ESTUDIO DE LOS MATERIALES Y DE LAS FABRICASDE LA TORRE DE COMARES DE LA ALHAMBRA

T. GONZALEZ LIMON' / M. ALVAREZ DE BUERGO B. * / A. DE LAS CASAS GOMEZ **

E1 estudio de los materiales y las fábricas de laTorre de Comares de la Alhambra, en

Granada, ha sido realizado por el LaboratorioCentral de Estructuras y Materiales del Centro deEstudios y Experimentación de Obras Públicas(CEDEX), dentro del marco de actuación: "Carac-terización geotécnica de las condiciones de cimenta-ción del conjunto monumental de la Alhambra yGeneralife" coordinado por el Laboratorio deGeotecnia del CEDEX.

El objetivo principal del trabajo es caracterizarmecánicamente los materiales que componen laTorre de Comares, así como su ubicación, con el finde proporcionar los datos necesarios para el estudiodel comportamiento tanto estático como dinámicode la misma. Como complemento a este estudiotambién se ha llevado a cabo la caracterización físicade los principales materiales de construcción de laTorre.

La Torre de Comares es uno de los elementosmás relevantes de todo el conjunto de la Alhambra.Las dimensiones de la Torre en planta son 16'40 x18'80 m. Los muros, de aproximadamente 3 m deespesor, son de fábrica de tapial en la mayoría de loscasos, exceptuando zonas puntuales en las que existefábrica de ladrillo.

CARACTERIZACION DE LOS MATERIALES

Se han caracterizado los distintos materiales queconstituyen las fábricas de la Torre: tapial de ci-mentación, tapial de la estructura, y fábrica de ladri-llo. En las muestras de tapial de la cimentación se hanconcretado los correspondientes ensayos físicos ymecánicos, y en el tapial de la estructura los ensayos

mecánicos. También se han realizado ensayos físicosy mecánicos en el ladrillo.

TAPIAL

Frente a otros materiales de uso difundido enconstrucción, la tierra presenta un vacío en cuanto anormativas que permitan su caracterización y sucomprobación. Solamente algunos países han puestoa punto ensayos sobre ciertos tipos específicos de usode este material. Estas normas ofrecen los valoresmínimos de resistencia y la durabilidad del materialpermitiendo asegurar las garantías necesarias en unesquema de producción controlada.

Así, en EE.UU. existen los siguientes ensayos■ normalizados para construcción en adobe estabiliza-

do: ensayo de compresión, resistencia a la flexión,absorción, erosión y ciclos de humedad-sequedad(ASTM D 559-44 Y D 560-44).

Otra serie de normas y recomendaciones exis-tentes son: UBC-1958; REEF-CSTB; recomendacio-nes de la O.N.U. y las recomendaciones para el adobeestabilizado de Perú.

El presente estudio de las características mecáni-cas y físicas se aborda con métodos similares a losempleados para el hormigón u otros materiales deconstrucción: norma española UNE, recomendaciónitaliana NORMAL, norma americana ASTM.

Caracterización fisica

El tapial de la Alhambra presenta característicasmuy similares a la denominada "formación Alham-bra", terreno sobre el que se asienta. Dicha formaciónestá compuesta de una matriz arcillosa con inclusio-nes de cal de diverso tamaño, así como zonas en lasque existe una mayor concentración de arcilla; en

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cuanto a los áridos, silíceos y calizos, son de formaredondeada y de gran variedad de tamaños, siendomenor el tamaño de árido del tapial que constituye laestructura que en el de la cimentación.

Para la caracterización física del tapial se hadeterminado la densidad aparente, la distribuciónporosimétrica y la capilaridad.

Los ensayos de densidad y distribución porosi-métrica nos permiten conocer la proporción de hue-cos o poros, así como la distribución del tamaño delos mismos.

El ensayo de capilaridad determina la capacidaddel material para absorber agua. Hay que tener encuenta que el agua es un factor muy importantedebido a que es la principal causa de deterioro, pro-vocando la pérdida de cohesión de la fábrica y laseparación de los áridos de la matriz arcillosa, lo quefinalmente conduce a la reducción en el espesor delmuro. Por ello suele ser normal, para evitar este fenó-meno en este tipo de construcciones, que se realiceun zócalo de piedra o fábrica de ladrillo, lo cual noocurre en esta Torre, siendo frecuente el tener quereparar los morteros de revestimiento exterior cerca-nos al terreno.

La DENSIDAD APARENTE se determinó endoce probetas antes de refrentarlas, siguiendo lanorma UNE 83.312-90: Ensayos de hormigón.Hormigón endurecido. Determinación de la densidad.Los datos obtenidos variaron entre 2'14 y 2'31g/cm 3 . El valor medio obtenido fue de 2'25 g/cm3.

El RADIO DE PORO MEDIO obtenido me-diante la técnica de porosimetría por intrusión demercurio varía de 0'013 a 0'022 ,um, con un valormedio de 0'0174 pm.

La ABSORCION DE AGUA POR CAPILARI-DAD se ha determinado siguiendo la recomendaciónitaliana NORMAL 11/85. La cantidad de agua absor-bida a las 48 horas fue de 1'17 g/cm2.

Caracterización mecánica

Con objeto de caracterizar las propiedadesmecánicas del tapial de la Torre de Comares, se hanestudiado los siguientes parámetros: resistencia acompresión, resistencia a tracción indirecta (ensayobrasileño), módulo de elasticidad y coeficiente dePoisson.

La RESISTENCIA A COMPRESION se ha deter-minado en nueve probetas de tapial de la cimenta-ción y en dos probetas de tapial de la estructura. Elensayo de rotura a compresión se ha realizado deacuerdo con la norma UNE 83.304-84: Ensayos dehormigón. Rotura por compresión. En dichas probetasse ha mantenido una relación altura/diámetro supe-rior a 1. Las probetas se refrentaron por las caras pa-

ralelas a los platos de carga con un mortero decemento de dosificación 1:3, en peso.

Los valores medios obtenidos fueron de 115Kp/cm2 en el tapial de cimentación y de 25 Kp/cm-en el tapial de la estructura. En función del muestreollevado a cabo, de las características de las probetas ydel material, se han considerado los siguientes valo-res: 25 Kp/cm 2 , para el tapial de la estructura y 80Kp/cm2 , para el tapial de la cimentación (valor míni-mo 60 Kp/cm').

Como complemento al valor de resistencia acompresión, se ha determinado el valor de RESIS-TENCIA A TRACCION de la fábrica de tapial.Señalar, sin embargo, que, estos materiales no se dise-ñan para soportar esfuerzos a tracción.

Se ha realizado el ensayo en tres probetas detapial de la cimentación. La resistencia a tracciónindirecta se realizó, de acuerdo con la norma UNE83.306-85: Ensayos de hormigón. Rotura por tracciónindirecta.

Si comparamos el valor medio obtenido (15'33Kp/cm2), con el de resistencia a compresión (115Kp/cm2), se puede señalar que la resistencia a trac-ción del tapial es 1/8 de la resistencia a compresión.Teniendo en cuenta los mismos condicionantes quepara la resistencia a compresión, se adopta comoresistencia característica a tracción los valores de 7'5Kp/cm 2 en el tapial de cimentación y de 3 Kp/cm 2 enel tapial de la estructura.

El valor del MODULO DE ELASTICIDAD aun-que es un valor de poca influencia en el cálculo delcomportamiento estático de la estructura, sin embar-go, sí tendrá importancia para el cálculo dinámico dela misma.

El módulo de elasticidad se ha determinado entres probetas de tapial de la cimentación y en dos dela estructura. El ensayo se realizó siguiendo la normaASTM C-469-87a: Standard Test Method for StaticModulus of Elasticity and Poisson s Ratio of Concrete inCompression. Para cada intervalo de carga, se deter-minaron las medidas de deformaciones, colocandobandas extensométricas de 60 mm de longitud. Losresultados se han medido bajo una solicitación equi-valente al 40% de la carga de rotura.

En los ensayos se ha obtenido un valor mediode 63.000 Kp/cm 2 en el tapial de la cimentación y de9.400 Kp/cm2 en el tapial de la estructura.

El COEFICIENTE DE POISSON se ha determi-nado en tres probetas de tapial de la cimentación.Cabe destacar, en este ensayo, la dificultad en la pre-cisión de la obtención de los valores medidos conbandas extensométricas, que si bien dan resultadosaceptables en el caso del acero para hormigones, eneste caso, para tapial, proporcionan valores de medi-da que deben aceptarse con cierta precaución.

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El ensayo se realizó siguiendo la norma ASTMC-469-87a: Standard Test Method for Static Modulusof Elasticity and Poisson's Ratio of Concrete inCompression. Se observa una gran disparidad deresultados. Además, el valor medio que se obtiene esbastante bajo si tenemos en cuenta que en el hormi-gón se considera un valor de 0' 15. Por tanto, setomará un valor de 0'2 en el tapial de cimentación y0'3 en el tapial de la estructura.

FABRICA DE LADRILLO

La fábrica de ladrillo está constituida por ladri-llo de arcilla cocida y mortero. Este último varía decomposición, siendo en algunos casos de barro y enotros de cal o bien mezcla de ambos.

En cuanto a la disposición de las piezas, en lafachada sur, ésta es irregular predominando el apare-jo a tizón, con algunas hiladas o ladrillos aislados dis-puestos a soga.

Sólo se han realizado ensayos en el ladrillo, ya queal ser la cohesión del mortero muy baja no se ha conse-guido extraer muestras prismáticas de fábrica que per-mitieran realizar el ensayo mecánico correspondiente.

Caracterización fasica

Para la caracterización física de los ladrillos se hadeterminado la DENSIDAD APARENTE, previa-mente a la determinación de la resistencia a compre-sión. El ensayo se ha realizado siguiendo la normaUNE 67-019-86: Ladrillos cerámicos de arcilla cocida.Definición. Clasificación y especificaciones. Hay quetener en cuenta que a la hora de realizar el ensayo, elvolumen normalizado se obtiene midiendo el eje decada una de las superficies del ladrillo, operaciónpoco exacta cuando se trata de ladrillos antiguos conaristas poco definidas y escasa planeidad en las super-ficies. El valor medio de densidad aparente obtenidofue de 1'44 g/cm3.

Caracterización mecánica iate ",e

La RESISTENCIA A COMPRESION DEL LA-DRILLO se ha desarrollado siguiendo la norma UNE67.026-86: Ladrillos cerámicos de arcilla cocida. De-terminación de la resistencia a compresión.

Los valores obtenidos variaron de 137-225Kp/cm 2 , siendo el valor medio de 181 Kp/cm2. Ladispersión de resultados obtenida es un hecho fre-cuente cuando se estudian ladrillos antiguos. Consi-deraremos un valor de resistencia característica acompresión de 150 Kp/cm 2 , ya que estos ladrillos notienen sus superficies totalmente paralelas y hay quetener en cuenta una disminución de resistencia debi-do a la irregularidad en la forma del ladrillo.

Como se ha comentado anteriormente, no sehan podido realizar ensayos en prismas de fábrica,debido a la poca adherencia del mortero. El valordado se ha obtenido a partir de las característicastanto del ladrillo como del mortero.

La RESISTENCIA A COMPRESION DE LA FA-BRICA se ha determinado según la NBE FL-90:Muros resistentes de fábrica de ladrillo, en función dela resistencia del ladrillo (150 Kp/cm 2) y la resisten-cia del mortero (se ha estimado en 10-20 Kp/cmz),obteniendo un valor de resistencia característica de40 Kp/cm'. También se puede determinar mediantela fórmula propuesta en el Eurocódigo EC-6:Common unified Tules for masonry structures, obte-niendo un valor de f = 3'88 N/mm2 = 38'0 Kp/cm2.

La RESISTENCIA A HIPOCOMPRESION DELA FABRICA (en la dirección de los tendeles) puedeestimarse según el EC-6 como fk = 0'49 N/mm2 = 4'9Kp/cm2.

La RESISTENCIA A TRACCION DE LA FA-BRICA, paralela a los tendeles, según la NBE FL-90,puede tomarse como: fk = 0'l f. Si f = 40 Kp/cm2,

f,= 4 Kp/cm2.La resistencia a tracción de la fábrica puede esti-

marse según el EC-6, obteniéndose el valor: fk = O'19N/mm' = 1'9 Kp/cmz.

El MODULO DE ELASTICIDAD DE LA FA-BRICA DE LADRILLO, según la norma FL-90, si nose realizan ensayos, puede estimarse mediante la fór-mula: E=f / E, siendo E = 0'80-0'63, obteniendo unvalor E = 30.000-38.000 Kp/cmz.

El módulo de elasticidad en el EC-6 da el valor:E = 1.000 fi. Considerando una f = 40 Kp/cm2,obtenemos un valor de E = 40.000 Kp/cmz.

El módulo de elasticidad transversal G, según elEC-6 es: G = 0'4 E, que corresponde a un COEFI-CIENTE DE POISSON v = 0'25.

TABLA RESUMEN DE LOS VALORES OBTENIDOS

PARA LA FABRICA DE LADRILLO

CARACTERISTICA NORMA UNIDADES

FL-90 EC 6

COMPRESION 40 38 Kp/cm'

HIPOCOMPRESION — 49 Kp/cm-'

TRACCION INDIRECTA 4 1'9 Kp/cm2

MODULO DE ELASTICIDAD 30.000 40.000 Kp/cm2

38.000

COEFICIENTE DE POISSON — 025 adimensional

MA

ESTUDIO DEL ESTADO DE LAS FABRICAS

APLICACION DE LA TECNICA DE ENDOSCOPIA

La endoscopía consiste en la observación indi-recta del interior de una construcción a través de unaperforación practicada en la misma, o de fisuras exis-tentes. No se trata por lo tanto de una técnica to-talmente no-destructiva, aunque las perforacionespueden rellenarse posteriormente, quedando única-mente una pequeña alteración visual en la superficie.

El aparato a utilizar, un endoscopio, está com-puesto por una carcasa rígida que protege un conjun-to de fibras ópticas en cuyos extremos se encuentran,por un lado, una lente y un ocular y, en el otro unpunto de luz que ilumina el elemento. La lente delendoscopio recorre la perforación, y, mediante elpunto de luz es posible observar la imagen en el ocular.

El endoscopio constituye una herramienta ade-cuada para inspecciones internas pudiéndose detec-tar y observar las distintas tipologías constructivas ydistintos materiales, así como conocer el espesor deun muro, los huecos internos o separaciones entreladrillos.

En la Torre de Comares, este estudio ha permi-tido la zonificación de las fábricas de la misma, obte-niendo las siguientes conclusiones:

• En general, los muros de tapial son homogé-neos a lo largo de todo el espesor. Los queestán ubicados en los semisótanos son deárido más grueso que los de las zonas altas. Enlos machones de la fachada Sur probablemen-te existan dos tipos de tapial.

• Las bóvedas están realizadas con fábrica deladrillo y relleno de tierra.

• La fábrica de ladrillo forma parte de la con-cepción original del edificio para la realiza-ción de huecos y ejecución de bóvedas.

• La fábrica de ladrillo aparece en zonas repara-das:- En el encuentro entre la Torre antigua y lanueva.- En el cierre de huecos.- A lo largo de todo el espesor del muro de lafachada Sur.Aparecen cavidades (a 116 cm de la superfi-cie) y grandes heterogeneidades en el murointerior de apoyo de la bóveda de la Sala de laBarca.

APLICACION DE LA TECNICA DE TERMOGRAFIA

Esta técnica se fundamenta en que todos loscuerpos emiten y absorben radiación infrarroja enfunción de su longitud de onda. La aplicación de la

termografía a las estructuras de fábrica se basa en laidea de que la temperatura de la superficie depende-rá de lo que exista debajo de la misma. De esta formapodemos obtener cierta información sobre la disposi-ción de la estructura del edificio y su historia reciente.

La radiación emitida por una estructura puedeproporcionar numerosa información, destacando lassiguientes aplicaciones:

• Detección de pérdida de energía debida a lospuentes térmicos.

• Localización de heterogeneidades en la com-posición de la estructura y patologías de reves-timientos.

• Determinación de zonas húmedas. La presen-cia de humedad se traduce en una evapora-ción superficial creándose puntos fríos sobrela zona considerada.

• Detección de pérdidas de cohesión en estu-dios de alteraciones, donde un área de menorcohesión emite una radiación infrarroja dife-rente de las zonas próximas, ya que la transfe-rencia de calor a través del material se ve inte-rrumpida.

La toma de datos ha sido realizada por la empre-sa CIAT (Centro de Inspección y Asistencia Técnica,S.A.). Mediante esta técnica se han estudiado las cua-tro fachadas exteriores de la Torre de Comares, asícomo los paramentos interiores de la Sala deEmbajadores. La inspección se realizó durante lanoche, en ausencia de cualquier tipo de iluminación,para evitar la influencia de la radiación solar y artifi-cial sobre los materiales.

En el edificio de estudio, dadas las característi-cas que presenta, no ha sido posible obtener grandeshallazgos debido a la inexistencia de problemas de-tectables con este método. Las conclusiones obteni-das son las siguientes:

— PUENTES TERMICOS: la captación der ' puentes térmicos no ha sido posible al no

existir el gradiente de temperatura necesa-rio entre el interior y el exterior (se consi-dera satisfactorio una diferencia de 20° C).Dado el gran volumen interior del edificiono se ha planteado el calentamiento inte-rior para alcanzar el gradiente requerido.Por otra parte, el gran espesor del muro de3 m aproximadamente, amortigua la tem-peratura a lo largo de su espesor, invalidan-do la eficacia de esta técnica.

— HUMEDAD: del análisis de todas las fisurasexistentes en el Salón de Embajadores, sólose ha podido determinar la presencia dehumedades en uno de los casos.

— COMPOSICION DEL MURO: no han apa-recido indicios de existencia de huecos

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ocultos en los que se hubiera utilizado otromaterial de distinta emisividad. Las repara-ciones se han realizado a base de revesti-mientos de tapial, pero este análisis no reve-la la presencia de desprendimientos.

Los puntos en los que se ha observado diferen-cia de material son los siguientes:

• Mayor temperatura (unos 2° C) en el capitelde las columnas parteluces de los balcones.

• Punto frío por encima de una ventana debidoposiblemente a la existencia de un dintel deotro material (madera).

• Discontinuidad en la fachada Sur. Coincidecon la altura del forjado.

• En la fachada Sur, diferente emisividad entre elladrillo y el mortero, así como zonas de fábricareparadas que originan diferente emisividad.

• En la fachada Este, en la zona superior centraly derecha, las zonas revestidas de un tono másgrisáceo (reparación del revestimiento) pre-sentan una mayor temperatura que el resto.

• En la fachada Este se observan las uniones de lostableros de tapial tanto en horizontal como envertical. Estos puntos de unión presentan unatemperatura algo inferior por ser los puntos deunión en donde la fábrica es menos densa.

• En la fachada Este las ventanas enmarcadascon fábrica de ladrillo presentan una menortemperatura que la fábrica de tapial. Presenciade un arco de descarga, posiblemente, sobreun hueco.

• Existencia posible de un dintel de madera enun hueco de la fachada Este.

• En la fachada Oeste, se observa una diferenciade composición de los materiales en superficie.

DETERMINACION DEL ESTADO DE TENSION C

DE LA FABRICA MEDIANTE LA TECNICA

DE "GATO PLANO"

Este método consiste en la liberación local detensiones mediante la realización de una ranura,seguida de una restitución controlada del estado ten-sional inicial. Se realiza una ranura o corte en unplano normal a la dirección principal de la tensión aconocer. La referencia de desplazamientos se mate-rializa mediante bases de medidas extensométricas.Posteriormente se introduce un gato plano que per-mite restablecer el campo inicial de desplazamientossobre los labios de la ranura. La medida de la presiónde compensación nos permite obtener un valor apro-ximado de la tensión de compresión.

Se han obtenido valores de tensión en tres pun-tos, uno en fábrica de ladrillo (3'9 Kp/cm2) y dos deellos en tapial (3'28 y 6'15 Kp/cm2).

Respecto al desarrollo de esta técnica en la Torrede Comares, se ha de señalar la dificultad presentadaa la hora de realizar el ensayo debido a las caracterís-ticas intrínsecas de la fábrica de tapial. De los ochopuntos en los que se ha realizado el ensayo sólo entres de ellos se han obtenido valores, lo cual es debi-do a diferentes motivos: el gran espesor del muro,con lo cual existen puntos en los que no se produceninguna tensión; la existencia de revestimientos de 3cm o más, que no permiten acceder a la zona demuro que carga; y la existencia de fisuras en losmuros con la posibilidad de que el ensayo se hayarealizado en zonas no cargadas.

CONCLUSIONES GENERALES

CARACTERIZACION DE LOS MATERIALES

CARACTERIZACION FABRICA TAPIAL TAPIAL

MECANICA LADRILLO ESTRUCT. CIMENT.

RESISTENCIA A COMPRESION

( Kp/cm2 ) h '4, 40 25 60

RESISTENCIA A TRACCION

( Kp/cm2) 4 3 75

MODULO DE ELASTICIDAD

(Kp/cm2) 30.000 1 2.000 60.000

COEFICIENTE DE

POISSON 03 03 02

CARACTERIZACION FISICA TAPIAL LADRILLO

DENSIDAD APAR NTE

(g/cmi) 2'25 1 44

CAPILARIDAD

(g/cm 2 a 1 minuto) 072

(g/cm2 a 48 horas) 117 —

CONSTITUCION DE LOS MUROS RESISTENTES

Teniendo en cuenta las limitaciones que impo-nen técnicas como la endoscopía y la termografía, laprimera por lo limitado del campo de observación yla segunda por lo superficial de su observación (mu-ros de 3 metros de espesor) podemos establecer lassiguientes conclusiones generales:

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• En general, los muros de tapial son homogé-neos a lo largo de todo el espesor.

• La fábrica de ladrillo no se combina con eltapial, y se utiliza en los siguientes elementos:- En las reparaciones de la fachada sur, en elcierre de huecos y en el encuentro de la Torrenueva y la antigua.- En la concepción inicial de la Torre para larealización de huecos y bóvedas.

• Aparecen cavidades y grandes heterogeneida-des en el muro interior de apoyo de la bóvedade la Sala de la Barca.

• Sólo se detecta una zona de humedad en laSala de Embajadores.

• No se han detectado nuevos huecos cegados,aunque sí numerosas zonas que han sido repa-radas a base de revestimientos.

• Se ha detectado la presencia de algún dintel(probablemente de madera) y diversos des-prendimientos de revestimientos.

* CEDEX, Laboratorio Central de Estructuras y Materiales.CEDEX, Centro de Estudios Históricos de Obras Públicas y

Urbanismo.

BIBLIOGRAFIA

L. BINDA y P.P. ROSSI, "Diagnostic analysis of mason rybuildings. International Association for Bridge and Struc-tural Engineering (IABSE)", Symposium on Stregthening ofBuilding Structures (Diagnosis and Therapy), (Venice, Italy,1983).

EC-6, Design of masonry structures. Propuesta 1995. Bruselas,Comisión de las Comunidades Europeas.

NBE-FL-90, Muros resistentes de fábrica de ladrillo. Madrid,1990.

L. RODRIGUEZ ROSADO, Termografaa infrarroja. Posibi-lidades y aplicaciones. Centro de Inspección y AsistenciaTécnica S.A., 1993.

A. ROLDAN FERNANDEZ, Notas para una climatología deGranada. Madrid, Ministerio de Transportes, Turismo yComunicaciones, Instituto Nacional de Meteorología, 1988.

P.P. ROSSI, "Recent developments of the flat-jack test onmason ry structures, ISMES", Workshop on Evaluation andrefrofit of masonry structures, (august 18-29, 1987).i

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Patronato de la Alhambra y Generalife