que sean aplicables a los edificios históricos, y que obviamente han de ser diferentes a los que habitualmente se aplican a los edificios de nueva planta (que suelen ser de carácter normativo, ya que en éstos, los coeficientes de seguridad han de tener en cuenta la falta de certeza de la buena ejecución del edificio proyectado). En los primeros, la comprobación de su comportamiento real a lo largo de una dilatada historia es un elemento empírico importantísimo que puede permitir matizar los resultados obtenidos de los análisis de seguridad estructural. • Por último, el análisis de seguridad estructural no debe obligar a acciones que puedan ser contrarias a los objetivos y criterios obtenidos del método de restauración objetiva y que fundamentan la intervención en el edificio histórico, que, cuando incluya la corrección de lesiones constructivas y anomalías físico-materiales de su estructura, ha de tener en cuenta los aspectos documentales y significativos asociados a las mismas, las cuales quizá convenga mantener aparentes en éste, como aspecto informativo o, incluso conmemorativo. NOTA: Entendemos que si un edificio histórico va a ser objeto de cambio de uso o de una remodelación importante, su estructura deberá garantizar los requisitos estructurales básicos de seguridad de la normativa vigente, el Código Técnico de la Edificación. Los procedimientos teóricos de su comprobación quedan a criterio del técnico, que ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 81/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. mecánicas causadas por la existencia de fisuras y grietas en los elementos estructurales, a efectos de su comportamiento mecánico. Otras ventajas, asociadas con su difusión y popularidad, son la disponibilidad de una amplia variedad de paquetes analíticos, y que se ha ido desarrollando de una forma progresiva para materiales discontinuos, frágiles o unilaterales como la obra de fábrica y el hormigón armado, cuya aplicación requiere tener en cuenta algunas consideraciones específicas que particularizan su planteamiento, y en las que actualmente se centra la mayor parte de las investigaciones para dicho desarrollo. Los tres edificios históricos analizados en la presente tesis, poseen una generalidad de elementos estructurales característicos de este tipo de edificios. Su tamaño, de tipo medio, y su configuración arquitectónica con cierta sobriedad decorativa los hacen ideales para abordar su análisis estructural por el método de los elementos finitos, 2.5. PLANTEAMIENTO DEL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS EN EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. 2.5.1. LA MODELIZACIÓN Y DISCRETIZACION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES. El análisis estructural mediante el método de los elementos finitos, de un edificio histórico, requiere, en primer lugar, crear una macromodelización de su estructura, para luego obtener la simulación de su comportamiento mecánico y estructural, y a la vista de su resultado, decidir la adopción de las pertinentes soluciones terapéuticas de consolidación estructural. Los elementos arquitectónicos de comportamiento estructural de un edificio histórico, ya sea simple (muros, contrafuertes, vigas, etc) o complejo (arcos, bóvedas, cúpulas, etc.), si están constituidos por materiales continuos, pueden ser fácilmente discretizados por elementos finitos estandarizados, así: • Los muros, que generalmente constituyen la mayor parte del volumen de elementos estructurales a discretizar, tienen forma simple y paralelepipédica y pueden ser discretizados con elementos finitos de tipo “shell 2D ó 3D”, con simulaciones de densidades o inercias variables, o también con elementos finitos de tipo “brick 3D”, simples y de tamaño apreciable. Pueden haber partes críticas y singulares de los mismos presentes alrededor de aperturas, variaciones de espesor, uniones con el suelo, esquinas, partes con tallado imperfecto, con daños a lo largo del tiempo, que deban ser discretizadas de forma singular. • Las vigas, que fundamentalmente se encuentran en los cargaderos de muros o formando parte de forjados, son elementos lineales generalmente de sección constante que se discretizan con elementos tipo “beam 3D”. Dado que son de madera, material de origen vegetal, se ha de analizar previamente su estado general, para detectar si han sufrido alteraciones de sus características mecánicas o estéticas, muchas veces por ataques de agentes xilófagos. • Los arcos, que son elementos singulares de carácter lineal que lo mismo resuelven la apertura de huecos en muros, sustentan otros elementos estructurales, sirviendo como apoyos en el arranque de otros muros o bóvedas, o incluso, conforman estructuras complejas, como las arquerías, se discretizan con elementos finitos tipo “beam-3D”. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 88/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. • Las bóvedas y las cúpulas, que generalmente, están apoyadas sobre muros o arcos, son elementos singulares de carácter superficial que se discretizan con elementos finitos de tipo “shell 2D ó 3D”. No obstante a lo anterior, se debe tener en cuenta que la generación del modelo matemático requiere un gran cuidado en aquellas partes de la estructura en las que haya cambios geométricos o encuentros de elementos constructivos, por su gran influencia en la exactitud y convergencia numérica del método. 2.5.2. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE LOS MATERIALES ESTRUCTURALES. La caracterización mecánica de los materiales estructurales requiere la formulación de un modelo de comportamiento de los mismos mediante la elección de curvas de tensión-deformación y criterios de rotura, así como la determinación de sus parámetros característicos (tensiones máximas de cálculo, módulos de deformación, etc.) Con respecto a los modelos de comportamiento, para el acero está generalmente admitido el modelo elasto-plástico, y para el hormigón armado, la obra de fábrica y la madera estructural pueden encontrarse variantes y matices en la bibliografía especializada. En cuanto a la determinación de los parámetros característicos de los materiales estructurales: • Para el caso de estructuras en proyecto, se adoptarán los valores prescritos por la normativa vigente para los materiales estructurales proyectados. • Para el caso de estructuras existentes, se adoptarán los valores para los materiales estructurales existentes por asimilación a los prescritos por la normativa vigente para los actuales, y cuando no fuera posible esta asimilación, debido a la presumible diferencia de prestaciones entre unos y otros, habría que obtenerlos por vía experimental (aunque en el caso de la obra de fábrica puede ser extremadamente complicada), siendo en todo caso necesario calcular los valores que fueran de difícil determinación experimental a partir de aquellos que pueden obtenerse de forma sencilla, utilizando las prescripciones de la normativa vigente. NOTA: No debe olvidarse además, que los valores de los parámetros característicos de todo material estructural existente dependen del estado de degradación de éste, en particular: − La corrosión en el acero. − La fisuración, la corrosión de armaduras, la degradación por ataque químico, etc., en el hormigón armado. − La degradación de los morteros, los ladrillos, la piedra, etc., en la obra de fábrica. − Los ataques por agentes xilófagos, bióticos, ambientales, etc., en la madera estructural. Siendo es esencial para ello el reconocimiento del estado real de la estructura, que no siempre puede ser determinada con la precisión deseable. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 89/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. 2.5.2.1. Caracterización mecánica de los materiales constituyentes de la obra de fábrica. Los elementos estructurales de obra de fábrica se componen, en general, de mampuestos o ladrillos diferentes formas y tamaños según el tipo de que se trate, trabados con un mortero que proporciona una cierta adherencia. Por tanto, no son homogéneos y puede tener propiedades mecánicas muy desiguales dependiendo de la dirección de los esfuerzos, siendo necesario para aplicar los métodos generales de la resistencia de materiales tener en cuenta sus particularidades. Con respecto a las propiedades mecánicas de los materiales constituyentes de los muros de fábrica cabría decir: • La resistencia característica a compresión simple de las piedras es, en general, bastante elevada. Sin embargo, ésta puede variar entre piedras del mismo tipo pero diferentes canteras, por lo que para determinar la es necesario realizar ensayos particularizados en los casos en que ésta tenga un papel crítico, lo que en la práctica sucede raramente. • La resistencia característica a tracción de las piedras es considerablemente menor que la asistencia compresión, viene a ser aproximadamente un 10%. Debido a esta diferencia tan marcada, debe ser despreciada en el cálculo de la obra de fábrica. • El módulo de elasticidad longitudinal de las piedras suele variar con la tensión de trabajo, e incluso para diferentes piedras, aun cuando procedan de la misma cantera. Sin embargo, este dato general no es significativo, dado que el bajo nivel tensional existente en las fábricas hace que las deformaciones estén en la práctica totalidad de los casos dentro de límites admisibles. • La resistencia característica a compresión de los ladrillos es, en general inferior a la de las piedras. Para conocer ésta es necesario realizar ensayos sobre probetas extraídas de la propia obra de fábrica. • La resistencia característica a tracción de los ladrillos es muy baja, alrededor del 3% de la resistencia a compresión, por lo que debe ser despreciada en el cálculo de las fábricas. • La resistencia característica a compresión de los morteros empleados en la obra de fábrica antigua, es difícil de precisar. Para conocer ésta es necesario realizar ensayos sobre probetas extraídas de la propia obra de fábrica. • La resistencia característica a tracción de los morteros es muy baja por lo que debe ser despreciada en el cálculo de la obra de fábrica. • El módulo de elasticidad longitudinal de los morteros varía según los diferentes tipos y el estado tensional al que están sometidos. El comportamiento mecánico de la obra de fábrica antigua es función de las propiedades de sus componentes, del tipo de contacto que se establezca entre ellos y de la geometría de su disposición, no siendo isótropo debido a las líneas de rotura que marcan las juntas. La resistencia a compresión simple de la obra de fábrica depende de la resistencia característica a compresión de cada uno de sus componentes y de sus relaciones geométricas, es decir, relación canto-ancho de los mampuestos y del espesor de las juntas. El espesor de las juntas tiene un papel importante en la resistencia a compresión, de forma que cuanto menos es el espesor de la juntas, tanto menor será el efecto de la expansión lateral del mortero. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 90/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. La resistencia a tracción de la obra de fábrica depende igualmente, de la resistencia característica a tracción de cada uno de sus componentes y de la adherencia entre ellos. En general, el fallo se produce por falta de adherencia en las superficies de unión de piedras o ladrillos y morteros. Siendo generalmente muy bajos, por lo que debe ser despreciada en el cálculo de las fábricas. La resistencia a cortante de la obra de fábrica es función de un gran número de factores. El módulo de elasticidad longitudinal de la obra de fábrica es muy difícil deducirlo a partir de los de sus materiales componentes, aun cuando se trate de piezas muy regulares dispuestas con juntas de mortero muy delgadas. Las tensiones admisibles para el cálculo de la obra de fábrica de ladrillo dependen del tipo y de la resistencia a compresión del ladrillo, del tiempo y de la plasticidad del mortero y del espesor de las juntas. Para obtener la tensión admisible de trabajo del material hay que aplicar un coeficiente de minoración de su resistencia característica, con independencia de la mayoración de las solicitaciones. De esta forma, las tensiones admisibles suelen ser de dos a tres veces inferiores a la resistencia característica de la fábrica. 2.5.2.2. Consideraciones sobre el comportamiento mecánico de las estructuras de obra de fábrica. En términos analíticos, se puede considerar que, en general, las estructuras de obra de fábrica tienen un comportamiento elástico-lineal/perfectamente plástico continuo, con alta resistencia a compresión y baja resistencia a tracción, obviando la compleja interacción entre el mortero de las juntas y las piezas (ladrillos, sillares, mampuestos, etc.). No obstante y como consecuencia de ello, la verdadera resistencia de estas puede ser malinterpretada, pues la obra de fábrica, en si misma, es un medio ortotrópico en el que, a veces, se pueden apreciar grandes diferencias entre las dos principales direcciones. En este sentido, las técnicas de aplicación más avanzadas del método de los elementos finitos se están moviendo de la macromodelización de las estructuras a la micromodelización de la obra de fábrica con la que están construidas, considerando ésta como una estructura en sí misma, para realizar simulaciones sofisticadas de la interfase entre el mortero de las juntas y las piezas, con las que se pueda investigar el efecto de la interacción ambos. 2.5.2.3. Caracterización mecánica de la madera estructural. La asignación de los valores mecánicos de la madera estructural puede obtenerse del Documento Básico Seguridad Estructural: Madera (DB-SE-M). Así: − Según el apartado “2.2.1.1. Criterio general” sobre “2.2.1 Valores característicos de las propiedades de los materiales” del capítulo “2. Bases de cálculo”, “Como valores característicos de los materiales Xk, se tomarán los establecidos en el correspondiente apartado del capítulo 4 ...” − En el apartado “4.1 Madera maciza” en el párrafo 2 se afirma: “la madera aserrada, para su uso en estructuras, estará clasificada quedando asignada a una clase resistente (ver procedimiento de asignación en el Anejo C)”; en el párrafo 3 define que las clases resistentes para coníferas y chopo van desde la C14 a la C50 y para frondosas D30 a D70, indicando los números la resistencia característica a flexión; en el párrafo 4 “en el anejo E figuran los valores de las propiedades de resistencia, rigidez y densidad asociados a ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 91/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. cada clase ...” − Sin entrar en detalles del “Anejo C. Asignación de clase resistente. Madera aserrada”, en la tabla C.1 “se establece para la madera aserrada con carácter informativo y no exhaustivo, la asignación de clase resistente” que van desde la C14 a la D40 por medio de normas de clasificación propias de los países de los que son preferentemente originarias las diferentes especies. Así para el pino es la UNE 56.544, para el abeto la NF B 52.001-4 o la DIN 4074 y otras más. − En el anejo E, apartado E.1, se asigna definitivamente a cada clase resistente los valores de las propiedades mecánicas. El análisis y estudio de las estructuras existentes de madera ha sido una actividad que se ha desarrollado extraordinariamente en los últimos años y ha permitido llegar a conclusiones importantes de gran interés antes de la entrada en vigor del CTE ya que esa actividad tomo como base para la asignación de las clases resistentes los mismos criterios adoptados después por el CTE, que no son otros que los descritos anteriormente. La experiencia desarrollada recientemente por los especialistas, destaca la dificultad insuperable de aplicar el DB-SE-M para evaluar de manera adecuada la capacidad estructural de las estructuras existentes de madera. 2.5.3. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DEL TERRENO DE CIMENTACIÓN. Debe hacerse mención aparte del comportamiento del suelos, origen de una buena parte de la patología de las estructuras, sobre todo por el cambio de sus características geotécnicas como consecuencia de cambios bruscos de su contenido de humedad por la rotura de canalizaciones subterráneas, o de la alteración de sus condiciones de estabilidad por la realización de excavaciones, etc. Salvo las indicaciones de la normativa, la única forma de obtener información es la toma de datos directa, o indirecta por observación del comportamiento de edificios similares ubicados en la proximidad del que sea objeto de peritación. En la medida en la que el suelo puede no ser uniforme y que los estudios geotécnicos tienen un margen de interpretación, si existen lesiones patológicas en la estructura de un edificio, no se puede descartar que éste no sea acertado. Los efectos sobre una estructura derivados de los asientos diferenciales del terreno sobre el que está cimentada, deben ser prudentemente tenidos en cuenta en el análisis estructural. 2.5.4. LAS ACCIONES A CONSIDERAR. La naturaleza y magnitud de las acciones a considerar, ha estado fijada por decreto desde la publicación de la antigua norma MV 101 y ha sido objeto de sucesivas actualizaciones, la más reciente la correspondiente al vigente CTE, completada con la vigente NCSE. 2.5.5. LOS MÁRGENES DE SEGURIDAD. La determinación de los márgenes de seguridad de una estructura existente no es un problema trivial. Hasta los años setenta del siglo pasado, se empleaba el ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 92/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. criterio de tensión admisible englobando todas las precauciones en un único coeficiente que era fijado por el proyectista, según su criterio. La normativa actual prescribe unos criterios uniformes que especifican las combinaciones de acciones y los coeficientes de ponderación que se deben considerar para cubrir una posible imprevisión, independientemente de los materiales estructurales. También prescribe los coeficientes de ponderación que se deben considerar para ponderar las resistencias mecánicas de los materiales estructurales. Los coeficientes de ponderación cubren en parte posibles discrepancias entre lo proyectado y lo construido, la exacta determinación de las acciones correspondientes a la construcción realmente ejecutada permiten reducir e incluso eliminar la imprecisión, aunque si la validez de la estructura depende de esos datos, debe advertirse expresamente, para evitar que modificaciones posteriores reduzcan su seguridad. La toma de datos reales puede permitir igualmente considerar parámetros más favorables (u obligar a tomar los casos desfavorables) en lo relativo a la caracterización de los materiales estructurales. 2.5.6. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE LOS MATERIALES COMPUESTOS PARA LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL. Los valores mecánicos de los materiales compuestos, con vistas a su aplicación como materiales para la consolidación estructural, se pueden obtener a partir de los datos que proporcionen sus fabricantes, ya que, en general, se trata de materiales que no están normalizados ni regulados por la normativa. No obstante, resulta conveniente aplicar a los valores de su resistencia, unos coeficientes de seguridad específicos mayores que los que se aplican a los materiales estructurales tradicionales. 2.6. EL PROYECTO DE CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL. 2.6.1. ASPECTOS FUNDAMENTALES A CONSIDERAR. Al proyectar cualquier intervención de consolidación estructural en un edificio histórico, se deben realizar las siguientes actividades, en el orden indicado en la tabla adjunta, justificando la adecuada toma de decisiones en cada una de ellas: ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 93/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Tabla 3-29. Proceso para abordar todo proyecto de consolidación estructural. FASE: ACTIVIDADES: INFORMACIÓN PREVIA. • RECOPILAR Y ESTUDIAR LA DOCUMENTACIÓN DISPONIBLE DEL EDIFICIO. • INSPECCIONAR EL EDIFICIO Y SU SISTEMA ESTRUCTURAL. • RECONOCER EL ESTADO DE CONSERVACIÓN Y LAS LESIONES PATOLÓGICAS DE LOS MATERIALES Y EL SISTEMA ESTRUCTURAL. DIAGNÓSTICO. • CARACTERIZAR MECÁNICAMENTE LOS MATERIALES ESTRUCTURALES. • ANALIZAR LAS CONDICIONES ACTUALES DE ESTABILIDAD Y SEGURIDAD DE LA ESTRUCTURA. • CALIBRAR EL MODELO DE COMPORTAMIENTO REAL DE LA ESTRUCTURA. • DECIDIR QUE PRESTACIONES RESISTENTES O DEFORMACIONALES DEBEN SER MEJORADAS. • DECIDIR QUE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEBEN SER REPARADOS Y/O REFORZADOS. TERAPÉUTICA. • ESTUDIAR SOLUCIONES ALTERNATIVAS A LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL (cuando sea posible). • ANALIZAR EL ESTADO TENSIONAL DE LA ESTRUCTURA TAL Y COMO SERÁ REPARADA Y/O REFORZADA. • EVALUAR EL NIVEL DE SEGURIDAD DE LA ESTRUCTURA TAL Y COMO SERÁ REPARADA Y/O REFORZADA. • ELEGIR LAS SOLUCIONES TERAPÉUTICAS DE COSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL. • ELEGIR LOS MATERIALES ESTRUCTURALES DE APORTACIÓN. • ESTUDIAR LAS UNIONES DE LOS ELEMENTOS ORTOPÉDICOS A LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES ORIGINALES. 2.6.2. INFORMACIÓN PREVIA. Esta fase comprende las siguientes actividades, prioritarias y fundamentales: • RECOPILAR Y ESTUDIAR LA DOCUMENTACIÓN DISPONIBLE DEL EDIFICIO. No siempre se obtendrá o bien ésta estará incompleta. • INSPECCIONAR EL EDIFICIO Y SU SISTEMA ESTRUCTURAL, de forma minuciosa, para recopilar información adicional necesaria relativa a geometría, materiales, sistemas constructivos y estado patológico, y para contrastarla con la documentación que antes se haya obtenido. Ello implica: • RECONOCER EL ESTADO DE CONSERVACIÓN Y LAS LESIONES PATOLÓGICAS DE LOS MATERIALES Y EL SISTEMA ESTRUCTURAL, así como la aproximación al estado original del que partieron. identificando su tipo, indicando su localización y describiendo su alcance, para establecer un primer diagnóstico sobre las causas que estén provocando o hayan provocado las mismas. Aunque la tecnología aplicada a la inspección está en continuo avance, en muchos casos, la apertura de catas sigue siendo la única manera fácil y efectiva de comprobar la geometría y la composición de los sistemas constructivos realmente ejecutados e identificando los materiales de construcción realmente empleados. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 94/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. En el ANEXO 4 se incluyen unas tablas que facilitan la identificación de las lesiones patológicas en los sistemas estructural, de cubierta y de cerramiento, de los edificios. 2.6.3. DIAGNÓSTICO. Esta fase muestra el elevado nivel de exigencia técnica que el proyecto de consolidación estructural requiere, ya que, cuando menos, hay que analizar pormenorizadamente la estructura, tanto en su estado actual como en su estado final, tal como vaya a quedar reparada y/o reforzada. Comprende las siguientes actividades: • CARACTERIZAR MECÁNICAMENTE LOS MATERIALES ESTRUCTURALES, incluyendo el terreno y los de la cimentación. Es importante destacar que siempre existe un cierto grado de incertidumbre en los datos de la caracterización mecánica de los materiales estructurales que sirven de partida para el análisis estructural que permitirá la estimación de la capacidad portante y que, en consecuencia, se transmitirá a los resultados obtenidos de dicho análisis. Una buena caracterización de las propiedades de los materiales de construcción estructurales, aportada por las técnicas de inspección y ensayo, permitirá mejorar la precisión del análisis estructural a efectos de valorar de la capacidad mecánica de las estructuras existentes y, en consecuencia, de la detección de las necesidades reales de consolidación estructural, lo que permitirá el diseño de soluciones terapéuticas ajustadas a dichas necesidades. • ANALIZAR LAS CONDICIONES ACTUALES DE ESTABILIDAD Y SEGURIDAD DE LA ESTRUCTURA, para una primera estimación de su capacidad portante, tanto a nivel global, como de cada uno de los elementos resistentes que la componen, incluyendo los de cimentación. Con este análisis, en caso de que existan lesiones estructurales, debería ser posible dar explicación a las mismas. Puede ser que dichas lesiones sean debidas a simples deficiencias constructivas, en cuyo caso quizá no será necesario reparar y/o reforzar la estructura, o bien a deficiencias estructurales cuya subsanación será objeto del proyecto de consolidación estructural. Este análisis debe conducir a la toma de decisiones sobre las posibles soluciones terapéuticas de consolidación estructural que puedan ser necesarias. Más específicamente, indicará qué elementos estructurales necesitan aumentar su capacidad resistente. • CALIBRAR EL MODELO DE COMPORTAMIENTO REAL DE LA ESTRUCTURA. A fin de limitar la incertidumbre que debe gestionar el técnico en el proceso de evaluación y diseño de las soluciones de consolidación estructural, y teniendo en cuenta que habitualmente la información de partida no es exhaustiva ni completa, puede ser conveniente llevar a cabo una serie de pruebas mediante la simulación numérica sobre la estructura, que permitirán identificar distintos parámetros de su comportamiento resistente. Aspectos como la contribución de los pavimentos, elementos constructivos no estructurales, a la rigidez de los forjados se detecta frecuentemente durante la realización de pruebas de carga estáticas y/o dinámicas. Ello permite, cuando es preciso, analizar con mayor grado de realismo el comportamiento en servicio de las estructuras. De hecho, este acoplamiento de las pruebas reales con el análisis numérico es muy interesante y da lugar a una de las principales facetas del moderno acercamiento al estudio estructural de los edificios históricos. La simulación numérica puede utilizarse para reproducir pruebas realizadas ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 95/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. sobre el edificio real, tales como pruebas estáticas o dinámicas, medidas de tensiones y movimientos, etc. De hecho, el uso combinado de la experimentación y de la simulación numérica mantiene un doble sentido. En primer lugar, la simulación numérica constituye una herramienta auxiliar de gran interés para la preparación de la campaña experimental, puede utilizarse para diseñar los medios de carga y elegir los puntos en que se van a tomar medidas, aparte de permitir un seguimiento en tiempo real de las pruebas que se realicen. La disposición de unos resultados experimentales, y la consiguiente comparación de las medidas experimentales con las predicciones analíticas, permite llevar a cabo una calibración del modelo numérico. A través de este proceso, tanto el modelo de la estructura como el método de cálculo son reconsiderados en función de la precisión de los resultados que hayan proporcionado y, en caso necesario, revisados y mejorados hasta conseguir un mayor acercamiento a la realidad. • DECIDIR QUE PRESTACIONES RESISTENTES O DEFORMACIONALES DEBEN SER MEJORADAS, las cuales son determinantes para el diseño de las futuras soluciones terapéuticas de consolidación estructural susceptibles de aplicación. • DECIDIR QUE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEBEN SER REPARADOS Y/O REFORZADOS, ya sean elementos de cimentación, elementos estructurales verticales (pilares, muros), horizontales (los forjados a esfuerzo cortante o a flexión, etc.), y por qué motivo, estudiando el mejor aprovechamiento posible de cada uno de ellos mismos. 2.6.4. TERAPEUTICA. Esta fase comprende las siguientes actividades: • ESTUDIAR SOLUCIONES ALTERNATIVAS A LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL, a veces, es posible recuperar la seguridad de una estructura mediante soluciones alternativas a la propia consolidación estructural, pues ésta puede conllevar dificultades técnicas que repercutan tanto en el plazo de ejecución de la obra en la que se englobe, como en el coste de ejecución material de ésta, y, por ello, puede no económicamente onerosa. Consideramos que: − Si la estructura está en buen estado de conservación y se comprueba que resiste las cargas gravitatorias permanentes, con el adecuado nivel de seguridad, una simple eliminación de concargas que permita aumentar, en la misma magnitud, las sobrecargas, resulta ser una solución más económica que su consolidación estructural, pero sólo es de aplicación a aquellos edificios históricos que estén bien diseñados estructuralmente y construidos con buenos materiales, lo cual no es frecuente. − Si la estructura está en muy mal estado de conservación y sufre procesos patológicos de forma generalizada, la alternativa más económica a su consolidación estructural puede ser su sustitución por otra nueva construida, solución drástica que puede afectar a la configuración arquitectónica de un edificio y que obviamente no resulta fácilmente aplicable en los del patrimonio histórico-arquitectónico. • ANALIZAR EL ESTADO TENSIONAL DE LA ESTRUCTURA TAL Y COMO SERÁ REPARADA Y/O REFORZADA así como la compatibilidad de deformaciones derivada del estado tensional modificado por las soluciones terapéuticas de consolidación estructural que se propongan, verificando la no inducción de esfuerzos secundarios perjudiciales en ella. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 96/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Para ello, se deben efectuar las comprobaciones y cálculos que validen dichas soluciones terapéuticas, aplicando los métodos de análisis, generalmente basados en las teorías de la resistencia de materiales, y complementados con determinados aspectos empíricos, haciendo una atención especial a las uniones entre los materiales estructurales de aportación y los originales de la estructura así como a las posibilidades que brinda la utilización combinada de ensayos in situ con la simulación numérica. Es importante tener en cuenta que, dependiendo de las soluciones terapéuticas de consolidación estructural que haya que adoptar, puede ser necesario revisar algunas hipótesis sobre el comportamiento mecánico de la estructura, en especial, si es pesada, pues puede requerir posteriores aumentos de capacidad resistente en otros elementos estructurales que inicialmente no los requerían. Así, para comprobar la eficacia de dichas soluciones, no solamente se deben calcular los elementos estructurales que necesitan aumentar su capacidad resistente sino también todos aquellos otros que resulten afectados por la mayor rigidez o peso de los primeros. En general, deben comprobarse las uniones y tener en cuenta, además de las cargas, los posibles efectos secundarios, que los elementos ortopédicos pudieran introducir en la estructura, tales como excentricidades, transformación de articulaciones en empotramientos, etc. • EVALUAR EL NIVEL DE SEGURIDAD DE LA ESTRUCTURA TAL Y COMO SERÁ REPARADA Y/O REFORZADA, dependiendo de los riesgos que conlleva la aparición de futuras circunstancias que puedan disminuir aún más los márgenes que dan los coeficientes de seguridad relativos a cargas, materiales estructurales o geometría. Cuando dicho nivel de seguridad sea inferior al normativo deberá ser convenientemente justificado. • ELEGIR LAS SOLUCIONES TERAPÉUTICAS DE CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL que se puedan considerar más adecuadas al tipo de estructura original (asumiendo que no están específicamente recogidas ni respaldadas por la normativa vigente de aplicación a la construcción de estructuras), partiendo de un análisis conceptual previo de las que se tengan disponibles, de sus tipos y de su movilización, seleccionando también los materiales específicos que se consideren adecuados y compatibles con ellas. Hay que tener en cuenta que generalmente no existe la solución terapéutica ideal, y, por lo tanto, se debe elegir cuál de las disponibles es la que mejor puede garantizar las prestaciones resistentes que deban ser mejoradas, atendiendo a los criterios de viabilidad técnica de su aplicación, a la economía de medios, a la sostenibilidad, a la compatibilidad material y a la reversibilidad, siendo éstos dos últimos de gran importancia, cuando se intervenga en edificios del patrimonio histórico-arquitectónico. La eficacia de las posibles soluciones terapéuticas de consolidación estructural depende del nivel de contribución a la capacidad mecánica finalmente conseguida de los elementos estructurales reparados y/o reforzados, o lo que es lo mismo, del nuevo nivel de seguridad estructural que la estructura haya alcanzado. Teniendo en cuenta la economía de medios y la sostenibilidad, éstas deben diseñarse de manera que se aproveche la razonable capacidad mecánica que la estructura original pueda aportar. Se han de elegir aquellas soluciones terapéuticas que garanticen la perfecta compatibilidad entre los materiales estructurales de aportación y los originales de la estructura, siendo deseable que dicha compatibilidad sea verificada mediante ensayos realizados en laboratorios especializados y homologados de control de calidad de materiales. Los materiales estructurales de aportación que se propongan deben ser ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 97/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. • SOLUCIONES TERAPÉUTICAS DE INTRODUCCIÓN EN EL INTERIOR DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE MATERIALES: Son aquellas que consisten en alojar en el interior de determinados elementos estructurales antiguos, materiales que los consoliden internamente y doten de más capacidad mecánica, evitando modificar su aspecto exterior y, por tanto, el aspecto formal original del exterior o de los espacios interiores de los edificios. Son de utilización cada vez más frecuente. Con carácter genérico, se distinguen las siguientes: − INYECCIONES DE MATERIALES FLUIDOS O VISCOSOS en los elementos estructurales antiguos de mampostería tales como zapatas, muros, contrafuertes y bóvedas, empleando lechadas de cemento con mezclas particulares o bentoníticas, para consolidarlos internamente. − FORMACIÓN DE REDES DE ISORRESISTENCIA en el interior de elementos estructurales antiguos de fábrica, generalmente zapatas, muros y contrafuertes, para consolidarlos internamente y mejorar su resistencia y su rigidez (vulgarmente se le llama técnica de cosido, pues así se le denominó cuando nació en Italia, en 1952). − INSERCIÓN DE PERFILES, BARRAS O PLETINAS DE MATERIALES DE ALTA RESISTENCIA en el interior de elementos estructurales antiguos de fábrica tales como soportes, muros, dinteles y arcos, incluyendo la inyección de materiales fluidos específicos adherentes, para aumentar la resistencia a tracción que dichos elementos estructurales de por sí no tienen. Un caso particular es la introducción de micropilotes para la estabilización de elementos estructurales y de cimentación del edificio, que resulta muy efectiva al posibilitar al mismo tiempo el refuerzo del terreno de cimentación. • SOLUCIONES TERAPÉUTICAS DE RECONSTRUCCION PARCIAL DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES MEDIANTE PRÓTESIS: Son aquellas que consisten reconstruir las partes dañadas o desaparecidas de los elementos estructurales antiguos, con prótesis que les proporcionen la continuidad material, para restablecer sus capacidades mecánicas originales y así mejorar la estabilidad global o parcial de la estructura. Debe justificarse cuidadosamente su aplicación cuando inevitablemente alteren el aspecto formal original del exterior o de los espacios interiores de los edificios. Con carácter genérico, se distinguen las siguientes: − RECONSTRUCCIÓN PARCIAL CON PRÓTESIS, de los elementos estructurales antiguos de geometría lineal, empleando materiales fluidos de alta resistencia (morteros especiales), incluyendo elementos mecánicos conectadores a base de perfiles, pletinas o barras, para incrementar su resistencia y mejorar su rigidez. − RECONSTRUCCIÓN PARCIAL CON PRÓTESIS, de los elementos estructurales antiguos de geometría lineal, empleando materiales rígidos de resistencia parecida a los antiguos que se adhieren entre sí con materiales específicos adecuados. • SOLUCIONES TERAPÉUTICAS DE AGREGACION AL EXTERIOR DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE PRÓTESIS: Son aquellas soluciones terapéuticas que consisten en añadir a los elementos estructurales antiguos, unas prótesis que modifican sus capacidades mecánicas, para conseguir su rigidización y mejorar la estabilidad global o parcial de la estructura. Debe justificarse cuidadosamente su aplicación cuando inevitablemente alteran el aspecto formal original del exterior o de los espacios interiores de los edificios. Con carácter genérico, se distinguen las siguientes: − ATIRANTADO CON BARRAS O PERFILES DE MATERIALES DE ALTA RESISTENCIA, de los elementos estructurales antiguos de geometría lineal, incluyendo elementos mecánicos de anclaje, para controlar empujes, movimientos o deformaciones ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 104/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. no deseadas en ellos y asegurar su estabilidad. − ACODALADO CON ESTRUCTURAS AUXILIARES DE PERFILES DE MATERIALES DE ALTA RESISTENCIA, con carácter permanente bajo los elementos estructurales antiguos, generalmente del tipo contrafuertes añadidos a muros de carga, cartelas bajo dinteles de huecos en muros de carga o bajo los apoyos de jácenas, vigas parteluces o hileros bajo los apoyos de las viguetas de forjados, etc, e incluyendo elementos mecánicos de anclaje y/o la adhesión superficial con materiales específicos adecuados, para descargarlos parcial o completamente o bien para incrementar su rigidez y estabilizar sus deformaciones. Un caso particular es el empleo de estructuras de apeo, tales como los andamios y las cimbras, que tienen un carácter meramente provisional. − RECRECIDO CON MATERIALES FLUIDOS O VISCOSOS, aplicados al trasdós de elementos estructurales antiguos de geometría superficial, tales como muros, bóvedas, etc, o sobre una o varias caras de elementos estructurales de geometría lineal empleando morteros u hormigones especiales, incluyendo elementos mecánicos de anclaje y de armado, para incrementar su resistencia y mejorar su rigidez. − ENCAMISADO O ZUNCHADO CON PERFILES, BANDAS U HOJAS FLEXIBLES DE MATERIALES DE ALTA RESISTENCIA, de los elementos estructurales antiguos de geometría lineal, incluyendo elementos mecánicos conectadores y/o el relleno del espacio entre el encamisado y el elemento estructural con materiales fluidos específicos de adhesión superficial, para aumentar su resistencia e incrementar su rigidez. No obstante lo anterior, se debe tener presente que las soluciones terapéuticas de consolidación estructural: − No son excluyentes entre sí, ya que la consolidación de una estructura, puede requerir la aplicación indistinta de varias de ellas, que se habrán de particularizar dependiendo de los materiales de aportación que se vayan a utilizar. − Sean del tipo de tecnología que sean, deben poder garantizar intervenciones lo más reversibles en la medida de lo posible. Algunas de las antes reseñadas son las que tradicionalmente mas se han utilizado y ya las aplicaba Viollet- Le-Duc en sus restauraciones, y, pese a lo expresivo de sus intervenciones, son reversibles, a la espera de la aplicación de otras futuras que sean mejores. − Que no alteren el aspecto estético de los elementos estructurales antiguos, serán las mas apropiadas en los casos en que éstos estén vistos, mientras que las que modifiquen parcial o totalmente dicho aspecto estético, solo serán adecuadas cuando éstos no vayan a quedar visibles. Se hace constar, que no se ha considerado el estudio de soluciones terapéuticas de consolidación estructural que impliquen la sustitución integral y completa de elementos estructurales antiguos por otros idénticos o parecidos, realizados con nuevos materiales estructurales, forma de proceder que es de inevitable aplicación cuando el grado de deterioro de sus materiales constituyentes es tal que su conservación es técnicamente imposible o económicamente inviable. La sustitución puede ser discrecional, cuando afecta únicamente a unos pocos, o general, cuando afecta a la mayor parte de los que componen la estructura. En la siguiente tabla se resume la clasificación antes explicada: ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 105/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Tabla 3-31. Clasificación tipológica de las soluciones terapéuticas de consolidación estructural según la disposición o integración de los materiales de aportación. TIPOS GENERICOS DE SOLUCIONES TERAPÉUTICAS DE CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL: TIPOS ESPECÍFICOS PARA ESTRUCTURAS DE OBRA DE FÁBRICA: TIPOS ESPECÍFICOS PARA ESTRUCTURAS DE MADERA: PROTECCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES con: TRATAMIENTOS SUPERFICIALES con aplicaciones de productos químicos. • HIDROFUGANTES. • CONSOLIDANTES. • ANTIXILÓFAGOS. • HIDROFUGANTES. • IGNIFUGANTES. Materiales fluidos sellado de materiales antiguos fracturados. para el los • SELLADO (SUPERFICIAL Y PROFUNDO) DE GRIETAS Y FISURAS. • SELLADO DE FENDAS Y FISURAS. Materiales fluidos o viscosos de mayor resistencia, para la consolidación interna. • INYECCIONES. • REDES DE ISORRESISTENCIA. Materiales rígidos para el cosido de los materiales antiguos fracturados. • INSERCIÓN DE LAÑAS O GRAPAS DE BARRAS PULTRUIDAS DE FRP. • ZUNCHADO CON BULONADO DE PERFILES Y BARRAS PULTRUIDOS DE FRP. • ADICIÓN DE PIEZAS DE MADERA NUEVA. • INSERCIÓN DE GRAPAS DE PERFILES Y BARRAS PULTRUIDOS DE FRP. INTRODUCCIÓN EN EL INTERIOR DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES de: Materiales rígidos de mayor resistencia, creando secciones mixtas. • REJUNTADO REFORZADO CON BARRAS Y PLETINAS DE FRP. • INSERCIÓN DE PERFILES, BARRAS O PLETINAS PULTRUIDOS DE FRP. Prótesis de ateriales rígidos de similar naturaleza. m• RECONSTRUCCIÓN CON MATERIALES ORIGINALES. • PRÓTESIS DE MADERA NATURAL ENCOLADA “IN SITU” CON RESINA EPOXI. • PRÓTESIS DE MADERA MICROLAMINADA ENCOLADA “IN SITU” CON RESINA EPOXI. RECONSTRUCCIÓ N PARCIAL DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES sustituyendo partes dañadas o desaparecidas , garantizando la continuidad material, con: Prótesis de materiales fluidos o viscosos de igual o mayor resistencia. • PRÓTESIS DE MORTEROS Y HORMIGONES POLIMÉRICOS. • PRÓTESIS DE MORTEROS DE RESINA EPOXI TREFORZADAS CON BARRAS DE FRP. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 106/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Tabla 3-31. (continuación). TIPOS GENERICOS DE SOLUCIONES TERAPÉUTICAS DE CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL: TIPOS ESPECÍFICOS PARA ESTRUCTURAS DE OBRA DE FÁBRICA: TIPOS ESPECÍFICOS PARA ESTRUCTURAS DE MADERA: P mat rótesis de eriales rígidos y resistentes, para apeo o sujeción a puntos firmes, de carácter más o menos provisional. • ATIRANTADO CON BARRAS O PERFILES PULTRUIDOS DE FRP. • ACODALADO CON ESTRUCTURAS AUXILIARES DE PERFILES PULTRUIDOS DE FRP. • ATIRANTADO CON BARRAS O PERFILES PULTRUIDOS DE FRP. • AGREGACIÓN DE ESTRUCTURAS AUXILIARES DE SUJECIÓN Y CUELGUE CON PERFILES PULTRUIDOS DE FRP. Prótesis de materiales fluidos o viscosos de mayor resistencia, formando recrecidos. • RECRECIDO DE PARAMENTOS (TRASDÓS O INTRADOS) CON MORTEROS Y HORMIGONES POLIMÉRICOS. • RECRECIDO DE ESCUADRÍAS CON MORTEROS DE RESINA EPOXI. Prótesis de materiales rígidos de mayor resistencia, creando secciones mixtas. • ADICIÓN DE PERFILES, PLACAS Y PLETINAS DE FRP. AGREGACIÓN AL EXTERIOR DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES de: Prótesis de materiales flexibles de mayor resistencia, creando secciones mixtas o formando encamisados. • ADHESIÓN DE BANDAS LAMINADAS Y HOJAS DE TEJIDO FLEXIBLE DE FRP. • ADHESIÓN DE CON BANDAS LAMINADAS Y HOJAS DE TEJIDO FLEXIBLE DE FRP. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 107/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. 4. TIPOLOGÍA DE MATERIALES COMPUESTOS APLICABLES A LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. En este epígrafe se describen varios tipos de materiales compuestos, ya sean de producción industrial o de fabricación “in situ”, con aplicaciones específicas aún por descubrir, que ofrecen buenas posibilidades de aplicación a la consolidación estructural de los edificios del patrimonio histórico arquitectónico. La relación de los analizados es la siguiente: • HORMIGONES POLÍMERO. • HORMIGONES REFORZADOS CON FIBRAS. • PERFILES ESTRUCTURALES DE MATRIZ POLIMÉRICA Y FIBRAS. • BARRAS DE MATRIZ POLIMÉRICA Y FIBRA. • BANDAS LAMINADAS DE MATRIZ POLIMÉRICA REFORZADA CON FIBRAS Y HOJAS DE TEJIDO. 4.1. HORMIGONES POLÍMERO. 4.1.1. DESCRIPCIÓN. El hormigón polímero (denominado también como hormigón polimérico, hormigón sintético, hormigón resina) es un hormigón resultante de la mezcla de resina polimérica, áridos y productos químicos, de mejores prestaciones y propiedades mecánicas y físicas que hormigón cementicio tradicional, con excepción de la resistencia frente al fuego, y con posibilidades de uso en la industria de los prefabricados. Su coste suele ser mayor debido al uso de las resinas. 4.1.2. COMPOSICIÓN DEL HORMIGÓN POLÍMERO. El hormigón polímero se diferencia del hormigón convencional, porque se le añaden ELEMENTOS QUÍMICOS, CARGAS MINERALES y ADITIVOS. El conglomerante cemento Portland, se complementa o sustituye por una resina polimérica de tipo epoxi, de poliéster, de viniléster, de metil-metacrilato. Los áridos se complementan con cargas minerales tales como arenas de silicio, de cuarzo, de granito, de mármol o de cualquier mineral seco, sólido y no absorbente, para uniformar la granulometría de la mezcla. Se añaden aditivos tales como colorantes líquidos o en polvo, pigmentos, desmoldeantes, catalizadores, inhibidores, acelerantes, etc. Dependiendo del producto a fabricar, también se pueden añadir productos químicos o sustancias tales como: alúmina, carbonatos de calcio, hidróxido de aluminio, trihidrato de alúmina (ath), etc. En ocasiones, según el uso a que se destine, puede incluir fibras de refuerzo. De forma práctica, se puede considerar el hormigón polímero como un material compuesto constituido por tres fases: − Una fase continua constituida por la resina polimérica, − Una fase dispersa formada por el conglomerante cementicio, los áridos y las cargas minerales, y, ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 108/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. − Una fase de porosidad impuesta por el proceso de fabricación. 4.1.3. CLASIFICACIÓN TIPOLÓGICA DEL HORMIGÓN POLÍMERO. Según su tecnología de fabricación, los hormigón polímero se puede clasificar en los siguientes tipos: • Hormigón de matriz cementicia impregnado con polímero (PIC). (hormigón convencional impregnado con polímero) • Hormigón de matriz mixta cementicia-polimérica (PMC) (Hormigón convencional modificado con polímero). • Hormigón de matriz polimérica pura (PC) (hormigón polímero puro). El hormigón de matriz cementicia impregnado con polímero consiste en saturar con un monómero, el hormigón tradicional de matriz cementicia fraguado y, luego por radiación gama o por métodos térmicos, se produce la polimerización. Esto se hace generando radicales libres. Ofrece resistencia a tracción compresión e impacto mayores, los módulos de elasticidad más altos u menor flujo plástico y contracción por secado. Tiene mayor resistencia a los ciclos de congelamiento y deshielo, y al ataque químico, debido a que la porosidad y permeabilidad de este hormigón es más baja. Tienen el inconveniente de que su coeficiente de conductividad térmica es mas elevado y que sus propiedades se deterioran una vez que ha sido expuesto a altas temperaturas. El hormigón de matriz mixta cementicia-polimérica se obtiene agregando al hormigón convencional de matriz cementicia en estado fresco, un polímero en forma de solución acuosa o un monómero que es polimerizado in situ. Se usan con un agente antiespumante para que no quede demasiado aire atrapado. Tiene mayor plasticidad, durabilidad y adhesión que el hormigón convencionales de matriz cementicia. Ofrece mejores resistencias a los ciclos de hielodeshielo, a la abrasión y al impacto. El hormigón de matriz polimérica pura se obtiene al polimerizar un monómero mezclado con áridos a temperatura ambiente, en presencia de un acoplador (xilano) que mejora la adherencia en las superficies de contacto entre el polímero y el árido, así como la resistencia del hormigón. El árido que se use debe tener un contenido de humedad bajo y su granulometría esté graduada para que sea trabajable, de forma similar al hormigón convencional. Ofrece mejores prestaciones que el hormigón convencional, excepto la resistencia al fuego y a las altas temperaturas. Por lo que generalmente se usa en elementos prefabricados. 4.1.4. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN POLÍMERO. El hormigón polímero posee propiedades mejoradas respecto de las del hormigón convencional, las cuales dependen fundamentalmente de la naturaleza y propiedades de los dos constituyentes, polímero y árido. Según algunas investigaciones realizadas con un hormigón de matriz polimérica, (Pardo. A., Rz-Maribona, l., Urreta, J.I., San José, J.T., 1995), cuyo objeto tenía caracterizarlo con el fin de optimizar las características mecánicas de este material compuesto frente a su precio, se analizó un hormigón de matriz de ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 109/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. resina de poliéster y áridos de naturaleza silícea y ofítica, constituyentes cuya elección se debió fundamentalmente a las buenas características mecánicas que presentaban y a su reducido costo en comparación con otros constituyentes posibles. Los constituyentes que se emplearon y su dosificación fueron los siguientes: − Resina de poliéster: 14% sobre el peso total. − Finos silíceos (<0.08 mm): 14% sobre el peso total. − Arido fino ofítico (de 0 a 6 mm): 55.5% sobre el peso de árido. − Arido grueso ofítico (de 6 a 12 mm): 45.5% sobre el peso de árido. Para el armado se emplearon armaduras de acero corrugado de acero AEH-500. 4.2. HORMIGONES REFORZADOS CON FIBRAS. 4.2.1. DESCRIPCIÓN. El hormigón reforzado con fibras es un material compuesto cuya fase matriz está constituida por un conglomerado de cemento y áridos finos y gruesos, y cuya fase de refuerzo está constituida por fibras discontinuas, naturales o artificiales que tienen como finalidad proporcionar resistencia a tracción a la matriz, mejorar la dureza superficial, la resistencia al impacto y la resistencia a la fatiga y disminuir la retracción por fraguado de la matriz evitando por ello la aparición de las características fisuras de retracción. Los hormigones reforzados con fibras son de mayor calidad y más duraderos, son más consistentes y homogéneos que los hormigones convencionales. Aunque el cono de Abrams puede disminuir en un punto o en un par de puntos como máximo, ello no afectará a su trabajabilidad, debido al efecto tixotrópico que las fibras proporcionan a la matriz cementicia, haciendo al hormigón más cohesivo, con lo que se incrementa la facilidad del hormigonado, reduciendo el deslizamiento incluso sobre superficies inclinadas. El mayor conocimiento de la química de los elementos que constituyen los hormigones y las nuevas aplicaciones que se han ido desarrollando últimamente, han propiciado la aparición del hormigón compuesto con partículas de diversos materiales, casi siempre bajo la forma de fibras, siendo las mas utilizadas las de vidrio, carbono, aramida, polipropileno, etc., cuyas propiedades mecánicas mas reseñables se indican en la siguiente tabla: 4.2.2. CARACTERISTICAS DE LAS FIBRAS PARA REFUERZO DEL HORMIGÓN. Las fibras previenen la fisuración por retracción que se produce en el hormigón convencional puesto que reducen el período de baja resistencia y vulnerabilidad de la matriz cementicia a este fenómeno, que es un problema frecuente en los elementos estructurales de gran superficie de hormigón convencional, problema cuyas consecuencias son: la fragilidad, la fractura y, por tanto, la pérdida de durabilidad. Las características que habitualmente se tienen en cuenta para las fibras son: - Relación de forma longitud/diámetro medio. - Forma y textura de su superficie. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 110/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. - Longitud. - Microestructura. Tabla 3-32. Algunas propiedades mecánicas de fibras para el hormigón. Tipo de Fibra: Densidad: (Kg/dm3) Resistencia a Tracción: (Mpa) Módulo de Elasticidad: (Gpa) Alargamiento: (%) VIDRIO. 2.60 2000 a 4000 70 a 80 2.0 a 3.5 CARBONO. 1.90 2600 230 1.0 ARAMIDA. 1.45 3600 65 a 130 2.1 a 4.0 POLIPROPILENO 0.90 400 a 700 8 a 16 8.0 Las propiedades mecánicas de las fibras son más altas que las de matriz. Su límite plástico debe ser muy bajo para que no se produzcan esfuerzos por relajación. Su módulo de Poisson debe ser similar al de la matriz para que no ocurran esfuerzos laterales inducidos, que pudiera afectar a la adherencia entre las superficies de contacto entre las fibras y la matriz. La adherencia al hormigón es mejor en fibras de superficie rugosa, extremos agrandados. La orientación de las fibras influye al máximo cuando están orientadas unidireccionalmente y paralelas al esfuerzo de tracción aplicado e influyen menos cuando están orientadas aleatoriamente en tres dimensiones. La longitud de las fibras debe ser mayor que el tamaño máximo del árido de la matriz. Las fracciones de volumen de fibra a utilizar en un hormigón suelen oscilar entre el 1% y el 5% en volumen, siendo las más altas, las que proporcionan mayores resistencias. La efectividad de las fibras está relacionada con los siguientes factores: − La compatibilidad con todo tipo de cementos y adiciones (cenizas, como de sílice, etc.) así como todo tipo de aditivos. − La capacidad de dispersión, frecuencia de fibra y finura. La naturaleza granular de las fibras logradas a través de un tratamiento superficial especial asegura su rápida y uniforme dispersión. Las superficies de las fibras deben ser hidrofílicas para asegurar un óptimo mojado y el máximo anclaje. − El número de fibras, que es indicativo de la frecuencia de fibra, es decir de la longitud total de fibra existente por unidad de volumen de hormigón. Lo cual es crítico para asegurar la intercepción de las microfisuras en las primeras horas. − El área de la superficie de la fibra o superficie específica de la fibra, que es la que absorbe las tensiones transferidas desde la matriz cementicia y evita la fisuración por retracción. − El aspecto de las fibras, es decir la relación longitud/diámetro, es crítico, pues una elevada relación asegura los mejores efectos. Por tanto, las fibras deben haber sido especialmente desarrolladas para optimizar todos estos criterios para que resulten ser efectivas como seguras. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 111/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. 4.3. PERFILES ESTRUCTURALES DE MATRIZ POLIMÉRICA Y FIBRAS. 4.3.1. DESCRIPCIÓN. Una de las primeras aplicaciones de materiales compuestos de FRP para la construcción de estructuras de ingeniería civil y de arquitectura, ha sido la fabricación de perfiles de sección constante y formas análogas a los tradicionales perfiles de acero laminado ampliamente utilizados para la construcción de estructuras. Éstos resultan ser tan resistentes como los de acero, siendo mas ligeros. Se pueden trabajar con la misma facilidad con la que se trabaja la madera utilizando herramientas parecidas, aunque su desgaste resulta ser mayor. Figuras 3-33 y 3-34. Muestras de perfiles pultruidos de FRP. Los fabricantes suministran los perfiles estructurales de materiales compuestos de FRP con secciones transversales cuyas formas son variadas y más o menos estandarizadas, pero similares a las de los perfiles de acero laminado. Las disponibles suelen ser: − Formas macizas tales como barras, pletinas, etc, de sección constante. − Formas abiertas tales como ángulos, I, T, etc, de sección constante. − Formas huecas o en cajón estándar, cuadradas, rectangulares, hexagonales, etc., de sección constante. También, los pueden suministrar con secciones transversales peculiares, a requisito del cliente, para su óptimo empleo en cualquier tipo de aplicación estructural, siendo, por ello, un producto industrializado muy versátil, pues el proceso utilizado para su fabricación, la pultrusión, los puede proporcionar con secciones trasversales de formas complejas, con solo cambiar el molde de extrusión, ofreciendo pues posibilidades de diseño irrealizables con otros métodos de producción. No obstante, los perfiles óptimos son los de sección transversal tubular, pues son más resistentes a torsión y favorecen la estabilidad lateral. Las uniones de los perfiles estructurales de materiales compuestos de FRP se pueden realizar tanto con elementos auxiliares metálicos (placas, pletinas, ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 112/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. cartelas y tornillería) como con adhesivos estructurales que obviamente han de ser compatibles con los materiales constituyentes de los perfiles. 4.3.2. COMPOSICIÓN DE LOS PERFILES PULTRUIDOS DE FRP. Los perfiles pultruidos de materiales compuestos de FRP para usos estructurales contienen tres componentes principales: la matriz, las fibras de refuerzo y los aditivos. 4.3.2.1. LA MATRIZ. Los polímeros mas utilizados (por ser los mas adecuados para el proceso de pultrusión) son: la resina epoxy, la resina de poliéster y la resina fenólica. − RESINA EPOXI: Es la más resistente a las influencias térmicas y tiene mejores propiedades eléctricas. Se utiliza principalmente para perfiles de materiales compuestos de CFRP, que tienen las mejores propiedades mecánicas. − RESINA DE POLIÉSTER: Es la de uso más frecuente, ya que ofrece un material compuesto de FRP con un buen conjunto de propiedades. Se pueden distinguir tres variedades principales: la resina de ortopoliéster, de isopoliéster y de viniléster. La resina de isopoliéster, respecto a la de ortopoliéster, aumenta la resistencia al impacto, proporciona una mayor flexibilidad, y aumenta la resistencia a las temperaturas. También aumenta la resistencia a la corrosión. El viniléster tiene mejores propiedades de resistencia a la corrosión y térmica. Tiene más propiedades de elongación que el ortopoliéster y el isopoliéster, y proporciona un material compuesto de FRP con una resistencia mayor a impacto y a la fatiga. − RESINA FENÓLICA: Se utiliza cuando se requiera alta resistencia al fuego, resistencia a la temperatura, baja emisión de humo y retardo de la propagación de la llama. De acuerdo con lo anterior, se comercializan perfiles pultruidos de materiales compuestos de FRP constituidos por una matriz de resina de poliéster o viniléster reforzada con fibra de vidrio unidireccional con un contenido del 60% al 70% en volumen, envueltos con un tejido de fibra de vidrio a modo de piel protectora, que impide que elementos punzantes perforen sus superficies y mejora la protección de éstos contra la corrosión y los rayos ultravioleta. También se comercializan perfiles pultruidos de FRP constituidos por una matriz de resina epoxi reforzada con fibra de carbono 100% unidireccional, envuelta con fibras enrolladas de refuerzo adaptadas a la pultrusión (α = -+ 5º a α= -+ 60 º). Las variedades de matrices de resina epoxi que se utilizan son: Epoxi 26 (clase 120 ºC), Epoxi 97 (clase 180 ºC), Epoxi 21 (clase 220 ºC). Los tipos de fibra de carbono que utilizan son: HS (Alta resistencia), IM (módulo de elasticidad de valor intermedio), HM (Alto módulo de elasticidad). La naturaleza del polímero constituyente de la matriz determina las propiedades. La elección de la naturaleza del polímero de la matriz, depende del ambiente al cual vayan a quedar sometidos los perfiles. En general, la matriz de resina de poliéster será adecuada para la mayoría de los ambientes, pues tiene excelentes cualidades tales como buena resistencia a la corrosión, buen comportamiento ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 113/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Tabla 3-42. Propiedades mecánicas de las barras de CFRP. PROPIEDADES: #12 #15 Diámetro (mm): 12 15 Area transversal (mm2): 113 176 Peso (kg/ml) 0.25 0.37 Resistencia característica (límite elástico) (Mpa): 770 746 Desviación estandar (Mpa): 19 22 Resistencia de cálculo (según normas ACI) (Mpa): 713 680 Resistencia de adherencia (Mpa): 17 18 Módulo de elasticidad (promedio) (Mpa): 42000 42000 4.5. BANDAS LAMINADAS DE MATRIZ POLIMÉRICA REFORZADA CON FIBRAS Y HOJAS DE TEJIDO. 4.5.1. DESCRIPCIÓN. Esta variedad de materiales compuestos de FRP (Fiber Reinforced Polymer) denominados así en la literatura técnica existente, fue la primera en ser comercializada para el refuerzo de estructuras de hormigón armado, porque sus propiedades mecánicas resultan ser muy aptas para tal fin. Este tipo de materiales son fácilmente manejables y su puesta en obra sobre las estructuras a reparar es más sencilla. Actualmente, es posible encontrar en una amplia variedad de marcas comerciales, los siguientes formatos: Las bandas laminadas y angulares preformados, que se producen mediante un proceso de extrusión industrial. En un proceso continuo, las fibras se embeben en una matriz de resina epoxi y se endurecen mediante calentamiento. Por razones técnicas, el método de extrusión permite un contenido máximo de fibras de aproximadamente entre el 65 y el 70%. En su fabricación se utilizan distintos tipos de fibras de carbono con módulos de elasticidad y resistencias a la tracción diferentes. Las fibras con alta capacidad de deformación se pretensan durante el proceso de producción. Esto conduce a que su comportamiento sea elástico sobre un mayor rango de deformación. Gracias a esta tecnología se pueden utilizar fibras de carbono económicas con módulos de elasticidad bajos. NOTA: Según el módulo de elasticidad de la fibra carbono, se pueden distinguir dos variedades de materiales compuestos de CFRP: − CFRP con fibras de bajo módulo de elasticidad, con un módulo en el entorno de 2,3 x 105 N/mm2 y un alargamiento en rotura aproximado de un 1,50%. − CFRP con fibras de alto módulo de elasticidad, con un módulo de elasticidad que varía entre 4,4 y 6,4 x 105 N/mm2 y un alargamiento en rotura de entre un 0,4% y un 0,6%. NOTA: Para distinguir la técnica de “hormigones de altas prestaciones con fibras cortas” (FRC), de los materiales compuestos de FRP (Fiber Reinforced Polymer), la comunidad científica internacional pasó a designar a estos últimos con las siglas FRP, de acuerdo con la norma ISO 8930. Si bien, Japón, uno de los mayores productores de este tipo de materiales, ha adoptado su propia literatura técnica para designarlo “Continuous Fiber Reinforcing Materials” con las siglas CFRM [JSCE, 1997]. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 120/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. Tienen un comportamiento completamente elástico y lineal hasta rotura, produciéndose su agotamiento con deformaciones inferiores a 3%, sin que se observe ningún escalón plástico ni región de plastificación alguna, razón por la cual su energía de rotura es muy pequeña comparada, por ejemplo, con el acero. Por los esfuerzos que puede soportar así como por su naturaleza y rigidez, son sólo aplicables a refuerzos de elementos sometidos a f1exión realizados adhiriéndolos a superficies planas en zonas traccionadas. Pues en la dirección de pultrusión, es muy resistente y rígido, pero en dirección transversal, presenta baja resistencia y bajo módulo de elasticidad. Por ello, deben ser aplicadas para el refuerzo de superficies planas traccionadas de elementos estructurales sometidos a f1exión. Se aplican mediante un adhesivo estructural sobre la superficie de los elementos estructurales a reforzar, a modo de armadura externa, y con las mismas funciones que si fueran armaduras internas convencionales. Las hojas de tejido, que es una lámina flexible compuesta por filamentos de fibra orientados en una o varias direcciones. Mediante el uso de un sistema de resinas específicas se obtiene un laminado polimérico ejecutado in situ. Según las necesidades estructurales del refuerzo a ejecutar, se pueden usar los distintos tipos de fibra disponibles. La hoja de tejido se comercializa en estado puro y preimpregnada para curado en obra mediante aplicación de calor o catalizador. Las propiedades resistentes dependen de la cuantía incorporada, así como de la alineación de las fibras dentro de la matriz. Habitualmente, se emplean hojas unidireccionales (especialmente para fibra de carbono), aunque para hojas de tejido de fibra de vidrio y aramida se pueden encontrar hojas bidireccionales. Esto es así porque el efecto de tejido, con la ondulación en estado remanente de la fibra, implica una pérdida de módulo en las primeras fases de carga. En fibras de bajo módulo (vidrio y aramida) esto no es grave, aunque si que puede ser un factor a tener en cuenta para las de carbono. Habitualmente, si se requiere refuerzo en dos direcciones se solapan capas cruzadas. Dada la flexibilidad de las hojas de tejido, éstas pueden adaptarse a cualquier superficie, incluso con curvatura, siendo aptas para el refuerzos de elementos estructurales de geometría compleja, ya estén sometidos a esfuerzos de f1exión, de cortante o de compresión (mediante el efecto de confinamiento). La aplicación generalmente requiere la preparación de la superficie de adherencia a través de procesos químicos o mecánicos, seguidos de su imprimación mediante resina epoxi, para después colocar las hojas de tejido impregnadas con resina epoxi, que constituye la matriz del material compuesto “in situ”. En esta fase la rigidez de la adherencia es crucial para una eficaz transferencia de esfuerzos entre el hormigón y la fibra. Dada la necesidad de aplicar la resina de la matriz "in situ" y aunque se desarrolle un adecuado control de la ejecución, algunas normas penalizan las características mecánicas de este material compuesto, incrementando los coeficientes parciales de seguridad o minorando las resistencias características. Por lo que respecta a la capacidad de resistir esfuerzos en más de una dirección, se pueden disponer en capas superpuestas de según dos o mas direcciones, aunque ya se comercializan hojas de tejido bidireccionales e incluso cuadridireccionales. La elección del tipo de fibra va a depender: • De las necesidades prescritas en el diseño mecánico. • De su durabilidad en medios agresivos, aunque ésta se ve modificada por el recubrimiento mediante resinas sintéticas. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 121/205 III. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. • Del comportamiento tenso-deformacional. La fibra de carbono puede presentar un alto módulo elástico (640 GPa), muy superior al acero o parecido a éste (210 GPa), mientras que la fibra de vidrio y la fibra de aramida presentan módulos más bajos, así: − PARA REFUERZOS A FLEXIÓN, la fibra de carbono es la mejor elección, − PARA EL COSIDO DE FISURAS, INCREMENTO DE DUCTILIDAD Y CONFINAMIENTO, valen los tres tipos de fibras. − PARA AUMENTO DE LA RESISTENCIA AL IMPACTO de elementos estructurales tales como soportes o muros, derivados de acciones accidentales (tales como explosiones, impacto de vehículos pesados, etc.), la fibra de aramida es la mejor. En cuanto a la durabilidad en medios agresivos: − RESISTENCIA AL ATAQUE QUÍMICO: Las fibras de carbono y de aramida presentan muy buen comportamiento al ataque químico. Asimismo la mayoría de fibras de vidrio presentan problemas de durabilidad en medios alcalinos, aunque no por ácidos. La fibra de aramida puede absorber contenidos de humedad mucho más altos que el resto de fibras, lo que puede provocar problemas de adherencia en la interfase fibra-resina. Algunos ensayos denotan la pérdida de propiedades resistentes ante la presencia de sales, debido principalmente al debilitamiento y a la rotura prematuras provocadas por la existencia de cristales. − RESISTENCIA A LOS RAYOS ULTRAVIOLETAS: Las fibras de carbono y de vidrio no se ven afectadas por la luz ultravioleta. La fibra de aramida pierde coloración y sufre una ligera pérdida de resistencia, aunque embebida dentro de una matriz epoxi esto sólo sucede en las capas más externas. En cualquier caso la exposición directa al sol de las resinas estructurales les puede provocar rigidización y pérdida de elasticidad. Generalmente, en estos casos se recurre a la aplicación de una pintura de protección (generalmente en base poliuretano alifático de color claro, inalterable en estas condiciones y con capacidad de reflejar parte del calor radiado). − RESISTENCIA AL CALOR Y FUEGO: La fibra de vidrio mantiene sus propiedades resistentes hasta 1000 ºC, la fibra de carbono hasta 650 ºC y la fibra de aramida hasta 200 ºC. En todas las situaciones, el comportamiento crítico al fuego va a venir determinado por la transición vítrea de las resinas de adhesión, situado en el entorno de 80 ºC (en función de la temperatura de curado de éstas). En estos casos es necesario estudiar la toxicidad de los gases generados durante la combustión. Tanto los criterios de diseño como las técnicas del refuerzo estructural basados en estos materiales son en la actualidad imprecisos y dispersos, debido a factores como la novedad de estos materiales y la diversidad de productos en el mercado, la multiplicidad de sus aplicaciones y la divergencia de opiniones respecto a lo anterior. Algunos aspectos tales como como la retracción térmica y la resistencia al fuego de las resinas, y la aparición súbita de algunos mecanismos de falla no deseados aún deben de ser objeto de investigaciones especializadas. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 122/205 IV. LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO. APLICACIONES Y PROPUESTAS. IV. LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO. APLICACIONES Y PROPUESTAS. 1. LOS MATERIALES COMPUESTOS COMO ALTERNATIVA A LOS MATERIALES TRADICIONALES EN LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS. 1.1. INTRODUCCIÓN. Es comúnmente aceptado que, en la intervención arquitectónica de los edificios convencionales, las soluciones terapéuticas de consolidación estructural han de ser coherentes y adecuadas para asegurar una razonable durabilidad de los mismos, pero en la de los edificios con valor histórico-artístico, por su razón de ser, hay que utilizar aquellas que garanticen una durabilidad excepcional. Con respecto a las soluciones terapéuticas de consolidación, cabe considerar tanto las tradicionales como las innovadoras, bajo la premisa básica de que todas pueden ser útiles si son apropiadamente diseñadas y aplicadas. No obstante, en el momento actual, se debe tender al uso de las que sean reversibles, esto es, que permitan, en un futuro probablemente mucho más inmediato de lo que se cree, que puedan ser sustituidas por otros más duraderas y más eficientes. Las soluciones terapéuticas convencionales de consolidación estructural, normalmente pretenden aumentar la capacidad portante, utilizando para ello materiales que aporten mejoras en la rigidez y en la transferencia de tensiones. Así, las inyecciones y los encamisados siguen siendo adecuados para mejorar el comportamiento de los muros de fábrica de mampostería irregular sometidos a cargas verticales y horizontales. Las posibles combinaciones de las técnicas de inyección, de rejuntado y de cosido de muros multihoja mediante bulonado transversal, también. La técnica de rejuntado reforzado es óptima para la consolidación de muros masivos de fábrica de ladrillo. Pero, inevitablemente, tienen inconvenientes tales como el aumento de cargas debido a su peso propio añadido, afectan a la apariencia y la forma original de los elementos estructurales reforzados y futuros problemas de incompatibilidad mecánica, física o química con los materiales estructurales originales, que pueden provocar una importante o total pérdida del efecto del refuerzo, además de conllevar problemas de durabilidad del conjunto. NOTA: También existe la posibilidad de emplear materiales de carácter tradicional pero técnicamente más avanzados, como la piedra artificial o la propia cerámica, que, a pesar de sus menores prestaciones, tienen una buena compatibilidad precisamente por ello, y resultan más afines mecánicamente y también químicamente, a los materiales estructurales originales, resultando especialmente apropiados para la intervención en edificios históricos. Como alternativa a éstas, cabe la posibilidad de aplicar otras soluciones terapéuticas mas sofisticadas, que se basan en la utilización de los materiales compuestos, que como hemos explicado anteriormente, han asumido con rapidez una posición relevante como materiales de refuerzo de aplicación a las estructuras de hormigón armado o de acero laminado. Éstas se desarrollaron inicialmente en Suiza y en Alemania buscando sustituir la aplicación del acero laminado como material de refuerzo de estructuras de hormigón armado, en particular, para incrementar la capacidad mecánica de las vigas. Por ello, se considera que los ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 123/205 IV. LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO. APLICACIONES Y PROPUESTAS. materiales compuestos también son apropiados para reparar o reforzar estructuras de obra de fábrica portante, aportando las indiscutibles ventajas de su empleo, siendo las mas significativas: − Su elevada resistencia mecánica combinada con su ligereza y su moderada rigidez, − Su buena adaptabilidad a las formas y superficies planas y curvas de los elementos estructurales a reforzar, − Su indiscutible resistencia a los ambientes agresivos, y, − Su facilidad de transporte, manipulación y colocación en obra. Por tanto, en este trabajo se plantea el estudio de la aplicación de los materiales compuestos en la consolidación de estructuras de edificios históricos y de valor histórico-artístico, campo en el que la seriación de los productos de la construcción no es práctica, y donde se pueden conseguir interesantes nuevas aplicaciones de éstos y lograr avances técnicos y prácticos. La consolidación estructural de edificios históricos implica varios aspectos estrictamente conectados con su particularidad y su gran variabilidad en cuanto a tipologías arquitectónicas, con las características de los materiales y de las fábricas y a las deficiencias estructurales y con la compatibilidad de las soluciones terapéuticas, siendo posible utilizar los materiales compuestos, si se toman las debidas precauciones, ya que sus métodos de cálculo y sus procedimientos de manipulación y puesta en obra están en un continuo proceso de experimentación y perfeccionamiento, pero debiéndose evitar asumir riesgos inciertos y no controlados por su utilización, aunque sea como medio de aprendizaje. En Italia han sido aplicadas recientemente técnicas de consolidación estructural de edificios históricos, las cuales han sido evaluadas, a efectos de eficacia estructural, en base a estudios experimentales recientes, ya sea en laboratorio o “in situ”, y a análisis numéricos de modelos apoyados por procedimientos de identificación dinámica, al objeto de comprobar el comportamiento mecánico de las estructuras consolidadas. No obstante, dada la ausencia de una cuestión técnica y legal específica, es necesario prefijar las pruebas de laboratorio de la intervención con objeto de evaluar las características mecánicas verdaderas de los materiales compuestos empleados y su interacción con los materiales estructurales originales. NOTA: El sismo del año 1997, ocurrido en las regiones centrales de Italia, en Umbría-Marche, evidenciaron cómo la mala ejecución de las técnicas comunes inyecciones, encamisados, etc., y la ejecución de obras de reforma tales como la sustitución de forjados y cubiertas planas de materiales tradicionales (madera y cerámica) por materiales modernos (hormigón armado) aplicadas después de anteriores sucesos sísmicos, contribuyeron al empeoramiento del comportamiento mecánico de las estructuras que fueron así consolidadas. La elección de soluciones terapéuticas de consolidación estructural que sean eficaces y apropiadas, en términos de materiales y técnicas, depende de varios factores, entre los que cabe destacar: − La tipología de los elementos estructurales que compone la estructura a consolidar (muros, arcos, forjados, etc.), − La disposición entre dichos elementos estructurales (enlace y arriostramiento de muros, arcos, bóvedas, forjados, etc.), − El tipo de materiales estructurales que los constituyen (fábricas de ladrillos o piedra irregular), y, − Las acciones a considerar, en especial las sísmicas. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 124/205 IV. LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO. APLICACIONES Y PROPUESTAS. Hay investigaciones que proveen información detallada sobre las características de los materiales estructurales de refuerzo y sobre los comportamientos globales de las estructuras. Las pruebas de identificación dinámica son cada vez más importantes en la contribución a ello. 1.2. SOLUCIONES TERAPÉUTICAS DE CONSOLIDACIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES CON MATERIALES COMPUESTOS DE FRP. Las aplicaciones de los materiales compuestos de polímeros reforzados con fibras, FRP (Fiber Reinforced Polymer), en las estructuras de ingeniería civil y de la construcción arquitectónica comenzaron con carácter experimental desde mediados del siglo XX, pero en la actualidad se ha extendido ampliamente, sobre todo en el refuerzo de estructuras existentes de hormigón armado o de acero laminado, al estar disponibles comercialmente, porque a pesar de su mayor precio de mercado, resultan muy eficaces con respecto a las que ofrecen los materiales tradicionales. El uso de materiales compuestos de FRP para consolidar elementos estructurales de fábrica cada vez se tiene más en cuenta. La posibilidad de coser y zunchar los elementos estructurales constituidos por materiales frágiles, como la fábrica, permite, en la mayoría de los casos, obtener determinadas condiciones de seguridad e incluso evitar su rotura catastrófica. La sencillez de la ejecución de las intervenciones, incluso en condiciones difíciles, permite una amplia gama de posibles soluciones frente a variadas situaciones de daño. Hoy en día hay disponibles diversos formatos para variadas aplicaciones, entre las cuales comentamos las siguientes: 1. La aplicación de barras pultruidas de FRP, bandas laminadas de FRP y hojas de tejido para la consolidación de elementos estructurales de fábrica de ladrillo tales como arcos, bóvedas y muros de arriostramiento, ha revelado su alto potencial. En la universidad de Padua, se han realizado investigaciones experimentales acerca del comportamiento de elementos tales como paneles de fábrica de ladrillo sometidos a compresión diagonal y arcos, previamente reforzados con materiales compuestos de FRP aplicados con diversos formatos y composición, de las que se han extraído las siguientes conclusiones: − La aplicación de refuerzos de forma asimétrica en muros de arriostramiento (refuerzo por una cara) ofrecen una eficacia limitada. − La aplicación de refuerzos con configuración diagonal es más eficiente en términos de capacidad a cortante que con configuración en malla, sin embargo, ésta última ofrece una mejor redistribución de la tensión que causa grietas y, por tanto una rotura menos frágil. − En la mayoría de los casos, los materiales de FRP menos rígidos parecen ser más eficaces en términos de aumento de esfuerzo y de la rigidez de los paneles, debido al criterio particular del diseño usado (un material más débil tiene un área más grande de adherencia), y también al hecho de que un material más rígido es más vulnerable a la desvinculación y también a la anchura del laminado. − Los bajos incrementos en el esfuerzo cortante, en la experiencia particular descrita, son también atribuibles al efecto de pelado ocurrido en las porciones cercanas a los esfuerzos de compresión aplicados y a la peculiar baja capacidad resistente de los ladrillos, lo que causó su aplastamiento como mecanismo principal de fallo. − Los métodos de anclaje alternativos parece ser una cuestión clave a evaluar ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 125/205 IV. LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO. APLICACIONES Y PROPUESTAS. durante la experimentación adicional para prevenir la pérdida de eficacia debido a la delaminación. − La anchura y la rigidez de las bandas laminadas de FRP parece tener una fuerte influencia en la proximidad al fallo, también para los arcos de fábrica de ladrillo consolidados con dicho material compuesto. − Independientemente del tipo de material compuesto de FRP empleado, los arcos consolidados por su extradós revelaron un posible mecanismo frágil de fallo debido al deslizamiento entre los tendeles de mortero y los ladrillos (Tal mecanismo puede ser prevenido). − Los valores más altos de esfuerzos últimos de los arcos consolidados se han obtenido para materiales compuestos de FRP con fibras con características mecánicas más bajas, debido a las superficies más grandes disponibles para adherencia. − Los arcos consolidados en su intradós revelaron un mecanismo de rotura mas ducti1, debido a la separación de las fibras, perpendicular a la superficie de la fábrica. El fallo está localizado en una zona limitada en tanto que el efecto de cosido de las bandas laminadas de FRP puede ralentizar el colapso de los mismos. Figura 4-1. Bóvedas reforzadas por su intrados, con material compuesto de FRP “in situ” mediante hojas de tejido y resina polimérica. Figura 4-2. Bóvedas reforzadas por su extrados, con material compuesto de FRP “in situ” mediante mallas de fibra y mortero de matriz cementicia modificada con polímero. 2. La aplicación de barras y pletinas pultruidas de FRP para el rejuntado reforzado de tendeles de mortero se suele aplicar para la consolidación de fábricas de ladrillo muy cargadas en estructuras masivas tales como murallas, campanarios, torres, pilas y estribos de puentes, etc., que muestren lesiones estructurales típicas relacionadas con elevados estados tensionales a compresión y con fenómenos dependientes del tiempo que actúen a menudo en combinación con acciones cíc1icas (viento, temperatura, etc.). Tales daños se suelen manifestar en forma de grietas finas verticales difundidas, que afectan tanto a los tendeles como a los ladrillos y que pueden ocasionar en estas estructuras deformaciones y colapsos repentinos e inesperados. El rejuntado reforzado consiste en la inserción de elementos reforzantes de ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 126/205 IV. LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO. APLICACIONES Y PROPUESTAS. pequeña sección, tales como barras o pletinas de materiales compuestos de FRP, en tendeles de mortero previamente abiertos con una profundidad comprendida entre 6 y 8 centímetros, que después son rellenadas por un material de rejuntado, generalmente morteros compatibles aditivados para requisitos particulares. se puede ejecutar en una o en ambas caras opuestas de los elementos estructurales, dependiendo de condiciones tales como su accesibilidad, tipo de fábrica, etc. Figura 4-3. Detalle de la aplicación de la solución terapéutica del rejuntado reforzado con barras o pletinas de materiales compuestos de FRP, en ambas caras de un muro de una hoja o de varias. Los tirantes transversales, que se insertan en los agujeros perforados sucesivamente sellados, pueden aportar una acción de confinamiento de las barras o láminas insertadas en direcciones longitudinales, especialmente indicada para consolidar fábricas multi-hoja, donde pueden darse fenómenos de rotura interna y pandeo. 3. La aplicación de mallazos de barras pultruidas de FRP, para el armado de capas finas de morteros u hormigones modificados y de altas prestaciones, para el confinamiento de los paramentos de muros de obra de fábrica de mampostería irregular, disgregada o ejecutada con materiales de poca calidad, y que tenga poca resistencia mecánica. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 127/205 IV. LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO. APLICACIONES Y PROPUESTAS. Figura 4-4 y 4-5. Muro de fábrica de mampostería en proceso de refuerzo mediante confinamiento con capas de morteros u hormigones modificados y de altas prestaciones, armados con mallazo de barras pultruidas de FRP. A la vista de lo investigado, se comprueba que el uso de materiales compuestos de FRP para reparar o reforzar estructuras de obra de fábrica portante actualmente está siendo objeto de un creciente esfuerzo investigador. Se han llevado a cabo una gran variedad de programas experimentales utilizando probetas y paneles representativos de obra de fábrica portante, en los que se ha realizado comprobaciones y analizado perfiles de comportamiento ante determinadas condiciones de tensión, habiéndose obteniendo importantes resultados que respaldan la idoneidad de su utilización para los fines indicados. No obstante, es necesario que sean investigados mas en profundidad los métodos y las recomendaciones específicas de diseño y ejecución, a nivel local y global y, también, su durabilidad a largo plazo, que aun no ha sido convenientemente estudiada y verificada. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 128/205 IV. LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO. APLICACIONES Y PROPUESTAS. 2. CASOS CONCRETOS DE APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS A LA CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS DEL PATRIMONIO HISTÓRICO. A continuación, se analizan soluciones terapéuticas con materiales compuestos aplicadas a la consolidación estructural de edificios históricos. 2.1. LA CATEDRAL DE NOTO, EN SICILIA. La Catedral de San Nicolás en la ciudad de Noto, en la región de Sicilia (Italia) es la iglesia principal de la diócesis. Su fachada de piedra arenisca, edificada sobre una escalinata de tres tramos remodelada en el siglo XIX, está flanqueada por dos enormes torres y está coronada por estatuas del siglo XVIII, es un magnífico ejemplo del barroco tardío. Tiene tres portales majestuosos, flanqueados por esbeltas columnas corintias. El del centro es de bronce y representa escenas de la vida de San Conrado de Piacenza Confalonieri, de Giuseppe Pirrone (1982). Su planta consta de tres naves con capillas laterales, revestidas con decoración barroca. Su interior es amplio y luminoso y después de su reconstrucción es completamente blanco, como era antes de la realización de los frescos en los años cincuenta. Figura 4-6. Vista de la fachada principal de la Catedral de Noto. Figura 4-7. Vista del interior de la nave principal del monumento. Su construcción comenzó en el siglo XVIII, después de un sismo ocurrido en el año 1693 y finalizó en 1776, aunque siglos más tarde tuvo que ser reconstruida, decorándose la nave principal y el ábside con frescos de N. Arduino en los primeros años cincuenta del siglo XX y sustituyéndose la cubierta original de la nave principal con una pesada losa de hormigón (que fue probablemente una de las causas secundarias del colapso del monumento en el año 1996). Tras el sismo del día 13 de diciembre de 1990, este monumento sufrió algunos daños estructurales y se cerró el culto para acometer su futura restauración, pero en la noche del 13 de marzo de 1996, a causa de un grave defecto de ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 129/205 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS 4B.6. FYPRESA. 4B.6.1. Catálogo de perfiles pultruidos de FRP. 4B.7. MARSHALL COMPOSITE SYSTEMS. 4B.7.1. Guia de especificaciones de producto C-BAR®. 4B.8. POLITEC S.A. – FEMOGLAS. 4B.8.1. Catálogo de perfiles estructurales y para barandas FEMOGLAS®. 4B.8.2. Catálogo de paneles ligeros tipo parrilla FEMOGLAS®. 4B.9. PROMAX (protección de maderas S.A. Grupo Zeltia S.A). 4B.9.1 Catálogo de sistemas de tratamiento curativo y consolidación estructural de la madera mediante el “sistema beta”. 4B.10. RYMPSA. 4B.10.1. Catálogo de perfiles pultruidos de FRP para estructuras. 4B.11. RUREDIL S.P.A. 4B.11.1. Catálogo del sistema de refuerzo estructral con FRCM y FRP. 4B.11.2. Ficha de producto: Ruredil X Fiber 54S, fibra sintética híbrida de copolímero de polietileno y polipropileno 4B.12. SIKA, S.A. 4B.12.1. Catálogo de productos y sistemas de refuerzo y pegado estructural. 4B.12.2. Catálogo de refuerzo estructural con fibra de carbono (serie de productos SIKA a base de materiales compuestos, sistemas SIKA CarboDur®”, SIKAWRAP® y SIKA CarboShear®) (edición marzo 2008). 4B.12.3. Catálogo del “Sistema de refuerzo estructural SIKA CarboDur®” (edición marzo 2008). 4B.12.4. Dossier SIKA sobre refuerzo de estructuras de hormigón armado. 4B.12.5. Pliego de condiciones técnicas nº 25, para la realización de refuerzo estructural con el sistema SIKA CarboDur®. 4B.12.6. Pliego de condiciones técnicas nº 26, para la realización de refuerzo estructural con el sistema SIKAWRAP®. ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 23/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS 4B.12.7. Catálogo del “Sistema de refuerzo estructural pretensado SIKA CarboDur®” con la serie de productos SIKA a base de materiales compuestos. 4B.12.8. Ficha de producto: SIKA Carbodur®, laminados pultruidos de CFRP, SIKA Carbodur® S512/80 y SIKA Carbodur® S812/120. 4B.12.9. Ficha de producto: SIKA Wrap® 230/C45, tejido de fibra de carbono unidireccional. 4B.12.10. Ficha de producto: SIKA CarboShear® L, perfiles angulares pultruidos de CFRP para refuerzo estructural a cortante, SIKA CarboShear® L 4/20/50, SIKA CarboShear® L 4/30/70, SIKA Carboshear® L 4/50/100. 4B.12.11. Ficha de producto: SIKAdur-30®, adhesivo tixotrópico a base de resina epoxi bicomponente sin disolventes, para pegado de refuerzos estructurales. 4B.12.12. Ficha de producto: SIKAdur-31®, adhesivo tixotrópico a base de resina epoxi bicomponente y cargas especiales sin disolventes, para usos diversos. 4B.12.13. Ficha de producto: SIKAdur-32 Fix®, adhesivo a base de resina epoxi bicomponente sin disolventes y con polisulfuros, para puente de unión. 4B.12.14. Ficha de producto: SIKAdur-32 N®, adhesivo a base de resina epoxi bicomponente sin disolventes, para puente de unión. 4B.12.15. Ficha de producto: SIKAdur-33®, adhesivo tixotrópico a base de resina epoxi bicomponente sin disolventes, para pegado estructural. 4B.12.16. Ficha de producto: SIKAdur-300®, pasta a base de resina epoxi y cargas especiales sin disolventes, para pegado multiuso. 4B.12.17. Ficha de producto: SIKAdur-330®, impregnación a base de resina epoxi bicomponente sin disolventes. 4B.12.18. Ficha de producto: SIKAdur-MultiKit®, pasta moldeable a base de resina epoxi bicomponente sin disolventes, para reparación pegado, sellado y relleno. 4B.12.19. Ficha de producto: SIKA Monotop-722 Mur®, mortero monocomponente para la reparación y el refuerzo de muros tradicionales. 4B.12.20. Ficha de producto: SIKA Wrap-350 Grid®, Tejido a base de fibra de vidrio resistente a los álcalis, para refuerzo de enfoscados. 4B.12.21. Ficha de producto: SIKA Wrap Anchor C®, Cordón de fibra de carbono para la conexión estructural y anclaje del tejido CFRP. ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 24/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS 4C. PAGINAS WEB. 4C.1. http://www.advmat.com 4C.2. http://www.anzeve.com 4C.3. http://www.basf.com 4C.4. http://www.composite.about.com 4C.5. http://www.composites.ubc.ca/CompositesOnline/index.asp 4C.6. http://www.compositeworld.com 4C.7. http://www.compositeworldwide.com 4C.8. http://www.conama9.org 4C.9. http://www.creativepulrusion.com 4C.10. http://www.degussa-cc.es 4C.11. http://www.en.structurae.de 4C.12. http://www.epsilon-composite.com 4C.13. http://www.esaresa.com 4C.14. http://www.fiberline.com 4C.15. http://www.fibreglast.com 4C.16. http://www.fibrester.es 4C.17. http://physicalplanning.ucsd.edu/projects/index.html. 4C.18. http://www.globalcomposites.com 4C.19. http://www.interplastic.com 4C.20. http://www.kovalex.de 4C.21. http://www.mapei.com 4C.22. http://www.matweb.com 4C.23. http://www.netcomposites.com 4C.24. http://www.plexi.es 4C.25. http://www.polyrey.com 4C.26. http://www.quakewrap.com 4C.27. http://www.ruredil.it 4C.28. http://www.satecma.esm 4C.29. http://www.sika.com 4C.30. http://www.spsystems.com 4C.31. http://www.strongwell.com 4C.32. http://www.tech-assessment.com 4C.33. http://www.teinser.com 4C.34. http://www.trespa.com ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 25/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS 5. OTRAS FUENTES DE INFORMACIÓN: NORMAS DE PRODUCTOS, PROCESOS DE ENSAYO, ETC. 5A. CTN: AEN/CTN 41/SC 8 - CONSERVACIÓN DE EDIFICIOS. UNE 41805-1:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 1: Generalidades. UNE 41805-2:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 2: Estudios históricos. UNE 41805-3:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 3. Estudios constructivos y patológicos UNE 41805-4:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 4. Estudio patológico de la estructura del edificio. Terreno y cimentación. UNE 41805-5:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 5. Estudio patológico de la estructura del edificio. Estructuras de fábrica UNE 41805-6:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 6: Estudio patológico de la estructura del edificio. Estructuras de hormigón. UNE 41805-7:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 7: Estudio patológico de la estructura del edificio. Estructuras metálicas. UNE 41805-8:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 8: Estudio patológico de la estructura del edificio. Estructuras de madera. UNE 41805-9:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 9: Estudio patológico del edificio. Cubiertas. UNE 41805-10:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 10: Estudio patológico del edificio. Fachadas no estructurales. UNE 41805-11:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 11: Estudio patológico del edificio. Carpintería de ventanas y cerrajería. UNE 41805-12:2009 IN Diagnóstico de edificios. Parte 12: Estudio patológico del edificio. Particiones interiores y acabados. UNE 41805-13:2010 IN Diagnóstico de edificios: Parte 13: Estudio patológico del edificio. Instalaciones. UNE 41805-14:2010 IN Diagnóstico de edificios. Parte 14: Informe del diagnóstico. ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 26/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS 5B. CTN: AEN/CTN 83 - HORMIGÓN. UNE 83701:1994 IN Materiales de reparación. Morteros epoxi para reparaciones en hormigón. Recomendaciones de uso. UNE 83702:1994 IN Materiales de reparación. Preparación de superficies de hormigón armado para su reparación. Recomendaciones de uso. 5C. CTN: AEN/CTN 53/SC 0 – PLÁSTICOS. UNE-EN 13003-2:2000 Hilos continuos de fibra de para-aramida. Parte 2: Métodos de ensayo y especificaciones generales. UNE-EN 13003-3:2000 Hilos continuos de fibra de para-aramida. Parte 3: Especificaciones técnicas. UNE-EN 13003-1:2000 Hilos de fibra de para-aramida. Parte 1: Designación. UNE-EN 13706-1:2003 Materiales compuestos de plástico reforzado. Especificaciones para perfiles pultruidos. Parte 1: Designación. UNE-EN 13706-2:2003 Materiales compuestos de plástico reforzado. Especificaciones para perfiles pultruidos. Parte 2: Métodos de ensayo y requisitos generales. UNE-EN 13706-3:2003 Materiales compuestos de plástico reforzado. Especificaciones para perfiles pultruidos. Parte 3: Requisitos específicos. UNE-EN ISO 14130:1999 Materiales compuestos plásticos reforzados con fibras. Determinación de la resistencia a la cizalla interlaminar aparente por el método de ensayo de flexión con poca separación entre apoyos. (ISO 14130:1997). UNE-EN ISO 14129:1999 Materiales compuestos plásticos reforzados con fibras. Determinación de la respuesta de esfuerzo de cizalla/deformación de cizalla plana, que incluye el módulo y resistencia de cizalla plana, por el método de ensayo de tracción a +- 45º. UNE-EN ISO 14126:2001 Materiales compuestos plásticos reforzados con fibras. Determinación de las propiedades de compresión en dirección paralela al plano de laminación. (ISO 14126:1999). UNE-EN ISO 14126/AC:2002 Materiales compuestos plásticos reforzados con fibras. Determinación de las propiedades de compresión en dirección paralela al plano de laminación. (ISO 14126:1999/Cor. 1:2001). ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 27/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS UNE-EN ISO 15310:2006 Materiales compuestos plásticos reforzados con fibras. Determinación del módulo de cizallamiento en plano por el método de torsión de placa (ISO 15310:1999). UNE-EN 13417-1:2002 Materiales de refuerzo. Especificaciones para tejidos. Parte 1: Designación. UNE-EN 13417-2:2002 Materiales de refuerzo. Especificaciones para tejidos. Parte 2: Métodos de ensayo y requisitos generales. UNE-EN 13417-3:2002 Materiales de refuerzo. Especificaciones para tejidos. Parte 3: Requisitos específicos. UNE-EN 13473-1:2002 Refuerzos. Especificaciones para tejidos multicapa multiaxiales. Parte 1: Designación. UNE-EN 13473-2:2002 Refuerzos. Especificaciones para tejidos multicapa multiaxiales. Parte 2: Métodos de ensayo y requisitos generales. UNE-EN 13473-3:2002 Refuerzos. Especificaciones para tejidos multicapa multiaxiales. Parte 3: Requisitos específicos. 5D. CTN: AEN/CTN 28 - MATERIAL AEROESPACIAL. UNE-EN 2243-1:2006 Material aeroespacial. Materiales no metálicos. Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo. Parte 1: Ensayos de cizalla de una junta solapada simple. UNE-EN 2243-2:2006 Material aeroespacial. Materiales no metálicos. Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo. Parte 2: Pelado de metal-metal UNE-EN 2243-3:2006 Material aeroespacial. Materiales no metálicos. Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo. Parte 3: Ensayo de pelado metal-núcleo de nido de abeja. UNE-EN 2243-4:2006 Material aeroespacial. Materiales no metálicos. Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo. Parte 4: Ensayo de tracción perpendicular para metal-núcleo de nido de abeja. UNE-EN 2243-5:2006 Material aeroespacial. Materiales no metálicos. Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo. Parte 5: Ensayos de envejecimiento. UNE-EN 2243-6:2006 Material aeroespacial. Materiales no metálicos. Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo. Parte 6: Determinación del tensado y de la deformación de cizallamiento. ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 28/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS UNE-EN 2557:1997 Material aeroespacial. Preimpregnados de fibra de carbono. Determinación de la masa por unidad de superficie. UNE-EN 2558:1997 Material aeroespacial. Preimpregnados de fibra de carbono. Determinación del contenido en sustancias volátiles. UNE-EN 2559:1997 Material aeroespacial. Preimpregnados de fibra de carbono. Determinación de los contenidos de resina y fibra y de la masa de fibra por unidad de superficie. UNE-EN 2560:1999 Material aeroespacial. Preimpregnados de fibra de carbono. Determinación del flujo de resina. UNE-EN 2561:1996 Material aeroespacial. Plásticos reforzados de fibra de carbono. Estratificados unidireccionales. Ensayo de tracción paralelamente a la dirección de la fibra. UNE-EN 2562:1997 Material aeroespacial. Plásticos reforzados de fibra de carbono. Laminados unidireccionales. Ensayos de flexión paralela a la dirección de las fibras. UNE-EN 2563:1997 Material aeroespacial. Plásticos reforzados de fibras de carbono. Estraficados unidireccionales. Determinación de la resistencia aparente al cizallamiento interlaminar. UNE-EN 2564:1999 Material aeroespacial. Laminados de fibra de carbono. Determinación del contenido en fibra, resina y tasa de porosidad. UNE-EN 2597:1999 Material aeroespacial. Plásticos reforzados de fibra de carbono. Laminados unidireccionales. Ensayo de tracción perpendicular a la dirección de las fibras. EN 2667-6:2001 Material aeroespacial. Materiales no metálicos. Adhesivos estructurales expansibles. Métodos de ensayo. Parte 6: Determinación de la absorción de agua. (Ratificada por AENOR en febrero de 2002) UNE-EN 2781:1999 Material aeroespacial. Materiales no metálicos. Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo. Determinación del espesor de imprimación. 5E. CTN: AEN/CTN 143 - ADHESIVOS Y SELLANTES. UNE-EN 301:2007 Adhesivos fenólicos y aminoplásticos para estructuras de madera bajo carga. Clasificación y requisitos de comportamiento. UNE-EN 302-1:2005 ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 29/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 1: Determinación de la resistencia de la unión al cizallamiento por tracción longitudinal. UNE-EN 302-2:2005 Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 2: Determinación de la resistencia a la delaminación. UNE-EN 302-3:2005 Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 3: Determinación del efecto del ataque ácido a las fibras de madera debido a los tratamientos cíclicos de temperatura y humedad sobre la resistencia a la tracción transversal. UNE-EN 302-3:2005/A1:2006 Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 3: Determinación del efecto del ataque ácido a las fibras de madera debido a los tratamientos cíclicos de temperatura y humedad sobre la resistencia a la tracción transversal. UNE-EN 302-4:2005 Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 4: Determinación de la influencia de la contracción de la madera sobre la resistencia al cizallamiento. UNE-ENV 302-5:2002 Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 5: Determinación del tiempo de ensamblado convencional. UNE-ENV 302-5:2002 ERRATUM:2005 Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 5: Determinación del tiempo de ensamblado convencional. UNE-EN 302-6:2005 Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 6: Determinación del tiempo de prensado convencional. UNE-EN 302-7:2005 Adhesivos para madera de uso estructural. Métodos de ensayo. Parte 7: Determinación de la vida útil convencional UNE-EN 1965-1:2002 Adhesivos estructurales. Corrosión. Parte 1: Determinación y clasificación de la corrosión de un substrato de cobre. UNE-EN 1965-2:2002 Adhesivos estructurales. Corrosión. Parte 2: Determinación y clasificación de la corrosión de un substrato de latón. UNE-EN 1966:2009 Adhesivos estructurales. Caracterización de una superficie mediante la medida de la adhesión por el método de flexión en tres puntos. UNE-EN ISO 9664:1996 Adhesivos. Métodos de ensayo para la resistencia a la fatiga por esfuerzo de cizalla de adhesivos estructurales. (ISO 9664:1993). UNE-EN 12436:2002 ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 30/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS Adhesivos para madera de uso estructural. Adhesivos de caseína. Clasificación y requisitos de aptitud a la función. UNE-EN 12436:2002 ERRATUM:2005 Adhesivos para madera de uso estructural. Adhesivos de caseína. Clasificación y requisitos de aptitud a la función. UNE-EN 12701:2002 Adhesivos estructurales. Almacenamiento. Determinación de vocablos y frases relativas al tiempo de vida de los adhesivos estructurales y materiales relacionados. UNE-EN 12765:2002 Clasificación de adhesivos termoendurecibles para madera de uso no estructural. UNE-EN 13887:2004 Adhesivos estructurales. Guía para la preparación de superficies de metales y de plásticos previamente al encolado con adhesivos. UNE-EN 14022:2010 Adhesivos estructurales. Determinación de la vida útil (vida de trabajo) de adhesivos multicomponentes. UNE-EN 14256:2007 Adhesivos para madera de uso no estructural. Método de ensayo y requisitos para la resistencia a la carga estática. UNE-EN 14258:2005 Adhesivos estructurales. Comportamiento mecánico de las juntas pegadas sometidas a condiciones especificadas de temperatura durante periodos de exposición cortos y largos. UNE-EN 14444:2006 Adhesivos estructurales. Evaluación cualitativa de la durabilidad de las uniones encoladas. Ensayo de rotura en cuña. (ISO 10354:1992 modificada) UNE-EN 14444:2006/AC:2008 Adhesivos estructurales. Evaluación cualitativa de la durabilidad de las uniones encoladas. Ensayo de rotura en cuña. (ISO 10354:1992 modificada) UNE-EN 14869-1:2005 Adhesivos estructurales. Determinación del comportamiento en cizalla de adhesivos estructurales. Parte 1: Método de ensayo en torsión de cilindros huecos pegados a tope (ISO 11003-1:2001, modificada) UNE-EN 14869-2:2005 Adhesivos estructurales. Determinación del comportamiento en cizalla de adhesivos estructurales. Parte 2: Método de ensayo de tracción en probetas gruesas (ISO 11003-2:2001, modificada) UNE-EN 15190:2007 Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo para evaluar la durabilidad a largo plazo de las estructuras metálicas pegadas. UNE-EN 15274:2008 Adhesivos de uso general para uniones estructurales. Requisitos y métodos de ensayo. UNE-EN 15275:2008 ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 31/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS Adhesivos estructurales. Caracterización de adhesivos anaeróbicos para uniones metálicas coaxiales en edificación y estructuras de ingeniería civil. UNE-EN 15416-2:2008 Adhesivos para estructuras de madera bajo carga distintos a los del tipo fenólico y aminoplástico. Métodos de ensayo. Parte 2: Ensayo de carga estática de probetas con línea de pegado múltiple en cizalla por compresión. UNE-EN 15416-3:2008+A1:2010 Adhesivos para estructuras de madera bajo carga distintos a los del tipo fenólico y aminoplástico. Métodos de ensayo. Parte 3: Ensayo de deformación en fluencia bajo condiciones climáticas cíclicas con probetas cargadas en cizalla por flexión. UNE-EN 15416-4:2007 Adhesivos para estructuras de madera bajo carga distintos a los del tipo fenólico y aminoplástico. Métodos de ensayo. Parte 4: Determinación del tiempo de ensamblado abierto para adhesivos de poliuretano de un componente. UNE-EN 15416-5:2007 Adhesivos para estructuras de madera bajo carga distintos a los del tipo fenólico y aminoplástico. Métodos de ensayo. Parte 5: Determinación del tiempo convencional de presión. UNE-EN 15425:2008 Adhesivos. Adhesivos de poliuretano de un componente para estructuras de madera bajo carga. Clasificación y requisitos de comportamiento. 5F. CTN: AEN/CTN 56 - MADERA Y CORCHO. UNE-EN 13271/AC:2004 Conectores para la madera. Valores característicos de resistencia y del módulo de deslizamiento de uniones con conectores. UNE-EN 13271:2002 Conectores para la madera. Valores característicos de resistencia y del módulo de deslizamiento de uniones con conectores. UNE-EN 912/AC:2001 Conectores para madera. Especificaciones de los conectores para madera. UNE-EN 912:2000 Conectores para madera. Especificaciones de los conectores para madera. UNE-EN 14358:2007 Estructuras de madera. Cálculo del valor característico del percentil del 5% y criterio de aceptación para una muestra. UNE-EN 14545:2009 Estructuras de madera. Conectores. Requisitos. UNE-EN 14592:2009 Estructuras de madera. Elementos de fijación tipo clavija. Requisitos. UNE-EN ISO 8970:2010 ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 32/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS 8. RELACIÓN DE FABRICANTES Y PRODUCTOS DE MATERIALES COMPUESTOS APLICABLES A LA CONSTRUCCIÓN, EN GENERAL. FABRICANTE: MARCA COMERCIAL: PRODUCTOS DE MATERIALES COMPUESTOS FABRICADOS: Etex Natura Pro® paneles prensados de matriz cementicia reforzada con fibras de PVA, acabados con una lamina acrílica transparente por su cara vista Isomax Decorative Laminate AG Fundermax Exterior NT® paneles laminados de alta presión, de materiales compuestos a base de matriz de resinas termoestables reforzadas con láminas de fibras de celulosa, con protección especial de resinas de acrilo-poliuretano William Kreysler & Associates panel compuesto de una capa de hormigón polímero aplicada sobre moldes soporte de resina de poliéster ignífugo reforzada con fibra de vidrio tipo E Bedford Plásticos Reforzados panel de doble pared de material compuesto híbrido de matriz de resina reciclada (50%) reforzada con un 25% de fibra de lino y con un 25% de fibra de vidrio tipo E Trespa Internacional BV Trespa Meteon® paneles laminados de alta presión Esare S.A. placas de materiales compuestos constituidas por poliéster traslúcido coloreado, reforzado con fibra de vidrio Blizzard Composite GMBH paneles sándwich ligeros de materiales compuestos, formados por núcleos de nido de abeja Global Sándwich Composites Supliré 3F “forma libre de fachada” módulos innovadores de fachada a base de materiales compuestos Polyrey Panoprey® Polyrey HPL® Compact® A tableros de materiales compuestos LifeTime Composites LifeTime Lumber® material compuesto extruído producido con poliuretano reforzado con un 60% de cenizas volantes recicladas GAF Materials Corporation DuraLife® paneles extrusionados de polietileno de alta densidad reforzado con fibra de cáscara de arroz Trex Company Trex Transcend® paneles y sistemas de barandillas producidos a partir de un material compuesto de matriz de polietileno reforzada con fibras de madera PolyOne Corporation, Smartbatch® WPC, material compuesto de madera y plástico Kosche Profilummantelung GMBH Kovalex® CombiDeck® 175 R3® perfiles extruídos de materiales compuestos de una matriz de polipropileno reforzada con fibras de madera ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 39/40 BIBLIOGRAFÍA - ANEXOS 9. ORGANIZACIONES NACIONALES Y ASOCIACIONES DE FABRICANTES DE MATERIALES COMPUESTOS. 8.1. Asociación Canadiense para las Estructuras y los Materiales Compuestos (C.A.C.S.M.A.). 8.2. Asociación Española de Materiales Compuestos (A.E.M.A.C.). 8.3. Asociación de la Industria Europea de los Materiales Compuestos. (Eu.C.I.A.). 8.4. Centro Español de Plásticos (C.E.P.). 8.5. Centro Materiali Compositi Italia (C.M.C.I.). 8.6. Comité internacional sobre los Materiales Compuestos (I.C.C.M.). 8.7. Fabricantes Americanos De Materiales Compuestos (A.C.M.A.). 8.8. Federación Británica de los Plásticos (B.P.F.). 8.9. Industria Canadiense de los Plásticos (C.P.I.A.). 8.10. Sociedad Americana para los Materiales Compuestos (A.S.C.M.). ANALISIS METODOLÓGICO DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 40/40 GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS FRECUENTES EN ESTA MATERIA. - A - Acelerador (accelerator): Sustancia que mezclada con el catalizador o la resina, acelera la reacción química entre ambos. También se le llama promotor. Acondicionamiento (conditioning): Operación de someter a un material a un ambiente y/o un estado de tensión prescritos antes de proceder a su ensayo. Adherente (adherend): Cualquier material que es unido a otro mediante un adhesivo. Adhesión (adhesión): Fenómeno por el cual dos superficies se mantienen en contacto a través de una intercara mediante fuerzas de naturaleza mecánica y/o físico-química. Adhesivo (adhesive): Sustancia capaz de mantener dos materiales unidos superficialmente. Puede estar en forma de film, líquida o de pasta. Aditivo (additive): Cualquier sustancia que añadida a otra, mejora alguna de sus propiedades. Por ejemplo, plastificantes, estabilizantes a la luz, retardantes a la llama, etc. AFRP: Acrónimo de aramid fiber reinforced polimer. Agente antiestático (anti-static agent): Sustancia que se añade a un material para moldear o se aplica sobre la superficie de un objeto moldeado para hacerlo menos conductor y evitar la fijación de polvo. Agente de acoplamiento (coupling agent): Sustancia química diseñada para reaccionar con el refuerzo o la matriz de un material compuesto con el fin de producir una unión más fuerte en la intercara. Agente de curado (curing agent): Catalizador o agente reactivo que añadido a la resina produce su polimerización. También se le llama endurecedor. Agente desmoldeante (mold-release agent): Lubricante, en forma líquida o en polvo, utilizado para facilitar el desmoldeo de un objeto e impedir su adhesión al molde. Alquitran (pitch): Producto residual del petróleo que puede ser empleado para la fabricación de ciertas fibras de carbono (ex-pitch). Ampolla (blister): Elevación redondeada de la superficie de un plástico, con bordes más o menos definidos, que se parece a las ampollas que se forman en la piel humana. Anisotropía (anisotropy): Tendencia de un material a presentar una diferencia en el valor de sus propiedades en función de la dirección en la que se miden. Aplicado a un laminado, cuando las propiedades en direcciones paralelas a la longitud y anchura del mismo difieren, o cuando la propiedad en la dirección paralela al espesor no coincide con las de laminación. Antioxidante (antioxidant): Aditivo que previene la degradación oxidativa de la matriz. Apilamiento (lay-up): Colocación de las sucesivas capas de refuerzo impregnado de resina en el molde. Apilamiento manual (hand lay-up): Proceso en el que sucesivas capas de refuerzo impregnado de resina son colocadas de forma manual en un molde. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 1/13 GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS Apresto: Material que se emplea para proteger a las fibras, y que se añade durante la fabricación de las mismas. Con frecuencia puede mejorar la unión fibra-matriz. Aramida (aramid): Fibras de poliamida aromática, que posee unas excelentes propiedades mecánicas y eléctricas a alta temperatura, junto con una elevada resistencia. La estructura de la fibra está formada por largas cadenas que al menos posee un 85 % de amida (-CONH-) unidad directamente a 2 anillos aromáticos en posiciones para-sustituidas. Arquitectura de fibra (fiber architecture): Diseño de la parte fibrosa de un material compuesto, que define la disposición particular de las fibras para lograr los resultados deseados. Se distinguen: tejidos, cosidos, mechas, fieltros, etc. Autoextinguible (self-extinguishing): propiedad de un material que impide la propagación del fuego al eliminar la fuente de energía que lo produce. - B - Bisfenol A (bisphenol A): Producto de condensación formado por la reacción de dos (bis) moléculas de fenol con acetona (A). Es una resina intermedia empleada en la producción de resinas epoxídicas. Bismaleimida (BMI) (bismaleimide): Tipo de poliimida que cura mediante una reacción de adición sin formación de productos volátiles. BMC (Bulk Molding Compound): Mezcla de resina termoestable con refuerzo, suministrada en forma de pasta viscosa, para ser moldeada por compresión o inyección. Bobinado de filamentos (filament winding): Proceso de fabricación de materiales compuestos en la cual los refuerzos continuos previamente impregnados en la matriz (resina) o impregnados durante el propio proceso de bobinado, son colocados sobre un mandril rotativo y eliminable, para obtener una orientación predeterminada según la distribución de tensiones prevista. Generalmente, la pieza suele ser una superficie de revolución que puede incluir o no cierres en sus extremos. Cuando se disponen el número final de capas bobinadas previstas, la estructura se cura y el mandril se retira. Bobinado axial (axial winding): Tipo de bobinado de filamentos en el cual los filamentos se disponen paralelos al eje. Bobinado biaxial (biaxial winding): Tipo de bobinado de filamentos en el cual las bandas helicoidales se disponen en secuencia, lado a lado, sin que se produzca el cruzado de las fibras. Burbujas ocluidas (air-bubble void): Porosidad presente en un material, debida a la inclusión de aire durante la formación del material compuesto, y que no ha podido ser eliminada. - C - Cabezal de transferencia (injection head): Componente del equipo de inyección en el que se introducen y mezclan resinas y componentes que se conducen por bombeo en la cavidad del molde. Capa de gel-coat: Capa de resina, mezclada o no con cargas y colorantes, que sirve de protección superficial al estratificado, aplicándose sobre el molde antes de iniciar el laminado. Carburo de silicio (silicon carbide): Refuerzo en forma de whisker, partícula o fibra corta o larga, que es utilizado como refuerzo en materiales compuestos de matriz metálica o cerámica debido a su alta resistencia, módulo y densidad semejante a la del aluminio ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 2/13 GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS Catalizador (catalyst): Sustancia que aumenta la velocidad de curado de un material compuesto cuando se añade en una cantidad mínima comparada con las cantidades de los reactivos primarios. Cavidad del molde (moulding cavity): Espacio hueco dentro de un molde machihembrado en el que la resina o componente de moldeo es inyectado o colocado para formar una pieza. Dependiendo del número de cavidades, los moldes se pueden clasificar de cavidad simple o múltiple. Cermet (cermet): es una abreviatura para designar un material compuesto de cerámica y metal. El metal se utiliza como agente de unión entre partículas de un óxido, un boruro, un carburo o alúmina. Generalmente, los elementos metálicos más usados son níquel, molibdeno y cobalto. Dependiendo de la estructura física del material, los cermets pueden ser considerados como materiales compuestos de matriz metálica, aunque hay que tener en cuenta que, en general, poseen menos del 20% en volumen de fase metálica. CFRP: Acrónimo de carbon fiber reinforced polimer. Ciclo de moldeo (molding cycle): Período de tiempo requerido para completar la secuencia de operaciones necesarias para producir una pieza por moldeo. Cocurado (cocuring): Curado de un laminado de material compuesto mientras que simultáneamente se une a otra superficie preparada durante el mismo ciclo de curado. Compatibilidad (compatibility): Capacidad de diferentes resinas de ser procesadas, unas en contacto con otras, sin que se produzca la degradación de las propiedades finales del material compuesto. Componente (compound): Mezcla íntima de un polímero con otros ingredientes. Los componentes termoestables normalmente contienen todos los ingredientes necesarios para conseguir el producto final, mientras que los termoplásticos pueden requerir la adición de pigmentos, agentes espumantes, etc. Contenido en fibra (fiber content): Fracción de fibra presente en un material compuesto. Normalmente se expresa como porcentaje en volumen o en peso del material compuesto. Contenido en huecos (void content): Porcentaje en volumen de huecos presente en un material compuesto curado. Contenido en resina (resin content): Cantidad de resina presente en un laminado expresado como porcentaje del peso total o del volumen total. Contracción de moldeo (mold shrinkage): Es la contracción de volumen inmediata que sufre una pieza moldeada cuando se retira del molde y se enfría hasta temperatura ambiente. Se suele expresar como la diferencia relativa de dimensiones, entre la pieza y la cavidad donde ha sido moldeada. Copolímero (co-polymer): Resina producida por copolimerización, proceso donde monómeros diferentes se disponen en una secuencia alternada (o al azar) dentro de la cadena. Curado (cure): Endurecimiento de una resina termoestable por reacción química de condensación o adición, que produce la reticulación o entrecruzamiento de sus cadenas, dando lugar a un producto que no cambia sus propiedades. Puede estar acompañado por la adición de agentes de entrecruzamiento, con o sin adición de catalizadores, con o sin aplicación de calor y/o presión. - D - Delaminación (delamination): Separación de la fibra de la matriz, o formación de grietas en la matriz paralelas a la superficie. Puede ocurrir durante el curado o durante la vida del material compuesto. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 3/13 GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS Dirección de la fibra (fiber direction): Orientación o alineación del eje longitudinal de la fibra respecto del eje de referencia. Deposición física en fase vapor (physical vapour deposition PVD): proceso empleado en el recubrimiento de fibras al hacerlas pasar por una densa nube de metal vaporizado mediante un proceso físico (bombardeo iónico del metal, bombardeo con electrones, vaporización por paso de corriente eléctrica, etc). Deposición química en fase vapor (chemical vapour deposition CVD): proceso empleado en la fabricación de monofilamentos, por ejemplo de SiC o de boro, al hacer pasar un substrato filamentoso de pequeño diámetro (volframio o carbono) por una densa nube del producto vaporizado, generado por una reacción química. Desmoldeo (ejection/demolding): Proceso de retirada del molde en un proceso de moldeo. La operación puede realizarse de forma mecánica, manual o mediante la aplicación de aire comprimido. Despegue (disbond): Área dentro de una intercara de unión entre dos adherentes en la que se produce un fallo adhesivo o separación. Puede ocurrir durante la vida en servicio de una estructura y por múltiples causas. También, y de forma coloquial, se utiliza para definir la superficie de separación entre dos láminas de un laminado. Desunión (debond): Separación deliberada de una junta o intercara, generalmente para su reparación o reconstrucción. Drape: Capacidad de un tejido o de un preimpregnado para adaptarse a una superficie contorneada. Drape modelling: Simulación o modelo para calcular la conformabilidad de una geometría particular en función de las características de deformación del tejido elegido. - E - Endurecedor (hardener): Es el segundo componente químico necesario para desencadenar la reacción de reticulación de prepolímeros para la elaboración de termoplásticos o elastómeros. Ensamblados (assemblyes): Formas textiles planas sin cruzamiento de fibras, con o sin unión entre ellas mediante fibras ligeras. Entrecruzamiento (crosslinking): Establecimiento de enlaces químicos primarios entre las cadenas de un polímero termoestable. En el caso de las resinas de poliéster, se utiliza con estireno como agente de entrecruzamiento. Ensimaje (finish or size system): producto con el que se tratan la superficie de las fibras, que contienen un agente de acoplamiento para mejorar la unión entre la superficie del refuerzo y la matriz del material compuesto. Generalmente, incorpora también ingredientes que aportan lubricidad a las superficies de las fibras, evitan su daño por abrasión durante su manipulación y además incorpora un ligante que aporta integridad a las mechas y facilita el empaquetamiento de las fibras. Epóxido (epoxyde): Componente con una estructura de oxirano (anillo con dos átomos de carbono y uno de oxígeno). Estabilidad dimensional (dimensional estability): Capacidad de una pieza para mantener la forma precisa en la cual ha sido moldeada. Estado A (A-stage): Primera etapa de la reacción de curado de una resina termoestable en la cual el material sigue siendo soluble en ciertos líquidos y puede ser líquido o capaz de llegar a ser líquido al calentarse. También se conoce como Resol. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 4/13 GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS Estado B (B-stage): Etapa intermedia en la reacción de una resina termoendurecible en la cual el material ablanda cuando se calienta y se hincha cuando entra en contacto con ciertos líquidos, pero no se funde ni disuelve por completo. Los materiales son precurados generalmente a esta etapa para facilitar su manejo y procesado antes del curado final. También se conoce como Resitol. Estado C (C-stage): Etapa final de la reacción de curado de una resina termoestable en la cual el material se ha hecho prácticamente infusible e insoluble. Normalmente se considera completamente curado y se suele denominar con el nombre de Resite. Estopa (tow): Haz no enrollado de filamentos continuos. - F - Fibra (fiber): Término general usado para referirse a materiales con forma filamentosa. Fibra de carbono (carbon fiber): Fibra obtenida mediante pirólisis de un precursor orgánico como rayón (ex-rayón), poliacrilonitrilo (ex-PAN) o brea (ex- Pitch), en una atmósfera inerte. Fibra de carbono HM (HM carbon fiber): Fibra de carbono de alto módulo elástico, obtenida al completarse el proceso de grafitización del carbono. Fibra de carbono HT (HT carbon fiber): Fibra de carbono de alta resistencia, obtenida con un menor índice de grafitización. Fibra continua (continuous fiber): Fibras de longitud indefinida, utilizadas en bobinado y deposición de cintas. Fibras cortas (chopped fibers): Fibras de longitud del orden de milímetros, normalmente unos 0,50 mm), utilizadas en masas de inyección. Fibras largas (long fibers): Fibras de longitud del orden de centímetros, que se emplean, por ejemplo, en el prensado. Fibra de vidrio (fiberglass): Filamento obtenido a partir del vidrio fundido. Es el material más utilizado como refuerzo en materiales compuestos. Se presenta en forma de fieltro, bobinas o tejido y se incorpora tanto a matrices termoestables como a termoplásticas. Fieltro (mat): Constituyente que se utiliza como refuerzo en materiales compuestos. Está constituido por fibras cortas o continuas orientadas al azar y unidas mediante un ligante. Flujo (flow): Movimiento de la resina bajo la presión que produce el llenado de un molde. La gradual, pero continua distorsión, de un material bajo carga continua, usualmente a alta temperatura, también llamado termofluencia. FRP: Acrónimo de fiber reinforced polimer. - G - Gel (gel): En general, es un coloide donde la fase continua es sólida y la discontinua es líquida. La propiedad que tienen las substancias que pueden pasar de un estado coloidal a otro, se denomina ticsotropismo y el proceso en el cual se forma un gel se denomina gelación. Aplicado a una resina, se trataría de una resina termoestable parcialmente curada que forma un sistema semisólido. Gelación (gelation): Punto en el curado de una resina en el que la viscosidad se ha incrementado hasta tal punto que, al introducir un objeto afilado, la resina apenas se mueve. GFRP: Acrónimo de glass fiber reinforced polimer. - H - ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 5/13 GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS Híbrido (hybrid): Material compuesto reforzado con dos o más tipos de fibras de distintas características, o formado por la asociación de laminados de fibras distintas, con objeto de optimizar sus características o su costo. Hilos rizados (spung roving): Hilos que constituyen un refuerzo perpendicular a la dirección principal dada al roving. Huecos (voids): Burbujas ocluidas o atrapadas. - I - Impregnar (impregnate): En materiales compuestos, saturar el refuerzo con la resina. Inhibidor (inhibitor): Producto químico que retrasa la formación de radicales libres, retrasando por tanto el inicio de la polimerización hasta que se han consumido o combinado. Iniciador (initiator): Peróxido utilizado como fuente de radicales libres. Se emplean en la polimerización de radicales libres, para el curado de resinas termoestables. Intercara (interface): Área de contacto entre el refuerzo y la matriz en un material compuesto. Interfase (interphase): Capa de productos formada por la interacción interfacial entre la matriz y el refuerzo de un material compuesto, durante su fabricación o vida en servicio. Isotropía (isotropy): Independencia de las propiedades mecánicas de un material, respecto de la dirección en la que se miden. - K - Kevlar®: Nombre comercial de la fibra sintética de poliparafenileno tereftalamida fabricada por la compañía DuPont, que consiste en largas cadenas poliméricas con orientación paralela. - L - Lamina (lamina): Capa simple de un material laminado. Laminado (laminate): Material compuesto formado por la unión de dos o más capas de material o materiales. Laminado angular (angleply): Material compuesto laminado filamentario que no es uniaxial. Similar a laminado cruzado. Laminado bidireccional (bidirectional laminate): Material compuesto laminado en el que las fibras están orientadas en dos direcciones en el plano. Laminado cruzado (crossplay): Material compuesto laminado que no es unidireccional. En algunas referencias, este termino se emplea únicamente para designar laminados en los cuales las láminas forman ángulos de 90º una respecto a otras. Laminado cuasi-isótropo (quasi-isotropic laminate): Material compuesto laminado que tiene aproximadamente las mismas propiedades en todas las direcciones, conseguidas mediante la orientación de capas en varias direcciones. Laminado equilibrado (balanced laminate): Material compuesto laminado en el cual todas las láminas en ángulos diferentes a 0º o 90º se disponen en pares ± (no necesariamente adyacentes) y son simétricos respecto al plano central. Laminado seco (dry laminate): Material compuesto laminado que contiene una cantidad insuficiente de resina para completar la unión con el refuerzo. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 6/13 GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS Laminado unidireccional (unidireccional laminate): Material compuesto laminado con todas las fibras dispuestas paralelamente en una dirección. Ligante (binder): Agente que es aplicado al fieltro de fibra o a las preformas para unir las fibras antes del laminado o moldeo. Ligante de preformas (preform binder): Resina aplicada a las fibras cortas o partículas de una preforma, normalmente durante su fabricación, y curados con el fin de que ésta retenga su forma y pueda ser manejada. Línea de flujo (flow fine): Línea que aparece en una pieza moldeada como consecuencia de la unión de dos frentes de flujo. También llamadas estrías (striae), marca de soldadura (weld-mark) o línea de soldadura (weld-line). - M - Mandril (mandrel): Utillaje o núcleo alrededor del cual se enrolla la fibra impregnada en resina para formar tubos, depósitos, etc Masa de moldeo (Sheet Moulding Compound SMC): Masa de moldeo no polimerizada compuesta por fibra, resina (normalmente poliéster), endurecedor, carga y coadyuvantes de viscosidad (óxidos alcalinotérreos), que debe conservarse bajo refrigeración. Material compuesto (composite): Combinación de dos o más constituyentes diferentes en forma o composición a escala microscópica, que actúan en conjunto aunque conservan sus identidades y exhiben una intercara de separación entre ellos, es decir, no se disuelven ni se funden completamente en uno de ellos y, normalmente, pueden ser físicamente identificados. Material compuesto carbono-carbono (carbon-carbon composite CCC): Material compuesto de fibras de carbono embebidas en una matriz de grafito, a menudo con un recubrimiento de carburo de silicio para prevenir la oxidación. Especialmente útiles en aplicaciones estructurales a altas temperaturas o donde se exija resistencia al choque térmico o/y bajo coeficiente de dilatación térmica. Material compuesto de matriz cerámica (ceramic matrix composite, CMC): Material compuesto de matriz cerámica a la que se incorpora un refuerzo en forma de fibras, partículas o whiskers. Material compuesto de matriz metálica (metal matrix composite, MMC): Material compuesto de matriz metálica a la que se incorpora un refuerzo en forma de fibras, partículas o whiskers. Matriz (matrix): Material de naturaleza polimérica, metálica o cerámica en la que están embebidas los refuerzos en un material compuesto. Mezclador (mixer): Recipiente en el que se mezclan resinas, aditivos, endurecedores, acelerantes, etc. Molde (mold): Cavidad en la cual se deposita un material para su conformado por moldeo. Moldeo (molding): Proceso de conformado de un material de naturaleza metálica, cerámica o polimérica, o de un material compuesto, en una masa sólida de determinada forma y tamaño mediante la aplicación de presión y calor durante un tiempo determinado hasta hacerlo lo suficientemente fluido para poder fluir y rellenar una cavidad o molde. Moldeo en autoclave (Autoclave molding): Proceso similar a la técnica de la bolsa de presión. El laminado se cubre por una bolsa de presión, y se dispone todo en conjunto en el interior de un autoclave capaz de proporcionar el calor y la presión para curar la pieza. La bolsa de presión se infla normalmente al exterior. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 7/13 GLOSARIO DE TERMINOS Y ABREVIATURAS Moldeo a baja presión (low-pressure molding): Proceso de fabricación de un material compuesto mediante la distribución de una presión reducida (menos de 200 psi) y uniforme sobre una disposición de resina-fibras (celulosa, vidrio, asbestos, etc.), con o sin aplicación de calor desde una fuente externa. Moldeo con bolsa de vacío (pressure bag molding): Proceso de fabricación de un material compuesto en el cual una bolsa flexible especialmente diseñada se coloca en contacto con el apilamiento de preimpregnados sobre un molde sellado. La presión, generalmente aplicada mediante aire comprimido o agua, permitiendo conformar y compactar la pieza mientras se cura. Moldeo por contacto (contact molding): Proceso de moldeo de plásticos reforzados en el que la resina y el refuerzo se disponen en un molde, el curado se realiza a temperatura ambiente utilizando un catalizador-promotor o por aplicación de calor en un horno, sin aplicación de presión adicional. Moldeo por infiltración a presión (squeeze casting): Proceso de fabricación de MMCs por vía líquida que consiste en la fusión y posterior infiltración del metal fundido en un preforma de fibras por aplicación de una presión suministrada por un pistón. Moldeo manual (hand lay-up): Proceso de fabricación mediante el cual las capas de refuerzo se colocan a mano sobre un molde, se satura con resina y se cura para adquirir la forma deseada. Moldeo por transferencia de resina (resin transfer molding): Proceso de conformado de materiales compuestos en el que el refuerzo fibroso se coloca dentro del molde, como preformado de la pieza final, y la resina se inyecta a baja presión en el molde cerrado. Moldeo rotacional (centrifugal molding): Proceso que consiste en centrifugar un polvo fino termoplástico dentro de un molde cerrado, para obtener cuerpos huecos en pequeñas series. El moldeo rotacional es utilizado en la fabricación de recipientes, balones, cubas, contenedores, pero también planchas a velas y kayacs. Monómero (monomer): Material de base para la fabricación de polímeros. - N - Novolaca (novolac): Prepolímero obtenido mediante la reacción de un fenol y un aldehído en medio ácido y que, en presencia de un agente reticulante, reacciona para formar un termoestable fenólico. Núcleo (core): Parte central, normalmente espuma o nido de abeja, de un panel sándwich. - O - Ortotropo (orthotropic): material que posee simetría elástica en tres planos perpendiculares entre sí. - P - Panal de abeja (honeycomb): Producto fabricado con material en láminas (papel, tejido de vidrio) impregnadas de resina o escamas de metal, con forma de celdas hexagonales. Se utiliza como núcleo de un panel sándwich. Película adhesiva (adhesive film): Resina sintética, con o sin tejido, normalmente de naturaleza termoestable, que se dispone en forma de película para producir la unión adhesiva de dos materiales, bajo la aplicación de calor y presión. ANALISIS METODOLÓGICO, DISEÑO Y CALCULO DE COMPOSITES EN LA REHABILITACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO ARQUITECTÓNICO DEL BAJO GUADALQUIVIR. DOCTORANDO: FERNANDO CAZALLA AZNAREZ - ARQUITECTO 8/13