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