1109 analisis tecnologico estructural conjunto religioso

1Sociedad Mexicana de Ingeniera EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniera Estructural

ANLISIS TECNOLGICO ESTRUCTURAL DEL CONJUNTO RELIGIOSO DE ACOLMAN,ESTADO DE MXICO

Horacio Ramrez de Alba1, Luis Alejandro Escamilla Hernndez2, Sandra Paola Arzate Cruz3y Elizabeth Adriana Valdez Medina4.

RESUMEN

Se tiene en desarrollo un proyecto de investigacin conjunto entre las Facultades de Ingeniera y Arquitecturade la Universidad Autnoma del Estado de Mxico, para estudiar el Conjunto Religioso de Acolman desdeuna perspectiva integral, incluyendo las partes arquitectnica, tecnolgica estructural, sensorial, sostenible ypaisajstica. En este escrito se describen resultados de las etapas ya concluidas respecto a la parte estructural.En particular se describe el procedimiento seguido para establecer el diagnstico estructural que permiteidentificar las principales deficiencias estructurales, as como establecer el probable comportamientoestructural en condiciones normales de operacin y en condiciones extraordinarias. Finalmente se discuten loslineamientos de intervencin para dos escenarios de desempeo.

ABSTRACT

A join research project with the participation of the colleges of Engineering and Architecture is in progress atthe UAEM related to the religious complex of Acolman with a multidisciplinary approach this work is relatedwith the structural behavior in particular procedure to generate the structural diagnosis is presented and theprobable structural behavior is established for normal operation conditions and extraordinary conditions.Finally two sceneries for the structural performance during the eventuality of a severe earthquake arediscussed.

INTRODUCCIN

Se aborda el anlisis del monumento histrico de Acolman por ser parte importante del patrimonio inmuebledel Estado de Mxico y de la nacin. En esta parte se trata lo referente a las tcnicas constructivas, losmateriales utilizados y el comportamiento estructural. El inmueble desde sus inicios sufri modificaciones yresult severamente afectado en diferentes pocas por inundaciones y terremotos, adems de las afectacionespor los efectos normales del ambiente y el mantenimiento que no siempre ha sido eficiente; por estas razonesse trat en primer lugar de investigar las principales etapas constructivas y las intervenciones que se hanllevado a cabo.

Los principales objetivos de esta parte del proyecto son:

1 Profesor e Investigador de la Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma del Estado de Mxico, Cerro deCoatepec s/n Ciudad Universitaria Toluca Mxico. Telfono: (722)2140855 Ext. 257; Fax: (722)2140855Ext. 110.; [email protected]

2 Profesor e Investigador de la Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma del Estado de Mxico, Cerro deCoatepec s/n Ciudad Universitaria Toluca Mxico. Telfono: (722)2140855 Ext. 258; Fax: (722)2140855Ext. 110.; [email protected]

3 Pasante de Ingeniera Civil , Universidad Autnoma del Estado de Mxico, Cerro de Coatepec s/n CiudadUniversitaria Toluca Mxico. Telfono: (722)2140855 Ext. 257; Fax: (722)2140855 Ext. 110.;[email protected]

4 Ingeniero Civil , Universidad Autnoma del Estado de Mxico, Cerro de Coatepec s/n Ciudad UniversitariaToluca Mxico. Telfono: (722)2140855 Ext. 257; Fax: (722)2140855 Ext. 110.; [email protected]

XVI Congreso Nacional de Ingeniera Estructural Veracruz, Ver., 2008

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Definir de forma general las principales etapas constructivas. Estimar las principales afectaciones que ha sufrido Identificar los principales materiales de construccin. Identificar las caractersticas constructivas y estructurales Analizar el comportamiento estructural esperado en condiciones normales y extraordinarias. Establecer el diagnstico que permita definir las principales deficiencias estructurales. Proponer de forma conceptual las posibles intervenciones para dos niveles de desempeo esperado.

Para poder llegar a los objetivos planteados se realizaron los siguientes estudios.

Bibliogrfico. Se consultaron 15 referencias directamente relacionadas con el inmueble en estudio, as como12 relacionadas de forma indirecta. Como resultado se formularon fichas de trabajo referentes a los objetivosestablecidos

Levantamiento geomtrico. Con tcnicas convencionales y de laser se obtuvieron las principalesdimensiones del inmueble en todas sus partes. Se realizaron comparaciones con otras fuentes parasealar posibles discrepancias, pero el principal propsito fue contar con elementos para generalmodelos analticos para calcular esfuerzos y deformaciones.

Nivelacin. Debido a que se asume que el inmueble ha sufrido daos por efectos de asentamientos,se practic una nivelacin general que deber repetirse por lo menos cada ao como medio demonitoreo del comportamiento general del inmueble.

Levantamiento de daos. Se detectaron y registraron los diferentes daos observados en las fechas devisita en las diferentes partes del inmueble y se trat de relacionar lo observado con las probablescausas y los posibles efectos.

Estudio hidrolgico. Tomando en cuenta que el inmueble ha sufrido daos debido a inundacionesocurridas en diferentes pocas, se procedi a realizar un reconocimiento hidrolgico detallado de lazona para tratar de comprender lo ocurrido en el pasado y analizar el riesgo de posibles afectacionesfuturas.

Estudio del subsuelo. Por mtodos indirectos se obtuvieron las caractersticas geomtricas de lacimentacin.

Mediciones dinmicas. Con la tcnica de medicin de vibracin ambiental se tomaron variosregistros dinmicos en diferentes partes del inmueble para estimar los periodos de vibracin y contarcon bases para comparaciones futuras.

Anlisis estructural. Con los datos de los estudios antes mencionados se generaron modelosanalticos que permitieron calcular esfuerzos y deformaciones de las diferentes partes del inmueblepara condiciones normales de uso y para condiciones extraordinarias de carga, con lo cual se pudoestablecer un diagnstico con la identificacin de los principales defectos estructurales y asproponer el comportamiento estructural esperado.

PRINCIPALES HALLAZGOS

Parte histrica y de antecedentes

En un inicio se construy en 1524 bajo la orden de los franciscanos y en particular del fraile Andrs Olmos,un claustro de dimensiones reducidas y una capilla. Posteriormente al ser administrado por los agustinos seformaliza desde 1539 una construccin mayor y en los siguientes 21 aos se termina el claustro mayor y untemplo de grandes dimensiones, por lo tanto, se termin el inmueble ms o menos en su extensin actual parael ao 1560. En el ao 1735 se cambi la bveda original lel templo por otra ms pesada de can conlunetos; su peso motiv la construccin de otro sistema de contrafuertes adicional al original (Mendiola,1985).

En cuanto a ocurrencia de inundaciones se consigna que a principios de del siglo XVII se construy unapresa, denominada Presa del Rey y que su capacidad no fue suficiente lo que provoc grandes inundacionescomo las que se presentaron en los aos1629 y 1645. A consecuencia se present una invasin total del aguaen 1763 lo que oblig al cierre del convento en 1772. Se reabri en 1781 por padres seculares, pero


posteriormente se present un nuevo abandono en 1877. Se consign que en 1925 se present una nuevainundacin, en esa ocasin se utiliz el inmueble de forma parcial para lo cual se elevo el suelo (piso) unosdos metros y medio y el ao 1927 se dictamin en grave peligro de destruccin.

En cuanto al efecto de terremotos no se identificaron antecedentes en las referencias consultadas peroseguramente se han presentado daos debido a eventos ssmicos.

Uno de los aspectos ms intrigantes de este inmueble es su localizacin en una depresin del terreno, en lamayora de los trabajos recientes consultados sus autores que han estudiado el convento desde perspectivashistricas y artsticas opinan que por efecto de las graves y frecuentes inundaciones se reblandeci el suelo yse presentaron importantes hundimientos de ms de dos metros. Existen fotografas de principios del SigloXX que muestran al templo al inmueble anegado por el agua que alcanza los dos metros de profundidad. Laobservacin del sitio en sus condiciones actuales parece reforzar esa hiptesis pues para ingresar al antiguoclaustro o al templo se desciende por un amplio atrio formado por terrazas, por lo que en efecto parece estar elinmueble deprimido. Pero al tomar en cuenta lo encontrado en este trabajo, se opina que no existen evidenciasclaras que indiquen que se hayan presentado hundimientos de tal magnitud y ms bien se puede asegurar quetoda la zona fue afectada por azolves acumulados durante muchos aos. Se puede establecer en primer lugarque la masa de los diferentes componentes del inmueble es muy variable y por lo tanto los esfuerzostransmitidos al terreno tambin lo son (ms adelante se presentan los resultados de los clculos realizados) porlo que de presentarse hundimientos importantes no seran uniformes y lo normal es que se hubieranpresentado asentamientos diferenciales muy grandes y por lo tanto daos mayores e inclusive el colapso dereas importantes del inmueble, es decir, se hubieran presentado mucho mayores daos de los que realmentepresenta el inmueble. Adems, el terreno natural de la zona donde se apoy la cimentacin del inmueble esfirme, limo arcilloso muy consolidado, y no como el del centro de la ciudad de Mxico donde existendepsitos profundos de arcilla compresible.

Por lo tanto el nivel del piso del inmueble se ha mantenido aproximadamente en su posicin original, salvodeformaciones diferenciales de centmetros. Lo que ocurri es que se realizaron obras hidrulicas pensadaspara defender a la ciudad de Mxico contra las inundaciones pero resultaron muy perjudiciales para el puebloy el monasterio de Acolman por las inundaciones que se provocaron y los azolves que se acumularon aconsecuencia. La siguiente citas sobre acontecimientos histricos relacionados con este inmueble permitenreforzar lo antes comentado:

Se consideraba muy de poco fiar al ro San Juan de Teotihucn, por cuya razn se construy una presa enAcolman, con lo cual se form un nuevo lago. Esta presa empez a construirse en 1604 y tanto el pueblo deAcolman como sus alrededores estuvieron bajo el agua hasta la dcada de 1820. La bella iglesia de SanAgustn Acolman, terminada de edificar en 1560, uno de los mejores ejemplos existentes en el pas del artearquitectnico de aquella poca, estuvo en parte sumergida, desapareciendo la parte inferior del templo bajouna capa de barro de ms de 2 m de profundidad. En la dcada de 1920, serva todava de entrada solamentela parte superior de la enorme puerta primitiva, pues el suelo (piso del templo) haba subido al mismo niveldel terreno (Iturriaga, 1988))

Daos y afectaciones

Los principales daos y afectaciones que presenta el inmueble actualmente son:

En la parte inferior de columnas y muros se observa el deterioro de las juntas de mortero conafectacin variable a las mimas piedras. La socavacin de las juntas de mortero llega en algunoscasos a profundidades de 15 cm o ms, con el consiguiente afloramiento de salitre y el aflojamientode las piedras. Resulta un problema prcticamente general y se supone que puede deberse a que lostrabajos de rescate emprendidos despus de los efectos negativos de las inundaciones no serealizaron correctamente, segn el resultado de los pocos sondeos que se pudieron realizar, pareceque no se removi totalmente el material afectado por carbonatacin por lo que no se erradic elproblema y result afectado el nuevo material de recubrimiento de las juntas.


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Deformaciones y agrietamientos en las diferentes partes del edificio causadas por asentamientos ypor la gran diferencia de rigidez del templo respecto a las dems partes. En esta categora se puedensealar especficamente las siguientes observaciones.

La esquina suroeste del patio del claustro mayor presenta separacin en la clave del arco as como ensu arranque, en esta ltima parte se genera tambin una grieta que atraviesa el tmpano comocontinuacin de dicha separacin.

En la sala de Profundis la bveda tiende a desprenderse de los muros extremos, en el lado sur laseparacin llega a tres milmetros y la del lado norte a un milmetro, dicha separacin se nota en todoel permetro del arranque de la bveda y en las esquinas verticales de los muros. Tambin sepresentan agrietamientos en la bveda, algunas de ellas ya han sido reparadas y se han vuelto a abrir.Resulta especialmente notoria una grieta que inicia en el dintel de la abertura prxima al muro sur yse prolonga hacia la bveda donde remata en una zona ya con el recubrimiento colapsado en dondese observan piedas porosas posiblemente parte de la estructura de la bveda, tambin se observansignos de humedad en varias partes de la bveda sin saber su procedencia.

Grietas o fisuras continuas en las claves de las bvedas tanto del templo, la sala de profundis, elrefectorio y la cocina. Principalmente en la bveda de la cocina como en la sala siguiente usadaactualmente como sala de exposiciones y que tiene el mismo sistema estructural, se observa unagrieta continua en la clave que ya haba sido resanada y que se abri nuevamente. En el caso de labveda del templo la grieta longitudinal se observa por la parte inferior pero no en la superficiesuperior y exterior del terminado, sin poder asegurar que no se manifieste en la bveda propiamentedicha.

En el interior de la capilla conocida como del Retablo de San Agustn, se presentan agrietamientosen la bveda y en los muros, en este caso no se presenta una solo grieta en la clave sino varias detrayectoria errtica que se ramifican despus hacia los muros, de alguna forma similar a lo descritoen la sala de profundis.

Las condiciones estructurales del templo son particularmente interesantes ya que por el exterior del muronorte, se observan dos conjuntos de contrafuertes, el original que tiene una apariencia esbelta por su altura quellega hasta la parte superior de los muros y su seccin transversal relativamente pequea. En contraste, elsegundo conjunto de contrafuertes es masivo y su altura menor porque no llega hasta la parte superior de losmuros. Se puede suponer que en el ao de 1735 cuando se cambi la bveda por otra ms pesada de cancon lunetos, el peso y el correspondiente empuje sobre los muros y contrafuertes originales fue tanto que sepresent una tendencia al desplomo por lo que es de suponerse que los constructores decidieron reforzar losmuros con dichos contrafuertes masivos. En la parte aledaa al muro norte se observan dos tmulos de piedraunidas por mortero de cal y arena que parecen ser los arranques de botareles que finalmente, sin saber lascausas, se suspendieron en su construccin y en su lugar se construyeron los contrafuertes mencionados. Estoscontrafuertes presentan en su construccin varias piedras colocadas al azar y en cuyas caras se varios motivoslabrados e incompletos lo que parece indicar que provienen de otras partes de esta u otras construcciones, locual permite reforzar la suposicin de que fueron construidos posteriormente. En cambio las pilastras que seconstruyeron por el interior se trataron de hacer verticales lo coal se manifiesta en la moldura lateral que estseparada aproximadamente tres centmetros en la parte inferior y 15 a 18 cm en la superior lo que permiteestimar inclinaciones de los muros de hasta 1.0 %.

Se pudieron localizar otros daos y defectos que obedecen a particularidades de cada parte del inmueble, entreellas las siguientes:

Los pisos de los pasillos tienen en algunas partes un recubrimiento de piezas cermicas a manera de baldosasrectangulares que se han pintado de color rojo en diferentes ocasiones, estos pisos ya se encuentran muydeteriorados con piezas rotas y agrietamientos de trayectorias irregulares. En otras partes los pisos son demortero con pigmento rojo en su acabado expuesto, en estos casos se observan tambin varias fracturas ascomo importante separacin de los muros. La zona de unin entre el muro y el piso se encuentra mal resuelta,posiblemente se pensaba colocar un zoclo o el que haba se retir o se destruy. No se pudo saber si dichosrecubrimientos de los pisos son los originales.

En la parte del edificio donde actualmente se tienen los servicios sanitarios, se observa que la esquina superiortiene tendencia a la separacin, una grieta vertical que se abre hacia arriba permite suponer que esa zona se


encuentra en riesgo. En el muro posterior del edificio mencionado se presenta una grieta bastante aparatosa,que tiene la particularidad detener mayor abertura en la parte inferior posiblemente por una tendencia delmuro a flexionarse en su plano por el efecto probable del empuje de la escalera que all existe. Lasdeformaciones aparentemente se presentaron desde tiempos remotos pues amerit la colocacin de un gruesocontrafuerte en la esquina ms prxima. En su parte ms ancha la grieta tiene aproximadamente 15 cm convarias piedras ya flojas y mortero perdido. Por el interior (zona de servicios sanitarios) en la planta baja lagrieta no se manifiesta posiblemente por reparaciones y/o adecuaciones recientes, pero en el nivel superior sise observa la continuidad de la grietas pero con anchos significativamente menores y en algunas partes yaresanadas. En el muro poniente de la zona del claustro se observan grietas similares a las descritas, dos deellas con anchos de ms de dos centmetros con la misma caracterstica de ser ms abiertas en la parte inferiory con trayectoria errtica hacia la parte superior de los muros.En todas las partes del claustro que colindan con el templo, principalmente la zona de escaleras y la capillaabierta, muestran daos severos en forma de grietas que afectan muros, arcos y bvedas. Esto se atribuye a ladiferencia de peso y rigidez de la estructura del templo respecto a la del claustro, as como trabajos derestauracin poco apropiados llevados a cabo en diferentes etapas. Se puede suponer que se presentaronasentamientos diferenciales por la gran diferencia de esfuerzos transmitidos al terreno, as como por efectosde fuerzas laterales generadas durante la ocurrencia de movimientos ssmicos. El tratamiento de estos daosno es sencillo ya que en rigor requiere la separacin desde la cimentacin del templo y el claustro.

En el patio del claustro mayor se observan varias juntas en las piedras que forman columnas y arcos con elmortero deteriorado y/o disminuido, hasta una profundidad aproximada de dos centmetros, esto puede darlugar a mayor deterioro de la junta y de las piedras por lo que resulta necesaria su reparacin.

En el antiguo fogn de la cocina, en particular en el arco que forma el hogar, se observa la separacin de laclave del arco de aproximadamente 4.5 mm, se genera as una grieta que contina hacia arriba que afecta laparte exterior y con mayor medida la interior donde la grieta se ramifica hacia los lados del cubo de salida dehomos.

El Claustro Menor muestra relativamente pocos daos excepto en la viguera y los terrados que tienen signosde apolillamiento. En general se trata de una construccin de gran solidez, los claros son de poca longitud ylos elementos de soporte son robustos adems de contar con pocos elementos decorativos, es de suponerseque por tratarse de la zona ms antigua del conjunto no haya sido afectada por las deformaciones del resto delas construcciones. Aunque queda la duda de si fue reconstruido con un criterio de lograr gran robustezaunque no se apegara a las caractersticas originales.

Presencia de humedad en la parte superior del templo. No existe una explicacin directa de las humedadesque afectan las caras inferiores de las bvedas, as como los lunetos y los muros, ya que al inspeccionar lacubierta el recubrimiento superior de la bveda muestra una apariencia sana sin grietas visibles. En algunaszonas el recubrimiento es muy grueso para dar las pendientes necesarias para el desalojo del agua de lluvia, loque necesariamente aumenta la carga muerta. La apariencia exterior es de un material sano pero al golpearcon el martillo de gelogo el sonido en la mayor parte del rea es hueco lo que indica que posiblemente yaest separado del material estructural de la bveda. Adems se observa que las bajadas principales estnembebidas en los contrafuertes excepto una del lado norte que tiene una grgola, las bajadas estnparcialmente obstruidas pues son lugares donde anidan palomas que llevan ramas y otros materiales. Esposible tambin, aunque ello no se comprob, que algunas de la bajadas ya estn obstruidas pues sutrayectoria es muy larga y no hay forma directa de inspeccin, tampoco es sencillo proceder al desazolve en elcaso de que se detectara la obstruccin. Por lo anterior, se presume que en poca de lluvias el agua se estancay su nivel asciende por lo que penetra por las juntas y chaflanes, as como por pequeas fisuras delrecubrimiento, por lo que se satura el material de relleno e inclusive el material estructural de la bveda, todoello explica los focos de humedad visibles desde el interior del templo que ha daado los acabados, losdecorados y los frescos en las partes donde existen. Por lo tanto el criterio de reparacin ser dar mejor flujoal agua pluvial y mantener las bajadas sin obstruccin, lo que puede implicar cambiar totalmente el sistema dedrenaje pluvial.

Otros detalles que requieren atencin. Se presentan otro defectos que merecen atencin que sin embargo noinfluyen significativamente en el comportamiento estructural, en esta categora se seala lo siguiente:


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En el patio exterior dende actualmente se tienen los servicios sanitarios, se observa una placa del ao 1969que informa que se restaur el monumento, lo que hace suponer que se realizaron obras importantes pero nose pudieron consultar antecedentes, ni se sabe si existan. En esta zona se observan unas lmparas del tipoarbotante que ya se encuentran deterioradas y adems parecen no estar de acuerdo a las caractersticas delinmueble, por lo que deber decidirse sobre su remocin o sustitucin.

En una parte de un edificio prximo al patio antes mencionado, que se usa como rea de trabajo para elmantenimiento, se coloc en una poca no precisada, un tapanco de duela sobre armaduras metlicas del tipode celosa, lo cual choca con el origen y estilo del edificio, por lo que en este caso tambin deber decidirsesobre su remocin o sustitucin.

En la parte exterior del claustro mayor se localiza un subterrneo, que segn la informacin proporcionadapor los encargados del museo, funcion como cocina y frigorfico de un restaurante que funcion en elantiguo monasterio por el ao 1970. Es posible que esta parte existiera desde la poca colonial y con la mismafuncin, puesto que en los conventos se requeran frigorficos para conservar en lo posible los alimentos, erafrecuente que estos cuartos se mantuvieran a temperaturas bajas gracias a que se haca circular una corrientede agua fresca. Al considerar los efectos de las inundaciones pasadas, se presume que las partes por debajodel nivel del terreno como la aqu descrita, tuvieron influencia importante en los daos que ahora se observan,y por lo tanto resulta importante estudiar con detalle esta parte del inmueble.

En varias partes de las cubiertas, principalmente en el templo, se observa el crecimiento de vegetacin dediferentes clases y tamaos, lo que contribuye significativamente a la aparicin de humedades y elconsecuente deterioro, principalmente de muros y contrafuertes. Se hace necesario un programa demantenimiento continuo que permita entre otras operaciones remover la vegetacin nociva.

Materiales y aspectos constructivos

Por disposicin de los encargados del inmueble, no se realizaron calas, por lo tanto las observaciones sobrelos materiales constitutivos se basaron en lo que se pudo observar en las diferentes partes del inmueble y lospocos detalles que se pudieron reconocer fue en aquellas partes que por alguna causa se encontrarondescubiertas por daos o modificaciones. Tomando en cuenta lo anterior, los principales materiales deconstruccin detectados son:

Piedras de diferentes clases. La principal para formar la mayor parte de los elementos estructurales verticalespor ejemplo los muros y contrafuertes en su cara exterior, se trata de una piedra porosa del tipo tezontleabundante en la zona la cual se uso generalmente con una sola cara labrada. Tambin se utiliz cantera deltipo chiluca para formar los elementos decorativos como la portada, escaleras, cornisas, parapetos ybalaustradas, as como aquellos elementos estructurales que requirieron piedras labradas como columnas,arcos y nervaduras. Tambin se utiliz piedra basltica muy dura sin labrar en el interior de cimentaciones,muros y contrafuertes en combinacin con el tezontle con fines seguramente de aumentar la consistencia delos elementos ya que se embebieron en capas gruesas de mortero a manera de concreto ciclpeo. En labvedas se utilizo en algunas partes piedras de tezontle labradas como dovelas pero tambin sin saber en quemedida bloques de conglomerado natural del tipo conocido como tepetate cortado con forma de dovelas.

Morteros. Se identificaron diferentes tipos de acuerdo a su dureza, consistencia y color. En las partesinteriores de muros generalmente se trata de un mortero de cal y arena gruesa con resistencia aproximada de 4MPa (40 kg/cm2) de consistencia quebradiza y color blanco, es posible que en las partes donde se pudoobservar este material ya haya estado afectado por carbonatacin al estar expuesto en periodos de tiempodesconocidos pero seguramente prolongados, por lo que el material dentro de los elementos estructurales debetener mayor resistencia. En las partes exteriores se observa un mortero de consistencia dura con resistenciaaproximada de 8 MPa (80 kg/cm2) hecho con cal, arena fina y cantidades variables de granzn, as como laadicin de polvo de tezontle que era muy utilizado por los constructores prehispnicos y que se siguiutilizando durante la colonia. La adicin de tezontle molido se identificaba con el nombre de picadiz(Ramrez, 1991). En las juntas de piedras labradas se observa un mortero hecho de cal con arena muy finacuya resistencia no se pudo evaluar. En menor escala tambin se observ un mortero de cal con padecera depiedra de consistencia dura usado como relleno de aquellas partes donde no era prctico acomodar piedras de


mayor tamao. Se debe tomar en cuenta que los morteros de cal son en general durables pero son atacados porel intemperismo debido a que su relativa porosidad permite la penetracin de la humedad formando sales queafectan las propiedades cementantes, es decir a mayor porosidad menor durabilidad.. Por eso se considera unacierto de los constructores originales que hayan utilizado en las partes expuestas morteros mejorados conpolvo de ladrillo o de tezontle, o bien arena pumtica, todos estos materiales con propiedades puzolnicas. Esfrecuente encontrar datos del uso de aditivos orgnicos en los morteros antiguos para mejorar su adherenciapero su efectividad a largo plazo es dudosa por su degradacin natural. Tambin es importante considerar queel fraguado de los morteros de cal va acompaado de retracciones significativas, por lo que se debe tomar encuenta este fenmeno para la reposicin o reparacin de elementos estructurales en los edificios histricos.

Madera. Forma parte de la viguera y cintas de techos de terrado, posiblemente ya no se trate de la original.Algunas vigas y cintas muestran signos de deterioro por lo que se hace necesaria una auscultacin cuidadosapara evaluar su estado y decidir por su posible tratamiento, reparacin o sustitucin.

Los muros y contrafuertes estn construidos por mampostera irregular por lo menos en su interior, ya que porlo general se trata de elementos en que las caras aparentes tienen un aparejo regular y el interior es de tipociclpeo, para lo cual las caras exteriores de los muros sirven de cimbra. Tomando en cuenta las piezas, elmortero y el aparejo (Meli, 1998) as como el resultado de las pruebas no destructivas que se practicaron seestiman las siguientes propiedades medias para muros y contrafuertes:

Resistencia a compresin: 2 MPa (20 kg/cm2) Resistencia a cortante: 0.06 MPa (0.6 kg/cm2) Mdulo elstico para cargas sostenidas 515 MPa (5250 kg/cm2) Mdulo de elasticidad para cargas de corta duracin: 900 MPa (9000kg/cm2) Peso volumtrico: 19 a 20 kN/m3 (1900 a 2000 kg/m3) Mdulo de Poisson: 0.17

En cuanto las bvedas se tienen piezas de menos peso y resistencia, sin embargo no se pudieron hacerdeterminaciones directas en lugares representativos, sino solamente en los pocos lugares donde se tena elrecubrimiento cado. De esta manera de una manera aproximada se tienen las siguientes propiedades:

Resistencia a compresin: 15 kg/cm2

Resistencia a cortante: 0.4 kg/cm2 Mdulo elstico para cargas sostenidas: 4200 kg/cm2

Mdulo elstico para cargas de corta duracin: 6750 kg/cm2

Peso volumtrico: 1700 kg/m3

Mdulo de Poisson: 0.2

Se debe entender que los anteriores valores son conservadores ya que a pesar de que la capacidad encompresin del mortero es baja en muchas zonas se ha demostrado en laboratorio (Meli, 1998)) que no resultacrtico por su espesor pequeo por lo que queda confinado, se establece que la resistencia del conjunto de lamampostera es inferior a la piedra pero pude ser muy superior a la del mortero, entre 25 y 30% de laresistencia de las piedras. Esto llevara a resistencias de 37.5 a 45 kg/cm2.

ANLISIS ESTRUCTURAL

Para contar con una estimacin aproximada de los esfuerzos actuantes en las principales partes del inmueble,as como de los respectivos esfuerzos transmitidos al terreno, se evaluaron las cargas muertas de losprincipales componentes de cada parte como son muros, arcos, bvedas contrafuertes, pilastras, columnas,rellenos y los casos significativos de decorados. Los esfuerzos se calcularon por medio del anlisis elstico enun modelo tridimensional por medio del programa SAP 2000.

Para el caso del templo se consider una densidad del material de las bvedas de 1.7 toneladas sobre metrocbico y de los muros y rellenos de 1.9. En el coro se tom una carga de 0.828 toneladas por metro cuadrado,


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tomando las dimensiones que se obtuvieron previamente en la etapa del levantamiento geomtrico sepudieron evaluar las cargas de cada uno de los componentes del templo, los resultados se resumen en la tabla1. Se puede observar que la mayor parte de las cargas se debe a la masa de los muros y contrafuertes,representando estos elementos 84 % del peso total. El rea transversal de los muros y contrafuertes de soportees de 488.8 metros cuadrados y de la cimentacin de 586.5 metros cuadrados. Con esto se pueden calcular losesfuerzos de la siguiente manera:

Esfuerzo medio en muros y contrafuertes = 17257 6/488.8 = 29 42 t/m2 = 3.5 kg/cm2

Esfuerzo transmitido al suelo = 17257.6/586.5 = 29 42 t/m2

De esta misma manera se calcularon las cargas y los esfuerzos para todas las partes del inmueble, losresultados se presentan en la tabla 2.

Tabla 1. Cargas por peso propio en el Templo

PARTE Volumen (m3) Peso total (ton)Bveda nave 491

80834.7152

Bveda bside 262.345

545.985.5

Coro 128.5 m223.7

106.445

Muro fachada 739.6 1405.3Muros laterales 3363.6

198.86443.7377.8

Muro bside 1148 2181.3Contrafuertes A 1361.1 2586Contrafuertes B 875 1487Espadaa 190 323Pretil superior 461 784TOTAL 17257.6

Tabla 2 Cargas por peso propio en el conjunto de Acolman

PARTE PESO (ton) rea muros (m2)

reacimentacin (m2)

EsfuerzoMuros (kg/cm2)

EsfuerzoTerreno (t/m2)

Temolo 17258 498 587 3.5 29.4Capilla abierta, ala lateral 3603 158 186 2.3 19.4Celdas claustro 5580 202 242 2.8 23.0Aoendice 629 28 34 2.1 18.4Patio claustro 868 10.5 40 8.3 21.5Claustro menor 3997 183 220 2.2 18.1Sala pofundis 2002 37 44 5.4 45.3Refectorio 2910 99 119 3.0 24.6Zona servicios 1278 59 70 2.2 18.2Total o Promedio 38105 1274.5 1542 3.0 24.7

El examen de estos resultados permite destacar lo siguiente:

Se trata de edificios muy masivos ya que requirieron para su construccin de ms de treinta y ochomil toneladas de materiales, contando del nivel del terreno hacia arriba.

El templo representa aproximadamente el 45 % de la masa total del conjunto. Los muros y contrafuertes del templo representan 84% de la masa total del templo y 38% de la masa

total del conjunto. Los esfuerzos que transmiten las diferentes partes del inmueble al terreno son muy variables con un

mnimo de 18.1 t/m2 correspondiente al claustro menor a un mximo de 45.3 t/m2 en la sala deprofundis, o sea un rango de 27.2 t/m2. Considerando las caractersticas del terreno y los resultadosdel estudio de mecnica de suelos, se considera como lmite tolerable, con asentamientos de pocaconsideracin a largo plazo, un esfuerzo de 20 t/m2; por lo que varias partes del inmueble transmitenal terreno esfuerzos mayores, como son: el templo, el claustro mayor, el patio del claustro mayor, la


sala de prifundis y el refectorio, lo que explica en parte los daos observados que tienen su origen enlos asentamientos diferenciales que han ocurrido durante tantos aos de servicio del inmueble.

El patio del claustro mayor representa un caso especial ya que si se considera una cimentacincompuesta solamente de las bases de las columnas se tendra un esfuerzo de 69 t/m2 que resulta muyalto incompatible con las propiedades del terreno, por lo que es seguro que se tengan elementos deliga entre las columnas a manera de cimentacin corrida, o bien dados amplios y profundos en cadacolumna. Suponiendo el primer caso, se tiene un esfuerzo calculado sobre el terreno de 21.5 t/m2 queresulta ms apegado a lo observado.

En cuanto a los esfuerzos en los muros se puede decir que se encuentran dentro de lmitespermisibles aunque tambin resultan muy variables dependiendo de la parte que se trate. Tomandoen cuenta los materiales y sistemas constructivos el esfuerzo resistente medio se supone por lo menosde 20 t/m2 (5). Por lo que se tienen factores de seguridad amplios en promedio 6.7 con un mnimo de2.4 en el patio del claustro y un mximo de 9.5 en el apndice. Sin embargo los efectos de los daosy el deterioro causan una merma que se estima de hasta 25% en la capacidad resistente de loselementos estructurales principales, lo que conduce a factores de seguridad menores a losmencionados, en los casos ms desfavorables al considerar efectos locales, se tienen valores pordebajo del mnimo tolerable de 1.5, esto al considerar la posibilidad de en movimiento ssmico de lamayor intensidad esperada en la zona.

NDICE DE DAOS Y DE VULNERABILIDAD

Tomando en cuenta los datos obtenidos de las partes anteriores, se aplic la metodologa propuesta porLagormarsino (1998) para estimar el ndice de daos y el ndice de vulnerabilidad. Para ello se definenmacroelementos con comportamiento estructural definido. El ndice de dao (Id), que es una estimacin delgrado de dao causado por efectos ssmicos o de otro tipo, se calcula con la sumatoria de daos (Sk) en cadaelemento con valores de 0 a 3 para cada caso, que responden al tipo de dao observado: inexistente, ligero,moderado y severo, dicha sumatoria se divide entre tres veces el nmero de macroelementos significativos(N). Por otra el ndice de vulnerabilidad (Iv) que permite estimar la probabilidad de que ocurran daosdurante un sismo intenso, se calcula con la sumatoria de posibles daos en los macro elementos (Sk) tomandoen cada caso el valor de 0 a 2, la suma se divide entre dos veces la diferencia del nmero de elementossignificativos (N) menos aquellos que no haya sido posible evaluar (m). El resumen de los valores obtenidosse presenta en la Tabla 3 para las cuatro principales partes del conjunto. Tambin se calcula el ndice devulnerabilidad para el caso supuesto en que se realizaran reparaciones efectivas en los principales elementosdaados. De los datos de la tabla 3 se puede establecer que el efecto de los daos es ms significativo en eltemplo y el anexo (nivel medio de daos), el claustro antiguo los daos son de menor repercusin (dao leve)y el claustro antiguo prcticamente se puede considerar sin daos significativos. En cuanto a la vulnerabilidadse tienen probabilidades de dao severo durante sismos intensos en el templo y el anexo, daos medianos enel claustro nuevo y prcticamente sin daos en el claustro antiguo (edificio robusto y que se reforz de formaintegral en pocas pasadas)

Tabla 3. ndice de daos y de vulnerabilidad

Macroelementos ndicede dao

ndice de vulnerabilidad

PARTE

N m Sk Id Sk Iv IvrTemplo 16 2 11 0.23 11 0.37 0.22Claustro nuevo

13 1 7 0.18 6 0.24 0.12

Claustro antiguo 13 1 1 0.03 0 0.0 0.0Anexo 13 2 13 0.33 11 0.46 0.31

Diagnstico de la estructura

Considerando las caractersticas del conjunto religioso y los resultados de los estudios llevados a cabo, losresultados conducen a establecer que el comportamiento estructural global en condiciones de servicio essatisfactorio aun considerando la merma que significa el efecto de los daos y el deterioro acumulado. Pero al


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considerar la posibilidad de ocurrencia un sismo intenso se tiene que algunas partes que son las msvulnerables pueden tener comportamiento estructural insatisfactorio con la posibilidad de daos mayores einclusive colapsos parciales. Por otro lado, los esfuerzos que las diferentes partes del inmueble transmiten alterreno son relativamente altos y muy variables de una parte a otra, lo cual explica la presencia deasentamientos diferenciales y lo que a su vez da cuenta de la presencia de los daos ms significativos quetiene actualmente el inmueble, como son la separacin de algunos muros en sus esquinas y la presencia degrietas significativas en algunos muros y bvedas. Por lo tanto, las principales deficiencias estructuralesdetectadas son:

La gran diferencia en masa, resistencia y rigidez de las diferentes partes del inmueble.Principalmente del templo y las partes inmediatas lo cual provoca esfuerzos desiguales transmitidosal terreno y los consiguientes asentamientos diferenciales causantes de grietas y otros daos.

El peso propio tan elevado en algunas partes del inmueble principalmente el templo y las reas deceldas. En cuanto al templo se tiene que la bveda representa un peso unitario de 1750 kg/m2 queresulta elevado lo cual ha provocado la tendencia a la inclinacin de los muros laterales y queamerit la construccin de otro sistema de contrafuertes de mayor volumen y rigidez que loscontrafuertes originales. Esto por una parte ayud a que el problema de inclinacin de los muros noprosiguiera pero por la otra se aument considerablemente la masa de esta parte, incrementando losasentamientos y los daos como ya se report. En lo que respecta a las reas de celdas, el sistemaestructural original es bastante ingenioso ya que por cuestiones funcionales se decidi que las celdasapoyaran en las bvedas inferiores para lograr en la planta baja espacios amplios. Pero esta solucinexigi bvedas peraltadas adems de rellenos considerables para lograr el nivel horizontal en lasceldas, los rellenos fueron hechos de material ligero pero aun as su peso resulto muy grande sobretodo al considerar que en muchos casos tienden a saturarse de humedad. El gran peso de losentrepisos provoca deformaciones laterales en los muros para los cuales las bvedas son muysensibles, lo que explica en parte los agrietamientos observados en las bvedas.

La disminucin de la capacidad de carga, integridad y rigidez de los principales muros de cargadebido a la afectacin provocada por las inundaciones pasadas, ya que a pesar de que en suoportunidad se trat de reparar los daos, no se hizo con la necesaria efectividad y como resultadoahora se tienen disminuciones del rea resistente de 5 a 25 % segn la localizacin y exposicin delos muros.

Como consecuencia de todo lo anterior, as como por las caractersticas estructurales intrnsecas, elcomportamiento dinmico esperado durante movimientos ssmicos intensos puede ser desfavorablepor las siguientes razones:

Lo masivo de los componentes estructurales principales como son bvedas, muros, entrepisos ycontrafuertes que causan grandes fuerzas de inercia.

La diferencia de rigidez lateral de unas partes respecto a las otras. La falta de diafragmas rgidos que permitieran la correcta distribucin de las fuerzas laterales por

sismo hacia los muros y de estos a la cimentacin con un trabajo principal en el plano de los muros. El efecto negativo de las grietas presentes y otras zonas dbiles por deterioro, principalmente la

separaciones de algunos muros en sus esquinas, las grietas en bvedas y la disminucin del reaefectiva de los muros que ya se mencion.

Aspectos que representan mayor vulnerabilidad

Con las observaciones hechas en campo y los resultados del anlisis se concluye que: el comportamientoestructural en condiciones normales de operacin es satisfactorio pero no as en condiciones extraordinariasde un sismo de la mayor intensidad esperada en la zona. De las deficiencias y daos detectados se enumeranen seguida los que representan mayor vulnerabilidad y por lo tanto requieren mayor atencin:

El peso muerto de rellenos y sistemas de impermeabilizacin que implica establecer medidas paradisminuir espesores o sustituir por materiales ms ligeros.

La disminucin del rea transversal de varios muros de carga que requiere una intervencin urgentepara restituir las juntas y piedras perdidas o deterioradas.

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La separacin de algunos muros en sus esquinas que impiden el trabajo estructural ntegro. Estoimplica buscar procedimientos efectivos para devolver la integridad.

El agrietamiento en bvedas que amenaza con disminuir su capacidad resistente o en caso extremoprovocar su inestabilidad. Es posible que si se restituyen las caractersticas originales de los muros yse disminuye el peso propio, como consecuencia se controlen las grietas en las bvedas, pero decualquier forma ser necesaria su reparacin.

Es indudable que la madera de entrepisos y cubiertas tiene una funcin muy importante para laestabilidad del inmueble. Por lo que se requiere realizar una auscultacin general y detallada paradetectar piezas daadas o disminuidas por efectos de humedad o por causa de organismos vivos yproceder a sustituirlos o repararlos.

Controlar las humedades ya que en caso contrario los trabajos de reparacin, que pudieran hacerseatendiendo a lo sealado con anterioridad, no resultaran efectivos al no contar con la durabilidadesperada. Por lo que se debe valorar el cambio del sistema de bajadas de agua pluvial en el templo,as como los sistemas de impermeabilizacin en general por otros ms ligeros y efectivos.

PRONSTICO

Como ha sido sealado por diversos autores, los edificios histricos cuentan con caractersticas estructuralesintrnsecas difciles de evaluar por lo que se puede caer en el error de aplicar conceptos, mtodos y criteriosaplicables a materiales y sistemas estructurales modernos como concreto reforzado y acero estructural, lo quepuede llevar a esquemas de refuerzo que resultan muy invasivos y cuyos resultados en muchos casos no hansido los esperados pues resulta que hay experiencias de edificios histricos, as intervenidos, que mostrarondaos severos o inclusive colapso al presentarse sismos intensos (Binda, 2002). Adicionalmente, losmateriales originales de los edificios histricos han demostrado tener gran capacidad de amortiguamiento anteefectos ssmicos, los sistemas constructivos correspondientes cuentan con reservas de resistencia que no sonfciles de evaluar con los mtodos de anlisis que se usan para estructuras modernas y por lo tanto serequieren modelos analticos apropiados que no son convencionales y requieren de calibracin con pruebas delaboratorio y de campo, por lo que resultan mas costosos adems de requerir cuidados especiales para quesean realmente representativos.

Tomando en cuenta lo anterior, se identifican dos posibles alternativas para mejorar el comportamientoestructural del conjunto religioso de Acolman:

Para un escenario de comportamiento en que se permitan daos locales importantes durante un sismo intenso.En este caso se requiere de una restauracin. Esto implica intervenir en su mayor parte los elementosestructurales afectados para atenuar las deficiencias estructurales sealadas. Con ello se lograra mejorarsustancialmente el comportamiento en condiciones normales de operacin y se esperara que para condicionesextremas de un sismo intenso se presentaran daos pero no el colapso total o parcial. Las principalesintervenciones deben enfocarse a lo que previamente se seal como aspectos ms vulnerables, como son:disminuir pesos muertos, restituir la integridad de los muros afectados en sus bases, tratamiento de las grietasen muros y bvedas, resanar los defectos y zonas deterioradas, tratamiento o sustitucin de las vigas daadasy controlar las humedades. Obviamente se requerir del establecimiento y ejecucin de un programa demantenimiento exhaustivo y a largo plazo.

Para un escenario de comportamiento en que no se acepten daos importantes al ocurrir un sismo intenso. Eneste caso se requiere reforzar. Significa realizar un proyecto de reforzamiento integral que satisfaga loscriterios de diseo para estructuras modernas en cuanto a resistencia, ductilidad y amortiguamiento de talmanera de lograr un desempeo ssmico satisfactorio para los escenarios probables tomando diferentesperiodos de recurrencia. Para esto ser necesario establecer el espectro de diseo ssmico del sitio y el anlisisestructural detallado para conocer el comportamiento esperado antes y despus de la intervencin. Estoseguramente implicar convertir los pisos y cubiertas en diafragmas rgidos, y adosar estructuras auxiliaresposiblemente de acero para incrementar y uniformizar la rigidez lateral y lograr un trabajo de conjuntouniforme. Tambin en este caso se requerir el establecimiento y ejecucin de un programa de mantenimientoexhaustivo y a largo plazo


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CONCLUSIONES

Con lo elementos que se tienen hasta ahora, se recomienda proceder con la primera alternativa con el objetode proteger al inmueble de mayor dao y mejorar su comportamiento estructural general. Esto implica algnriesgo de tener daos importantes durante sismos intensos por lo que tambin es recomendable emprender unestudio estructural ms detallado considerando los efectos de la intervencin y que permita estimar el riesgode futuras afectaciones y por lo tanto estar en posicin de contar con ms elementos de decisin.

RECONOCIMIENTOS

Lo presentado en este trabajo es parte del proyecto de investigacin Anlisis Arquitectnico, Tecnolgico-Estructural Sensorial, Sostenible y Paisajstico del Conjunto Religioso de Acolman, Estado de Mxico quecont con financiamiento por parte de la UAEM Clave: 2433/2007U.

REFERENCIAS

Binda, L. and Saisi, A. (2002), State of the arto f research on historic structures in Italy?. Department ofStructural Engineering. Politecnico de Milan, Italia.

Iturriaga de la Fuente, Jos, 1988, Anecdotario de viajeros extanjeros en Mxico Siglos XVI-XX?Tomo1. Fondo de cultura Econmica, Mxico, p69.

Lagormarsino, S. (1998), A new methodology for the post-earthquaque investigation of ancientchurches?, Poceedings of the XI European Conference on Eathquake Engineering. Paris, France.

Meli, R. (1998), Ingeniera estructural de los Edificios Histricos?, Fundacin ICA, Mxico.

Mendiola Quezada, Vicente, (1985), Arquitectura del estado de Mxico, Siglos XVI, XVII, XVIII yXIX.? Documentos del Estado de Mxico.

Ramrez , H. (1991), La Construccin en el Estado de Mxico: Estudio tcnico con referenciahistrica?. El Colegio Mexiquense. Mxico

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