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Revista ingeniería de construcción

versão On-line ISSN 0718-5073

Rev. ing. constr. vol.27 no.2 Santiago ago. 2012

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-50732012000200002 

Revista Ingeniería de Construcción Vol. 27 No2, Agosto de 2012 www.ricuc.cl PAG. 19 - 33

Técnicas de avanzada en el diagnóstico patológico de edificaciones: "El Templete" de la Habana Vieja

 

José Armando Chávez Hernández*, Jorge Luis Broche Lorenzo*, Carlos A. Recarey Morfa*, Fernando Sánchez García1*, Miguel Angel Maestre Mesa**, Noel Pérez Martínez***

 

* Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas. CUBA

** Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas (ENIA). Ministerio de la Construcción (MICONS). CUBA

*** Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas (ENIA). Ministerio de la Construcción (MICONS). Instituto Superior Politécnico "José Antonio Echavarría". La Habana. CUBA

Dirección de Correspondencia


RESUMEN

En el lugar exacto donde se fundó la Villa de San Cristóbal de La Habana, se levanta un monumento que semeja un pequeño templo de la Grecia antigua: El Templete. Esta importante edificación de la ciudad ha estado sufriendo de lesiones estructurales poco comunes para un inmueble de estas características: pequeña, de una estructura robusta, materiales adecuados, buena ejecución, y por tanto de una excelente estabilidad estructural. Varias intervenciones no han podido evitar que vuelvan a aparecer estas lesiones estructurales, por lo que se hizo necesario un estudio de mayor complejidad y utilizando técnicas más avanzadas, que permitieran llegar a conocer las verdaderas causas de los daños. En este trabajo se expone el procedimiento que se ha seguido para llegar a un diagnóstico sobre bases científicas, que es el soporte para realizar el proyecto de intervención y recuperación del inmueble.

Palabras Clave: Diagnóstico, Instrumentación, Edificaciones Patrimoniales, Modelación, Técnicas Avanzadas.


1. Introducción

El Templete es una de las obras de mayor singularidad dentro de la arquitectura cubana, muy ligada a la historia y costumbres de los habitantes de la Ciudad de La Habana. En este sitio, el 16 noviembre de 1519, se celebró una misa que dejaba fundada la Villa. En la Figura 1 se muestra una imagen actual de dicha edificación, la que tiene frente el árbol Ceiba al cual acuden los habaneros todos los 16 de noviembre a rememorar el hecho y pedir deseos.

En 1827 el Capitán General de la Isla Francisco Dionisio Vives, mandó a construir en ese lugar el edificio que hoy conocemos como el Templete, siendo inaugurado al año siguiente.

A lo largo de sus casi doscientos años el edificio fue sufriendo el deterioro normal causado por el tiempo, y en menor medida por las condiciones de explotación, por lo que ha sido intervenido en varias ocasiones, tratando de eliminar las principales lesiones que se han manifestado, pero más tarde vuelven a surgir y algunas con mayor fuerza.

Figura 1. Imagen del Templete en la actualidad

 

Es por eso que la Oficina del Historiador de la Ciudad de La Habana solicita al grupo de investigación Oficina de Consultoría y Asesoría para la Modelación e Instrumentación de las Estructuras y el Terreno, creada entre el CIDEM1 y la ENIA2 para realizar estudios de alta complejidad teórica y práctica en la restauración de estructuras, y que por entonces se encontraba trabajando en el Palacio de los Capitanes Generales3 en la propia Habana Vieja y bien cerca del Templete. La investigación que se solicitó debía estudiar el por qué las lesiones aparecían tras las diferentes intervenciones realizadas a la edificación, y brindar recomendaciones para tratamientos más duraderos.

Como se pudo observar en la primera visita al inmueble, y posteriormente en el levantamiento detallado de las mismas, las principales lesiones consistían en grietas verticales que iban desde cubierta hasta cada columna en el frontón, también grietas verticales en los laterales, desde la cubierta hasta la base de los muros, y presumiblemente hasta la cimentación, parecía como si a la edificación la estuviesen "cortando" verticalmente. Por esas grietas, que constituyen lesiones primarias, penetraba la lluvia y se generaban nuevos procesos patológicos, que afectaban a otras partes de la edificación y al valioso patrimonio pictórico que se encuentra en su interior. Los investigadores se plantearon la hipótesis de que las grietas verticales podían ser el resultado de asentamientos diferenciales debido a las características del suelo donde está la edificación, o a factores externos como las afectaciones que pudieran causar las vigorosas raíces del árbol que crece frente al inmueble.

2. Desarrollo

Se aplicó la metodología "Procedimiento para el diagnóstico patológico de edificaciones patrimoniales de alta complejidad a través de técnicas computacionales" (Chávez, 2005), este procedimiento no sólo emplea las técnicas computacionales sino también todas las herramientas que contribuyen a su utilización y desarrollo como la modelación matemática y el uso de la instrumentación.

La Metodología establece cuatro etapas de trabajo, y dentro de éstas una serie de acciones particulares (Figura 2), funcionando así como un procedimiento sistémico, donde los datos obtenidos enriquecerán el siguiente paso y en caso necesario se volvería atrás para reformular o completar contenidos con los nuevos fundamentos.

Figura 2. Procedimiento utilizado en el estudio patológico llevado a cabo en Templete.

 

2.1 Etapa I. Inspección Preliminar

El Templete tiene una planta rectangular de inspiración greco-romana. Consta de un arquitrabe de seis columnas con capiteles dóricos y zócalos áticos, así como con cuatro pilastras más en los costados. El sencillo frontón está ornado con triglifos dóricos que alternan con motivos heráldicos. Las columnas, dispuestas en forma simétrica pero no regular, pues se agrupan con un peculiar ritmo, presentan un claro despiece de sus tambores. (Figuras 3 y 4)

Figura 3. Destalle del capitel en las columnas

Figura 4. Detalles del frontón

La mayoría de los elementos fueron construidos con piedra caliza, del tipo sedimentario, conocida como "conchífera", por la cantidad de fósiles de conchas y otros moluscos que presenta. El estilóbato es de mármol de Carrara.

Desde el punto de vista estructural es una edificación de muros de cargas. Las cargas se transmiten desde la cubierta hasta los muros, a través de vigas de madera colocados sobre aquellos. De los muros pasan las cargas a la cimentación y el terreno. Las seis columnas de la parte frontal se encargan de transmitir a la cimentación parte de la carga de la cubierta y del frontón.

Las zonas más afectadas de la edificación son el frontón y las columnas, así como los muros de carga laterales. En las inspecciones realizadas se llegó a la conclusión que no era necesario tomar acciones emergentes de apuntalamiento o evacuación del inmueble, pero si poner a salvo las obras de arte, debido al daño que la humedad que penetraba podía ocasionarles.

Se comprobó que en esta etapa no era necesario aplicar el Sistema inteligente de identificación y diagnóstico patológico (Charniak & McDermott, 1985) y (Bello, 2002), ya que las lesiones fueron bien identificadas desde la primera inspección, pero lo que no estaba claro aún eran las causas, y este Sistema, que utiliza la inteligencia artificial, se aplica para lesiones o familias de lesiones más complejas de identificar y tratar.

En el estudio de levantamiento dimensional de la edificación y los elementos estructurales que la conforman, se emplearon equipos con Laser, los que permitieron conformar los planos de planta, elevaciones y detalles con gran precisión. Posteriormente se realizó un modelo en 3D del edificio con los datos de la geometría. Los resultados indicaban que era una estructura estable y sin errores de diseño o construcción. (Figura 5)

Figura 5. Modelo en 3D de la Edificación (GiD)

2.2 Etapa II. Estudios Previos

Es aceptado por los especialistas, como el caso de Álvarez (2003), que para poder realizar un correcto diagnóstico de la estructura es necesario constar con un estudio sobre los parámetros fundamentales que caracterizan a los materiales que la componen. Con estos parámetros se puede obtener una modelación numérica de la edificación muy cercana a su real comportamiento, siempre y cuando se realice una adecuada calibración del modelo numérico. En esta etapa se siguió la metodología de trabajo que se expone en la Figura 6, la que resultó muy útil en la obtención de las propiedades de la estructura.

Figura 6. Trabajos realizados para la caracterización de los materiales

La madera utilizada tenía las características que se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Características mecánicas de la madera empleada en El Templete. Fuente: (Galabru, 1964), (Autores, 1978)

Para el caso de los muros, compuestos por piedra caliza y mortero, se hace uso de la teoría de homogenización para su caracterización. Primero caracterizan mecánicamente la piedra y el mortero que los une, y luego se hacen ensayos virtuales (micro y macro modelaciones numéricas que describen el comportamiento del compuesto piedra caliza-mortero) para conocer las características mecánicas de este material compuesto. Para la determinación de las características mecánicas (módulo de deformación E y coeficiente de Poisson -μ- del material compuesto y sus correspondientes parámetros de rotura) de los muros de cargas, se procede de la siguiente forma.

• Caracterización de los materiales componentes, las propiedades de cada material individual (roca caliza y mortero).

• Modelación virtual de los ensayos para determinar la incidencia de la roca en el conjunto.

• Definición de los parámetros físicos de los muros de cargas.

Estos parámetros son de gran importancia para la modelación estructural de la edificación, tomando como base que la estructura portante de esta obra son los muros de cargas. A continuación se detalla cómo se desarrollaron cada uno de los puntos anteriores.

2.3 Sillería de roca caliza horganógena

Para los bloques de roca caliza se hizo el ensayo de presiometría y prueba de placas, realizadas a macizos similares, pues debido al grado de protección de la edificación no se permitió tomar testigos a los muros. Con estas curvas se puede obtener los valores de módulos a partir de las expresiones que aparecen en la Tabla 2. (Jiménez Salas & L. de Justo Alpañés, 1975). Adicionalmente se tomaron testigos en los macizos rocosos de donde se extrajo originalmente la piedra usada en los muros, y se le realizaron ensayos de compresión y triaxial, los que permitieron obtener los parámetros constitutivos (elástico y plásticos) que caracterizan a este material.

Tabla 2. Ecuaciones para determinar los valores de módulo de deformación general

 

2.4 Modelación del conjunto bloque de sillería y mortero

Para estimar los parámetros del material compuesto se emplean varios métodos (ensayos reales in situ, a escala de laboratorio, no destructivos y virtuales, micro y macro modelación), con el objetivo de obtener los datos que permitieran definir con mayor exactitud los valores de las propiedades físico-mecánicas necesarias para una correcta modelación estructural.

Cada una de estas pruebas se realizan para determinar los parámetros físicos-mecánicos del compuesto, y ver cuál es la incidencia que tiene el bloque calizo en los muros portantes, partiendo de la hipótesis inicial de que, por la estructura y dimensiones de éste respecto al mortero, los parámetros que caracterizan al muro deben quedar definidos por el aporte del bloque de sillería. En las Figuras 7 y 8 se muestran esquemas de la modelación virtual de una muestra del muro de sillería.

Figura 7. Modelación virtual del ensayo a compresión diagonal

Figura 8 Modelación virtual del ensayo a compresión simple

Se pudo comprobar que los sillares de origen calizo corresponden a una caliza organógena de estratificación masiva, con alto nivel de porosidad y absorción de agua, lo que propicia un incremento de la densidad y de las cargas permanentes.

A lo que se añade los efectos de la dilatación-contracción de la edificación y los cambios bruscos de rigidez existente, debido a las dimensiones de los diferentes elementos que conforman la estructura. Estas características están influyendo en la aparición de lesiones.

También se estudió el suelo con el uso de la tomografía eléctrica, polo-polo, para recrear de forma tridimensional el suelo debajo de la edificación e incorporarlo a la modelación de la edificación. Era primera vez que se hacía este tipo de ensayo en el país. Se escogieron cuatro puntos (Figura 9) para realizar las perforaciones, de donde se extrajeron muestras del suelo y se introdujeron las sondas para la radiación eléctrica. El procedimiento de perforación fue a rotación con coronas de tungsteno y porta testigos simples, encamisándose hasta los 7.40 m de profundidad. (Figura 10)

Figura 9. Ubicación de las calas

Figura 10. Operarios en la máquina perforadora Mark V

Se obvia en este artículo la explicación detallada de cómo se procede para el ensayo mediante la Tomografía eléctrica. El número con que se identifican las imágenes se corresponde con el número de las perforaciones y el orden en que se midió, por ejemplo la imagen T12 significa la imagen entre la cala 1 y la cala 2. Siempre la imagen será observada como si el observador se encontrara en el exterior del perímetro. Las secuencias de mediciones de los cuadripolos se realizaron mediante el software "Electre", el que además se usa para transferir al equipo de medición la forma de ejecutar las mediciones automáticamente. Se midieron seis secciones tomográficas con la variante polo-polo y para todas se elaboró la imagen tomográfica de pa .

En la Figura 11 se muestran algunos ejemplos de la tomografías realizada al suelo.

Figura 11. Imágenes reales del equipo de geoelectricidad

Una vez obtenidas estas secciones se realizó el modelo tridimensional del suelo, como se muestra en la Figura 12.

Figura 12. Representación esquemática de la compleja geometría de los diferentes estratos de terreno detectados debajo de la cimentación del Templete

Teniendo el modelo tridimensional del suelo se ubicó al edificio en su lugar para llevar posteriormente a cabo la modelación. (Figura 13)

Figura 13. Estratos de terreno detectados debajo de la cimentación del Templete

Se pudo comprobar la gran diversidad de estratos que existen debajo de la edificación y que la forma en que se encuentran distribuidos es bastante irregular.

Llamó la atención el "bolsón" que se encontraba exactamente debajo de la edificación. Como resultado de estos análisis se llegaron a definir cuatro elementos ingeniero-geológicos que caracterizan en detalle los diferentes perfiles estudiados. (Maestre, 2008). Se comprobó que se está en presencia de un suelo muy heterogéneo y de muy pobre resistencia, con alto contenido de agua debido a la cercanía del mar y del manto freático. (Figura 14 y Tabla 3)

Figura 14. Muestra del elemento ingeniero- geológico No. 4

Tabla 3. Propiedades de las rocas y el suelo

 

Los datos obtenidos hasta aquí (la edificación con sus cargas y el suelo con sus propiedades) se agregaron al modelo inicial y se calibró. A esta fase en la metodología se le denomina Modelación, (Fase 2). A esta altura de la investigación ya se podía verificar la hipótesis inicial respecto a que El Templete se "movía" a la par del suelo donde se encontraba: los asientos diferenciales eran la causa de las grietas que se manifestaban en la estructura.

2.5 Etapa III. Diagnóstico patológico

Se completa en esta etapa el levantamiento de todas las patologías, además de las estructurales que ya se habían comenzado a estudiar (Pentón, 2007).

En este otro grupo estaban las relacionadas con las humedades, suciedades, la acción de plantas y alguna acción mecánica, entre otras (Coscollano, 2000). (Figuras 15 y 16)

Figura 15. Manchas de humedad por filtraciones en la cubierta

Figura 16. Grietas y partiduras en las losas de mármol del piso

Con toda la información sobre los procesos patológicos se elaboró un sistema de visualización gráfica con el software ArcView, y una base de conocimientos (Peña, 2006), (Gálvez, 2006) del sistema de gestión de la información que fue entregado a la Oficina del historiador.

Además de las lesiones originadas por los asentamientos diferenciales, los elementos de piedra de la edificación también han sido afectados por el aerosol marino, pues el Templete está a menos de 200 metros del mar; pero también por la alta humedad relativa, el viento, fuertes lluvias y las deficiencias en el sistema de conservación (Pérez, 2000).

Debido a la categoría y magnitud de las lesiones se llegó al siguiente diagnóstico:

1. En cuanto al nivel de intervención que se recomienda: (Tabla 4)

2. El estado técnico general de la edificación se puede clasificar como regular, no tanto por las lesiones actuales sino por las que amenazan con manifestarse, sobre todo las debidas a los asentamientos diferenciales y las humedades.

3. Antes de realizar el proyecto de intervención sería conveniente realizar algunas calas en la impermeabilización para conocer la altura de relleno y poder hacer la rectificación de las pendientes.

4. En la esquina orientada al Suroeste, donde se aprecian lesiones que tienen posible causa en el giro por asentamiento de la base de la cimentación, es conveniente realizar una prospección que permita determinar la magnitud del asentamiento. En este caso es conveniente realizar una instrumentación geotécnica y estructural con el objetivo de determinar si el asentamiento diferencial está activo o no. De esta forma se delimita la necesidad o no de realizar inyecciones en el suelo para contener el posible progreso de los asentamientos diferenciales.

5. Por el hecho de que en todas las épocas ha existido un gran árbol frente al Templete, las raíces han afectado los pisos, pavimentos y otros elementos, lo que se agudiza por el tipo de estratificación del terreno existente debajo de la edificación.

Tabla 4. Recomendaciones según los procesos patológicos

2.6 Etapa IV. Propuestas de actuación

En esta etapa se elaboraron un conjunto de recomendaciones a considerar en el proyecto de intervención. Debido a que los principales ensayos fueron realizados para conocer las causas de las grietas y conocido ya el origen de éstas, se recomendó estudiar qué terapia sería la más conveniente para intervenir en la piedra, debido a sus características particulares y los daños que hoy manifiesta. En este caso se tuvieron en cuenta estudios como los de Juan Monjo (Monjo, 1998), tanto para la limpieza, como la consolidación de muros de piedra natural. Se recomendó crear un equipo multidisciplinario que fuera capaz de poder atender también los daños ocasionados a los valores pictóricos y escultóricos contenidos en el inmueble. Dentro de las propuestas se consideró la desalinización de algunas partes, luego de que se cuente con el reporte del tipo y acción de las sales. Otro de los elementos que se deben atender son los metálicos, sobre todo los que están en contacto con la piedra, debido a los daños por fractura durante el proceso de corrosión de los mismos. Se deben estudiar además, los morteros a utilizar, los que en todo caso deben ser similares a los originales en cuanto a dosificación y composición.

Respecto al tema más importante, que es la situación del suelo y el comportamiento de la estructura, hay que remitirse a los resultados que brindó la modelación, pues en este proceso se concibieron dos modelos, uno que toma en cuenta la rigidez del terreno por debajo de la cimentación, y otro que considera el terreno como un sólido rígido. Los resultados obtenidos con el modelo que considera el suelo como rígido posibilitó delimitar las causas que provocan las patologías estructurales existentes en la edificación, y orientar el trabajo hacia un análisis de interacción terreno-estructura, con el objetivo de valorar la influencia de la deformabilidad del terreno en la aparición de las grietas.

Este análisis permitió contraponer las zonas de concentración de tensiones con la ubicación de las patologías estructurales dentro de la edificación, lo que demostró que la aparición de las grietas se debe a los asientos diferenciales. La fractura de la fábrica de piedra se produce por la acción de las cargas verticales, que al actuar sobre la compleja forma geométrica de los estratos, hace que la edificación sufra un asentamiento diferencial y a su vez un giro.

El equipo de trabajo recomendó, para estas lesiones, realizar inyecciones en el suelo para contener el progreso de los asentamientos diferenciales, sobre todo en la esquina orientada al Suroeste, que es donde se encuentra el mayor volumen de la bolsa de arcilla muy plástica. Esta solución se modeló y se pudo comprobar que se eliminaban los asentamientos, y como resultado las grietas, si se resolvía el problema del suelo.

3. Conclusiones

Sin la aplicación de técnicas avanzadas, como las que se utilizaron en esta investigación, era muy difícil, por no decir imposible, haber podido conocer la verdadera causa de las principales lesiones, y toda intervención estaba condenada al fracaso, produciéndose intermitentemente las repatologías. En edificaciones de alto valor patrimonial y grado de protección, el uso de la instrumentación y modelación son la mejor opción para realizar un correcto diagnóstico sin tener que aplicar técnicas traumáticas a la estructura.

El procedimiento empleado resultó muy útil a pesar de que algunas técnicas, como Sistema inteligente de diagnóstico patológico y el Sistema de información gráfica, no tuvieron gran protagonismo, ya que se trata de una edificación pequeña, pero ayudaron a definir las acciones a seguir y lograr la complementación entre cada etapa de la investigación.

Se elaboró el expediente más completo y científicamente documentado que se haya hecho sobre El Templete, lo que garantiza que las futuras intervenciones cuenten con datos de alto rigor científico.

4. Notas

1 CIDEM (Centro de Investigación y Desarrollo de las Estructuras y los Materiales). Centro de investigación adscripto a la Facultad de Construcciones de la Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas. Cuba.

2 ENIA (Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas). Empresa adscripta al Ministerio de la Construcción (MICONS) de Cuba.

3 El Palacio de los Capitanes Generales es uno de los máximos exponentes de la Arquitectura Colonial cubana, ubicado en la Plaza de Armas de la Habana Vieja, y actual Museo de la Ciudad.

5. Referencias

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E-mail: fsanchez@uclv.edu.cu

Fecha de Recepción:28/11/2011 Fecha de Aceptación:01/05/2012