La Catedral y el Sagrario metropolitanos de la Ciudad de México

Recuento de hechos y situación actual

En este artículo se hace un recuento de los hechos que rodean el estado de la Catedral y el Sagrario metropolitanos en el contexto de los hundimientos diferenciales que los han afectado. Se reseñan los primeros estudios y opciones, las primeras intervenciones, los detalles, técnicas y métodos para subexcavar, la creación de la comisión internacional de expertos que supervisó el primer proyecto de subexcavación en 1991 y el comportamiento de los edificios a lo largo de los años, para al final dar cuenta de la situación actual y de las intervenciones que se llevan a cabo como paliativos temporales de algunos de los efectos de los hundimientos diferenciales.

Cualquier edificación en la antigua zona lacustre de la cuenca de México está expuesta a los efectos del hundimiento regional provocado por la extracción de agua desde los acuíferos que subyacen a las arcillas blandas presentes en la zona. La importancia o severidad de esas afectaciones depende de las características estructurales de cada edificación, del tipo de su cimentación y de su ubicación dentro de la zona lacustre. El hundimiento regional da lugar a diferenciales de hundimiento que provocan inclinaciones y daño estructural, en un proceso acumulativo que seguramente continuará en el futuro previsible. Al acumularse los hundimientos diferenciales y los daños estructurales, aumenta la vulnerabilidad de las estructuras ante la acción de los sismos que recurrentemente afectan a la ciudad. Los temblores aceleran el proceso de deterioro, lo cual puede llegar a comprometer la integridad de las estructuras o su permanencia. El hundimiento regional afecta a la toda infraestructura urbana y por ello los edificios que forman parte del acervo cultural de la ciudad deben intervenirse para mitigar o corregir sus efectos, así como los que han resultado de la acción de los temblores. No siempre es posible aplicar las técnicas convencionales de la ingeniería de cimentaciones, pues suelen ser demasiado caras o porque al aplicarlas se altera la estructura original. De entre las soluciones no convencionales para corregir los efectos nocivos de los hundimientos diferenciales surgió el método de subexcavación, el cual se aplicó exitosamente en la Catedral y el Sagrario metropolitanos de la Ciudad de México entre 1993 y 1998.

Fuente: adaptada de Ovando y Santoyo, 2020.

Fuente: adaptada de Ovando y Santoyo, 2020.

La decisión de usar la subexcavación para corregir los hundimientos diferenciales que afectaban a la Catedral y el Sagrario metropolitanos fue resultado de un estudio profundo de las varias opciones factibles. La idea original para aplicar esta técnica surgió de Enrique Santoyo Villa, quien ya había intervenido con esa técnica un edificio de varios niveles que quedó inclinado después del gran temblor de septiembre de 1985. En aquella primera intervención estuvo presente Enrique Tamez González.

La subexcavación en la Catedral estuvo precedida en 1989-1990 por la ejecución de un experimento en la iglesia de San Antonio Abad, con el apoyo de Fernando López Carmona y bajo la dirección de Sergio Zaldívar Guerra (Ovando et al., 1994). Para ese entonces ya se habían incorporado al proyecto Roberto Meli, Roberto Sánchez y el autor de este artículo. Posteriormente, de 2001 a 2006, la dirección del proyecto recayó en Xavier Cortés Rocha. El experimento de San Antonio Abad permitió afinar las técnicas para llevar a cabo la subexcavación y demostró la viabilidad práctica del procedimiento. No obstante, se formó una comisión de expertos nacionales e internacionales que revisó el proyecto en 1990. La comisión internacional estuvo integrada por geotecnistas expertos: Gholamreza Mesri de la Universidad de Illinois en Urbana; Michele Jamiolkowski del Politécnico de Turín; John B. Burland del Imperial College de Londres –los dos últimos también miembros de la comisión para la preservación de la Torre de Pisa–. Los expertos mexicanos que formaron parte de la comisión fueron Emilio Rosenblueth, Daniel Reséndiz, Gabriel Auvinet y Miguel Romo. La comisión revisó minuciosamente la propuesta y la aprobó. La subexcavación comenzó a mediados de 1993 y terminó en 1998.

El proceso de subexcavación Los detalles, técnicas y métodos empleados para subexcavar la Catedral se han descrito en varias otras publicaciones (Santoyo y Ovando-Shelley, 2004). Al inicio del proyecto, en 1991, se registraron los hundimientos diferenciales que se indican en la figura 1.

La subexcavación se llevó a cabo extrayendo suelo desde el fondo de 32 lumbreras cuyas profundidades variaron entre 14 y 25 m. Se extrajeron un total de 4,220 m3 de suelo con dispositivos semejantes a los muestreadores de suelo empleados en geotecnia. El procedimiento se ilustra gráficamente en la figura 2 y se ha descrito detalladamente en varios trabajos previos (Ovando y Santoyo, 2020). En la figura también se ilustran las metas de corrección propuestas por los asesores estructurales del proyecto.

Como resultado, se indujeron los asentamientos correctivos ilustrados en la figura 3, donde se ve que el hundimiento correctivo máximo logrado entre un punto cercano al altar de Los Reyes y otro cercano a la torre poniente pasó de 240 cm al inicio del proyecto, a 95 cm al finalizar la subexcavación a mediados de 1998. Una vez terminada esta, la Catedral y el Sagrario quedaron nuevamente expuestos al hundimiento regional.

Inyección de morteros

Santoyo analizó el caso del Palacio de Bellas Artes, donde se inyectaron lechadas de mortero fluido con la intención de rigidizar el suelo (Santoyo et al., 1998). La inyección de fluidos a presión dentro de la masa arcillosa produce fracturamiento hidráulico, lo cual, a su vez, induce la formación de grietas que forman planos de dis- continuidad normales a la dirección del esfuerzo principal menor. Los planos de discontinuidad quedan rellenados por el mortero fluido, el cual, al fraguar, produce láminas (véase figura 4). La inclusión de las láminas de mortero reduce la compresibilidad de la masa de arcilla sometida a este tratamiento y aplicando selectivamente las inyecciones se podría endurecer el suelo más blando para prevenir la acumulación de diferenciales de hundimiento en el futuro o, al menos, minimizarla.

La inyección de morteros en el conjunto catedralicio se llevó a cabo entre 1999 y 2001. El volumen total de mortero inyectado fue de 5,189 m3, el cual se distribuyó en las zonas con las arcillas más blandas (véase figura 5). El lector interesado puede obtener más datos y detalles de este procedimiento en varias publicaciones previas (Santoyo et al., 2010).

Situación actual

Al término de la inyección de morteros, la Catedral y el Sagrario metropolitanos volvieron a quedar expuestos al hundimiento regional y todavía continuaron acumulando diferenciales de hundimiento, pero a tasas mucho menores que las registradas antes del inicio de la intervención. En la figura 1 se presentó la distribución de las tasas de hundimiento diferencial registradas al principio del proyecto, en 1991. Esa misma figura se presenta nuevamente en la figura 6, para contrastarla con la elaborada con datos de 2020. Al comparar ambas figuras es evidente que las tasas de hundimiento diferencial obtenidas en 2020 son menores a las de 1991, es decir, la subexcavación y luego la inyección selectiva tuvieron un efecto benéfico para todo el conjunto catedralicio. No obstante, debe señalarse que aun con tasas de hundimiento diferencial reducidas, las distorsiones inducidas en la estructura han continuado afectando al conjunto catedralicio expuesto al hundimiento regional desde 2001. Al tiempo que se desarrollaba la subexcavación y la inyección de morteros, se intervinieron las conexiones de las portadas laterales, las grietas de las bóvedas, muros y columnas, y finalmente se revisaron y corrigieron algunos pilotes de control instalados entre 1970 y 1990. Estos trabajos prosiguieron en la primera década del nuevo siglo con la participación de Roberto Meli y Roberto Sánchez, expertos estructuristas del Instituto de Ingeniería. Las autoridades perdieron interés en el caso y la falta de presupuesto impidió llevar a cabo labores de mantenimiento, lo que también motivó que se suspendiera el monitoreo automático de su desempeño estructural. Los temblores de 2017 también afectaron al conjunto catedralicio, aunque se consideró que los daños sufridos fueron menores. En efecto, según esos expertos, “los daños más relevantes fueron: grietas en la bóveda de la nave procesional poniente, en el tramo adyacente al campanario y agrietamientos en ambos campanarios, estos últimos requirieron apuntalamientos locales. Además, hubo colapso de la cruz que remata la torre oriente y de La Esperanza (una de las tres esculturas que el arquitecto y escultor Manuel Tolsá realizó para la fachada principal). También hubo daños locales en las bóvedas a causa de colapsos estructurales parciales”. Como resultado de lo anterior se pidió la intervención del II UNAM, para definir un proyecto para resarcir los daños ocasionados por los sismos ocurridos en 2017 y para establecer un programa de mediano plazo para la conservación del conjunto religioso. El proyecto contó con el patrocinio de las autoridades del gobierno de la Ciudad de México a través de la Secretaría de Educación, Ciencia, Tecnología e Innovación (Sectei) y de su Secretaría de Obras y Servicios. La participación del II UNAM en este proyecto se desarrolló durante 2021 y en él estuvo presente también la Secretaría de Cultura a través de su Dirección General de Sitios y Monumentos del Patrimonio Cultural (DGSMPC). Durante 2022 el II UNAM continuó participando en el proyecto para la conservación del conjunto catedralicio, junto con la DGSMPC. Durante 2021 se iniciaron los trabajos para corregir los daños causados por los sismos de 2017. En lo que se refiere a los aspectos geotécnicos, se revisaron los pilotes de control instalados previamente, se corrigió parcialmente la inclinación de la Capilla de las Ánimas y se dispuso de los resultados de dos sondeos de cono eléctrico. Con estos últimos se constataron los efectos de la extracción de agua del subsuelo en las pro-

Muestreo inalterado con perforadora y tubo muestreador dentado de 40 cm de diámetro en la torre sudponiente.

Perforación desde el nivel de criptas para la instalación de tubo de manguitos.

Fuente: adaptada de Ovando y Santoyo, 2020.

Fuente: adaptada de Ovando y Santoyo, 2020.

Resistencia de punta, qc (kg/cm2) Profundidad

Pedraplén Relleno Costra superficial Formación Arcillosa Superior Capa Dura Formación Arcillosa Inferior

Sondeo de cono eléctrico para definir profundidad de inyección

Muestra de arcilla inyectada con mortero recuperada a 12.5-13.0 m de profundidad en torre sudponiente.

La Catedral y el Sagrario metropolitanos de la Ciudad de México la causa raíz de los problemas del conjunto catedralicio se necesita algo más.

Conclusiones piedades mecánicas de las arcillas compresibles bajo la Catedral, lo cual evidenció la necesidad de llevar a cabo una nueva campaña de exploraciones geotécnicas para poner al día el conocimiento del subsuelo.

Fuente: cortesía de TGC Geotecnia.

Figura 6. Comparación entre las tasas de hundimiento diferencial observadas en 1991, dos años antes del inicio de la subexcavación, y las que se observaron en 2020, 19 años después de la inyección selectiva de morteros.

En lo que se refiere a los aspectos estructurales, los especialistas del Instituto de Ingeniería dieron las soluciones para subsanar las afectaciones, así como las especificaciones detalladas para realizarlas. Destacan los trabajos realizados en la fachada sur, donde se consolidaron grietas y se intervinieron las esferas y las cruces de piedra que rematan ambas torres. Además, durante 2022 se intervino la cúpula del crucero y las bóvedas de la nave principal y las naves procesionales. Los trabajos efectuados llamaron la atención de algunos medios y se difundieron con cierta amplitud, en especial por algunas ofrendas encontradas en las torres y en algunos otros elementos estructurales.

Todas estas acciones atendieron problemas que no suponen condiciones que podrían comprometer la integridad estructural de la Catedral. Las grietas, las aperturas de los arcos, la inestabilidad local de algunos elementos ornamentales, todo ello es resultado de la acumulación de diferenciales de hundimiento que han ocurrido desde 2001 hasta la fecha. Si bien las tasas con las que se han acumulado estos diferenciales son sensiblemente menores a las que tenía el conjunto catedralicio antes del inicio de la subexcavación en 19931998 y de la inyección selectiva de morteros de 1999 a 2001, los efectos acumulados desde esa fecha ya son evidentes y contribuyeron a los daños que produjeron los sismos de 2017. Estas acciones son paliativos temporales de algunos de los efectos de los hundimientos diferenciales, de ninguna manera constituyen soluciones permanentes o de largo plazo. Desde luego, intervenciones como esta son muy bienvenidas, pero para atacar

Como resultado de los trabajos e investigaciones en los que intervino el II UNAM en 2021 y 2022, se identificaron algunas zonas críticas en todo el conjunto catedralicio que deben atenderse para resolver el problema de la acumulación de diferenciales de hundimiento, en una primera etapa. Primero es necesario poner al día el conocimiento sobre las propiedades del subsuelo bajo la Catedral. Esta acción se requiere porque las propiedades mecánicas del subsuelo se modifican al paso de los años, como otro de los efectos del hundimiento regional (Ovando et al., 2007). Además, también es necesario realizar una auscultación exhaustiva del estado de salud estructural de todos los edificios del conjunto. Dicha auscultación requiere muchas acciones, entre ellas la renovación del sistema de monitoreo estructural y su puesta al día. Si bien ya se tiene un abanico de posibles soluciones en el plano conceptual, con base en el conocimiento renovado de la estructura y del subsuelo se podrá plantear una intervención en todo el conjunto que atienda las causas del problema, es decir, una intervención que elimine o al menos mitigue en el mediano plazo los efectos nocivos del hundimiento regional, como complemento de las acciones que se llevaron a cabo entre 1993 y 2001. Finalmente, conviene recordar que el Estado mexicano tiene la obligación de preservar y conservar a la Catedral Metropolitana de la Ciudad de México y los edificios anexos, como parte importante del patrimonio cultural de la nación. Para asumir esa obligación se requieren inversiones varios órdenes de magnitud mayores a las que se dispusieron en 2021 y 2022. Las instancias del gobierno que por ley deben atender este problema deben ser partícipes y líderes en este empeño

Referencias

Ovando-Shelley, E., A. Cuevas y E. Santoyo (1994). Assessment of the underexcavation technique for levelling structures in Mexico City: The San Antonio Abad case. Proceedings of the XIII International Conference on Soil Mechanichs and Foundation Engineering. Vol. 4: 1461 1466. Nueva Delhi.

Ovando-Shelley, E., M. P. Romo y A. Ossa (2007). The sinking of Mexico City: Its effects on soil properties and seismic response. Soil Dynamics and Earthquake Engineering (4)27: 333-343.

Ovando-Shelley, E., y E. Santoyo (2020). Correction of differential settlements in Mexico City’s Metropolitan Cathedral and Sagrario Church Londres: Taylor and Francis.

Santoyo, E., et al. (1998). Palacio de Bellas Artes. Campañas de inyección del subsuelo. México: TGC.

Santoyo, E., y E. Ovando (2004). Geotechnical considerations for hardening the subsoil in Mexico City’s Metropolitan Catedral. Londres: Institution of Civil Engineers. Publicación especial conmemorativa de la Skempton Memorial Conference. Vol II: 1155-1168.

Santoyo, E., E. Ovando y M. Pinto O. (2010). Principios para subexcavar la Catedral y el Sagrario metropolitanos. En: X. Guzmán, A. Hernández e I. San Martín (Comps.). F. López Carmona arquitecto. 50 años de enseñanza: 138-155. México: Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional Autónoma de México.

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