Diagnóstico y rehabilitación estructural de edificios ... · Roberto Meli Diagnóstico y...
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Roberto Meli
Diagnóstico y rehabilitación estructural de edificios históricos
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Edificios de distintas épocas históricas
El gran arco maya de Labná. Yucatán. Siglo VIII
Templo y Convento de Izamal, Yucatán, Siglo XVI
Casona; principios siglo XX Mérida, Yucatán
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Obras de ingeniería
Acueducto del Padre Tembleque, Zempoala ,Edo de México, siglo XVI
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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
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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
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Diferentes tipos de mampostería
Mampostería irregular
Adobe
Mampostería de sillares
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Fallas por peso propio
Colapso de la Torre Cívica de Pavía, Italia (Siglo XIII)
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Daños por envejecimiento y efectos ambientales
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Daños por sismo
Templo de San Andrés Cholula, 1999
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Estadísticas de daños en templos coloniales por
el sismo del 15 de junio de 1999
Estado
Puebla
Oaxaca
Morelos
Edo. de México
Tlaxcala
Veracruz
Guerrero
Ligero Moderado Severo Total
562
86
–
–
–
–
–
Total
450
70
–
–
–
–
–
112
35
–
–
–
–
–
1,124
151
125
40
64
24
14
1542
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Fallas de bóvedas y naves por apertura de sus apoyos
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Daños por hundimientos diferenciales
Centro histórico, Ciudad de México
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Vulnerabilidad estructural de los edificios de mampostería de piedra
Escasa resistencia a tracción
Falta de liga entre los distintos elementos estructurales
Comportamiento frágil
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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
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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
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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
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Algunas técnicas para investigación del estado de la estructura
Ultrasonido
Radar de penetración
Endoscopía en barrenos de pequeño diámetro
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Propiedades de los materiales
Extracción de núcleos
Pruebas para determinar
resistencia y módulo de
deformación ante
esfuerzos de
compresión.
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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
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Requisitos para las medidas de rehabilitación
• Efectividad (demostrada a muy largo plazo) • Mínima alteración • Compatibilidad • Reversibilidad (Reemplazo)
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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
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Técnicas tradicionales de intervención
• Consolidación (inyección de lechadas) y rejunteo
• Restitución
• Contrafuertes exteriores
• Tensores y anillos de confinamiento
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Refuerzo de columnas de la arquería del Palacio de la Inquisición
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Refuerzo de nave con tensores de acero
Templo de Santo Domingo,. Zacatecas, 2010
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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
Aplanado de mortero de cemento Mampostería de
piedra
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Bandas de fibras de carbono
Desarrollos recientes
Mallas de polipropileno con aplanado de cal
Morteros y lechadas especiales
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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
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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)
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Evolución de los hundimietos del terreno en el
centro histórico de la ciudad de México a lo
largo del siglo XX
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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
• Inducir juntas de construcción para separar zonas que se hunden a diferentes velocidades
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La Catedral de México
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Hundimientos diferenciales en 1989
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Tasa anual e crecimiento de hundimiento diferencial
(mm/año)
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Ubicación supuesta de templos y pirámides pre-hispánicos
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Esquema de grietas principales
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Desplomos de las cuatro columnas del crucero
Diferencias de la posición de la sección superior e inferior de las columnas
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Subexcavación para corrección de hundimientos diferenciales
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Correcciones de hundimientos por la
subexcavación (1993-99)
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Corrección por subexcavación del desplomo
de las 16 columnas
de la excentricidad inicial y final de cada columna
a) Ubicación en una misma planta y sobre un mismo origen
b) Corrección del desplome
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
De
sp
lom
o (
%)
c-4
d-4
c-5
d-5
c-6
d-6
c-7
d-7
c-8
d-8
c-9
d-9
c-1
0
d-1
0
c-1
1
d-1
1
Columna
Desplomo InicialDesplomo Final
-3
-2
-1
0
-3 -2 -1 0 1
Posición oriente - poniente (%)
Po
sic
ión
no
rte
- s
ur (
%)
Desplomo inicial
Desplomo final
C6
C4
C7
D6
D7
D11D8
D9C9
CC5
C10
C8
Fig 23. Modificación de la inclinación de las columnas de la nave central
lograda entre agosto de 1993 y mayo de 1998.
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Reducción de la deformabilidad del subsuelo
por inyección de mortero de cal y arena
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Correcciones de hundimientos y desplomos
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Variación de la verticalidad de la torre
poniente, antes y después de la inyección
TEL 07 Torre poniente
0
20
40
60
80
100
120
Feb-96 Ene-97 Ene-98 Ene-99 Ene-00 Ene-01 Ene-02 Ene-03 Ene-04 Ene-05 Ene-06
Tiempo
De
sp
laza
mie
nto
(mm
)
N-S
E-0
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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
-2000
-1600
-1200
-800
-400
0
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-
06
Tiempo [años]
Hu
nd
imie
nto
[m
m]
-1000
-800
-600
-400
-200
0
Dif
ere
nc
ia [
mm
]
5 113 Diferencia
23-A
go-9
3
17-A
br-
95
10-J
ul-9
5
15-J
un-9
8
09-A
go
-99
08-F
eb-9
9
22-D
ic-0
0
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Variación del claro de la nave central
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15F
eb-9
6
Ene-9
7
Feb-9
8
Feb-9
9
Feb-0
0
Feb-0
1
Feb-0
2
Feb-0
3
Feb-0
4
Feb-0
5
Feb-0
6
Tiempo
Desp
lazam
ien
to (
m m
)
Monitoreo manual
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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
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a) Anillo
Dispositivo de anclaje
Cuerpo IV
Cuerpo I I
Cuerpo III
Base de columna Vigas de acero clocadas en la recimentación de los años 30's
Unión entre dos cuerpos
Placas horizontales para transferir esfuerzos hacia el anillo
Cuerpo I
Placas tipo llaves de cortante
A A
Placas tipo llaves de cortante
Vigas de acero colocadas en la recimentación de los años 30's
Placa base
Montante anillo de refuerzo
Placas horizontales para transferir esfuerzos hacia el anillo
Corte A - A
b) Dispositivo de anclaje
.
Anillo de confinamiento en base de columna
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3 SO 4 SE
1S
4 NO
2 O
1 N
20 cm
2 E
3 NE
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
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 SO 4 SE
1S
4 NO
2 O
1 N
20 cm
2 E
3 NE
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
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.
Rehabilitación de columnas
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Confinamiento con tensores de portadas del crucero
Tensores formados
por barras de
acero inoxidable
Viga de conceto reforzado
provis ta de llaves de
cortante
Dimensiones en mm
Gr ieta
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Sensores de la red de monitoreo en tiempo
real del comportamiento de la Catedral
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Estaciones de control del monitoreo de
Catedral y Palacio Nacional
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El Palacio Nacional
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Palacio Nacional. Perfil de hundimientos diferenciales de las fachadas
Fachada Poniente
Fachada Norte
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Ubicación de sensores del sistema de
monitoreo del Palacio Nacional
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Palacio Nacional. Evolución de los
hundimientos de la fachada norte.
Deformación sobre fachada norte
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50
Longitud (m)
Defo
rmació
n (
mm
)
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
TORREÓN
Niv-5
Niv-6
Niv-7Niv-8
Niv-9
Niv-10W
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Antiguo templo de Corpus Christi
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Desplomos medidos en las cabezas de muros
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Refuerzo de la cimentación con micropilotes y contratrabes de concreto
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Confinamiento de las naves con tensores
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Anclaje de la fachada a la nave
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Vigas de acero como tensores para para anclar la fachada poniente
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Palacio de la Inquisición.
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Curvas de nivel de hundimientos diferenciales acumulados .1999
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Curvas de nivel de tasas de crecimiento de los hundimientos diferenciales. 2005
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Mecanismo de daño de las arcadas del patio central
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Daños en la arquería del lado oriente y en la losa y columna de corredor
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Refuerzo de la cimentación con micropilotes y vigas de acompañamiento
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Refuerzo de la cimentación con micropilotes y vigas de acompañamiento
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Elevación de la arquería oriente con refuerzos nuevos y existente
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Confinamiento con placas de acero en columnas dañadas
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Evolución asentamientos diferenciales durante e inmediatamente después de la instalación de los micropilotes