Un legado legislativo

Por Karl Binder, Dip. Arch, Rob Pacholok, M.Sc., P.Eng., Gary Sturgeon, P.Eng. El edificio de la Legislatura de Alberta en Edmonton abrió sus puertas el 3 de septiembre de 1912. Sirviendo como sede permanente del gobierno provincial de Alberta, se ha convertido en un sitio histórico. Décadas después de su construcción, las dos cúpulas revestidas de terracota necesitaban restauración y reemplazo.

La cúpula principal semiesférica de acero estructural del edificio es la característica arquitectónica más destacada y visible. Cuenta con una 'linterna de techo', un elemento arquitectónico tipo cúpula encima de un techo más grande que proporciona luz natural al espacio o habitación de abajo. La Cúpula Menor, que tiene una cúpula, es una cúpula de platillo de baja altura de hormigón estructural que sólo se ve fácilmente desde posiciones por encima del nivel del techo principal. Cuando el icónico edificio tenía unos 75 años, la Cúpula Mayor fue sometida a renovaciones debido al desprendimiento de la terracota de la cúpula, lo que se conoce como "abultamiento".

Para estabilizar la terracota, se fijó un ángulo de acero a los miembros de acero existentes; a estos miembros, se conectaron anclajes de varilla roscada incrustados en epoxi a la cara posterior de la terracota. Además de incluir medios para controlar la humedad que penetra en la mampostería masiva y la condensación formada en la superficie interior de la cúpula, esto sirvió como una solución viable para problemas de estructura y gestión del agua durante 20 años.

En 2010, el gobierno de Alberta se comprometió con un proyecto masivo de remoción y reemplazo total del conjunto de mampostería de terracota defectuoso en ambas cúpulas. El proceso previo a la construcción comenzó con estudios de estado, seguidos por el desarrollo de soluciones rentables, la emisión de planos arquitectónicos y estructurales y la precalificación de contratistas de albañilería. En honor al centenario de la inauguración del edificio, las obras comenzaron en 2012 con la demolición de terracota en ambas cúpulas. Está previsto que los trabajos de restauración finalicen esta primavera.

La restauración empleó diversas tecnologías para preservar el patrimonio del edificio. Éstas incluyen:

Historia del edificio El edificio de la Legislatura de Alberta fue construido entre 1907 y 1913 y diseñado por el arquitecto Allan Merrick Jeffers en estilo Beaux-Arts, popular en los edificios públicos durante este período. El estilo estuvo fuertemente influenciado por la arquitectura griega, romana y egipcia, lo que sugiere poder, permanencia y tradición.

Los edificios Beaux-Arts se caracterizan por:

El edificio de la legislatura a menudo se denomina "Pierna" (como en "repisa"). Incluye una sección en T con vástago que corre en dirección norte-sur y se extiende 77 m (254 pies) de largo y 24 m (80 pies) de ancho. Las alas adjuntas de este a oeste miden cada una unos 40 m (130 pies) de largo y 29 m (95 pies) de ancho. Un esqueleto de acero estructural soporta la mampostería de piedra de dimensión cúbica exterior.

El primer piso está revestido con granito de la isla de Vancouver. Los pisos superiores están terminados con arenisca de Alberta Paskapoo extraída de Glenbow Quarry al oeste de Calgary, una de las muchas canteras locales que servían a la provincia a principios del siglo pasado. El edificio incluye dos cúpulas de terracota con bases de arenisca Paskapoo. La terracota fue fabricada en Inglaterra por Gibbs & Canning, que ya no está en funcionamiento. La Cúpula Mayor es una cúpula semiesférica estructural de acero y es la característica más prominente y visible de la 'Pata', con una altura de 54 m (176 pies) en su punto máximo (Figura 1). La Cúpula Menor es una cúpula de platillo de hormigón estructural más pequeña y de poca altura. Se extiende 7 m (23 pies) sobre el nivel del techo y descansa en el ala sur del edificio, encima de la "Casa", donde se reúne la asamblea legislativa cuando el gobierno está en sesión.

Restauración de cúpula de terracota Debido a la longevidad de la construcción de mampostería, participar en la remoción y reemplazo de las cúpulas de terracota originales fue una oportunidad única en la vida. Esta compleja reconstrucción requirió un equipo altamente calificado de artesanos para replicar y fabricar con precisión los perfiles y unidades de terracota existentes, y colocar cuidadosamente las unidades, respetando la orientación espacial y el posicionamiento para envolver adecuadamente la estructura existente y replicar con precisión el original.

La reproducción y el ajuste comenzaron cuando el fabricante creó dibujos precisos de la terracota original, duplicando unidades y perfiles existentes utilizando imágenes, cortes y moldeados por computadora, y replicando los colores y acabados originales de terracota. En el sitio, los albañiles se aseguraron de que la instalación cumpliera con el diseño de terracota y la ubicación de la unidad, y que todos los detalles de diseño para la estructura y la gestión del agua se construyeran adecuadamente de acuerdo con los planos de taller aprobados.

La cúpula mayor La sección transversal original de Major Dome consistía en unidades arquitectónicas de terracota completamente encajadas y adheridas directamente a la cara exterior de tejas de mampostería de terracota. Las losas de libro sirvieron como relleno estructural, rígidamente unidas entre sí y contra soportes en T horizontales continuos contiguos (ubicados a 483 mm [19 pulgadas] de centro a centro [c/c] verticalmente), sin ningún anclaje mecánico de interconexión. Las secciones en T horizontales se atornillaron a vigas en I de acero verticales, identificadas como nervaduras de acero primarias y secundarias, curvadas para crear la forma semiesférica de la cúpula.

Durante la demolición, se cortó una gran área de terracota con losas de libros de soporte, se eliminó con cuidado y se presentó a Alberta Infrastructure para conservarla con fines históricos. La construcción original se basó en la geometría y la masa de mampostería para resistir la penetración de la precipitación exterior.

Cuando el edificio icónico tenía aproximadamente 75 años, la Cúpula Mayor fue objeto de reparaciones en gran parte debido a las separaciones entre las tejas de los libros y las tees de soporte, así como entre la terracota arquitectónica y las tejas de los libros de soporte. El consiguiente "abultamiento" de la superficie terminada midió 50 mm (2 pulgadas) en la elevación oeste. En ese momento, la solución para estabilizar y evitar un mayor movimiento hacia afuera era unir ángulos de acero a los miembros de acero existentes y, a estos, conectar anclajes de varilla roscada incrustados con epoxi en la cara posterior de la terracota arquitectónica (Figura 2).

Además, el trabajo incluyó medios para gestionar eficazmente la humedad que penetra en la mampostería en masa, como se describe en las siguientes secciones. Esta renovación proporcionó soluciones viables a problemas de estructura y gestión del agua durante dos décadas. En 2010, el gobierno de Alberta se comprometió con un proyecto masivo de remoción y reemplazo total del defectuoso conjunto de mampostería de terracota.

A diferencia de la construcción original, el diseño de 2012 requería:

Se confió en el mortero colocado en las juntas de cabecera y lecho entre nuevas unidades de terracota para la continuidad estructural y para proporcionar el primer plano en el conjunto para resistir la penetración de la humedad. También se incluyó una resistencia térmica mejorada en forma de aislamiento SPF para evitar la condensación en las superficies interiores del domo, ayudar a mantener un ambiente interior controlado y ofrecer redundancia a los otros medios para resistir la penetración de agua.

El conjunto de cúpula rediseñado constaba de los siguientes componentes:

Esta sección transversal y selección de materiales respeta plenamente el moderno "principio de protección contra la lluvia" para controlar eficazmente la penetración del agua y la condensación y proporcionar un ambiente interior controlado. La doble curvatura de la cúpula exigía un alto grado de habilidad y atención al detalle a la hora de diseñar e instalar la terracota.

Debido al espesor limitado de la sección transversal de la construcción masiva original y la ubicación de su estructura de acero de soporte, y la necesidad de conservar la ubicación y posicionamiento de las superficies de terracota terminadas utilizando unidades con el mismo espesor que el original, y con la necesidad Para incluir un espacio de aire continuo de 25 mm, 38 mm de aislamiento continuo y 113 mm (4,4 pulgadas) de hormigón proyectado, fue necesario "hacer crecer" el nuevo conjunto hacia adentro y mantener un control estricto sobre la ubicación y las tolerancias de colocación del Superficies acabadas con hormigón proyectado estructural y aislamiento de espuma.

El encofrado de madera fue diseñado y construido para sujetar y soportar temporalmente el hormigón proyectado durante su aplicación y fraguado. La curvatura y el espesor requerido del hormigón proyectado se mantuvieron con precisión sobre la superficie del domo colocando y contorneando cuidadosamente el encofrado. El encofrado constaba de dos capas de madera contrachapada de 6,35 mm (1/4 de pulgada) apuntaladas con madera dimensionada, colocadas y formadas en doble curvatura para seguir claramente las curvas definidas por las nervaduras de acero primarias y secundarias existentes. El hormigón proyectado bien posicionado y consolidado sirvió como cara interior de la cúpula para el espacio del ático sin acabado adicional.

Unidades de terracota Todas las unidades arquitectónicas originales de terracota fueron retiradas y reemplazadas por réplicas para preservar la identidad histórica del edificio (Figura 6). Las unidades de sillar tenían 50 o 150 mm (2 o 6 pulgadas) de espesor, con una altura de lecho típica de 305 mm (12 pulgadas).

En la Cúpula Mayor, hileras de unidades de sillar se apoyaban en nervaduras verticales continuas de terracota que se extendían desde la base de la cúpula hasta el collar de la linterna superior y dividían simétricamente la cúpula en octantes. Las unidades de nervaduras generalmente medían 600 mm (24 pulgadas) de largo, 305 mm (12 pulgadas) de alto y variaban en ancho desde 535 mm (21 pulgadas) en la base de la cúpula hasta 305 mm en el collar de la linterna de arriba.

Los pesos unitarios fueron del orden de 0,11, 0,22 y 1,7 kN (25, 50 y 375 lb) para las unidades de sillar de 50 mm, sillar de 150 mm y nervadura, respectivamente. Todas las uniones de cabecera y cama entre unidades de terracota tenían un ancho estándar de 10 mm (3/8 pulg.). Las pruebas previas a la construcción y la precalificación del fabricante garantizaron que las propiedades físicas de la nueva terracota excedieran las del material original, particularmente con respecto a la resistencia a la compresión y la resistencia al deterioro por congelación y descongelación.

El proceso de fabricación implicó primero la extracción selectiva de la cúpula de una unidad completa y de tamaño completo de cada unidad personalizada original. Estos fueron entregados al fabricante de terracota para que sirvieran como plantilla de réplica. Los modelos de las unidades se crearon en un proceso similar a la impresión 3D donde se tomaron múltiples fotografías de las piezas originales y se importaron a un software propietario que se comunicaba directamente con una máquina de control numérico por computadora (CNC) de fabricación asistida por computadora (CAM) que cortaba los modelos. .

Los modelos se utilizaron para crear moldes de yeso precisos para producir nuevas unidades de terracota. Al mismo tiempo, se desarrollaron planos detallados para la terracota utilizando mediciones in situ de la estructura y los ensamblajes existentes. Estos dibujos identificaron las condiciones de los límites, los puntos de trabajo, las elevaciones críticas, las dimensiones del plano y la ubicación y posición espacial de cada unidad de terracota dentro de la matriz. Dado que el diámetro de la cúpula varía con la elevación, y debido a que las unidades por especificación no podían cortarse en el campo, cada unidad tuvo que ser prefabricada y marcada individualmente para ajustarse a los diseños detallados (Figura 7).

Después de la fabricación (y antes de la entrega en el sitio), varias secciones a escala real de la terracota Major Dome se colocaron en seco en las instalaciones de fabricación para garantizar un ajuste adecuado y un color y acabado aceptables.

Los detalles de las unidades más ornamentadas, como los capiteles de las columnas de las linternas y las coronas, fueron tallados a mano (Figura 8). También se creó un BIM de la linterna para garantizar el ajuste de las unidades sin interferencias (Figura 9). Todos los capiteles de columnas originales fueron conservados por Alberta Infrastructure.

Anclando la terracota y acomodando el movimiento. Se crearon planos completos de diseño de anclajes de terracota para garantizar que cada unidad tuviera el soporte adecuado y resistiera las cargas vivas, de nieve y muertas impuestas (Figura 10). Este enfoque integral incluyó las unidades atípicas de terracota y aquellas en discontinuidades y límites. El anclaje para tales unidades puede pasarse por alto al diseñar simplemente anclajes para unidades típicas ubicadas en el campo de la matriz.

Las características arquitectónicas y la simetría de la Cúpula Mayor la dividen convenientemente en ocho octantes iguales. Cada uno está bordeado y definido por una cadena vertical continua de unidades de nervaduras de terracota que, por diseño, están colocadas inmediatamente encima de las nervaduras de acero primarias de vigas en I verticales subyacentes que forman y sostienen la cúpula. Filas de unidades de sillar lindan con las nervaduras verticales de terracota y sirven como relleno.

La mampostería de terracota se mueve con los cambios de temperatura y humedad. Esto debe adaptarse, en lugar de restringirse, para prevenir o aliviar tensiones dentro de la terracota. De manera similar al diseño de revestimiento de mampostería de ladrillos de arcilla en construcciones de varios pisos, el relleno de sillar de terracota se aisló estructuralmente de las unidades de nervaduras mediante juntas de movimiento vertical a lo largo de su unión. Además, la configuración octante en forma de pastel del relleno de sillar se dividió en tres paredes de paneles enchapados al incluir dos juntas de movimiento horizontal ubicadas aproximadamente en arcos de 10 y 35 grados desde la horizontal.

Las juntas de movimiento se ubicaron adecuadamente para limitar el movimiento anticipado del panel a menos de ±5 mm (0,2 pulg.). Estas juntas de movimiento horizontal también se extendían a través de la hilera vertical de unidades de nervaduras. De manera similar al revestimiento de mampostería de ladrillos de arcilla, los componentes de peso propio del panel y de carga viva/nieve debían estar sostenidos por ángulos de estante a lo largo de su base. Como consecuencia de la introducción de juntas de movimiento horizontal, se necesitaron y diseñaron fundamentalmente dos tipos de anclajes para soportar los conjuntos de sillares y nervaduras de la Cúpula Mayor: anclajes de amarre y ángulos de clip de carga muerta.

Se instalaron anclajes de carga muerta, similares a los ángulos de los estantes, ya que soportan cargas verticales como el peso propio de las paredes de los paneles, en todas las ubicaciones de las juntas de movimiento horizontal. Sin embargo, la curvatura de la cúpula creó una condición en la que un hierro de ángulo continuo tradicional no era adecuado. Para el relleno de sillar de la Cúpula Mayor, la alternativa elegida fue utilizar ángulos de clip discretos, cada uno de aproximadamente 150 mm (6 pulgadas) de largo, y soldar en el lugar el lado vertical de los ángulos de clip a la cara expuesta de un muro continuo de 9,5 placa de correa de acero inoxidable de mm (3/8 pulg.) de espesor que había sido bien posicionada, incrustada y anclada en el hormigón proyectado estructural.

Se colocó un ángulo de clip debajo de la junta de cabeza de cada unidad de sillar ubicada directamente encima de una junta de movimiento. El ancho del ángulo de clip y la longitud horizontal de la pata fueron suficientes para garantizar un buen soporte. Las unidades de costillas se soportaron de manera similar, excepto que los ángulos de clip de las costillas se soldaron en campo a las costillas de acero primarias en lugar de a las placas de la correa (Figura 11). Una altura extendida de las placas del cinturón facilitó el ajuste vertical en la colocación de los ángulos de clip del sillar. La parte inferior de las unidades de terracota en contacto con los ángulos de clip se empotraron a lo largo de su superficie inferior para acomodar el espesor de la pata horizontal de los ángulos de clip para mantener un ancho de junta de movimiento libre y sin obstrucciones de 10 mm (3/8 pulg.). Todas las juntas de movimiento fueron selladas para evitar la penetración de agua.

El anclaje de amarre es un anclaje de dos componentes que consta de una placa de acero inoxidable doblada en obra de 5 mm de espesor y una clavija de acero inoxidable de 8 mm de diámetro (Figura 12). Por lo general, se instalaba un único anclaje de amarre en la junta de cabeza vertical a media altura de cada unidad de sillar de terracota. En unidades más grandes, como las nervaduras de terracota del Major Dome, y para unidades directamente debajo de juntas de movimiento horizontales, se instalaron dos anclajes de amarre en cuartos de punto para proporcionar estabilidad. La clavija de 8 mm (0,31 pulgadas) pasó a través de una ranura vertical a lo largo del extremo exterior de la placa de amarre y se enganchó a las unidades de terracota adyacentes.

La base del anclaje se conectó al respaldo estructural de hormigón proyectado mediante un anclaje de cuña. El anclaje de amarre fue diseñado para resistir cargas muertas y vivas/nieve que actúan normal a la superficie de la terracota y, de esta manera, el anclaje ata el revestimiento de terracota al respaldo estructural de manera muy similar a una arcilla multicomponente. amarre de mampostería de ladrillo. Sin embargo, a diferencia de un tirante de ladrillo, el anclaje no depende del empotramiento de mortero para proporcionar sujeción. Más bien, encaja firmemente en la unidad de terracota mediante la clavija. De este modo se pueden resistir cargas significativamente mayores. Mientras que los anclajes restringen la mampostería de terracota contra cargas y movimientos fuera del plano, los anclajes fueron diseñados específicamente para permitir el movimiento en el plano del conjunto de relleno de sillar de terracota.

La clavija de 8 mm puede deslizarse a lo largo de la ranura de la placa doblada, permitiendo un movimiento vertical independiente entre las unidades de terracota y los anclajes. Para permitir el movimiento horizontal independiente, el ancla se aisló físicamente de la terracota adyacente. El hundimiento del pasador (es decir, el hueco en la unidad en el que se inserta el pasador) en un lado del ancla se rellenó con sellador y en el otro lado con mortero. Luego se envolvió completamente alrededor del anclaje una cinta de espuma de celda cerrada para evitar que mortero o cualquier otro material nocivo llenara el espacio entre el anclaje y la unidad de terracota que de otro modo ofrecería resistencia al movimiento.

De acuerdo con la Asociación Canadiense de Normas (CSA) A370, Conectores de mampostería, cualquier componente de un anclaje que se acople a una unidad de mampostería debe ser de acero inoxidable. Para cumplir con la vida útil de diseño extendida que exige esta restauración, todos los anclajes de terracota se fabricaron a medida con acero inoxidable tipo S304L. Los anclajes de amarre fueron fabricados por un fabricante de conectores de mampostería con sede en Edmonton, entregados al sitio como placas planas y doblados en el campo usando un gato hidráulico y una matriz (Figura 12) para producir una curvatura limpia y precisa similar a la obtenida. por planta de fabricación.

Se descubrió que la flexión de los anclajes en el sitio era el método más eficiente para proporcionar el ajuste fuera del plano necesario (normal a la "pared"). Los anclajes precurvados y las ataduras de múltiples componentes conectadas mediante sujetadores no eran prácticos debido al espacio limitado. En la pata horizontal del anclaje de amarre, se perforaron dos ranuras paralelas para permitir que el albañil reposicionara el anclaje de cuña donde el refuerzo de la barra de concreto proyectado obstruía su colocación. Todos los sujetadores tenían doble sellado para evitar la penetración de agua más allá de la membrana.

A medida que cada unidad de sillar en la parte superior de la Cúpula Mayor fue colocada y enganchada por el sistema de anclaje, se colocaron cintas verticales de mortero sobre el aislamiento de espuma a lo largo de las redes verticales de las unidades huecas de terracota. Estos proporcionaron soporte temporal y estabilidad al momento de configurar la unidad. Al endurecerse, la orientación y el llenado parcial mantuvieron el drenaje y secado del espacio de aire. El sistema de anclaje fue diseñado independientemente de cualquier beneficio a la resistencia a la carga ofrecida por el mortero bajo compresión.

Cúpula menor rediseñadaEl perfil original del Minor Dome constaba de 40 conjuntos de nervaduras decorativas de terracota fijados con mortero sobre tejas de terracota superpuestas con tejas, que a su vez estaban completamente revestidas con mortero y adheridas sin anclaje mecánico, directamente a una estructura de hormigón colada in situ apoyada sobre una estructura de acero. marco (Figura 13).

La construcción original se basó en la geometría, tejas adheridas superpuestas con tejas y la masa de la carcasa de concreto para resistir la penetración de la precipitación desde el exterior. Sin embargo, con el tiempo, el agrietamiento de las tejas y la estructura de hormigón creó problemas con la infiltración de agua.

Para mitigar, las tejas originales entre las nervaduras fueron reemplazadas en la década de 1960 por nuevas tejas cocidas con arcilla suministradas por un fabricante con sede en Medicine Hat. Estos esfuerzos no tuvieron éxito. La Figura 13 muestra la construcción de la década de 1960 en el momento de una investigación de 2006 del techo del Domo Menor. Como Minor Dome se encuentra directamente encima de la 'Casa', se requirió una solución cuidadosamente considerada para evitar el movimiento del agua hacia el edificio.

En 2012, las baldosas de terracota fueron retiradas hasta la capa de hormigón subyacente. Después de algunas reparaciones estructurales localizadas para mejorar su resistencia y con cierta preparación de la superficie, la carcasa existente se convirtió en el sustrato base para recibir los nuevos materiales y componentes requeridos por el nuevo diseño (Figura 14).

A diferencia de la construcción original, el diseño de 2012 requería:

El conjunto rediseñado (Figura 15) constaba de los siguientes componentes:

Con la adición de la membrana impermeabilizante, el aislamiento continuo de 38 mm y la estera de drenaje de 8 mm, y manteniendo el mismo espesor de teja de terracota manteniendo la cubierta de hormigón original, fue necesario "hacer crecer" el nuevo conjunto hacia afuera. .

Las nuevas tejas superpuestas con tejas proporcionan el primer plano del conjunto para resistir la penetración de la precipitación, el aislamiento de espuma de poliuretano proporciona un plano secundario de resistencia y la membrana impermeabilizante SBS de dos capas proporciona la resistencia primaria. El rediseño conservó el aspecto original del Domo Menor y al mismo tiempo garantizó que gestionara adecuadamente las precipitaciones (Figura 16).

Conclusión A medida que este proyecto único, desafiante y gratificante se acerca a su finalización, se ha hecho evidente que superar las complejidades de diseño y construcción de la restauración requirió la dedicación de Alberta Infrastructure y el gobierno provincial, el equipo de diseño, los fabricantes de productos, el proveedor de terracota, los contratistas y los albañiles. . El proyecto terminado será un testimonio de las habilidades de quienes trabajaron tan diligentemente para preservar el tejido histórico de un edificio tan emblemático y de la durabilidad de las cúpulas de mampostería de terracota.

Karl Binder es gerente senior de proyectos en Gracom y tiene un diploma en tecnología de arquitectura e ingeniería de construcción del Instituto de Tecnología de la Columbia Británica. Comenzó a trabajar en la industria de la albañilería con Gracom en 2004 y tiene experiencia en gestión de proyectos en construcción residencial, comercial, de restauración, institucional e industrial. Binder también se desempeñó como presidente del Capítulo Norte de la Asociación de Contratistas de Albañilería de Alberta (MCAA) de 2011 a 2013. Se le puede contactar en [email protected].

Rob Pacholok, M.Sc., P.Eng., es ingeniero senior de Building Science Engineering Ltd. y se especializa en construcción y restauración de mampostería. También es ingeniero de proyectos para el proyecto de impermeabilización y revestimiento de cúpulas del edificio de la Legislatura de Alberta. Pacholok es miembro del comité técnico de CSA S304, Diseño de mampostería para edificios y CSA A371, Construcción de mampostería para edificios, y diseñó, desarrolló y patentó numerosos conectores de mampostería en conjunto. Puede comunicarse con él por correo electrónico a [email protected].

Gary Sturgeon, P.Eng., es un ingeniero estructural senior que recibió su título a través de investigaciones avanzadas en albañilería. Tiene 33 años de experiencia profesional, sirviendo como consultor técnico para propietarios de edificios, profesionales del diseño, proveedores de materiales, contratistas y diversas asociaciones nacionales de albañilería. Es miembro de los comités técnicos de todas las normas de mampostería de la CSA, así como del Comité Permanente del Código Nacional de Construcción de la Parte 5 de Canadá, Separación ambiental. Se puede contactar con Sturgeon en [email protected].