COMPORTAMIENTO REOLÓGICO

La importancia del comportamiento reológico de la fábrica se debe principalmente a dos motivos:

• Las deformaciones reales en estructuras existentes (sin tener en cuenta las producidas por asientos o giros en las cimentaciones o por empujes que se producen sobre muros y contrafuertes al sustituir una cubierta de madera, que no empujaba, por otra abovedada, como es el caso de la Catedral Vieja de Vitoria o el Convento de S. Francisco en Sangüesa) son mayores que las deducidas con cálculos de comportamiento instantáneo, incluso superiores a las de cálculos no lineales. A este respecto son interesantes por ejemplo las deformadas de algunas pilas de iglesias góticas o algunos arcos rebajados de coros de iglesias en los que los cálculos elásticos predicen unas deformaciones mucho menores que las que se pueden medir in situ. En parte, esta deformación de más, se debe a fenómenos reológicos ya que los morteros empleados tardan incluso varias decenas de años en endurecer y, por tanto, la estructura se comporta como si las juntas entre piezas (tendeles) estuviesen en un estado más o menos plástico, y se incrementan las deformaciones sin que sea necesaria la aparición de daños alarmantes más allá de la propia deformación del elemento. Estos movimientos son más frecuentes de lo que parece. Para apoyar el argumento expuesto puede tenerse en cuenta que las construcciones de fábrica del s. XIX, p.e. las iglesias neogóticas (el Buen Pastor en S. Sebastián, p.e.), no presentan esos movimientos o éstos son, en la práctica, despreciables. La razón más importante es que se emplearon materiales de endurecimiento mucho más rápido.

Figura 2.5. A la izquierda se muestra una de las pilas de la iglesia Colegial de Talavera de la Reina. La deformación excesiva de las mismas llevó en el pasado a colocar unos “arcos del miedo” o “arcos botareles” que arriostran la nave central. Se ha marcado con una línea la alineación inferior del pilar para que sea más constatable la deformación existente. A la derecha se muestra el descenso evidente que se ha producido en el coro de la iglesia de San Pedro en Frómista. Ambas deformaciones se deben a fenómenos de fluencia.

• Se ha dado cierto número de casos de estructuras que, sin la intervención de una carga excepcional ni incremento de la misma han colapsado súbitamente, a pesar de que los análisis con parámetros instantáneos de deformabilidad concluyen que las estructuras eran estables, con tensiones inferiores a las instantáneas de rotura. Es el caso de diferentes torres que colapsaron en Italia, como la torre Cívica de Pavía en 1989. Su colapso se debió a un problema asociado a fenómenos reológicos ya que aunque no se llegan a producir unas tensiones de agotamiento en el material, la estructura colapsó de forma brusca con unas tensiones mantenidas en el tiempo cercanas a 2,0 MPa, valor que suponía tan solo un 70% de la resistencia media a compresión de la fábrica. Este fenómeno ha sido explicado en (Binda, y otros 1990). De igual manera pasa con algunos arcos en los que debidos a fenómenos reológicos, únicamente con cargas permanentes moderadas, pueden fallar algunas roscas que longitudinalmente se separan del resto del arco y pueden llegar a provocar el colapso sin que se haya producido un mecanismo de colapso general ni un agotamiento del material frente a tensiones normales.

Figura 2.6. A la izquierda se muestra la torre Cívica de Pavía, imagen tomada de (Martínez Martínez 2003), ejemplo de torre que, sin llegar acumular unas tensiones cercanas a las de rotura en su base, colapsó debido a fenómenos reológicos. A la derecha se muestra una imagen del puente de San Francisco en Ejea de los Caballeros, en la que se observa cómo una de las roscas que componen la bóveda de ladrillo se ha desprendido. Algunas hipótesis (Lamarca Palacio 2015) indican que el colapso parcial fue provocado por fenómenos reológicos ya que no se había alcanzado la tensión última de la fábrica, ni se trata de un fallo por deslizamiento entre roscas.

La explicación de estos dos fenómenos se debe, al menos en parte, al comportamiento viscoso de la fábrica. Se trata de un comportamiento complejo que combina diferentes procesos y que, en general, está poco estudiado en la literatura técnica.

El primero de los casos se puede explicar debido a que el proceso de fraguado de estos materiales, generalmente constituidos por morteros de cal, es muy lento. Mientras que el mortero no ha fraguado completamente, éste se comporta como un material viscoso y hace que las juntas se vayan adaptando y se amplifiquen las deformaciones hasta que, pasado un tiempo estas deformaciones se congelan debido al endurecimiento de los morteros.

El segundo de los casos se explica porque algunas fábricas, si están sometidas de forma continuada a unas tensiones que, sin llegar a la tensión rotura, son elevadas, pueden provocar el colapso súbito de los elementos estructurales ya que el material acumula un daño interior, formándose micro-fisuras que al final desencadenan un colapso estructural parcial o incluso general. Ejemplos de elementos estructurales con tensiones relativamente elevadas son las bases de las torres o los arcos o bóvedas rebajados.

2.3.1. Las deformaciones

En el estudio de diversas construcciones históricas de fábrica se han obtenido deformaciones muy por debajo de las observadas en la realidad. Incluso teniendo en cuenta parámetros de rigidez que consideren la reología del material y la formación de rótulas por abertura de fisuras, las deformaciones siguen en uno o dos órdenes de magnitud por debajo de la realidad. Según se apunta en (Roca y Lodos 2001), parte de estas deformaciones se debe a que los morteros obtienen su resistencia mediante un proceso de carbonatación muy lento. En el proceso constructivo las cargas de peso propio (que en este tipo de construcciones son las

determinantes) actúan mucho antes que el mortero haya envejecido, lo que provoca deformaciones iniciales que se “congelan” una vez endurecido el mortero.

Este fenómeno, es en parte parecido al que se produce en el hormigón. En el que la edad de puesta en carga tiene una enorme repercusión en las deformaciones a tiempo infinito.

2.3.2. Los colapsos súbitos

Para que un material cuasi-frágil falle a compresión es necesario que se desarrolle un nivel de tensiones determinado. Este límite, que generalmente se cuantifica para cargas o ensayos de actuación rápida, es la resistencia a compresión f. Sin embargo, una probeta cargada a una compresión inferior pero con una carga mantenida rompe con una tensión menor por cansancio del material. En el hormigón se minora la resistencia a compresión agotamiento en torno a 0,85·fcd para tener en cuenta este fenómeno, mientras que en servicio se limita la compresión a 0,60·fck. De igual modo puede y debe hacerse en las estructuras de fábrica, limitando las compresiones en agotamiento por debajo del límite de 0,70·f en agotamiento y de 0,40·f en servicio de forma que se eviten fenómenos de acumulación de deformaciones y daños en la estructura interna del material.