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XVII Reunión Nacional de Profesores de
Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica
Sociedad Mexicana de
Ingeniería Geotécnica, A.C.
Noviembre 14, 2012 – Cancún, Quintana Roo
Estudio Patológico y propuestas de actuación en un edificio histórico afectado
de daños.: Torre Norte de la Plaza de España (Sevilla, España)
PATHOLOGIC STUDY AND PROPOSALS FOR ACTION IN A HISTORICAL BUILDING DAMAGE
AFFECTED.: NORTH TOWER IN THE SPAIN SQUARE (SEVILLE, SPAIN)
Ángel A. MARTÍNEZ GIRÓN1, Miguel Ángel FERNÁNDEZ VÉLEZ2, Rachid El Hamdouni3
y Carmen Leticia Leyva Vargas4
1
Asesor Departamento de Geotecnia. Vorsevi S.A.U. (Sevilla, España)
2Jefe Departamento de Geotecnia. Vorsevi S.A.U (Sevilla, España)
3Profesor del Departamento de Ingeniería Civil. Universidad de Granada (Granada, España)
4Gerente de Geotecnia. Vorsevi México, S.A. de C.V. (Distrito Federal, México)
RESUMEN: En este artículo se describen los estudios realizados sobre un edificio histórico afectado de
daños de origen geotécnico. Se enumeran las hipótesis sobre el origen de dichos daños, las propuestas de
intervención y remediación, y la solución finalmente planteada para la rehabilitación del edificio.
Los asientos diferenciales se habrían producido por apoyo desigual y por la variada tipología de las
cimentaciones empleadas en la construcción de la Torre. Acciones externas han producido variaciones en
los niveles freáticos generales poniendo de manifiesto la vulnerabilidad de los niveles arcillosos superiores.
A raíz de los resultados obtenidos en este estudio, el recalce con micropilotes del muro exterior de la torre ha
sido la solución finalmente ejecutada.
ABSTRACT: This paper describes studies on a historical building concerned of source geotechnical damage. Hypotheses
on the origin of such damages, the proposed intervention and remediation, and the final solution to rehabilitate the
building are listed.
Differential settlement would have produced by uneven support and the variety of types of foundations used in the
construction of the Tower. External actions changes occurred in general groundwater levels highlighting the vulnerability
of higher clay levels.
From results obtained buy this study, the underpinning with micropiles of the outer wall of the tower was the final executed
solution.
1 INTRODUCCIÓN
La Plaza
de
España de Sevilla constituye
un
conjunto arquitectónico encuadrado en el Parque de
María Luisa, y se configura como uno de los
espacios más espectaculares de la arquitectura
regionalista.
Constituyó el proyecto más emblemático de
la Exposición Iberoamericana del año 1929, y fue
proyectada por el arquitecto sevillano Aníbal
González. Las obras de construcción comenzaron
en el año 1914, resultando el proyecto más
ambicioso y costoso de la Exposición. En 1926, tras
la dimisión de Aníbal González de su cargo de
director de la Exposición, asume la finalización del
proyecto el arquitecto Vicente Traver, que terminó
los cerramientos del recinto y añadió la fuente del
centro de la Plaza.
La plaza es de grandes dimensiones (200 metros de
diámetro), tiene una forma semielíptica, que
simboliza el abrazo de España y sus antiguas
colonias y mira hacia el río Guadalquivir como
camino a seguir hacia América. Su superficie total es
de 50.000 metros cuadrados, de los que 19.000
están edificados y los 31.000 restantes son espacio
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Estudio patológico y propuestas de actuación en un edificio histórico afectado de daños. Torre Norte de la
Plaza de España ( Sevilla. España)
Fig.1 Situación de afecciones en planta
(Sería conveniente reponer los números de las
zonas para que sean más visibles)
Zona 1. Fisura inclinada a 45º en el arranque del
muro de fachada principal, entre el lado derecho de
la puerta y la esquina de la torre con la ría.
Foto.1 Aspecto de la Plaza España y de la Torre
Norte
libre, estando bordeada por un canal que recorre
515 metros, atravesado por cuatro puentes. Los
edificios que envuelven la plaza se estructuran en un
edificio central, alas con edificaciones intermedias
que compensan una excesiva longitud y torres en los
extremos. La construcción está realizada con ladrillo
visto
y
amplia
decoración
de cerámica, artesonados, hierro forjado y repujado
y mármol labrado, que dan al conjunto un ambiente
renacentista.
Las dos torres Norte y Sur que flanquean la plaza
proporcionan un ambiente de estilo barroco y miden
74 metros de altura.
2 PATOLOGÍA DETECTADA
Durante el año 2005 se comienzan a detectar
fisuras y grietas en el muro perimetral de la Torre
Norte en dos de sus fachadas, la principal y la
fachada lateral derecha (ría).
Foto 2. Daños en zona 1
Zona nº 2: Fisura vertical en la clave del arco de la
puerta central de la fachada principal.
Foto 3. Daños en zona 2
Zona nº 3: Desprendimientos de azulejos.
De acuerdo a la numeración de la siguiente figura,
diferenciamos 7 zonas con afecciones y daños
referidos a Julio de 2007:.
Foto 4. Detalle del desprendimiento en zona 3
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Plaza de España ( Sevilla. España)
Zona nº 4: Fisura inclinada a 45º en el muro de
fachada lateral derecha, desde la cota de la solería
al fondo de la ría.
Foto 7. Detalle de daños en zona 5 del exterior
Foto 5. Detalle de daños en zona 4
Zona nº 5: Fisura inclinada a 45º en esquina superior
de ventana de la fachada lateral derecha y
desprendimiento de azulejos.
Foto 6. Detalle de daños en zona 5
Zona nº 6: Fisura inclinada a 45º desde el pretil de
la terraza al centro entre la ventana y la puerta de la
fachada lateral derecha.
Foto 8. Detalle de daños en zona 6 en interior
Zona nº 7: Fisura vertical desde la cornisa de la
clave del arco de la puerta central de la fachada
lateral derecha.
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Foto 11. Daños en zona 6 acrecentados con el tiempo
Foto 9. Daños en zona 7
La solera de hormigón de la ría que bordea a la
Torre por su lado sur presenta de forma
generalizada hundimientos, fisuraciones, etc.
Ante el riesgo de caída de bloques o trozos se
procede a un mayor apuntalamiento de ambas
fachadas.
Foto 12. Apuntalamiento en fachada exterior
Foto 10. Daños en solera de base de la ría
A los pies de la fachada lateral derecha se ha
tomado una nivelación con objeto de comprobar las
pendientes existentes, obteniéndose 8 cm de
pendiente hacia la esquina de la fachada principal
con la fachada lateral derecha, la esquina con mayor
patología.
A lo largo del año 2008-2009 los daños tienden a
crecer de manera sensible con aberturas de hasta 45 cm:
3 TRABAJOS REALIZADOS
Al implicar la patología a la cimentación de la
Torre, los trabajos realizados consistieron en la
realización de:
-
Inspección global visual de la Torre Norte
para definir las anomalías presentes y ubicar
los trabajos específicos a realizar en cada
elemento.
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-
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Estudio geotécnico, realizando 5 sondeos
con recuperación de testigo de profundidades variables entre 5 y 25 m, con realización
de ensayos “in situ”, caracterización mediante ensayos de laboratorio y análisis del terreno subyacente. Para la realización de los
sondeos en la primera terraza de la Torre
Norte se preparó una base de unos 10 cm
de espesor de subbase de albero compactado para proteger la solería y los peldaños
de la máquina de sondeos. También se colocaron plásticos en las paredes para evitar
salpicaduras y/o manchas de aceite de las
máquinas.
-
Apertura de 4 calicatas en cimentación para
el dimensionado de la misma e identificar el
terreno base.
-
Medición de desplomes del edificio
-
Inspección mediante termografía infrarroja
para detección de humedades
4 NIVELACIÓN REALIZADA
El método empleado es el de radiación simple,
utilizando
un aparato
con las siguientes
características:
-
Estación Total Topcon, GPT 3003
Características: A=30X, a=10cc,
3mm + 2ppm.
s=2cc,
Se decidió este método por ser el que menos errores
de estacionamiento nos proporciona. El trabajo se
realizó estacionando sobre una de las tres bases
impuestas sobre las inmediaciones de la torre, una
para cada cara de la torre, a una distancia máxima
de alejamiento respecto de los puntos de medición
de 48,5 metros; en total se tomaron dos puntos para
la toma de lecturas de cada una de las fases de los
muros.
Los puntos de medición han sido tomados
directamente sobre la fachada a diferentes alturas
en las 3 secciones diferentes que presenta la Torre.
Fig.2. Referencia de fachadas
Foto 13. Sondeo S-2. Protección del entorno monumental
con plásticos y subbase granular
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VERTICALIDAD
TERRAZAS
MURO
Zona Foso
Zona Exterior
Zona Interior
DESPLOME
[cm]
INCLINA
CIÓN del
DESPLOME
1ª Terraza
1,5
Sur-Norte
2º Terraza
2,1
Sur-Norte
3ª Terraza
1,2
Sur-Norte
1ª Terraza
0,0
-
2º Terraza
1,8
EsteOeste
3ª Terraza
0,1
EsteOeste
1ª Terraza
0,5
EsteOeste
2º Terraza
0,5
EsteOeste
3ª Terraza
0,3
EsteOeste
El desplome es más acusado en la cara de la Torre
que mira al Foso de la Ría, sin ser elevado en
general.
Fig. 3. Situación de las catas
El muro perimetral de la Torre está constituido por
una fábrica de ladrillo macizo de cara vista tomados
con mortero de cal de 55 cm de espesor.
Bajo la cota de solería de la Torre (±0,00) continúa
la fábrica de ladrillo macizo tomada con mortero de
cal con un sobre ancho de 18 cm por su parte
exterior llegando hasta la cota -2,28 m. Bajo esta
cota se encuentra la cimentación mediante zapata
corrida compuesta por zahorra compactada, con un
sobre ancho de 54 cm y hasta la cota -3,15 m. Por
tanto la cota de apoyo de la cimentación respecto de
la cota de solería de la Torre se encuentra a -3,15 m
de profundidad.
5 CIMENTACIÓN DEL EDIFICIO RECONOCIDA
EN LAS CALICATAS
Se han abierto cuatro calicatas, las dos primeras en
el suelo de la ría y las otras de ellas en el suelo de la
primera terraza, a fin de dimensionar los elementos
de cimentación y conocer el terreno base (en las
calicatas de la ría). En las otras dos calicatas el
terreno base se reconoce a partir de los sondeos.
Fig. 4. Detalle tipo de la cimentación. Cata 1
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En las catas 3-4 realizadas en el exterior e interior
de la torre junto al escalón de una de las puertas,
bajo el escalón de rosca de ladrillo macizo de 12 cm
de canto, se encuentra un relleno (bastante suelto)
de 15 cm de espesor, y a continuación cimentación
de fábrica de ladrillo macizo colocados a soga tizón
(de dimensiones 250 x 120 x 50 cm) tomados con
mortero de cal, con un sobre ancho de 35 cm, por
tanto tras las dos calicatas realizadas el ancho de la
cimentación es de 75 cm. Bajo la excavación
realizada a -0,68 m se introduce una barra de acero
con objeto de obtener si el sobre ancho continúa,
teniendo hasta la cota – 1,54 m. Según el sondeo
realizado en esta vertical de la cimentación la
profundidad de la fábrica de ladrillo se extiende
hasta la cota -2,06 m, a partir de esta cota y hasta la
cota - 2,61 m aparece hormigón y por último gravas
hasta la cota - 3,01 m. Por tanto la cota de apoyo de
la cimentación se encuentra a - 3,01 m., similar o
parecida a la reconocida en el lateral donde se
realiza C-1.
En ambas catas se ha intentado excavar bajo su
apoyo y no se ha detectado ningún elemento de
cimentación de tipo pilote.
6 RECONOCIMIENTO DEL SUBSUELO
Se han reconocido cinco niveles geotécnicos en los
sondeos realizados, característicos del subsuelo de
la ciudad de Sevilla, enclavada en el centro de una
amplia llanura fluvial conformada por el río
Guadalquivir, que discurre con un trazado
meandriforme cruzando la ciudad de Norte a Sur
recibiendo los afluentes de los arroyos Rivera de
Huelva, Tagarete, Tamarguillo y Guadaira, cuyos
cauces antiguos han desaparecido, habiendo sido
modificados algunos de ellos.
Estableciendo un perfil representativo medio del
subsuelo bajo la ciudad, situaríamos como sustrato
a las denominadas "Margas Azules" del Mioceno,
cuyo techo se localiza a profundidades oscilables
entre los 5.00 - 6.00 m en la zona Norte y los 25 m
en el sector Central-Oeste de la ciudad. Poseen un
gran espesor, por encima claramente del centenar
de metros bajo la ciudad.
Por encima de las Margas Azules se sitúan
sedimentos cuaternarios de origen fluvial integrados
por
gravas
arenosas
(zahorras)
situadas
inmediatamente encima de las Margas, y de
compacidad en general elevada. A las gravas se
superponen un conjunto de arenas limosas y limos
arenosos de hasta 10.00 m de espesor. Finalmente
los suelos más superficiales corresponden a arcillas
de tonalidades mayoritarias marrones, a veces
grisáceas, de media a baja consistencia.
En el casco histórico de la ciudad el nivel más
superficial está constituido por formaciones
superficiales antropizadas relacionadas con los
asentamientos antiguos de la ciudad.
En el emplazamiento bajo la Torre Norte
diferenciamos este nivel en los niveles superficiales,
con carácter de relleno mejorado bajo la
cimentación, hasta una profundidad de 2.00-3.95 m,
o
como un estrato arcilloso antropizado con
bastantes restos cerámicos hasta 6.00-10.15 m
referidos a la cota de realización de los ensayos.
El nivel freático se ha medido en torno a 7.70-7.95
m, es decir con cotas absolutas comprendidas entre
+0.63/+0.78 m. Los datos previos de campañas
anteriores establecían medidas del mismo entre
3.10-5.10 m es decir entre las cotas +3.27/+5.48.
Fig. 5. Situación de sondeos realizados
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Sería bueno mejorar la calidad de las figuras. En este caso tampoco se ven bien los números
Fig. 6. Perfil geológico bajo la Torre
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Nivel 1. Como nivel superior se ha reconocido el
conjunto de cimentación existente en la Torre así
como un relleno mejorado bajo la misma desde la
cota de solería de la Torre hasta una profundidad de
base variable entre 2.00 y 3.95 m.
En la zona de muro la cimentación está constituida
bajo el escalón por ladrillo macizo con mortero
bastardo hasta una profundidad de base variable
entre 1.60-1.80 m, seguido de hormigón hasta 2.102.30 m bajo el cual se ha colocado una mejora
granular constituida por grava areno arcillosa con
restos cerámicos e indicios de compactación.
Bajo la solería y mortero se ha reconocido una
solera de hormigón hasta una profundidad variable
de 0.19-0.30 m bajo la que existe un tramo de
relleno granular hasta 0.80-0.85 m al que le sigue de
nuevo un tramo de hormigón hasta 0.90-1.00 m y
nuevamente la subbase granular hasta 2.00-3.50 m.
Presenta compacidad muy compacta o densa en los
sondeos S-3 y S-4 mientras que posee compacidad
media en torno al sondeo S-5.
Nivel 2. Se encuentra bajo el nivel anterior y hasta
6.00 - 10.15 m se ha reconocido un estrato
antropizado constituido por arcilla limosa marrón y
grisácea con restos cerámicos. En el sondeo S-1
además se han detectado restos de madera y de
tornillo antiguo. Presenta consistencia media.
Nivel 3. Se localiza bajo el nivel descrito previamente
hasta una profundidad de base variable entre 11.4513.70 m. Ha sido reconocido como arcilla marrón
grisácea de alta plasticidad a techo que pasa a una
arena arcillosa marrón rojiza con proporción variable
de grava y le sigue una grava arcillosa a base.
Presenta consistencia / compacidad media.
Nivel 4. Le sigue al nivel anterior hasta una
profundidad de 18.60-18.80 m. Ha sido reconocido
como grava arenosa marrón, subredondeada, silícea
y heterométrica, con la existencia de bolos
centimétricos y decimétricos. Este nivel presenta
compacidad desde media a muy compacta.
7 ORIGEN DE LA PATOLOGÍA
Según la revista “Hogar y Arquitectura” de MayoJunio de 1969, la altura de la Torre es de 74,10 m
con un perfil escalonado de ancho decreciente. Su
planta es cuadrada de 10 m de lado, siendo su lado
del núcleo interior de 3,92 m y la anchura de las
rampas de 1, 50 m.
“Su cimentación consta de 169 pilotes de hormigón
armado de planta cuadrangular de 0.35 m de lado. Y
10 m de profundidad, que irían atados con una serie
de vigas ortogonales de gran canto a modo de
encepados. Debido a la profundidad de la cota de
asiento y a la gran esbeltez de los pilotes, se pensó
que sería conveniente evitar la hinca de dichos
pilotes desde la cota de rasante, ya que ello
obligaría a utilizar pilotes de más de 15 metros, que
era la cota para cimentar. A tal fin se realizó un
vaciado de 7 m de profundidad, con lo que sólo
restaban 8m para el estrato deseado.
Una vez hincados los pilotes y atadas las cabezas
de los mismos con encepados de hormigón armado,
se realizó un gran pozo, con tres anillos concéntricos
de hormigón descansando sobre dichos encepados.
El espacio libre se rellenó con tierras y se coronó
con una gran Losa de hormigón sobre la que
asentaría el basamento de ladrillo de la Torre”.
En realidad se trata de dos torres, una exterior cuyos
muros constituyen el primer escalonamiento de la
Torre, y donde se ha observado la Patología actual.
El núcleo central interior sostiene la Torre principal
más alta.
Analizando la información disponible, existen datos
contradictorios sobre lo realmente ejecutado, pues a
la descripción de la cimentación le siguen figuras
sobre la planta hipotética de la cimentación, en la
que los pilotes no parecen abarcar la totalidad de la
torre, quedando los muros del núcleo exterior fuera
del ámbito de dichos pilotes.
Nivel 5. Este nivel se localiza bajo los niveles
descritos previamente siendo continuo en las cotas
prospectadas. Ha sido reconocido como el sustrato
Mioceno de arcilla margosa gris azulada con indicios
de materia orgánica así como de fósiles. A techo se
encuentra puntualmente alterada en sus primeros
veinte centímetros con una tonalidad amarillenta.
Presenta consistencia dura.
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A comienzos de 2005 se desecó la ría perimetral,
con lo que se pudo interrumpir el flujo de agua
continuo que generaba el nivel freático más
superficial de 3,10 / 5,10 m.
Fig. 7. Esquema probable de la cimentación original
ejecutada
Se ha comprobado que la existencia de lesiones se
circunscriben fundamentalmente a los muros
externos del lado oeste y sur de la Torre, sin existir
daños en el núcleo interior, el más cargado,
apuntando a asientos en la cimentación de este
sector exterior.
Los asientos diferenciales se habrían producido por
el diferente apoyo y tipología de cimentaciones
empleadas en la construcción de la Torre. El núcleo
interior se habría cimentado por pilotes de hinca
hasta estrato resistente, posiblemente la Unidad de
Gravas aluviales. El desmonte realizado en el centro
de la Torre para ejecutar y arriostrar estos pilotes,
podría haber originado una sobreexcavación y
posterior
reposición
con
material
arcilloso
compactado en el sector de implantación del muro
exterior, cuya cimentación se resolvió de manera
directa con zanja corrida de fábrica de ladrillo y
gravas compactadas apoyada a 3.15 m de
profundidad sobre dicho material arcilloso de
reposición de menor consistencia.
En años anteriores existe evidencia de formación de
daños similares a los aparecidos en la actualidad. En
concreto, en la década de los años 80 se construyó
un pozo muy cercano a la Torre, del cual se
estuvieron bombeando caudales elevados durante
varios años, coincidiendo dicho hecho con la
aparición de las lesiones comentadas.
La ría colindante con el muro Sur o fachada lateral
es una fuente continua de aporte de humedad al
terreno por los defectos de estanqueidad de su
fondo y las fisuraciones existentes (ver foto 14).
Foto 14. Ría que circunda la Torre
Este terreno superficial antropizado y removilizado
de la unidad geotécnica 1 y 2 con el acceso de
agua es muy vulnerable a fenómenos de colapso
por su menor consistencia y a otros fenómenos de
cambios
de
volumen
(hinchamientoretracción).También ha influido el descenso del nivel
freático que induce asiento de consolidación del
tramo de suelo afectado por dicho descenso,
estando todos estos hechos interrelacionados y que
en conjunto originan el asiento acaecido.
8 ACTUACIÓN RECOMENDADA
De entre las diferentes posibilidades existentes de
remediación de daños se ha optado por uniformar
las diversas cimentaciones del conjunto de la torre
mediante un recalce de la cimentación del muro
exterior, circunscrito al perímetro de la Torre donde
se ubica dicho muro, mediante la ejecución de
micropilotes empotrados 3.0 m en el nivel 4 de grava
arenosa marrón, detectado a partir de una
profundidad de 11.45-13.70 m, es decir con
longitudes finales de 15.00-16.00 m. Los
micropilotes deberán
atravesar las fábricas de
ladrillo de la cimentación de los muros
para
proporcionar mayor tensión de adherencia.
Se podrán emplear micropilotes con inyección de
tipo IRS y tipo IGU con diámetros característicos de
120 y 150 mm según método de Bustamante (1986).
9 EJECUCIÓN EL REFUERZO
En Noviembre de 2009 comenzaron las obras de
consolidación y refuerzo del sector de la Torre
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afectado, que comenzaron con el micropilotaje del
muro perimetral. Se ejecutaron 624 ml de micropilote
"in situ", 39 unidades de 16 ml de profundidad de
diámetro nominal 150 mm, armado con camisa de
acero de 60.30 mm de diámetro exterior y 47.7 mm
de diámetro interior de calidad TM-80.
Fig. 8. Planta de implantación de los micropilotes
realmente ejecutados
Fig.9. Esquema tipo del recalce con micropilote
llevado a cabo
Una vez ejecutado el recalce de la cimentación, se
pasó a la fase de consolidación y refuerzo de los
muros agrietados con el sistema CINTEC , un
método versátil de refuerzo estructural concebido
para consolidación y reparación de proyectos
de patrimonio histórico.
Foto 20.. Ejecución del refuerzo de cimentación del muro
exterior con micropilotes
Consiste en una sección de acero dentro de una
malla rellena con un micromortero cementoso
especial que se inyecta a baja presión. Esta malla
flexible, fabricada en tejido de poliéster, hace que el
anclaje se adapte al espacio y forma del muro,
aportando un refuerzo mecánico muy resistente que,
una vez colocado, resulta invisible.
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10 CONCLUSIONES
El artículo recoge un caso práctico patológico de un
edificio emblemático construido para la Exposición
Iberoamericana de 1929 celebrada en Sevilla, y que
en un plazo breve de 3 años (2005 a 2008) ha
experimentado daños severos en su muro exterior
que han obligado a una intervención rápida.
Combinando técnicas directas de reconocimientos
geoténicos y de cimentación “in situ” junto a datos
documentados bibliográficos se concluye que las
diversas tipologías de cimentación empleadas han
condicionado el daño, al existir apoyos superficiales
sobre terreno antropizado y removilizado de la
unidad geotécnica 1 y 2,
muy vulnerable
a
fenómenos de colapso por su menor consistencia y
a otros fenómenos de cambios de volumen
(hinchamiento-retracción).
También ha influido el descenso del nivel freático
que induce asiento de consolidación del tramo de
suelo afectado por dicho descenso, estando todos
estos hechos interrelacionados y que en conjunto
originan el asiento acaecido.
El recalce mediante micropilotes con uniformización
de apoyos en profundidad ha resultado plenamente
satisfactorio para dar respuesta al problema
planteado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Perez Escolano V.(1969). “La arquitectura de Anibal
Gonzalez”. Revista Hogar Y Arquitectura nº 82
(1969). iSSN 0018-3237, Nº 82, 1969 , pág. 9
Bustamante M.(1986) “Un método para el cálculo de
los anclajes y micropilotes inyectados”. Texto
traducido del francés en Boletín del Laboratorio de
carreteras y geotecnia nº 174, pag. 3-23.
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