1. INTRODUCCIÓNTop

Los forjados de madera realizados durante los siglos XVII y XVIII son probablemente uno de los elementos menos estudiados dentro del ámbito de la intervención en estructuras históricas (1). A esto contribuye que la madera es un material muy sensible a las condiciones de mantenimiento del edificio, siendo muy frecuente observar el deterioro en los extremos empotrados de las vigas, lo que ha llevado a adoptar soluciones de urgencia, a veces muy precarias. Además, las tensiones de trabajo de la madera están siempre mucho más cerca de su límite admisible, a diferencia de los materiales como la piedra o el ladrillo que trabajan a compresión, formando parte de muros. En consecuencia, el deterioro en la madera es más dramático que en otros materiales (2).

Estas circunstancias han llevado a la sustitución irracional de muchos de estos elementos constructivos por otros materiales, como el acero o el hormigón, que a la larga, además de adulterar el edificio, no han tenido un buen comportamiento (3). Por otro lado, las nuevas exigencias legales propician su obsolescencia, promoviendo su sustitución (4). Sin embargo, la madera ofrece amplias posibilidades de reparación y refuerzo con relativa facilidad.

Por ello es importante que en la intervención en estructuras históricas se utilicen técnicas adecuadas para el refuerzo o la reparación de los forjados de madera que permitan: conservar el funcionamiento estructural de la misma; mantener en la medida de lo posible el sistema constructivo-estructural original; reducir el impacto medioambiental que supone toda sustitución, y preservar su capacidad de reversibilidad y sostenibilidad (5).

Entre todos los materiales y técnicas existentes, la resinas epoxi han facilitado el desarrollo de métodos eficaces de reparación de estas estructuras. Podemos encontrar sistemas variados de reparación basados en ellas, ya sean de unión de madera con madera en los apoyos (6), a lo largo de la pieza aumentando la sección (7), o con refuerzos de metal o con varillas de fibra de vidrio (8). En los últimos años se han añadido nuevos productos, como la fibra de carbono (9), y nuevas técnicas de pretensado con los plásticos reforzados con fibras (10). Sin embargo, no existen referencias al uso de la pre-deformación para el refuerzo de madera en rehabilitación, salvo cuando las soluciones pertenecen al ámbito de la ingeniería, y combinan hormigón con acero (11).

En la intervención que exponemos aquí se ha combinado de manera novedosa el encolado y la pre-flexión con piezas de madera, consiguiendo más eficacia para el refuerzo de forjados, contribuyendo al cumplimiento de los requerimientos de reversibilidad, impacto reducido y sostenibilidad. Este tipo de refuerzo ha sustituido otro anterior realizado en los años setenta del siglo pasado y que consistió en el añadido de una losa de hormigón, cuyo peso generó un exceso de deformación que obligó al apuntalamiento del forjado en 1998.

2. EL EDIFICIO. EVOLUCIÓN Y ESTADO DEL INMUEBLE PREVIO A LA INTERVENCIÓNTop

El forjado intervenido forma parte de una edificación de tres plantas adosada a la cabecera de la iglesia de San Miguel Arcángel, en Morón de la Frontera (Sevilla, España) (Figura 1), que servía para alojar varias dependencias parroquiales.

Se construyó en diversas fases realizadas entre 1596 y 1625 que están bien documentadas (12), (13), (14), (15). En estas fechas la población había superado una dramática epidemia de peste, comenzando una recuperación económica que permitió iniciar la construcción de estas dependencias parroquiales. La traza de la cabecera correspondía a Vermondo Resta, entonces maestro mayor del arzobispado hispalense. Cuando restaba por concluir la capilla mayor y la sacristía, Lorenzo de Oviedo, maestro mayor de los alcázares sevillanos, proyecta hacer una nueva planta en 1601 respetando la traza de anterior. Apenas levantados los muros, murió Oviedo, por lo que la construcción del forjado que cubre la sacristía se demoró hasta 1605, a cargo del maestro albañil Francisco Quirós, quedando por hacer la segunda planta destinada a librería.

En 1611 visita el edificio el maestro mayor del arzobispado Miguel de Zumárraga, acompañado del autor de las trazas iniciales Vermondo Resta para supervisar las obras, que habían progresado esos años con renovado impulso, llegando a cubrirse en 1616 la segunda planta de la sacristía. El carpintero que trabajó sobre el forjado debió ser el mismo que realizó el mobiliario y las puertas de la sacristía en ese mismo año, Francisco Marín de la Torre. Quiere esto decir que entre 1605 y 1616 fue construido el forjado de bovedillas y vigas de madera sobre la sacristía.

Pocos años más tarde se elevó esta edificación en una nueva altura. Este proceso de reformas se prolongaría hasta 1726, en el que será inaugurado definitivamente el templo. En 1755 y como consecuencia del terremoto de Lisboa, el edificio sufre numerosos desperfectos que serán subsanados en 1763 por el arquitecto Pedro Silva, quien actúa en los forjados de la sacristía sin que quede constancia del tipo de trabajo realizado. En la primera mitad del siglo XX una serie de reformas menores en la sacristía no afectaron al forjado. En la última etapa de reformas promovidas por la Dirección General de Bellas Artes, entre 1970 y 1983, se procedió al refuerzo del forjado, el cual tuvo que ser apuntalado en 1998 a consecuencia de la enorme flecha que presentaba y la rotura súbita de tres de sus vigas, manteniéndose en este estado hasta el año 2013, en el que se concluyeron los trabajos aquí descritos.

El forjado tiene planta rectangular de 14,5 × 6,5 m² y una superficie construida de 94,25 m². La sala a la que sirve de piso se encuentra sobre la sacristía del templo y cuenta con una altura libre de 4,5 m.

3. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DEL FORJADO DE LA SACRISTÍA Y ESTADO DE CONSERVACIÓNTop

El forjado está constituido por 18 viguetas de 17 × 26,5 cm² de escuadría (1 en Figura 2), separados sus ejes 75 cm aproximadamente, y que apoyan en el muro mediante canes moldurados. El entrevigado es de bovedilla de yeso y arena encajado sobre hendiduras en los laterales de las viguetas, con enlucido también de yeso (2 en Figura 2). El relleno (3 en Figura 2) cubre las viguetas y posee un espesor medio aproximado de 12 cm, sin discontinuidad entre las bovedillas y el relleno, pues son básicamente el mismo material. Las viguetas cubren una luz de 654 cm y penetran en los muros entre 50 y 75 cm.

Este tipo de forjado se corresponde con total exactitud con la descripción que realizó de Juan de Villanueva (16) (Figura 3):

«Segundo, los que se forjan de bovedillas, que por arriba forman piso, y por abajo quedan descubiertas, así ellas como las maderas».

«Este (se refiere al forjado de bovedilla) se hace valiéndose de una formaleta llamada galápago (lám. IX, fig. 2), que se compone de dos maderillos unidos con goznes, que forman por arriba cuarto o círculo, poco más ó menos. Colócase ésta entre viga y viga á el alto que están hechas unas mochetillas en ellos, asegurándola de prestado con unos clavos, por encima se llena y forja el hueco que dejan hasta enrasar con las vigas con cascote menudo y yeso. Fraguado éste, se quita el galápago, y se pasa mas adelante, si de una vez no se forja toda la bovedilla. Lleno un vano, se pasa á hacer otro, y así sucesivamente se remata todo el suelo, y los galápagos dejan formado por abajo un cañon de bovedilla del ancho y vano que tienen las vigas entre sí. Este ancho suele ser variable, pues las vigas unas veces se colocan muy espesas, otras muy claras; pero la práctica del día en Madrid es de poco mas del grueso de la viga. En obras viejas se hallan de pie y medio, dos pies, y también de tres. Donde el yeso es de buena calidad y fortaleza, bien guarnecidas y blanqueadas las bovedillas, es obra que parece bien, y no carga ni acrecienta mucho el peso de los suelos».

En nuestro caso, sobre el relleno se disponía la solería original, según la estratigrafía que las catas ya mostraron durante los estudios previos a la intervención. Sobre este relleno se dispuso en los años setenta del pasado siglo una solera de hormigón armado de 8 cm de espesor medio y una armadura de mallazo de acero corrugado de 4 mm de diámetro cada 20 cm situada aproximadamente en su plano medio (4 en Figura 2) y sobre ella una solería de ladrillos cerámicos 14 × 28 cm tomada con mortero de cemento, alcanzando un espesor total de 5 cm (5 en Figura 2).

La solera de hormigón no tenía conexión alguna con la viguería, por lo que constituía únicamente un peso muerto. Podemos deducir que el objetivo de esta intervención fue el de nivelar el suelo de la sala sobre el forjado, pues ya presentaría una flecha incipiente aunque entonces no se estimó que fuera grave. El mallazo confería a la solera un cierto monolitismo al que se confió el reparto de las cargas de las vigas centrales hacia las perimetrales. En el momento previo a la intervención de 2013 el forjado tenía una estructura de sostén (Figura 4), realizada con perfiles metálicos, debidamente ejecutada y arriostrada, y que apoyaba en la solería de planta baja, pues el forjado en su conjunto presentaba una deformación extraordinaria, de entre 8 y 9 cm.

Durante el desmontaje de los rellenos superiores y las operaciones de refuerzo y reparación de las vigas no se observaron lesiones ni ataques biológicos en la madera.

4. SOLUCIÓN PROPUESTATop

Una escasa escuadría de madera en relación a la luz existente y la carga que había ido adquiriendo a lo largo de los años provocaron una flecha excesiva, a pesar del buen estado de conservación de la madera —salvo en tres vigas fracturadas—. Por ello se planteó reforzar el forjado, manteniendo la madera original procurando respetar su valor material y funcional, y usando en lo posible las técnicas menos invasivas para mejorar el comportamiento del material. La solución propuesta pasaba por aligerar el forjado de sobrecargas en lo posible y aumentar la sección resistente mediante madera de aporte, encolada y fijada a la anterior. Se consideró esta solución la más compatible con los materiales presentes, a la vez que se respondía al requisito de reversibilidad y calidad de la madera (17).

Al aumentar la sección, el suplemento sólo absorbe una fracción de las nuevas cargas (cargas permanentes de la solería y sobre cargas de uso). Esta fracción es proporcional a la rigidez relativa del suplemento frente al total, y como es sabido, en una sección compuesta, tiene un valor [1]:

Donde:

• (…)_supl, referido al suplemento.
• (…)_vieja, referido a la madera vieja.
• Q_supl, fracción de la carga que recibe el suplemento.
• Q_total, carga total.
• E, módulo de elasticidad de cada material, suplemento, o madera vieja.
• A, área de cada sección de material.
• I, inercia de cada sección de material.
• d, distancia del centroide de cada sección al centroide de la sección compuesta.

El problema principal que aquejaba al forjado era la sección insuficiente de la madera, escasa incluso para soportar su peso propio sin tensiones excesivas ni deformaciones exageradas a largo plazo. Era necesario descargar la madera antigua y conseguir la mayor eficacia del refuerzo. Una alternativa para reducir las tensiones presentes en la madera antigua era aplicar un refuerzo con gran sección. Pero esta opción era poco económica y difícilmente viable, ya que según se muestra en la Figura 2 el espacio por encima de las vigas no era suficiente para un refuerzo adecuado.

La opción elegida finalmente fue la pre-flexión del refuerzo aprovechando el apuntalamiento existente. Con ello se conseguía un uso óptimo de ambos materiales —refuerzo y madera antigua— ya desde un primer momento. Esto permitía reducir la cantidad de refuerzo, al distribuir las cargas de manera más eficaz entre madera vieja y nueva.

Sobre las vigas originales (1 en Figura 5) se disponen los refuerzos encolados (6 en Figura 5) unidos además con tirafondos (7 en Figura 5). El relleno que forma las bovedillas (3 en Figura 5) aparece parcialmente desmontado para acceder a la reparación.

Para conseguir un resultado óptimo del refuerzo, el forjado se terminó con soluciones ligeras: sobre el relleno y las vigas reforzadas se dispuso un relleno de arcilla expandida (8 en Figura 5) con densidad menor de 500 kg/m³, un tablero contrachapado estructural de 22 mm de espesor (9 en Figura 5), una capa de aislamiento acústico de polietileno celular y finalmente una tarima flotante de madera de 20 mm de espesor (10 en Figura 5).

5. DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL REFUERZOTop

Para el cálculo se adoptaron los siguientes Documentos Básicos del Código Técnico de la Edificación (18): DB-SE-A, DB-SE-AE, DB-SE-M y DB-SE-SI, que actualmente rigen el ámbito constructivo español.

Para las vigas de madera antiguas caracterizadas como pino silvestris se adoptó una resistencia característica a la flexión de 18N/mm² y para el resto de propiedades mecánicas, las propias de una clase estructural C-18. Aunque las vigas, de grandísima calidad, habían demostrado tener una resistencia muy superior a la estimada.

Sobre las vigas existentes se añadió un refuerzo de madera laminada encolada de clase resistente GL-24 h, de 17 × 17 cm² (6 en la Figura 5).

Dadas las condiciones interiores se aplicó una clase de servicio 1, y una clase de duración de la carga media correspondiente a las sobrecargas de uso.

Ambas maderas, vigas y refuerzo, se unieron con resina epoxi bicomponente apta para uso estructural (19), adecuada para una capa gruesa y con resistencia a la tracción declarada de 18-24 N/mm² y cortante de > 6 N/mm²(20). Entre ambos elementos se emplearon tirafondos de conexión de 10 × 250 mm según DIN 571, dispuestos cada 300 mm.

Al uso de la sala, expositivo, le correspondía inicialmente la subcategoría de uso C3 (DB-SE-AE) (15). Sin embargo, de acuerdo con los supuestos de incompatibilidad del mismo Código, puesto que se trata de una rehabilitación, se podrían aplicar «aquellas soluciones que permitan el mayor grado posible de adecuación efectiva». Como resultado se obtuvo una limitación de uso de 3 kN/m² y una limitación de aforo de 100 personas, perfectamente compatible con el uso previsto.

6. DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROCESO DE EJECUCIÓNTop

Antes de la intervención el forjado presentaba una flecha superior a 5 cm en algunas vigas, a la par que estaba sustentado por un apuntalamiento (Figura 4). En este momento gravitaba sobre el mismo la carga inútil de una solera de hormigón (4 en Figura 2).

El refuerzo del forjado formaba parte de una intervención sobre esta zona de la iglesia, que estaba aquejada, entre otros problemas, de humedades por falta de drenaje en el subsuelo. Uno de los síntomas más llamativos era el enorme abultamiento que tenían las solerías de la planta baja, perfectamente observable a simple vista. Por ello una de las actuaciones sobre la iglesia fue proceder al drenaje del subsuelo. Estos trabajos se realizaron a la vez que se procedía al refuerzo del forjado, lo que provocó un descenso notable de los abultamientos, que incidió a su vez en el descenso del apuntalamiento que sostenía el forjado. En esos momentos el forjado quedó separado del apeo escasos centímetros, que aprovechamos para medir la flecha real de cada una de las vigas, llegándose a medir hasta 9 cm de deformación máxima en algunas vigas, y que se corresponde con la máxima deformación estimada a largo plazo.

Se levantó la solería de la planta primera (5 en Figura 2) y se demolió la losa de hormigón (4 en Figura 2) que gravitaba sobre el forjado, previamente cortada en bloques, y que dejó a la vista el relleno original que tapaba las maderas (Figura 9). Tras esta operación se midió de nuevo la flecha de las vigas.

Una vez realizados estos desmontajes, únicamente se pudo retirar una parte del relleno que cubría las vigas y despejar los empotramientos en los muros (sólo entonces se pudo realizar una inspección en profundidad de las partes ocultas de la madera), comprobando el excelente estado de conservación de la madera según se observa en la Figura 9, tanto en los empotramientos como en la cara superior y laterales, distinguiendo incluso las marcas de montaje talladas por los carpinteros.

En este momento se comprobó la naturaleza del relleno (3 en Figura 2), que forma un continuo con las bovedillas, y se diferencia sólo en que es un material con más cascajo y menos conglomerante (de acuerdo a lo establecido por Juan de Villanueva). Como resultado de ello sólo fue posible eliminar el relleno situado justo por encima de las vigas, para no destruir las bovedillas. Además, la densidad de este relleno resultó ser de 1.710 kg/m³, cifra intermedia entre los dispares valores de 1.200 a 2.800 kg/m³ que establece el BD-SE-AE (18). Todo ello tuvo consecuencias en el cálculo.

Las vigas antiguas fueron posteriormente calzadas mediante acuñados sobre el apeo inferior, lo que permitió en muchas de ellas recuperar ya parte de la flecha, al estar ahora descargado de los sobrepesos.

En esta fase se procedió también a perforar las bovedillas en 5 puntos (tres intermedios y dos extremos) a lo largo de las vigas para que pasaran los gatos de apriete de la fase siguiente. Estas perforaciones ayudaron también a recuperar parte de la deformación, ya que las bovedillas ejercen un efecto arco que también es considerable en el sentido longitudinal, ya que coarta la flexión de la madera unida a ellas. Las tensiones provocadas por esta fase de apriete eran de signo contrario a las habituales en las vigas de madera, y contrarrestaban las tensiones debidas al peso, nada despreciable aún, de las bovedillas.

Como vemos, fue fundamental para el éxito de esta operación la presencia no buscada de un apuntalamiento inferior en excelentes condiciones y con gran capacidad, y que además disponía dos carreras perpendiculares a las vigas, por tanto, colocadas en una situación inmejorable para nuestros propósitos.

Una vez realizados estos trabajos, y limpio el trasdós, se preparó la superficie superior de las mismas que habían quedado a la vista y que iban a recibir el encolado, mediante una previa aspiración y limpieza exhaustiva (Figura 9).

Una vez preparada la madera antigua, se colocaron los refuerzos de madera laminada, se ubicaron los gatos y se apretaron ambas piezas (madera antigua y laminada) sin llegar al límite máximo de deformación establecido (45 mm). Este límite evitaba tensiones excesivas en ambos materiales. Antes de llegar al contacto, se procedió a encolar con resina epoxi de formulación adecuada para rellenar las irregularidades. Inmediatamente después se apretó por completo hasta conseguir el contacto entre refuerzo y madera vieja. Esta operación se completó disponiendo una serie de conectores como seguridad extra para soportar las tracciones en la junta encolada.

Una vez endurecido el encolado, se procedió a soltar los gatos y las cuñas inferiores. En este momento las vigas quedaron prácticamente rectas, con una deformación menor de 2 cm (Figura 10). Finalmente, una vez concluido el refuerzo se procedió a realizar el relleno de arcilla expandida hasta conseguir el nivel, para posteriormente colocar un tablero y sobre él un suelo de tarima flotante de madera.

7. CONCLUSIONESTop

Aun cuando hay técnicas desarrolladas para la rehabilitación de forjados de madera, en cada intervención existen unos condicionantes constructivos tanto del propio forjado como del resto del edificio, de ejecución, económicos y de diverso tipo, que hacen singular cada obra. La intervención que hemos expuesto hubiera sido muy diferente, dependiendo de la configuración del forjado en su estado inicial, y de aspectos más variopintos, como los niveles de suelo actuales, el tipo de relleno, la existencia de un apuntalamiento previo o la aplicación errónea de un falso refuerzo previamente a nuestra intervención.

En esta experiencia se demuestra la capacidad de aprovechamiento de la madera antigua como elemento estructural, que va mucho más allá de los límites y etiquetas que habitualmente le solemos atribuir. La reacción habitual de un técnico —preocupado por lógica por la seguridad de la construcción— ante un forjado con unas deformaciones de la magnitud de las observadas hubiera sido el rechazo y sustitución de la madera por otro material o por otro sistema nuevo de forjado. Sin embargo, pese a que las tensiones presentes en las vigas antiguas superaban con mucho nuestras estimaciones respecto de la seguridad, esta madera estaba, en general, en unas condiciones inmejorables. Hemos demostrado además la capacidad que posee la madera de recuperar gran parte de la deformación.

A lo largo del trabajo ha quedado patente cómo las incorrectas intervenciones sobre el patrimonio —en este caso mediante la colocación sobre el forjado de una losa de hormigón, sin conexión y mal armada— provocan problemas aún mayores de los que pretenden resolver. En este sentido son innumerables los ejemplos que se podrían citar. Este trabajo es, por tanto, un ejemplo que muestra la posibilidad de eliminación y corrección de estas intervenciones.

Por último queremos señalar que la aplicación de suplementos de madera, unidos mediante encolado a las piezas originales, combinadas con la pre-flexión, es un sistema que permite un refuerzo lógico, con mayor eficacia, menor impacto, y que permite en gran medida perpetuar la lógica del sistema estructural original de acuerdo con las consideraciones más aceptadas.