SUMMARY

La investigación científica en España, para la determinación de propiedades físico- mecánicas de la madera comenzó en los años 60 del pasado siglo (figura 3.7), centrada en ensayos de probetas libres de defectos (Gutiérrez-Oliva y Plaza 1967). A mediados de los años 80, se empezaron a utilizar piezas de tamaño estructural (Gutiérrez-Oliva et al. 1988; Seoane et al. 1989; López-Roma et al. 1991).

Figura 3.7 Laboratorio de estructuras de madera del INIA

Las primeras experiencias en el uso de técnicas no destructivas aplicadas a madera en España, a parte de la clasificación visual, tuvieron lugar a principios de los años 90 del pasado siglo. La primera publicación científica fue de junio de 1992, en ella se usó el equipo ultrasónico portátil Steinkamp BP-V para la evaluación de estructuras existentes (figura 3.8), realizando medidas sobre 34 piezas entre caras opuestas, en carga y sin carga. Se obtuvieron coeficientes de correlacción en la

estimación de las propiedades mecánicas a partir del Edin de 0,60, sin advertir ninguna influencia de la carga (Arriaga et al. 1992a).

Figura 3.8 Mediciones con Steinkamp BP-V (fuente Arriaga et al. 1992b)

En madera nueva, se defendió una tesis doctoral en noviembre de 1992 que hizo uso del mismo equipo ultrasónico para la clasificación de madera aserrada de secciones 40x100 m y 50x150mm de pino pinaster. Realizando modelos de regresión lineal entre E y Edin y entre la densidad y el tiempo de onda ultrasónica (Martínez 1992).

La primera publicación del tema listada en SCI JCR con índice de impacto 0,727, fue realizada haciendo uso del mismo equipo de los estudios anteriores y de rayos X para detección de pudrición en pino y haya de procedencia española (Bucur et al. 1993).

En la misma línea existe otro estudio sobre detección de pudrición con ultrasonidos, realizado con un equipo diseñado para su uso en hormigón, con sensores cilíndricos de 90 kHz, sobre probetas de dimensiones 70x100x200 mm (Palaia et al. 1993). Un año después, se presentó la segunda parte del estudio anterior, realizado con 12 probetas de pino de Rusia (llamado así por los autores) de dimensiones 29x68x158 mm a las que se les realizó perforaciones para simular la pérdida de masa debida a las pudriciones. La simple medición con el equipo de ultrasonidos del estudio anterior no fue suficiente para determinar la incidencia del número de perforaciones, por eso se acopló un osciloscopio para estudiar otros aspectos de la onda, encontrando que a mayor número de perforaciones mayor es la atenuación de la señal acústica (Galvañ et al. 1994).

La técnica de ultrasonidos haciendo uso del equipo Steinkamp BP-V fue utilizada para estudiar la pudrición de piezas de chopo previamente sometidas a diferentes tratamientos térmicos (Troya y Navarrete 1994).

En el primer congreso europeo de técnicas no destructivas se presentó un estudio realizado con microondas, rayos láser y ultrasonidos para detectar defectos en la madera (Martín 1994).

En el año 1995, se realizaron mediciones con el equipo Steinkamp BP-V tanto en madera nueva de pino silvestre de dimensiones 100x150x300 mm y 20x20x300 mm y posteriormente 37 de ellas ensayadas a flexión, como en madera vieja de la misma especie en un edificio antiguo en las cuales se hicieron medidas entre caras opuestas, desmontándose 6 piezas para su ensayo a flexión. Se establecieron las correlaciones de la velocidad de onda ultrasónica con las propiedades mecánicas, obteniendo valores de coeficientes de determinación muy dispares (Rodríguez-Liñán y Rubio 1995).

En el año 1997, se presentó una tesis doctoral en la cual haciendo uso del equipo de ultrasonidos Steinkamp BP-V, se realizan mediciones sobre probetas de pino silvestre, tanto en madera nueva como vieja, obteniendo correlaciones aceptables con el módulo de elasticidad estático local (60 %) y tensión de rotura (66 %) (Rubio 1997).

En el año 1998, se publicó un estudio realizado sobre 662 piezas de pino silvestre, 572 piezas de pino radiata y 545 piezas de pino pinaster de procedencia española, incluyendo muestreos a lo largo de diferentes zonas del país, todas ellas con una sección 50x150 mm. En dicho estudio se aportaron los valores de módulo de elasticidad obtenidos mediante una máquina automática de clasificación (Fernández-Golfín et al. 1998).

Sobre las especies pino silvestre, pino pinaster y pino del Caribe, procedentes de estructura antigua, se realizaron mediciones con los equipos Steinkamp BP-V (con sensores planos de 40 kHz) y Pilodyn para evaluar pudrición, además se estudió la influencia del CH en las mediciones de ambos equipos (Palaia et al. 2000).

Sin embargo, la mayor cantidad de publicaciones sobre el tema tuvieron lugar a partir del año 2000. Las principales especies estudiadas en España fueron, pino radiata, pino silvestre, pino laricio y pino pinaster. Las técnicas más comúnmente aplicadas fueron ondas ultrasónicas, vibraciones inducidas, resistencia a la penetración, arranque de tornillo y sondeo con taladro (Esteban et al. 2007). Una revisión del uso de TND en España puede consultarse en una publicación del año 2009 (Carballo et al. 2009a).

Sobre 45 probetas libres de defectos de madera de roble se midió la velocidad de onda en sentido longitudinal con el equipo de ultrasonidos Steinkamp BP-V, realizando posteriormente en 13 de ellas ensayo de flexión estática de 3 puntos y en 34 de ellas ensayo de compresión axial. Obteniendo coeficientes de determinación de 0,40 y 0,19 en la estimación con la velocidad de el módulo de elasticidad a flexión y a compresión axial respectivamente (Riesco 2001).

Los ajustes para la máquina de clasificación automática Cook-Bolinder (figura 3.9), para la especie de pino silvestre de procedencia española fueron publicados en una tesis doctoral (Hermoso 2001). En dicha tesis también se abordó el uso de los métodos no destructivos ultrasónicos, realizando ensayos con el equipo Sylvatest Duo sobre 85 piezas de dimensiones 40x150x3000 mm de procedencia Cuenca, realizándose regresiones entre la Trot y la velocidad de ultrasonidos.

Figura 3.9 Máquina de clasificación automática Cook-Bolinder

Por otra parte, los ajustes para la misma máquina para la especie pino laricio de procedencia española aparecieron en otra tesis doctoral (Conde 2003). Asimismo, se realizaron ensayos con el equipo Sylvatest sobre 735 piezas de varias dimensiones, estableciendo un modelo de regresión entre E y la velocidad de ultrasonidos.

En piezas de gran escuadría (piezas con anchura superior a 70 mm) de pino silvestre y pino pinaster procedentes de estructuras existentes, fueron realizadas medidas testa-testa, entre caras opuestas y en la misma cara a varias distancias, con ultrasonidos haciendo uso de los equipos Steinkamp BP-V y Sylvatest Duo. A partir de dichos valores se realizó una clasificación de las piezas, si bien los mejores resultados fueron obtenidos combinando dicho método con la clasificación visual. Además, al realizar la estimación del E a partir del Edin, los mejores resultados se obtuvieron para las ondas que recorren mayor longitud (testa-testa y caras opuestas a 18h) (Esteban 2003).

En una muestra compuesta por 1327 piezas de pino silvestre y 735 de pino laricio de varias dimensiones, se realizaron medidas con Sylvatest con objeto de obtener los valores de paso para el equipo de acuerdo con el proyecto de norma europeo EN 14081-2. Posteriormente se comparó la clasificación obtenida con ultrasonidos, con la obtenida por la máquina de flexión automática Cook-Bolinder, resultando que, si

bien, dicha máquina resultó mejor estimadora de las propiedades mecánicas, los rendimientos clasificatorios son aceptables con el uso de ultrasonidos (Hermoso et al. 2003).

En 2006, se publicó un estudio de la propiedades físicas y mecánicas mediante clasificación visual con la norma británica BS 5756:1997, ultrasonidos con el equipo Sylvatest Duo y ensayo a flexión en 82 piezas de elondo de procedencia Guinea y Camerún, de dimensiones 80x80x1600 mm y 200x250x5000 mm. Se encontraron altos coeficientes de determinación (0,73) en la estimación del E a partir de la velocidad de ultrasonidos, además de aparecer un efecto de longitud (Arriaga et al. 2006).

Haciendo uso de los datos recabados a lo largo de 15 años, durante la caracterización de las especies de pino laricio, pinaster, radiata y silvestre, por el laboratorio de estructuras de madera del INIA, se procedió a realizar una comparativa entre diversos modelos de ajuste por regresión para la estimación del E a partir del Edin obtenido con velocidad de onda ultrasónica. Se concluyó que en la mayoría de los casos un ajuste exponencial o multiplicativo, puede mejorar ligeramente los coeficientes de determinación respecto al ajuste lineal (Hermoso et al. 2007a).

También se utilizaron TND en madera en rollo, para la caracterización de madera en rollo delgada (diámetro inferior a 23 cm) se emplearon 445 rollizos torneados de la especie pino laricio, realizando medidas ultrasónicas con Sylvatest Duo de forma indirecta y en testas de tres formas (médula, albura y duramen). No se encontraron diferencias entre las tres, y estimando el E a partir del Edin con un coeficiente de determinación de 0,68 (Hermoso et al. 2007b).

Un estudio realizado sobre 1305 piezas de pino silvestre y 852 de pino laricio con el equipo Sylvatest Duo, concluyó que la velocidad de ultrasonidos por sí sola no es buena predictora de las propiedades mecánicas. Se deben añadir parámetros de nudosidad, longitud y densidad, pudiendo usar el mismo modelo para ambas especies estudiadas (Conde et al. 2007).

El edificio de la Lonja de los Mercaderes de Valencia fue objeto de inspección, haciendo uso de los equipos Sylvatest Duo para estimar su E y resistógrafo IML Resi B 300 para cuantificar los ataques de xilófagos (Capuz et al. 2007).

En una tesis doctoral del año 2007 se utilizaron TND sobre 395 piezas madera nueva de gran escuadría de pino radiata, silvestre y laricio (Íñiguez 2007).

Una metodología para la evaluación de estructuras existentes mediante el uso de diversos equipos no destructivos (ultrasónico, penetrómetro y resistógrafo) junto con inspección visual fue propuesta y validada sobre piezas antiguas de la especie pino silvestre (Palaia et al. 2008).

La estructura de madera de la plaza mayor de Chinchón, Madrid, fue objeto de inspección mediante el uso de TND, ultrasonidos con el equipo Sylvatest, con medida entre caras opuestas, arranque de tornillo con SWRM y resistencia al taladro con Resistograph 3450-S (Basterra et al. 2009).

Sobre 491 piezas de pino pinaster de procedencia Galicia y 6 escuadrías diferentes, fueron utilizados los equipos Sylvatest Duo y MST para realizar medidas tanto testa-testa como mismo canto a 18h. Con ambos equipos la estimación del E alcanzó coeficientes de determinación de hasta 0,55, usando como variable independiente la velocidad de la onda, y 0,70 usando el Edin, mientras que la predicción de la Trot alcanzó 0,30 y 0,39 cuando se añadió la variable de nudosidad CKDR (Carballo et al. 2009b).

En la estructura de cubierta del aserradero de Valsaín, Segovia, de pino silvestre (figura 3.10), se realizaron ensayos con los equipos Pilodyn 6J Forest y SWRM para estimar la densidad, y conjuntamente con la velocidad obtenida con MST, estimar el E y la Trot haciendo uso de las ecuaciones propuestas por Íñiguez (2007), procediendo a asignar una clase resistente a las piezas (Esteban et al. 2009).

Figura 3.10 Estructura del aserradero de Valsaín, Segovia (fuente GICM)

En un proyecto fin de carrera realizado con 26 piezas de gran escuadría (3000x100x150 mm) de pino silvestre de procedencia española, se estimaron las propiedades mecánicas mediante el uso de 3 equipos ND: Sylvatest Trio, MST y PLG. Obteniendo para la estimación del E a partir del Edin obtenido con cada equipo, coeficientes de determinación de 0,71; 0,67 y 0,81 respectivamente. En el

caso de la estimación de la Trot el coeficiente más alto fue de 0,28 (De la Mata 2011).

En 2012, se publicó un trabajo con ensayos realizados sobre 374 piezas de castaño de procedencia española, con los equipos ND: Sylvatest Trio, MST y PLG, encontrando coeficientes de correlación similares (aprox. 0,70) para estimar el E usando la velocidad obtenida por vibración y la densidad por separado, que usando directamente el Edin. Sin embargo, los resultados de estimación de la Trot, incluso añadiendo al modelo un parámetro de nudosidad son bastante menores (0,33) (Vega et al. 2012).

En una tesis doctoral sobre 150 piezas de pino radiata de procedencia Cataluña, se realizaron mediciones con diversos equipos ND: Sylvatest Duo, MST y PLG, para la estimación de las propiedades mecánicas. Se obtuvieron los mejores resultados usando como estimador el Edin que únicamente la velocidad, y ligeramente mejores con la técnica de vibraciones inducidas, tanto longitudinal como transversal. En el caso de la estimación del E los valores de coeficiente de determinación se sitúan entre 0,78 y 0,86, y en el caso de la Trot entre 0,40 y 0,50. Éstos últimos mejoraron al añadir al modelo un parámetro de nudosidad como es el CKDR (Montón 2012).

En un edificio del Cortijo de San Isidro de Aranjuez, Madrid, se realizó una evaluación de la estructura de madera existente sin posibilidad de desmontar piezas, mediante el uso de los equipos ND MST y Pilodyn 6J Forest, se estimaron las propiedades mecánicas haciendo uso de diferentes modelos de predicción propuestos en tesis doctorales y trabajos realizados en España para la especie pino silvestre (Arriaga et al. 2013).

Se estudió el efecto de la competencia entre árboles en 3 parcelas con diferente índice de aclareo, haciendo uso del equipo portátil de ondas de impacto Hitman ST300 sobre arbolado en pie de pino radiata en Galicia. No se encontraron diferencias entre las velocidades de las distintas parcelas, pero se obtuvieron en cada parcela velocidades más altas en los árboles codominantes que en los dominantes (dependen del tamaño de copa). Esto último pudo ser debido a la mayor presencia de madera juvenil en estos últimos (Merlo et al. 2013).

Otros empleos de las TND fueron por ejemplo el estudio del envejecimiento en tableros de partículas, realizando ciclos de envejecimiento y mediciones con Sylvatest Duo, MST y SWRM (Sevilla et al. 2013).

En 2014 se presentó un trabajo en el cual se propone una metodología de inspección mediante TND aplicada a hórreos (estructuras existentes de Asturias protegidas por ley), la cual se realizó tanto para detección de daños, como para la estimación de propiedades físico-mecánicas (Vega et al. 2014).

En un trabajo realizado para la acción COST FP 1101, se presentó la evaluación de una estructura existente en el norte de Cataluña, estimando la densidad con resistógrafo, usando el equipo MST y mediante las ecuaciones propuestas por Íñiguez (2007) obteniendo el Edin. Procediendo a asignar clase resistente con dichos valores (Vilches et al. 2015).

En un estudio realizado sobre la influencia de la luna en 360 piezas de alerce de Japón de procedencia País Vasco, procedentes de árboles apeados en cuarto creciente y cuarto menguante, se realizaron medidas con MST. No se encontró influencia de la luna sobre la velocidad de ondas de impacto, aunque sí una tendencia (Íñiguez et al. 2015a).

Los artículos citados hasta el momento, eran sobre el uso general de TND, en la mayoría de los casos se utilizaban ultrasonidos y ondas de impacto, a continuación se exponen otros artículos focalizados en otras técnicas diferentes a las anteriormente citadas.

Vibraciones inducidas

La primera publicación haciendo uso de la técnica de vibraciones inducidas en España fue realizada con el equipo PLG, midiendo en sentido longitudinal, con objeto de clasificar 75 piezas de gran escuadría (150x250 mm) de pino radiata (Arriaga et al. 2005).

Haciendo uso del mismo equipo del estudio anterior, se estimó el E de 51 piezas de diferentes dimensiones de elondo, empleadas en la rehabilitación del cargadero de mineral de Río Tinto, Huelva. En este estudio se emplearon además otros equipos ND como Pilodyn 6J Forest para estimar la densidad y Sylvatest Duo para estimar el E. Se obtuvieron mejores resultados con la vibración que con los ultrasonidos (Íñiguez et al. 2006).

En el año 2007 se realizaron ensayos con PLG sobre 158 piezas de pino radiata de sección 50x150 mm y varias longitudes, consiguiendo mejorar el rendimiento clasificatorio obtenido mediante clasificación visual, combinando ambas técnicas (Carballo et al. 2007a).

En una tesis doctoral del año 2007, se utilizó el equipo PLG sobre 395 piezas de gran escuadría de pino radiata, silvestre y laricio de procedencia española. Se concluyó que la estimación de las propiedades mecánicas a partir del Edin aporta mejores coeficientes de determinación que haciendo uso exclusivamente de la velocidad. Además, en el caso de la predicción de la Trot, se pudo mejorar el modelo añadiendo el criterio de nudosidad CKDR. También fue empleado el equipo de ultrasonidos Sylvatest Duo, obteniéndose resultados similares al PLG en la predicción de las propiedades mecánicas (Íñiguez 2007).

En un estudio 211 probetas de pino silvestre con cantos comprendidos entre 120 y 205 mm, fueron ensayadas con un equipo de vibración longitudinal y posteriormente llevadas a rotura. Mediante modelos exponenciales se estimó el E y la Trot a partir del Edin, con unos coeficientes de determinación próximos a 0,5 en ambos casos. Además, se comprobó que la clasificación realizada por el aparato infravaloró el 73% y sobrevaloró el 7% de las piezas, lo cual indicó que era necesario disponer de ajustes específicos por especie y procedencia (Broto et al. 2007).

Un proyecto fin de carrera, con objeto de clasificar la madera en rollo de la especie sabina de procedencia Castilla y León, sobre 99 piezas de diámetros entre 150 y 300 mm, hizo uso de un equipo de vibraciones inducidas longitudinal, recogiendo la frecuencia mediante un micrófono, ensayando posteriormente los rollizos a flexión. La estimación del E con el Edin presentó un coeficiente de determinación de 0,12, sin embargo la predicción incluyendo criterios de conicidad del rollizo aumentó el coeficiente hasta 0,43 (Villanueva 2009).

Un estudio se realizó sobre 200 piezas de dimensiones 80x120x2200 mm de pino Oregón, con abundante madera juvenil (procedían de árboles de 27 años), de procedencia Orense usando el equipo PLG. Se obtuvo un coeficiente de determinación entre la velocidad obtenida con PLG y el E de 0,82, siendo dicha determinación mejor que la obtenida con otros 2 equipos de ondas de impacto (IML Micro Hammer y MST). Dicha predicción se vio incrementada en mayor medida incluyendo datos de nudosidad que incluyendo el parámetro densidad. Sin embargo los coeficientes de determinación obtenidos para la estimación de la Trot fueron muy bajos (Santaclara et al. 2009).

No todos los estudios de vibraciones inducidas realizados en España utilizaron el equipo PLG. Una comunicación a congreso del año 2011 expuso el uso del equipo Hitman Director HM 200 para la clasificación de 162 trozas de pino pinaster de procedencia Galicia. 237 piezas aserradas de dichas trozas fueron ensayadas a flexión, con coeficientes de determinación entre E y Edin de 0,73 (Santaclara y Merlo 2011)

Otro equipo diferente de vibración fue utilizado para la evaluación de puentes y pasarelas realizadas con pino silvestre. Mediante la colocación de varios acelerómetros (modelo PCB 3711B112G) en el canto inferior de las vigas principales, y excitando la estructura con un martillo (modelo PCB 086D20) en la parte superior, se recogieron y analizaron las frecuencias de vibración obtenidas, para estudiar el riesgo de resonancia (Baño et al. 2011).

En 2012, se publicó un estudio realizado sobre 395 piezas de gran escuadría de pino radiata, silvestre y laricio de procedencia española. Se realizaron ensayos con un equipo de vibración longitudinal inducida recogiendo la señal a través de un micrófono y obteniendo la frecuencia mediante el software libre FFT (el cual hace uso de la transformada rápida de Fourier). Posteriormente, las piezas fueron

ensayadas de acuerdo a la norma europea EN 408:2003. Obteniendo una satisfactoria relación entre el E y el Edin. Además, se realizó un cálculo de ajustes para el equipo de vibraciones inducidas de acuerdo con la norma europea EN 14081-2:2005 (Arriaga et al. 2012).

Sobre 218 piezas de sección 150x200 mm de pino silvestre se realizaron ensayos de vibración tanto longitudinal con PLG como transversal con software libre, además de usar métodos de ultrasonidos y ondas de impacto con los equipos Sylvatest Duo y MST. Se concluyó que se estiman más acertadamente las propiedades mecánicas mediante el uso del Edin, que solamente mediante el uso de la velocidad, siendo ligeramente mejores los resultados obtenidos mediante vibración longitudinal (Montero 2013).

Una comparativa entre los resultados obtenidos en la tesis doctoral de Montero (2013) y ensayos de vibración longitudinal y transversal realizados sobre 140 piezas de pino radiata fueron presentados en un congreso. Se concluyó que la estimación del E es mejor en la especie pino silvestre que radiata y que los resultados son mejores, en ambas especies, mediante vibración longitudinal que mediante transversal (Hermoso et al. 2013).

Una tesis doctoral publicada en 2013 presentó el uso de 2 equipos de vibración PLG y Hitman Director HM 200 (figura 3.11). A diferencia del PLG que recoge la señal mediante un micrófono, el HM 200 la recoge mediante un acelerómetro de contacto. Se realizaron ensayos de vibración longitudinal en 981 piezas de diferentes escuadrías de castaño procedentes de 5 zonas de España. Se estimó el E con coeficientes de determinación superiores a 0,70, los mejores resultados fueron