Patología de edificaciones de piedra.pptx

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Patología de contrucciones


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Escuela de Posgrado Maestría en Ciencias Mención: INGENIERÍA CIVIL CURSO: REPARACIÓN Y REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS  TRABAJO ASINCRONICO: PATOLOGÍA DE EDIFICACIONES DE PIEDRA FORMAS Y PROCESOS DE EVALUACION  Maestrandos: MANTILLA CALDERÓN, LUIS ANTHONY MOLOCHO ESPINOZA, ALEXANDER REQUELME LLICO, ANA MARILY VILLENA HERRERA, MAX FRANKLIN  Docente: MCs . Ing. José Luis Marchena Araujo Cajamarca, 17 de julio del 2022

1.0 INTRODUCCIÓN: Desde la prehistoria el hombre en su afán de buscar refugio, elaboró distintas formas de construcción, utilizando medios de su entorno cuya principal materia prima fue la piedra. La piedra fue utilizada para elaborar diversas obras civiles y en la actualidad muchas de ellas son parte del patrimonio cultural del mundo. Con el transcurrir del tiempo, las edificaciones de piedra pueden sufrir diversos deterioros por la acción de diversos agentes. La patología de edificaciones de piedra puede ser de diversos tipos y es de suma importancia poder identificar las causas que llevan a dichas patologías, así como los métodos para su identificación para proceder a realizar mantenimiento correctivo a este tipo de infraestructuras que por lo general son consideradas patrimonio histórico cultural. Taj Mahal

2 OBJETIVOS: 2.1 Objetivo principal: Describir las principales patologías en edificaciones de piedra y sus procesos de evaluación 2.2 Objetivos secundarios: Describir las principales patologías en edificaciones de piedra. Describir las causas (agentes) que contribuyen a la aparición de dichas patologías. Describir formas y procesos de evaluación en edificaciones de piedra. Analizar casos específicos e identificar las patologías halladas, así como sus métodos de identificación.

3.0 MARCO TEÓRICO 3.1 Patología La palabra patología proviene del griego “pathos”: enfermedad, y “logos”: estudio; y en la construcción, enfoca el conjunto de enfermedades, de origen químico, físico, mecánico o electroquímico, y sus soluciones, es importante recalcar que las patologías constructivas aparecen en un 75% por causas de mal diseño y mala calidad de mano de obra, o sea de falla humana, lo que se puede revertir con mano de obra calificada, capacitación al personal, controles de calidad y el estudio, en gabinete, del diseño adecuado para cada proyecto. (Broto y otros, 2006)

3.2 Tipos de patologías encontradas en edificaciones de piedra 3.2.1 Descamación Levantamiento y separación de las escamas formadas en la superficie de la piedra, ya sea por cambio de temperatura, humedad y sales solubles. (Imagine, Mao, 2021) 3.2.2 Exfoliación Fisuración de la roca a escala milimétrica favorecida por la naturaleza de la roca, dando la apariencia de hojas o laminas (Imagine, Mao, 2021)

3.2.3 Eflorescencia Se genera cuando los materiales contienen sales solubles en su interior o cuando los materiales pueden absorber agua con sales disueltas. Son manchas blanquecinas sobre la superficie de los muros formándose cristalizaciones algodonosas de lento crecimiento (Medina González & Cerón Cardeña, 2013) 3.2.4 Fisuras Fisuras son aberturas longitudinales que afectan a la superficie o al acabado de un elemento constructivo. Aunque su sintomatología es similar a la de las grietas, su origen y evolución son distintos y en algunos casos se consideran una etapa previa a la aparición de las grietas. (Broto y otros, 2006)

Erosión Superficial Es la producida por la acción física de los agentes atmosféricos. El viento reduce graves erosiones superficiales porque siempre lleva partículas en suspensión. Su efecto puede llegar a hacer irreconocibles las formas esculpidas en la piedra. (Broto y otros, 2006)

4. MARCO METODOLÓGICO Y/O DESARROLLO DEL TEMA 4.1 Causas que producen su alteración 4.1.1 Agentes atmosféricos

4.1.1.1.1 Aguas marinas

4.1.1.1.1 Aguas marinas

En algunos casos sus efectos son beneficiosos porque sirven para eliminar parte de los productos que se encuentran en la atmósfera y que se han depositado sobre las piedras. Es el caso de los sulfatos. Sin embargo, en otros casos, ayudan a esos mismos agentes atmosféricos para atacar la piedra. Es conocida la reacción del anhídrido sulfúrico con el agua para convertirse en ácido sulfúrico. SO3 + H2O = SO4H2 . Por otro lado el agua de lluvia queda depositada en los poros de la piedra pudiendo convertirse en hielo si la temperatura desciende lo suficiente y producir estallidos y roturas. ( Lopez Rodríguez y otros, 2004) 4.1.1.1.2 Aguas de lluvia

Estas aguas penetran normalmente en la parte interior de los muros de cerramiento de los edificios y su ataque tiene mayor o menor efectividad en función de la porosidad de la piedra. A veces llega a descomponerla de tal forma que el muro puede ceder por aplastamiento del material. La altura que el agua puede llegar a alcanzar está en función de las características de la piedra. ( Lopez Rodríguez y otros, 2004) Se define como humedad capilar a toda aquella que aparece en los cerramientos como de la ascensión del agua a través de su estructura falsa ocasionada por el fenómeno de la capilaridad consiste en el movimiento de un fluido a lo largo de un conducto longitudinal por efecto de la tensión superficial entre aquel y las paredes internas a este . 4.1.1.1.3 Aguas absorbidas por capilaridad

4.1.1.2 Viento Produce graves erosiones superficiales porque siempre lleva partículas en suspensión. Su efecto puede llegar a hacer irreconocibles las formas esculpidas en la piedra. (Rodríguez et al., 2004)

Actúa en dos casos de forma diferente. En primer lugar, puede producirse de manera constante un cambio importante de temperatura, una diferencia térmica alta, por ejemplo, entre el día y la noche. Esto produce tensiones internas, capaces de hacer estallar el material. ( Lopez Rodríguez y otros, 2004) 4.1.1.3 Temperatura 4.1.1.3.1 Cambios de temperatura

4.1.1.3.2 Heladas Además de las tensiones, su efecto puede producir desprendimientos de zonas que tuvieran agua superficial, que aumenta de volumen al congelarse. El agua depositada sobre penetra en los poros de la piedra y al bajar la temperatura, en los días fríos de invierno, se produce la congelación de forma brusca convirtiéndose el agua en hielo y aumentando su volumen de forma inmediata, ejerciendo este hielo sobre las paredes de su entorno una presión próxima a los 500 Kg/cm². C uando ha penetrado poca agua se producen pequeñas fisuras y por aquellas primeras fisuras el agua entra después con más facilidad y al producirse nuevas heladas los daños van siendo mayores.

4.1.1.4 Atmósfera 4.1.1.4.1 Sulfatación Dejan manchas de color pardo, sobre todo en las zonas que no son lavadas por el agua de lluvia. Los sulfatos se depositan en los poros de la piedra y cuando se produce un aumento de la humedad relativa del aire, los cristales en los que se han convertido, se hidratan provocando un aumento del volumen y una presión sobre las paredes de los poros. ( Lopez Rodríguez y otros, 2004)

4.1.1.6 Alteración del material 4.1.1.6.1 De tipo estructural 4.1.1.6.2 Fisuras y desprendimientos En general, las Las lesiones de origen mecánico (Patologías de aspecto Mecánico) se suelen dividir en cuatro grandes grupos deformaciones grietas fisuras desprendimiento y erosiones. Tanto las grietas como las fisuras son aberturas longitudinales incontroladas y no deseadas producidas en un material o elemento constructivo. (Broto, 2006). Fisuras en la Iglesia San Sebastián, Cajamarca Fisuras en muro de piedra

Desprendimiento en la fachada principal de la Iglesia San Sebastián, Cajamarca 4.1.1.6.2. Desprendimientos Es la separación entre un material de acabado y el soporte al que está aplicado por falta de adherencia entre ambos, y suele producirse como consecuencia de otras lesiones previas, como humedades, deformaciones o grietas. Los desprendimientos afectan tanto a los acabados continuos como a los acabados por elementos, a los que hay que prestar una atención especial porque representan un peligro para la seguridad del viandante (Broto, 2006) . La separación se produce en dos fases. La primera de ellas se apreciará por la aparición de fisuras en la cara exterior de la piedra o el abombamiento de la misma. La segunda fase, de mayor gravedad, se manifiesta claramente con el desprendimiento de la pieza o su total rotura. (Rodríguez, 2004)

4.1.2 Agentes biológicos Los microorganismos existen sobre casi todas las piedras, aunque su presencia pasa casi desapercibida. También existen líquenes quienes están presentes y quienes pueden atacar la superficie de la piedra por dos razones: Al ser esponjosos retienen la humedad, lo que es peligroso en caso de heladas, segregando ácidos. También hay otros agentes biológicos que afectan a la piedra como pueden ser los excrementos de las palomas. Esto puede iniciar una explosión de la superficie en forma de ampollas. ( Lopez et al. , 2004) Perdida de material por aparición de líquenes que retiene humedad (Broto, 2006)

4.2. Métodos de evaluación Ensayos no destructivos (NDT). Puede ayudar en la localización de características ocultas, vacíos internos y características de la sección transversal del muro. Sin embargo estos procesos en la mayoría de casos , solo ofrece resultados tipo cualitativo. Ensayos ligeramente destructivos (MDT). La información obtenida mediante esta técnica es necesaria para obtener parte de las características mecánicas. Ensayos destructivos (DT).

4.2.1. Examen visual de los especímenes Se realiza un examen visual de los especímenes, describiendo su estado, variedad del color, porosidad, grano, grietas y otras características. 4.2.2. Análisis gráficos. Caracterización de materiales mediante norma UNE-EN 16515. Esta norma europea contiene indicaciones para la selección de los métodos para determinar las propiedades mineralógicas, de textura, físicas, químicas y mecánicas de la piedra natural de monumentos y bienes del patrimonio cultural. Esta información es utilizada para determinar la tipologia de la roca y para evaluar el estado de la piedra respecto a su conservación, así como para comprender los procesos de deterioro de la piedra natural.

4.2.3. Análisis mineralógico por disfracción de rayos X (DRX). Es una técnica de análisis no destructiva que permite conocer la composición mineral de las muestras, identificando distancias entre planos cristalinos en base a la ley de Bragg: Donde: N es un número entero. D es la distancia entre los planos de la red cristalina y, Θ es el ángulo entre los rayos incidentes y los planos de dispersión.  

4.2.4. Examen microestructural por microscopía electrónica de barrido (MEB). Este análisis consiste en obtener imágenes de alta resolución a través de la interacción de un haz de electrones con las partículas de la muestra, y realizar análisis de composición química en puntos de la muestra. 4.2.5. Técnicas de experimentación para el estudio de edificaciones de piedra en proceso de restauración. La mayoría de las pruebas poco destructivas dan solo resultados cualitativos, lo cuales pueden ser usados para índices de calidad de la mampostería, sin embargo para obtener resultados mas veraces se puede utilizar métodos ligeramente destructivos como el ensayo de Flat Jack para determinar al estado de las características de esfuerzo, deformación y de fuerza características de la estructura.

4.2.6. Las técnicas no destructivas de experimentación. 4.2.6.1. Técnicas de perforación o dilatométrica Esta operación se vuelve indispensable en el caso muy frecuente cuando la mampostería consta de dos estratos de la superficie en unión normal con empaque irregular interno. La perforación debe haber terminado con una máxima rotativa usando un borde del recorte del diamante. Ensayo dilatometrico para para determinar las características de deformación de la superficie y de las partes inteiores de la Torre de Pisa.

4.2.6.2. La Prueba de Flat Jack Una técnica de experimentación interesante basada en el uso de Flat Jack fue desarrollada en el laboratorio ISMES acerca de 15 años atrás para el análisis de las características mecánicas de estructuras de mampostería existente. Este ensayo es considerado ligeramente destructivo pues el daño generado es temporal y reparable.

4.2.6.3. Las medidas sónicas. La prueba sónica puede ser efectuada a través de mampostería por la aplicación de una fuerza impelente en una superficie y recibiendo una señal en la superficie opuesta. Colocando los sensores en las alturas diferentes en la misma pared, eso es posible (basado o el principio de reflexión de la ola en superficies de contacto) estimar la profundidad de la fundación. 4.2.6.4. La Tomografía Sónica. Esta técnica da un mapa detallado de la distribución sónica de velocidad en una sección del plano de la estructura bajo investigación. El cálculo es conllevado con la hipótesis que (en un campo de velocidad no uniforme) los impulsos sónicos no propagan en línea recta, pero sigue una línea curvada causada por la refracción.

4.2.6.5. Análisis ultrasónico para aceptación de fallo. Determinación de la velocidad ultrasonido dentro de una cierto tipo de piedra natural permite deducir acerca de las condiciones y estructuras tales como grietas de las rocas, humedad o salinidad. VI = velocidad de onda longitudinal shock en Km./s I = distancia en mm tI = tiempo de recorrido de velocidad de onda longitudinal  

4.3. Estudios de caso. Artículo N° 01: Patología en los muros de mampostería por la capilaridad. Resultado de casos de estudio en Mérida, Yucatán El presente artículo trata sobre las patologías encontradas en dos edificaciones, y la manera en la que se interviene en las mismas. La primera edificación está ubicada en Centro Histórico de la ciudad de Mérida, en el Barrio de San Cristóbal en la cual mantiene su uso habitacional, pero ha sufrido diversas intervenciones que han reconfigurado su conformación espacial. Data de finales del siglo XIX y su importancia radica en que es parte de una imagen urbana de alto valor histórico cultural. La segunda edificación se encuentra ubicada en la colonia Miraflores, al oriente de la ciudad, el inmueble está conformado por dos crujías de mampostería y posteriormente se le agregó la construcción con materiales contemporáneos; además de ello esta edificación representa el patrimonio familiar de las personas que lo habitan, es por eso la importancia de conservarlo

En ambas edificaciones se presentan daños producidos por la humedad capilar los cuales son: Destrucción de pinturas y estucos Manchas y depósito de sales. Existencia de hongos y microorganismos. Desprendimiento de acabados Disminución del aislamiento térmico Efecto dañino de la pared húmeda sobre muebles y otros elementos adosados a ésta. Aumento de la humedad en el aire del espacio Salud de las personas Erosión química o propagación de deterioros de tipo biológico

Para ello se plantearon realizar intervenciones respecto la humedad capilar, para ello existen tres métodos los cuales son los siguientes: Electro físico: Este método trata de sistemas pasivos, que consiste en la colocación de electrodos de distinto material o metal en el terreno y muro a desecar, creándose una diferencia potencial por efecto galvánico. En el caso de un sistema activo invierten el sentido ascendente en los capilares y en consecuencia el descenso paulatino de la humedad.

Químico: Consiste en la inyección de siloxanos o líquido hidrofugantes . La barrera química se consigue introduciendo en la pared productos basados en siliconas o resinas para crear una capa impermeabilizante que funcione como barrera para la humedad ascendente. Este sistema se aplica abriendo una serie de agujeros en el muro separados entre sí a unos 10-15cms. Estos taladros tienen que abarcar un mínimo de 2/3 del grosor del muro para que permita al producto inyectado llegar al otro extremo del mismo. Pueden hacerse por un lado o por los dos lados.

Sifón de knapen : Este sistema realiza una serie de perforaciones en el muro a unos 20-30cm del pavimento donde se insertan los sifones, que profundizan 2/3 partes del espesor del muro, deben estar inclinados con la abertura en el lado inferior y colocados a una distancia de entre 20 y 50 cm. uno del otro. La inserción de estos sifones provoca un intercambio de aire que debería permitir el secado de la pared. Los sifones Knapen por tanto no evitan la subida de humedad por capilaridad, sino su aparición en la pared.

Artículo N° 02: Patologías mecánicas en elementos líticos de las iglesias patrimoniales en la Plaza Mayor de Cusco (Vargas Febres y otros, 2021)

Iglesia Basílica Catedral Iglesia Compañía de Jesús CARTOGRAFÍA DE LOS TIPOS DE ROCA

CARTOGRAFÍA DE LESIONES Grietas, ampollas, estallido, disgregación, fragmentación, erosión y perforación.

Cartografía de diagnosis de patologías en la Basílica Catedral Cartografía de diagnosis de patologías en la Iglesia de la Compañía de Jesús CARTOGRAFÍA DE LESIONES

Artículo N° 03: El mal de la piedra de la Catedral de León. Patología y conservación(Rodríguez Escalante, 2021). ANÁLISIS VISUAL A TRAVÉS DE FOTOGRAFÍAS Grieta y deformación Desprendimiento Alteraciones cromáticas Colonización biológica Identificación de patología Causas Causas ambientales Causas climáticas Causas constructivas

PATOLOGÍA

MODELO FOTOGRAMÉTRICO

Artículo N° 04: Bases conceptuales para Estudios diagnósticos de edificaciones de piedra natural (St. Ville , 2008) La investigación desarrollada demuestra que los materiales pétreos naturales utilizados para la construcción (piedra natural), lejos de ser imbatible por su aspecto sólido y fuerte por agresiones de origen diverso, se encuentran sometidos a los continuos agentes de alteración que causan su deterioro, envejecimiento y reducción de capacidad resistente. (St. Ville , 2008)

Para el estudio preliminar se puede lograr un conocimiento a priori del estado patológico de los elementos estructurales fundamentales, del estado constructivo y seguridad, en base a la información obtenida mediante esta etapa, es posible ya determinar la naturaleza y el origen del problema, o bien constituir sólo la etapa previa a un estudio más detallado. NIVEL ESTUDIO PRELIMINAR

En el nivel detallado se realiza un proceso de calibración de modelo tomando como variables de control las que aporta el sistema de instrumentación. Para ello se hace necesario emplear técnicas de superficie de respuesta con el objetivo de determinar con exactitud y precisión, NIVEL ESTUDIO DETALLADO

NIVEL ESTUDIO AVANZADO Los parámetros constitutivos degradados (por efectos de las diferentes patologías) que delimitan las variables de respuesta que arroja el modelo y que a su vez se acercan con la mayor exactitud posible a las variables de control que aporta el sistema de instrumentación

Artículo N° 05: La piedra en los monumentos de la ciudad de Toro. Geoturismo (Martín Alfageme , 2015) Litotipos en los monumentos de la ciudad de Toro (Zamora) IDENTIFICACIÓN DE LITOTIPOS

CRACK, FISURA o FRACTURA Fisura individual, claramente visible a simple vista, resultante de la separación de una parte de otra. DEFORMACIÓN Cambio en la forma sin perder la integridad, lo que lleva a la flexión, pandeo o torsión de un bloque de piedra. BURSTING o ECLATEMENT Pérdida local del material superficial de la piedra, debido presiones internas, evidenciado en forma de cráter con bordes irregulares. A menudo es una consecuencia del incremento del volumen de forma natural de inclusiones minerales (arcillas, pirita, etc. ...) contenidas en la roca y localizadas cerca de la superficie LAMINACIÓN o DESPLACACIÓN Separación física en una o varias láminas la superficie de la piedra. El espesor y la forma de las capas o láminas son variables. Las capas pueden estar orientadas en cualquier dirección con respecto a la superficie de la piedra. TIPO DE PATOLOGÍA

FRAGMENTACIÓN Rotura total o parcial de una piedra, en porciones de dimensiones variables que son irregulares en cuanto a forma, espesor y volumen. PEELING Separación parcial o total de una capa delgada (de espesor milimétrico o inferior) con la aparición de una película o un revestimiento sobre la piedra. ALVEOLIZACIÓN Formación, sobre la superficie de la piedra, de cavidades (alvéolos) que pueden ser interconectadas y pueden tener formas y tamaños variables (generalmente centimétricas , pero a veces métrica). EROSIÓN Pérdida de la superficie original, dando lugar a formas suavizadas. DAÑOS MECÁNICOS Pérdida del material debida a una acción mecánica (impacto, incisión o corte, abrasión…)

MICROKARST Red de pequeñas depresiones interconectadas de escala milimétrica o centimétrica , a veces similar a una red hidrográfica. Debidas a una disolución parcial y / o selectiva de la superficie de piedra expuesta al agua de escorrentía. AUSENCIA PARCIAL o MISSING PART Ausencia de toda o parte de una piedra. Ésta alteración afecta generalmente a los elementos destacados y particularmente expuestos de las esculturas (nariz, dedos de los pies, dedos de las manos…) PERFORACIÓN Perforación, simple o múltiple, de tamaño milimétrico a centimétrico , inducida por un animal o una herramienta que se extiende en profundidad. Siendo mayor la profundidad que el ancho. PITTING Cavidades poco profundas milimétricas o inferiores. Generalmente tienen una forma cilíndrica o cónica y no están interconectados. DECOLORACIÓN Modificación de uno o más de los parámetros que caracterizan el color de la piedra, el matiz, brillo, saturación.

GRAFFITTI Forma de alteración superficial resultado de una incisión, arañazo o aplicación de pintura, tinta o material similar. PÁTINA Modificación cromática superficial, resultado de una alteración natural o artificial y en general no implica ninguna degradación de la superficie visible. ENSUCIAMIENTO Depósito de partículas finas exógenas (por ejemplo. Polvo hollín) dando un aspecto sucio a la superficie de la piedra. COLONIZACIÓN BIOLÓGICA El término colonización biológica se aplica especialmente plantas y microorganismos tales como bacterias, cianobacterias, algas, hongos y líquenes (simbiosis de los tres últimos). Se aplica también a las estructuras hechas por los animales, tales como nidos.

IDENTIFICACIÓN DE PATOLOGÍA

IDENTIFICACIÓN DE PATOLOGÍA

Patología encontrada en la ciudad de Toro (Zamora) IDENTIFICACIÓN DE PATOLOGÍA

CONCLUSIONES Se describió la principal patología en edificaciones de piedra: descamación, exfoliación, eflorescencia, fisuras y erosión superficial debido a las propiedades de los materiales respecto a la humedad. Se describió los agentes que contribuyen a la aparición de la patología en piedra siendo los agentes atmosféricos como el agua, viento, temperatura y los agentes biológicos (plantas, líquenes y hongos) más comunes. Sin embargo, existen los agentes antrópicos , que pueden generar mayor degradación y erosión de la piedra que los anteriores. Se describieron formas y procesos de evaluación en edificaciones de piedra, partiendo desde los exámenes visuales hasta los más modernos de microscopía electrónica (MEB) ; además, se menciona las técnicas no destructivas de experimentación existentes.

Se analizaron 4 casos específicos donde se identificaron las patologías halladas , así como sus métodos utilizados. Se tiene diversos tipos de patología que actúan sobre las edificaciones de piedra, no obstante, se puede intervenir usando distintos métodos y así conservar dichas estructuras ya que muchas de ellas forman parte del patrimonio cultural de las naciones. La humedad capilar es la principal causa de distintos tipos de patología, su grado de acción depende del nivel de porosidad de la piedra, mientras más porosa, mayor será su permeabilidad dando así lugar a mayor absorción de agua ya sea en estalo liquido o vapor. Se describió que existen técnicas no destructivas de experimentación para el estudio de edificaciones de piedra en proceso de restauración . Antes de realizar una conservación a o mantenimiento a cualquier infraestructura de mampostería de piedra se tendrá que realizar un estudio previo o diagnóstico , donde se deberá clasificar el tipo de patología que tendrá la edificación para poder clasificar y realizar una propuesta de posible solución para su conservación.

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GRACIAS !!!