Rehabilitation of masonry arches by a compatible and minimally invasive strengthening system

Resumen

Las construcciones de fábrica constituyen una parte esencial del patrimonio arquitectónico heredado. La fábrica es el material de construcción más antiguo al que aún hoy en día encuentra utilidad y engloba a todas aquellas estructuras formadas mediante unidades de material cerámico y juntas ordenadas, en mayor o menor medida. El grado y tipo de cohesión entre las unidades varía según la cantidad de ligante existente. Sin embargo, todo el conjunto forma una estructura estable que queda compacta mediante la acción de la gravedad y perdura como una estructura sólida a lo largo del tiempo. Para el caso concreto de los arco de piedra, se trata de sistemas constructivos de incalculable valor, tanto por su funcionalidad, como por su importancia cultural. Aunque se trate de estructuras sólidas, el tiempo nos ha enseñado que tanto las condiciones ambientales como el histórico de carga y uso, pueden provocar el colapso de dichas estructuras. Todo ello conlleva al riesgo de pérdida de gran parte de nuestro patrimonio arquitectónico y cultural. La realización de investigaciones y estudios avanzados para la conservación de las estructuras históricas de fábrica, se encuentra ralentizada, en comparación con otras soluciones constructivas, tales como las estructuras de hormigón. La falta de experiencia en este campo es notoria. Por todo ello, con la elaboración de la presente tesis, se definirá un sistema de refuerzo para la rehabilitación de los arcos de piedra. Se aportará mayor conocimiento sobre el comportamiento de estas estructuras, así como su efectividad. Dicho sistema de refuerzo se basa en fibras de basalto embebidas en una matriz inorgánica (mortero modificado con polímeros), conocido como Basalt Textile Reinforced Mortar (BTRM). Las características de los materiales (matriz inorgánica, resistencia a altas temperaturas, permeabilidad al vapor, etc.) hacen, de esta solución de refuerzo, un conjunto compatible y de fácil aplicación para las obras de fábrica y, en especial, para aquellas con forma compleja (arcos, bóvedas, etc.). Con el objetivo principal de verificar la validez de esta solución de refuerzo, se han llevado a cabo diversos ensayos. En una primera etapa, se han caracterizado los materiales que componen la fábrica. Dichos experimentos se han realizado a escala individualizada (piedra, mortero) y de conjunto (aparejo). Para este último, se han construido más de 20 probetas prismáticas (1/8 m3, media escala) variando el tipo de mortero y piedra. En una segunda etapa, se ha caracterizado el sistema de refuerzo empleado (TRM). Por un lado, se han realizado diferentes ensayos sobre la fibra/tejido de basalto y, en segundo término, sobre el conjunto fibra-matriz (BTRM). Adicionalmente, también se ha experimentado sobre la adherencia de la matriz al sustrato (piedra). En una tercera etapa, se han ensayado, mediante control de desplazamiento, 12 arcos de piedra construidos a escala y reforzados según diferentes ejecutorias (intrados, trasdos y ambos). Finalmente, como cuarta etapa, se discute y determina la vía analítica más adecuada a toda la ejecutoria experimental llevada a cabo en la tesis. A este respecto, se evalúan diferentes métodos de cálculo, según, diferentes ecuaciones de comportamientos, métodos gráficos y MEF. Todo ello en el ánimo de realizar comparativas, siempre discutidas en el estado del arte, prácticas y viables para construir una sistemática de cálculo, principalmente marcada por las vías experimentales. Con todo ello, esta tesis pretende, por un lado, cubrir parte del vacío existente sobre la reparación de las estructuras de arco de fábrica de piedra. Arcos que pueden formar parte de puentes, acueductos, dinteles de ventanas, partes de la estructura de iglesias, catedrales, etc. Por otro lado, aportar conocimiento al mundo científico sobre la efectividad estructural del sistema de refuerzo, así como buscar un sistema compatible con la naturaleza y características de la fábrica.