TÓPICO 5 (Patrimonio Histórico)

Transcripción

1 TÓPICO 5 (Patrimonio Histórico) Estudio del Comportamiento Estructural y Manifestaciones Patológicas de las Bóvedas del Museo Jesuítico Nacional de Jesús María - Córdoba José Luis Gómez 1,a, María Edel Ruata 2,b, Claudia Gareca 3,c, Liliana Papalardo 4,d, Karin Klein 5,e 1 Fac. de Arquitectura, Urb. y Diseño U.N.C. Av. Vélez Sarsfield 264,Córdoba, Argentina 2 Fac. de Arquitectura, Urb. y Diseño U.N.C. Av. Vélez Sarsfield 264,Córdoba, Argentina 3 Fac. de Arquitectura, Urb. y Diseño U.N.C. Av. Vélez Sarsfield 264,Córdoba, Argentina 4 Fac. de Arquitectura, Urb. y Diseño U.N.C. Av. Vélez Sarsfield 264,Córdoba, Argentina 5 Fac. de Arquitectura, Urb. y Diseño U.N.C. Av. Vélez Sarsfield 264,Córdoba, Argentina a ccp-cons@ciudad.com.ar, b piniruata@hotmail.com, c cdelcgareca@gmail.com, d ingpapalardo@yahoo.com.ar, e karinklein_2k@hotmail.com Palabras-clave: comportamiento estructural patologías bóvedas - patrimonio Resumen. Este trabajo forma parte del estudio integral del comportamiento estructural de la Iglesia y Museo Jesuítico de Jesús María, Córdoba, mediante el cual se relevaron las manifestaciones patológicas y se efectuó un diagnóstico que permitió estimar el grado de seguridad de la obra y proponer actuaciones para su recuperación y mantenimiento. Se realizó un relevamiento fotográfico de las patologías visibles y otro planialtimétrico, mediante estación total, con el objetivo de rectificar los planos generales existentes y determinar los espesores de las bóvedas, particularmente la del sector norte del Museo, con manifestación de fisuras. Se realizaron también pozos tangenciales para analizar las características y profundidad de las fundaciones, como así también la capacidad portante del suelo de fundación. La verificación seccional de un sector de la estructura de la Iglesia y de las bóvedas y muros que conforman el extremo del ala Norte del Museo se realizó mediante el software de análisis por elementos finitos Algor. Los resultados de estos estudios, permitieron evaluar la seguridad de la estructura de bóvedas y muros pétreos en la actualidad, y proponer actuaciones para su mantenimiento, tendientes a la puesta en valor de este edificio, declarado patrimonio cultural de la humanidad, por la UNESCO. Introducción

2 El Museo Jesuítico San Isidro Labrador se encuentra en la ciudad de Jesús María, que está ubicada en el centro-norte de la provincia de Córdoba (Argentina), a 50 km de la Capital provincial, con la que se vincula por la Ruta Nacional Nº 9. Desde el centro de la ciudad, en dirección a Sinsacate, y una vez traspuesto el cauce del río Jesús María a través de un angosto puente de hierro, se transita por lo que era el antiguo Camino Real, y tras unos pocos metros, se arriba al Museo Histórico Nacional Jesús María. El lugar incluye la iglesia, la residencia y la bodega, los restos de los antiguos molinos, el perchel y el tajamar. Figs. 1 y 2. Desde el año 2000 integra, junto con la Manzana Jesuítica de Córdoba y el conjunto de estancias de la Provincia, la Lista de Patrimonio Mundial de la Humanidad de la UNESCO. Figura 1: Vista de la Iglesia de San Isidro Labrador y del patio del Museo Figura 2: Vista de la Galería Oeste y del ala Norte del Museo Relevamiento planialtimétrico y confección de planos Con el objeto de contar con documentación gráfica de la obra, se consultó con el CeDIAP (Centro de Documentación e Investigación de la

3 Arquitectura Pública), sobre los planos existentes, obteniendo las plantas, cortes y fachadas del Museo e Iglesia. Fig. 3 Figura 3 : Plano de planta baja del CeDIAP Pero al realizar las primeras mediciones en obra, se comprobó que había diferencias entre ésta documentación y la relevada, por lo que se decidió confeccionar nuevamente los planos, ajustando las medidas conforme al relevamiento realizado. Para ello se solicitó el aporte de topógrafos para realizar un relevamiento planialtimetrico con estación total. Figs. 4 y 5 Figura 4: Plano de planta baja rectificado

4 Estudio de Suelo y fundaciones Figura 5: mediciones del equipo de topógrafos Para esta etapa de la investigación se decidió realizar pozos tangentes a la cimentación en tres lugares del museo con el objeto de dilucidar que tipo de fundación se realizó, cual es la cota de fundación y conocer a esa profundidad, la capacidad portante del terreno. En nuestro caso conocer la resistencia ultima del terreno y afectándola, con un coeficiente de seguridad 3, la tensión admisible del mismo. Se realizaron un pozo en el muro oeste, un pozo tangente al muro en el sector que ocupa la Dirección del Museo y un tercer pozo tangencial al muro norte de la Iglesia. Fig. 6 Figura 6: ubicación de los pozos tangenciales realizados

5 La fundación de la construcción descubierta en los pozos tangentes básicamente consiste en un cimiento de piedra cementada con barro preparado con cal de esa época. Figs. 7 y 8 Figura 7: Pozo tangente lado Sur Figura 8: extracción de muestras de suelo de pozo Norte Relación entre tensiones trasmitidas por los muros de la Iglesia y la capacidad portente del suelo: Al estudiar las bóvedas y construcciones aledañas a la Iglesia conjuntamente con los muros se tuvo la oportunidad de saber las tensiones

6 normales que llegan a la parte inferior de los mismos y por lo tanto comparar con las tensiones de rotura del suelo dado por el estudio geotécnico. La tensión de rotura del suelo, resultó ser de 2,096 kg/cm 2. Por su parte, el mapa de isosuperficies de tensiones de compresión en la base de los muros del sector de la Iglesia analizado, muestra valores de entre 1,38 kg/cm 2 y 3,7 kg/cm 2 (en el gráfico corresponde a los colores verde y amarillo), con excepción de dos pequeñas zonas en sendas esquinas de dichos muros (color celeste), en las cuales existen una concentración de tensiones que llegan a los 4,5 kg/cm 2, pero que por su muy reducida extensión no son consideradas en este análisis. Tomando algunos valores referenciales, puede visualizarse que las tensiones a lo largo de los muros presentan valores variables entre los bordes correspondientes a los paramentos exterior e interior, por lo que puede tomarse para cada sección de la base un valor promedio entre estos extremos. Así, para el muro oeste (que linda con el sector del cementerio), se considera una tensión de compresión de 2,35 kg/cm 2, resultante del promedio entre 0,99 kg/cm 2 y 3,72 kg/cm 2. Para el muro este (que linda con la escalera y galería interior), la tensión promedio se calcula en 2,55 kg/cm 2. Fig. 9 Figura 9: mapa de tensiones en la base de muros de la Iglesia

7 Como estos valores son solicitaciones obtenidas impactando la carga en 1,2, para obtener la tensión de servicio debemos dividirlo por ese valor. La tensión de compresión del suelo es de y aproximadamente igual a la tensión teórica de rotura, que da el estudio de suelos. Evidentemente estos valores producidos por las cargas de servicio, prácticamente iguales a las tensiones de rotura del suelo obtenidas por las fórmulas teóricas de Tersaghi, son preocupantes, por lo que al momento de escribir este informe se ha decidido lo siguiente: a) Realizar calicatas en bóvedas y piso del coro de la Iglesia para estudiar el material de relleno y conocer su verdadero peso específico, a fin de precisar el real estado de carga permanente de la construcción. b) Solicitar una ampliación del estudio de suelos para precisar el verdadero valor de la tensión de rotura del suelo de fundación. Cabe aclarar que la zona en estudio es la de mayor carga sobre los muros por la ubicación del coro y escalera, el resto de los muros de la iglesia soportan menor carga. Verificación del estado tensional de la bóveda de la Iglesia En el relevamiento visual de fisuras no se evidenciaron patologías de este tipo dentro de la Iglesia, tanto en la bóveda que constituye la nave, como en la cúpula frente al presbiterio. Sólo se manifiesta una fisura en la mampostería en la zona correspondiente a la ventana ubicada sobre el coro, hacia el frente de la Iglesia, la cual no tiene relación con el comportamiento estructural de la bóveda. Figs. 10 y 11 Figura 10: fisura en la ventana del coro de la Iglesia

8 Figura 11: Sector de bóveda sobre el coro. No obstante, y para tener una certeza del grado de seguridad de la bóveda, se realizó un modelo computacional de la misma, en el sector que corresponde justamente al coro de la Iglesia, y el correspondiente sector de escalera y habitaciones contiguas. Para simplificar el modelo y el proceso de cálculo se reemplazaron las cubiertas de tejas de iglesia y galería, así como el relleno de las bóvedas por debajo de las mismas, con cargas distribuidas no uniformes equivalentes. Asimismo, se representó la carga proveniente de la cubierta de la galería de planta alta por cargas puntuales equivalentes a las reacciones de los cabios que constituyen la misma. El modelo, obtenido a partir de un sólido realizado en CAD, fue mallado automáticamente y procesado mediante el programa de análisis por elementos finitos Algor V19. Figs. 12 Figura 12: Modelo Sólido de CAD y modelo mallado con cargas aplicadas Para considerar la incertidumbre que se tiene sobre las características del relleno de las bóvedas, tanto de la Iglesia como de la escalera aledaña, y

9 también la incertidumbre con respecto a los verdaderos espesores de las mismas, dado que por la condición de Patrimonio de la Humanidad, no fue posible realizar calicatas en la cubierta que permitieran corroborar las mediciones externas realizadas, se decide procesar el modelo bajo un estado de combinación de cargas permanentes mayoradas, con un factor 1,2, más cargas de mantenimiento de cubierta, incrementadas por un factor 1,6. El material constructivo de la bóveda, cerámica, se definió con una densidad de 1400 kg/m 3 y un módulo de elasticidad de 2,7e 9 N/m 2 (27000 kg/cm 2 ). Por otra parte, el material de mampostería de piedra de los muros se definió con densidad 2100 kg/m 3 y E = 1,95e 10 N/m 2 ( kg/cm 2 ). Resultados La verificación de tensiones y deformaciones de la estructura dio los siguientes resultados: Descensos (z): máximo de 0,21 mm en el entrepiso del coro. Fig. 13. Figura 13: Descensos Con relación a la bóveda de la Iglesia, objeto de nuestro estudio, la máxima deformación está en el orden de los 0,14 mm. Fig. 14. Figura 14: Descensos en la bóveda de la Iglesia

10 Tensiones de Compresión El mapa de tensiones principales mínimas (tensiones máximas de compresión en cualquier dirección de cada elemento) muestra que las mismas llegan a N/m 2 (7,4 kg/cm 2 ) valor que corresponde a un pequeño punto de la zona de arranque de la bóveda sobre la escalera lateral a la iglesia, mientras que en la bóveda de la iglesia también se presenta un muy pequeño sector cuya tensión es de 4,47 kg/cm 2, los que, por su característica de muy focalizados, son atribuibles a algún defecto en la construcción del modelo (colores fucsia y azul). Figs. 15, 16 y 17. Puede verificarse que en el resto de la estructura, las tensiones de compresión tienen valores menores a los N/m 2. En lo que respecta a la bóveda (exceptuando el punto mencionado), tanto su cara inferior como su cara superior muestran tensiones que no superan los N/m 2, es decir 3,0 kg/cm 2 (colores verde a rojo). Figura 15: Tensiones de compresión en el extradós de la bóveda Figura 16: pequeño sector con mayores tensiones

11 Figura 17: Tensiones de compresión vista superior Tensiones de Tracción Con relación a las tensiones principales máximas (tensiones de tracción en cualquier dirección de cada elemento) el máximo valor es de N/m 2 (4,3 kg/cm 2 ) en un ángulo de encuentro entre el entrepiso del coro y el muro de la iglesia. Fig. 19 y 20 Figura 18: Tensiones de tracción vista superior

12 Figura 19: Tensiones de tracción vista inferior La bóveda de la Iglesia presenta tensiones de tracción que no superan los N/m 2 (1,7 kg/cm 2 ), en zonas muy localizadas de contacto entre bóveda y mampostería de pared, estando el mayor porcentaje de su superficie con tensiones de entre 0 y 0,8 kg/cm 2, lo que confirma la no visualización de fisuras durante las inspecciones oculares a la misma. (Existe un punto con tensiones de 2,75 kg/cm 2, coincidente con el punto de tensiones de compresión máximas señalado en párrafos anteriores, cuya importancia se desecha por los motivos expresados anteriormente). Figs. 20 y 21. Se considera como valor límite de la resistencia mampostería cerámica 1,8 kg/cm 2. a tracción de la Figura 20: Tensiones de tracción máximas en el extradós de la bóveda

13 Figura 21: Tensiones de tracción máximas en el intradós de la bóveda Conclusiones del análisis del sector El análisis tensional de este sector representativo de la estructura de la Iglesia, permite corroborar el buen funcionamiento de la bóveda de la Iglesia, tanto en relación a las tensiones de tracción que en la totalidad del sector estudiado están por debajo de los valores límites, como con relación a las tensiones de compresión, que resultan muy inferiores al límite resistente de la mampostería cerámica. Verificación tensional de las bóvedas que conforman el entrepiso y la cubierta del sector Dirección del Museo. Durante la inspección ocular, pudo visualizarse una fisura en la bóveda que conforma el entrepiso sobre la actual Sala de Dirección del Museo Jesuítico. Dicha fisura, en contraposición con lo que normalmente sucede en este tipo de estructuras abovedadas, no presenta dirección longitudinal con respecto a la bóveda, sino transversal, y coincide aproximadamente con la ubicación de un muro interior existente en planta alta. También, en este sector, y por sobre la cubierta de tejas, se pudieron visualizar dos curiosos asientos de mampostería, que eran utilizados por los sacerdotes para momentos de meditación. Fig. 22. y 23.

14 Figura 22: vistas del sector de la Dirección del Museo Figura 23: Vista del interior de la Sala de Dirección con la fisura de la bóveda Con la finalidad de tratar de averiguar el posible origen de esta fisura, se decidió realizar un modelo computacional del sector. El modelo de estudio se realizó como sólido en CAD, incluyendo el muro interior y los rellenos de ambas bóvedas, y luego se importó al programa de análisis por elementos finitos Algor V19. Fig. 24. Figura 24: Modelo sólido de CAD exterior e interior

15 En el modelo la cubierta de tejas, fue reemplazada por una carga distribuida uniforme equivalente, y los asientos de mampostería por cargas puntuales en el sector correspondiente. Los datos de material ingresados fueron los siguientes: o Mampostería de piedra: densidad 2100 kg/m 3 ; módulo de elasticidad: 1,95e 10 N/m 2 ( kg/cm 2 ) o Mampostería cerámica de las bóvedas: densidad: 1400 kg/m 3 ; módulo de elasticidad: 2,7e 9 N/m 2 (27000 kg/cm 2 ) o Relleno bajo bóvedas: densidad: 1700 kg/m 3 ; módulo de elasticidad: 3,5e 8 (3500 kg/cm 2 ) Se realizó el mallado automático de todas las partes componentes del modelo, estableciendo como contacto de superficies entre ellas el de pegado, lo cual significa que los nudos del mallado pertenecientes a partes diferentes que están en contacto, se deforman juntos. Con excepción del contacto entre el muro interior con la bóveda superior y los muros laterales, cuyo contacto se supuso libre, esto es que los nudos de dichas partes pueden deformarse independientemente unos de otros. Fig. 25 Figura 25: modelo mallado con cargas aplicadas A todos los nudos de la superficie de contacto con el terreno se les agregó apoyos articulados. Resultados: Para posibilitar la visualización de los gráficos de resultados de las bóvedas, se suprimieron los rellenos sobre las mismas y se muestran en transparencia los muros y contrafuertes laterales. Asimismo, se anularon para la leyenda de valores, todos los resultados, excepto los de las bóvedas. La verificación de tensiones y deformaciones de la estructura de la Sala de Dirección dio los siguientes resultados:

16 Descensos (z): muestran un máximo de 0,77 mm en la bóveda de planta alta. (color fucsia), mientras que en la bóveda de planta baja, los descensos mayores no superan los 0,36 mm, notándose un ensanchamiento en la isosuperficie de descensos correspondiente a estos valores justamente en coincidencia con el muro interior de planta alta, lo que se corrobora en la vista lateral de deformaciones (exagerada con una escala 20). Figs. 26,27 y 28. Figura 26: Descensos de las bóvedas vista general Figura 27: Descensos de las bóvedas - Vista general inferior

17 Figura 28: Descensos de las bóvedas vista lateral El mapa de tensiones principales mínimas muestra que en ambas bóvedas las mismas no superan los N/m 2 (5,9 kg/cm 2 ) (color verde). Fig. 29 y 30. Figura 29: Tensiones de compresión en el intradós de las bóvedas

18 Figura 30: Tensiones de compresión en el extradós de las bóvedas El valor mínimo de N/m 2 (9,33 kg/cm 2 ), máxima tensión de compresión de las bóvedas corresponde a un sector muy pequeño y probablemente esté originado por alguna condición de borde del modelo computacional, pero puede observarse que toda la superficie de las bóvedas, tanto en el intradós como en el extradós, presentan tensiones que no superan los 6 kg/cm 2 (color verde del gráfico). En cuanto a las tensiones de tracción, que pudieran haber ocasionado la fisura que determinó el estudio del sector, los mapas de isosuperficies tensionales no marcan valores que sugieran el origen de dicha fisura. Nuevamente, como en el caso de las compresiones, existe un mínimo punto de la malla, donde se presenta una tensión elevada (8,66 kg/cm 2 ) pero la casi totalidad de la bóveda tanto en el intradós como en el extradós muestra tensiones de tracción aceptables, con valores inferiores a 1,5 kg/cm 2. Conclusiones del análisis del sector En la cara inferior de la bóveda de planta baja, se alcanza a visualizar una mancha transversal en coincidencia con la posición del muro superior, con tensiones un poco mayores que el resto de la superficie, no obstante, los valores de ésta, aproximadamente 1,47 kg/cm 2, son aceptables para la capacidad resistente de la mampostería a tracción. Un corte transversal

19 justamente por el sector de ubicación de esta mancha de tensiones, permite ver asimismo que su profundidad apenas alcanza a un tercio del espesor de la bóveda. Figs. 31, 32 y 33. Figura 31: Tensiones de tracción en el extradós de las bóvedas Figura 32: Tensiones de tracción en el intradós de las bóvedas

20 Figura 33: Corte transversal por la bóveda de planta baja Podría suponerse que bajo algún eventual caso de sobrecarga no contemplado en este análisis, esos valores se hubiesen incrementado originando la fisura en estudio. Por otro lado, en las bóvedas de cañón corrido cuando se produce un asentamiento diferencial en uno de los extremos del muro portante (esquina), la fisura aparecen con disposición helicoidal, que podría ser nuestro caso si tenemos en cuenta las tensiones límites a que está trabajando el suelo de fundación. Bibliografia Consultada Curso Técnicas de Intervención en el Patrimonio Arquitectónico. - Autores: Jerónimo Lozano Apolo, Alfonso Lozano Martínez Luengas Apuntes de Clase Estructuras de Fundación - Autor: José Luis Gómez