Restauración Arquitectónica Patrimonio accesible.pdf

7/29/2019 Restauracin Arquitectnica Patrimonio accesible.pdf

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PSE-380000-2009-3

Patrimonio Accesible:I+D+i para una cultura sin barreras

E2.21 Descripcin Tcnica de Sistemas deCosido, Refuerzo y Consolidacin.


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E2.21 Descripcin tcnica de sistemas de cosido, refuerzo y consolidacin

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ndice1. INTRODUCCION. ANTECEDENTES 4

1.1. DETERMINACIN DE DAOS TPICOS EN BIENES DEPATRIMONIO INMUEBLE

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1.1.1. Causas y Daos.

1.1.1.1. Humedades

1.1.1.2. Biolgicas

1.1.1.3. Geotcnicas

1.1.1.4. Estructurales1.1.1.5. Materiales

1.1.1.6. Ambientales

1.1.1.7. HumanasError! No se encuentra el origen de lareferencia.


1.1.2.1. Trabajos in situ

1.1.2.2. Trabajos en laboratorio1.1.2.3. Trabajos en gabinete

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2. INTERVENCIONES TPICAS.

2.1. SISTEMAS DE CORTE

2.1.1. Agua a Alta Presin.

2.1.2. Sierra de Disco de Diamante.

2.1.3. Hilo de Diamante.Causas y Daos.

2.2. TCNICAS DE REFUERZO Y CONSOLIDACIN EN ELPATRIMONIO INMUEBLE


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3. APLICACIN EN LABORATORIO. ANLISIS DE RESULTADOS.

3.1. MURO LADRILLO MACIZO

3.1.1. Puesta en Carga. Ensayo de Gato Plano.

3.1.2. Estudiode Vibraciones con Diferentes Sistemas de Corte

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3.1.3. Ensayo de los Cosidos

3.2. MURO TAPIAL

3.2.1. Puesta en CargaPuesta en Carga. Ensayo de Gato Plano.

3.2.2. Estudio de Vibraciones con Diferentes Sistemas de Corte.

3.2.3. Ensayos de los Cosidos

3.3. MURO MAMPOSTERA

3.3.1. Puesta en Carga. Ensayo de Gato Plano


3.3.3. Ensayos de los CosidosPuesta en Carga. Ensayo de GatoPlano.

3.4. MURO SILLERAMURO SILLERA

3.4.1. Puesta en Carga.


3.4.3. Ensayo de los Cosidos.Puesta en Carga. Ensayo de GatoPlano

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.APLICACIN ENLABORATORIO. ANLISIS DE RESULTADOS.

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1. INTRODUCCIN. ANTECEDENTES.

Toda intervencin realizada en un bien perteneciente al Patrimonio Cultural requiere unestudio especializado sobre su estado de conservacin. Si adems, se tiene en cuentaque las modificaciones estn ideadas para aumentar la Accesibilidad y que stasgeneralmente estn relacionadas con la creacin de espacios reducidos para lainstalacin de escaleras, ascensores, rampas etc., entonces, en ese caso, el buenconocimiento se hace todava ms necesario para tomar la solucin ptima.

En el momento de acometer una obra de restauracin se deben tener en cuenta variosfactores para que el resultado final satisfaga a todos los involucrados. Estos factoresestn relacionados con los materiales empleados. Las instituciones y propietarios soncada vez ms partidarios de utilizar materiales similares a los originales y que adems

ofrezcan una mayor durabilidad y menor coste de mantenimiento. Adems debe existir lacerteza de que el bien tiene capacidad suficiente de admisin de las nuevas y previassolicitaciones y verificar que sus propiedades mecnicas no se vern alteradas pordeterioros o modificaciones en su composicin geoqumica p.e. Las caractersticasmecnicas se pueden ver alteradas por un incremento excesivo de calor, una presinque sobrepase el lmite elstico, etc.

Adems, las obras de accesibilidad, generalmente, requieren la aplicacin de tcnicas decosido refuerzo y consolidacin. Hasta ahora no se han obtenido datos objetivos quepermitan indicar su influencia ni en el comportamiento de los materiales tpicos utilizados,ni en los elementos estructurales. Por este motivo, se han escogido los dos sistemas decorte ms utilizados, el corte con hilo de diamante y el corte con sierra de disco. Y elcosido con varilla roscada de acero y fibra de vidrio en un elemento tpico de este tipo deestructuras, los muros de carga. As, se obtendr una informacin que se podr aplicar aun gran nmero de edificios o estructuras histricos.

La organizacin del presente documento se encuentra dividido en cuatro captulos. En elprimero de ellos se har una breve introduccin del trabajo realizado y la presentacin delos daos tpicos de inmuebles histricos. En el segundo captulo se describirn lastcnicas de corte, cosido y consolidacin, en el tercero se describirn ensayosejecutados y se analizarn los resultados y, en el cuarto se comentarn las conclusionesy se indicarn recomendaciones para trabajos futuros.

1.1. Determinacin de daos tpicos en Bienes de Patrimonio Cultural.

En toda Restauracin es esencial el conocimiento del estado actual del Monumento,antes de realizar la redaccin del Proyecto, y aun as pueden aparecer durante eldesarrollo de las obras elementos o circunstancias desconocidos que lo puedenmodificar. Se suele decir que el Proyecto de Restauracin est acabado, cuando seterminan las obras.

Para que una actuacin de restauracin sea eficaz y durable debern conocerse losdaos existentes y sus causas, pues stas deben ser eliminadas antes y durante las

obra. De otra forma, ms bien pronto que tarde, se reproducirn los daos incluso conms virulencia que en fase inicial.


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Es por ello por lo que es preciso, efectuar los estudios previos, basados unas veces en laexperiencia y otras en tcnicas novedosas, pasando por aquellas que son de uso

rutinario y la documentacin histrico-arqueolgica de la construccin. Para de estamanera conocer la causa que ha producido un determinado dao.

Inicialmente se van a enumerar, de forma sucinta, las causas de los daos, si biennormalmente existe una concatenacin de varias de ellas, aunque solamente sea una lacausa primera. Despus se describirn los daos derivados, para por ltimo definir lametodologa y tcnica de deteccin.


1.1.1.1. Humedades

Capilaridad: se debe a la diferencia de polaridad entre el terreno y las fbricas, esproducida por las aguas freticas, escorrentas y/o riegos. Lleva emparejado unafalta de estudios previos que determinen el nivel fretico y sus oscilaciones, lainexistencia o defectos en la evacuacin de la escorrenta y/o la carencia deimpermeabilizacin para las aguas del riego. Este fenmeno denominado elcncer de la piedra produce en conjuncin con las sales criptoeflorescentes,provenientes del terreno, y el hielo, la disgregacin de las fbricas.

Figura 1.1.. Deterioros debidos a humedades en monumentos de sillera y fbrica.


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Infiltracin: se produce por falta de estanqueidad en cubiertas (defectosconstructivos, falta de mantenimiento, ...) y huecos (cerramientos defectuosos,

albardillas mal colocadas o sin gotern .), existencia de grietas y/o fisuras,defectos del rejuntado (falta o disgregacin del mortero) y por prdidas o deteriorode elementos constructivos (mampuestos sillares, ladrillos .).

Figura 1.2. Daos producidos por infiltraciones de agua

En el caso de los muros de dos hojas producen la disolucin del aglomerante delrelleno, que al quedar sueltos empujan y pueden llegar a fisurar las hojas.Tambin pueden ser la causa de las humedades de condensacin.

Figura 1.3.Daos producidos por infiltraciones de agua en muros

Condensacin: se produce por la presencia de otro tipo de humedad, bajastemperaturas, falta de ventilacin y/o puentes trmicos.

Los daos se reflejan en pinturas, revocos, superficies interiores de las fbricas,


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Figura 1.4. La condensacin daa las pinturas que encuentra en su zona de influencia.

Adems de los daos especficos las humedades en general producen:

- Insalubridad

- Pudriciones.

- Corrosiones.

- Disgregaciones.

- Crecimiento de vegetacin

1.1.1.2. Biolgicas

Crecimiento de lquenes y musgos, en lugares oscuros con humedad y/o una conuna determinada orientacin geogrfica. Producen insalubridad y disgregacionesen las fbricas.


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Figura 1.5. Efecto de la accin biolgica sobre muros de sillera.

Bacterias del ciclo del azufre, nitrgeno, etc.., que sintetizan cidos a partir de lacontaminacin atmosfrica.

Crecimiento de vegetales superiores enraizados en las fbricas y cubiertas,provocando agrietamientos, roturas y a veces hasta ruinas.

Figura 1.6. Muestra de vegetales enraizados en la piedra

Animales que por un lado con sus excrementos producen cidos y sales quellevan a la disgregacin de la fbrica, y que por otro con sus anidamientosconllevan aumentos importantes de carga.


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Figura 1.7. Diferentes tipos de nidos en edificios histricos y efecto de su permanencia.

1.1.1.3. Geotcnicas

Los motivos ms usuales son:

Asientos del terreno debidos a:

- Falta de capacidad de carga, por elevadas presiones de trabajo.

- Disoluciones de materiales (yesos).

- Movimiento por construcciones cercanas (demolicin de edificios,excavaciones aledaas, carreteras a pie de talud,..).

- Fractura de taludes (inundaciones, terremotos).

Movimientos alternativos por la variacin del contenido de humedad encimentaciones superficiales (arcillas).

En cualquiera de los casos producen fisuras y grietas, debidas a fallo por esfuerzocortante, por tanto, inclinadas a 45 indicando la zona fija del terreno. En el caso demovimientos importantes se puede llegar al colapso de la construccin.


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Figura 1.8. Los asientos y movimientos del terrenos se reflejan en deterioros de lasestructuras.

1.1.1.4. Estructurales

En general en construcciones antiguas los daos estructurales son consecuencia deotras causas, que hacen evolucionar sus patologas hasta llegar al estado actual.

Entre las causas ms comunes se encuentran:

La eliminacin de elementos de contrarrestos de empujes (contrafuertes,arbotantes,..).

La eliminacin de elementos de centrado de cargas (pinculos,..).

La degradacin de cubiertas que implican una solicitacin no consideradainicialmente (rotura o falta de tirantes, empujes no compensados,).


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Figura 1.9. Grieta debida al empuje de la cubierta.

Alteracin del equilibrio de cargas (rellenos no equilibrados de bvedas,apoyos puntuales de la cubierta en arcos y bvedas,).

Figura 1.10. Apoyo puntual en bveda que resultan fisuras de la misma.

Sobrecargas excesivas debidas a degradacin de elementos, sobreestimacin

de capacidad portante, cambios de uso, etc Incompatibilidades estructurales en otras actuaciones (rehabilitaciones,).

Degeneracin por falta de mantenimiento (pudriciones, prdidas de masas,corrosiones,).

Todo ello conlleva la aparicin de fisuras, grietas, roturas y por ltimo alhundimiento o ruina de la construccin.


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Figura 1.11. Las termitas continan siendo una causa de la degradacin de las estructurasde madera antiguas.

1.1.1.5. Materiales

La utilizacin de materiales inadecuados en las actuaciones, tambin producen daos enlas fbricas. Las causas ms comunes son:

Falta de capacidad de carga del material, que genera fisuras y en algunoscasos hasta roturas.

Incompatibilidad fsico-qumica (porosidad, absorcin, composicin qumica,),que produce disgregaciones fsicas y descomposiciones qumicas.

Figura 1.12. La eleccin de materiales compatibles es fundamental para el buen resultadode la obra de restauracin.

Incompatibilidad estructural (diferencia sustancial en los mdulos de

deformacin,). El efecto tpico es la separacin de los materiales poresfuerzos rasantes.


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1.1.1.6. Ambientales

Los factores ambientales pueden condicionar las construcciones y entre estos factores seencuentran:

La contaminacin, que conjuntamente con la humedad da lugar a ladisgregacin de la fbrica.

Ciclos de hielo-deshielo, producen fisuras, grietas y disgregaciones.

El viento, aumenta las agresiones ambientales del tipo erosin y golpeteo. Poreste motivo, en la antigedad las ermitas eran protegidas de los vientosdominantes ubicndolas en la media ladera del monte.

Aguas incontroladas, que pueden producir el hundimiento.

Sismos, al igual que en el caso anterior pueden producir hundimientos, fallospor esfuerzo cortante, asientos, etc.

1.1.1.7. Humanas

Generalmente se producen por falta de un estudio tcnico que respalde las actuaciones yde entre ellas destacan

Restauraciones inadecuadas.

Figura 1.13. En algunos casos las restauraciones inadecuadas resultan un perjuicio para

los bienes.

Construcciones cercanas.

Demoliciones no estudiadas.

Impactos.

Fuego.


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Figura 1.14. El fuego es una causa obvia de dao para cualquier obra de PatrimonioCultural.

Todo ello produce agrietamientos e incluso puede llevar a la ruina

1.1.2. Mtodos de Estudio.

Una vez conocidos los daos se van a definir las diferentes metodologas y mediosexistentes para conocer sus causas y eliminarlos, teniendo en cuenta que algunas sonobvias para cualquier tcnico medianamente preparado, y otras necesitan de estudiosprofundos y tcnicas vanguardistas. De cualquier modo, cualquier estudio debe seriniciado in situ, en el mismo monumento, una vez conocida la bibliografa existente desu evolucin en el tiempo. Posteriormente se seguir en un laboratorio y/o gabinetetcnico para tomar otra vez al pie de la construccin, y de esta manera comprobar losresultados tericos y/o recabar nuevos datos no tomados inicialmente pero necesarios.

1.1.2.1. Trabajos in situLo primero y esencial es realizar un levantamiento de la construccin incluyendo ysituando los diferentes daos observados y las caractersticas del monumento. Para elloadems de la tcnica visual se utilizarn diferentes pruebas o ensayos y de entre ellaslas basadas en principios:

Mecnicos: escleromtro, arrancamiento, penetracin.

Elctricos: resistivo, Inductivo, capacitivo, piezoelctrico .

Ultrasnicos (velocidad de propagacin segn la calidad o tipologa delmaterial).

pticos: fotogrametra, topografa de precisin.


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Cuerda vibrante (diferencia de frecuencia de vibracin de acuerdo con latensin.

Hidrulicos (vasos comunicantes). Neumticos (suministro de presin para abrir la vlvula del aparato de medida).

Magnticos.

Lser (emisin de luz coherente).

Termografa (diferente modo de reaccin de cada material a las solicitacionestrmicas exteriores).

Georradar (velocidad de las ondas de radar segn la conductividad).

Tomografa axial computarizada (T.A.C.): por ondas de rayos X, elctricas(resistividad del suelo), ultrasnicas, electromagnticas.

En particular para el estudio de materiales se pueden utilizar los siguientes ensayos o

pruebas

Homogeneidad: Rayos infrarrojos (cmaras termogrficas), ultrasonido yesclerometra.

Caractersticas resistentes: Ultrasonido y esclerometra conjuntamente conprobetas extradas y ensayadas en laboratorio

Armaduras. Tcnicas magnticas (pachmetro)

Figura 1.15. En algunos casos las restauraciones inadecuadas resultan un perjuicio paralos bienes.

Los ensayos a utilizar en los estudios de las cimentaciones son:

Cimentaciones superficiales. Catas.


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Conocimiento del terreno y cimentaciones profundas.-Sondeo apoyado entoma de muestras para su ensayo en laboratorio. Penetrmetro por presin o

rechazo. Placa de carga. Determinacin del nivel fretico y sus oscilaciones: Piezmetro elctrico o

mecnico.

Discontinuidades y humedades. Georradar, tomografa axial computarizada(TAC) por ondas ultrasnicas, elctricas, rayos X u ondas electromagnticas.

Figura 1.16. Demostraciones de funcionamiento de las tcnicas de rayos x y tomografa

elctrica en el estudio del comportamiento del suelo.

Movimientos del terreno en profundidad. Inclinmetro

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Figura 1.17. En el lado izquierdo se aprecia un inclinmetro, en la figura del centro sufuncionamiento y en lado derecho una grfica tipo de sus lecturas.


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Los ensayos a utilizar en los estudios de las estructuras son:

Conocimientos de elementos ocultos y discontinuidades: Ultrasonidos,endoscopia, georradar, rayos infrarrojos.

Levantamiento de la estructura: Topografa (nivel de precisin, teodolitoinformtico), fotogrametra, rayos lser.

Figura 1.18. En el lado izquierdo aparece la imagen de un escner lser y en el ladoderecho aparecen sus resultados una vez tratados.

Estado tensional: Termografa, gatos planos, liberacin de tensiones (holedrilling, extraccin de testigos instrumentados,).

Corrosin y su estado actual. Corrosmetro.

Movimientos de fisuras y grietas. Testigo de yeso. En este sistema hay quecerciorarse que est bien pegado y de cualquier manera solo indica si hahabido o no movimiento. Se debe acompaar de un marcado fechado de losextremos de la fisura.

Extensmetro mecnico, elctrico o inductivo.


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Figura 1.19. Aplicacin de extensmetros a un castillo en la grfica de abajo se muestran

sus movimientos.

Control de temperatura y humedad. Termohigrmetro, termopar.

Giros y desplomes. Clinmetro, pndulo, cinta de invar de convergencia.

Movimientos generales. Fotogrametra, rayos lser, topografa de precisin.

En cuanto al medioambiente se monitoriza con estaciones medidoras de lacontaminacin

Figura 1.20. En la foto de la izquierda se observa una estacin medidora de lacontaminacin y en la derecha una grfica de control de SO2 .


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1.1.2.2. Trabajos en laboratorio

Caracterizacin fsico-qumica del material: Lmina delgada, microscopioelectrnico, absorcin, porosidad, contenido en sales (propias y de absorcin),humedad, densidad.

Figura 1.21. En el lado izquierdo aparece la imagen tomada con un microscopioelectrnico y en el lado derecho se muestra la fotografa del mismo.

Tensin de rotura, lmite elstico, deformabilidad. Ensayos mecnicos.

Durabilidad (material original y de los tratamientos). Ensayos hielo-deshielo,rayos UVA, compatibilidad fsico-qumica y estructural,

Estudios geotcnicos. Ensayos compresin, corte directo, hinchamiento,triaxial, edomtrico.

Figura 1.22. En el lado izquierdo aparece la prensa para realizar ensayos a compresin yen el lado derecho se muestra la imagen de un ensayo de edometra.


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1.1.2.3. Trabajos en gabinete

Con todos los datos tomados in situ y los resultados obtenidos en los ensayos delaboratorio se realiza un estudio terico para conocer el monumento y su comportamientoestructural evolutivo. En el caso de las fbricas se deben tener en cuenta lasheterogeneidades, que impiden una excesiva precisin pero no el conocimiento delestado actual; por lo que los clculos deben ser elementales (geomtricos) ya quepequeas imprecisiones no impiden la toma de decisin.

Con la recopilacin de toda la informacin mencionada se podr emitir un informe en elcual se dictamine la causa de los daos, su evolucin actual y las posibles soluciones demanera que se puedan integrar en el Proyecto de Restauracin.


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2. INTERVENCIONES TPICAS

En la mayora de las obras que se realizan en un edificio para aumentar la accesibilidaddel Bien se realizan cortes y aplican tcnicas de cosido, refuerzo y consolidacin enelementos estructurales, esto es, en los elementos que deben respondersatisfactoriamente a todas las solicitaciones, nuevas y anteriores. Este apartado no tratade hacer un anlisis en profundidad son de verificar la utilidad de algunas de estastcnicas en la eleccin de soluciones de accesibilidad en muros de carga.

2.1. Sistemas de Corte

Existen diversas tcnicas a utilizar para cortar muros, dependiendo de su tipologa(fbrica u hormign, mucho o poco espesor,). A continuacin van a ser descritas las

tipologas ms utilizadas indicando sus ventajas e inconvenientes.


Elimina cualquier material por la fuerza del impacto directo sobre la superficie del materialy por la presurizacin del entramado de poros y fisuras existentes (Figura 2.1).

Figura 2.1. En el lado izquierdo se muestra un momento del corte realizado con agua apresin y en el lado derecho figura el acabado de este tipo de corte.

Las ventajas que presenta son:

No transmite vibraciones.

No provoca microfisuraciones.

La superficie de corte es idnea para su posterior tratamiento.

No produce ruidos, ni polvo.

Rapidez.

Precisin.


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Los inconvenientes son:

Evacuacin del agua. Generalmente existen problemas en las fbricas de composicin

hetereognea.Esta tcnica se puede aplicar a:

Muros de hormign.

Muros de sillera.

Muros homogneos en general, donde el agua no altera la composicin de losmateriales y sea fcilmente evacuable.

2.1.2. Sierra de Disco de Diamante.

En este caso el corte se lleva acabo con una sierra compuesta por una central hidrulicay una cabeza que soporta el disco diamantado. El carro es instalado sobre una gua a lolargo de la cual se efecta el corte, segn la direccin marcada por ella.

Figura 2.2. En el lado izquierdo se aprecia el corte de un muro de hormign con estetcnica y en el lado derecho se observa un detalle del corte.

Las ventajas que esta tcnica presenta son:

Corte limpio.

Vibraciones limitadas. Corte automatizado.

Ausencia de polvo.

Seguridad.

Mientras que los inconvenientes son:

Limitacin de espesores.

El montaje debe ser realizado por especialistas.

Forma del til de corte.Se puede aplicar a todo tipo de muros y materiales con la limitacin de su espesor


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2.1.3. Hilo de Diamante.

Permite el corte de muros que con otras tcnicas seran muy problemticos. Se sueleaplicar a elementos con un espesor mnimo de 70cm.

Consiste en un cable de acero en el que van insertadas, a intervalos regulares, anilloscon diamantes electropositados. El cable es accionado mediante una polea motorizadaque lo arrastra por la superficie a cortar, consiguiendo un gran acabado en muroscontinuos de cualquier material.

Figura 2.3. En el lado izquierdo se muestra el montaje de esta tcnica; en el centro undetalle y en el lado derecho el corte en una estructura de mampostera.

Las ventajas que presenta esta tcnica son:

Gran versatilidad.

Vibraciones limitadas.

Ruidos mnimos.

Corte automatizado.

Cortes submarinos.

Ausencia de polvo.

Y las desventajas son

El montaje debe ser realizado por especialistas.

Posibilidad en la zona final de corte de, aparicin de fisuras superficiales y/odesprendimientos locales.

Se suele aplicar a:

Todo tipo de muros con la limitacin de los muros heterogneos.

Muros de gran espesor.

Muros submarinos.


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2.2. Tcnicas de Refuerzo y Consolidacin en el Patrimonio Inmueble

Los refuerzos en una estructura son necesarios cuando sta ha sufrido una degradaciny no es capaz de tolerar las cargas a las que est sometida, o estando en buenascondiciones no puede aguantar el incremento de ellas por motivos funcionales.

Para el diseo de los refuerzos es preciso, primeramente, conocer la estructura existentey su funcionamiento actual, por lo que se deben efectuar los estudios previos adecuados.Siendo necesario tener en cuenta las siguientes premisas:

Conocimiento del terreno sobre el que se asienta (por si fuese necesarioreforzarlo) y el entorno en el que se ubica (desmontes, corrientes fluviales,escorrentas, etc..).

Tipologa de la estructura, teniendo en cuenta que los Bienes de Patrimonio seconstruan para su funcionamiento a compresin aunque existan elementosaislados en los que no es as (forjados-flexotraccin, tirantes-traccin, ...). Parael contrarresto de las cargas horizontales eran construidos los contrafuertes yarbotantes, y para el centrado de cargas los pinculos.

Tipologa del material (tapial, adobe, madera, mampostera, sillera, cermico,terrenos estabilizados, etc..).

En el apartado 1.1 se han indicado los daos ms tpicos y sus causas, que sern

precisos eliminar antes de proceder al refuerzo o proteger la estructura contra ella.

2.2.1. Tcnicas de Refuerzo.

Una vez realizados los estudios conocidas las causas y eliminadas stas se proceder alrefuerzo estructural siempre y cuando sea preciso. En este punto se va a enumerar ydescribir someramente, las tcnicas ms utilizadas y adecuadas.

Ampliacin de zapatas. Consiste en colocar unos conectores a las existentes,para posteriormente adosar un mallazo cogidos a ellos para una vez encofrada,

hormigonar. Se suele utilizar cuando los problemas puedan venir del aumentode la sobrecarga del edificio.

Micropilotes. Cuando la capacidad del terreno no es la adecuada o hay unaumento de la sobrecarga, sta se traslada a un terreno competente msprofundo. Para ello se efectan perforaciones a rotacin a travs de lacimentacin existente, para posteriormente colocar unas armaduras yhormigonar. La profundidad de la perforacin debe sobrepasar ms de 1m. elterreno competente.


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Figura 2.4. Ejecucin de micropilotes.

Inyecciones a presin (jet grouting). Este mtodo consiste en realizarinyecciones a alta presin en el terreno, para su desagregacin y mezcla con elcemento, rellenando huecos y discontinuidades. Para ello se realizanperforaciones a rotacin o rotopercusin (segn el tipo de terreno) a modo delos micropilotes, para posteriormente inyectar lechada a alta presin a travsde toberas existentes en las camisas de perforacin. Para la utilizacin de estatcnica el terreno debe ser adecuado para la formacin de columnas mezclasdel terreno y de la inyeccin. Es preciso controlar posibles movimientos del

terreno que puedan afectar a la durabilidad de las construcciones existentes enel entorno.

Cosidos inclinados. En este caso es necesario realizar perforaciones a rotacinen las fbricas, para que una vez limpias, inyectar un producto aglutinador(morteros, lechadas, resinas...) y a continuacin introducir, girando paraevacuar el posible aire ocluido, varillas de acero corrugado (galvanizado oinoxidable) o de fibra de vidrio.

En este tipo de cosidos las perforaciones se deben cruzar, nunca deben estaren el mismo plano.

Figura 2.5. Esquema de realizacin de cosido inclinado.


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Cosidos verticales. Las perforaciones, como en todos los casos debenefectuarse a rotacin, alcanzarn una profundidad de al menos un metro, y su

nmero el necesario para su correcto funcionamiento estructural. En estasperforaciones se introducirn varillas metlicas corrugadas de acerogalvanizado o inoxidable, previa inyeccin. Estas estarn conectadas alarmado de una viga de atado de la fbrica.

Figura 2.6. Esquema de realizacin de cosido vertical.

Cosidos en hilada. Estos tipos de cosidos son horizontales y cogen la fbricaperforando horizontalmente los distintos elementos componentes de la misma.El nmero de cosidos en cada plano horizontal depender del espesor de lafbrica.

Figura 2.7. Esquema de realizacin de cosido en hilada.

Cosidos en tendel. Son similares a los anteriores si bien las perforaciones sonefectuadas en las juntas. En ocasiones cuando se ha demolido parte del muro,las armaduras se van colocando conforme se va levantando el nuevo muro. Eneste caso y en el anterior las armaduras deben preferentemente ser metlicas.

Grapados. Se utilizan para coser grietas, para ello son realizadas perforacionesa ambos lados de la misma, para una vez inyectadas colocar la grapa. Laprofundidad de perforacin debe ser lo suficiente para que no se produzcantensiones superficiales nocivas.

Inyecciones de lechadas. Realizadas las perforaciones pertinentes, las

lechadas son inyectadas, a baja presin, para rellenar espacios donde noexisten rellenos o se han perdido. En la mayora de los casos deben ser de cal


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para compatibilizar los mdulos de deformacin, preferiblemente sern de calarea aditivadas con resinas, pues su carbonatacin puede dilatarse en el

tiempo dada la dificultad de penetracin del anhdrido carbnico. Una solucinpuede ser la inyeccin de cal hidrulica, pues la inyeccin de lechada decemento Prtland es nociva y, adems, el mdulo de deformacin suele sermuy diferente del mortero de cal de tal forma que crea puntos duros, por laadicin de sales criptoeflorescentes.

Figura 2.8. Aplicacin de inyecciones en un muro de mampostera donde parte del rellenose ha perdido..

Inyecciones de microlechadas. En este caso, como en el anterior, hay quecontemplar la posible incompatibilidad de los mdulos de deformacin, aunquetiene menos importancia, y el contenido en sales criptoeflorescentes. Estasmicrolechadas tienen tamao de micrones y por lo tanto un gran poder depenetracin, por lo que son utilizadas para la consolidacin de rellenosdisgregados por haber perdido el material aglomerante (disolucin de cales).

Riegos con lechada de cal. Son utilizados para la consolidacin de fbricastrreas que han perdido el aglutinante y son accesibles.

Reposiciones superficiales. Si son elementos completos o el volumen perdidodel elemento importante, se sustituirn por otros similares asentados conmortero de cal. Si las prdidas son importantes aunque superficiales, se

repondrn los volmenes perdidos mediante morteros ptreos de cal aditivadoscon resina, prendidos con un mallazo de fibra de vidrio o acero galvanizado yque a su vez est apresado a la base a travs de conectores

Figura 2.9. Ejemplos de reposiciones de material en columnas.


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El mortero debe tener un rido similar a la piedra existente y la resina,preferentemente acrlica pues permite la transpiracin y no calea frente a los

rayos UVA (resina epoxi). Consolidaciones e hidrofugaciones. Cuando las fbricas se encuentran

deterioradas superficialmente por disgregacin es necesario tratarlas mediantepintura con productos consolidantes una vez limpiada en seco la superficie. Sila degradacin afecta en profundidad, se tratar mediante inyeccin.

Como medida de proteccin preventiva, es utilizado el pintado con una pinturahidrofugante, previa limpieza superficial. Tambin es recomendable, despusde aplicar el consolidante, pintar con un hidrofugante.

Refuerzo con chapas de acero. Primeramente debe prepararse la superficie delelemento a reforzar (eliminacin de elementos en precario, limpieza en seco,

). A continuacin ser colocada la chapa impregnada con un morteroepoxdico y para conseguir una mejor adherencia la chapa debe estarpresionada contra el elemento. La mejor solucin de apriete es hacerlo conconectores que adems absorbern los posibles esfuerzos rasantes.

Figura 2.10. El acero tambin puede utilizarse como material de refuerzo en Bienes dePatrimonio Inmueble.

El espesor de la chapa no debe sobrepasar los 2mm. Para permitir suadaptacin a la superficie. Si hiciera falta ms espesor seran colocadasdiferentes capas de chapa. El espesor del mortero no debe sobrepasar 1mm.

Refuerzo con fibra de carbono. Es similar al de chapa de acero, si bien es msdctil y manejable. La preparacin de superficies debe ser similar a la de la

chapa, si bien su ductibilidad permite ms imperfecciones en la superficie delelemento.


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Figura 2.11. El acero tambin puede utilizarse como material de refuerzo en Bienes dePatrimonio Inmueble.

Refuerzo con perfilera metlica. Como en los casos anteriores previamentedeben prepararse las superficies, si bien si se utilizan como conexin morterosde cemento, es recomendable hacerlo con agua.

Para unificar el refuerzo de la perfilera, es preciso coger los perfiles entre scon pletinas soldadas en el caso de estar exentos. En los casos que los perfilesestn parcialmente oculto en la fbrica debern cogerse a la misma medianteconectores, adems de las conexiones entre ellos con las pletinas.

Figura 2.12. Los perfiles de acero pueden utilizarse solos o con otros materiales parareforzar las estructuras.

Los refuerzos se pueden ejecutar con soldaduras cuando se trata de reforzar oaumentar la inercia de otro elemento metlico. Si lo perfiles existentes fuesen

antiguos ser necesario unos ensayos de soldabilidad, por si no lo fueran, encuyo caso la unin se efectuara mediante atornillado.

Refuerzo con hormign. En estos casos, una vez preparada la superficie(limpieza, eliminacin de zonas degradadas, picado debajo de lasarmaduras,) sern colocados unos conectores a los cuales estar cogida unanueva armadura, despus de lo cual se proceder al hormigonado.


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Figura 2.13. La utilizacin del hormign como material de refuerzo es una prctica comnen estructuras construidas con ese mismo material.

El hormigonado, en determinados casos, se puede hacer mediante proyeccin,en cuyo caso se puede sustituir la armadura convencional por fibra metlica

incluida en el mortero de proyeccin, que tiene la ventaja de funcionar por igualen todas las direcciones.

Refuerzo mediante la colocacin de nuevos elementos o por sustitucin de losexistentes. Cuando un conjunto estructural est falto de capacidad de carga,pueden intercalarse nuevos elementos que aumenten esta capacidad. O encasos de deterioro irreversible, sustituir los elementos daados por otrossimilares.

Para ello es necesario apear o entibar, y descargar el conjunto estructural, paraque una vez reparado y sustituidos los elementos deteriorados, devolverlo a laposicin inicial.

Reposicin parcial de elementos. Cuando un elemento estructural presenteuna zona deteriorada irrecuperable, pero el conjunto se encuentre en buenascondiciones, se puede demoler la parte daada previo apeo, para despuscolocar una prtesis de, mortero de resina (sistema Beta), hormign o morterode cemento, conectada al elemento con varillas (fibra de vidrio o acerogalvanizado) adheridas al mismo en perforaciones rellenas de resina epoxi.

Figura 2.14. La utilizacin del hormign como material de refuerzo es una prctica comnen estructuras construidas con ese mismo material.

Atirantados. Se utilizan evitar desplazamientos de elementos estructurales porcausas patolgicas, bien como prevencin, bien como refuerzo.

Para esto, son ancladas placas en las fbricas por medio de conectores y entres con tirantes metlicos, puestos en tensin con tuercas enroscadas.


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Zunchos de atado. Es una combinacin de un cosido vertical unido a una vigade hormign perimetral, con tirantes intermedios entre caras opuestas del

zuncho.

Figura 2.15. Ejecucin de un zuncho de atado.

Contrarrestos. Consiste en la reposicin de los inicialmente existentes ydesaparecidos en la actualidad (contrafuertes, arbotantes, elementos decentrado de cargas).

En gran parte de los refuerzos descritos, es recomendable descargar los elementos areforzar para que una terminada la operacin volverlos a cargar. Consiguindose de estamanera un trabajo conjunto del elemento y su refuerzo.

Una vez conocidos algunos de los ms tpicos sistemas de refuerzo, se va a concretar enqu casos se suelen utilizar.

Refuerzo de la cimentacin

o Ampliacin de las zapatas.

o Micropilotes.

o Inyecciones del terreno Refuerzos de muros

a)Sillera o mampostera.

o Cosidos inclinados.

o Grapados.

o Cosidos verticales (zuncho de atado).

o Inyecciones de microlechadas (muros de dos hoja scon rellenodegradado).


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o Inyecciones de lechadas (muros de dos hojas sin relleno o conprdidas importantes en el existente).

o Reposiciones superficiales.o Consolidaciones y/o hidrofugaciones.

b) Tapial y adobe

o Inyecciones de microlechadas.

o Riego con lechada de cal.

o Reposicin de enlucidos.

c) Ladrillo cermico

o Cosidos inclinados.

o Cosidos en tendel.

o Cosidos en hiladas.

o Inyecciones de microlechadas (muros de dos hojas con rellenodegradado).

o Inyecciones de lechada (muros de dos hojas sin relleno o conprdidas importantes de relleno).

o Reposiciones superficiales.

o Hidrofugaciones.

Forjados

a) Maderas

o Colocacin de conectores y losa de hormign.

o Reparacin de vigas (sistema Beta).

o Refuerzo inferior con fibras de carbono.

o Refuerzo con chapas de acero.

o Sustitucin de elementos.

o Inclusin de nuevos elementos.b) Hormign1

o Refuerzo con fibra de carbono.

o Refuerzo con perfilera metlica.

o Recrecido de hormign con conectores.

o Proyeccin de mortero, en la cara inferior, con fibras.

o Colocacin de nuevos elementos.

o Eliminacin de elementos deteriorados.

1 Poco normal su existencia en las construcciones patrimoniales


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c) Metlico 1

o Refuerzo con perfilara metlica soldada o atornillada.

o Recrecido de hormign con conectores.

o Colocacin de nuevos elementos.

o Eliminacin de elementos deteriorados.

Pilares

o Zunchado metlico.

o Zunchado con fibra de carbono.

o Recrecido de hormign a travs de conectores

Bvedas y arcos

o Atirantados.

o Encamisados de hormign cogidos con conectores.

Estructuras de cubiertas

o Reparaciones puntuales (sistema Beta ..).

o Atirantados.

o Sustitucin de elementos.

o

Refuerzos con chapas metlicas.o Refuerzos con perfilera metlica.

o Refuerzo con fibra de carbono.

Estructuras globales

o Atirantados.

o Zunchos de atado.

o Contrarrestos.


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3. APLICACIN EN LABORATORIO. ANLISIS DE RESULTADOS.

En los apartados anteriores se han descrito el estado de conservacin en el que sepuede encontrar un Bien de patrimonio histrico as como tcnicas de muy frecuente usoen obras de Restauracin. En este punto se presenta el trabajo realizado en laboratorio,analizando los resultados obtenidos. En el entregable 2.20 se explicaron con detalle losensayos y pruebas propuestas.

A modo de recordatorio se indicar que las estructuras ensayadas han sido seis muros.Dos de ladrillo hueco, uno de ladrillo macizo, uno de tapial, uno de sillera y otro demampostera. Los resultados de los dos primeros se analizaron en el entregable de laanualidad anterior, todos ellos engarzados con mortero de cal area aditivado concemento para acelerar su fraguado, excepto el de sillera que se ejecut con cemento

blanco. Sus dimensiones son 2 x 1 x 0.5 m excepto para el muro de sillera cuyo espesores de 0.35 m. (Figura 3.1).

Figura 3.1. Planos de ejecucin de muros.

Todos ellos se han ensayado sin confinar, aplicndoseles el 50% de su carga terica de

rotura de acuerdo a la normativa existente, en escalones de 1 Kg/cm2

al comienzo y


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aumentndola gradualmente siguiendo el criterio del ingeniero responsable del trabajo,hasta un mximo de 5 Kg/cm2. Se han determinado las curvas carga-deformacin.

Posteriormente, se han medido las tensiones en el muro, en su zona central, aplicando latcnica del gato plano, siguiendo el protocolo descrito en el entregable 2.20 comparandolos resultados con los correspondientes de extensometra. De esta manera se hadeterminado la tensin a la que se ha sometido el muro y se ha hallado la relacin entrecarga aplicada y absorbida por el elemento.

A continuacin, se realizaron los ensayos de corte. stos se han acometido con tilestpicos, esto es, una sierra de disco e hilo de diamante. En cada muro se han efectuadodos cortes, uno con cada mtodo, de manera que han quedado tres probetas iguales.Previamente, cada zona de las probetas ha sido instrumentada con sensores almbricose inalmbricos. Estos han sido acelermetros, termistores, higrmetros y transductores

de desplazamiento. Los muros se cargaron al 50% de su carga de rotura estimada. Asse ha estudiado el efecto de las vibraciones en estos elementos. Igualmente, quedregistrado con la cmara termogrfica este proceso sincronizado con los dems sistemasde adquisicin.

La siguiente operacin a realizar ha sido el cosido de las partes anteriormenteindependizadas, por las dos caras, de forma que las varillas se crucen. stas sern 4varillas roscadas de acero, inoxidable o galvanizado, y de fibra de vidrio de 12 mm dedimetro. Previamente, las juntas han sido cogidas con mortero de cal hidrulicaaditivado con resina acrlica y el conjunto zunchado mediante encintado, para asegurarlos cosidos e inyecciones.

Posteriormente, una vez alcanzada la resistencia debida en el producto de inyeccin,para comprobar la eficacia de los cosidos, el resto del muro ser sometido a carga, deforma que los extremos (1/6 L) sern apoyados en toda su longitud y en la zona central(1/3 L) ser suministrada una carga uniforme hasta llegar a la rotura de una de lasuniones.

En la

Figura 3.2 se ha representado las operaciones apenas mencionadas.


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Figura 3.2. Actuacin acometida en todos los muros ensayados. En rojo vienen indicados loscortes, con hilo de diamante y sierra de disco. En amarillo los cosidos con varillas roscadas deacero y de fibra de vidrio. Y finalmente, en verde, la direccin y zona de la carga a la que sesometer a los perfiles.

3.1. MURO LADRILLO MACIZO

En el entregable anterior ya se analizaron los resultados provenientes de todas lasposibles pruebas aplicables antes de acometer el estudio sobre el corte y cosido.

3.1.1. Puesta en Carga. Ensayo de Gato Plano.

Lo primero que se ha estudiado es la relacin entre la carga aplicada por los gatoshidrulicos y la realmente absorbida por la estructura. Para ello, se someti al muro a unaprecarga equivalente a la mitad de la carga de rotura estimada del ladrillo para, por unlado simular las condiciones reales de trabajo; por otro lado impedir posiblesdesplazamientos indeseados en la ejecucin de otras operaciones. En la Figura 3.3 semuestra el estado final de carga.

CORTES

E. CORTANTE

COSIDOS


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Tensin - Deformacion

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

eormac

ion()

Tension (kg/cm2)

Figura 3.3. Grfico de tensin deformacin en el muro de ladrillo macizo durante el proceso decarga al 50% de la carga de rotura.

Posteriormente se realiz un ensayo de gato plano para verificar el estado tensional delmuro. Como demuestra la Figura 3.4, la tensin puntual en la zona central inferior delmuro era de 1.3 N/mm2 frente a los 1.5 N/mm2 de aplicacin de carga con los pistones.Esta diferencia se debe a la absorcin de carga en la zona superior del muro, la precisinde los instrumentos de lectura y al tipo de lectura, manual, que siempre puede ofrecer unnivel de incertidumbre mayor. Por tanto, de la comparacin de estos grficos se puede

extraer la validez de este ensayo en estructuras de fbrica y a su vez certificar la entradaen carga del muro.

GP- 01 - PATRAC - CICLO 2

y = 177,86x2

- 1289,8x + 1380,6

R2

= 0,9991

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,00 0,50 1,00 1,50

Tensin N/mm2

Microdefromaciones

Base 1 Base 3 Media Base 2 Polinmica (Media)

Figura 3.4. Resultado ensayo de gato plano para el muro de ladrillo macizo.


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3.1.2. Estudio de Vibraciones con Diferentes Sistemas de Corte

Como estaba planificado, la siguiente tarea que se llev a cabo fue el corte del muro condos mtodos diferentes: El hilo de diamante y la sierra de disco para estudiar la vibracintransmitida a la estructura.

En ambos casos se realiz a un tercio de un extremo del muro (Figura 3.5) En e,a cortecon hilo de diamante Antes del corte propiamente dicho, fue necesario realizar un taladroen la parte inferior de muro para poder cerrar el lazo del hilo.

Figura 3.5. A la izquierda se aprecia la ejecucin del taladro pasante y a la derecha eltensado del cable en el las operaciones de montaje de un corte con hilo de diamante.

Se efectuaron medidas de vibraciones durante el taladro y corte del muro.

Sin embargo el corte con sierra de disco requiri anclar la mquina de corte al muromediante dos varillas de acero roscado por cada uno de los lados.

Debido a las dimensiones del muro, el corte se realiz atacando el muro por amboslados. (Figura 3.6) Obtenindose medidas de vibraciones en todo momento.

Figura 3.6. Pernos de anclaje para la mquina de corte con sierra de disco.

Para el estudio de las vibraciones se posicionaron cuatro acelermetros unidireccionalesalmbricos en las tres direcciones principales, dos de ellos en los laterales del muro ya


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que los cortes inutilizaran recprocamente los registros., como muestra la Figura 3.7adems en las zonas susceptibles de obtener un registro ms limpio.

Figura 3.7. Esquema de ubicacin de acelermetros, as como leyenda de los mismos.

Tambin se registraron los valores de temperatura, humedad relativa, presinatmosfrica y luminosidad no tanto por la influencia que pudieran tener esos valores sinopor conocer la validez de la instrumentacin inalmbrica en este tipo de actuaciones, lavida til de las bateras aparicin de ruidos ajenos a las operaciones, conectividad entre

las mismas, etc.Como se puede apreciar en la Figura 3.9 la frecuencia ms excitada es la de 4 kHz en elsentido longitudinal del muro, mientras que tambin se aprecia la frecuencia de 2.1 kHz ,esto significa que el modo de excitacin es el segundo en el sentido longitudinal. Lossensores que miden las vibraciones producidas por el hilo de diamante son X2, Y y Z.Ntese que al estar intacto todava el muro, el sensor X1 recoge medidas muy similaresal sensor X2 durante el taladrado inicial y las primeras fases del corte. Al final de laadquisicin, el sensor X1 es menos sensible al proceso de corte.

0 2 k 4 k 6 k 8 k 10 k 12 k 14 k 16 k 18 k 20 k Frequency (Hz)

Acceleration

(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312

0 2 k 4 k 6 k 8 k 10 k 12 k 14 k 16 k 18 k 20 k

Frequency (Hz)

Acceleration

(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312

Figura 3.8. Espectros de frecuencia obtenidos del corte con hilo de diamante durante el taladroinicial.

Eje Z

Eje Y

Eje X1

Eje X2


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El segundo espectro se corresponde con arranques del motor de la taladradoraapoyando la broca con la superficie del muro. Por lo tanto, es obvio que los valores

mximos de las frecuencias de los espectros varen ligeramente, e incluso que lapresencia de ruido impida ver los picos tan claramente como en el primer grfico.Adems, se puede apreciar en ambos grficos que apenas se percibe respuesta en lasdirecciones y y z y sin embargo, en la direccin x se detectan los tres primeros modos devibracin inducidos por la rotacin del taladro. Este hecho es debido a dos motivos: Uno,al poco esfuerzo que requiere realizar el taladro mientras que la mquina gira a unavelocidad significativa, a la vez que se produce el arrastre de material hacia el exterior,por lo tanto perdiendo masa; y segundo porque la operacin la ejecuta un operario y sumovimiento poco estable desemboca en este tipo de respuesta. De hecho, esta situacinse repite cuando se realiza el corte con el equipo de hilo de diamante, pero como cabaesperar, a diferente frecuencia de vibracin. Es ms, tambin se puede apreciar el

decremento en la frecuencia entre el inicio y el fin de esta operacin como consecuenciade la disminucin de masa a movilizar. (Figura 3.9). En apartados posteriores seanalizar si se produce el mismo tipo de respuesta en los dems muros.

Figura 3.9. Espectros de frecuencia obtenidos del corte con hilo de diamante Inicio y final delproceso de corte con hilo de diamante.

En cuanto al corte con la sierra de disco conviene decir que los sensores que miden lasvibraciones producidas por la sierra radial son X1, Y y Z. Obviamente, las lecturasregistradas por x2 carecen de sentido fsico. Ntese, tambin que el muro no ha sidoexcitado en las direcciones vertical y perpendicular al eje en ninguno de los casos.

En las siguientes figuras (Figura 3.10 y .Figura 3.11) se muestran grficos de losespectros de frecuencia relativos a instantes aleatorios del proceso de corte con sierraradial en la cara trasera del muro y delantera.


Acceleration(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration

(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


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Acceleration(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration

(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration

(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312

Figura 3.10. Espectros de frecuencia obtenidos en instantes aleatorios del proceso de corte consierra radial en la cara trasera del muro.


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Acceleration

(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration

(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312


Acceleration(g)

2E-03

4E-03

6E-03

8E-03

10E-03

12E-03

14E-03

16E-03

18E-0312

Figura 3.11. Espectros de frecuencia obtenidos en instantes aleatorios del proceso de corte consierra radial en la cara delantera del muro.

Del estudio de los grficos puede observarse que las vibraciones ms importantes seproducen en los momentos de toma (o cese) de contacto entre las mquinasherramientas y el muro.

Adems, el corte con sierra radial produce valores de aceleracin de 2 a 4mG, inferiores

a los obtenidos con el hilo de diamante, 6 a 8mG, por lo que, segn se desprende la


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norma DIN 4150-3 Structural Vibration. Effects Of Vibration On Structures, (Tabla 3.1 yTabla 3.2), las estructuras no se daaran con ninguno de los dos mtodos de corte.

Line Type of structure

Guideline values for velocity, vi, in mm/s

Vibration at the foundation ata frequency of

Vibration athorizontal planeof highest floor

at allfrequencies

1Hz to10Hz

10Hz to50Hz

40Hz to100Hz*)

1Buildings used for commercial purposes,

industrial buildings, and buildings of

similar design

20 20 to 40 40 to 50 40

2Dwellings and buildings of similar design

and/or occupancy5 5 to 15 15 to 20 15

3

Structures that, because of their particularsensitivity of vibration, cannot be

classified under lines 1 and 2 and are ofgreat intrinsic value (e.g. listed buildings

under preservation order)

3 3 to 8 8 to 10 8

*) At frequencies above 100Hz, the values given in this column may be used as minimumvalues.

Tabla 3.1. Guideline values for vibration velocity to be used when evaluating the effects of shortterm vibration on structures.

Line Type of structureGuideline values for velocity, vi, in mm/s of

vibration in horizontal plane of highest floor, atall frequencies

1

Buildings used for commercial purposes,

industrial buildings, and buildings ofsimilar design 10

2Dwellings and buildings of similar design

and/or occupancy5

3

Structures that, because of their particularsensitivity of vibration, cannot be

classified under lines 1 and 2 and are ofgreat intrinsic value (e.g. listed buildings

under preservation order)

2,5

*) At frequencies above 100Hz, the values given in this column may be used as minimum values.

Tabla 3.2Guideline values for vibration velocity to be used when evaluating the effects of long termvibration on structures


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Asimismo durante todo el proceso de corte se han tomado imgenes con cmara

infrarroja para detectar posibles cambios, bruscos o no, de temperatura en la superficiede la probeta que pudiesen afectar a las propiedades de los materiales. En este sentido,bsicamente, lo que ha detectado la cmara infrarroja es la temperatura del agua usadacomo refrigeracin de la herramienta de corte.

Los importantes cambios de color que presentan las imgenes entre s se deben a que lacmara estaba programada para el ajuste automtico de la escala de medida, lo queproduce una variacin de la escala de colores casi continua.

Para facilitar la interpretacin, cada imagen trmica est acompaada de sucorrespondiente imagen en el espectro visible. Al tratarse de cmaras diferentes, elngulo de visin no es el mismo.

Respecto al corte con hilo de diamante nicamente puede obtenerse alguna informacinde la temperatura alcanzada durante el corte de la pared estudiando la sexta imageninfrarroja. La proyeccin de agua por la parte inferior del lazo del hilo de diamantemuestra valores cercanos al mximo de la escala de temperatura (48C).

Sin embargo en el caso de corte con sierra de disco la refrigeracin de la sierra se realizamediante un chorro de agua sobre una de las caras del disco; de esta manera, soloqueda empapada la superficie del muro por uno de los lados del corte.

La salida de agua queda en el lateral opuesto a la posicin de la cmara trmica; puedeapreciarse en las imgenes trmicas que el lado seco presenta una uniformidad de tonos

con el resto de la pared, mientras que el lado mojado tiene variacin de color segn latemperatura del agua (imagen 4 infrarroja del corte en la cara delantera).


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Corte con hilo diamante.


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Corte con sierra de disco en la cara posterior.


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Corte con sierra de disco en la cara anterior.


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3.1.3. Ensayo de los Cosidos

El siguiente objetivo cumplido ha sido el estudio del efecto del cosido en estructuras deeste tipo. Para ello, se ha debido dar continuidad a las partes cortadas, este proceso seha realizado inyectando un mortero de cal hidrulica igual al de ejecucin del muro. Paraconocer el momento en el que se podra acometer el cosido, se han realizando ensayosde compresin y flexotraccin a los dos y veinte das, estos valores han sido 0.3 y 0.56MPa cantidades extremadamente bajas para este tipo de material, pero suficientes parala continuacin de la tarea. Una vez alcanzada una madurez suficiente, se ha realizado elcosido. Estos han sido ejecutados con dos materiales diferentes el acero galvanizado yla fibra de vidrio, los materiales ms utilizados en obras de restauracin. Las varillas enambos casos han tenido un dimetro de 12 mm y las longitudes han sido de 35 cm. En elcorte de hilo de diamante se han utilizado seis varillas de acero galvanizado y en el corte

con la sierra de disco se han utilizado seis varillas de fibra de vidrio. Se han introducido atresbolillo, tres varillas por cara diagonalmente opuestas como muestra la Figura 3.12.Distanciadas entre ellas unos 33 cm aproximadamente, introduciendo primero unalechada aditivada con algo de resina epoxi y despus roscando las varillas hastaconseguir que la lechada rebose la perforacin. Del mismo modo que en el mortero, sehan realizado ensayos de compresin y flexotraccin de la lechada para determinar laocasin de abrir el hueco en la base del muro, sus resistencias fueron 2.19 y 1.13 MPa,respectivamente.

Figura 3.12. A la izquierda se muestra el esquema de ejecucin del cosido, el plano verderepresenta el corte y las flechas rojas las varillas de cosido. A la derecha un momento dela ejecucin del mismo.


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Figura 3.13. Preparacin de ensayo a cortante..

Una vez preparada la probeta se estudiaron varios aspectos, por un lado el estudio de loscosidos como tal por medio de las bases de extensometra y la termografa; y por otro laverificacin de la instrumentacin inalmbrica. Para ello se va ha aplicado carga en eltercio central en escalones que se indican en la Tabla 3.3.

Comenzando por este ltimo se indicar que para monitorizar el proceso se han colocadodos sensores inalmbricos

En la realizacin de los ensayos se han utilizado los siguientes equipos:

Transductor inductivo de desplazamiento (L.V.D.T.) de SOLARTRON-SCHLUMBERGER, mod. ST-1000, de ncleo libre, con rango de medida 2.5cm y resolucin 0.01 mm.

Ordenador de sobremesa Dell Optiplex GX270 con S.O. Windows XP.

Estacin base de recepcin de sensores inalmbricos tipo Mota (Crossbow).

Mdulo inalmbrico tipo Mota (Crossbow) con electrnica de adaptacin paramedida de sensor LVDT.

Mdulo inalmbrico tipo Mota (Crossbow) para medida de parmetrosambientales.

Software de monitorizacin de sensores inalmbricos desarrollado en

GEOCISA


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Figura 3.14. Equipos utilizados en la instrumentacin inalmbrica.

El transductor de desplazamiento (L.V.D.T.) se situ sobre el segmento central del muroa ensayar, de forma que fuera capaz de medir el desplazamiento del muro provocado porla presin. Para su instalacin se dispuso en una pieza mecanizada que permita suamarre por un extremo a una pesa que descansaba sobre la plancha metlica quetransmite la fuerza del pistn al muro y por el otro a un cable acerado sujeto a un tiranteen la parte superior de la estructura de la instalacin.

El acondicionador de seal de la LVDT. se conect al mdulo inalmbrico que se situsobre una de las vigas de reparto de carga de la estructura.

El mdulo inalmbrico de parmetros ambientales se situ igualmente sobre una de lasvigas de la estructura. Ambos mdulos quedan posicionados fuera de la zona deinfluencia de los pistones del gato hidrulico y de la zona del muro que sufre eldesplazamiento

La estacin base se conect al ordenador de adquisicin. ste se encontraba a unos seismetros de la zona de ensayo y los dos mdulos inalmbricos quedaron en la visual de lamisma. La aplicacin de monitorizacin de las motas inalmbricas Se inicicomprobndose que se reciban datos correctamente de los dos mdulos.

El ordenador de adquisicin se encontraba conectado a la red interna de GEOCISA,pudindose visualizar la evolucin del ensayo a travs de otros equipos de la red.

Con un gato hidrulico se aplicaron diferentes niveles de carga (Tabla 3.3), hasta larotura de los elementos de cosido. Durante todo el proceso los sensores enviaron a laaplicacin de monitorizacin los datos medidos por los transductores. Estos mdulosenviaron una medida cada segundo.

El registro de datos obtenido comprende las medidas siguientes

Desplazamiento del segmento central del muro (mm)

Condiciones ambientales del recinto del ensayo

o Temperatura ambiente (C)

o Humedad relativa (%)


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o Presin atmosfrica (bar)

o Luminosidad (lux)

Se presenta a continuacin la grfica de evolucin del desplazamiento (

Figura 3.15) frente al tiempo. En ella se aprecia claramente el comportamiento de laestructura en respuesta a los escalones de carga.

Ensayo muro ladrillo macizo (02/02/2010)

-13.00

-12.00

-11.00

-10.00

-9.00

-8.00

-7.00

-6.00

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

0:00:00 0:14:24 0:28:48 0:43:12 0:57:36 1:12:00 1:26:24 1:40:48

Tiempo

Desplazamien

to(mm)

Figura 3.15. Desplazamiento del bloque central del muro medido con los sensores inalmbricos.

La tabla siguiente indica los escalones de carga y el desplazamiento relativo a la posicininicial.

Cargamuro (t)

Presin gato(kg/cm2)

Desplazamiento(mm)

Temperatura C

0.000 0 0 18.75.296 40 -0.312 18.67.944 60 -0.581 18.6

10.592 80 -0.863 18.413.240 100 -0.955 18.315.088 120 -1.024 18.218.536 140 -1.109 18.121.184 160 -1.176 17.926.480 200 -1.234 17.831.776 240 -1.347 17.737.072 280 -1.472 17.642.368 320 -1.525 17.942.368 320 -12.196 18.2

Tabla 3.3. Datos obtenidos con la instrumentacin inalmbrica.


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El registro ha permitido comprobar que los tiempos utilizados entre escalones de cargahan sido suficientes para lograr la estabilizacin del desplazamiento del segmento central

del muro y como a partir de la aplicacin de los 320 bares de presin el desplazamientose ha hecho de manera continua.

Al inicio del ensayo se han observado grandes variaciones del valor de desplazamientomedido. Estas medidas iniciales han estado afectadas por la respuesta de la mecnicaasociada al transductor L.V.D.T., su posicionado o respondido a variaciones reales de laestructura causadas por la aplicacin inicial de carga.

Por ello ha sido necesario observar con cierta precaucin la interpretacin de los datosde desplazamiento absoluto registrados.

Por este motivo se puede decir que la automatizacin de las medidas y la alta velocidadde la adquisicin de datos permiten obtener una informacin muy detallada del

comportamiento de la estructura. Adems, la transmisin inalmbrica permite que eltcnico haga un seguimiento del ensayo a una cierta distancia de la estructura, con laconsiguiente disminucin de los riesgos a los que se ve expuesto. Tambin hace posibleun seguimiento remoto por parte de terceras personas si el ordenador de adquisicin seencuentra conectado a una red.

En relacin al estudio termogrfico se debe indicar que las cmaras se situaron a 2m delmuro, en perpendicular y centradas; esta posicin es la misma que se utiliz en el ensayodel segundo muro de ladrillos huecos. En esta situacin se ve el hueco resultante delensayo de sustitucin de cargas y los extremos exteriores de las varillas de cosido. En lacmara se program un coeficiente de emisividad de 0.98 y se tomaron fotos trmicas en

cada escaln de carga. Durante todo el ensayo se realiz una grabacin continua de laimagen de la cmara trmica y de la cmara de video ordinaria.

Para evitar variaciones en la escala de color que pudieran confundir durante el ensayo,se cancel la opcin de ajuste automtico del rango de medida, quedando la escala entrelos valores de 13 a 20C.

A continuacin se muestran todas las fotos tomadas durante esta prueba. Todas ellasestn en el rango de medida de 13 20 C excepto la primera, en la que se aprecia lainfluencia del sistema calefactor de la nave de ensayo; una vez desconectado, se esperhasta que el muro alcanz el equilibrio trmico para comenzar el ensayo.


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Temperatura vs tiempo

0

5

10

15

20

25

30

35

16:48 :00 17 :02 :24 17 :16 :48 17 :31:12 17 :45 :36 18:00:00 18:14 :24 18:28:48 18 :43 :12

hora

C

Sensor ambiente

Cmara

Referencia

Figura 3.16.Correlacin de medida de temperaturas entre la medida por el sensor inalmbrico, lacmara termogrfica y un sensor de referencia.

El aumento de temperatura detectado por el sensor de ambiente a las 18:09 se debe alcierre total de la puerta de la nave y al encendido de los focos de iluminacin.

Para determinar si se han producido cambios en la temperatura del muro al aplicar lascargas, se ha obtenido de la grabacin de video un valor de referencia; este valor secorresponde con la temperatura instantnea que se registra en el momento que el relojcambia de un minuto al siguiente.

Presingato

(kg/cm2)

SaltoPresin(kg/cm2)

Nmeroimagen

Hora Temperatura(C)

Temperaturareferencia

(C)

SaltoTemperatura

(C)40 40,0 250 17:17 14,7 14,2 -0,560 20,0 251 17:19 14,3 14,7 0,480 20,0 252 17:30 14,2 14,4 0,2

100 20,0 253 17:33 14,2 14,2 0,0120 20,0 254 17:44 14,4 13,9 -0,5140 20,0 255 17:47 14,9 14,6 -0,3

160 20,0 256 17:57 14,3 13,9 -0,4200 40,0 257 18:07 13,8 14,1 0,3240 40,0 258 18:17 14,5 14,1 -0,4280 40,0 259 18:28 13,5 13,9 0,4320 40,0 260 18:36 14 14,1 0,1

Tabla 3.4.Datos termogrficos e hidrulicos.

Representando los saltos de temperatura frente a la presin y al diferencial de presin seobserva que no existe correlacin entre las variables, es decir, todos los saltos detemperatura se pueden producir a cualquier carga o salto de carga.


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Salto temperatura vs Presin gato

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 50 100 150 200 250 300 350

kg/cm2

C

Figura 3.17.Correlacin de medida de temperaturas y presin en el gato hidrulico.

Salto temperatura vs Salto Presin

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0

Kg/cm2

C

Figura 3.18. Correlacinde medida entre los saltos de temperatura y los saltos de presin.

Durante el proceso de prueba de los cosidos no se han detectado cambios en latemperatura que puedan achacarse al aumento de la carga.

Las causas posibles de este resultado son:

La variacin propia del instrumento: Lecturas consecutivas del mismo puntopueden diferir en 0,6C.


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Aunque se han producido saltos de presin considerables, la velocidad deaplicacin de las cargas era demasiado lenta como para que el incremento de

temperatura de un escaln individual sea detectable. La elevada masa del muro.

El tiempo empleado entre escalones consecutivos es demasiado grande, yaque se esperaba hasta que la lectura de deformacin del muro fuese estable,por lo que se disipa el calor producido por el escaln e impide un efectoacumulativo sobre la temperatura del muro.

En cuanto a las bases de extensometra han medido las deformaciones producidas por elmortero que es el material ms deformable, y por tanto, el limitante a la hora de resistiruna carga.

Las bases se colocaron en la zona central del muro con la numeracin y posicin que seindica en el siguiente esquema (Figura 3.19 y Figura 3.20).

Figura 3.19. Esquema de colocacin y fotografa de las bases de extensometra en la caradelantera del muro.


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Figura 3.20. Esquema de colocacin y fotografa de las bases de extensometra en la caratrasera del muro.

Como ya se ha comentado en apartados anteriores tambin se utiliz un relojcomparador que indica el desplazamiento relativo a la posicin inicial, as se ha podidosaber cuando el cosido ha fallado y verificar la instrumentacin inalmbrica. En la Tabla3.5 se muestran los datos obtenidos por este reloj as como la tensin queexperimentaba la zona central del muro en cada escaln de carga. En la figura 3.23 semuestra el grfico de tensin-deformacin de la parte central, como se aprecia a partir de11 kg/cm2 de tensin el muro sufre rotura frgil y los cosidos son los que empiezan atrabajar. Por otra parte, los valores de desplazamiento vertical tanto del reloj comparadorcomo del LVDT inalmbrico coinciden, lo que indica el buen funcionamiento del sistema y

la adecuacin para este tipo de ensayos.


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Q Seccin

Central (t)

P gato

(kg/cm

2

)

Micrmetro

(mm)

Tensin

(kg/cm

2

)0,0 0 0 05,3 40 0,282 27,9 60 0,395 2

10,6 80 0,489 313,2 100 0,555 415,9 120 0,641 518,5 140 0,698 621,2 160 0,75 626,5 200 0,872 831,8 240 0,99 9

37,1 280 1,135 1142,4 320 4,38 13

Tabla 3.5. Relacin entre la presin aplicada y tensin resistida por la parte central del muro.

Figura 3.21. Diagrama tensin deformacin de la zona central de muro.

En las Figura 3.22 y Figura 3.23 se ha representado las medidas tomadas con las basesde extensometra. En la primera figura se han representado las grficas relacionadas conel cosido de las varillas de fibra de vidrio mientras que la figura siguiente muestra losvalores obtenidos en el cosido de acero. Adems estn agrupado por alturas de talmanera que el ubicado en la parte superior coincide con la parte superior del muro.Analizando estos grficos se observa que, como era de esperar, la zona superior delmuro se deforma ms ya que es ah donde se recibe la carga. En el caso de las varillasde fibra de vidrio las medidas dependen significativamente de la ubicacin de las bases,esto es, si las bases se colocan cerca las varillas las lecturas indicarn cada deformacin

de ese punto, por pequea que sea, este es el caso de las bases 8 y 2. (Figura 3.22). Por


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otro lado las varillas de acero han tenido un comportamiento ms lineal y homogneocomo se desprende de la figura 3.24. De la comparacin de ambos materiales se puede

deducir que las varillas de fibra de vidrio estn menos tensionadas, ya que a la mismaaltura se deforman menos. Por lo que a la vista de estos primeros resultados serecomendara la utilizacin de este tipo de varillas. Este consejo fue reafirmado cuando aldesmontar la estructura y comprobar los daos interiores, se vio que las varillas de aceroquedaban sueltas en la lechada mientras que las varillas de fibra de vidrio permanecantodava ntimamente ligadas (Figura 3.25)


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Deformaciones medidas en mortero de cal para cosido con varillas de fibra devidrio

Figura 3.22. Deformaciones medidas en el cosido realizado con varillas de fibra de vidrio.

P- Deformacin

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300

P (bar)

De

formacion(microdeformaciones)

1a

1b

7b

7a

P- Deformacin

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300

P (bar)

Deform

acion

(microdeformaciones)

2a

2b

8a

8b

P- Deformacin

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300

P (bar)

Deformacion(microdeformac

iones)

3a

3b

9a

9b


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Deformaciones medidas en mortero de cal para cosido con varillas de acero

Figura 3.23. Deformaciones medidas en el cosido realizado con varillas de acero.


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Figura 3.24. Detalle de ubicacin de las bases de extensometra.

Figura 3.25. A la izquierda detalle del estado de una varilla de acero despus del ensayode cortante en el centro imagen general del retiro del muro y a la derecha el detalle de lasvarillas de fibra de vidrio despus de ensayo de cortante.

Despus de haber realizado el ensayo de cortante de los cosidos se procedi ainspeccionar el estado de conservacin de los extremos del muro. Dado los daos quehaban sufrido los ladrillos se procedi a ejecutar el ensayo a compresin de parte de unextremo. La evolucin se muestra en la Figura 3.26, de ah se deduce que la tensin derotura es 25 kg/cm2, ya que despus entra en el campo plstico y las leyes lineales ya no

rigen. Este valor es menor que el valor de rotura tpico del ladrillo macizo (40 kg/cm2

)porque el bloque est engarzado con un mortero de cal hidrulica y es ste el factordeterminante en este ensayo. Las oscilaciones que aparecen en la grfica se deben a lasvariaciones de presin del grupo hidrulico. En la Figura 3.27 aparecen la probetaensayada y detalles de los lados ms representativos de este tipo de rotura, en el seaprecian las grietas verticales tpicas de este tipo de ensayo, y que adems indican laverticalidad de la aplicacin de la carga.


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Figura 3.26. Diagrama de ensayo a compresin del muro de ladrillo macizo..

Figura 3.27. A la izquierda se muestra una imagen general del ensayo a compresin en el

centro y a la derecha se exhiben los detalles del estado final de la probeta.

3.2. MURO TAPIAL

El siguiente muro estudiado ha sido el muro de tapial. ste es un material muydeformable y delicado, hecho con arena y cal, cuya resistencia es muy baja, seencuentra entre los 10-15 kg/cm2. Adems, es uno de los materiales tpicos en delpatrimonio, muy vulnerable al contacto con el agua, como se comprobar ms adelante.

En este caso, se ha procurado respetar las circunstancias reales, esto es, no se ha


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protegido con el calicastrado para comprobar el efecto del corte sobre el muro como tal,no en la capa protectora (Figura 3.28). A continuacin, se ha realizado la prueba de corte

y seguidamente se ha unido con mortero de cal, en las mismas proporciones que en elmortero inicial, esto es, 4 partes de arena por una de cal en un litro de agua.Posteriormente se cosi con las mismas varillas que en el muro anterior, es decir, varillasde acero y varillas de fibra de vidrio de 12 mm de dimetro embebidas en una lechadacuyas proporciones son 4 kg de cal hidrulica, 2 tapones de resina acrlica y 4 l de agua,y se estudi convenientemente sin acometer el hueco en el bloque central, debido a lasparticularidades de este material. Finalmente, se realizaron las pruebas de compresinsobre los fragmentos restantes.

Figura 3.28. A la izquierda se muestra el desencofrado del muro de tapial y a la derecha se

ilustra el rafrentado del muro para la posterior colocacin de las placas de distribucin decargas.

3.2.1. Puesta en Carga

Como se acaba de indicar la primera tarea que se ha realizado fue la entrada en carga.sta se realiz en pequeos escalones como se presenta en la Tabla 3.6. En estaocasin los incrementos de carga han debido de ser muy pequeos a causa de lafragilidad de este material, no llegando a sobrepasar la resistencia mxima a compresin,comunicando el muro a lo que a priori debera ser menor al 50% de la tensin de rotura,

0.8 Kg/cm2.

Q muro(t)

P gato(kg/cm2)

Micrmetro(mm)

Tensin(kg/cm2)

Numeroimagen

TemperaturaC

0,0 0 0 0,0 263 14,81,2 3 0,285 0,1 264 15,22,8 7 0,509 0,3 265 14,84,4 11 0,939 0,4 266 14,77,9 20 1,591 0,8 267 15,1

Tabla 3.6. Escalones de carga aplicados al muro de tapial.


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Si adems, estos valores se representan en la grfica tensin deformacin (Figura3.29) se puede observar que el comportamiento del material es muy lineal, y que por lo

tanto en ningn momento se ha llegado al comportamiento plstico del mismo.Tension - Deformacion

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Deformacion ()

Tension(kg/cm2)

Figura 3.29. Diagrama tensin-deformacin referente a la entrada en carga del muro detapial.

Al igual que en el muro anterior se utiliz la instrumentacin inalmbrica con los mismossensores y resultados de calidad similares. De todas maneras, se ofrece una descripcinms detallada en el punto siguiente.

En cuanto al estudio termogrfico, la cmara se situ a 2,5m del muro, en perpendicular

y desplazada hacia el lado izquierdo del muro. En esta situacin se ven la chapa metlicade reparto de cargas y el borde izquierdo del muro. La cmara se program con uncoeficiente de emisividad de 0.98.

Para evitar variaciones en la escala de color que pudieran confundir durante el ensayo,se cancel la opcin de ajuste automtico del rango de medida; primero se realizaron dostomas con rango entre 15 y 22 C y, finalmente, la escala se fij entre los valores d

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