Roberto Meli

Diagnóstico y rehabilitación estructural de edificios históricos

Edificios de distintas épocas históricas

El gran arco maya de Labná. Yucatán. Siglo VIII

Templo y Convento de Izamal, Yucatán, Siglo XVI

Casona; principios siglo XX Mérida, Yucatán

Obras de ingeniería

Acueducto del Padre Tembleque, Zempoala ,Edo de México, siglo XVI

Edificios religiosos de mampostería de piedra y techos abovedados

Son edificios masivos en los cuales el peso propio define su estabilidad

La principal diferencias con las estructuras modernas es la falta de continuidad entre los elementos y el comportamiento frágil

Envigado de madera con tablones o bóveda catalana

Cubiertas abovedadas, muros y contrafuertes

Edificios civiles de muros de mampostería de

piedra y sistemas de piso de vigas de madera

Sin refuerzo y con

pisos que no forman

diafragma

Diferentes tipos de mampostería

Mampostería irregular

Adobe

Mampostería de sillares

Fallas por peso propio

Colapso de la Torre Cívica de Pavía, Italia (Siglo XIII)

Daños por envejecimiento y efectos ambientales

Daños por sismo

Templo de San Andrés Cholula, 1999

Estadísticas de daños en templos coloniales por

el sismo del 15 de junio de 1999

Estado

Puebla

Oaxaca

Morelos

Edo. de México

Tlaxcala

Veracruz

Guerrero

Ligero Moderado Severo Total

562

86

–

–

–

–

–

Total

450

70

–

–

–

–

–

112

35

–

–

–

–

–

1,124

151

125

40

64

24

14

1542

Fallas de bóvedas y naves por apertura de sus apoyos

Daños por hundimientos diferenciales

Centro histórico, Ciudad de México

Vulnerabilidad estructural de los edificios de mampostería de piedra

Escasa resistencia a tracción

Falta de liga entre los distintos elementos estructurales

Comportamiento frágil

Evaluación y rehabilitación estructural. Lineamientos de organizaciones

internacionales

Consejo mundial de monumentos (ICOMOS). Parte de UNESCO- Carta de Venecia y otras cartas

Icomité Científico Internacional para el Análisis y Resturación de Estructuras del Oatrimonio Histórico (ISCARSAH). Cuerpo consultivo de ICOMOS

“Recommendations for the analysis, conservation and structural restoration of architectural heritage (principles and guidelines)” ISCARSAH, 2003

Diagnóstico (Evaluación de la seguridad)

Análisis histórico. Evaluar el desempeño en el pasado puede permitir prever el desempeño futuro y dar indicaciones sobre el nivel de la seguridad de la estructura en su situación actual

Análisis cualitativo (procedimiento inductivo),

basado en comparar la situación actual de la estructura con la de otras similares cuyo comportamiento ha podido ser evaluado y confirmado.

Análisis cuantitativo, incluye modelos

matemáticos resueltos con los principios y herramientas de la ingeniería estructural

Etapas básicas. Adquisición de datos

Reunir la información histórica (o arqueológica) sobre la concepción de la estructura, las técnicas de construcción de las modificaciones realizadas y del desempeño a lo largo del tiempo y de la situación actual

Determinación de características estructurales ; propiedades geométricas y mecánicas; preparar planos estructurales, levantamiento de daños y deterioros; determinar si los daños se han estabilizado

.

Estudios de campo pruebas para determinar las propiedades mecánicas de los materiales estructurales y del subsuelo

Monitoreo, especialmente de grietas , desplomes y asentamientos

Algunas técnicas para investigación del estado de la estructura

Ultrasonido

Radar de penetración

Endoscopía en barrenos de pequeño diámetro

Propiedades de los materiales

Extracción de núcleos

Pruebas para determinar

resistencia y módulo de

deformación ante

esfuerzos de

compresión.

Diferentes enfoques para las medidas de rehabilitación

• Emplear sólo materiales y técnicas similares a las del edificio original

ó

• Incluir medidas más efectivas a base de materiales y técnicas modernas

Requisitos para las medidas de rehabilitación

• Efectividad (demostrada a muy largo plazo) • Mínima alteración • Compatibilidad • Reversibilidad (Reemplazo)

Por un aprovechamiento “correcto” de la tecnología

Aprovechar los recursos de la tecnología actual para lograr la mejor solución, dentro de los límites de máximo respeto hacia el monumento

La tecnología no consiste sólo en el uso de materiales modernos; puede aplicarse también para hacer más eficaz y más racional el uso de soluciones tradicionales. Hay que aprovecharla en las etapas de Diagnóstico y Monitoreo

Técnicas tradicionales de intervención

• Consolidación (inyección de lechadas) y rejunteo

• Restitución

• Contrafuertes exteriores

• Tensores y anillos de confinamiento

Refuerzo de columnas de la arquería del Palacio de la Inquisición

Refuerzo de nave con tensores de acero

Templo de Santo Domingo,. Zacatecas, 2010

Técnicas con materiales modernos. Ejemplos de soluciones controvertidas

• Adición o inserción de elementos de concreto

• Estructuras de acero de

soporte o refuerzo

• Membranas de concreto reforzadas con malla electrosoldada

Malla electrosoldada

Aplanado de mortero de cemento Mampostería de

piedra

Bandas de fibras de carbono

Desarrollos recientes

Mallas de polipropileno con aplanado de cal

Morteros y lechadas especiales

Problemática de la seguridad estructural de edificios históricos de la ciudad de México

Las zonas de antiguos lagos

La deformabilidad del subsuelo

El hundimiento del terreno por el peso de los edificios

El hundimiento por la extracción de agua

Los asentamientos diferenciales por los distintos grados de consolidación de los estratos de arcilla blanda

Los efectos sísmicos en edificios coloniales sobre suelo blando

Algunas intervenciones recientes

La Catedral Metropolitana

El Palacio Nacional

El Antiguo Palacio de la Inquisición

El Antiguo Templo de Corpus Christi (Archivo Histórico de Notarias)

Evolución de los hundimietos del terreno en el

centro histórico de la ciudad de México a lo

largo del siglo XX

Medidas correctivas de los efectos de hundimientos diferenciales

Intervenir en el suelo, la cimentación y la estructura

• Modificar el suelo para darle una deformabilidad más uniforme

• Rigidizar la cimentación para reducir los asentamientos diferenciales

• Rigidizar la estructura y conectar los elemento críticos

• Inducir juntas de construcción para separar zonas que se hunden a diferentes velocidades

La Catedral de México

Hundimientos diferenciales en 1989

Tasa anual e crecimiento de hundimiento diferencial

(mm/año)

Ubicación supuesta de templos y pirámides pre-hispánicos

Esquema de grietas principales

Desplomos de las cuatro columnas del crucero

Diferencias de la posición de la sección superior e inferior de las columnas

Subexcavación para corrección de hundimientos diferenciales

Correcciones de hundimientos por la

subexcavación (1993-99)

Corrección por subexcavación del desplomo

de las 16 columnas

de la excentricidad inicial y final de cada columna

a) Ubicación en una misma planta y sobre un mismo origen

b) Corrección del desplome

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

De

sp

lom

o (

%)

c-4

d-4

c-5

d-5

c-6

d-6

c-7

d-7

c-8

d-8

c-9

d-9

c-1

0

d-1

0

c-1

1

d-1

1

Columna

Desplomo InicialDesplomo Final

-3

-2

-1

0

-3 -2 -1 0 1

Posición oriente - poniente (%)

Po

sic

ión

no

rte

- s

ur (

%)

Desplomo inicial

Desplomo final

C6

C4

C7

D6

D7

D11D8

D9C9

CC5

C10

C8

Fig 23. Modificación de la inclinación de las columnas de la nave central

lograda entre agosto de 1993 y mayo de 1998.

Reducción de la deformabilidad del subsuelo

por inyección de mortero de cal y arena

Correcciones de hundimientos y desplomos

Variación de la verticalidad de la torre

poniente, antes y después de la inyección

TEL 07 Torre poniente

0

20

40

60

80

100

120

Feb-96 Ene-97 Ene-98 Ene-99 Ene-00 Ene-01 Ene-02 Ene-03 Ene-04 Ene-05 Ene-06

Tiempo

De

sp

laza

mie

nto

(mm

)

N-S

E-0

Hundimiento del piso en torre poniente y en

altar mayor, desde 1991 Historia comparada del punto 113 contra el punto 5

durante el periodo Oct-91 a Ago-06

-2000

-1600

-1200

-800

-400

0

Oct-

91

Oct-

92

Oct-

93

Oct-

94

Oct-

95

Oct-

96

Oct-

97

Oct-

98

Oct-

99

Oct-

00

Oct-

01

Oct-

02

Oct-

03

Oct-

04

Oct-

05

Oct-

06

Tiempo [años]

Hu

nd

imie

nto

[m

m]

-1000

-800

-600

-400

-200

0

Dif

ere

nc

ia [

mm

]

5 113 Diferencia

23-A

go-9

3

17-A

br-

95

10-J

ul-9

5

15-J

un-9

8

09-A

go

-99

08-F

eb-9

9

22-D

ic-0

0

Variación del claro de la nave central

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15F

eb-9

6

Ene-9

7

Feb-9

8

Feb-9

9

Feb-0

0

Feb-0

1

Feb-0

2

Feb-0

3

Feb-0

4

Feb-0

5

Feb-0

6

Tiempo

Desp

lazam

ien

to (

m m

)

Monitoreo manual

Catedral de México Esquema del refuerzo de la cimentación

A B C D E F

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

a) Anillo

Dispositivo de anclaje

Cuerpo IV

Cuerpo I I

Cuerpo III

Base de columna Vigas de acero clocadas en la recimentación de los años 30's

Unión entre dos cuerpos

Placas horizontales para transferir esfuerzos hacia el anillo

Cuerpo I

Placas tipo llaves de cortante

A A

Placas tipo llaves de cortante

Vigas de acero colocadas en la recimentación de los años 30's

Placa base

Montante anillo de refuerzo

Placas horizontales para transferir esfuerzos hacia el anillo

Corte A - A

b) Dispositivo de anclaje

.

Anillo de confinamiento en base de columna

3 SO 4 SE

1S

4 NO

2 O

1 N

20 cm

2 E

3 NE

Instalación de ocho puertos de inyección.

Aunque los puertos son cortos, las

perforaciones se hacían hasta el núcleo

de la columna. Además dichas

perforaciones eran más amplias que el

puerto de inyección

Se sustituyó una banda de mortero de 15

cm de ancho. Para ello dicha banda fue

dividida en ocho sectores, mismos que

fueron sustituidos por parejas opuestas.

3 SO 4 SE

1S

4 NO

2 O

1 N

20 cm

2 E

3 NE

Instalación de ocho puertos de inyección.

Aunque los puertos son cortos, las

perforaciones se hacían hasta el núcleo

de la columna. Además dichas

perforaciones eran más amplias que el

puerto de inyección

Se sustituyó una banda de mortero de 15

cm de ancho. Para ello dicha banda fue

dividida en ocho sectores, mismos que

fueron sustituidos por parejas opuestas.

Rehabilitación de columnas

Confinamiento con tensores de portadas del crucero

Tensores formados

por barras de

acero inoxidable

Viga de conceto reforzado

provis ta de llaves de

cortante

Dimensiones en mm

Gr ieta

Sensores de la red de monitoreo en tiempo

real del comportamiento de la Catedral

Estaciones de control del monitoreo de

Catedral y Palacio Nacional

El Palacio Nacional

Palacio Nacional. Perfil de hundimientos diferenciales de las fachadas

Fachada Poniente

Fachada Norte

Ubicación de sensores del sistema de

monitoreo del Palacio Nacional

Palacio Nacional. Evolución de los

hundimientos de la fachada norte.

Deformación sobre fachada norte

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50

Longitud (m)

Defo

rmació

n (

mm

)

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

TORREÓN

Niv-5

Niv-6

Niv-7Niv-8

Niv-9

Niv-10W

Antiguo templo de Corpus Christi

Desplomos medidos en las cabezas de muros

Refuerzo de la cimentación con micropilotes y contratrabes de concreto

Confinamiento de las naves con tensores

Anclaje de la fachada a la nave

Vigas de acero como tensores para para anclar la fachada poniente

Palacio de la Inquisición.

Curvas de nivel de hundimientos diferenciales acumulados .1999

Curvas de nivel de tasas de crecimiento de los hundimientos diferenciales. 2005

Mecanismo de daño de las arcadas del patio central

Daños en la arquería del lado oriente y en la losa y columna de corredor

Refuerzo de la cimentación con micropilotes y vigas de acompañamiento

Refuerzo de la cimentación con micropilotes y vigas de acompañamiento

Elevación de la arquería oriente con refuerzos nuevos y existente

Confinamiento con placas de acero en columnas dañadas

Evolución asentamientos diferenciales durante e inmediatamente después de la instalación de los micropilotes