Thesis:

Metodología para el diseño de soluciones de reforzamiento de uniones carpinteras : Aplicación en tipologías de uniones características de los sistemas constructivos tradicionales de entramado de madera en Valparaíso, Chile

Una parte importante del patrimonio construido en el área histórica de la ciudad de Valparaíso (Chile) utiliza la técnica conocida como tabique-adobillo. Estas construcciones se caracterizan por su sistema portante de tabiquería de madera noble rellena con bloques de adobillo, donde las piezas se conectan a través de complejas uniones carpinteras. A pesar de su valor patrimonial, en la actualidad muchas de estas construcciones están experimentando acelerados procesos de deterioro debido a factores como el daño producido por termitas y al daño mecánico ocasionado por el efecto cumulativo de los sismos. Cuando el deterioro de los marcos es irreversible se deben llevar a cabo intervenciones radicales en las estructuras, siendo común el reemplazo de piezas estructurales y el vaciado de los bloques de adobillos para facilitar su reparación. En este tipo de estructuras las uniones son las áreas más críticas al ser las principales áreas de disipación de energía, lo que las vuelve más propensas a sufrir daños por sobrecargas. Reforzar las uniones permite recuperar y mejorar la capacidad estructural de los edificios de entramado, incrementando su estabilidad y seguridad, para así, evitar el desmantelamiento de las obras originales. Esta investigación propone una metodología semicuantitativa, para abordar el diseño y prototipado de soluciones de reforzamiento para las uniones carpinteras, alineadas con los principios modernos de la rehabilitación, integrando soluciones removibles, mínimas y sostenibles. La metodología propuesta busca guiar el desarrollo de soluciones efectivas, que sean removibles, mínimas y sostenibles, alineadas con los principios modernos de rehabilitación, y se divide en dos partes. La primera integra métodos cualitativos y cuantitativos para la resolución de problemas de inventiva para analizar las necesidades específicas de cada tipo de unión. En esta etapa se ejecuta un análisis comparativo y cuantitativo, integrando aproximaciones como el diagrama de caja, comparación de pares y la resolución de contradicciones TRIZ, donde se evalúan diferentes técnicas de reforzamiento existentes en la literatura, en contraste con las necesidades específicas de la unión que se desea reforzar para buscar las opciones que mejor se ajusten a sus requerimientos específicos. La segunda etapa se enfoca en el diseño y prototipado definitivo del reforzamiento en la unión. En este caso, la metodología se aplica para el estudio y reforzamiento del ensamble tipo caja y espiga, una unión característica de los edificios tipo tabique-adobillo de Valparaíso, resultando en dos propuestas de refuerzo. Ambas integran un sistema de placas conectadas por un cable tensor de acero, variando su disposición en las caras frontales y laterales de la unión. Finalmente, se establece el diseño de un programa experimental para verificar la efectividad de las soluciones mediante la aplicación de una carga axial pre-comprimida, que simula el efecto del peso propio y la sobrecarga de uso de la pieza, y de cargas laterales que simulan la fuerza sísmica a la que podría estar sometida la unión en condiciones de servicio en una estructura real.

An important part of the built heritage in the historic area of the city of Valparaíso (Chile) uses the technique known as “tabique-adobillo”. These constructions are characterized by their load-bearing system of hardwood partition walls filled with adobillo blocks, where the pieces are connected through complex carpenter joints. Despite their heritage value, many of these buildings are currently undergoing accelerated deterioration processes due to factors such as termite damage and mechanical damage caused by the cumulative effect of earthquakes. When the deterioration of the frames is irreversible, radical interventions must be carried out on the structures, being common the replacement of structural pieces and the emptying of the adobe blocks to facilitate their repair. In this type of structures, the joints are the most critical areas as they are the main areas of energy dissipation, which makes them more prone to suffer damage due to overloads. Reinforcing the joints allows recovering and improving the structural capacity of the framed buildings, increasing their stability and safety, thus avoiding the dismantling of the original works. This research proposes a semi-quantitative methodology to address the design and prototyping of strengthening solutions for carpentry joints, aligned with modern rehabilitation principles, integrating removable, minimal and sustainable solutions. The proposed methodology seeks to guide the development of effective solutions that are removable, minimal and sustainable, aligned with modern rehabilitation principles, and is divided into two parts. The first integrates qualitative and quantitative methods for inventive problem solving to analyze the specific needs of each type of joint. In this stage, a comparative and quantitative analysis is performed, integrating approaches such as box plot, pairwise comparison and TRIZ contradiction resolution, where different strengthening techniques existing in the literature are evaluated in contrast with the specific needs of the joint to be strengthened in order to find the options that best fit its specific requirements. The second stage focuses on the design and definitive prototyping of the joint reinforcement. In this case, the methodology is applied to the study and reinforcement of the box-and-tenon assembly, a characteristic joint of the partition-anvil type buildings in Valparaíso, resulting in two reinforcement proposals. Both integrate a system of plates connected by a steel tensioning cable, varying their arrangement on the front and lateral faces of the joint. Finally, the design of an experimental program is established to verify the effectiveness of the solutions through the application of a pre-compressed axial load, which simulates the effect of self-weight and the overload of use of the piece, and lateral loads that simulate the seismic force to which the joint could be subjected under service conditions in a real structure.