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LA MUJER CONSTRUYE |
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"LA RESTAURACIÓN DE LAS CATEDRALES. ESTABILIDAD EVOLUTIVA" . PEPA CASSINELLO PLAZA, arquitecta. (España) |
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La
mayor parte del siglo XX ha centrado sus debates en poner fin a la polémica
planteada desde el XIX con la aparición de la teoría desarrollada por Viollet-Le-Duc (1) y apoyada por Choisy:“El racionalismo estructural de la catedral gótica”. Desde que en 1.906
aparece la primera edición facsímil del manuscrito de Villard de Honnecourt,
se potencia desde muy diferentes puntos de vista el estudio analítico sobre las
mayores incógnitas históricas no desvelada : la constatación de la utilización
de trazados geométricos como método medieval de dimensionado de elementos
estructurales, así como la comprobación de la función estructural de
elementos tan significativos como las nervaduras de las bóvedas o los propios
arbotantes. Estos aspectos han quedado despejados en gran medida debido a las
investigaciones realizadas por Fitchen (2), Acland, Heyman, Billington,
Mar…, aplicando muy diferentes métodos algunos de ellos experimentales. Hoy, a las puertas del siglo XXI la ESTABILIDAD de las obras de fábrica antiguas, no solo de las
catedrales, sino de la mayor parte del Patrimonio
de la Humanidad construido hasta mediados del siglo XIX
continua encerrando importantes incógnitas sin resolver cuyo
conocimiento evitaría; en unos casos costosas intervenciones innecesarias que
pueden además contribuir a reducir la vida de un monumento, y en otros casos,
inesperados colapsos por falta de intervención debido al desconocimiento del
comportamiento real de la catedral. “Forma
y materia”
evolucionan sufriendo transformaciones a lo largo de los siglos; no solo por
las deformaciones debidas a muy diversas causas, sino también por la continua
superposición de estilos arquitectónicos de muy diferente configuración
constructiva y estructural, así como por la erosión físico-química de una atmósfera
urbana cada vez más polucionada que degrada la integridad mecánica de las fábricas
pétreas, influyendo también algunas actuaciones poco acertadas de gran número
de “restauraciones". Por estas razones los modelos físicos o matemáticos
que utilicemos para cuantificar la estabilidad actual de nuestras catedrales han
de estar basados en la compleja realidad actual y no en
los supuestos estados primitivos en los que fueron construidas; Trazados
de formas geométricas conocidas y fábricas pétreas sanas de resistencia muy
superior a las posibles solicitaciones mecánicas generadas en los diferentes
elementos estructurales. La complejidad que
encierra poder determinar la real configuración constructiva y forma geométrica
de cada uno de los elementos estructurales de una catedral, se ve incrementada
por la incertidumbre, todavía existente, sobre el comportamiento mecánico de
sus degradadas fábricas pétreas. En consecuencia y pese a los avances
conseguidos en las últimas décadas, la
polémica planteada para el próximo siglo se centra ahora tanto en la definición
del modelo
(Forma y Materia) como en el método
analítico
a emplear para garantizar el suficiente rigor científico de los resultados
obtenidos. Desde hace algunos años
estoy realizando un trabajo de investigación documental, analítico y
experimental sobre las catedrales góticas españolas en busca, tanto de
la definición del modelo como de la posible adecuación de los diferentes métodos
analíticos. La clasificación en tipos estructurales, necesaria para establecer
una metodología general, esta basada en el específico conocimiento de la
configuración constructiva de cada catedral, así como en el posible
comportamiento físico-químico de las fábricas pétreas que dan forma a cada
uno de sus elementos estructurales. (4) MODELO:
FORMA Y MATERIA Entre todos los tipos
en los cuales he clasificado las catedrales góticas españolas, en función de
muy diferentes parámetros de forma y proporción de sus diferentes elementos
estructurales, existen algunos casos de gran relevancia por cuanto su
alejamiento del prototipo genera en sí mismo un nuevo
y desconocido tipo de bóvedas superpuestas
como es el reciente descubrimiento que hemos realizado en las bóvedas góticas
de la catedral de Sevilla. (3)(4) La
Bóveda gótica
es el mayor avance estructural conseguido por los maestros medievales , que
utilizando elementos ya existentes, y partiendo de la intersección de formas
geométricas de simple curvatura, de gran deformabilidad y escasa rigidez,
llegaron a encontrar la forma más estable, rígida y de menor cuantía de
material, para cubrir los vanos de sus naves, no solo reduciendo el empuje
resultante sino haciendo desaparecer en gran parte las flexiones, al convertir
las bóvedas en superficies de doble curvatura generadas sobre arcos apuntados,
y rigidizadas mediante nervaduras pétreas situadas en los bordes o pliegues de
máxima concentración de tensiones, aumentando sus posibilidades de Estabilidad
a lo largo de los siglos. La bóveda gótica como
elemento activo generador de los esfuerzos que el resto de los elementos
estructurales deben contrarrestar; arbotantes, estribos, pináculos pilares y
muros longitudinales, con independencia de su tipo estructural y constructivo
primitivo (cutripartita, sexpartita) ha sido más o menos susceptible de
transformaciones en su trasdós a lo largo de los siglos en función del tipo de
cubierta que lo haya cobijado. La arquitectura gótica
española cuenta con uno de los tipos de cubierta más susceptibles de cambios
en cuanto a la configuración constructiva de sus bóvedas se refiere, y que
sin embargo es menos frecuente en el resto de Europa .Este tipo de cubierta es
la “aterrazada”, que ha dado lugar a una enorme gama de soluciones
constructivas “superpuestas” en busca sin duda de una mejor evacuación de
las aguas de lluvia tratando de evitar los deterioros que indudablemente
surgieron desde su construcción primitiva. A este tipo corresponde la cubierta
de la catedral de Sevilla , en la cual la inspección realizada (4) (5) (6) ha
constatado un gran alejamiento del supuesto prototipo de las bóvedas
cuatripartitas de sus naves laterales, sobre las cuales existen otras bóvedas
a modo de lunetos ejecutadas con fábrica cerámica que apoyan directamente
sobre el plemento pétreo de las bóvedas primitivas, alterando no solo la
distribución de masas pétreas frente a la estabilidad del conjunto, sino
generando también un nuevo y diferente estado tensional que concentra esfuerzos
en las líneas de apoyo de las bóvedas. Por el contrario las
catedrales con cubierta a dos aguas sobre su extradós, no han sufrido este
tipo de cambios tan importante, manteniéndose la configuración constructiva
primitiva, consistente en general en un plemento pétreo que oscila, en la
catedrales españolas, entre los 20 y 40 centímetros de espesor, sobre el cual
se tiende una gruesa capa de mortero de cal de aproximadamente 10 centímetros,
como es el caso de Burgos y León .En este tipo de cubiertas las
transformaciones más frecuentes consisten en el aumento de dicha capa de
mortero de cal llegando a duplicar su supuesto espesor primitivo, sin que el
incremento de peso generado suponga una alteración importante frente a la
estabilidad del conjunto si la fábrica del plemento esta en buenas condiciones
de conservación. Tan solo en algunos casos aparece una losa de hormigón armado, que utilizando como encofrado perdido la primitiva bóveda pétrea la
“mutila” convirtiéndola en un elemento escenográfico sin papel
estructural. La realidad constatada, no solo en el caso de las
bóvedas, sino de todos los elementos estructurales
y constructivos, potencia sin duda la necesidad de matizar la definición del modelo no partiendo nuca del supuesto
prototipo como base de análisis previa actuación de restauración. Un aspecto de la
configuración constructiva de la bóveda, que tiene suma importancia frente a
la estabilidad del conjunto, con independencia del “tipo”, es la
existencia del relleno del trasdós de la bóveda hasta la altura de aplicación
del arbotante, para garantizar la transmisión de empujes en el nudo entre la bóveda
y el arbotante. La ausencia de este aspecto en algunos modelos estudiados,
entre otros por Pippard (7) , desembocaron en resultados absurdos que obligaron
a sus autores a incluir extrañas hipótesis en los nudos para que el modelo
matemático admitiera que la bóveda analizada estaba en pie pese a que el
modelo colapsara. Sin embargo Crisfield y Packham introdujeron en sus análisis
la resistencia lateral producida por el relleno en el nudo, al igual que
posteriormente lo hiciera R.Mark (8) en sus modelos fotoelásticos. En los casos
analizados hemos podido observar como la altura del relleno varia en función de
la “forma” del arco fajón de la bóveda , con independencia de la inclinación
que adopte el arbotante como sistema de contrarresto inmediato de la misma. En
el caso de Sevilla el relleno alcanza una altura de aproximadamente
un 45% de la altura total de la bóveda, mientras que en el caso de
Burgos, con un empuje total menor, aumenta hasta el 55% de su altura. Este
hecho se repite en la totalidad de las catedrales analizadas, indicando que el
relleno aumenta cuando disminuye el grado de peralte o apuntamiento del arco, (
sin tener en cuenta los tramos verticales ) a causa sin duda de la ley
creciente de flexiones según decrece su rebajamiento . Sin embargo el esquema
estructural primitivo del conjunto de las bóvedas de la nave central de la
catedral de Sevilla es más favorable frente a la estabilidad debido a que los
arcos fajones son arcos enjutados y enrasados a la misma altura de la clave,
constituyendo un armazón secuencial de arriostramiento transversal entre las
sucesivas bóvedas, hecho que impide la flexión del propio arco y contribuye a
dirigir los empujes hacia los estribos. MATERIA Por esta razón, y en
busca de un mayor acercamiento al conocimiento de la deformabilidad de las fábricas
góticas de la catedrales españolas seleccionadas, y coincidiendo en algunos
aspectos con los trabajos experimentales realizados por el profesor Wezel en
Alemania (17) que ha analizado frente a rotura diferentes tipos de muros de fábrica, hemos analizado diferentes morteros extraídos de catedrales góticas españolas,
y hemos fabricado morteros de características similares a los medievales
ensayados, para construir fábricas con sillares de las mismas canteras
actualmente en funcionamiento, con el fin de realizar próximamente un análisis
de “sensibilidad” del modelo frente a los parámetros establecidos (deformabilidad) con la finalidad de acotar la distancia existente con la
realidad , y siendo conscientes de que por pequeño que sea el acercamiento
producido, dada la “enorme dificultad de reproducir en laboratorio fábricas
antiguas, este debe ser abordado
porque sin duda se irán perfilando las hipótesis sobre el modelo, y la
interpretación de los resultados nos llevara a olvidarnos de los engañosos
valores absolutos manejados hasta ahora aportándonos rangos de posible
variabilidad. La labor de las próximas décadas será buscar métodos para
acotar la distancia entre los valores límites de dichos rangos una vez
obtenidos. MÉTODO
ANALÍTICO Recientemente Heyman (
9 ) ha aplicado por primera vez, la teoría de cáscaras delgadas a las bóvedas
de fábrica y en concreto a las bóvedas de la catedral de Reims, obteniendo
que la tensión a la que esta sometido el plemento pétreo es tan solo de 0,13
N/mm2 ( 13 t/m2 ), frente a los 40 N/mm2 ( 400t/m2) que considera como tensión
admisible en base al tipo de fábrica pétrea existente en dicha catedral. Si
realmente el estado fisico-químico de la fábrica garantiza dicha tensión
admisible, los resultados confirmarían la tan presumible realidad de la escasa
tensión que se genera en los plementos frente a la resistencia mecánica de la
fábrica. La aplicación de este método de cálculo en bóvedas góticas tan
solo puede darnos un orden de magnitud de las tensiones existentes ,pero es de
dudoso rigor dadas las características especiales de este tipo de bóvedas pétreas
, que incumplen la mayor parte de las hipótesis y condiciones de partida para
la aplicación de dicha teoría. En primer lugar la esbeltez media de las bóvedas
góticas españolas es de 0.04 frente a los límites establecidos tanto por
Flugge (10), cuya teoría aplica Heyman, como por Haas ( 0,001 a 0,02) no pudiendo
considerarse como lámina. Por otra parte, las actuales formas geométricas
espaciales de las bóvedas son producto de las deficiencias de construcción y
de las deformaciones sufridas a lo largo de los siglos, razón por la cual es
difícil encontrar una expresión matemática que las represente, y además la
teoría de membrana parte de la hipótesis de la no
generación de flexiones , que indudablemente existen en mayor o menor grado en
las bóvedas góticas , tal y como demuestran los resultados que hemos obtenido
aplicando el método de Elementos Finitos. Eduardo Torroja señaló
la gran dificultad de conocer el reparto “real” de tensiones en una bóveda
por arista si esta estaba ejecutada con fábrica pétrea en lugar de hormigón
armado , dadas las especiales características del material , del aparejo y
juntas que determinan en gran medida la “transmisión de tensiones”, con
independencia del sistema de cálculo empleado (11)
, y la aplicación de la teoría de membrana se basa en las tres
ecuaciones de equilibrio sin referencia a las condiciones de compatibilidad ni a
las propiedades del material, hecho que simplifica los cálculos pero los
convierte en “aproximaciones” cuantitativas lejanas a la realidad apuntada
por Torroja. En cualquier caso la hipotética aplicación a los casos aquí
analizados arrojaría como resultado una tensión de 17 t/m2 en el plemento de
la catedral de Sevilla (nave central de bóveda sencilla ) y 11,5 T/m2 en la de
Burgos , sin aportarnos una clara distribución de la totalidad del estado
tensional , donde como se puede ver por la aplicación del método de elementos
finitos existen concentraciones de tensión en muy diferentes zonas ,
dependiendo de la geometría de bóveda, y no solo en los pliegues donde se sitúan
las nervaduras. Sin embargo el método
de Elementos Finitos , no aplicado hasta la fecha en las catedrales góticas
españolas seleccionadas (4), es el
sistema de cálculo existente más apropiado para estructuras de fábrica , que
puede darnos a conocer la distribución de tensiones y deformaciones de forma
pormenorizada en cada uno de los elementos estructurales de la catedral bajo
diferentes hipótesis de carga , si utilizamos un modelo de elementos
“solid” y dividimos su geometría en suficientes y adecuados elementos
finitos , en función de su específica configuración constructiva , aunque
hasta la fecha tampoco sea la “panacea” , dado que es necesario realizar un
estudio de sensibilidad del modelo frente a los parámetros fundamentales como
la deformabilidad ,para poder interpretar los resultados obtenidos con el mayor
rigor posible. La aplicación de este
sistema en dos bóvedas de diferente tipo de “trazado” geométrico arroja de
forma pormenorizada el estado tensional, no solo cuantitativamente sobre el
plemento y las nervaduras de la bóveda, sino también cualitativamente el tipo
de tensión resultante; compresión , tracción o flexión (12). Se puede
observar como en las bóvedas de la nave central de Burgos, la primitiva
utilización de arcos de medio punto en los arcos de las nervaduras formeras,
generan flexiones en los tramos laterales de los plementos, mientras que en las
bóvedas de la catedral de Sevilla (bóveda cuatripartita simple) desaparecen
dichas flexiones al generarse los tramos del plemento sobre arco apuntados. Pero hay que tener
presente que ninguno de los nuevos y revolucionarios sistemas de cálculo , como
el sistema de Elementos Finitos que estamos utilizando en los diferentes modelos
tipo de las catedrales seleccionadas, y que ha sido ya utilizados en recientes
rehabilitaciones de catedrales góticas como la de San Michel de Gudule (13) o
la Abadía de Westmister(14), pese a sus grandes ventajas respecto al
conocimiento de la distribución de tensiones de forma porminorizada, pueden
darnos la seguridad de estar ante el comportamiento real de la catedral frente a
sus deformaciones, porque el problema no es el método de cálculo en si mismo,
sino las hipótesis seleccionadas para la elaboración del modelo, entre las
cuales considerar el material como homogéneo, isotrópico y continuo se aleja
enormemente de la realidad , y tratar de adjudicar un módulo de elasticidad
diferente según el tipo de fábrica de cada uno de los elementos, método
utilizado por Evenepoel, no deja de ser un acercamiento más a una realidad
todavía lejana , ya que estos nuevos sistemas de cálculo están preparados
para ser aplicados a estructuras construidas con materiales actuales como el
hormigón armado, y no con fábricas antiguas más complejas de modelizar por
su heterogeneidad fisico-mecánica. La aplicación de los
trazados geométricos medievales o de las posteriores reglas empíricas
recogidas en los diferentes tratados del siglo XVI; Rodrigo Gil de Hontañón, Martínez
Aranda, Derand ,….Blondel constatan, en el caso de algunas de las
catedrales españolas seleccionadas, como Burgos y León, la veracidad de su
utilización como método de dimensionamiento del prototipo tal y como también
recientemente lo comprobó Heyman con algunas catedrales góticas inglesas,
pero las transformaciones de
“forma, proporción y distribución de masas pétreas” sufridas por la
catedral a lo largo de los siglos, los invalidan como método analítico de
evaluar la “actual estabilidad” de la catedral , que hoy cuenta con un
estilo arquitectónico heterogéneo , donde se superponen nuevos elementos y
donde otros han desaparecido. Parece indudable la necesidad de modificar el prototipo medieval primitivo en función de la realidad existente en cada catedral para poder proceder a evaluar posteriormente su nueva y evolutiva “estabilidad “, pero además y pese a la defensa ejercida todavía por algunos grupos de técnicos , parece necesario continuar la labor de investigación sobre nuevos métodos experimentales para producir un mayor acercamiento al conocimiento del comportamiento de las fábricas antiguas frente a su deformabilidad y resistencias evolutivas degradadas, así como tratar de modificar algunos de los aspectos de los nuevos métodos de cálculo y distribución de tensiones y deformaciones, para que sean fácilmente aplicables a materiales tan heterogéneos como las fábricas antiguas facilitándose la labor de diagnóstico frente a las intervenciones en el importante Patrimonio Arquitectónico construido hasta la aparición de los nuevos materiales. Pepa Cassinello Plaza, arquitecta. Notas
y Reseñas Bibliográficas. (2).-Tras
un debate de más de un siglo sobre la función estructural de las nervaduras de
las bóvedas góticas, los bombardeos de las diferentes guerras del siglo XX,
en España de la guerra civil, despejaron la incógnita. En algunos casos los
plementos permanecieron en pie mientras que las nervaduras se habían desplomado
(Sevilla). Hoy podemos afirmar que la mayor parte de los plementos poseen forma y
sección resistente suficiente (20 a 30 cm), para absorber la concentración de
tensiones en los pliegues o aristas, y que dependiendo del tipo de unión y la
bondad de ejecución, las nervaduras no son necesarias desde el punto de vista
de su resistencia, pero si enormemente convenientes dada la “rigidez” que
aportan al conjunto, aumentando sus posibilidades de adaptación a través de
los siglos en cuanto a su estabilidad se refiere. Despejada la incógnita “en
gran parte”, ya que cada bóveda en función de su fecha y lugar de construcción
puede responder o no al tipo primitivo, en el cual en el cual las nervaduras se
trababan con el plemento, y en este caso la propia configuración constructiva
determina que su desaparición produzca el colapso de la bóveda. Cada caso debe
ser analizado en este aspecto , pero la gran generalidad de ellos ha sido
convenientemente analizada estas últimas décadas por J.Fitchen y J. Acland
entre otros. J.Fitchen
“The construction of gothic catedrals” Oxford:Claredon Press 1.962 J.
Acland.
“Medieval Structure the gothic vault”.University of Toronto.Press.1.972 (3).-El
estudio analítico y experimental se extiende a diversas catedrales españolas,
no solo a sus bóvedas sino al conjunto de los elementos estructurales que
forman sus secciones transversales. Actualmente no hemos obtenido todavía los
resultados de las fábricas pétreas, debido a que se ha querido prolongar en
el tiempo su endurecido fuera de las normativas establecidas, dadas las
características especiales del plan de ensayos previsto. Gran parte de la
documentación base correspondiente a la catedral de Burgos ha sido facilitada
por Marcos Rico,al igual que la de
la catedral de Sevilla por Alfonso Jiménez. (4).-
“Bóvedas
Góticas Españolas : - Influencia de la configuración constructiva en su
estabilidad ” - Comunicación - Pepa
Cassinello Plaza . Actas del
Primer Congreso Nacional de Historia de la Construcción. Madrid 1.996CEHOPU,
CEDEX , Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente, Instituto Juan de
Herrera. ETSAM (5).-La
carga permanente primitivamente (siglo XV) es aproximadamente de 1.165 kg/m2. (6).-La
configuración constructiva de las bóvedas de la catedral de Sevilla, así
como el reciente descubrimiento de la existencia de una bóveda superpuesta, están
basados en el Estudio Estratigráfico realizado por el arqueólogo Álvaro
Jiménez
Sancho (Julio 1.995). Actualmente se esta completando para poder
realizar el modelo correspondiente para el trabajo que estamos realizando sobre
las catedrales góticas españolas. (7).-Pippard,A.J.
(1.936) The mechanics of the voussoir arch.Inst.Civ.Eng. 4/281. (1.951) A Study
of the Voussoir Arch.National Building Studies.HMSO. London. (8).-Crisfield,M.a
and Packham,A.J
(1.987) .”A Mechanism Program for Computing the Stregth of Masonry Arches.Res.124.Transport
and Road Research Laboratory Crowthorne, Berks. Robert
Mark
(1.990) Light,Wind and Structure. The MIT Press Cambridge. Massachusetts. London. (9).-
Jacques Heyman. “The stone skeleton”
International Journal of Solids and Structures.(1.966) (10).-W.Flugge.”Stresses
in shells “Springer 1.961 Berlin.
A.M.Haas.”The
concrete shells”.1.967. Jhon Wiley and Sons.Inc New York, London, Sydney (11).-Eduardo
Torroja.
“Razón y Ser de los Tipos Estructurales”.Instituto Técnico de la
Construcción y del Cemento. Madrid (12).-Se
ha utilizado un programa diseñado por el Ingeniero José
Mª Izquierdo (INTEMAC) para la introducción automática de datos ,
generando fácilmente las diferentes geometrías de los distintos tipos
seleccionados. Posterior aplicación del programa SAP-90 Elementos Finitos (Solid) (13).-Restauration
Cathedrale des Saints-Michel-et-Gudule (1.983-88). Ministre
des Travaux Publics. Bruxelles .Junio 1.988. (Leonard
Cassiman Inspecteum General) M.
Bollaerts, H. Claes. (14).-900
Years The Restorations of Wetsminister Abbey. Foreword by HRH The Duke of
Edinburgh. Thomas Cocke and Donal Buttress. (15).-Un
análisis realizado sobre las piedras de la catedral de Oviedo puso de
manifiesto la existencia de piedras de Laspra sin dolomita, componente en un
90% de dicho tipo de piedra .”Las piedras de la catedral de Oviedo y su
deterioro”.Rosa Mª Esbert y Rosa Mª
Marcos. Colegio Oficial de Aparejadores de Oviedo 1.983. (16).-Como
señala Robert Mark (Experiments in Gothic Struture 1.982), no solo la diferente
composición y dosificación de los artesanales morteros medievales de cal,
sino que además sus características no hidráulicas y carbonatación aérea
pueden haber prolongado durante siglos el endurecimiento total del mortero de
las profundas y estrechas juntas de las fábricas de las catedrales. (17).-F.Wenzel,M.Kahle
“Indirec Methods of Investigations for Evaluating Historic Masonry” .IABSE
Symposium Rome 1.993. Structural Preservation of the Architectural Heritage. |