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UNIVERSIDAD SAN SEBASTIÁN
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA CIVIL

Fundaciones (ICIV 1028)

Tarea N° 1 (24-8-2014)

Daniel Vera Santana

Torre inclinada de Pisa

La torre está construida como un cilindro hueco de mampostería rodeada de columnas que se elevan desde la base del cilindro. Las paredes interiores y exteriores se conforman de mármol, mientras que la cavidad anular está llena de fragmentos de rocas variadas y mortero, formando una estructura de mampostería de relleno medieval. La torre se vio afectada a una inclinación hacia el sur debido a una gran diferencia de presiones en su base (aproximadamente 1000 kPa en su extremo sur, y en el extremo norte cercano a 0 kPa).

El suelo subyacente a la Torre de Pisa consta de tres formaciones tal como se muestra en la figura 1. El horizonte A, de unos 10 metros de espesor, está compuesta de depósitos de estuarios suaves de limos arenosos y arcillosos establecidas bajo condiciones de marea. El horizonte B se compone de arcilla marina normalmente sensibles consolidado suave que se extiende hasta una profundidad de aproximadamente 40 m. Debido a que es muy sensible, este material pierde gran parte de su fuerza si se le molesta. El horizonte C es arena marina densa que se extiende hasta una profundidad de aproximadamente 60m. Se detecta una tabla de agua superior en el horizonte A entre 1m y 2m por debajo del nivel de la Piazza dei Miracoli correspondiente a elev. 3.0 arriba m.s.l. El contacto entre el horizonte A y la arcilla marina del horizonte B se reparte por debajo de la torre, lo que indica que experimenta asentamientos promedio de entre 3,0 m y 3,5 m.                                                                                                 Figura 1.[pic 1]

En 1990, el gobierno italiano nombra un comité internacional multidisciplinario, para la estabilización de la torre, preocupados por el aumento progresivo de la tasa de inclinación de la torre y el riesgo de un colapso estructural repentino.

Trabajos de estabilización

Desde 1911, se registran mediciones de la inclinación de la torre, la cual ha ido en aumento inexorablemente cada año. En 1990 el aumento de la inclinación fue de aprox. 6 segundos de arco por año, que equivale a un movimiento horizontal en la parte superior de 1,5 mm por año. Se supone que esta inclinación se debe a que se arrastra el barro marino blando subyacente de la torre. Mediciones hechas en 1991 con teodolito muestran que la primera cornisa no se había movido horizontalmente, además las mediciones del nivel de precisión que se inició en 1928 mostraron que el centro de la zapata de cimentación no estaba desplazada verticalmente respecto al suelo circundante. Por lo tanto, el movimiento del cuerpo rígido de la torre solo podía ser como se muestra en la figura 2, con un centro instantáneo de rotación en el plano de la primera cornisa verticalmente por encima del centro de la fundación.

Para explicar el movimiento existen 4 aspectos fundamentales:

1. Al ser una estructura alta, existe una altura critica donde si existe alguna mínima perturbación se genera un momento con el que se pierde la estabilidad en los apoyos y se produce un giro que provoca distorsión en las fundaciones.[pic 2]
2. Se aplica un contrapeso de plomo, con el fin de reducir el momento que levantaba el lado norte de la torre y estabilizarla.
3. El estrato de arcilla al tener un periodo largo desde las distintas fases de construcción hasta la fecha de su modelación, aumentó su resistencia.
4. Además de la fluencia, una de las causas de la rotación estacional es la presencia de las aguas subterráneas debido a lluvias estacionales en la región, aumentando bruscamente el nivel freático en el suelo.                                               Figura 2.

La torre se logró estabilizar aplicando 600 toneladas de plomo en su lado norte, reduciendo su inclinación y el momento generado en un 10 por cierto, solución no permanente. La situación era delicada debido a que se provocaría un colapso inmediato de la estructura si se ejecuta cualquier acción que provoque un esfuerzo en el lado sur, de manera que se evaluaron distintas soluciones, que luego fueron descartadas. La idea de remover tierra del lado norte de la estructura para reducir la inclinación fue tomando fuerza,  instalando tubos de extracción de suelo por debajo del lado norte de la fundación. Luego, se desarrolla un taladro encamisado en una carcasa de 168 mm con una guía externa de 219 mm como se muestra en la figura 3, indicando sus ejes rotacionales. Dicho taladro permite una perturbación mínima del suelo dejando una cavidad cilíndrica.                                                                                                     Figura 3.[pic 3]

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