Estudio patológico y propuestas de actuación en un edificio histórico... de daños Torre Norte de la Plaza de España (Sevilla,...

XVII Reunión Nacional de Profesores de
Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica
Sociedad Mexicana de
Ingeniería Geotécnica, A.C.
Noviembre 14, 2012 – Cancún, Quintana Roo
Estudio patológico y propuestas de actuación en un edificio histórico afectado
de daños Torre Norte de la Plaza de España (Sevilla, España)
Pathologic study and proposals for action in a historical building damage affected north tower in the
Spain Square (Seville, Spain)
Ángel A. MARTÍNEZ-GIRÓN1, Miguel Ángel FERNÁNDEZ-VÉLEZ2, Rachid El Hamdouni3
y Carmen LEYVA4
1
Asesor Departamento de Geotecnia. Vorsevi S.A.U. (Sevilla, España)
2Jefe Departamento de Geotecnia. Vorsevi S.A.U (Sevilla, España)
3Profesor del Departamento de Ingeniería Civil. Universidad de Granada (Granada, España)
4Gerente de Geotecnia. Vorsevi México, S.A. de C.V. (Distrito Federal, México)
RESUMEN: En este artículo se describen los estudios realizados sobre un edificio histórico afectado de daños de origen
geotécnico. Se enumeran las hipótesis sobre el origen de dichos daños, las propuestas de intervención y remediación, y
la solución finalmente planteada para la rehabilitación del edificio. Los asientos diferenciales se habrían producido por
apoyo desigual y por la variada tipología de las cimentaciones empleadas en la construcción de la Torre. Acciones
externas han producido variaciones en los niveles freáticos generales poniendo de manifiesto la vulnerabilidad de los
niveles arcillosos superiores. A raíz de los resultados obtenidos en este estudio, el recalce con micropilotes del muro
exterior de la torre ha sido la solución finalmente ejecutada.
ABSTRACT: This paper describes studies on a historical building concerned of source geotechnical damage. Hypotheses
on the origin of such damages, the proposed intervention and remediation, and the final solution to rehabilitate the
building are listed. Differential settlement would have produced by uneven support and the variety of types of foundations
used in the construction of the Tower. External actions changes occurred in general groundwater levels highlighting the
vulnerability of higher clay levels. From results obtained buy this study, the underpinning with micropiles of the outer wall
of the tower was the final executed solution.
1 INTRODUCCIÓN
La Plaza
de
España de Sevilla constituye
un
conjunto arquitectónico encuadrado en el Parque de
María Luisa, y se configura como uno de los
espacios más espectaculares de la arquitectura
regionalista.
Constituyó el proyecto más emblemático de
la Exposición Iberoamericana del año 1929, y fue
proyectada por el arquitecto sevillano Aníbal
González. Las obras de construcción comenzaron
en el año 1914, resultando el proyecto más
ambicioso y costoso de la Exposición. En 1926, tras
la dimisión de Aníbal González de su cargo de
director de la Exposición, asume la finalización del
proyecto el arquitecto Vicente Traver, que terminó
los cerramientos del recinto y añadió la fuente del
centro de la Plaza.
La plaza es de grandes dimensiones (200 metros
de diámetro), tiene una forma semielíptica, que
simboliza el abrazo de España y sus antiguas
colonias y mira hacia el río Guadalquivir como
camino a seguir hacia América. Su superficie total es
de 50.000 metros cuadrados, de los que 19.000
están edificados y los 31.000 restantes son espacio
libre, estando bordeada por un canal que recorre
515 metros, atravesado por cuatro puentes. Los
edificios que envuelven la plaza se estructuran en un
edificio central, alas con edificaciones intermedias
que compensan una excesiva longitud y torres en los
extremos. La construcción está realizada con ladrillo
visto
y
amplia
decoración
de cerámica, artesonados, hierro forjado y repujado
y mármol labrado, que dan al conjunto un ambiente
renacentista.
Foto.1 Aspecto de la Plaza España y de la Torre Norte
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Plaza de España (Sevilla. España)
Las dos torres Norte y Sur que flanquean la plaza
proporcionan un ambiente de estilo barroco y miden
74 metros de altura.
2 PATOLOGÍA DETECTADA
Durante el año 2005 se comienzan a detectar
fisuras y grietas en el muro perimetral de la Torre
Norte en dos de sus fachadas, la principal y la
fachada lateral derecha (ría).
De acuerdo a la numeración de la siguiente figura,
diferenciamos 7 zonas con afecciones y daños
referidos a Julio de 2007.
Foto 3. Daños en zona 2
Zona nº 3: Desprendimientos de azulejos.
Foto 4. Detalle del desprendimiento en zona 3
Fig.1 Situación de afecciones en planta
Zona 1. Fisura inclinada a 45º en el arranque del
muro de fachada principal, entre el lado derecho de
la puerta y la esquina de la torre con la ría.
Foto 2. Daños en zona 1
Zona nº 4: Fisura inclinada a 45º en el muro de
fachada lateral derecha, desde la cota de la solería
al fondo de la ría
Foto 5. Detalle de daños en zona 4
Zona nº 2: Fisura vertical en la clave del arco de la
puerta central de la fachada principal.
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Plaza de España ( Sevilla. España)
Zona nº 5: Fisura inclinada a 45º en esquina superior
de ventana de la fachada lateral derecha y
desprendimiento de azulejos.
Zona nº 7: Fisura vertical desde la cornisa de la
clave del arco de la puerta central de la fachada
lateral derecha.
Foto 6. Detalle de daños en zona 5
Foto 9. Daños en zona 7
La solera de hormigón de la ría que bordea a la
Torre por su lado sur presenta de forma
generalizada hundimientos, fisuraciones, etc.
Foto 7. Detalle de daños en zona 5 del exterior
Zona nº 6: Fisura inclinada a 45º desde el pretil de
la terraza al centro entre la ventana y la puerta de la
fachada lateral derecha.
Foto 10. Daños en solera de base de la ría
A los pies de la fachada lateral derecha se ha
tomado una nivelación con objeto de comprobar las
pendientes existentes, obteniéndose 8 cm de
pendiente hacia la esquina de la fachada principal
con la fachada lateral derecha, la esquina con mayor
patología.
A lo largo del año 2008-2009 los daños tienden a
crecer de manera sensible con aberturas de hasta 45 cm:
Ante el riesgo de caída de bloques o trozos se
procede a un mayor apuntalamiento de ambas
fachadas.
Foto 8. Detalle de daños en zona 6 en interior
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de la máquina de sondeos. También se colocaron plásticos en las paredes para evitar
salpicaduras y/o manchas de aceite de las
máquinas.
-
-
Apertura de 4 calicatas en cimentación para el dimensionado de la misma e identificar
el terreno base.
Medición de desplomes del edificio
Inspección mediante termografía infrarroja
para detección de humedades
Foto 11. Daños en zona 6 acrecentados con el tiempo
Foto 12. Apuntalamiento en fachada exterior
3 TRABAJOS REALIZADOS
Al implicar la patología a la cimentación de la Torre,
los trabajos realizados consistieron en la realización
de:
-
-
Inspección global visual de la Torre Norte
para definir las anomalías presentes y ubicar
los trabajos específicos a realizar en cada
elemento.
Estudio geotécnico, realizando 5 sondeos
con recuperación de testigo de profundidades variables entre 5 y 25 m, con realización
de ensayos “in situ”, caracterización mediante ensayos de laboratorio y análisis del terreno subyacente. Para la realización de los
sondeos en la primera terraza de la Torre
Norte se preparó una base de unos 10 cm
de espesor de subbase de albero compactado para proteger la solería y los peldaños
Foto 13. Sondeo S-2. Protección del entorno monumental
con plásticos y subbase granular
4 NIVELACIÓN REALIZADA
El método empleado es el de radiación simple,
utilizando
un aparato
con las siguientes
características:
-
Estación Total Topcon, GPT 3003
Características: A=30X, a=10cc, s=2cc,
3mm + 2ppm.
Se decidió este método por ser el que menos
errores de estacionamiento nos proporciona. El
trabajo se realizó estacionando sobre una de las tres
bases impuestas sobre las inmediaciones de la torre,
una para cada cara de la torre, a una distancia
máxima de alejamiento respecto de los puntos de
medición de 48,5 metros; en total se tomaron dos
puntos para la toma de lecturas de cada una de las
fases de los muros.
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Estudio patológico y propuestas de actuación en un edificio histórico afectado de daños. Torre Norte de la
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Los puntos de medición han sido tomados
directamente sobre la fachada a diferentes alturas
en las 3 secciones diferentes que presenta la Torre.
Figura. 3. Situación de las catas
Figura.2. Referencia de fachadas
VERTICALIDAD
MURO
Zona Foso
Zona Exterior
Zona Interior
TERRAZAS
DESPLOME
[cm]
INCLINACIÓ
N del
DESPLOME
1ª Terraza
2º Terraza
1,5
2,1
Sur-Norte
3ª Terraza
1,2
Sur-Norte
1ª Terraza
0,0
-
2º Terraza
3ª Terraza
1,8
0,1
Este-Oeste
Este-Oeste
1ª Terraza
0,5
Este-Oeste
2º Terraza
0,5
Este-Oeste
3ª Terraza
0,3
Este-Oeste
Sur-Norte
El muro perimetral de la Torre está constituido por
una fábrica de ladrillo macizo de cara vista tomados
con mortero de cal de 55 cm de espesor.
Bajo la cota de solería de la Torre (±0,00)
continúa la fábrica de ladrillo macizo tomada con
mortero de cal con un sobre ancho de 18 cm por su
parte exterior llegando hasta la cota -2,28 m. Bajo
esta cota se encuentra la cimentación mediante
zapata corrida compuesta por zahorra compactada,
con un sobre ancho de 54 cm y hasta la cota -3,15
m. Por tanto la cota de apoyo de la cimentación
respecto de la cota de solería de la Torre se
encuentra a -3,15 m de profundidad.
El desplome es más acusado en la cara de la
Torre que mira al Foso de la Ría, sin ser elevado en
general.
5 CIMENTACIÓN DEL EDIFICIO RECONOCIDA
EN LAS CALICATAS
Se han abierto cuatro calicatas, las dos primeras en
el suelo de la ría y las otras de ellas en el suelo de la
primera terraza, a fin de dimensionar los elementos
de cimentación y conocer el terreno base (en las
calicatas de la ría). En las otras dos calicatas el
terreno base se reconoce a partir de los sondeos.
El muro perimetral de la Torre está constituido por
una fábrica de ladrillo macizo de cara vista tomados
con mortero de cal de 55 cm de espesor.
Figura. 4. Detalle tipo de la cimentación. Cata 1
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En las catas 3-4 realizadas en el exterior e interior
de la torre junto al escalón de una de las puertas,
bajo el escalón de rosca de ladrillo macizo de 12 cm
de canto, se encuentra un relleno (bastante suelto)
de 15 cm de espesor, y a continuación cimentación
de fábrica de ladrillo macizo colocados a soga tizón
(de dimensiones 250 x 120 x 50 cm) tomados con
mortero de cal, con un sobre ancho de 35 cm, por
tanto tras las dos calicatas realizadas el ancho de la
cimentación es de 75 cm. Bajo la excavación
realizada a -0,68 m se introduce una barra de acero
con objeto de obtener si el sobre ancho continúa,
teniendo hasta la cota – 1,54 m. Según el sondeo
realizado en esta vertical de la cimentación la
profundidad de la fábrica de ladrillo se extiende
hasta la cota -2,06 m, a partir de esta cota y hasta la
cota - 2,61 m aparece hormigón y por último gravas
hasta la cota - 3,01 m. Por tanto la cota de apoyo de
la cimentación se encuentra a - 3,01 m., similar o
parecida a la reconocida en el lateral donde se
realiza C-1.
En ambas catas se ha intentado excavar bajo su
apoyo y no se ha detectado ningún elemento de
cimentación de tipo pilote.
6 RECONOCIMIENTO DEL SUBSUELO
Se han reconocido cinco niveles geotécnicos en los
sondeos realizados, característicos del subsuelo de
la ciudad de Sevilla, enclavada en el centro de una
amplia llanura fluvial conformada por el río
Guadalquivir, que discurre con un trazado
meandriforme cruzando la ciudad de Norte a Sur
recibiendo los afluentes de los arroyos Rivera de
Huelva, Tagarete, Tamarguillo y Guadaira, cuyos
cauces antiguos han desaparecido, habiendo sido
modificados algunos de ellos.
Estableciendo un perfil representativo medio del
subsuelo bajo la ciudad, situaríamos como sustrato
a las denominadas "Margas Azules" del Mioceno,
cuyo techo se localiza a profundidades oscilables
entre los 5.00 - 6.00 m en la zona Norte y los 25 m
en el sector Central-Oeste de la ciudad. Poseen un
gran espesor, por encima claramente del centenar
de metros bajo la ciudad.
Por encima de las Margas Azules se sitúan
sedimentos cuaternarios de origen fluvial integrados
por
gravas
arenosas
(zahorras)
situadas
inmediatamente encima de las Margas, y de
compacidad en general elevada. A las gravas se
superponen un conjunto de arenas limosas y limos
arenosos de hasta 10.00 m de espesor. Finalmente
los suelos más superficiales corresponden a arcillas
de tonalidades mayoritarias marrones, a veces
grisáceas, de media a baja consistencia.
En el casco histórico de la ciudad el nivel más
superficial está constituido por formaciones
superficiales antropizadas relacionadas con los
asentamientos antiguos de la ciudad.
En el emplazamiento bajo la Torre Norte
diferenciamos este nivel en los niveles superficiales,
con carácter de relleno mejorado bajo la
cimentación, hasta una profundidad de 2.00-3.95 m,
o
como un estrato arcilloso antropizado con
bastantes restos cerámicos hasta 6.00-10.15 m
referidos a la cota de realización de los ensayos.
El nivel freático se ha medido en torno a 7.70-7.95
m, es decir con cotas absolutas comprendidas entre
+0.63/+0.78 m. Los datos previos de campañas
anteriores establecían medidas del mismo entre
3.10-5.10 m es decir entre las cotas +3.27/+5.48.
Nivel 1. Como nivel superior se ha reconocido el
conjunto de cimentación existente en la Torre así
como un relleno mejorado bajo la misma desde la
cota de solería de la Torre hasta una profundidad de
base variable entre 2.00 y 3.95 m.
En la zona de muro la cimentación está
constituida bajo el escalón por ladrillo macizo con
mortero bastardo hasta una profundidad de base
variable entre 1.60-1.80 m, seguido de hormigón
hasta 2.10-2.30 m bajo el cual se ha colocado una
mejora granular constituida por grava areno arcillosa
con restos cerámicos e indicios de compactación.
Bajo la solería y mortero se ha reconocido una
solera de hormigón hasta una profundidad variable
de 0.19-0.30 m bajo la que existe un tramo de
relleno granular hasta 0.80-0.85 m al que le sigue de
nuevo un tramo de hormigón hasta 0.90-1.00 m y
nuevamente la subbase granular hasta 2.00-3.50 m
Presenta compacidad muy compacta o densa en
los sondeos S-3 y S-4 mientras que posee
compacidad media en torno al sondeo S-5.
Figura 5. Situación de sondeos realizados
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Figura 6. Perfil geológico bajo la Torre
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Nivel 2. Se encuentra bajo el nivel anterior y hasta
6.00 - 10.15 m se ha reconocido un estrato
antropizado constituido por arcilla limosa marrón y
grisácea con restos cerámicos. En el sondeo S-1
además se han detectado restos de madera y de
tornillo antiguo. Presenta consistencia media.
Nivel 3. Se localiza bajo el nivel descrito
previamente hasta una profundidad de base variable
entre 11.45-13.70 m. Ha sido reconocido como
arcilla marrón grisácea de alta plasticidad a techo
que pasa a una arena arcillosa marrón rojiza con
proporción variable de grava y le sigue una grava
arcillosa a base. Presenta consistencia / compacidad
media.
Nivel 4. Le sigue al nivel anterior hasta una
profundidad de 18.60-18.80 m. Ha sido reconocido
como grava arenosa marrón, subredondeada, silícea
y heterométrica, con la existencia de bolos
centimétricos y decimétricos. Este nivel presenta
compacidad desde media a muy compacta.
Nivel 5. Este nivel se localiza bajo los niveles
descritos previamente siendo continuo en las cotas
prospectadas. Ha sido reconocido como el sustrato
Mioceno de arcilla margosa gris azulada con indicios
de materia orgánica así como de fósiles. A techo se
encuentra puntualmente alterada en sus primeros
veinte centímetros con una tonalidad amarillenta.
Presenta consistencia dura.
En realidad se trata de dos torres, una exterior
cuyos muros constituyen el primer escalonamiento
de la Torre, y donde se ha observado la Patología
actual. El núcleo central interior sostiene la Torre
principal más alta.
Analizando la información disponible, existen
datos contradictorios sobre lo realmente ejecutado,
pues a la descripción de la cimentación le siguen
figuras sobre la planta hipotética de la cimentación,
en la que los pilotes no parecen abarcar la totalidad
de la torre, quedando los muros del núcleo exterior
fuera del ámbito de dichos pilotes.
Figura 7. Esquema probable de la cimentación
original ejecutada
7 ORIGEN DE LA PATOLOGÍA
Según la revista “Hogar y Arquitectura” de MayoJunio de 1969, la altura de la Torre es de 74,10 m
con un perfil escalonado de ancho decreciente. Su
planta es cuadrada de 10 m de lado, siendo su lado
del núcleo interior de 3,92 m y la anchura de las
rampas de 1, 50 m.
“Su cimentación consta de 169 pilotes de hormigón
armado de planta cuadrangular de 0.35 m de lado. Y
10 m de profundidad, que irían atados con una serie
de vigas ortogonales de gran canto a modo de
encepados. Debido a la profundidad de la cota de
asiento y a la gran esbeltez de los pilotes, se pensó
que sería conveniente evitar la hinca de dichos
pilotes desde la cota de rasante, ya que ello
obligaría a utilizar pilotes de más de 15 metros, que
era la cota para cimentar. A tal fin se realizó un
vaciado de 7 m de profundidad, con lo que sólo
restaban 8m para el estrato deseado.
Una vez hincados los pilotes y atadas las cabezas
de los mismos con encepados de hormigón armado,
se realizó un gran pozo, con tres anillos concéntricos
de hormigón descansando sobre dichos encepados.
El espacio libre se rellenó con tierras y se coronó
con una gran Losa de hormigón sobre la que
asentaría el basamento de ladrillo de la Torre”.
Se ha comprobado que la existencia de lesiones
se circunscriben fundamentalmente a los muros
externos del lado oeste y sur de la Torre, sin existir
daños en el núcleo interior, el más cargado,
apuntando a asientos en la cimentación de este
sector exterior.
Los asientos diferenciales se habrían producido
por el diferente apoyo y tipología de cimentaciones
empleadas en la construcción de la Torre. El núcleo
interior se habría cimentado por pilotes de hinca
hasta estrato resistente, posiblemente la Unidad de
Gravas aluviales. El desmonte realizado en el centro
de la Torre para ejecutar y arriostrar estos pilotes,
podría haber originado una sobreexcavación y
posterior
reposición
con
material
arcilloso
compactado en el sector de implantación del muro
exterior, cuya cimentación se resolvió de manera
directa con zanja corrida de fábrica de ladrillo y
gravas compactadas apoyada a 3.15 m de
profundidad sobre dicho material arcilloso de
reposición de menor consistencia.
En años anteriores existe evidencia de formación
de daños similares a los aparecidos en la actualidad.
En concreto, en la década de los años 80 se
construyó un pozo muy cercano a la Torre, del cual
se estuvieron bombeando caudales elevados
durante varios años, coincidiendo dicho hecho con la
aparición de las lesiones comentadas.
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Estudio patológico y propuestas de actuación en un edificio histórico afectado de daños. Torre Norte de la
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La ría colindante con el muro Sur o fachada
lateral es una fuente continua de aporte de humedad
al terreno por los defectos de estanqueidad de su
fondo y las fisuraciones existentes (ver foto 14).
A comienzos de 2005 se desecó la ría perimetral,
con lo que se pudo interrumpir el flujo de agua
continuo que generaba el nivel freático más
superficial de 3,10 / 5,10 m.
9 EJECUCIÓN EL REFUERZO
En Noviembre de 2009 comenzaron las obras de
consolidación y refuerzo del sector de la Torre
afectado, que comenzaron con el micropilotaje del
muro perimetral. Se ejecutaron 624 ml de micropilote
"in situ", 39 unidades de 16 ml de profundidad de
diámetro nominal 150 mm, armado con camisa de
acero de 60.30 mm de diámetro exterior y 47.7 mm
de diámetro interior de calidad TM-80.
Foto 14. Ría que circunda la Torre
Este terreno superficial antropizado y removilizado
de la unidad geotécnica 1 y 2 con el acceso de
agua es muy vulnerable a fenómenos de colapso
por su menor consistencia y a otros fenómenos de
cambios
de
volumen
(hinchamientoretracción).También ha influido el descenso del nivel
freático que induce asiento de consolidación del
tramo de suelo afectado por dicho descenso,
estando todos estos hechos interrelacionados y que
en conjunto originan el asiento acaecido.
Figura 8. Planta de implantación de los micropilotes
realmente ejecutados
8 ACTUACIÓN RECOMENDADA
De entre las diferentes posibilidades existentes de
remediación de daños se ha optado por uniformar
las diversas cimentaciones del conjunto de la torre
mediante un recalce de la cimentación del muro
exterior, circunscrito al perímetro de la Torre donde
se ubica dicho muro, mediante la ejecución de
micropilotes empotrados 3.0 m en el nivel 4 de grava
arenosa marrón, detectado a partir de una
profundidad de 11.45-13.70 m, es decir con
longitudes finales de 15.00-16.00 m. Los
micropilotes deberán
atravesar las fábricas de
ladrillo de la cimentación de los muros
para
proporcionar mayor tensión de adherencia.
Se podrán emplear micropilotes con inyección de
tipo IRS y tipo IGU con diámetros característicos de
120 y 150 mm según método de Bustamante (1986).
Foto 20.. Ejecución del refuerzo de cimentación del
muro exterior con micropilotes
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diversas tipologías de cimentación empleadas han
condicionado el daño, al existir apoyos superficiales
sobre terreno antropizado y removilizado de la
unidad geotécnica 1 y 2,
muy vulnerable
a
fenómenos de colapso por su menor consistencia y
a otros fenómenos de cambios de volumen
(hinchamiento-retracción).
También ha influido el descenso del nivel freático
que induce asiento de consolidación del tramo de
suelo afectado por dicho descenso, estando todos
estos hechos interrelacionados y que en conjunto
originan el asiento acaecido.
El
recalce
mediante
micropilotes
con
uniformización de apoyos en profundidad ha
resultado plenamente satisfactorio para dar
respuesta al problema planteado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Perez Escolano V.(1969). “La arquitectura de Anibal
Gonzalez”. Revista Hogar Y Arquitectura nº 82
(1969). iSSN 0018-3237, Nº 82, 1969 , pág. 9
Bustamante M.(1986) “Un método para el cálculo de
los anclajes y micropilotes inyectados”. Texto
traducido del francés en Boletín del Laboratorio de
carreteras y geotecnia nº 174, pag. 3-23.
Figura 9. Esquema tipo del recalce con micropilote
llevado a cabo
Una vez ejecutado el recalce de la cimentación,
se pasó a la fase de consolidación y refuerzo de los
muros agrietados con el sistema CINTEC , un
método versátil de refuerzo estructural concebido
para consolidación y reparación de proyectos
de patrimonio histórico.
Consiste en una sección de acero dentro de una
malla rellena con un micromortero cementoso
especial que se inyecta a baja presión. Esta malla
flexible, fabricada en tejido de poliéster, hace que el
anclaje se adapte al espacio y forma del muro,
aportando un refuerzo mecánico muy resistente que,
una vez colocado, resulta invisible.
10 CONCLUSIONES
El artículo recoge un caso práctico patológico de un
edificio emblemático construido para la Exposición
Iberoamericana de 1929 celebrada en Sevilla, y que
en un plazo breve de 3 años (2005 a 2008) ha
experimentado daños severos en su muro exterior
que han obligado a una intervención rápida.
Combinando técnicas directas de reconocimientos
geoténicos y de cimentación “in situ” junto a datos
documentados bibliográficos se concluye que las
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