Evaluación del comportamiento a compresión de fábricas de ladrillo antiguas

Resumen

De los diferentes sistemas constructivos existentes, las estructuras de fábrica representan una gran parte del patrimonio construido. Debido a su valor e importancia histórica, muchos de estos edificios son catalogados como monumentos históricos, de los cuales, España cuenta con un importante patrimonio construido en fábrica de ladrillo susceptible de ser rehabilitado. El colapso y fallo de estructuras existentes causa cada vez más preocupación por su integridad estructural y durabilidad. De ahí que el análisis estructural y la evaluación de la seguridad de las construcciones históricas juegan un papel importante durante cualquier proceso de intervención. Durante las últimas décadas, la evaluación estructural de los edificios históricos se ha convertido en un tema fundamental de cara a la rehabilitación del patrimonio construido. Sin embargo, su análisis plantea desafíos importantes debido a la complejidad de su geometría, variabilidad de las propiedades de los materiales, las diferentes técnicas de ejecución, la falta de conocimiento de los daños existentes, etc. Hoy en día siguen existiendo necesidades de literatura técnica que aborde la compleja tarea de la caracterización mecánica de elementos estructurales de fábrica antigua. Una de las propiedades mecánicas más importantes a determinar en las estructuras de fábrica es su resistencia a compresión. Esta puede evaluarse mediante diferentes métodos que van desde ensayos destructivos/no destructivos hasta el uso de ecuaciones empíricas o fenomenológicas en las que es esencial conocer algunas de las propiedades mecánicas de las unidades y el mortero. En relación a las piezas, la obtención de dichas características no suele revestir gran complejidad, sin embargo, en el caso del mortero, debido a los pequeños espesores movilizados, la obtención de muestras suficientemente representativas es compleja. La ejecución de ensayos destructivos de compresión in situ proporcionan directamente la resistencia a compresión de la fábrica, y otras características como su módulo de elasticidad, si bien son técnicas muy invasivas y costosas. En este marco, la ejecución de ensayos no-ligeramente destructivos (N-MDT) in situ es una opción muy interesante. Otras alternativas se focalizan en la determinación de estas propiedades mecánicas a través de ensayos en laboratorio sobre porciones de fábrica de ladrillo obtenidas de las construcciones, o bien tratando de reproducir dichos elementos estructurales para su posterior ensayo. En relación a esta última posibilidad, numerosos trabajos de investigación han sido llevados a cabo sobre prismas y muretes, aunque en mayor medida enfocados en fábricas con componentes de nueva generación, debido a la gran dificultad intrínseca que conlleva replicar elementos estructurales de fábricas antiguas. Como se ha referido, la resistencia a compresión de la fábrica puede obtenerse en función de la resistencia de sus componentes (unidades y mortero). Para ello, en la bibliografía especializada se han planteado varios procedimientos de análisis empleando formulaciones empíricas. Sin embargo, estas propuestas proporcionan poca o ninguna información sobre el comportamiento de estructuras de fábrica compuestas por mortero de cal y ladrillos antiguos, teniendo en cuenta el cemento como elemento aglutinante más característico. Ello supone que para el análisis de construcciones antiguas se vengan empleando, erróneamente, los resultados obtenidos para otras tipologías de fábrica más actuales, aparejadas con morteros que poco tienen que ver con los morteros tradicionales. Además, la falta de evidencia experimental trae en muchos casos la realización de un proceso de intervención inadecuado, aplicándose soluciones incompatibles para esta tipología constructiva. Adicionalmente, cabe referir que, en el proceso de evaluación del comportamiento mecánico de una estructura de fábrica, estimar el nivel de tensiones en los elementos portantes juega un papel importante durante un proceso de intervención. Así, puede evitarse el peligro de colapso repentino que conlleva una sobrecarga de los elementos y/o derivado de un fenómeno de fluencia (creep), siendo en ocasiones la causa de colapsos de edificios históricos. En consecuencia, y tras una revisión del estado actual del conocimiento, la presente Tesis Doctoral tiene entre sus objetivos contribuir al conocimiento sobre las construcciones de fábrica, centrándose en el análisis del comportamiento mecánico de estructuras históricas de fábrica de ladrillo macizo de arcilla y morteros de cal. Para este propósito, en una primera fase, se empleó un conjunto de técnicas experimentales que permitieron obtener información de los materiales constituyentes, así como de la fábrica en su conjunto. Además, en una segunda fase, a partir de los resultados experimentales y cálculo analítico, se comprobó el nivel de aproximación de parte de las ecuaciones empíricas existentes en la literatura científico-técnica, proponiéndose nuevos coeficientes para la mejora de la exactitud en las predicciones del comportamiento a compresión de fábricas antiguas de ladrillo y mortero de cal. Asimismo, la investigación ha contemplado la evaluación estructural de construcciones históricas existentes. El análisis del comportamiento de estas se llevó a cabo a través de ensayos in situ que, complementados con la instalación de sistemas de monitorización estructural, permitieron incrementar el conocimiento del comportamiento mecánico y, en consecuencia, de la seguridad estructural de la edificación.