Torre de Pisa: Cimentación, inclinación, problemática y soluciones

INTRODUCCIÓN Y LOCALIZACIÓN TORRE DE PISA

La Torre de Pisa, se encuentra en la Piazza dei Miracoli (Plaza de los Milagros), en la ciudad de Pisa, Italia. En este lugar se encuentra un conjunto arquitectónico religioso compuesto por el Duomo (Catedral), el Baptisterio, el Campanario (conocido como la torre de Pisa) y el Cementerio Monumental.

La construcción de la torre comenzó en 1173 y tardó más 200 años en finalizarse. En 1272 la torre tenía 3 plantas cuando comenzó a inclinarse aproximadamente 0,2 grados. Por los próximos años se continuo su construcción y luego de unos años la inclinación ya era de 1 grado. En el año 1370 se construye su ultima planta, llegando a 7 pisos y se coloca el campanario (octavo piso). En esos momentos la inclinación de la torre ya era de 1,6 grados. A medida que la torre aumentaba su peso, la inclinación también lo hacía.

Hoy en día la Torre de Pisa tiene una inclinación de 5,3 grados, extendiéndose unos 4,4 metros de la vertical y su altura total es de 55,8 metros.

GEOTECNIA TERRENO CIMENTACIÓN TORRE DE PISA

En el año 1911 se comenzaron con los estudios y mediciones de la torre para buscar soluciones a su inclinación. Los estudios geotécnicos permitieron definir los horizontes o formaciones subyacentes donde se alberga la cimentación de la torre de Pisa.

El nivel freático se localiza entre uno y dos metros de profundidad. El primer horizonte “A” está conformado por depósitos de estuario litológicamente formados por limo-arenosos y arcillosos. Tiene un espesor de 10 metros.

Por debajo, el horizonte “B”, que se extiende hasta los 40 metros, está compuesto de arcillas marinas blandas.

El tercer horizonte “C” llega hasta los 60 metros y pertenece a arenas marinas densas. El asentamiento que sufrieron estos horizontes debajo de la torre, principalmente el “A” y “B” es aproximadamente de 3,5 metros, esto se comprueba en el contacto entre estos dos tipos de suelos. 

INCLINACIÓN TORRE DE PISA

La primera causa a este problema de inclinación de la torre que se planteó fue que los suelos compuestos de arcillas blandas (horizonte “B”), debajo de la torre, generaban hundimiento y un asentamiento mayor en el lado sur.

Posteriormente se comprobó en estudios adicionales que el interior de la torre del Pisa y su cimentación no se hundía verticalmente en el suelo, sino que un sector estaba ascendiendo y otro hundiéndose.

Esto traducido en vectores de dirección de movimiento muestran que un vector denominado “Fn” ascendía y otro “Fs” se hundía. Este es un fenómeno de inestabilidad por inclinación (leaning instability), que ocurre cuando en una estructura a una altura critica, el momento de vuelco producido por un aumento de la inclinación es igual o mayor a la resistencia de los cimientos.

Así también se concluyó que el horizonte “A” era el que se asentaba y producía el hundimiento e inclinación de la torre, que a su vez esto era producido por la fluctuación del nivel de agua subterránea en estos sectores.

Mediciones de éste durante varios años indicaban que cuando aumentaba el nivel de agua subterránea se generaban momentos de inclinación, especialmente en temporadas de fuertes lluvias y tormentas. 

SOLUCIONES INCLINACIÓN TORRE DE PISA

Se han planteado varias medias constructivas para proteger la Torre de Pisa.

Anillo de bloques de hormigón con plomo

Esta fue una medida de estabilización temporal realizada en 1993, los bloques de hormigón estaban ensamblados entre sí formando un anillo que por encima se apoyaban 600 tn de plomo que funcionaban como contrapeso. Luego de unos años se aumentó a 900 tn de plomo. Esta medida se realizó en el lado norte de los cimientos. Esta intervención genero una reducción del momento del vuelco del 20% y la inclinación se redujo un 3%.

Una vez que se definió las medidas para la estabilización de la Torre de Pisa permanentes, se realizó un sistema de seguridad y protección por posibles incidentes durante la realización de las obras de estabilización. Este sistema consistía en cables de acero de 100 metros de largo anclados en la torre, a 20 metros de altura. Se amarraban a dos torres de anclaje de 15 metros colocadas detrás del edificio de la Opera Primaziale (fuera de la Plaza de los Milagros). Estas torres de anclaje estaban constituidas por horcajos en su parte superior que desviaban los cables de acero provenientes de la torre. A su vez estos estaban tensionados por bloques de plomo.  

Otras medidas que se optaron para realizar fueron: drenajes con pozos debajo del sector norte de la torre, consolidaciones con electro-osmosis y la colocación de una losa de presión con anclas en la tierra para cargar el suelo en el sector norte. Pero fueron medidas sin muchos éxitos.

Excavaciones de los cimientos

Luego de varios estudios en 1999 y 2000 se comenzó a trabajar en una medida de extracción controlada de suelo debajo de la torre, lo cual reduciría la desviación de la torre. Para poder comenzar a realizar este procedimiento se realizaron estudios por medio de modelos físicos, modelos numéricos y, por último, si realizó la obra estabilización en la torre.

Este método consistía en instalar una serie de tubos de extracción de suelo en el sector norte de los cimientos a través de excavaciones, que al cerrarse provocaran un sedimento concentrado de la zona. Se realizaban perforaciones hasta ubicaciones previamente calculadas y se retiraba el taladro perforador aproximadamente un metro, dejando una cavidad cilíndrica que iba cerrándose suavemente y permitía realizar repetidas extracciones del suelo en ese lugar. Estas perforaciones se realizaban solo en el horizonte “A”, sin superar los 6 metros de profundidad.

Entre febrero de 1999 y enero de 2000 se realizaron 41 pozos de extracción de suelo con un espacio de 0,5 m con una barrena dedicada y una tubería de revestimiento en cada orificio. Este método tuvo éxito de inmediato y la torre comenzó a girar hacia el norte de manera recta. A medida que se realizaban extracciones de suelo, se iban retirando los lingotes de plomo del anillo de hormigón. En el 2001 se retiraron los encamisados de las excavaciones y se rellenaron con bentonita. En total se extrajeron aproximadamente 37 m³ de suelo y la torre descendió 16 cm. La corrección total de torre con esta medida fue de 0,5° (1800 segundo de arco) hacia el norte.

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Escrito por el Geólogo Julio Mansilla Vegas

 Colaborador invitado de Geotecniafacil.com