Sistema de cubierta con bóvedas de arista

Volumen 8, número especial

Investigación Inv Inve s ig st i ac aciió ión ón

abril 2014, issn 1870 –8196

CIENTIFICA CIENT CIENTI IFICA FICA

Sistema de cubierta con bóvedas de arista

del Ex Templo de San Agustín

Raúl Barrón Corvera María de Lourdes Oliván Tiscareño Antonio Barrón Corvera Manuel Gómez Corvera Universidad Autónoma de Zacatecas

Víctor Hugo Gallardo Instituto Nacional de Antropología e Historia delegación Zacatecas

raul.barron1@gmail.com

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CIENTIFICA

Resumen Actualmente se emplean materiales modernos en la consolidación estructural de edificios históricos, por lo que debe comprobarse su capacidad y compatibilidad con la estructura existente al paso del tiempo. Para lograrlo es necesario contar con recursos técnicos y métodos analíticos que permitan determinar soluciones. La metodología especializada considerará la naturaleza de los materiales a partir de la recopilación de información sobre su historia de cargas, así como la construcción y esquematización de la geometría mediante un estudio topográfico.

Cabe notar que tal tipo de edificaciones se caracteriza por largos periodos de construcción, lo que se observa en la heterogeneidad de sus materiales, en la combinación de estilos arquitectónicos y sistemas constructivos. Desde esa óptica se requiere una estrategia tanto metodológica como técnica para evaluar el estado que guardan sus componentes estructurales, y así obtener resultados sobre el contexto teórico de la estabilidad de cubiertas de techo en construcciones históricas.

El presente estudio engloba al Ex Templo de San Agustín, este edificio de gran valor histórico y artístico tiene una antigüedad de 400 años y se ubica en la Plazuela Miguel Auza en el estado de Zacatecas.

Se contó con el respaldo del Instituto Nacional de Antropología e Historia (inAH) y de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ), para poder llevar a cabo el análisis de bóvedas.

Palabras clave: bóvedas de arista, mampostería, estabilidad.

Introducción Los templos históricos en México representan la herencia de nuestra cultura española–indígena, pero debido al tiempo manifiestan estragos en los elementos que los conforman. Entre los factores que determinan tales deformaciones se encuentran: cambios en la cimentación; variaciones de la estructura o la carga; estructura construida con el objetivo de soportar cargas verticales, peso propio y

cubiertas, sin advertir que esas edificaciones se organizan formando estructuras de gravedad, muros, pilares y bóvedas, donde su cualidad radica en resistir por forma y peso, aspecto fundamental para comprender la razón de su estática.

Las peculiaridades de las estructuras hechas de mampostería difieren del diseño de estructuras nuevas, por ello debe considerarse que no se trabaja con un material homogéneo ni isótropo, sino constituido por bloques de múltiples tamaños con juntas en diversas posiciones. Esto implica gran cantidad de discontinuidades, desconocimiento del tipo de materiales e imposibilidad en algunos casos de ser ensayados, además de que las características pueden ser distintas en cada zona de la estructura. Lo anterior obedece a que en muchas ocasiones la construcción de esos elementos se prolongaba durante décadas, lo cual posibilitó que se cambiara la procedencia de los materiales; asimismo, aquellos pudieron haber sufrido variaciones en sus características físico–químicas en el transcurso de los siglos.

El rescate de este patrimonio, antecedente de la ingeniería moderna, es una obra que conlleva la participación de un grupo multidisciplinario de especialistas (restauradores, arquitectos, historiadores, arqueólogos, ingenieros civiles) enfocado a sanear los daños causados por sismos, asentamientos y degradación de sus materiales; sólo con la recopilación de información indispensable podría emprenderse un proyecto de intervención de esa dimensión.

Con ese enfoque, en la investigación se efectúa un análisis estructural de edificios históricos, que implica el conocimiento de los sistemas estructurales y constructivos; saber las características y las propiedades de sus materiales constituyentes; investigar la historia de los cambios en la estructuración (reparaciones realizadas, materiales utilizados, entre otros); por último, conforme a esa información interpretar el comportamiento estructural actual.

En el estado de Zacatecas hay 400 edificaciones consideradas de relevancia histórica. La ciudad de Zacatecas fue declarada por el Comité del Patrimonio Mundial de la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura

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como Patrimonio Cultural de la Humanidad (1993), en virtud de la belleza arquitectónica y riqueza cultural de sus monumentos históricos. En los últimos años los gobiernos estatal y municipal, bajo la supervisión del Instituto Nacional de Antropología e Historia, han realizado en las obras intervenciones de diferente naturaleza y grado de ejecución, desde restauración de pinturas, hasta consolidaciones estructurales. Estos proyectos han permitido conocer su estructura interior, los materiales, el sistema constructivo, la degradación de materiales, en algunos casos los modos de falla de ciertos elementos, los desplazamientos inducidos en los miembros de soporte, etcétera.

La información obtenida en el seguimiento de ciertas intervenciones posibilitaron el desarrollo del trabajo de investigación, que tiene como objetivo analizar sistemas de techo de edificios históricos, bóvedas y cúpulas, utilizando técnicas de modelización mediante el método de elementos finitos. El uso del procedimiento se muestra en un caso de estudio para evaluar el comportamiento estructural del Ex Templo de San Agustín en la ciudad de Zacatecas.

Materiales y métodos La metodología establecida es la siguiente: Recopilación de los archivos sobre la historia del templo, en el aspecto histórico y los expedientes de las intervenciones realizadas.

Levantamiento topográfico.

Representación geométrica del templo.

Estudio de la configuración deformada (desplomes y deflexiones).

Estudio experimental de las propiedades físicas y mecánicas de las canteras de la región.

Modelización de las bóvedas en estudio que forma la cubierta de la nave principal con sus arcos, muros y contrafuertes.

El templo de San Agustín fue construido por la orden religiosa de los agustinos, la cual llegó a la ciudad de Zacatecas hacia 1575. Representa para el estado uno de los más importantes monumentos de su patrimonio arquitectónico, ya que fue uno de los primeros conventos que se edificaron en la entidad. Originalmente fue fundado en un lugar de la plaza mayor en 1576, en la actualidad se encuentra allí el teatro Fernando Calderón.

Como era sumamente pequeño se procedió a reedificarlo en 1613, se llevó a cabo en el predio que hasta ahora ocupa el edificio. En 1617 fue terminado y dedicado por la orden de los agustinos.

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Es indispensable referir que, desde el punto de vista de la estructura, el templo acabado en 1613 tenía la techumbre de madera. Según consta en el Archivo Histórico del Estado de Zacatecas (AHEZ) y en el Archivo Histórico del Instituto Nacional de Antropología e Historia (inAH), para 1746 el constructor Bartolomé de Medina hizo un reconocimiento del templo de San Agustín en el que expresaba que «debe derribarse y demolerse hasta el suelo la iglesia de dicho convento por la ruina que amenaza de caerse»; mencionaba además que los muros estaban desplomados y que la mayor parte de la techumbre tenía madera podrida, por lo cual no podrá servir aunque se remediase el sentimiento (desplome) que han hecho dichas paredes y que si se intentare hacer de bóveda dicha iglesia podrán servir dichas paredes echándoles pilares desde abajo o haciendo arcos ciegos a imitación de las del convento de San Francisco de esta ciudad en que se hizo semejante reparo y con él ha quedado buena.

Se infiere que se dejaron los muros originales y que se reforzaron con los arcos de fachada que posee actualmente la estructura. De esta manera el templo llega a su concepción arquitectónica final consistente en muros con arcos de fachada, techo abovedado y construcción de los contrafuertes en la fachada norte. Al parecer, la nueva edificación fue terminada en 1782, fecha en que fue otra vez dedicada y bendecida.

Según el Padre Besonilla, el templo se bendijo el 2 de julio de 1782. Con base en el expediente relativo al 26 de noviembre de 1767 (AHEZ), el nuevo templo fue construido por don

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Andrés Manuel de la Riva. Asimismo, se conoce que durante un tiempo estuvo cerrado al culto, ya que en 1845 lo pidió el ayuntamiento como medida preventiva pues su fachada amenazaba con desplomarse.

Como se relata a continuación, el Ex Templo ha tenido varios usos: después de la Guerra de Reforma y conforme a la nueva ley pasó a ser propiedad de la Nación. En 1863 fue vendido y convertido en hotel. Se le construyeron dos niveles de piso en su interior y se abrieron ventanas en la fachada principal (figura 1).

En 1882 fue vendido a la Sociedad Presbiteriana de las misiones de los Estados Unidos, quienes destruyeron por razones religiosas la fachada principal, con lo cual se despojó de una de las representaciones del barroco más esplendido del norte del país (figura 2).

Años después el inmueble se convirtió en vecindad y luego en estacionamiento. Para la primera, en cada entrepiso se abrieron grandes ventanales con balcones en la fachada principal (figura 3). Debido a estos usos a fines del siglo XiX y principios de XX se hicieron diversas modificaciones, entre ellas destacan la eliminación del coro y la construcción de tres pisos adosados a la fachada principal.

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Figura 1. El Ex Templo de San Agustín con niveles de piso al interior.

Figura 2. Antigua fachada del templo.

En 1948 se inician trabajos de rescate y restauración con la liberación de muros divisorios, techumbres y entre pisos (figura 4), así como el rescate de la fachada principal, se liberó el arco del coro debido al mal estado en que se hallaba, se sustituyeron los sillares de cantera en elementos estructurales ornamentales, y se rehabilitaron los muros y bóvedas. Durante el proceso de liberación se encontraron piezas labradas de las faltantes en la portada lateral, por lo que se realizó de inmediato la acción de anastilosis, además de algunas piezas faltantes relabradas bajo lineamientos de Don Manuel Tussaint. Fue hasta 1969 cuando finalizó la primera etapa de su restauración.

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Figura 3. El Ex Templo de San Agustín con ventanas en su fachada.

Figura 4. Liberación de muros divisorios.

A principios de la década de los ochenta se determinó liberar de carga muerta por peso propio a la bóveda y se dio un acabado de mortero para impermeabilizarla. En el 2000 el gobierno del estado retomó el proyecto y desde entonces ha sido recinto de eventos sobresalientes en los ámbitos sociales, culturales y políticos. De 2002 a 2003 se efectuaron trabajos de mantenimiento consistentes en resanes de grietas, impermeabilización de la cubierta y sustitución de algunos de los sillares más dañados (figura 5). Fue hasta 2005 cuando se realizó una intervención para dar consolidación al edificio, a partir de esa información se planteará el presente estudio.

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Figura 5. Vista interior del Ex Templo de San Agustín.

Es indispensable mencionar que el trajinar de los años y los múltiples usos a que se destinó hicieron mella en el templo, crearon patologías en su estructura, grandes deformaciones en la bóveda y los arcos, daño en las ornamentaciones, e inclinación de los muros de soporte. Según antecedentes históricos es posible argüir lo siguiente: 1. Las bóvedas y cúpulas tienen una antigüedad de 230 años contados a partir de 1782, cuando se otorgó la bendición al concluirse los trabajos de construcción del nuevo templo.

2. Para construir el nuevo techo abovedado se dejaron los muros originales y se optó por reforzarlos con el sistema estructural arco ciego–contrafuerte, esto sirvió para soportar el empuje de los arcos que sostienen las bóvedas. Los contrafuertes cedieron poniendo en una situación de inestabilidad a las bóvedas de la nave principal.

El Ex Templo de San Agustín se localiza en la esquina que forman el callejón de San Agustín y la calle Miguel Auza en el Centro Histórico de

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la ciudad de Zacatecas, en la ladera este del Cerro del Grillo. Actualmente posee una planta arquitectónica a modo de cruz latina, la nave mide 12.5 m x 45 m y 17 m de altura, está dividida en cinco crujías y el interior del transepto es de 9 m x 35 m. La sacristía se encuentra en el extremo poniente del templo y mide 20 m x 9 m. La fachada principal es lisa y sin adornos, con dos torres sin campanarios (figura 6); la fachada norte tiene una serie de arcos arbotantes o botareles, muestra del esplendor arquitectónico del edificio (figura 7).

La estructura se soporta mediante muros de mampostería reforzada por contrafuertes de piedra. El sistema de contrarresto se completa en el lado sur con el convento y en el lado norte con los tres arcos botareles. La cubierta de la nave principal consiste en una bóveda de cañón con arcos lunetos, formeros y fajones (figura 8).

En la parte central del crucero existen cuatro pechinas que sujetan una arquitrabe sobre la que se desploma un tambor de base octagonal provisto de ocho ventanas, que además sostiene una cúpula decorada con una linternilla y un capulín. Respecto al tambor, cuatro arcos botareles son los que resisten el empuje. El eje de la bóveda quedó excéntrico y en dirección longitudinal de la nave, por lo que está desplazado al oriente (figura 9).

Los lados norte y sur del tambor no se hallan alineados sobre los ejes longitudinales de la nave, sino que se apoyan en la bóveda por el lado interior de la nave poniente. Cada brazo de la nave transversal de la cruz latina está cubierto con una cúpula y una bóveda corta de cañón con lunetos adosados a la bóveda central (figura 10).

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Figura 6. Vista actual de la fachada principal.

Figura 7. Contrafuertes ala norte.

Figura 8. Bóveda central.

Figura 9. Cúpula de base octagonal y tambor de luces.

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Figura 10. Vista actual de las cúpulas.

Figura 11. Mampostería en diferentes elementos estructurales.

Resultados y discusión Los resultados obtenidos en cada etapa planteada en la metodología se dividieron en los incisos: a) Levantamiento topográfico. Se llevó a cabo gracias al apoyo del Departamento de Topografía de la Dirección de Desarrollo Urbano, perteneciente a la Secretaría de Infraestructura del Gobierno del Estado de Zacatecas. b) Representación geométrica del templo. A partir del levantamiento topográfico se obtuvo la geometría de las tres bóvedas de luneto que forman la nave central, así como la representación geométrica de los arcos, muros y contrafuertes. En la figuras 12 se exhibe un corte transversal donde se aprecia la deformación de uno de los arcos y el desplome de muros y contrafuertes.

Nivel=18.54 Nivel=17.50

0.51

Nivel=14.47

0.47

El material predominante en los elementos estructurales es la mampostería en forma de conglomerado irregular, conocida como calicanto.

En algunas partes la mampostería está construida de piedras escuadradas, pero sin que a los paramentos se les dé un acabado regular. En las esquinas de los muros, en las pilastras y en los arcos se usó la mampostería de sillares. En términos generales, se observa que la piedra utilizada en la construcción del inmueble es heterogénea y de baja resistencia; en diversas partes de la mampostería de piedra se encuentran incrustados bloques de toba. El mortero empleado para los distintos tipos de mampostería es de baja calidad (figura 11).

Nivel= 0.00 Las columnas no están verticales

Figura 12. Corte transversal del Ex Templo de San Agustín. Se aprecia el arco deformado y los desplomes en muros.

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Figura 13. Fotografías del extradós de las tres bóvedas de la nave principal del Ex Templo de San Agustín.

c) Estudio de la configuración deformada. Se realizó una evaluación estructural de las bóvedas que integran la cubierta de la nave principal.

En la figura 13 se evidencia el relieve que describe la techumbre del templo, allí es posible observar las grandes deformaciones de las tres bóvedas de la nave central. Para evaluar la magnitud de los desplazamientos debe considerarse el levantamiento a lo largo de la bóveda, el tirón de hilo muestra la posición original del extradós de su clave. En la figura 14 se percibe la modelización que esquematiza la representación geométrica del levantamiento topográfico, se expone la configuración deformada que causa la pérdida de curvatura en la superficie curvada central.

las bóvedas que pasa por el extradós de su clave. El eje horizontal mide la posición en metros, la coordenada cero corresponde al muro de fachada y los 22 m al arco toral. El punto A representa el arco en el muro de fachada, B y C los arcos centrales, y D el arco toral. Puede notarse que la bóveda central es la más deformada y que presenta un desplazamiento máximo de 54 cm. La clave de los arcos centrales B y C ha bajado 18 y 16 cm, respectivamente. La flecha máxima, o deformación máxima, de la bóveda central se obtiene restando del desplazamiento máximo el desplazamiento medio de los dos arcos centrales, la deformación es de 35 cm. Las deformaciones típicas en este tipo de bóvedas no rebasan los 10 cm, por lo que se concluye que la deformación de la bóveda central del Ex Templo de San Agustín es grande.

Figura 15. Configuración deformada de la línea central de las tres bóvedas.

Figura 14. Representación geométrica del levantamiento topográfico. Indica las deformaciones de las tres bóvedas de la nave principal del Ex Templo de San Agustín.

En la figura 15 se encuentra el perfil de deformaciones del eje de

d) Estudio experimental de las propiedades físicas y mecánicas de las canteras de la región. El material que comúnmente se halla en los templos históricos es la cantera, la determinación de sus propiedades mecánicas es fundamental para establecer la resistencia y rigidez del material. En ese sentido, la investigación contribuyó con una base de datos importante acerca de las propiedades de las canteras de la región, las cuales son utilizadas en la reparación de estas construcciones. Por su parte, en la figura 16 se observan las pruebas a compresión de los especímenes y en la tabla 1 la resistencia y módulos de la elasticidad de las canteras provenientes de diferentes bancos de la región de Zacatecas.

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TABLA 1. PROPiEDADEs FÍsiCAs Y MECÁniCAs DE LAs CAnTERAs EnsAYADAs Banco

Color

Absorción (%)

Muestra 1 Peso Vol.

Resist.

Muestra 2 Mod. E

Peso Vol.

Resist.

Muestra 3 Mod. E

Peso Vol.

Resist.

Mod. E

Blanca de Jerez 5YR8/1

22.22

1.73

99.8

27338

1.77

131.5

30110

1.76

95.9

14099

Sta. Clara

2.5YR7/1

28.57

1.33

67.2

17296

1.36

81.3

18956

1.36

80.2

23598

Fresnillo

2.5YR7/4

20.00

1.63

146.9

29030

1.65

179.7

30046

1.67

193.1

34696

Betiada

2.5YR6/3

12.33

1.90

214.6

27612

1.88

201.0

32156

1.88

171.5

20957

Cuervos rosa

5YR7/2

17.39

0.00

**

**

1.75

422.2

82696

1.71

347.3

94470

Cuervos Blanca 2.5YR7/2

28.26

1.44

102.9

23396

1.47

104.5

20130

1.46

83.5

35059

Lienzo Charro

2.5YR7/2

20.45

1.60

78.9

25239

1.60

84.9

18759

1.61

66.4

15300

Tetillas

5YR7/2

16.67

1.78

384.1

70960

1.64

208.9

52917

1.74

331.7

55902

Villanueva

5YR7/2

17.02

1.57

264.4

48929

1.61

222.4

52033

1.59

241.3

49503

* El peso volumétrico se expresa en Ton/m3, la resistencia y el módulo de elasticidad en kg/cm2. ** La muestra 1 de este banco se dañó y no se ensayó.

En la figura 17 y 18 se exhiben las curvas esfuerzo–deformación unitaria para los bancos que ostentan menor y mayor resistencia, respectivamente.

Figura 17. Esfuerzo–deformación del banco de Santa Clara Jerez.

Figura 16. Ensaye de muestras de canteras de nueve bancos de la región de Zacatecas.

Figura 18. Esfuerzo–deformación del banco de Susticacán (cuervos rosa).

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Figura 19. Modelo geométrico de las tres bóvedas.

e) Modelización de las bóvedas en estudio, que compone la cubierta de la nave principal con sus arcos, muros y contrafuertes. Se realizó un malleo estructurado para poder usar el elemento hexaedro, lo que llevó a definir subdominios en el cuerpo geométrico que modela la bóveda. La figura 19 indica el modelo geométrico de la bóveda y la figura 20 el mallado.

Figura 20. Malleo con elementos hexaedro de segunda orden de uno de los segmento de lastres bóvedas. Se expone el cañón de la bóveda, los lunetos y los arcos.

Conclusiones Del análisis de los resultados se derivan las siguientes conclusiones: Los arcos y las bóvedas de la nave principal del templo están muy deformados.

De las tres bóvedas que cubren la nave principal, la central es la más deformada con una flecha de 35 cm. Esta flecha es de tres a cuatro veces las flechas máximas que ocurren en ese tipo de bóvedas.

Los arcos han sido reforzados con tirantes de acero, pero no se ha brindado ningún refuerzo a las bóvedas que únicamente han sido resanadas sus grietas y repuesto su enjarre.

El estado de deformaciones que manifiesta el templo ha inducido la presencia de grietas a lo largo de la bóveda, en el intradós en la zona de la clave y en el extradós a lo largo de los riñones.

De tales conclusiones se derivan dos recomendaciones: 1) monitorear la deformación máxima de la bóveda central, 2) hacer una evaluación a la seguridad estructural del conjunto contrafuerte– arco–bóveda. Con esta evaluación se podrá determinar si es necesario reforzar las bóvedas o dejarlas como se encuentran.

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Bibliografía Archivo Histórico–técnico del Instituto Nacional de Antropología e Historia, Zacatecas.

Archivo Histórico del Estado de Zacatecas.

Enrique Santoyo V. y Roberto Meli P. (2005). Estudio estructural y geotécnico para el antiguo templo de San Agustín en Zacatecas, Zac. (Reporte técnico).

Zacatecas: Secretaría de Obras Públicas del Estado de Zacatecas.

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