Caracterización de la piedra arenisca del Cerro de San Cristóbal como material resistente en edificaciones históricas: el caso de la Iglesia de Santiago, de Jerez de la Frontera (Cádiz)

• Autores: Juan Ramón Baeza Álvarez
• Directores de la Tesis: Víctor Jesús Compán Cardiel (dir. tes.), María Gracia Gómez de Terreros Guardiola (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 140
• Títulos paralelos:
  • Characterization of the sandstone of the San Cristóbal Hill as a resistant material in historical buildings: the case of the Church of Santiago, from Jerez de la Frontera (Cádiz)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    La piedra objeto de la presente investigación estudio procede de la Iglesia de Santiago de Jerez de la Frontera. Es un material muy utilizado en la construcción de los edificios del patrimonio histórico. Se trata de una piedra arenisca que pertenece a la cantera del Cerro de San Cristóbal que, por diferentes motivos económico, logísticos y de trabajabilidad, ha sido muy utilizada en importantes edificios construidos a lo largo del valle del Guadalquivir: Sevilla, Jerez de la Frontera, Puerto de Santa María, San Fernando, Cádiz (1), Utrera (2,3), incluso llegando a utilizarse en la Catedral de Málaga (4).

    Los edificios históricos, por lo general suelen estar bajo criterios de protección patrimonial. Esto implica no sólo la necesidad de su conservación sino también la responsabilidad de garantizar su integridad estructural, especialmente cuando forman parte de edificaciones que aún están en uso.

    En estas dos últimas décadas se han acometido obras importantes en nuestro patrimonio, ejemplo la catedral de Sevilla se han sustituido dos pilares (5) y se realizan periódicamente trabajos de consolidación y sustitución de sillares perteneciente a los muros.

    También en la Iglesia del Salvador de Sevilla se han reforzado todas las estructuras de la iglesia pilares, bóvedas, muros debido a la degradación de la piedra. Y en la Iglesia de Santiago de Jerez de la Frontera, Cádiz, se han generado numerosas patologías estructurales que comenzaron a finales del siglo XVII y desde esta fecha y en varias ocasiones, han sido necesarias labores de rehabilitación y refuerzos estructurales.

    La piedra arenisca de estudio ha sido estudiada y se han realizado distintas publicaciones que, denotan un claro interés, por su conservación profundizando el conocimiento de los aspectos físico, y químico (6), (7), (8), además de su caracterización petrográficas (9) para optimizar los tratamientos a aplicar a la piedra, que mejoran su durabilidad (10), (11). Sin embargo, el análisis de su comportamiento mecánico no se ha llegado a tratar en profundidad, desde un punto de vista estructural, ni la influencia que provoca en las propiedades mecánicas, la presencia de la humedad. Los estudios realizados a otras piedras areniscas (12), (13), (14), no son de aplicación a nuestra piedra ya que tienen diferentes características.

    Si tenemos en cuenta la mayoría de las fábricas de piedra en estructuras históricas están a la intemperie, por lo que están sujetas a cambios de humedad ambiental, otras están afectadas por la humedad de capilaridad, pudiendo llegar a altas cotas con diferentes niveles de contenido de humedad (%), incluso en las zonas más altas de la edificación pueden verse afectadas por filtraciones de la cubierta. Es ampliamente conocido que las propiedades mecánicas de las piedras naturales utilizadas como materiales estructurales de construcción se ven afectadas negativamente por la humedad (15).

    El poco conocimiento del comportamiento mecánico de la piedra arenisca del Cerro de San Cristóbal, provoca una gran incertidumbre en los técnicos y restauradores que tienen que tomar decisiones de cómo intervenir en el patrimonio histórico, ya que esta piedra es el elemento principal, que asume competencias estructurales, al constituirse como un material fundamental de los muros y pilares. Por tanto, un adecuado conocimiento de la piedra aseguraría un mayor rigor en la toma de decisiones por dichos técnicos.

    La investigación desarrollada pretende proporcionar un modelo de análisis, planteando un método no destructivo, con el que conocer sus propiedades mecánicas, además de obtener los fundamentos necesarios para poner de manifiesto el estado real en que se encuentra la piedra y su repercusión en el comportamiento de la estructura del edificio, incluso tenido en cuenta la afección que provoca la presencia de la humedad.

    Para articular el modelo de análisis es necesario analizar e identificar aquellas las propiedades físicas (densidad, porosidad y absorción) y mecánicas (módulo de deformación longitudinal estático y dinámico, así como la resistencia de compresión uniaxial) de cada una de las muestras mediante una campaña experimental, considerando diferentes contenidos de humedad.

    Estas técnicas aumentarían su aplicabilidad práctica, y con el apoyo de algunos ensayos de laboratorio, se tomarían datos de distintas zonas del edificio, es decir, se podría conocer el estado de la piedra en muchas zonas del edificio afectadas por alguna patología, en una campaña de ensayos no destructivos sin tener que depender de la extracción de probetas.

    Este proyecto tiene una oportunidad única de contar con muestras de piedra extraída de la Iglesia de Santiago de Jerez de la Frontera, durante la última restauración realizada por D.

    Emilio Yanes Bustamante y D. Alejandro Cobo, muestras que fueron extraídas del núcleo de algunas columnas y muros portantes y de las cuales conocemos su posición en el edificio y su orientación respecto al eje de carga del edificio.

  • English

    The stone object of this research study comes from the Church of Santiago de Jerez de la Frontera. It is a material widely used in the construction of historical heritage buildings. It is a sandstone that belongs to the Cerro de San Cristóbal quarry which, for different reasons ‐ economic, logistical and workability ‐ has been widely used throughout the Guadalquivir valley:

    Seville, Jerez de la Frontera, Puerto de Santa María, San Fernando, Cádiz (1), Utrera (2.3), even being used in the Cathedral of Málaga (4).

    Historic buildings are generally under heritage protection criteria. This implies not only the need for their conservation but also the responsibility to guarantee their structural integrity, especially when they are part of buildings that are still in use.

    In the last two decades, important works have been undertaken in our heritage, for example, the Cathedral of Seville, two pillars (5) have been replaced, and consolidation and replacement works of ashlars belonging to the walls are carried out periodically. Also in the Church of El Salvador in Seville, all the structures of the church, pillars, vaults, walls have been reinforced due to the degradation of the stone. And in the Church of Santiago de Jerez de la Frontera, Cádiz, numerous problems have arisen that began at the end of the 17th century and since then and on several occasions, rehabilitation work has been necessary.

    The sandstone under study has been studied and different publications have been carried out, denoting a clear interest in its conservation, deepening the knowledge of the physical and chemical aspects (6), (7), (8), in addition to its characterization. petrographic (9) to optimize the treatments to be applied to the stone, which improve its durability (10), (11). However, the analysis of its mechanical behavior has not been dealt with in depth, from a structural point of view, nor the influence that the presence of humidity causes on the mechanical properties. The studies carried out on other sandstones (12), (13), (14) are not applicable to our stone since they have different characteristics.

    If we take into account most of the stone factories in historical structures are outdoors, so they are subject to changes in environmental humidity, others are affected by capillarity, and can reach high levels with different levels of moisture content, even in the highest areas of the building they can be affected by leaks from the roof. It is widely known that the mechanical properties of natural stones used as structural building materials are negatively affected by humidity (15).

    The little knowledge of the mechanical behavior of the sandstone of the Cerro de San Cristóbal, causes great uncertainty in the technicians and restorers who have to make decisions on how to intervene in the historical heritage, since this stone is the main element, which assumes competences structural, being constituted as a fundamental material of the walls and pillars. Therefore, an adequate knowledge of the stone would ensure greater rigor in decisionmaking by said technicians.

    The research developed aims to provide an analysis model, proposing a non‐destructive method, with which to know its mechanical properties, in addition to obtaining the necessary foundations to reveal the real state in which the stone is found and its repercussion on the behavior of the structure of the building, even taking into account the condition caused by the presence of humidity.

    To articulate the analysis model, it is necessary to analyze and identify the physical (density, porosity and absorption) and mechanical properties (static and dynamic longitudinal deformation modulus, as well as the uniaxial compression resistance) of each of the samples through a campaign experimental, considering different moisture contents.

    These techniques would increase their practical applicability, and with the support of some laboratory tests, data would be taken from different areas of the building, that is, it would be possible to know the state of the stone in many areas of the building affected by some pathology, in a campaign non‐destructive testing without having to rely on specimen extraction.

    This project has a unique opportunity to have stone samples extracted from the Church of Santiago de Jerez de la Frontera, during the last restoration carried out by D. Emilio Yanes Bustamante and D. Alejandro Cobo, samples that were extracted from the core of some columns and load‐bearing walls and of which we know their position in the building and their orientation with respect to the load axis of the building.