Evaluación no destructiva de la salud estructural de muros de madera contralaminada en condiciones de servicio mediante análisis modal y modelación

La madera contralaminada (CLT) ha surgido como un material capaz de responder a los desafíos de la construcción actual: sostenibilidad, eficiencia estructural y reducción del impacto ambiental. Su ligereza, capacidad portante bidireccional y alto nivel de prefabricación han impulsado su uso en proyectos de mediana y gran escala. No obstante, su desempeño a lo largo del tiempo puede verse afectado por humedad, envejecimiento y solicitaciones sísmicas, provocando variaciones en sus propiedades mecánicas.

En este contexto, se requieren metodologías no destructivas que permitan evaluar el estado real de los elementos estructurales en servicio, evitando intervenciones invasivas y contribuyendo a prolongar su vida útil.

En este proyecto se evalúa un muro de CLT en condiciones de servicio, combinando mediciones de vibración in situ y modelación numérica. El caso de estudio se ubica en la Torre PymeLab de la Universidad del Bío-Bío, corresponde a un muro de CLT de pino radiata C16, de 165 mm de espesor, con 5 capas. El objetivo es contar con una herramienta práctica para diagnosticar su estado estructural, sin dañar la estructura.

Generación conceptual y solución técnica
El concepto central es utilizar las vibraciones naturales como indicador indirecto de rigidez y estado de conservación. Se emplearon dos técnicas complementarias: análisis modal operacional (OMA), y análisis modal experimental (EMA) de impacto, ambos con excitación controlada mediante martillo de impacto. Las mediciones se realizaron en una grilla de 5x7 puntos con siete acelerómetros piezoeléctricos cerámicos, garantizando una cobertura suficiente para caracterizar los primeros modos de vibración.

En paralelo, se desarrolló un modelo numérico simplificado en ETABS, representando el panel de CLT como elemento Shell isotrópico con factores de modificación para reproducir su comportamiento ortotrópico, siguiendo la U.S. Mass Timber Floor Vibration Design Guide (WoodWorks, 2023). Estos factores de modificación relacionan las propiedades efectivas del panel de CLT de 5 capas, en sus diferentes direcciones, obtenidas a través del método de analogía de corte, dado el módulo de elasticidad de los elementos de madera que componen el panel de CLT (C16, MOE 7900 MPa), con las propiedades asociadas al Shell isotrópico definido.

El módulo de elasticidad (MOE) se evaluó en un rango de 3 852 a 13 372 MPa, ejecutando 700 simulaciones automatizadas mediante la API de ETABS.

Creación de valor a través del material
La metodología aprovecha las propiedades dinámicas del CLT para integrarlas en un modelo de diagnóstico. Esto permite estimar parámetros mecánicos clave y comprender cómo condiciones reales de operación afectan su desempeño. La propuesta genera valor agregado al facilitar evaluaciones no destructivas que apoyen el mantenimiento predictivo, promoviendo un uso más seguro y eficiente del CLT.

Solución formal y de producción
El método combina mediciones portátiles y de bajo costo con modelación numérica ágil y simplificada. Esto facilita su implementación en obra sin interrumpir el uso de la edificación. La secuencia clara de pasos —medición, procesamiento, simulación y comparación— permite replicar el proceso en distintas tipologías de muros de CLT.

Cualidad funcional
Los resultados experimentales muestran diferencias menores al 1% en la primera frecuencia entre OMA y EMA, validando la consistencia de las mediciones. El análisis numérico reveló que, considerando solo el primer modo, el MOE estimado fue de 10 100 MPa, sobrestimando la rigidez. En cambio, al incluir los modos segundo y tercero, el valor descendió a 7 100 MPa, cercano a los 7 900 MPa establecidos por la NCh1198 para madera C16. Esto evidencia que incluir más modos en el ajuste entrega estimaciones más representativas del comportamiento real.

Impacto y potencial de innovación
Este trabajo ofrece un procedimiento no destructivo, rápido y basado en datos experimentales para evaluar muros de CLT en servicio. Su aplicación puede reducir costos de mantenimiento, prevenir intervenciones innecesarias y mejorar la seguridad estructural.

Actualmente, la investigación se encuentra en desarrollo. El siguiente paso será implementar modelos numéricos más detallados que incorporen la rigidez de las uniones en bordes y entre paneles, para capturar con mayor precisión el comportamiento global.

En resumen, la propuesta combina observación directa, análisis numérico y comprensión del comportamiento dinámico del CLT para ofrecer una herramienta innovadora, confiable y replicable. Contribuye a fortalecer la confianza en este material, fomentando su uso seguro y eficiente en la construcción sustentable.