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Diagnóstico y rehabilitación
estructural de edificios históricos
Roberto Meli
Edificios de distintas épocas históricas
Casona; principios siglo XX
Mérida, Yucatán
El gran arco maya de
Labná. Yucatán. Siglo VIII
Templo y Convento de
Izamal, Yucatán, Siglo XVI
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
Cubiertas abovedadas,
muros y contrafuertes
Envigado de madera con
tablones o bóveda catalana
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
Adobe
Mampostería irregular
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
Ligero
Puebla
Oaxaca
Morelos
Edo. de México
Tlaxcala
Veracruz
Guerrero
562
86
–
–
–
–
–
Total
Moderado
450
70
–
–
–
–
–
Severo
112
35
–
–
–
–
–
Total
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
Malla
electrosoldada
reforzadas con malla
electrosoldada
Mampostería de
piedra
Aplanado de mortero
de cemento
Desarrollos recientes
Morteros y lechadas
especiales
Mallas de polipropileno
con aplanado de cal
Bandas de fibras de
carbono
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
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
0
-3
-2
-1
0
1
D6
Posición norte - sur (%)
C6
C5
C
C4
D8
D11
D7
C8
-1
C10
C7
C9
D9
-2
Desplomo inicial
Desplomo final
-3
Posición oriente - poniente (%)
a) Ubicación en una misma planta y sobre un mismo origen
de la excentricidad inicial y final de cada columna
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
120
100
N-S
Desplazamiento(mm)
80
60
E-0
40
20
0
Feb-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
Ene-01
Ene-02
Tiempo
Ene-03
Ene-04
Ene-05
Ene-06
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
5
113
Diferencia
0
0
-200
-800
-400
-1200
-600
-1600
-800
22-Dic-00
09-Ago-99
08-Feb-99
15-Jun-98
17-Abr-95
23-Ago-93
-2000
Oct91
10-Jul-95
Diferencia [mm]
Hundimiento [mm]
-400
-1000
Oct92
Oct93
Oct94
Oct95
Oct96
Oct97
Oct98
Oct99
Oct00
Tiempo [años]
Oct01
Oct02
Oct03
Oct04
Oct05
Oct06
Tiempo
Feb-06
Feb-05
Feb-04
Feb-03
Feb-02
Feb-01
Feb-00
Feb-99
Feb-98
Ene-97
Feb-96
Desplazamiento ( m m )
Variación del claro de la nave central
15
10
5
Monitoreo manual
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
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
Anillo de confinamiento en base de columna
Placas
horizontales
para transferir
esfuerzos hacia
el anillo
Placas tipo
llaves de
cortante
Montante anillo de refuerzo
Unión entre dos
cuerpos
Cuerpo I
Placas horizontales
para transferir
esfuerzos hacia el
anillo
Placas tipo llaves de cortante
Dispositivo de
anclaje
Cuerpo II
Vigas de acero clocadas en
la recimentación de los
años 30's
Base de columna
Placa base
Cuerpo IV
Cuerpo III
A
a) Anillo
.
A
Vigas de acero colocadas en la
recimentación de los años 30's
Corte A - A
b) Dispositivo de anclaje
Rehabilitación de columnas
1N
4 NO
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 NE
20 cm
2O
2E
3 SO
4 SE
1S
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
Confinamiento con tensores de portadas
del crucero
Dimensiones en mm
Viga de conceto reforzado
provis ta de llav es de
cortante
Tensor es formados
por barras de
acero inoxidable
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
60
50
Deformación (mm)
Niv-10
W
Niv-9
Niv-8
1995
Niv-7
40
1996
1997
Niv-6
30
1998
1999
2000
20
2001
10
0
0 TORREÓN
Niv-5
10
20
30
Longitud (m)
40
50
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