2.1 Identificación del objeto de estudio

La estructura se ubica en la planta alta del primer claustro, hacia el bloque A (Figura 1). Se basa en un forjado de madera y tablazón conformado por 98 vigas de 9 cm x 13 cm (base x altura), espaciadas entre 43 cm y 45 cm con una inclinación de 17 grados desde el muro hacia los pies derechos, apoyadas por el eje 3 en el muro de tapial que conforma la iglesia, y por el eje 4 en una viga corredera que descansa sobre 13 pies derechos. La viga de corredera se compone de 12 vigas unidas mediante rayo de Júpiter, las cuales descansan sobre los pies derechos (Tabla 1). La cubierta está formada por tejas de cerámica roja.

Figura 1 Croquis de planta del primer claustro, señalización y fotografía de la galería estudiada 

2.2 Análisis y selección de los ensayos no destructivos

El propósito de los END es determinar la calidad e integralidad del material y sus partes componentes sin afectar sus propiedades, funciones y utilidad mediante inspecciones, mediciones o evaluaciones (^{Helal et al., 2015}; ^{Workman and Moore, 2012}). La aplicación de este tipo de técnicas para estudiar el estado de conservación de las edificaciones históricas ha ganado validez, propiciado fundamentalmente por la ventaja de no requerirse de incurrir en un deterioro adicional en los elementos estructurales de la edificación, para conocer su estado de conservación (^{Binda and Saisi, 2009}; ^{Liñán et al., 2011}; ^{Ortega and Ripani, 2007}). Debido a que la madera es un material orgánico, es susceptible a procesos de degradación provocados por insectos xilófagos, acciones mecánicas, exposición al intemperismo, pudrición por hongos o la acción del fuego.

En edificaciones patrimoniales el empleo de los END le aporta un elevado valor al estudio de diagnóstico, debido a que los elementos estructurales de madera no son afectados o reciben un impacto despreciable. Como resultado, es posible obtener información técnica con suficiente precisión para estimar el estado de conservación, la calidad y durabilidad de la obra u objeto de obra estudiado (^{Hasníková and Kuklík, 2014}; ^{Morales-Conde et al., 2013}; ^{Palaia et al., 2008}).

Las técnicas de trabajo aplicadas fueron:

2.2.4 Identificación de especies maderables

El ensayo se realizó para conocer las especies maderables presentes en los elementos que conforman el forjado de la galería y los pies derechos que la soportan. Se tomaron muestras de 1 cm³ de volumen de los elementos de madera presentes en al área de análisis. Se realizaron cortes histológicos en las tres direcciones (transversal, tangencial y radial) para la observación de la disposición de los elementos constitutivos por especie y se compararon con las descripciones anatómicas de referencia y las claves de identificación reportadas y clasificadas dentro de una xiloteca. Los caracteres anatómicos macroscópicos evaluados fueron color, textura, olor (en las que lo poseían), lustre y la presencia de anillos de crecimiento. Las microfotografías se realizaron con una cámara digital acoplada a un microscopio Nikon modelo SMZ745. Las imágenes fueron procesadas mediante el programa IC Capture versión 2.4. Se identificaron gráficamente las especies de madera mediante la siguiente simbología (Tabla 1).

Tabla 1 Representación gráfica de las especies de madera identificadas en el forjado estudiado 

Icono/Nombre
Ácana	Pinheiro	Caguairán
Cedro	Baría	/ Najesí

2.2.6 Generación de modelos 3D y extracción de ortoimágenes

Para los diferentes tipos de análisis (geométrico, estructural, etc.), que pueden hacerse sobre un elemento finito, es necesaria la obtención de modelo 3D que pueda ser fácilmente manipulable y medible por los programas convencionales existentes. La información obtenida de un levantamiento 3D propicia una descripción casi continua de la superficie escaneada, lo cual hace posible identificar y cuantificar anomalías en los elementos como asimetrías, deformaciones, discontinuidades entre otras lesiones que pueden ser difíciles o imposibles de identificar a simple vista (^{Tucci and Bonora, 2017}). A partir de los modelos 3D pueden ser extraídas las ortoimágenes, lo que posibilita obtener una proyección ortogonal del modelo de puntos, el cual tiene la misma validez métrica que un dibujo tradicional a escala (Figura 2). Los softwares comerciales basados en CAD permiten la importación de la ortoimagen, siendo posible realizar dibujos precisos que pueden ser posteriormente visualizados y analizados en otros entornos de trabajo digital.

Figura 2 Ortoimagen obtenida de la galería del bloque A 

3.1 Resultados de la inspección organoléptica

Desde la viga 1 a la 17 el forjado se apoya sobre un sistema de apuntalamiento por riesgo de derrumbe debido al avanzando deterioro por pudrición, así como ausencia de varias tablas y tapajuntas. Esta situación ha provocado descenso en el resto del forjado y el fallo de algunos elementos.

La cubierta se encuentra afectada por la proliferación de plantas invasoras a todo lo largo de la galería, lo cual conlleva a un aumento del contenido de humedad en la madera, fundamentalmente en épocas de lluvia, así como del peso adicional que compromete la durabilidad de los elementos estructurales en esta zona. El resultado del diagnóstico identificó como lesiones más recurrentes a la pudrición, principalmente en la fogonadura debido a la colonización por hongos, desfibramiento producto del ataque de termitas subterráneas del género Coptotermes, y fallos a flexión en vigas asociados a la pérdida de la capacidad portante del elemento.

Los pies derechos que soportan el forjado presentan en el apoyo una base de hormigón, las cuales responden a una intervención realizada en la década de 1980. En la mayoría de estos, la base se encuentra agrietada producto del aumento de volumen que sufre la sección de madera embebida, como consecuencia de la acumulación de humedad en el interior. El hormigón no es capaz de absorber las tensiones generadas dentro del material debido a los cambios de volumen que sufre la madera, lo que provoca la fractura de los mismos. Algunos pies derechos están más deteriorados que otros debido a que se emplearon maderas de diferente naturaleza, por lo cual varían sus capacidades de absorción y las tensiones ejercidas para cada caso.

3.2 Dimensionamiento y deformación a partir de los datos del TLS

La elevada precisión de los datos obtenidos por el escáner láser a partir de la unión de las nubes de punto y la obtención del modelo 3D, permite realizar las mediciones de los elementos del forjado sin necesidad de intervenir sobre ellos. Para trabajar con secciones representativas del mismo y los pies derechos, se establecieron regiones y se ajustaron las vistas para obtener imágenes medibles. En el caso del forjado de madera, se extrajo una sección entre las vigas 35 a la 49, mientras que para los elementos de soporte, se seleccionó una sección de los pies derechos 5 y 6. Los resultados se muestran en la figura 3. El resumen de las escuadrías se indica en la tabla 2.

Figura 3 Dimensionamiento y deformación (en mm) de los elementos del forjado a partir de los modelos 3D 

Para el análisis estructural de las vigas del forjado se extrajeron ortoimágenes empleando el software Reconstructor, y se realizaron cortes mediante el software Autodesk Recap desde la viga número 17 hasta la 98. Todas las vigas que conforman el forjado presentan en mayor o menor medida deformaciones (flecha), y algunas muestran fallos a flexión debido a la disminución de su capacidad portante. La norma cubana (^{NC 53-179:88, 1988}), establece que la flecha máxima admisible es 1 240 de la luz para la carga total. Esto indica que la flecha admisible para las vigas del forjado es aproximadamente 1.5 cm pero los valores obtenidos en obra superan de 2 cm a 4 cm los aceptables por cálculo. La norma establece que la flecha de las vigas aumentará para períodos de carga de más de 10 años en un 50% para madera seca, y un 100% en madera húmeda. Considerando esto, la flecha admisible aumentaría 2.25 cm y 3.0 cm respectivamente, para lo cual siguen existiendo diferencias entre valores permisibles y los reales (Figura 4). Es importante destacar que no todas las deformaciones máximas encontradas se localizan en el centro de la luz, debido a que existen zonas donde el elemento está más deteriorado que otras; es por ello que las vigas se deforman y fallan por el área más vulnerable. Se identificó que no todas las vigas son de la misma especie maderable, por lo cual también varían su dureza y resistencia a la flexión. En los pies derechos 1 y 7, el deterioro en la fogonadura ha provocado el desplazamiento del mismo y de todos los elementos que a él colindan. Estos movimientos verticales que han sufrido los pies derechos varían entre 3.5 cm - 20 cm aproximadamente, y la separación en el rayo de Júpiter entre las vigas que conforman la viga de corredera, oscila entre 1 cm - 2 cm, lo que representa desplazamientos considerables.

Para evaluar la deformación de las vigas y la densidad que presentan, se realizó la identificación de las especies maderables, a partir de la toma de muestras directamente de las vigas y pies derechos. Las especies de madera se identificaron en laboratorio biológico y las densidades obtenidas con penetrómetro, fueron comparadas con los valores de referencia reportados por el Instituto Nacional de Investigaciones Agro-Forestales (INAF).

Figura 4 Deformaciones de algunas vigas del forjado (flecha en mm) 

3.3 Especies maderables identificadas

Mediante la aplicación del método de anatomía comparada a partir de los cortes histológicos realizados en dirección transversal, tangencial y radial, se obtuvo como resultado que las especies de madera que forman la estructura del forjado y el sistema de apoyo de los pies derecho son: cedro (Cedrela odorata), pino (Pinus sp.), baría (Cordia gerascantus), caguairán (Guibourtia himenifolia) y ácana (Manilkara grisebachii). En la figura 5 se muestran los cortes histológicos realizados para la identificación de las especies de madera existentes.

Figura 5 Cortes histológicos a 40x de las especies de madera identificadas: A- ácana (corte longitudinal), B- baría (corte longitudinal), C- caguairán (corte transversal), D- cedro (corte longitudinal), E- najesí (corte transversal), F- pino (corte longitudinal) 

3.4 Análisis de los resultados del diagnóstico

Los contenidos de humedad medidos en las vigas del forjado se encuentran entre 9%-19%, en los pies derechos entre 11%-17% y la viga de corredera entre 11%-12%. Las imágenes termográficas obtenidas reflejaron como el muro de apoyo presenta zonas de elevada humedad, lo cual favorece la absorción de agua en la madera por ser un material higroscópico.

En el caso de los pies derechos y la viga de corredera, los elementos se encontraban parcialmente húmedos debido a que están expuestos a la luz solar y sus condiciones de secado y ventilación son más favorables que las de las vigas del forjado. Sin embargo, en tiempos de lluvia y eventos climáticos extremos, esta misma exposición provoca que el deterioro sea más acelerado y propicie la proliferación y ataque de organismos degradadores de la madera.

En el análisis con la cámara termográfica se identificaron cambios de temperatura de ±2ºC en distintos puntos de un mismo elemento, lo que conlleva a deformaciones térmicas en el forjado. En el caso de las vigas, los valores más fríos se encuentran cerca de las tablas y en el muro del eje 3, donde las diferencias más considerables aparecen en la zona apuntalada y próxima al forjado. Cuando llueve, el agua se infiltra principalmente por las zonas donde menor conservado se encuentra el sistema de impermeabilización y donde exista mayor presencia de planta invasoras, lo que provoca la acumulación del agua, tanto en el forjado como en el muro. El grado de saturación de los elementos de madera varía en función de la especie, el nivel de exposición y las condiciones ambientales, lo que conlleva a que se desencadenen procesos patológicos que debilitan sus propiedades mecánicas. Otras de las lesiones identificadas con la termografía fueron las variaciones de temperaturas en el piso, asociadas a desniveles o desperfectos que favorecen la acumulación del agua pluvial, y propician la absorción por capilaridad en los pies derechos de la galería. Al encontrarse embebidos en una base de concreto que funciona como una capa impermeable, el secado en el interior de la base es muy ineficiente y acelera la pudrición de la madera.

El análisis realizado con el resistógrafo permitió identificar que de las 98 vigas que conforman el forjado, 64 de ellas presentan diferentes manifestaciones patológicas asociadas a pudrición por exposición a ciclos de humectación y secado. La resistografía se inició en la zona de la fogonadura debido a que es el área más vulnerable, y en función de los daños detectados se realizaron mediciones también en el centro de la luz o próximo a los apoyos (Figuras 6 y 7).

Figura 6 Resultados de ensayos y lesiones en elementos del forjado entre las vigas 1-49 

Figura 7 Resultados de ensayos de resistografía y lesiones en elementos del forjado entre las vigas 50-98 

En el caso de los pies derechos, la resistografía mostró para todos ellos valores bajos de resistencia a la penetración, y anomalías similares a las detectadas en las vigas de madera. La extensión de las lesiones se encuentra entre 150 mm y 750 mm desde la base de concreto hacia arriba, y en más del 50% de los pies derecho, esta se ubica en los primeros 150 mm de altura.

La viga de corredera, con una extensión de 45.5 m está conformada por tramos, y cada tramo por vigas de diferentes especies maderables. Debido a que la zona más vulnerable es la cara exterior, se realizó la resistografía desde la cara interior (galería) hacia la exterior (patio), con el propósito de identificar el avance en el deterior en función del ancho de la viga. En el tramo entre el pie derecho 8 y 9 la resistografía refleja zonas con desfibramiento debido al ataque de termitas. Estos organismos xilófagos se alimentan de la madera y dejan túneles en su interior, en consecuencia, la curva resistográfica cambia repentinamente debido a la falta de resistencia durante su avance (Figuras 8 y 9). Al realizar los ensayos de penetrómetro y los cálculos de ajuste correspondientes, se evaluó que los elementos de madera tienen una dureza inferior a los valores tabulados para las maderas cubanas. Estos resultados están en correspondencia con las bajas resistencias obtenidas en los ensayos de resistografía. En la tabla 3 se presenta una muestra de algunos elementos estudiados.

Figura 8 Resultados de ensayos en elementos del forjado entre pies derechos 1-7, donde la termografía refleja la humedad presente en el muro del eje 3 en la zona de apoyo de las vigas, y la resistografía en pies derechos y viga de corredera del eje 4. 

Figura 9 Resultados de ensayos en elementos del forjado entre pies derechos 8-13, donde se muestra la termografía de la galería con elevado nivel de humedad en los apoyos de los pies derechos, y la resistografía en pies derechos y viga de corredera del eje 4. 

3.5 Propuestas de solución

En las vigas del forjado se determinó que 17 de ellas requieren ser sustituidas por su avanzado deterioro. Adicionalmente otras 45 vigas deberán ser reforzadas estructuralmente en diferentes zonas, en función de las patologías desarrolladas en cada una. De las 34 vigas restantes a las que no se le identificaron lesiones significativas, será necesario desmontar y decapar 2 de ellas debido a deterioros superficiales, para posteriormente recalcular la carga para la nueva sección de viga (Figuras 10 y 11). Todos los pies derechos mostraron deterioros que requieren acciones de reforzamiento estructural, así como en las vigas de corredera, donde será necesario la sustitución de dos tramos, y el reforzamiento de otros 3 tramos (Figuras 12 y 13). La disminución significativa de la densidad de las maderas del forjado es el resultado de la exposición a ciclos de humectación y secado, fundamentalmente en los meses de lluvia, con la consecuente proliferación de hongos e infestación de termitas. Las deformaciones presentes en las vigas no solo son el resultado del incremento del peso por exceso de agua y el crecimiento de plantas superiores, sino también debido a la perdida de sus propiedades maderables, lo cual incrementa el riesgo de fallo estructural.

Figura 10 Propuesta de solución al forjado entre vigas 1-49 

Figura 11 Propuesta de solución al forjado entre vigas 50-98 

Figura 12 Propuesta de solución a los pies derechos 1-7 y sección de viga de corredera 

Figura 13 Propuesta de solución a los pies derechos 8-13 y sección de viga de corredera