Evaluación Integral del Acueducto de Santa Clara: Análisis Estructural, Conservación y Modelado BIM

1. Contexto del Estudio

Este estudio forma parte del Máster Internacional en Análisis Estructural de Edificios Patrimoniales y Monumentos (SAHC). El proyecto se centra en la conservación del Acueducto de Santa Clara, ubicado en Póvoa de Varzim, Portugal. El acueducto, construido en el siglo XVII, una vez contaba con 999 arcos y suministraba agua al Convento de Santa Clara. Clasificado como monumento nacional en 1910, es el segundo acueducto más largo de Portugal. Debido a su importancia histórica y cultural, este proyecto busca evaluar su integridad estructural y proponer medidas de conservación siguiendo las directrices de ICOMOS, integrando herramientas tecnológicas modernas para guiar los esfuerzos de restauración futuros.

2. Descripción del Proyecto

El proyecto implica una evaluación exhaustiva del estado actual del acueducto, con un enfoque en el análisis estructural, la identificación de daños y la prueba de materiales. El estudio sigue dos objetivos principales: realizar una evaluación estructural completa del acueducto y desarrollar una herramienta digital de Modelado de Información de Construcción (BIM) que consolide todos los datos recolectados, haciéndolos accesibles para trabajos de conservación y restauración futuros. Se analizan las características geométricas del acueducto, las intervenciones históricas y los problemas estructurales a través de encuestas de campo, pruebas y modelado digital.

3. Importancia del Acueducto

El Acueducto de Santa Clara tiene un gran valor cultural e histórico, siendo un testimonio de la ingeniosidad de la ingeniería de su tiempo. Construido para resolver los problemas de suministro de agua del Convento de Santa Clara, jugó un papel vital en la infraestructura hidráulica de la región. A pesar de la pérdida de varios arcos a lo largo de los siglos, el acueducto sigue siendo una estructura icónica en el norte de Portugal. Su preservación es crucial para mantener el patrimonio cultural y el legado de los monumentos históricos de Portugal. También representa un importante caso de estudio para la aplicación de técnicas modernas de conservación en estructuras antiguas.

4. Metodología Utilizada en el Levantamiento Geométrico

Dada la considerable longitud y complejidad estructural del acueducto, se emplearon metodologías avanzadas para realizar un levantamiento geométrico preciso. El estudio utilizó fotogrametría con drones y escaneo láser para capturar imágenes detalladas y generar modelos 3D de la estructura. La fotogrametría con drones implicó tomar una serie de imágenes de alta resolución desde varios ángulos, que luego se fusionaron para formar un modelo de superficie 3D. El escaneo láser, por otro lado, proporcionó datos de nube de puntos que mapearon con precisión las dimensiones del acueducto. Estos métodos aseguraron la captura tanto de las características visibles como no visibles de la estructura, formando la base para el modelo digital utilizado en análisis posteriores.

5. Identificación de Daños

El proceso de identificación de daños involucró inspecciones visuales detalladas de secciones clave del acueducto, particularmente en las regiones de Argivai y Beiriz. Los siguientes daños fueron identificados:

• Grietas y deformaciones: Causadas principalmente por la intemperie, problemas estáticos y vibraciones de carreteras cercanas.

• Pérdida de material: Detectada en la base de los pilares debido a la erosión.

• Depósitos de decoloración: Encontrados en arcos y pilares, probablemente causados por la percolación del agua y la acumulación de contaminantes.

• Crecimiento de vegetación: Líquenes y musgo colonizaron grandes secciones del acueducto, acelerando la degradación de la piedra.

Cada forma de daño se clasificó según su intensidad, de baja a alta, y se documentó sistemáticamente mediante un formulario. Este proceso facilitó la integración de los datos de daños en el modelo BIM, ayudando en la identificación de áreas que requieren intervenciones urgentes.

6. Métodos de Pruebas

El proyecto empleó varios métodos de prueba para evaluar las propiedades estructurales de los materiales utilizados en el acueducto:

• Pruebas sónicas: Se realizaron tanto pruebas sónicas directas como indirectas para medir las velocidades de propagación de las ondas P (ondas de compresión) y las ondas R (ondas Rayleigh) dentro de la mampostería. Esto ayudó a determinar las propiedades mecánicas del material, incluyendo el módulo de Young y el coeficiente de Poisson.

• Prueba de georradar: Esta técnica no destructiva se utilizó para identificar defectos internos en la estructura, como vacíos y grietas. Proporcionó radargramas detallados de los pilares y arcos del acueducto, ayudando a visualizar su condición interna.

• Índice de Calidad de Mampostería (MQI): Se utilizó para evaluar la calidad de la mampostería en función de las propiedades estructurales y materiales observadas. Este método involucró la medición de la condición física de la mampostería y la asignación de puntajes que reflejan su comportamiento mecánico bajo diferentes cargas.

• Pruebas de laboratorio: Se tomaron muestras del núcleo del acueducto para realizar pruebas de resistencia a la compresión. Estas pruebas fueron cruciales para determinar con precisión la resistencia mecánica de las piedras de granito utilizadas en la construcción.

7. Análisis Estructural

Para evaluar la capacidad estructural del acueducto bajo diferentes condiciones de carga, se desarrolló un modelo de elementos finitos 3D. Este modelo fue esencial para simular el comportamiento del acueducto ante diversas cargas y para identificar posibles fallos estructurales.

• Descripción y Suposiciones del Modelo: El modelo 3D fue creado teniendo en cuenta las propiedades lineales y no lineales de los materiales. La estructura del acueducto fue modelada con un enfoque en los pilares y arcos, utilizando las propiedades mecánicas determinadas en las pruebas anteriores.

• Análisis Modal (valores propios): Este análisis se realizó para identificar las frecuencias naturales de vibración del acueducto. Se utilizaron estas frecuencias para comprender cómo la estructura respondería a diferentes tipos de excitación, como el viento o los movimientos sísmicos.

• Análisis Lineal: Este análisis se centró en estudiar el comportamiento del acueducto bajo cargas estáticas y dinámicas.

  • Análisis lineal de cargas de gravedad y viento: Se evaluaron los efectos de las cargas gravitacionales y del viento sobre la estructura. Se identificaron desplazamientos y tensiones dentro de la estructura bajo estas cargas.

  • Espectro de respuesta lineal (análisis modal): Se simuló la respuesta del acueducto a cargas sísmicas utilizando el espectro de respuesta según el Eurocódigo 8. Esto permitió determinar los desplazamientos laterales y las tensiones que podrían surgir durante un evento sísmico.

8. Creación del Modelo BIM

El Modelado de Información de Construcción (BIM) fue un componente crítico de este proyecto, destinado a desarrollar una herramienta digital para gestionar todos los datos relacionados con el acueducto. El modelo BIM fue creado utilizando Autodesk Revit y Dynamo, una herramienta de programación visual que permitió la generación automática de modelos 3D a partir de los datos del levantamiento geométrico. El flujo de trabajo involucró la parametrización de los elementos estructurales (arcos, pilares y rellenos) basados en los datos de la nube de puntos y la fotogrametría. El modelo resultante era dinámico, lo que significaba que podía actualizarse continuamente con nueva información, como informes de daños o futuras intervenciones. El modelo BIM integra datos estructurales, de materiales y de daños, proporcionando una herramienta integral para la planificación de la conservación y el monitoreo de la condición del acueducto a lo largo del tiempo.