Patrimonio Histórico: Monitorización estructural de la Iglesia de San Salvador. Leganes. Madrid.

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Alcanzar los más de 15 metros de altura en la nave central pasa por disponer de un equipo de elevación adecuado. 

Durante el pasado mes de Diciembre de 2016 hemos realizado una completa monitorización estructural en varios puntos críticos de la conocida Iglesia de San Salvador en Leganes. Madrid.

Contando con la dirección técnica del Arquitecto José Santos Torres, el equipo de instaladores fijó mas de 20 sensores de medida (fisurometros, inclinometros, etc.) a lo largo de diferentes puntos definidos por el Arquitecto en el interior de la Iglesia. (Nave Central, Torre, Cúpula, etc).

En este tipo de monitorización  de Patrimonio Histórico, los aspectos más importantes a tener en cuenta se resumen en 4 puntos:

(1/4). Minimizar impacto visual.

La Iglesia de San Salvador es un templo muy visitado y querido por los feligreses de Leganes, se trata de un tempo repleto de notables Retablos e Imágenes religiosas y localizada en el centro urbano de Leganes. Por todo ello, era necesario conseguir que el impacto visual de los sensores y el cableado fuese el menor posible.

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Minimizar el impacto de la instalación de sensores y cableado es una labor necesaria para que el sistema de monitorización pase desapercibido en un segundo plano.

Es en los pequeños detalles durante la instalación (evitar colores llamativas, fijar bien el cableado evitando catenarias inútiles, buscar esquinas para paso de cable, etc.) es donde se consiguen los mejores resultados en este aspecto.  Podemos decir que contando con el apoyo y supervisión de los técnicos desplazados del sistema de monitorización empleado (kBuilding), el resultado ha sido optimo.

(2/4). Minimizar tiempos de instalación.

La instalación  de los sensores se realizo durante las fiestas navideñas donde la Iglesia tiene una amplia agenda de actos religiosos. Los trabajos se diseñaron de manera que la instalación se realizase con rapidez. Para ello, todos los equipos y sensores se llevaron montados, ajustados y chequeados desde la oficina técnica (Pruebas FAT, SAT, SIT), además la minimización en el cableado (apenas 100 m.) en toda la instalación hace que en 12 horas de trabajo todo el sistema estuviese instalado y funcionando.

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Durante los trabajos de instalación de sensores y equipos fue necesario sincronizar las tareas con intervalos donde en la Iglesia se realizaban cultos acordes al periodo navideño.

(3/4). Cumplir plazos

Para la ejecución de los trabajos fue necesario coordinar los trabajos con una empresa auxiliar responsable de liberar el espacio en el interior de la Iglesia (mover bancos), colocar un suelo de madera protector  y manejar con precisión una plataforma elevadora telescópica imprescindible para alcanzar los más de 15 metros de altura en la nave central. Cumplir plazos dentro del cronograma de  montaje previsto, es permitir que los bancos puedan volver a su ubicación y que la Iglesia pueda funcionar con normalidad.

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Para la entrada de la plataforma elevadora de oruga en el interior de la Iglesia es imprescindible proteger el suelo. Las características de esta máquina (tamaño, peso, rangos de distancias) la hacen imprescindible para este tipo de montajes interiores. 

(4/4) Viabilidad económica. Optimizar costes

Siempre es necesario tener presente el coste de una monitorización para hacerlo compatible con el resto de requisitos del proyecto. Entendemos la monitorización como una herramienta de ‘mínimos’ que garantice tener controlada la estructura de una manera optima y rentable para todas las partes.

El enfoque basado en optimización de costes es el necesario para poder abordar proyectos de este tipo donde la necesidad del sistema es evidente pero donde también los recursos económicos disponibles (presupuesto) son muy limitados.

Cómo monitorizar remotamente el desplome de un muro en una Ermita

Como punto de partida de este proyecto básico de monitorización estructural, empiezo por introducir el monumento a monitorizar, en este caso se trata de la Ermita de Santa María la Antigua, también conocida como Ermita de Nuestra Señora de la Antigua o Ermita del Cementerio de Carabanchel. Se trata de un templo católico situado en Carabanchel  (Madrid) y cuyo origen se remonta al siglo XIII. Construido con un estilo románico-mudéjar, entre los años 2000 y 2002 recibió una importa rehabilitación a cargo del arquitecto Pedro Iglesias.

Como se aprecia en las imágenes, sus muros son de mampostería con verdugadas de ladrillo.

Exterior de la Emita de Santa María la Antigua. Carabanchel.

 

Hay que destacar la portada de ladrillo con tres arcos rehundidos enmarcados en un alfiz. Precisamente, en esa imagen se aprecia el fuerte desplome que presenta el muro hacia el exterior. El contrafuerte existente busca limitar ese movimiento si bien en los últimos años desde la rehabilitación del año 2003 han aparecido importantes grietas en el interior.

Muro exterior que presenta un fuerte desplome.

Esta situación, está actualmente bajo la supervisión técnica del Arquitecto José Santos Torres, quien desde un primer momento tuvo claro la conveniencia de monitorizar en continuo este movimiento de desplome de manera que se pudiese apreciar las tendencias del movimiento y así poder tomar las medidas de protección necesarias en en el supuesto de exceder determinados valores límite.

José Santos Torres, opto por instalar el kit básico de motorización ofrecido por el sistema kBuilding, este kit consta de dos sensores de desplazamiento(detectan movimiento de grietas), un clinómetro biaxial (detectan inclinaciones en dos ejes) y finalmente una sonda de temperatura y humedad ambiente.

Aspecto del kit básico kBuilding
Aspecto del kit básico kBuilding presentado en maletín con ruedas para fácil transporte.

La instalación del sistema se realizo con facilidad mediante el uso de una escalera plegable

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Instalación mediante escalera plegable del concentrador de señal sobre el muro exterior.

El uso para las conexiones eléctricas de conectores rápidos hace que el tiempo de instalación sea breve (apenas una hora) ya que únicamente es necesario la fijación mecánica de los equipos y los sensores.

Gracias al sistema de conexionado rápido de los sensores, todo el sistema de monitorización se instalo en apenas 1 hora.

En primer lugar se instaló el concentrador de señal a una altura del suelo aproximada de 3.5 m. Suficiente para evitar que sea fácilmente manipulado ya que en el interior del templo se celebra puntualmente culto religioso.

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Aspecto final de la instalación de kBuilding.- Kit Básico

Como se aprecia en la imagen, se opto por la instalación del clinómetro biaxial (a la derecha de la imagen) que registra el desplome en los dos ejes del muro. Uno de los ejes es paralelo al muro y el otro perpendicular al mismo.

En la pared perpendicular al muro, se instala un sensor de desplazamiento en una grieta profunda que aparece ligada al desplome del muro. La medida de está variable en combinación con el clinómetro se considera suficiente para asegurar el movimiento de desplome del muro. También se ha instalado una sonda de temperatura y humedad para poder relacionar posibles movimientos con determinadas condiciones termohigrométricas en el interior del templo.

El sistema de monitorización estará instalado durante varios meses según el criterio del Arquitecto José Santos Torres.

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Página inicial de acceso al sistema kBuilding.

El acceso a la información registrada se consigue mediante el acceso vía web al sistema kBuilding donde los datos son acumulados a lo largo del tiempo para su posterior visualización en gráficas, tablas, etc.

 

 

¿Qué se debe medir en una estructura para monitorizarla?

Las estructuras de edificios son dinámicas ya que están sujetas a un conjunto de movimientos normalmente de carácter periódico y condicionados por diversos factores. Estos se clasifican en:

  • Cargas aplicadas que producen deformaciones de dos tipos, elásticas e inelásticas, teniendo en cuenta si se recupera la posición inicial o no. (viento, terremotos, asentamientos del terreno, etc).
  • Cambios de temperatura, que producen expansión o contracción de los materiales que conforman la estructura.
  • Cambios en la humedad del ambiente que producen hinchazón o contracción en los materiales.
  • Acciones químicas producidas por la humedad y agentes contaminantes que pueden cambiar el volumen de los materiales.

Cada uno de estos factores o la combinación de varios de ellos pueden producir movimientos en la estructura de un edificio. El objetivo de un sistema de monitorización (Ej. kBuilding.es)  es detectar y registrar estos movimientos para posteriormente mostrárselos al técnico quien podrá interpretarlos como acordes o anómalos dentro de la dinámica natural del edificio.

Un sistema de monitorización estructural permite registrar y visualizar:

  • Movimientos puntuales, producidos por excavaciones cercanas, desastres naturales (terremotos, explosiones, etc.), que pueden llevar al colapso de la estructura o por el contrario pueden producir el acomodamiento del edificio a la nueva situación.
  • Movimientos cíclicos, producidos por los cambios de temperatura y humedad del ambiente, dan lugar a deformaciones elásticas recuperándose la posición inicial al completar el ciclo.
  • Movimientos de tendencia progresiva, debidos a problemas estructurales o combinación de factores que se van acumulando a lo largo del tiempo y son los causantes de la inestabilidad de la construcción, como el efecto de fatiga con el paso del tiempo. Este tipo de movimientos, entraña el concepto de velocidad de desplazamiento. Este concepto, es fundamental a la hora de diagnosticar la evolución de la estructura.

Dentro de estos movimientos, los movimientos puntuales en general no tiene sentido intentar detectarlos ya que son impredecibles (no se puede conocer cuándo va a suceder un terremoto ni dónde) y de magnitud variable. Sin embargo en zonas específicas, obras de construcción, excavaciones importantes, si se pueden  registrar fenómenos de este tipo y un sistema de monitorización resulta de gran utilidad para una detección temprano de dichas inestabilidades.

Los movimientos cíclicos, al recuperarse, entran dentro de la dinámica natural de la estructura, sin embargo, sí que es interesante conocer su magnitud con el fin de poder diferenciarlos de los movimientos anómalos.

En las dos gráficas adjuntas se puede ver dos evoluciones de una grieta a lo largo del tiempo.

  • En la Ilustración 1 se observa que si bien se produce un movimiento en la grieta, su evolución es cíclica a lo largo del tiempo y muestra una tendencia central.
  • En la Ilustración 2, la evolución también es cíclica, sin embargo en este caso la tendencia si muestra un crecimiento a lo largo de los años. Esta estructura requiere de una acción correctiva que solucione dicha problemática.
Movimientos Ciclico
Ilustración 1. Movimiento cíclico. Fuente: http://www.kBuilding.es
Ilustración 2
Ilustración 2. Movimiento cíclico con tendencia progresiva. Fuente: http://www.kBuilding.es

Evolucion de los Sistemas de Monitorización Estructural

La auscultación es un procedimiento clínico de exploración física que consiste en escuchar de manera directa o por medio de instrumentos como el estetoscopio, el área torácica o del abdomen, para valorar los sonidos normales o patológicos producidos en los órganos (contracción cardíaca, soplos cardíacos, peristaltismo intestinal, sonidos pulmonares, etc.).

Adaptado al sector de la construcción, la auscultación/monitorización la definiríamos como toma de datos en el edificio para estudiar posibles patologías.

Fachada en ruinas
Fachada en estado de ruina.

Se presentan dos alternativas, la de  monitorizar edificios enfermos, y la de  monitorizar edificios afectados por una obra. En el primer caso existen unos deterioros que hay que controlar, mientras que en el segundo caso, el técnico debe definir una serie de parámetros a medir para verificar que las potenciales incidencias de la obra proyectada con las colindantes son las que efectivamente suceden en la realidad.

¿En qué consiste la monitorización.?

La monitorización consiste en estudiar el edificio, investigar las patologías, definir una serie de instrumentos de medición a instalar, medirlos con la frecuencia lógica, y emitir un informe con los datos y una valoración según unos criterios de gravedad.

“La práctica totalidad de los derrumbes de edificios, por lesiones en la estructura, asentamientos de la cimentación, descalces de la cimentación por obras colindantes, nuevas cargas en edificios existentes,… se pueden evitar y prevenir con la adecuada monitorización.”

Testigo tradicional de yeso en grieta de fachada.
Testigo tradicional de yeso en grieta de fachada.

Por ejemplo, cuando se está ejecutando la excavación con sótanos de un solar en el casco viejo con colindantes sin sótanos de cimentaciones escasas, una adecuada auscultación nos puede avisar cuándo estamos empezando a afectar a las cimentaciones vecinas, y así poder adecuar las metodologías de la obra a la nueva situación.

¿Que sistemas utilizamos para monitorizar?

Desde muy antiguo ya se controlaba mediante instrumentos ópticos la inclinación de las fachadas para prevenir derrumbes a causa de obras colindantes.

Hasta ahora la instrumentación de estructuras se utiliza básicamente en obra civil para excavaciones de obras subterráneas y en determinadas excavaciones para edificios en las ciudades, sobre todo en cascos antiguos.

Esta instrumentación se basa en mecanismos que se fijan en las lesiones,  fachadas o en el terreno,  para mediante sensores portátiles determinar la evolución de sus medidas.

Estamos hablando de:

  • Fisurómetros lineales o de dos direcciones, nos dan medidas del valor de apertura de la fisura.
  • Clinómetros de fachada, nos facilitan valores de inclinación de fachadas o estructuras.
  • Inclinómetros, nos da valores de movimientos del terreno en vertical, en dirección del empuje de las tierras.
  • Líneas de asiento, nos permite medir movimientos del terreno en horizontal, para estudiar asentamientos.
  • Piezómetros permiten conocer las variaciones de los niveles freáticos (agua en el subsuelo), dato fundamental para estudiar posibles movimientos del terreno.
  • Sensores de corrosión, permiten conocer el grado y la velocidad de avance del frente de corrosión provocado por la inclusión de cloruros en la armadura.
  • Mediciones por topografía en regletas de nivelación o sobre dianas. Facilitan datos de movimientos generales de paramentos horizontales y verticales vistos y accesibles.

Tradicionalmente la instrumentación se diseñaba pensando en cómo facilitar al técnico el acceso al aparato de medida, dado que físicamente se tiene que llegar hasta él, esta situación hacía que la frecuencia de las mediciones en muchas ocasiones no era la optima.

Monitorización de estructuras en ‘tiempo real’.

Un sistema de monitorización estructural permite asegurar la integridad estructural del edificio proporcionando datos de deformación continuos a lo largo de extensos períodos de tiempo; esto permite que se realice un mantenimiento apropiado, seguro y rentable.

Este tipo de herramientas de monitorización ofrecen como principales beneficios:

  • Disponer de información precisa y en tiempo real de determinadas magnitudes físicas que se produce en una o varias estructuras/edificios.
  • Facilitar al técnico su trabajo ofreciéndole una poderosa herramienta donde dispondrá de toda la información pasada y presente del edificio monitorizado.