Estudios estructurales previos a la restauracin de la iglesia de Santa Mara de Meiraos

Folgoso do Courel (Lugo) por:

Santiago Huerta Fernndez Gema Lpez Manzanares

DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACI~N ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA

UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID

Conselleria de Cultura, Comunicacin Social e Turismo Direccin Xeral do Patrimonio Histrico e Documental

Madrid, julio de 1999

ndice

1 . Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Breve resea histrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Objetivo del informe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 . Marco terico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 El material: hiptesis del anlisis lmite 3

2.2 Condicin de estabilidad; seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . . . . . . 2.3 Teorema Fundamental; lmite inferior del coeficiente de seguridad 4

2.4 Movimientos, patologas y seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . 3 . Estado actual Patologas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.1 Descripcin general del estado actual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Presbiterio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nave 6 Nrtex de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Muro sur de la nave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Baptisterio y sacrista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2 Patologas estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Presbiterio y nrtex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

. . . . . . . . . . . . . . . . . . Desplomes en muros y contrafuertes de la nave 1 0 Remate de la torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0

. 4 . Estudio geotcnico Cimentaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4.1 Estudio geotcnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 .2 Estado de la cimentacin 1 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Anlisis de estabilidad 1 4

5.1 Muro sur de la nave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Origen de los desplomes Agrietamientos 1 4

Estabilidad del muro actual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5.2 Muro norte de la nave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5.3 Remate de la torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7

Viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 Efecto de las campanas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 Sismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 Combinacin de acciones: efecto acumulativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9

6 . Conclusiones . Medidas de consolidacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 6.1 Muro sur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9

Contrafuertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 Consolidacin en zona agrietada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

6.2 Muro norte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6.3 Remate de la torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

7 . Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 8 . Documentacin fotogrfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3

1. Introduccin

1.1 Breve resea histrica

La historia constructiva de la iglesia requerira un estudio detallado. En lo que sigue se resumir lo encontrado en la Gran enciclopediagallega (1 974) y en los artculos de Luzn (1 980) y Valia (1 980). A l final se harn algunas consideraciones sobre las fases de construccin en base a la observacin de la fbrica.

La iglesia de Santa Mara de Meiraos es la parroquia del municipio y arciprestazgo de O Courel, provincia y dicesis de Lugo, delimitada por las feligresas de Noceda, Gundriz y San Xon de Luzara (N), Seoane (S), Noceda y Lousada (E) y Gundriz y San Xon de Luzara (O). Su planta es singular entre las iglesias rurales de Lugo.

No se conoce con certeza la fecha de construccin de la iglesia. En la inscripcin de la repisa del tico aparece la fecha del retablo del altar: Toda esta obra hizo el canonigo D. Francisco de Heredia a su costa, 161 4. Aparecen tambin otros dos retablos en los laterales de la nave, renacentistas. En el del lado derecho aparece la inscripcin: Aqui estan guesos i carne de San Bartolome, sin duda, ao de 1 6 3 2 ~ .

La parte de los pies de la iglesia es el resultado de una ampliacin de la obra original realizada a principios del siglo XVIII. As, en la clave de la puerta interior del nrtex, de trazado neoclsico, se puede leer la fecha de 171 4. En el coro tambin se puede leer otra inscripcin: ~ H i z o s e esta obra a d 1 7 1 4 siendo prior D. Diego Zivientes y Canseco D Avi to D stiago y can D S Marcos D Leon.

En el siglo XIX todava se realizan obras en el templo. Segn Valia (1 980) el coro se pint en 1865, ocho aos despus que la pintura y dorado del retablo principal: Este retablo se aadi pint y dor siendo cura ecnomo D Fr. Benito Rodrguez Ponce de Len, ao de 1857)).

Y a en este siglo se sabe que hasta los aos 1950 estuvo habitada la casa Rectoral. Actualmente y a pesar de la disminucin de feligreses la iglesia se sigue utilizando para la celebracin de la misa dominical y de diversos acontecimientos religiosos, bodas, bautizos o funerales.

En resumen la iglesia ha sufrido a lo largo de su historia una serie de ampliaciones. Resulta curioso observar que, en todos los casos, la fbrica nueva se adosa simplemente a la antigua. Esta prctica constructiva no es buena, pues falta trabazn entre las distintas partes, y parece deberse a la dificultad de hacer enjarjes en la fbrica. En efecto, como pudo comprobarse haciendo una cata, la fbrica es homognea en todo su espesor y est formada por lajas de pizarra bien trabadas; picar a mano una roza en los muros habra supuesto un gasto considerable.

En base a lo anterior y a la observacin de la fbrica (el picado del enlucido ha dejado a la vista su estructura) cabe concluir:

1 ) la iglesia se comenz por el presbiterio que, como es habitual, est orientado al este. La construccin con una bveda de can apoyada en un grueso muro con contrafuertes, no permite fechar la estructura con precisin.

2) se continu luego la iglesia con una nave cubierta por una armadura de madera. La longitud que alcanz la nave se puede ver con claridad en el muro: hay una junta vertical entre el muro antiguo y el moderno. Puede verse en el lado antiguo que el aparejo de mayor y menor corresponde al de una esquina.

3) al mismo tiempo se construy el nrtex. Puede verse cmo la bveda se construy simultneamente, pues atraviesa el muro nuevo y esta simplemente adosada al antiguo.

4) concluido el nrtex, en fecha indeterminada, se fueron aadiendo (de nuevo adosando simplemente la fbrica nueva a la antigua) las dependencias anexas: el baptisterio y la sacrista.

En cuanto a la torre, con toda probabilidad est adosada al presbiterio, tambin en fecha desconocida, si bien en este caso al no haberse picado el enlucido en la zona de unin es imposible verificarlo.

Figura 1. Posibles fases de construccin

1 .2 Objetivo del informe

La fbrica de la iglesia presenta daos visibles; en particular la forma presenta apreciables desplomes, hay fallos de alineacin y agrietamientos en arcos y bvedas. Algunos de estos daos se deben a falta de mantenimiento; otros pueden atribuirse a una construccin defectuosa en su origen. Adems, en los ltimos aos (desde 1995) se han producido una serie de terremotos con epicentro en las proximidades.

El objeto del presente informe es: 1) estudiar el origen de las patologas observadas. 2) determinar su importancia en relacin con la seguridad de la iglesia. 3) proponer, en su caso, medidas de consolidacin para la fbrica.

2 . Marco terico

Para realizar el estudio aplicaremos la teora del Anlisis Lmite de Estructuras de Fbrica, tal y como la ha desarrollado fundamentalmente Heyman en los ltimos aos -vase Heyman (1 995a y 1999) . En este apartado se resumirn los principios e ideas fundamentales. Finalmente se realizar un breve comentario sobre el empleo de otros mtodos de clculo, en particular del Mtodo de los Elementos Finitos.

2.1 El material: hiptesis del anlisis lmite

Consideraremos la estructura de fbrica (muros, contrafuertes y arcos) formada por un material rgido-unilateral, que resiste compresiones pero no resiste tracciones. Es decir, imaginamos la fbrica como un conjunto de bloques indeformables en contacto seco y directo que se sostienen por su propio peso. Supondremos tambin que las tensiones son bajas, no habiendo peligro de fallo por resistencia, y que el rozamiento entre las piedras es suficientemente alto como para impedir su deslizamiento. Estas tres hiptesis dan lugar a los Principios del Anlisis Lmite de las Fbricas:

(1 ) la fbrica presenta una resistencia a compresin infinita; (2) la fbrica tiene una resistencia a traccin nula; (3) el fallo por deslizamiento es imposible.

La hiptesis (1) v a ligeramente en contra de seguridad y se comprobar mediante un clculo numrico. La suposicin (2) va, evidentemente, a favor de seguridad. Finalmente, la hiptesis (3), vuelve a estar en contra de seguridad, si bien los casos de deslizamiento entre piedras son muy raros (suelen estar asociados a movimientos ssmicos).

2.2 Condicin de estabilidad; seguridad

La condicin de estabilidad de una fbrica construida con un material que cumpla los principios anteriores exige que la trayectoria de las fuerzas, la lnea de empujes, est contenida dentro de la estructura; esto es, para cada seccin hipottica de la estructura la resultante de las fuerzas debe estar contenida en su interior.

La seguridad est determinada, en cada seccin, por la distancia relativa de la resultante de tensiones (empuje) a sus bordes. El coeficiente de seguridad es geomtrico y definir la posicin que dicho empuje no debe sobrepasar dentro de cada seccin. Los coeficientes de seguridad dependen del t ipo y uso de la estructura, y tienen un carcter emprico. En particular, para el caso de edificios, son distintos para arcos y bvedas y para estribos; el coeficiente de estos ltimos es mucho ms restrictivo, por los motivos que se discutirn en el apartado dedicado a la seguridad de los contrafuertes.

2.3 Teorema Fundamental; Imite inferior del coeficiente de seguridad

Si la estructura es hiperesttica, como es habitual, ser posible encontrar infinitas lneas de empujes contenidas dentro de la fbrica, que corresponden a las infinitas situaciones de equilibrio posibles (la Inea de empujes no es ms que una representacin grfica de las ecuaciones de equilibrio).

Si se cumplen los principios del anlisis Imite enunciados antes se puede demostrar -vase Kooharian (1 953); Heyman (1 982, 1995a, 1995b)- el siguiente Teorema Fundamental del Anlisis Lmite (Teorema del Lmite Inferior):

Dada una estructura, si es posible encontrar una situacin de equilibrio compatible con las cargas que no viole la condicin de Imite del material (esto es, que no aparezcan tracciones) la estructura no colapsar. Aplicado a las fbricas: si es posible dibujar una Inea de empujes contenida dentro de la estructura la estructura no se hundir.

La potencia del Teorema radica en que la Inea de empujes, es decir, la situacin de equilibrio, puede ser elegida libremente. Elegida una Inea, podremos aplicar las condiciones de seguridad a cada una de las secciones que atraviesa y obtener, de esta forma, un Imite inferior para el coeficiente de seguridad geomtrico: sabemos que la estructura tiene al menos ese coeficiente de seguridad (en general, sera posible encontrar una Inea de empujes que diera una situacin ms favorable).

El problema de la seguridad de las fbricas es, pues, un problema de estabilidad. De los tres criterios fundamentales que debe cumplir una estructura (resistencia, rigidez y estabilidad), es ste ltimo el que gobierna el proyecto de las fbricas: las tensiones son bajas y las deformacines pequeas.

El criterio de estabilidad conduce a una visin de las estructuras de fbrica basada

firmemente en la geometra: es la forma la que posibilita que las trayectorias de esfuerzos estn siempre dentro de los lmites de la fbrica (para una exposicin clara y muy detallada de este enfoque, vase Heyman,1995b).

2.4 Movimientos, patologas y seguridad

Las grietas son algo natural en un material que no resiste tracciones. De hecho, los agrietamientos son la nica forma de adaptarse a pequeas variaciones en las condiciones de contorno (por ejemplo, a un pequeo desplazamiento de los estribos, etc.). Las grietas dividen la estructura en un conjunto articulado de bloques que se mueve y adapta a las nuevas condiciones de contorno. A cada movimiento corresponde un agrietamiento distinto y una estructura puede presentar a lo largo de su historia distintos agrietamientos, que corresponden a distintas posiciones de las Ineas de empujes (distintas soluciones de las ecuaciones de equilibrio). Sin embargo, el Teorema Fundamental nos asegura que, si encontramos un sistema de lneas de empujes (esto es una cierta situacin de equilibrio) dentro de la fbrica, aunque pueden moverse bruscamente, stas nunca se saldrn de los Imites de la fbrica con lo que la estabilidad est asegurada. Esto es, precisamente, lo que se ha hecho en el presente informe, buscar estados posibles de equilibrio con la fbrica siempre comprimida.

3. Estado actual. Patologas

3.1 Descripcin general del estado actual

En el presente apartado pasaremos revista al estado actual de la iglesia. Este examen servir para determinar qu patologas son las ms crticas; stas se estudiarn con ms detalle en el siguiente apartado.

Presbiterio

El presbiterio est cubierto por una bveda de can, que parece de medio punto (quiz tenga u n ligero apuntamiento). Hay desconchones que dejan ver que es una mampostera de lajas de pizarra. Las paredes laterales estn desplomadas hacia afuera, as como los contrafuertes del arco del presbiterio que muestra unas grietas clarsimas por este motivo. La bveda debera tenerlas, pero han sido tapadas por el enlucido. La escalera que da al altar presenta una fractura en la barandilla que indica algn tipo de movimiento en su sustentacin sobre el terreno.

Nave

Los muros de la nave son de mampostera de lajas de pizarra en todo su espesor, y presentan menor seccin en su parte superior. La construccin presenta fallos de alineacin; adems, estn bastante desplomados. Curiosamente ambos estn desplomados hacia al mismo lado: hacia el sur.

Las ventanas en el muro de la derecha mirando al altar son dos, una ms grande y otra ms pequea; se manifiesta una grieta que divide el muro y que coincide con la zona en la que, como se ver, varan los desplomes (el muro al revirarse se ha agrietado).

A los pies de la nave hay un coro de madera policromada. Hay unos pasillos laterales volados sobre mnsulas empotradas en todo el espesor del muro (en el exterior se ven algunas de las cabezas).

La armadura que cubre la nave es de madera. Se aprecia una restauracin reciente debida, al parecer, a un incendio. La armadura es una estructura de pares y tirantes apoyados sobre canecillos empotrados. Los parecillos apoyan en la hilera y en una solera longitudinal sobre la cabeza del muro.

En el muro sur, cerca de la puerta, se hizo una cata que muestra que, efectivamente, el muro es en todo su espesor de la misma estructura de fbrica de lajas de pizarra recibidas con mortero de cal, bastante bien trabadas.

El suelo de la nave es de grandes tablones de madera. En la parte posterior hay un osario coincidiendo con la zona de la ampliacin.

Nrtex de entrada

En primer lugar aparece un porche exterior apoyado sobre columnas bulbosas de mrmol con los capiteles muy deteriorados. La cubierta del porche est apoyada en vigas unidas a media madera que parten de las columnas y se empotran en la fbrica. La madera de las vigas est bastante deteriorada. La cubierta del porche es de pizarra.

La entrada al nrtex es una puerta con un arco de medio punto en cuya clave se ve un aadido, debido posiblemente a u n error en la labra de las dovelas. Al estar picado el enlucido superior se ve un arco de descarga por encima, de lajas de pizarra. Como en la nave, la fbrica es de mampostera de lajas de pizarra y mortero de cal. En las esquinas se colocaron piedras grandes (algunas hasta de 1-1,5 m) formando el habitual aparejo de esquina de mayor y menor.

El nrtex est cubierto por una bveda de can; presumiblemente no hay armadura de madera arriba y la pendiente se obtiene por un relleno en el que apoya la pizarra de la cubierta. Hay un perpiao intermedio y contrafuertes. Los contrafuertes estn desplomados hacia fuera y en la bveda interior se aprecia perfectamente la grieta en la

clave. Tambin se ve que en algn momento esa grieta ha sido rellenada aadiendo suplementos de pizarra con mortero de cemento Portland.

Al fondo del nrtex se encuentra el muro de la nave. Hay una puerta adintelada que presenta una patologa tpica por apertura de los apoyos: agrietamientos y descenso de la clave. Se han producido algunas concentraciones de tensin que han conducido a fracturas locales que no tienen ninguna importancia. (La separacin entre los sillares permite ver la separacin total, que es de unos 3 4 cm.)

Se aprecia perfectamente la amplicacin de la nave. El muro se continu adosado simplemente a la esquina del muro antiguo (se ve claramente el aparejo de esquina). Desde la ventana izquierda del nrtex puede verse cmo el muro interior se ha desplomado hacia dentro y cmo el cuerpo del baptisterio est directamente adosado al muro interior de la nave y al propio nrtex. El muro del nrtex que acomete perpendicu- larmente a la parte antigua del muro de la nave est simplemente adosada; hay, adems, una separacin quiz de unos 5 6 cm. Dado que el ltimo revoco parece reciente es bastante posible que esa separacin se haya producido con posterioridad al revoco actual.

Muro sur de la nave

Por el exterior, el muro sur presenta grandes desplomes. De nuevo, puede verse con claridad la zona ampliada con una separacin vertical y aparejo de esquina en la parte antigua. Lo ms notable son los dos grandes contrafuertes aadidos. Estos contrafuer- tes estn tambin desplomados hacia afuera. Fueron adosados simplemente al muro, enjarjando slo en una pequea zona alta. Como consecuencia de ello son muy ineficaces. En ambos casos la grieta de separacin con el muro se manifiesta en toda la altura. La grieta es mayor en el caso del contrafuerte ms pequeo.

En la parte superior del muro, justo debajo de la cornisa formada por el vuelo de las pizarras pueden verse las cabezas de los tirantes y canecillos de la armadura. En algunos casos aparecen protegidas por una pizarra clavada con un clavo de hierro.

Torre

La torre est adosada a la cabecera de la iglesia, pero se accede por fuera. Es una torre cuadrada, de proporciones robustas. Presenta tres cuerpos divididos por dos impostas. El primer cuerpo de arranque muy macizo; hay luego otro cuerpo con ventanas cuadradas y escudos, y un tercer cuerpo con los arcos y las campanas. Est perforada en su base por un pasadizo cubierto por una bveda de can (en la que no aparece ninguna grieta).

Todos los arcos superiores estn muy agrietados (en la actualidad estn apeados).

La fbrica superior, de poca altura, se ha movido mucho, En todos los arcos las dovelas centrales han descendido y las piedras de la cornisa estn todas movidas coincidiendo evidentemente algunas con el descenso de la piedra central de la clave. Las grietas han facilitado la entrada de agua que ha lavado el mortero en varios sitios. El resto de la torre est en muy buen estado.

Bap tis terio y sacris ta

El baptisterio y la sacrista son cuerpos adosados simplemente a la nave y presbiterio en fecha desconocida. La grieta de separacin es apreciable en ambos casos.

3.2 Patologas estructurales

Entre las distintas patologas (grietas y desplomes) descritas en el apartado anterior hay que seleccionar aquellas que manifiestan un problema estructural. Se ha realizado un levantamiento de los desplomes en todo el contorno del edificio (Figura 3).

Presbiterio y nrtex

Las grietas y desplomes en el nrtex y en el presbiterio tienen una magnitud que no supone ningn peligro para la fbrica: el sistema de contrarresto ha cedido ligeramente debido al empuje de la bveda, como consecuencia de ello se han abierto tres grietas una en la clave hacia abajo, muy visible, y dos en los riones hacia arriba (para verlas abra que retirar el relleno). El movimiento bsico se ha dibujado en la Figura 2 con referencia al arco de medio punto. Los desplomes son pequeos y estn estabilizados por la consolidacin del terreno. No es preciso realizar ninguna intervencin estructural.

Figura 2. Agrietamiento tpico de una bveda de can por cedimiento de sus estribos

Desplomes en muros y contrafuertes de la nave

Por el contrario los muros de la nave presentan desplomes importantes; el muro norte hacia el interior y el muro sur hacia el exterior (ambos en el mismo sentido). La magnitud llega a los 30 cm en algunos puntos; los mayores se concentran en la zona antigua. Finalmente, hay que resaltar que los desplomes son crecientes hacia los pies de la parte antigua de la iglesia (Figura 3). La importancia de los desplomes exige una verificacin de la estabilidad del muro en las zonas peores.

Remate de /a torre

La torre presenta serios agrietamientos en la zona superior, coincidiendo con las claves de los arcos bajo los que se sitan las campanas. Dado el tamao de los macizos de estribo de los citados arcos es imposible que su origen se deba a un cedimiento por falta de contrarresto. Es preciso investigar su origen para poder sugerir formas de consolida- cin.

4. Estudio geotcnico. Cimentaciones

Antes de pasar al anlisis de estabilidad de los muros y del remate de la torre es preciso conocer algunos datos sobre el terreno. La informacin se ha tomado del estudio geotcnico realizado por la empresa INVECO (Lugo, mayo de 1999).

4.1 Estudio geotcnico

El Caurel se encuentra dentro de la zona III, "Galicia Oriental" (Matte, 19681, formada por cuarzo-esquistos y semiesquistos, es decir, rocas de color oscuro, compactas, algo foliadas y de fractura irregular, con un grado de alteracin bajo a medio. Del estudio geotcnico del terreno sobre el que est cimentada la iglesia de Santa Mara de Meiraos podemos conocer sus principales caractersticas geotcnicas y resistentes. Los trabajos realizados fueron: 1) Seis sondeos geotcnicos en los puntos indicados con S en la Figura 4, cinco en las

fachadas oeste y sur, prximos al permetro del edificio y uno en el exterior de la plataforma sobre la que se levanta.

2 ) Dos ensayos de penetracin dinmica continua, el primero en la fachada sur, por el exterior, a la altura del altar, y el otro, a la entrada del nrtex.

3) Ensayos de laboratorio. 4 ) Medicin del nivel fretico.

Figura 4. Localizacin de los sondeos realizados por INVECO

Figura 5. Perfil geotcnico A-A' (INVECO) y su relacin con el alzado sur

De las probetas obtenidas y la medicin del nmero de golpes necesarios para vencer la resistencia del terreno en cada profundidad se deduce que:

Existe una capa de terreno vegetal de 0,10 a 0,50 m de profundidad. Despus aparece un terreno de relleno de 0,30 a 2,40 m, y a partir de ah un banco de roca pizarrosa con grado de meteorizacin decreciente. La tensin admisible del terreno presenta grandes oscilaciones. En los sondeos de la fachada oeste la tensin vara de 0,5 a 2 kg/cm2 para 7 m de profundidad. En los de la fachada sur se aprecia un incremento de este valor hacia la zona de la torre, de 1 a 4 kg/cm2, es decir, una tensin duplicada. Los ensayos de penetracin dinmica dan valores intermedios de 1,20 kg/cm2 para 7 m de profundidad. Las zonas donde la resistencia parece ser menor son las de la parte oeste ms prximas al nrtex, donde hasta los 9 metros la resistencia es de slo 0,5 kg/cm2. De los ensayos de laboratorio se deduce que el terreno no contiene sulfatos solubles y no es expansivo. El nivel fretico no aparece en los sondeos geotcnicos ni en los ensayos de penetracin dinmica, uno de los cuales penetra hasta los 16 metros.

4.2 Estado de la cimentacin

El edificio se levanta sobre una plataforma de relleno bien asentada formada por lajas de pizarra dispuestas horizontalmente y tierra. Se han realizado tres catas en la cimentacin, una en l a fachada oeste y dos en la parte central de la fachada sur.

El nivel del firme en la fachada oeste tiene una profundidad de unos 2 metros. Se observa una capa de arcilla intermedia (algunos autores, Kirikov (1 992), consideran esta prctica una medida antisismo). La calidad de la fbrica de cimentacin es buena.

El nivel del firme en la fachada sur oscila entre 2 m y apenas 0,5 m (de oeste a este); en esta lt ima zona el muro se apoya casi directamente sobre el terreno, sin una fbrica intermedia como en la fachada oeste (Figura 5). La cimentacin no est tan bien ejecutada como en la fachada oeste. (Esta cimentacin es ms antigua y, posiblemente, en la oeste se corrigieron, a la vista de los desplomes de los muros, los defectos cometidos en la parte ya construida.)

En cuanto a los valores de resistencia obtenidos por los ensayos no parece que se puedan considerar resistencias inferiores a 1 kg/cm2, ya que la tensin de trabajo (sin excentricidad) bajo el muro de la nave (6 m de altura; peso especfico de 2 .500 kg/m3) se puede estimar entre 1-1,5 kg/cm2. El efecto del desplome puede subir este valor por encima de los 2 kg/cm2. No hay duda que de que la consolidacin del terreno mejora su resistencia a costa de grandes asientos.

5. Anlisis de estabilidad

5.1 Muro sur de la nave

Origen de los desplomes. Agrie tamientos.

El muro sur presenta unos desplomes crecientes en sentido oeste, que llegan al mximo en el lmite de la zona antigua. Puede verse que all la parte superior del muro antiguo fue demolida, debido a su excesiva inclinacin, y la parte superior es de nueva construccin.

No parece casual que los desplomes aumenten al mismo tiempo que crece la potencia del relleno. En cualquier caso el muro ha sufrido una torsin (la base permanece fija mientras que las inclinaciones crecen hacia al oeste). Como consecuencia de ello ha aparecido la grieta longitudinal de deshojamiento a la que se ha aludido con anterioridad.

Por qu se inclina un muro vertical que slo recibe la carga vertical de la techumbre? Se trata, seguramente, de un problema de inestabilidad debido a la poca rigidez de la cimentacin. El problema ha sido estudiado con detalle con referencia a muros y torres por Hambly (1985); la probabilidad de que se produzca la inclinacin crece con la esbeltez del muro y con el asiento medio. La frmula de Hambly que establece la relacin entre los parmetros correspondientes para que empiece a inclinarse el muro es:

(he* x,) /re2 = 1 donde: he = altura del centro de gravedad; X, = asiento medio re = radio de giro de la seccin.

si el miembro izquierdo es menor que 1 el muro es estable; si es igual a 1 el muro est en equilibrio indiferente con cualquier pequea inclinacin; finalmente, si es mayor que 1 el muro se debe caer por inestabilidad.

En los muros de la nave ha habido asientos considerables como queda demostrado por la pila del agua bendita, inclinada por este motivo (el asiento en esa zona puede ser de 2 -4 cm). Considerando una rebanada de 1 m de muro (6 m de alto y 0,9 m de espesor) y un asiento medio de 2 cm: he= 3 m; xe = 0,02 m; re = 0,26 m

pero para un asiento medio de 3 cm,

En estas condiciones, el muro debi empezar a inclinarse durante la construccin o poco despus. Por supuesto, como puede verse en el corte geotcnico esto es slo para la parte situada ms hacia el oeste; la cimentacin mejora hacia el este y en esta zona el muro sera estable, oponiendo una cierta resistencia al antedicho movimiento.

Estabilidad del muro actual

El muro actual presenta, en la zona ms crtica, unos desplomes de hasta 30 cm. No obstante, dado el tiempo transcurrido desde su construccin el terreno bajo la cimentacin debe estar completamente consolidado. Al muro se le adosaron dos contrafuertes que, como puede apreciarse en las fotos, estn completamente separados de l (salvo un par de piedras de conexin en la parte ms alta). En estas condiciones los contrafuertes son completamente intiles. (El ahorro, en su momento, al no realizar un enjarje adecuado ha convertido en intil la obra de refuerzo.)

Se trata, pues, de estudiar la estabilidad de un muro de 6 m de alto, 0,90 m de espesor y un desplome de 3 0 cm en cabeza.

Si consideramos slo la carga gravitatoria, el muro es estable (de hecho ha estado en pie durante siglos). La resultante del peso cae por poco del ncleo central de inercia, pero al estar el suelo consolidado podra darse por buena la situacin.

El problema surge al considerar una posible accin horizontal de sismo. Los sismos registrados en los ltimos aos son todos ellos de baja intensidad, entre 5,l y 3,2 grados en la escala de Richter, con los epicentros a unos 2 0 km. Las intensidades son bajas y, de hecho, no se han producido daos de consideracin en las edificaciones cercanas. No obstante parece necesario realizar un sencillo anlisis esttico que permita fijar u n lmite inferior de la seguridad. A estos efectos, se considerar una aceleracin esttica horizontal equivalente de 0,l veces la aceleracin de la gravedad. Este valor es muy holgado respecto a los valores que podran deducirse de un anlisis dinmico detallado. (De hecho, las tablas al uso no se ocupan del sismo de intensidad tan baja.)

Aplicando al muro anterior la aceleracin 0,1 g, ste se encuentra al borde del vuelco sobre su arista exterior. Sera necesario mejorar su estabilidad.

Se ha realizado un segundo clculo considerando que los contrafuertes estn unidos al muro. Como se ha estudiado con detalle en otra parte (Huerta y Lpez (1 997b, 1999)), la accin del contrafuerte depende de su unin con el muro y del estado del propio muro. Se han considerado las tres hiptesis dibujadas en la Figura 6, que

Figura 6. Estudio de distintas hiptesis de conexin entre contrafuerte y muro: a) sin conexin; b) contrafuerte unido al muro inmediato, mala unin con el resto del muro; C) contrafuerte unido a un fragmento de muro; d) unin perfecta entre el contrafuerte y todo el muro. El coeficiente geomtrico de seguridad viene dado por d/2a y se indica a la derecha en cada caso.

contemplan distintas condiciones de la unin. En conclusin, si se realiza un buen enjarje y el muro est en aceptables condiciones en las proximidades del enjarje, los contrafuer- tes actuales daran una seguridad suficiente en la hiptesis muy improbable de que se produjera un sismo cuya aceleracin esttica equivalente fuera de 0,l g.

5.2 Muro norte de la nave

El muro norte de la nave presenta un desplome apreciable hacia el interior; no obstante es mucho menor que el del muro sur. En este caso, adems, resulta fcil sujetar el muro a media altura en la zona ms crtica a los muros transversales del nrtex y del baptisterio.

5.3 Remate de la torre

Como se ha dicho los arcos que rematan la torre presentan un agrietamiento importante, incluso con movimientos apreciables de algunas piedras: descenso de algunas claves y desplazamiento de piedras de la cornisa. Estos daos no pueden deberse a la accin exclusiva del peso propio, tienen que ser consecuencia de algn tipo de accin horizontal. Examinaremos a continuacin las tres posibilidades: viento, efecto de las campanas y sismo.

Viento

La accin del viento es despreciable para la

7 torre de fbrica, pesada y poco esbelta. No sucede lo mismo con la cubierta de madera,

. mucho ms ligera. Estudiaremos este ltimo l 1 ' cas0.A efectos de clculo se suele conside- 1 rar que el viento acta sobre la superficie de +

' una seccin transversal por unplano perpen- i

dicular a la direccin del viento. Para nuestro

Figura 7. Superficie de accin del viento sobre la techumbre de la torre

r

I_j r- -

caso este rea vale, aproximadamente, 5 m2 (Figura 7). Como presin del viento dada la situacin muy expuesta se debera tomar el mximo de la norma, 1 5 0 kg/m2. Esto condu-

l ce a una fuerza horizontal de 0,75 t.

Id%.+ i

La techumbre tiene una superficie exterior de aproximadamente 2 7 m2 (hemos obtenido esta cifra asimilndola a un cono del mismo dimetro). Considerando un peso de 3 0 kg/m2, el peso de la techumbre ser (sin contar el rbol) de: 27* 3 0 = 0,81 t. La relacin entre el momento estabilizante del peso y el momento desestabilizante del viento, ambos respecto al punto A, valdr: (0,81*1,7)/(0,75 * 1 ) = 1,8. Sumando el peso del rbol el coeficiente de seguridad es casi 2. Parece un valor adecuado, aunque es posible que en una situacin tan expuesta la presin del viento alcance valores an mayores. Vientos fuertes racheados introduciran una accin dinmica que podra conducir al agrietamiento de la parte superior.

Efecto de las campanas

Al voltear una campana se producen fuerzas horizontales de alrededor del doble del peso de la propia campana (Heyman (1 999), Pieper (1 983)). El perodo entre las fuerzas horizontales en uno y otro sentido es, aproximadamente, de 114 de segundo (Figura 8). Las campanas deben pesar entre 100 y 200 kg. Al tocarlas simultneamente se pueden generar fuerzas horizontales de 0,5-1 toneladas (cuando coincidan en orientacin) con el periodo citado de 114 segundo. Este periodo puede coincidir con el periodo natural de una torre poco esbelta. Es, pues, posible que en este caso se pueda haber producido una resonancia que conducira a la aparicin de grietas. Por otro lado, si la unin de las campanas con la fbrica tiene holgura (en la actualidad las uniones estn muy deterioradas) esto aumentara las posibilidades de agrietamiento. Adems, la fbrica por encima de los arcos tiene muy poco espesor y esto aumenta la posibilidad de agrietamiento.

Figura 8. Fuerza horizontal ( xpeso de la campana) durante una vuelta completa de campana (Heyman, 1999)

Sismo

Asimilando el efecto del sismo ms desfavorable a una aceleracin horizontal de 0,l g, resulta evidente que tanto la torre en su conjunto como su parte superior son m u y estables. No obstante, en su parte superior la torre est compuesta por cuatro machones unidos dbilmente por las claves de los arcos, que no soportan ningn peso adicional. Como en los casos anteriores la vibracin del sismo tender a producir un agrietamiento en esa zona ms dbil.

Combinacin de acciones: efecto acumulativo

La probabilidad de que las tres acciones anteriores se den simultneamente es prcticamente nula; cuando sopla un vendaval no se tocan las campanas y los sismos son extremadamente raros en la regin (los ltimos sismos suponen una anomala).

Sin embargo, los efectos de las tres acciones, actuando por separado, s que pueden ser acumulativos. Una grieta incipiente producida por un fuerte vendaval aumentar tras un repique prolongado de las campanas; formada la grieta en la clave, la momentnea descarga del arco durante el sismo conducir a un deslizamiento de la clave. Es sta una secuencia posible entre muchas.

En conclusin, cabe decir que la dbil unin,y falta de carga superior, entre los cuatro machones de la fbrica hacen que el remate sea muy sensible a acciones horizontales de cualquier tipo.

6. Conclusiones. Medidas de consolidacin

6.1 Muro sur

Contrafuertes

El muro sur es estable para peso propio, a pesar de su desplome; sin embargo, podra llegar a una situacin crtica por efecto de un sesmo un poco ms fuerte de los hasta ahora registrados en la zona. Como se ha visto la situacin mejora sustancialmente si los contrafuertes actuales estuvieran bien enjarjados al muro. sta es la actuacin que se recomienda. Hay dos maneras de conseguirlo.

unir los contrafuertes actuales al muro mediante cosidos con barras de acero e inyecciones de cemento Portland. Sera preciso coser tan to en vertical como en horizontal.

demoler los contrafuertes actuales (tras apear convenientemente el muro) y reconstruir unos nuevos de la misma proporcin y construccin (mampostera de lajas de pizarra y mortero de cal), bien enjarjados en el muro. Para ello, tras la demolicin de los antiguos contrafuertes habra que realizar un roza vertical en el muro de entre 113 y la mitad de su espesor de profundidad y 1,5 veces el ancho del contrafuertes. Las piedras se colocaran cuidando una buena unin con la fbrica antigua. El nuevo contrafuerte se apoyara sobre la antigua cimentacin ya consolidada. El

mejorar la cimentacin en una parte localizada conducira a incompatibilidades de deformacin que a la larga perjudicaran a la estructura. Si se decidiera mejorar la cimentacin, con recalces, micropilotajes, etc., se debera reforzar toda la cimentacin. Para una exposicin ms detallada de esta filosofa del todo o nadan en el refuerzo de las cimentaciones de los edificios antiguos, vase Beckmann (1 995).

Consolidacin en zona agrietada

El muro sur presenta un agrietamiento longitudinal visible a partir de la capilla anexa al presbiterio; se aprecia muy bien en la ventana superior adyacente a la capilla. Como se ha dicho este deshojamiento se debe a la diferencia de desplomes en un extremo y otro. La consolidacin de los contrafuertes impedir el crecimiento de la apertura de la grieta. No parece necesario, pues, recurrir a cosidos horizontales y bastar con realizar inyecciones de mortero de cal para rellenar los vacos entre las piedras.

6.2 Muro norte

El muro norte de la nave presenta un desplome hacia el interior. El desplome se ha medido suponiendo la pared interior pertectamente plana, cosa que no es cierta. Habra que sumar al desplome medido la disminucin de seccin en altura, unos 10 cm. Eso dara un desplome de unos 18 cm, que no es alarmante. En este caso, si se considerara necesario, sera fcil fijar el muro horizontalmente, aproximadamente a media altura, a las paredes del nrtex y baptisterio realizando un cosido horizontal de una o dos barras corrugadas de acero inoxidable con un anclaje suficiente.

6.3 Remate de la torre

Los agrietamientos en el remate de la torre estn concentrados en las claves de los arcos, que constituyen la unin entre los cuatro macizos en ngulo que conforman el cuerpo de campanario. La fbrica es de mala calidad y tiene muy poco espesor (unos 30-

35 cm). El trasds de los arcos y la parte superior de los machones forman una plataforma horizontal sobre la que se apoya simplemente la cornisa y un material de relleno que forma la pendiente hasta los paos de la cubierta. Toda la zona descrita se sita en la zona ms expuesta de la torre, por lo que cualquier agrietamiento favorecera la penetracin de agua.

La solucin es desmontar la fbrica y sustituirla por una nueva fbrica bien trabada en el remate de la torre. Esto se puede conseguir de varias maneras. Una de ellas sera rehacer los arcos con buena mampos- tera y aprovechar la zona de relleno para disponer un zuncho de hormign armado anclado verticalmente a la fbrica en las esquinas.

REQohl)oS de ANCLAJE

Figura 9. Posible colocacin de zuncho de hormign armado en remate de la torre

Madrid, 31 de julio de 1999 Fdo: SANTIAGO HUERTA FERNNDEZ Dr. Arquitecto. Profesor Titular de Estructuras Universidad Politcnica de Madrid

7 . Bibliografa

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Ministerio de Cultura, vol. IV, pp. 126-1 29.

8. Documentacin fotogrfica

VISTA EXTERIOR 1 To RRE

vistas exteriores 2-5 agrietamientos en arcos 6-9 cubierta; base del rbol 10-1 5 armazn de las campanas 16-1 7

NRTEX prtico y puerta exterior 18-21 encuentro nartx y nave 22-26 interior del nrtex 27-30

NAVE vista general del coro 31 -33 corredor del coro y apoyo de las armaduras 34-35 puerta entrada al nrtex 36-38

B

armadura de cubierta 39-40 muro sur 4 1 -42 cata en muro sur 43-44 pila de agua bendita 45-46 osario 47-48

BAPTISTERIO puerta de entrada 49-50 encuentro con nave 51-52 exterior; hueco con la sacrista 53-54 exterior; hueco con el nrtex 55-56

ALTAR arco del presbiterio 57-58 escalera 59-60

EXTERIOR: MURO SUR esquina y plataforma 61 -62 puerta y encuentro con la ampliacin 63-64 detalles de los contrafuertes 65-69

EXTERIOR: CATAS catas en muro oeste 70-72 catas en contrafuertes 73-76

L.. , .. .

t'. . - - -- a 44