Herramienta 8 Las técnicas de rehabilitación: reforzar las estructuras

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3 Herramienta II. La reflexión y el proyecto La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea César Díaz Gómez Doctor arquitecto Profesor Titular del Departamento de Construcciones Arquitectónicas I en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona (Universidad Politécnica de Cataluña), España 1. Principios generales El amplio abanico de técnicas existentes para ser aplicadas en las intervenciones de rehabilitación estructural de los edificios de la arquitectura tradicional mediterránea aconseja enunciar unos principios generales que orienten la selección de las intervenciones a emprender en cada situación diversa que se presente. Es por ello que antes de enunciar y referirse a cada uno de los diversos procedimientos y técnicas disponibles se exponen de forma sintética los aspectos clave que enmarcan la intervención, cualquiera que sea el objetivo concreto que se plantee o la problemática a resolver. a/ Conocimiento y adecuación al contexto tecnológico del lugar La factibilidad de aplicación de la técnica de intervención elegida con los recursos disponibles en el lugar dónde se aplican, de la forma más natural posible, aprovechando los conocimientos y la experiencia de los operarios del sector, constituyen la prioridad fundamental de la elección, que repercutirá casi siempre en una mayor economía de la intervención en relación a otras soluciones posibles y, probablemente, en una más fácil compatibilidad y adaptación a las características de las técnicas constructivas originales. b/ Consideración global de las repercusiones de la intervención Conviene tener presente que las intervenciones por particulares que sean sus objetivos pueden tener efectos complementarios diversos, los cuales es recomendable tener presente en su elección. Por ejemplo, el refuerzo de un muro exterior mediante un regruesado de hormigón proyectado puede actuar, además, de revestimiento protector de estanqueidad; o la adición de una chapa de compresión armada a un forjado puede servir para aumentar su aislamiento acústico. De todas formas, cabe también considerar los efectos negativos que puede conllevar la intervención, tales como la modificación de los espacios con la adición de jácenas o pilares, o el requerimiento de futuras operaciones específicas de mantenimiento a llevar a cabo en los elementos añadidos. En consecuencia, es especialmente recomendable la consideración global de todos estos efectos, tanto de los favorables como de los desfavorables. c/ Claridad del planteamiento mecánico-estructural En las actuaciones de rehabilitación estructural de los edificios conviene especificar claramente el objetivo técnico que se pretende conseguir con la intervención propuesta. Se pueden distinguir los tres planteamientos siguientes: 1. la recuperación de la capacidad portante inicial del elemento a rehabilitar. Se trata, de hecho, de lo que habitualmente se interpreta como la reparación del elemento dañado. 2. el aumento de la capacidad portante del elemento sobre el que se interviene, equivalente a lo que habitualmente se interpreta como el refuerzo del elemento dañado 3. la sustitución funcional del elemento por un nuevo elemento que asume en su totalidad la capacidad portante requerida, sin que ello signifique necesariamente la extracción del elemento a rehabilitar. Evidentemente, la elección entre estos tres planteamientos depende de las exigencias mecánicas requeridas y de la capacidad del elemento objeto de la intervención para alcanzarlas. d) Singularidad de las intervenciones en edificios de especial valor patrimonial En edificios considerados bienes culturales por su especial valor patrimonial, conviene tener presente algunos aspectos adicionales específicos que aseguren la preservación a lo largo del tiempo de sus genuinas cualidades. Es por ello que conceptos tales como la reversibilidad de las actuaciones emprendidas, de forma que sea factible la eliminación de los efectos de la intervención, pueden ser juzgados prioritarios en la elección del tipo de técnica a aplicar. O, en otro ámbito de decisiones más esencial, la opción por la restauración de lo existente con las técnicas originales, siempre que la prestación funcional de dichas técnicas se avenga a las exigencias de la intervención, puede no requerir de otros argumentos para decidir su elección. 2. Intervenciones en los muros y pilares Los materiales y fábricas usadas habitualmente en los muros gruesos de la arquitectura tradicional, en especial los construidos a base de tierra y piedra, tienen en común su escasa resistencia a las tensiones de tracción y corte, y su alterabilidad frente al agua debida a la elevada permeabilidad de la tierra o de muchos de los morteros utilizados. De estas particularidades se pueden deducir algunas pautas generales de intervención en dichos elementos, las cuales, junto a las descritas anteriormente, condicionan la elección de la técnica de reparación o refuerzo a aplicar en cada caso. Concretamente, conviene que, sea cual sea la técnica aplicada, procure un reparto homogéneo de las solicitaciones que introduzca, con el fin de evitar en lo posible esfuerzos adicionales de tracción o corte en el muro. Cabe hacer mención también de la conveniencia de no aumentar los esfuerzos de compresión, dada la dificultad de caracterizar mediante ensayos dicho esfuerzo en la mayor parte de los muros antiguos. Y, por último, puede resultar de utilidad tener presente la posibilidad de recurrir a la absorción de esfuerzos en el plano transversal del muro como recurso resistente capaz de reducir su esbeltez o contrarrestar los empujes. Se relacionan y comentan a continuación las técnicas de intervención de aplicación más habitual en dichos elementos. 297

4 II. La reflexión y el proyecto Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea a/ Sustitución física de la zona dañada Consiste en la sustracción del material de la zona dañada del elemento, ya sea por la presencia de grietas, por abombamiento o por alteración del material, y la reconstrucción de dicha zona con el mismo material o con otros de características resistentes y de deformabilidad similar. En los muros o pilares de fábrica de piedra o ladrillo es habitual usar los mismos materiales en la sustitución, mientras que en los muros de adobe o tapial suele usarse la fábrica de ladrillo. En todos los casos el objetivo de la intervención sólo puede pretender restaurar la capacidad portante inicial del elemento dañado. Es importante tener presente que este tipo de intervención requiere que previamente se haya eliminado la causa que lo generó o que, en todo caso, el daño se constate pasivo por haber dejado de actuar dicha causa. Con respecto a la ejecución, hay que cuidar especialmente el contacto de la parte sustituida con la preexistente, con el fin de asegurar una correcta transmisión de cargas, además de la ya citada similitud de características mecánicas entre ambas. b. Cosido de grietas El método consiste en interponer entre los labios de la grieta del muro elementos de mayor resistencia y rigidez a modo de suturas, tales como barras metálicas, trozos de fábrica de ladrillo, etc. Su objetivo es devolver la continuidad perdida al muro afectado, de forma que las tensiones puedan transmitirse y repartirse de nuevo homogéneamente a través de la zona agrietada.. Para ser efectivo, se requiere que la grieta sea pasiva, o sea, como se ha apuntado anteriormente, que la causa que la generó no actúe sobre el daño a reparar. 29

5 Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea II. La reflexión y el proyecto c. Inyecciones Se trata de otro sistema de reparación de fisuras y grietas pasivas aplicable a muros de mampostería concertada o de ladrillo consistente en introducir un líquido a presión con el fin de colmatar enteramente el vacío entre los labios de la abertura. Dicho líquido, al endurecerse y adherirse al material, devuelve la continuidad al elemento dañado. Las características del líquido habitualmente a base de compuestos epoxídicos y la presión con que se introduce varían en función de los materiales del muro y del tamaño del vacío a colmatar. El sellado superficial previo a la inyección de la fisura o grieta ha de ser capaz de soportar la presión del líquido antes de su endurecimiento. 299

6 II. La reflexión y el proyecto Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea d. Rejuntados Es un procedimiento de restitución de la resistencia inicial aplicable a los muros de fábrica de piedra o ladrillo que consiste en la recolmatación de las juntas de mortero alteradas por la erosión o los efectos de las raíces de las plantas mediante la introducción por gravedad o infusión de productos de densidad o viscosidad variables, en función de la técnica de ejecución empleada. e. Recrecido a base de mortero u hormigón armado Consiste en el aumento de la sección del muro lesionado o infradimensionado mediante la incorporación a sus paramentos de grosores de material mortero u hormigón previa la incorporación de mallazos metálicos, enlazados entre sí a través del muro. La puesta en obra del material de refuerzo puede hacerse mediante la disposición de encofrados paralelos a los paramentos y posterior vertido de la pasta, por simple proyección de la pasta contra los paramentos con la armadura ya colocada, o por gunitado, eligiendo el procedimiento en función del grosor requerido y del grado de incremento resistente asignado al refuerzo. La solución resulta de aplicación muy versátil al poder adaptarse a estructuras murarias completas, a muros enteros o a tramos concretos de éstos. Esta cualidad la hace especialmente apropiada para el refuerzo de edificios afectados por movimientos sísmicos, al permitir aumentar la rigidez de las partes del edificio que lo requieran o, si se precisa, la de la totalidad del edificio. 300

7 Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea II. La reflexión y el proyecto f. Atirantamientos El objetivo de los atirantamientos en estructuras a base de muros suele ser el de detener sus desplomes o deformaciones progresivas transversales a su plano mediante la disposición de elementos lineales traccionados denominados tirantes, generalmente conformados con cable de acero, fijados a dos muros paralelos mediante elementos específicos de anclaje que evitan el aumento de su separación y, con ello, la consiguiente pérdida de su capacidad resistente. Es conveniente que cuanto menos uno de los dos elementos de anclaje de cada tirante permita un periódico ajuste tensional que compense los efectos de eventuales alargamientos del material del tirante. g. Contrafuertes Su función es equivalente a la de los tirantes, si bien la elección es prácticamente obligada cuando el edificio no dispone de elementos de suficiente rigidez capaces de absorber las tensiones puntuales generados en los puntos de anclaje de los tirantes. En estos casos, la absorción de los empujes de las bóvedas, arcos o de cualquier otro elemento que introduzca solicitaciones inclinadas en los muros, se puede confiar a los contrafuertes por su capacidad de transmitir dichas acciones al terreno a través de su sección. En su diseño y dimensionado es preciso tener bien presente la fuerte limitación de asientos que requiere el nuevo contrafuerte para su correcto funcionamiento. 301

8 II. La reflexión y el proyecto Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea h. Zunchados La disposición de zunchos o correas en los edificios con estructuras murarias cerradas de fábrica de ladrillo o en pilares de piedra o ladrillo, rodeándolos con el fin de reducir su esbeltez y aumentar con ello su resistencia, ha sido un recurso históricamente utilizado que puede observarse en muchos edificios antiguos bien conocidos, tales como el Coliseo romano o los campaniles italianos del medievo. El hierro y el acero han sido los materiales tradicionalmente usados para conformar dichos elementos. Modernamente, las bandas de fibra de carbono pueden cumplir en determinadas situaciones la misma función, si bien es preciso considerar los efectos del material adherente sobre el elemento reforzado. i. Taxidermias con barras de acero Es un sistema de refuerzo integral aplicable a los muros de piedra o de fábrica de ladrillo consistente en la disposición de armaduras de acero en el interior del muro, embutidas en perforaciones de longitud variable que pueden llegar a alcanzar órdenes de magnitud de varios metros, generando con ellas verdaderas estructuras secundarias de barras en el interior de los muros, aumentando con ello su capacidad resistente global o generando zonas de mayor rigidez capaces de distribuir homogéneamente las solicitaciones descendentes. La interfase entre las barras de acero y el material del muro se rellena con un compuesto adherente que suele ser de base epoxídica. 302

9 Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea II. La reflexión y el proyecto 3. Intervenciones en forjados y cubiertas Las intervenciones en los forjados de vigas y viguetas de madera deben fundamentarse en una diagnosis previa de las causas de las disfunciones, ya sean éstas originadas por el ataque de los agentes bióticos, por la fluencia de la propia madera o por deficiencias en el dimensionado del forjado en relación con las solicitaciones mecánicas que recibe. La elección de la intervención requiere del conocimiento de las condiciones de uso futuras y de la necesidad de conservación no sólo de los elementos sobre los que se actúa sino también de aquellos otros sobre los que puede incidir la actuación prevista, tales como falsos techos o pavimentos con valores artesanos o pictóricos remarcables. Se exponen a continuación las formas y métodos de intervención de aplicación más usual en dichos elementos resistentes. a. Substitución funcional de apoyos en vigas y viguetas Los ataques de los hongos y de las termitas se concentran a menudo en los apoyos de las vigas y viguetas de madera, en especial cuando coinciden con muros exteriores, por las especiales condiciones de humedad y oscuridad que en ellos concurren. En estos casos, suele ser necesario la sustitución funcional o el refuerzo de los apoyos afectados por la descomposición de la madera, mediante alguno de los muchos procedimientos existentes, en cuya elección hay que considerar el grado de generalización de la problemática a viguetas sueltas o a todo un tramo de apoyos correlativos, las características del muro donde apoyan, las técnicas disponibles y la apariencia formal de la solución elegida. 303

10 II. La reflexión y el proyecto Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea b. Suplementos resistentes en vigas y viguetas Consisten en la adición de nuevos elementos a flexión que colaboren en la absorción de los esfuerzos que solicitan a la viga o viguetas cuando su dimensionado se evalúa insuficiente o cuando los efectos de la fluencia de la madera han generado deformaciones excesivas. Los materiales utilizados para el refuerzo suelen ser la madera o los perfiles de acero, y su situación puede ser lateral, inferior o superior en relación a la del elemento a reforzar. Se elige la situación superior cuando conviene conservar la apariencia del forjado existente por la presencia de pinturas o falsos techos valiosos. La situación inferior es la más usualmente aplicada en el refuerzo de viguetas en forjados con posibilidad de reducción de la altura libre de las estancias que cubren, mientras que la situación lateral es la más usual en el refuerzo de vigas de madera que soportan tramos enteros de forjados de viguetas, conformándose generalmente con dos elementos unidos con espárragos pasantes a través de la viga a reforzar. Las hipótesis para el dimensionado de los refuerzos pueden ser diversas, en función de la posibilidad de colaboración resistente de los elementos infradimensionados o dañados y de las deformaciones previas (contraflechas) que se prevea introducir en ellos para propiciar su entrada en carga conjunta con el refuerzo. 304

11 Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea II. La reflexión y el proyecto c. Parteluces Los parteluces constituyen una solución sencilla y eficaz para reducir las tensiones de flexión introducidas por las sobrecargas y las deformaciones derivadas de la fluencia de la madera. Se forman con vigas de madera o acero dispuestas transversalmente a la que requiere refuerzo, dividiendo por la mitad o a los tercios su luz. La posibilidad de conseguir unas buenas condiciones de apoyo del parteluz así formado suelen ser el aspecto determinante en la elección de la solución, al requerirse muros transversales a los de carga de características resistentes suficientes y, en su ausencia, la formación de pilares específicos, con su consecuente cimentación, para la correcta transmisión de las cargas del parteluz al terreno. d. Adición de chapas de hormigón armado La adición de chapas armadas de hormigón conectadas a las viguetas de madera de los forjados es una de las soluciones más utilizadas actualmente en intervenciones de rehabilitación edificatoria. El refuerzo se fundamenta en la transformación de las viguetas existentes en vigas mixtas de madera y hormigón, y la posibilidad de repartir las tensiones de la flexión de forma coplanaria en todas las direcciones del plano del forjado y de aumentar la rigidez global de la edificación cuando se enlaza la nueva chapa con los muros gruesos perimetrales, lo cual, además, mejora la resistencia al sismo del edificio. Complementariamente, con la adición del hormigón, resulta también mejorado el aislamiento acústico del forjado. La solución concreta de conexión de la nueva chapa con el muro existente constituye el aspecto más crítico de este tipo de refuerzo, al hallarse condicionada por las características de rigidez, cohesión y perforabilidad de los muros, las cuales pueden ser muy variables e impredecibles. 305

12 II. La reflexión y el proyecto Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea e. Intervenciones específicas en armaduras y cerchas de cubiertas Si bien el estado de dichos elementos aconseja muchas veces su substitución por el hecho de ser los más expuestos a los efectos de las humedades, se plantea a veces su refuerzo cuando su estado general, tamaño o interés en su mantenimiento funcional lo aconsejan. Obviamente, la substitución funcional de los apoyos y la regularización de éstos disponiéndolos a ser posible sobre un cargadero rígido para repartir lo mejor posible las cargas transmitidas a los muros, son operaciones frecuentemente necesarias y recomendables. Para el refuerzo de los pares, tirantes y jabalcones cada vez es más frecuente, cuando quieren mantenerse visibles, el uso de armaduras postesadas para compensar las tracciones o generar nuevos equilibrios de fuerzas. f. Intervenciones específicas en arcos, bóvedas, cúpulas Algunas de las soluciones expuestas para el refuerzo de forjados son aplicables también a los arcos, bóvedas o cúpulas. Así, los tirantes metálicos es una solución típica de refuerzo de arcos y bóvedas, ubicándolos en las zonas traccionadas de su extradós. Los arcos pueden aumentar su canto resistente introduciendo barras de acero, a modo de taxidermia, desde su intradós. En ciertas bóvedas rebajadas, los zunchos perimetrales de acero u hormigón armado absorben los empujes generados en su base. Y las chapas de hormigón armado pueden reforzar las bóvedas y las cúpulas conectándolas por su extradós. De todas formas, es preciso considerar en cada caso la idoneidad de dichas soluciones en relación a otras alternativas que preserven el método constructivo original, planteando como requerimiento inexcusable la reversibilidad de la intervención. 306

13 Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea II. La reflexión y el proyecto 4. Intervenciones en las cimentaciones La decisión sobre el tipo de intervención a emprender cuando un edificio es objeto de problemas derivados de movimientos del terreno requiere del conocimiento del tipo y características de los cimientos del edificio, de una fase de seguimiento de la actividad de las lesiones, y de información sobre las características geotécnicas del terreno hasta una profundidad suficiente. Sólo después de recopilar estos datos y de esta fase de análisis debe ser planteado el tipo de intervención a emprender. Será, precisamente, la necesidad de emprender o no alguna actuación que varíe las condiciones de carga del firme de cimentación original o de mejora del terreno una de las decisiones más importantes a tomar en esta fase inicial. Cuando los cimientos del edificio sean del tipo superficial, los cuales son los que mayor abundan, el sistema más habitual de recalce es el de disponer por debajo una zapata algo más ancha retacada al firme del de la cimentación existente. Cabe definir en cada caso, en función de las características del terreno, la cimentación a recalzar, la profundidad y el ancho de la nueva zapata, así como el ancho de los bataches excavados por debajo de los cimientos existentes. Actualmente, cada vez es más frecuente el uso de micropilotes dispuestos en vertical e inclinados, que involucran un mayor volumen de terreno para absorber los esfuerzos en la base de los cimientos, usando éstos como encepado general. Menos frecuentes son, en cambio, los sistemas que se fundamentan en el aumento en anchura de la base de cimentación, por la dificultad de absorber los esfuerzos de corte en los contactos entre el nuevo y el viejo cimiento, siendo asimismo escaso el uso de los pilotes convencionales, por el abultado utillaje que requieren, o los de mejora de terrenos por inyección de productos químicos, aptos solamente en determinados tipos de terrenos de adecuada permeabilidad 307

14 II. La reflexión y el proyecto Herramienta La rehabilitación de los elementos estructurales de la arquitectura tradicional mediterránea Bibliografía AA.VV. Tratado de rehabilitación, Tomo 1: Patología y técnicas de intervención. Elementos estructurales, Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónica, Universidad Politécnica de Madrid, Editorial Munilla-lería, 199, Madrid AA.VV. Manual de diagnosi i intervenció en sistemas estructurals de parets de càrrega, Col legi d Aparelladors i Arquitectes tècncics de Barcelona, 1995, Barcelona GALLONI, F., ED. Consolidamento e recupero dell architettura tradizionale: degli intervente singoli agli intervente d insieme urbano, ASS.I.R.CO IV Congresso Nazionale, Ed. Kappa, 1992, Roma PASTA, A. Restauro antisismico, Dario Flaccovio Ed., 1992, Palermo AA.VV. Il restuaro delle costruzione in muratura. Problema metodologi ed tecnique di consolidamento, Ed. Kappa, 191, Roma MELE, M. Esempli di intervento per la riparazione e il rafforzamento di edifice di abitazione. Prescrizioni per l edilizia nelle zone sismiche, ponencia en Congresso ASS.I.R.CO, 190 AGENCE NATIONALE POUR L AMÉLIORATION DE L HABITAT (A.N.A.H.). Les planchers anciens, Editions du Moniteur, 1979, Paris MASTRODICASA, S. Dissesti statici delle strutture edilizie, Hoepli Ed., 197 (6ª edición), Milano LÓPEZ COLLADO, G. Ruinas en construcciones antiguas, Ministerio de la Vivienda, 1976, Madrid MUNAFÒ, P. Recupero dei solai in legno. Dario Flaccovio Ed., 1990, Palermo DI STEFANO, R., Il consolidamento strutturale nel restauro architettonico, Edizioni Scientifiche Italiane, 1990 BAGLIONI, A., GUARNERIO, G. La ristrutturazione edilizia, Hoepli Ed., 190, Milano ROCCHI, P. Progettare il consolidamento, Ed. Kappa, 193, Roma 30

15 Herramienta II. La reflexión y el proyecto Consolidación y tratamiento de la cimentación. Experiencias egipcias Wahid El-Barbary Arquitecto Director General de Proyectos de Sector en el Supreme Council of Antiquities, Egipto Todas las estructuras de ingeniería dispuestas sobre el terreno, incluyendo los terraplenes, las presas, (tanto de tierra como de hormigón), los edificios o los puentes, consisten en dos partes, la parte superior, o superestructura, y la inferior o cimentación. Una primera definición de la cimentación podría ser la siguiente: elemento de conexión situado entre la superestructura y la tierra o las rocas que se encuentran debajo. La ingeniería de la cimentación es el arte y la ciencia que consiste en aplicar los criterios de ingeniería a los principios mecánicos del suelo para resolver el problema de la conexión. Se trata de las soluciones y problemas de contención de las masas de tierra mediante una serie de elementos estructurales, tales como los muros de contención y tablestacas. La ingeniería de la cimentación también es el arte y la ciencia de utilizar los criterios de ingeniería y los principios mecánicos del suelo para predecir la respuesta de las masas de tierra a las modificaciones de condiciones de geometría y cargas. Se debería remarcar que la ingeniería de la cimentación ha sido definida como el arte y la ciencia de la aplicación de un criterio de ingeniería a los principios mecánicos del suelo. Las condiciones del suelo constituyen una de las causas principales de desórdenes en las estructuras de las construcciones debido a las modificaciones de las propiedades del suelo con el paso del tiempo, como por ejemplo el aumento de los niveles de contenido en agua del suelo. Es también ampliamente conocido que los daños estructurales debido a los temblores de tierra están muy influenciados por las condiciones del terreno. En general, la amplitud y la duración de los temblores de tierra dependen de la profundidad, así como del estado, más o menos blando, del suelo en la zona. El ingeniero debe, entonces, obtener suficiente información para evaluar la capacidad portante de las cargas, así como la implicación dinámica característica del suelo. Para las zonas que presentan riesgos geológicos importantes, por ser susceptibles a hundimientos graves, los suelos extra-sensibles, o los suelos que tengan una gran probabilidad de licuefacción, es necesaria una investigación geotécnica especial. En algunas circunstancias, sin embargo, puede ser apropiado llevar a cabo investigaciones sismológicas y geotécnicas que vayan más allá de las condiciones mínimas impuestas por el Código de construcción. Este puede ser el caso, por ejemplo cuando los movimientos del terreno debidas a las condiciones de la zona o a los efectos de interacción terreno-estructura, se considere que juegan un importante papel en el comportamiento de la estructura objeto de la investigación. Además, puede que se tenga que llevar a cabo una investigación geotécnica para tomar medidas explorativas o curativas. Se puede hacer una distinción entre los diferentes tipos de cimentaciones utilizadas para sostener los edificios: Las cimentaciones poco profundas (zapata o zapata flexible) como las cimentaciones continuas bajo los muros (la amplitud de la cimentación es un poco más importante que la del muro que sostiene), utilizando generalmente piedras y mortero para las cimentaciones de edificios. Las cimentaciones profundas (pilotes, pozos) son utilizados cuando la resistencia (es decir, la capacidad portante) del suelo no es suficiente para sostener la estructura superior. Existen numerosos tipos de cimentaciones profundas, desde las cimentaciones antiguas, utilizando piedras y morteros, hasta los pilotes de madera, especialmente cuando el agua está cerca. La capacidad de las cimentaciones, en este caso, es la suma del rozamiento lateral y de la carga en punta. Escoger un método para consolidar y tratar una cimentación de un edificio histórico o tradicional depende del conocimiento 309

16 II. La reflexión y el proyecto Herramienta Consolidación y tratamiento de la cimentación. Experiencias egipcias del origen de la degradación: hundimiento, aumento de las cargas, modificación de la geometría de la estructura, temblor de tierra, explosión, cambio del nivel del agua y/o acciones químicas. Consideramos que el tratamiento de las cimentaciones debe seguir las indicaciones siguientes: Realización de estudios geotécnicos para el suelo de las cimentaciones, inspección y diagnóstico de las cimentaciones, y conocimiento de la situación y del estado actual. La elección del método o del refuerzo depende del informe de los expertos geotécnicos y sus recomendaciones. El refuerzo de las cimentaciones subterráneas no debe conservar necesariamente el mismo tipo de construcción que la parte superior de la estructura. Existen numerosos métodos para reforzar la cimentación: Refuerzo de las cimentaciones existentes Utilización de micro-pilotes Fortalecimiento del suelo con la utilización de soluciones avanzadas. Refuerzo de las cimentaciones existentes Uno de los métodos consiste en consolidar y recalzar las cimentaciones existentes añadiendo una masa suplementaria, fijándola a la cimentación antigua mediante tensores de acero, pernos de anclaje, así como también otros tipos de ataduras, para crear un sistema de cimentación que no permita que se muevan lateralmente. Para reforzar la cimentación de un muro antiguo, se debe empezar determinando la carga de la estructura (piedras y material de relleno), y la capacidad portante del suelo de la cimentación. Si los resultados muestran que la dimensión de la cimentación actual no es suficiente para sostener las estructuras en unas condiciones de seguridad realistas, se deberá aumentar la superficie de la cimentación. Las cimentaciones suplementarias deberán ser realizadas en conexión con la zona antigua mediante la utilización de barras, cables, etc. Antes de emprender la consolidación de las cimentaciones antiguas, debe llevarse a cabo un sistema completo de refuerzo provisional para conservar la estabilidad del muro y de la estructura. El concepto de consolidación y de apuntalamiento de las cimentaciones existentes puede consistir en añadir una masa suplementaria cuando no haya problema de hundimiento (roca dura). La masa puede entonces estar construida en la zona de las cimentaciones existentes; las nuevas masas están unidas a las antiguas cimentaciones utilizando tensores de acero, pernos de anclaje, así como otro tipo de ataduras, para crear un sistema de cimentación que no se pueda desplazar lateralmente. La acción que consiste en ampliar las cimentaciones es más efectiva ya que si la hacemos mayor, más allá del extremo de la cimentación, la presión de las cargas transferidas se extenderá sobre una mayor área del estrato más profundo y más resistente del suelo. Utilizar un trabajo de recalce puede representar la única solución fiable cuando no sea posible parar el hundimiento de otra manera. No obstante, el recalce de los edificios históricos debe ser considerado como la última solución. Esta solución, cuando se adopta para cimentaciones poco profundas, puede ocasionar problemas durante la fase de perforación, ya que el suelo puede desplomarse durante los trabajos de perforación, dado que ciertas partes son recalzadas mientras que otras, que no los son, reposan aun sobre el suelo deformado. 310

17 Herramienta Consolidación y tratamiento de la cimentación. Experiencias egipcias II. La reflexión y el proyecto La utilización de micro-pilotes para consolidar los monumentos históricos Cuando el subsuelo tiene una capacidad portante insuficiente y/o el terreno más resistente está situado a una profundidad importante, se pueden utilizar los pilotes y los micro-pilotes para reforzar la estabilidad de las cimentaciones profundas. Otra solución consiste en utilizar una técnica moderna para consolidar las antiguas estructuras. La utilización de los micro-pilotes constituye en nuestros días uno de los segmentos cada vez más extendidos en las cimentaciones profundas. También conocidos como pin piles o minipiles, los micro-pilotes son de pequeño diámetro, en forma de tubo de una gran capacidad. Están absolutamente indicados para barras roscadas cortas e instaladas gracias a diferentes técnicas de perforación. La adición de mortero a las barras roscadas refuerza los pilones para la resistencia lateral, las cargas de tracción así como las de compresión. Los micro-pilotes pueden reemplazar los pilones convencionales en la mayor parte de los casos, y son particularmente económicos allí donde las condiciones de suelo sean difíciles (suelo de rocas o con cavidades) o donde el acceso al espacio de trabajo sea difícil o limitado, como puede ser en las revisiones de los edificios tras un temblor de tierra. Los micropilotes son instalados más como tirantes o clavos del suelo, utilizando plataformas de perforación rotativa o equipos de perforación a percusión. Debido a su pequeño tamaño, se pueden emplear de forma más económica una gran variedad de técnicas de perforación, lo cual hace su utilización más atractiva: taladros de barrena, tri-cono, cabeza de percusión, equipo de perforación, down-the-hole-hammer, hollow grouting hill (Titan), etc. Los micro-pilotes están ampliamente aceptados por los ingenieros y diseñadores quienes reemplazan actualmente los pilotes tradicionales por los micro-pilotes, para beneficio de los propietarios. Refuerzo del suelo utilizando soluciones avanzadas (Ejemplo: complejo Qalawoon). Debido a la elevación del nivel de agua subterránea, ésta se desplaza continuamente y se lleva con ella las partículas del suelo, lo que comporta la creación de numerosos agujeros o cavidades en el suelo, provocando un comportamiento heterogéneo del suelo. Para tener un suelo consolidado con una buena capacidad portante y una sección homogénea, se debe instalar un sistema de drenaje, fijando también el nivel de las aguas subterráneas para poder parar las corrientes. Entonces, el proceso de inyección de tierra se lleva a cabo, primero perforando el suelo a los niveles especificados y después insertando una tubería de válvula que permitirá inyectar el material de cimentación a una presión que no excederá 2 Bar. El suelo es inyectado con una mezcla constituida por una parte de cemento, cuatro partes de agua y 0,50 de bentonita. Después de un período de 24 horas, se puede realizar una inyección final con un nivel de cemento superior, así como con los aditivos Complast 431 para aplicar una lechada plastificada, que permitirá obtener un suelo con la capacidad portante requerida. 311

18 II. La reflexión y el proyecto Herramienta Aspectos tecnológicos y estructurales en la conservación de la antigua ciudad de Acre Ofer Cohen Ingeniero Israel Antiquities Authority Yael F. Na aman Arquitecto Departamento de Conservación de Israel Antiquities Authority Este artículo trata los aspectos tecnológicos y estructurales de la conservación de los restos de la antigua ciudad de Acre (Akko en hebreo). El concepto de base es la conservación auténtica mediante la preservación de los materiales y de las fachadas de origen sin molestar la vida cotidiana de la ciudad. La información que se presenta aquí proviene de estudios de ingeniería física que se han llevado a cabo en la ciudad durante la última década. Las ruinas de los edificios y la degradación material Las ruinas de un edificio es un estado en el cual el edificio ha perdido parcial o totalmente su capacidad portante y que es susceptible de derribarse de forma total o parcial. Las ruinas normalmente han sido provocadas por grietas, derrumbamientos, aplastamientos, desprendimientos y deformación de los elementos. La degradación es el deterioro así como la erosión de los materiales, condición que lleva habitualmente a la reducción de su resistencia y al aumento de su fragilidad y porosidad. El proceso de pérdida de material proviene de la acción física y química, que empieza en general por el exterior y se propaga a continuación hacia el interior. Los mecanismos que producen los derrumbamientos o la degradación vienen determinados por un cierto número de factores: la ausencia de un correcto mantenimiento, la ausencia de conocimientos científicos ad hoc, la utilización de una construcción más allá de lo que se espera de ella, las imperfecciones de la concepción original y la introducción de nuevos elementos que no se habían previsto en el origen. Todos estos factores llevan a una reducción de la fuerza estructural, en otras palabras a la reducción de la capacidad portante, y también paralelamente al aumento de los efectos de las acciones implicadas. Aquí tienen lugar tres factores: el tipo de acción, la calidad de los materiales y el tipo de estructura. La acción implicada puede ser una serie de acciones mecánicas, dinámicas o estáticas, o una acción físico-química. La resistencia de los materiales queda afectada por el clima y la erosión, como resultado de procesos físico-químicos. La degradación está relacionada con elementos del medio ambiente natural, tales como la humedad, la lluvia, las fluctuaciones de temperatura, y a factores tales como la circulación (automóviles), la contaminación y la falta de mantenimiento que aceleran también los procesos naturales. La degradación puede ser química, física o biológica y está relacionada con los factores medioambientales, con las características de los materiales de construcción y con los La antigua ciudad de Acre (Israel). elementos específicos que protegen los edificios (por ejemplo los techos y desagües). El comportamiento estructural depende esencialmente del tipo de materiales utilizados, de la forma y el tamaño de la estructura, de las conexiones entre los elementos, así como de las condiciones medioambientales que rodean al edificio. Las ruinas son causadas por un aumento de la acción mecánica y una reducción de la eficacia estructural, tanto la causa es un fenómeno natural o como resultado de una acción causada por el hombre. Cuando estos acontecimientos tienen lugar sin un cuidadoso control, pueden tener un impacto negativo sobre el edificio (Croci 199: 41-46). La antigua ciudad de Acre fue construida con las piedras de construcción conocidas como kurkar (paredes y bóvedas) sólidamente mantenidas entre ellas por los materiales de conexión a base de cal, y de madera que fue utilizada en las cubiertas, ventanas y puertas. Fueron también utilizados otros elementos, por ejemplo de caliza dura (para los peldaños volados, pavimentos en los espacios públicos, ventanas y elementos decorativos) y mármol. 312

19 Herramienta Aspectos tecnológicos y estructurales en la conservación de la antigua ciudad de Acre II. La reflexión y el proyecto En los períodos recientes se han utilizado materiales tales como los pavimentos de granito u hormigón pintado, vigas de acero, tejas de Marsella y, evidentemente, hormigón. Estos últimos años hemos sido testigos de la utilización de una gran variedad de materiales modernos, entre ellos, los revestimientos de yeso, aluminio y de cerámica. Los problemas estructurales más comunes de la antigua ciudad están concentrados en los muros, las bóvedas, así como los techos de las construcciones. Cada uno de ellos está caracterizado por problemas que tienen origen en las técnicas de construcción, la calidad de los materiales, los factores de destrucción de la construcción, así como los de degradación de los materiales. En este caso, los restos de los muros aparecen relativamente elevados en relación al entorno y los de las bóvedas son inestables. La solución consiste en restaurar la función espacial en la planta baja y/o sostener los restos en el suelo o en una estructura adyacente. 3. El derrumbamiento de un techo de madera en la última planta y de la bóveda en planta baja, y la desintegración de los muros exteriores. Los mecanismos de degradación de las edificaciones Existen dos factores que están destruyendo los edificios de la antigua ciudad de Acre: (1) la degradación de los materiales debido a la erosión, como consecuencia de procesos naturales; y (2) la situación de ruina, debido a la intervención humana. El proceso natural de la degradación de los materiales está influenciado por un nivel de humedad y moho particularmente elevados, así como por la cristalización de la sal, las propiedades del aire, las características del terreno, el agua (las precipitaciones y la proximidad al mar), la temperatura y la intervención humana con un mantenimiento incorrecto. Los daños causados por la intervención directa del hombre es algo común, por ejemplo: las acciones de renovación en que los materiales mal adaptados han sido utilizados; el desmantelamiento de elementos de la construcción para adaptar el espacio construido a las necesidades de los usuarios o para limpiar una zona necesaria para una nueva construcción. Incluso también para crear nuevos itinerarios de acceso o mejora de los existentes, el desmantelamiento de una parte de una estructura para ponerla como uso secundario en otro lugar, o el desmantelamiento para evitar un peligro inminente. Un esquema del proceso de desintegración de los edificios incluye la degradación prolongada de las viguetas de los techos en la última planta hasta su hundimiento, el proceso acelerado de derrumbamiento de los muros también de la última planta, y las bóvedas en la planta baja, así como la desintegración continua de los muros exteriores del edificio. 1. En la estela del derrumbamiento de un techo de madera en la última planta, los muros permanecen en pie, altos y delgados en relación al entorno inmediato. El peligro en esta situación es que la estabilidad de los muros sea socavado, provocando la caída o derrumbamiento de algunas piedras de las secciones de las paredes. La solución en este caso consiste en estabilizar los restos creando un elemento llano en la parte superior de las paredes y/o apoyar con anclajes la bóveda. 2. El derrumbamiento de un techo de madera en la última planta y la bóveda en la planta baja, y la desintegración parcial de los muros. Los problemas estructurales. Lesiones en el muro. 313

20 II. La reflexión y el proyecto Herramienta Aspectos tecnológicos y estructurales en la conservación de la antigua ciudad de Acre En esta situación, permanece una especie de muñón protuberante, y este resto no se estabiliza mediante la bóveda. La solución requiere la estabilización del resto de la bóveda o la distancia controlada de las partes peligrosas. El sistema de desintegración descrito más arriba es también válido en los edificios de tres plantas en las que existan dos techos de madera sostenidos por encima de una planta abovedada. El factor más significativo y más común en el proceso de ruina de la ciudad es la inclinación de los muros, es decir, su desplome en relación a la vertical. Podemos decir que todos los casos de ruina de edificios en la antigua ciudad de Acre provienen de la ausencia de un mantenimiento adaptado o bien que son el resultado de un derrumbamiento físico. Estos factores son la causa de una reacción en cadena provocando las ruinas y la degradación prolongadas, así como de un constante deterioro de las condiciones físicas del edificio. Los muros de doble hoja Muchos de los muros de planta baja en Acre están construidos mediante dos hojas de piedras con un relleno de debesh entre las dos. La construcción se efectuó en hiladas horizontales: en primer lugar, se colocó una hilada de sillares de las hojas externas del muro y el espacio entre ellas se rellenó de debesh, ya que la segunda hilada de piedras se puso a continuación, una hilera encima de la otra. Las caras externas de los muros han sido construidas con mampostería de piedra labrada kurkar pero las reparaciones se han efectuado con mampuestos. El núcleo de los muros consiste en un relleno de pequeñas piedras y de materiales de conexión. En la construcción de la ciudad, se ha hecho un gran uso de los dos tipos de materiales de conexión, uno a base de cal y el otro a base de tierra. La mayor parte de los muros tienen de 0 a 120 cm de espesor. Su primera función es la de sostener los pesos de las plantas abovedadas y de dirigir las cargas de los muros altos (anchos, del espesor de una piedra) de las plantas superiores. La impresión inicial que se tiene cuando se miran los muros, es que son homogéneos. No obstante, cuando se observa el material de conexión que se desmorona en las zonas donde el muro ha sido deteriorado o en una degradación parcial, se obtiene una imagen diferente: el material de construcción de los muros, igual que la masa de la construcción, están a punto de sufrir un proceso de desintegración. Los muros de la ciudad de Acre se pueden clasificar en cuatro tipos: Tipo 1: construcción regular que utiliza sillares que tienen cinco caras talladas. La altura de la piedra y la hilada es de 45 cm, las piedras tienen de 50 a 100 cm de longitud y la unión entre dos hileras de sillares es de 5 a 10 mm. En general, se puede decir que la calidad de este tipo de muro es buena. Tipo 2: construcción regular que utiliza sillares que tienen cinco superficies talladas. La altura de la piedra y la hilada es de 1 a 37 cm, las piedras tienen de 1 a 45 cm de longitud y la unión entre las dos hileras de sillares es de 5 a 10 mm. En general, se puede decir que la calidad de este tipo de muro es buena. Tipo 3: construcción regular utilizando mampuestos concertados. La altura de la piedra y la hilada es de 23 a 40 cm, las piedras tienen de 1 a 60 cm de longitud y la unión entre las dos hileras de piedras es de 5 a 10 mm. En general, se puede decir que la calidad de este muro es mediana. Tipo 4: construcción irregular utilizando mampuestos sin concertar. La talla y la forma de estas piedras varían y la hilada no es de una longitud uniforme. La longitud de las juntas no es uniforme ni tampoco las juntas verticales que se extienden frecuentemente sobre más de una hilera. La calidad de este tipo de muro es fiable. Los muros, como estos, son principalmente reparaciones de muros o muros de sostenimiento. La mayoría de los problemas estructurales de los muros implican: la pérdida de superficies externas de los muros, los defectos estructurales en las superficies externas, fisuras, defectos en el diseño del muro que se caracterizan principalmente por desplazamientos horizontales, huecos en el núcleo del muro o pérdidas de materiales de conexión en el interior del muro. Estos problemas están causados por la utilización de materiales de calidad inferior. La ausencia de acabado correcto en la parte superior de los muros lleva a la formación de vacíos en el interior. El desgaste se produce frecuentemente cuando los materiales de conexión se desmoronan poco a poco, partiendo de las fisuras y las juntas. Por otra parte, hay que añadir la actual ausencia de mantenimiento que acelera los procesos de envejecimiento natural. Pérdida de piedras Existe un número de factores llevan a la ausencia de piedras en la superficie externa de un muro: 1. El daño mecánico directo de una o más piedras que comporta la pérdida de las mismas. Dicho derrumbamiento tiene como resultado que las otras piedras se caigan también del muro. Una o más piedras sufren un desgaste intenso haciendo que otras piedras se caigan de la hilada superior. Este proceso no se parará hasta que la zona derrumbada sea estabilizada. 2. La mala calidad de la construcción de un muro. En este caso, la superficie interna que está en contacto entre las diferentes hiladas y la profundidad las piedras es insuficiente y no están suficientemente ancladas en el muro. Por ello, una presión mínima provocará el despegue de piedras y su caída. 3. El derrumbamiento de una parte de la superficie externa de un muro seguido de la deformación causada por la distensión. 4. La eliminación de un muro o de una partición perpendicular en el muro entrañará la ruina de la totalidad del muro, la pérdida de piedras y una degradación acelerada. 314