Diagnóstico y rehabilitación estructural de edificios históricos. Roberto Meli

Transcripción

1 Diagnóstico y rehabilitación estructural de edificios históricos Roberto Meli

2 Edificios de distintas épocas históricas El gran arco maya de Labná. Yucatán. Siglo VIII Casona; principios siglo XX Mérida, Yucatán Templo y Convento de Izamal, Yucatán, Siglo XVI

3 Obras de ingeniería Acueducto del Padre Tembleque, Zempoala,Edo de México, siglo XVI

4 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 Envigado de madera con tablones o bóveda catalana Cubiertas abovedadas, muros y contrafuertes

5 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

6 Diferentes tipos de mampostería Adobe Mampostería irregular Mampostería de sillares

7 Fallas por peso propio Colapso de la Torre Cívica de Pavía, Italia (Siglo XIII)

8 Daños por envejecimiento y efectos ambientales

9 Daños por sismo Templo de San Andrés Cholula, 1999

10 Estadísticas de daños en templos coloniales por el sismo del 15 de junio de 1999 Estado Ligero Moderado Severo Total Puebla ,124 Oaxaca Morelos 125 Edo. de México 40 Tlaxcala 64 Veracruz 24 Guerrero 14 Total 1542

11 Fallas de bóvedas y naves por apertura de sus apoyos

12 Daños por hundimientos diferenciales Centro histórico, Ciudad de México

13 Vulnerabilidad estructural de los edificios de mampostería de piedra Escasa resistencia a tracción Falta de liga entre los distintos elementos estructurales Comportamiento frágil

14 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

15 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

16 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

17 Algunas técnicas para investigación del estado de la estructura Ultrasonido Radar de penetración Endoscopía en barrenos de pequeño diámetro

18 Propiedades de los materiales Extracción de núcleos Pruebas para determinar resistencia y módulo de deformación ante esfuerzos de compresión.

19 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

20 Requisitos para las medidas de rehabilitación Efectividad (demostrada a muy largo plazo) Mínima alteración Compatibilidad Reversibilidad (Reemplazo)

21 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

22 Técnicas tradicionales de intervención Consolidación (inyección de lechadas) y rejunteo Restitución Contrafuertes exteriores Tensores y anillos de confinamiento

23 Refuerzo de columnas de la arquería del Palacio de la Inquisición

24 Refuerzo de nave con tensores de acero Templo de Santo Domingo,. Zacatecas, 2010

25 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 reforzadas con malla electrosoldada Malla electrosoldada Mampostería de piedra Aplanado de mortero de cemento

26 Desarrollos recientes Morteros y lechadas especiales Mallas de polipropileno con aplanado de cal Bandas de fibras de carbono

27 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

28 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)

29 Evolución de los hundimietos del terreno en el centro histórico de la ciudad de México a lo largo del siglo XX

30 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

31 La Catedral de México

32 Hundimientos diferenciales en 1989

33 Tasa anual e crecimiento de hundimiento diferencial (mm/año)

34 Ubicación supuesta de templos y pirámides pre-hispánicos

35 Esquema de grietas principales

36 Desplomos de las cuatro columnas del crucero Diferencias de la posición de la sección superior e inferior de las columnas

37 Subexcavación para corrección de hundimientos diferenciales

38 Correcciones de hundimientos por la subexcavación ( )

39 Posición norte - sur (%) Corrección por subexcavación del desplomo de las 16 columnas D6 0 C6 C5 C C4 D8 D11 D7 C10 C8-1 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

40 Reducción de la deformabilidad del subsuelo por inyección de mortero de cal y arena

41 Correcciones de hundimientos y desplomos

42 Desplazamiento(mm) Variación de la verticalidad de la torre poniente, antes y después de la inyección TEL 07 Torre poniente N-S E Feb-96 Ene-97 Ene-98 Ene-99 Ene-00 Ene-01 Ene-02 Ene-03 Ene-04 Ene-05 Ene-06 Tiempo

43 Hundimiento [mm] 23-Ago Abr Jul-95 Tiempo [años] 15-Jun Feb Ago Dic-00 Diferencia [mm] Hundimiento del piso en torre poniente y en Historia comparada del punto 113 contra el punto 5 altar mayor, desde durante 1991 el periodo Oct-91 a Ago Diferencia Oct- 91 Oct- 92 Oct- 93 Oct- 94 Oct- 95 Oct- 96 Oct- 97 Oct- 98 Oct- 99 Oct- 00 Oct- 01 Oct- 02 Oct- 03 Oct- 04 Oct- 05 Oct

44 Feb-96 Ene-97 Feb-98 Feb-99 Feb-00 Feb-01 Feb-02 Feb-03 Feb-04 Feb-05 Feb-06 Desplazamiento ( m m ) Variación del claro de la nave central Monitoreo manual Tiempo

45 Catedral de México Esquema del refuerzo de la cimentación A B C D E F

46 Anillo de confinamiento en base de columna Placas horizontales para transferir esfuerzos hacia el anillo Placas tipo llaves de cortante Montante anillo de refuerzo Dispositivo de anclaje Cuerpo I Unión entre dos cuerpos Cuerpo I I Placas tipo llaves de cortante Placas horizontales para transferir esfuerzos hacia el anillo Base de columna Vigas de acero clocadas en la recimentación de los años 30's Placa base Cuerpo IV A A Cuerpo III Vigas de acero colocadas en la recimentación de los años 30's Corte A - A a) Anillo. b) Dispositivo de anclaje

47 Rehabilitación de columnas 4 NO 1 N 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 2 O 2 E 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

48 Confinamiento con tensores de portadas del crucero Dimensiones en mm Viga de conceto reforzado provista de llaves de cortante Tensores formados por barras de acero inoxidable Gr ieta

49 Sensores de la red de monitoreo en tiempo real del comportamiento de la Catedral

50 Estaciones de control del monitoreo de Catedral y Palacio Nacional

51 El Palacio Nacional

52 Palacio Nacional. Perfil de hundimientos diferenciales de las fachadas Fachada Poniente Fachada Norte

53 Ubicación de sensores del sistema de monitoreo del Palacio Nacional

54 Deformación (mm) Palacio Nacional. Evolución de los hundimientos de la fachada norte. 60 Deformación sobre fachada norte Niv-6 W Niv-7 Niv-8 Niv-9 Niv TORREÓN Niv-5 Longitud (m)

55 Antiguo templo de Corpus Christi

56 Desplomos medidos en las cabezas de muros

57 Refuerzo de la cimentación con micropilotes y contratrabes de concreto

58 Confinamiento de las naves con tensores

59 Anclaje de la fachada a la nave

60 Vigas de acero como tensores para para anclar la fachada poniente

61 Palacio de la Inquisición.

62 Curvas de nivel de hundimientos diferenciales acumulados.1999

63 Curvas de nivel de tasas de crecimiento de los hundimientos diferenciales. 2005

64 Mecanismo de daño de las arcadas del patio central

65 Daños en la arquería del lado oriente y en la losa y columna de corredor

66 Refuerzo de la cimentación con micropilotes y vigas de acompañamiento

67 Refuerzo de la cimentación con micropilotes y vigas de acompañamiento

68 Elevación de la arquería oriente con refuerzos nuevos y existente

69

70 Confinamiento con placas de acero en columnas dañadas

71 Evolución asentamientos diferenciales durante e inmediatamente después de la instalación de los micropilotes