damage atlas historical cuenca

75

Upload: stadsbouwer-brussel

Post on 24-May-2015

1.038 views

Category:

Technology


1 download

DESCRIPTION

This Damage Atlas is a representation of the damage patterns found in the world heritage city of Cuenca, Ecuador

TRANSCRIPT

Page 1: Damage Atlas historical Cuenca

   

  

Page 2: Damage Atlas historical Cuenca

  

 

 

 

 

 

 

 

S. De Jongh – M. Van Wijnendaele – F. Cardoso – K. Van Balen samat 

Damage  Atlas  of  historical  Cuenca,  Ecuador samat 

Damage patterns  found  in  (mainly earthen) building materials samat 

 

 

 

 

 

 

 

Katholieke Universiteit Leuven, Belgium :: Universidad de Cuenca, Ecuador :: VLIR‐IUOS :: 2009 

Page 3: Damage Atlas historical Cuenca

   

  

Page 4: Damage Atlas historical Cuenca

  

 

Contents 1.  Introduction ..................................................................................................................................... 1 

2.  How to use the Atlas in 3 steps ....................................................................................................... 2 

3.  Cuenca’s cultural awareness, environment and climate ................................................................ 3 

4.  Material and its value, damaging cause and damage pattern ........................................................ 4 

I.  Classification ........................................................................................................................................ 5 

1.  Classification through material type [Which material is affected?] ................................................ 5 

2.  Classification through damaging mechanism [What is the cause?] ................................................ 7 

3.  Classification through damaging pattern [What do you see?] ........................................................ 9 

4.  Classification through building state [What is the actual state?] ................................................. 12 

5.  Classification through severity [How bad or threatening is the damage?] ................................... 12 

II.  Case Studies ....................................................................................................................................... 14 

1.  Aesthetical and surface problems ................................................................................................. 14 

2.  Disintergration (surface to structural problems) .......................................................................... 28 

3.  Surface cracks ................................................................................................................................ 50 

4.  Structural cracks ............................................................................................................................ 52 

5.  Other structural problems ............................................................................................................. 64 

 

Page 5: Damage Atlas historical Cuenca
Page 6: Damage Atlas historical Cuenca

Damage�atlas�of�historical�Cuenca,�Ecuador�(earthen�materials)�� �

1��

1. Introduction��This�Damage�Atlas�wants�to�be�a�helpful�tool�in�defining�damages�and�their�causes�in�historical�building�materials.�Research�methods�and�solutions�for�occurring�problems�are�integrated�as�well.�More�specific,�the� center�of� this� book�are� the�materials� and�buildings� in� the�Unesco�World�Heritage� city�of�Cuenca�(Ecuador).�

A�manual�will�lead�the�reader�through�this�atlas�which�should�be�used�preferably�in�situ�and�in�an�active�way.�The�first�questions�always�should�be�"What�do�we�see?"�and�"What�are�we�talking�about?"�since�a�proper�investigation�and�correct�description�are�necessary.�In�a�second�stage,�"What�are�the�(physical)�damaging� causes?"� and� "What� is� a� sustainable� precaution� or� solution?"� are� critical� in� evaluating� the�seriousness�and�developing�right�decisions�for�damages.��

SaMat� is� the� Systematical� Analysis� of� these� Materials� and� Their� damages� through� centralizing� and�validating�data�on�an�engineering�level.�SaMat�comprises�the�methodology,�the�database,�called�SaMat�Doccenter1,�and�this�damage�atlas�as�resulting�product.�This�master�piece�should�lead�to�our�thesis2�in�partial�fulfillment�of�the�requirements�for�the�degree�Master�of�Applied�Sciences�and�Engineering�(Civil�Engineering).� The� thesis� fits� within� the� VLIR�IUOS� project� "World� Heritage� City� Preservation� and�Management"3.�

We� have� to� thank� all� the� people� who� were� involved� and� extremely� helpful� for� this� project.� Special�thanks�go�to�prof.�Koenraad�Van�Balen,�prof.�Fausto�Cardoso,�arq.�Veronica�Heras�and�our�families.�

Sam�De�Jongh�and�Matthias�Van�Wijnendaele�

Cover�(left�to�right,�top�to�bottom):�Casa�de�Los�Arcos,�Casa�de�Las�Posadas,�Iglesia�Santo�Domingo�and�Casa�de�las�Palomas,�carrying�adobes,�adobe�wall�

There�are�some�copylefts�to�the�authors�on�photos�in�this�book�

������������������������������������������������������������1�SaMat�Doccenter�is�available�online�https://ernie.urania.be/oberon/mvwn/Thesis/doccenterV6/�or�on�the�included�CD�and�is�only�usable�with�Internet�Explorer�(all�versions)�2�2009,�“Earthquakes�and�other�damaging�mechanisms�to�earth�structures�(case�study�Cuenca,�Ecuador)”�3�Information�on�the�project�can�be�found�on�http://vlir�iuc.ucuenca.edu.ec/proyectos_detalle.php?proyecto=20�

Page 7: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

2  

2. How to use the Atlas in 3 steps  This  book  is  intended  for  students  and  professionals  (architects,  engineers…)  involved  in  (problems with) historical buildings  in Cuenca. This book  is a guide  in determining damaging causes and proper solutions but can’t replace the expert.  

Part I of the book comprises definitions, explanations and classifications, while part II (in color) includes the different case studies. 

Step 1    ‐    First, the observed damage has to be classified with the help of the figures in the cases (part II of the Atlas).  The respective definition of the damage type with the probable causes of the damage can be found in part I.   Step 2    ‐    Afterwards, the user’s own hypothesis and further analysis can be compared with the first idea which can be adjusted if needed. Through facts‐analysis and visual inspection, first assumptions can be made and should be verified or rejected by further laboratory and literature research.   Step 3    ‐    In a third stage the opinion and help of an expert or the experience and knowledge of local people can be important since a wrong analysis and treatment can cause further harm to the building. 

Special care should be taken at all times in separating damage and cause clearly from each other. 

All data gathered during our expedition to Cuenca can be found  in the Doccenter database on the CD attached to this Atlas. This database comprises photographs from us and other people, all investigated buildings and damages. Also papers and presentations and  references  can be  found here. This Atlas refers to Doccenter with following symbols 

  Referring to buildingID (building identity number) 

  Referring to photoID (photo identity number) 

  Referring to damageID (damage identity number) 

 

 

Page 8: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

3  

3.  Cuenca’s cultural awareness, environment and climate  The historical  importance of  the  city  center of Cuenca  is big  and UNESCO  approved  this  in 1999 by declaring  it as a cultural World Heritage  site. The awareness of  the  local people and governments  is rising but still on a low level. Academic staff, historians and architects are playing a leading role in the conservation of the historical city. The existing VLIR‐IUOS project is an example of this concern. 

Cuenca is lying in a dale of 4 rivers in the high mountains of the Andes at 2500 m above sea level. The environment  is healthy, but due  to heavy  traffic combined with unrefined oil,  local air pollution  is a great threat for the city.  

At  this height,  the climate  is not  comparable with  the  tropical weather of  the  rainforest and  coastal region  (e.g.  Guayaquil).  In  contrary,  Cuenca  has  a  year‐round  mild  climate  with  an  average  daily temperature of 16°C. The temperature is not varying much during the year with maxima and minima of around 20°C and 10°C respectively (see Figure 1Error! Reference source not found.). It is comparable to the spring season  in Belgium. There are no  temperatures  lower  than 0° measured  in  this period. The rainy  season with  periodic  afternoon  showers,  generally  lasts  from mid‐October  until  early May.  A maximum of 110 mm monthly rain fall is found in April and May, proving the local saying “Avril, aguas mil”4. The relative humidity is less than 80 % (comparable to spring and summer in Belgium). Data from ISMCS v4.0, NOAA National Data Centers  (US Department of Commerce)  for Cuenca and  from Royal Meteorological Institute (KMI) for Belgium were used. 

Since  the earth  is moving around  the  sun  in a quasi‐circle with a 23°27’  inclination,  seasons exist.  In Ecuador however, there is no actual north (where the sun never comes) or no south as we know it. Only between 23rd of September and 21st of March, the sun is standing in the South. This should be taken into account for damages caused by the sun (e.g. algae growth). The sun rises and sets in the East and West, but  its path has only a  little variation to the South or North during the year. This explains the stable climate through the year. 

 

Figure 1: Climate data for Cuenca (source: ISMCS v 4.0, NOAA National Data Centers) and Belgium (source: KMI) 

                                                            4 “Avril, aguas mil”, dixit José‐David Heras Barros meaning “A thousand rain showers in April” 

0

5

10

15

20

25

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Mon

thly Tem

perature (°

C)

Highest Temperature (Cuenca, 7‐year Average)

Highest Temperature (Belgium)

Lowest Temperature (Cuenca, 7‐year Average)

Lowest Temperature (Belgium)

50

60

70

80

90

100

20

40

60

80

100

120

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Relative Hum

idity

 (%)

Precipitatio

n (m

m)

Precipitation (Cuenca, 10‐year Average)

Precipitation (Belgium)

Relative humidity (Cuenca, 10‐year Average)

Relative Humidity (Belgium)

Page 9: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

4  

4. Material and its value, damaging cause and damage pattern  What is damage or deterioration? It’s the reduction of ability to perform up to an anticipated defined standard due  to an unwanted change of any property other  than considered normal. This process of change causes a damage pattern which  is determined by the severity of the damaging agent and  the resistance of the material to the damaging mechanism. When this mechanism is more severe than the material’s  resistance  and  the  damage  reaction  is  higher  than  accepted,  one  speaks  from  damage (Franke & Schumann, 1998). 

On the other side, not all changes are unwanted (e.g. renovation) and some changes can be considered as normal (e.g. renewing outdoor paint). In this last case, weathering or erosion has found place due to the action of weather and environment which is completely predictable.  

Also some damage can be considered faster as damage when the building (or object) is more valuable. As engineering students, we are not participating in the estimation of the (historical) value of buildings. However, we are  influenced by  the enthusiasm of  the Cuencanian historians and architects,  learning the importance of colonial earthen dwellings. 

The  key  issue  on  studying  damages  is  to  distinguish  damaging  patterns  from  their  (primary  or secondary) causes. For example, powdering of bricks is the damaging pattern due to a chemical process introduced by urine (secondary cause). The primary cause is the biological deposit of human urine (see Figure 2). 

 

Figure 2: Building materials are affected by damaging mechanisms resulting in a damage pattern 

 

Material [3] Damaging mechanism [5]

Damage pattern [6]

Page 10: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

5  

I. Classification 1. Classification through material type [Which material is affected?] 

 Different  types of material are used  in  the historical buildings of Cuenca. Next  to cloth  (for ceilings), paint and glass, this section gives a summation of the most important ones. 

Stone  (piedra) and marble  (mármol) – During  the colonial period Pumapungo was declared a public quarry providing stone  for  the  foundations of colonial churches and houses. Also  the 4  rivers were a reference for round stones (piedra del rio). On the other hand the historical buildings  in Cuenca are a reference for honey‐coloured and pink travertine marble from the Sayausì mines (e.g. actual city hall or Alcaldìa,   13).  In  Ingapirca  (  211) diorite stone  (intrusive volcanic stone) was  found. This stone  is characterized by its visible crystals (> 1mm). But also the finer variant andesite stone (extrusive volcanic stone)  is present  in and around Cuenca with  crystals  invisible  for  the eye. Other volcanic  stones are from the pyroclastic, tuff or ashstone type containing bigger fragments (  217). 

Wood  (madera)  –  Eucalyptus  wood  is  used  as  such  in  roofs,  floors  or  as  supporting  element  in composite  walls  (see  bahareque).  The  type,  known  as  Eucalyptus  globules,  was  introduced  from Australia  in  the 1860s  and dominates  the  landscape of  the  inter‐Andean  valleys  (Neill, 2008).  It  is  a hardwood that earns high marks for strength, durability and excellent weathering characteristics similar to  those  of  teak  wood.  Hardwoods  have  pores  or  vessel  elements  that  occur  among  fiber  and parenchyma cells. Cellulose content ranges from 40 to 50% with 15‐25% lignin (less than softwood) and 15‐25%  hemicelluloses  (more  than  softwood).  The  remaining  components  consist  of  various extracellular compounds (Blanchette, 2000). 

Reed  (carrizo) – The reed  in Cuenca  is  found  to be sugar cane  (Saccharum officinarum) and  is  locally called carrizo or  sometimes caña  (de azucar). They also can make  rope or  strings with cut and dried leaves.  In Ecuador also  the  flatter caña guadua and used  in  construction  in  the coastal part and  the Oriente. Do not confuse carrizo with the giant cane or bamboo reed Arundo donax (in Ecuador called carrizo grande or caña brava from which the popular caña drink is made.  

Earth (barro) – Earth can be found on the construction site or at  local extraction sites. Generally very little is known about the characteristics of the mud. The properties for different locations near Cuenca are investigated (De Jongh & Van Wijnendaele, 2009). Earth is used in adobe, tapial and bahareque, as well as in finishing layers and in mortars for cementation of tiles, stones and (adobe) bricks.  

(Polychrome) metal sheets (placas de  latón policromado) – Multicoloured sheets of zinc are found a lot in interior (mainly ceilings) as well as in exterior decoration (Casa de los Arcos,   214). The history of this from Europe  imported sheets  is found  in the nationwide boom  in exports around 1860 (Torres Hidalgo, 2007). 

Wrought iron (hierro forjado) – This iron has a very low carbon content and due to slag inclusions it is fibrous. It is ductile (not brittle) and easily welded. The material was introduced during the 1860 boom (Torres Hidalgo, 2007). 

Page 11: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

6  

Fired bricks  (ladrillo)  – A  ceramic material obtained by preparation, moulding  (or  extrusion) of  raw material  (clay) and subsequent drying and firing at an appropriate temperature (Franke & Schumann, 1998). It is widely used as building material in new constructions in the new district of Cuenca (El Ejido). 

Roof tiles (teja) – This ceramic material consists mainly of clay but it is not known with the usual glaze finish. There shape is semi‐cylindrical (called mission or barrel,   207) or flat (  59). 

Trash of tiles (cisco) – Cisco is found and used as protecting layer on bahareque and adobe masonry (  267).  Broken tiles are applied in the earthen surface layer (revoque). 

Reinforced concrete  (hormigón /  concreto armado) – A construction material composed of cement, gravel, sand and water which hardens after a chemical process called hydration. It is mostly reinforced with steel to increase the tensile strength. It is a modern building material used in Cuenca (Universidad de Cuenca,   260). A decorative concrete floor, called terrazzo was found in iglesia Santo Domingo (  59 and   379) as well. 

Adobe  masonry  (mamposteria  de  adobe)  –  Adobe  walls  should  not  be  mistaken  for  tapial  or bahareque even if they are called so in literature (e.g. Guía de arquitectura). Adobe bricks are made of earth  (containing  sand  and  high  amounts  of  clay), water,  straw  and  sometimes  animal  excrements. They are made  in wooden moulds with dimensions of 25‐60cm by 14‐20cm by 10‐17cm. They can be reinforced with  steel  in  combination with  cement mortar, but  in Cuenca only unreinforced adobe  is found (see Figure 3a). Additives such as asphalt, ethyl silicate and other chemical additives are also not used.  Its  composition  (clay  content,  type  of  clay,  particle  size  distribution,  soluble  salt  content…)  is determinant for the adobe properties (colour, compressive strength, durability…) and is investigated by the authors  in their thesis. Finally, the properties of an adobe brick cannot be plainly extrapolated to the masonry, a combination of earthen joints, wooden reinforcement and adobe bricks. 

Rammed earth (tapial) – Although  it  is not much found  in Cuenca, rammed earth  is a traditional way for  construction  of  walls  (see  Figure  2b). Moist  earth  is  poured  into  a  formwork  (encofrado,  two connected  parallel  plates)  in  layers  of  to  15  cm  thick,  and  then  compacted  by  ramming.  Since  it  is monolithic, a longer life is granted in comparison with adobe (Minke 2006). 

 

Figure 3: (a) An unfinished adobe wall in Cuenca (SaMat Doccenter  206); (b) Shrinkage cracks and production joints of tapial in Ecuador (Minke 2006) (c) A rural house made of bahareque (SaMat Doccenter  322) 

Wattle‐and‐daub (bahareque) – In the wide surroundings of Cuenca, bahareque is made of wood, reed and earth and  is known as bahareque de  tierra  (see Figure 3c). The primary  (diagonal V‐structure or crossed) and secondary  (vertical parallels heart‐to‐heart 40 cm) structures are always made of wood. Regularity in this framework is rare since windows and doors are introduced in the structure. The reed is braided on both sides of this structure. Since the cavity between the reed is not filled we are dealing 

Page 12: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

7  

with hollow bahareque (tierra hueco). Afterwards a thick earthen layer (revoque) with straw and a thin earth‐chalk layer (empaneite) are applied (Ortiz Crespo, 2005). 

Lime plaster (empaneite, yeso) – Although earthen surface finishes are found as well, a  lot of (adobe and brick) buildings are  finished with  lime plasters. Lime plasters are a mixture of calcium hydroxide and sand. 

Cement plaster  (cemento) – Cement  is  regularly used  as  surface  layer  and  is  a mixture of  (plaster,) sand, Portland cement and water. The choice is (often incorrectly) based on its high strength and water resistant properties.  

For an overview of how and where these materials are used in the historical buildings of Cuenca, the authors are referring to their thesis. Patios and balconies (decorated with wrought iron) with a wooden structure, ceilings of wood or zinc are typical. A traditional colonial dwelling may consist of river stones at the basement, adobe masonry on the ground floor (paved with floor tiles or small river stones) and bahareque for the upper floors (with wooden floors). Tiles on the roof and cisco at the side walls makes it complete. But also brick masonry is frequently found. Sometimes they are left naked, but often they are finished with travertine marble or – more common – decorative plasters.  

 

2. Classification through damaging mechanism [What is the cause?]  We  can  also  classify  the  damages  by  its  cause  or  damaging mechanism  (see  Table  1).  This  gives  a structural overview of the probable risks for the historical buildings in Cuenca. The damages are always listed per  cause  from  structural  (e.g.  collapse)  to aesthetical  (e.g.  staining). We  should mention  that some damages only can be caused in one time (an impact) and other by a continuous action (erosion). It is also important to understand the place of a damage pattern in the buildings life cycle starting from the design (e.g. general error/risk) to the end (e.g. no intervention). 

 

Page 13: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

8  

Table 1: Classification by damaging mechanisms (or causes) 

CAUSE  SPECIFIC CAUSE  DAMAGE PATTERN Mechanical  (Over)loading 

Settlement Wind Use Impact Traffic Seismic 

Deformation, crack, spalling Leaning, deformation, crack Leaning, erosion, pitting Crack, corrasion, polishing Chipping, crack, cut Crack Collapse, crack, loss of material 

Design  Renovation (/reparation) Design Construction Maintenance 

Destruction (+ new), loss of material, change of impression General error/risk, structural instability, crack, choices Applied material, technique or system Incorrect use, incorrect / no intervention 

Physical  Water   Salt   (Differential) expansion 

Bending, erosion, (network) crack, powdering, sanding, bulging, loss of bond, peeling, blistering, fading, staining, soiling, rotting, softening (network) crack, powdering, crumbling, encrustation, scaling, spalling, delamination, exfoliation, (crypto)efflorescence, patina, blistering, patina Crack 

Chemical  Metal corrosion Sun (UV) Fire Air (pollution) Water, gases, acid Graffiti Soot 

Conversion, crack, loss of bond, staining Fading Destruction, crack, spalling, blackening Soiling Crack, conversion, staining Staining Soiling 

Biological   People and animals Beetles Moulds Algae Lichens, liverwort, Fern Higher plants Moss 

Conversion, deposit Structural instability, loss of material, change of impressionConversion, visible Peeling, visible Visible Visible Structural instability, crack, loss of bond, visible Sanding, visible  

 

Page 14: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

9  

3. Classification through damaging pattern [What do you see?]  A brief list of damage jargon with description is given here since it is not always easy to describe what you are seeing  in situ  in one word. This  is  the starting point  for users of  this Damage Atlas since  the causes can be determined out of the observation of the damaging pattern. 

Change of impression 

Caused by new design due to renovation/reparation 32 and attack of beetles 94 

Discoloration Fading5 :  paint ‐ Loss of colour intensity or brightness of colour 

    Caused by water 49 and ultraviolet radiation (sun) 74 

Staining5:  a spot of distinct colour  

    Caused by water 50, polluted water 82, corrosion 73 and graffiti 83  

Blackening:  caused by fire 78 

Deposit 5:  material accumulated on the surface; exogenic (dust, dirt) / endogenic (efflorescence) 

Caused by people and animals 91 

Soiling5:  is the exogenic deposit of uncrystalline and unconsolidated material (e.g. dirt, soot…) 

    Caused by water  51, air pollution 79 and root 85 

Encrustation:  is the crust‐like deposit with good adherence of whitish and dense mortar constituents 

Caused by salts (leading to crust formation)  58 

Efflorescence:  is the endogenic formation of soluble (white) salts deposited on surface by capillarity Called crypto‐efflorescence if beneath the surface 

Caused by salts 63 

Visible biological growth (can be mistaken for a deposit)  Higher plants:  building material is used as substratum; determine their type by comparing images 

Caused by growth of trees, plants and grasses  109, mosses 110 and fern 105 

Lower plants:  sometimes mistaken for mosses; determine their type by comparing images 

Algae5:    lower plants consisting of single cells or groups of cells 

Caused by algae growth 102 and lichens (a combination of algae and mould) 103 

Mould5:  eucariotical micro‐ and macro‐organisms which subsist on dead organic matter 

Caused by mould growth 98 

Transformation5 involves a chemical conversion of the surface material Patina5:   change of very thin surface layer protecting the underlying material from degradation 

                                                            5 (Franke & Schumann, 1998) 

Page 15: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

10  

    Caused by oxidation 86 

Conversion:  chemical alteration of the material (in combination with other damaging patterns) 

Caused by moulds 99, water/air pollution 81, people/animals 90 and corrosion 70 

Rotting:  wood – (hemi‐) cellulose and lignin undergoes chemical alteration by microbes 

Caused by water 52 

Disintegration, loss of material or loss of cohesion 

    Caused by beetles on wood 93, caused by design renovation/reparation  31 

Pitting:    small pits formed by wind erosion  9 

Crumbling5:  adobe/bad brick ‐ Falling apart into small shapeless lumps 

    Caused by water (adobe)  67 and salt (brick) 56 

Powdering5:  brick – Loss of coherence starting from the surface resulting in fine powder 

    Caused by water 43 and salt 54 

Sanding 5:  mortar – Lack of cohesion due to granular disintegration 

    Caused by water  44, salt 55 and growth of mosses 111  

Erosion5:   abrasive wearing away of material creating a relief at the building material’s surface 

    Caused by wind  8 and water 41 

Corrasion5:  also called mechanical erosion, erosion by mechanical forces (use or impact) 

    Caused by an impact  16, mechanical forces during use 13 and polishing  15 

Cut5:    scratch (superficial loss of material), cut (line of division) or puncture (penetration) 

    Caused by mechanical impact  18 

Layering   subdivided into delamination and exfoliation Delamination5:  separation of an originally laminated material into one or more layers 

    Caused by salts  61 

Exfoliation5:   separation of an originally homogeneous material into one or more layers  

    Caused by salts  62 

Spalling 5:  Detachment of a relatively thick part of surface 

    Caused by overloading 3, earthquakes 22, salts 60 and fire 77 

Scaling5:  Scale‐like detachment of a relatively thin part of the surface 

    Caused by salts  59 

Loss of cohesion concerns a type of deterioration where the material is no longer bond Softening:  The transformation of clay minerals changes adobe’s macrostructure by swelling 

    Caused by (excess of) water  68  

Page 16: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

11  

Loss of adhesion concerns the detachment of one material from another     Peeling5:  Detachment due to loss of adherence between surface and paint film or plaster finish 

    Caused by water  47 

Blistering5:  Dome‐like detachment of part of surface by local swelling/expansion (paint on plaster) 

    Caused by water (transport)  48 and salt 66 

Loss of bond5:  Detachment of mortar or rendering from masonry… (relatively thick layer) 

    Caused by water 46, corrosion 72 and higher plant growth (roots) 108 

Cracks5:  Lines of division which will go completely through the material (> 0,15 mm) 

Caused by overloading  2, settlement 6, use 12, impact 17, traffic 19, earthquake 21, design error 35, water 57, diff. expansion 69, corrosion 71, fire 76 and plant growth 107  

Crazing5:  network cracking, a network of hair cracks < 0,15 mm 

Caused by water  42 and salt 53  

Deformation 

Bulging5:  Caused by water  45 

Bending5:  Caused by overloading  1, settlement 5, water  40 

Leaning 5:  Caused by settlement  4 and wind 7 

Destruction:  collapse or by purpose destruction of a (part of a) building 

    Caused by earthquake  20, design (combined with new construction) 30, fire 75 

Risk  

Error/risk  Caused by error in the design process  33 

Instability   Caused by error in design  34, by beetles on wood 92 and higher plant growth 106 

Wrong choice  of material, technique or system in the design process can cause problems in the future 

    Caused by error in design  36 

Incorrect use  is introducing risks for the future 

    38 

Intervention  during reparation or the lack of intervention is a risk for future damages 

    39  

Page 17: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

12  

4. Classification through building state [What is the actual state?]  For the conservator, historian, architect or engineer the actual state of the building is important for her or his inspection. Some buildings are just renovated and every damage pattern is or structurally solved or  camouflaged  by  cosmetic  repairs.  There  is  of  course  a  difference  between  extremely  altered dwellings and carefully restored houses (  50).  

Most of  the buildings are  in a phase of degeneration or consolidation, no  interventions are planned. Some major problems are clearly visible (  74).  

The most interesting observations are made in buildings under renovation. After removal of the surface layers and ceilings, the structure is visible and it is possible to follow the repairs day by day and to talk with the handicraftsmen (  43).  

 

5. Classification through severity [How bad or threatening is the damage?]  Most problems  such  as  graffiti  are  luckily  aesthetical or  superficial. But  these damage patterns  can evolve to more structural problems and indicate delicate places. 

In a  lot of other cases,  the  functionality of  the material  is  lost by disintegration or a general  loss of bond. In the first case, the material  is converted by chemical or biological attack often combined with the presence of water. Material  is also  lost by different kinds of  loss of adhesion (between 2 different materials)  or  cohesion  (in  1  material).  It  is  an  ‐  often  slow  –  irreversible  process  and  should  be prevented.  

Cracks are commonly known as a structural and dangerous problem. Cracks often  indicate structural instability,  high  vulnerability  for  earthquakes  and  a  future  collapse.  But  also  superficial  cracks  (e.g. network cracking) can occur.  

Structural problems  such as deformation of  structural  construction elements, effects of  fire and  the intentional destruction of historical buildings are the most unwanted damages.  

The order of  the case  studies  is using  this classification,  through  increasing  severity of  the damaging patterns and risks.  

 

Page 18: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

13  

Page 19: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

14  

II. Case Studies 1. Aesthetical and surface problems 

 

Damage:      staining (discoloration)  Cause:      chemical ‐ graffiti  Building:    Iglesia San Blas (  1), Pasaje Hortensia Mata (  27)  Graffiti  is  typically  an  (intentional)  human  intervention,  which  causes  (almost  always)  aesthetical unwanted staining. Older graffiti can attract other new ones. The location of the affected building is an important parameter; degraded neighbourhoods (  49) or places of manifestation (  118) are more suffering.   Solution and Prevention: For plasters, paints and earthen layers, the best solution is to paint over the graffiti  (  279).   For other materials  such as brick and natural  stone  (  252),  there are 3 different preventive  treatments  possible  (van  de Weert,  2004).  Epoxy  or  polyurethane  pore  filling  resins  are permanent,  long  lasting and resistant but their high diffusion coefficient causes problems  in materials with high water content  (such as adobe and bahareque).  In contrary, an acrylic emulsion functions as sacrificing and temporary layer which can be washed off together with the graffiti. It is very useful since it  is  not  hydrophobic  and  not  preventing  diffusion. A  combination  (semi  permanent)  is  the  optimal solution, but is predicted as more expensive. 

 Damage:    soiling Cause:    chemical – soot Building:    Hotel Victoria (  95) and Catedral de la Inmaculada (  25)  Although soot can cause unwanted blackening (especially on white painted chimeys,   262), no other solution  is  given  than washing  or  repainting. We  should mention  that  candles, where  the  soot  is  a witness (  452), are a serious threat for the fire safety.   

Damage:    blackening (discoloration) Cause:    chemical ‐ fire Building:    Catedral de la Inmaculada (  25), Edificio San Agustin (  24)  This  kitchen  (   1469)  is  blackened  during  use.  During  the  June  2008  fire  the  building  was  partly destroyed and this wall suffered from blackening (  1040).  Solution  and  Prevention:    Fire  should  be  prevented  as much  as  possible,  but  blackening  is  not  a threatening damage and will not evolve further. 

  

83

85 

78 

Page 20: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

15  

  

   49                  118            279  

      

 252                   262                en 

  

 452                  1469               1040  

Page 21: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

16  

Damage:    deposit Cause:    biological – people and animals Building:    Casa de las Palomas (  74)  Peoples and animals deposit such as faeces and bird nests (  1105 and 1301) causes  just aesthetical damaging patterns in most cases. Prevention can diminish the future maintenance costs. 

 Damage:    change of impression Cause:    biological – beetle / moth Building:    Iglesia de Santo Domingo (  59)  Beetles can cause structural and disintegration problems, but in a lot of cases, just aesthetical problems are found (  340,   377). 

 Damage:    visible lichens Cause:    biological – lichens (chlorophyllous) Building:    Casa de las Palomas (  74)  Lichens exist in unpolluted environments, such as Ingapirca. They are not considered to cause damage. Since they are grey, they are probably “Diploicia canescens”6 (  315) 

 Damage:    visible fern Cause:    biological – fern (chlorophyllous) Building:    Catedral de la Inmaculada (  74)  Fern is a protected species and should not be removed therefore. It is not considered to cause damage  (  562). 

  

                                                            6 http://www.lichenology.info/ 

103

105

94 

91 

Page 22: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

17  

 

  

 1105         1301       340  

    

 377                 315  

    

 562   

Page 23: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

18  

Damage:    visible algae Cause:    biological – algae (chlorophyllous) Building:    casa Arizaga Guzman (  39)  These algae are greenish and grow in a shaded place (stairs between two high buildings). No direct sun radiation and exposition to rainwater are contributing to the growth of algae here (  246).  In this wet climate, there is a big risk for biological damage. The water source here is waterfall (  167, 171, 172) and algae grow giving a black shine. Further research: To be sure, it is recommended to look after the formation of gypsum crust on cement. The black shine is than caused by air pollution.

 Damage:    visible higher plant (general) Cause:    biological – higher plants (chlorophyllous) Building:    El Chagra’s restaurant (  207)  This small restaurant is a typical remnant of traditional houses with only a ground floor in the historical city  (  218). Growth of higher plants  is not harmful as such, but can be a witness of general  lack of maintenance of the whole building. 

 Damage:    visible moss (higher plants) Cause:    biological – moss (chlorophyllous)  Most occurrences of mosses  are not  very dangerous  (  227), but  they  can  secrete  acids which  are harmful for mortars (see next case). 

 Damage:    sanding of mortar Cause:    biological – moss (chlorophyllous) Building:    Catedral de la Inmaculada (  25)  Mosses do not have genuine roots, but rhizoids that secrete acids which dissolve the mortar binder (  510). In very wet circumstances a relatively weak mortar can be turned into loose sand within one year (Franke and Schumann, 1998).   Further  research: Measuring  the  pH  of  the  affected mortar  can  exclude  other  possible  damaging causes. A low pH in combination with visible mosses, proves the growth of rhizoids. Some mortar tests were carried out in this building (  25) (see page 34). 

 Damage:    loss of bond Cause:    biological – higher plants (chlorophyllous) Building:    Iglesia de Santo Domingo (  59)  Higher  plants  and  its  roots  can  cause  serious  damage  growing  between  tiles  and  bricks  (   1315). Maintenance is recommended to prevent higher reparation costs.  

111

108

110

109

102

Page 24: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

19  

  

 246                 172          

  

 218                 227  

  

 510                 1315   

                 

Page 25: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

20  

Damage:    efflorescence and blistering/peeling Cause:    physical – salts Building:    Catedral de la Inmaculada (  25)  In  the  tomb of  the main  cathedral  salts were  found  in  the  first half meter above  the ground. Rising damp is the damaging cause since the brick masonry is in contact with the ground. Next to (beautiful) salt efflorescence (  449), blistering and peeling of the paint were found as well (  456 and 694). 

 Damage:    efflorescence Cause:    physical – salts  Building:    Hotel Victoria (  95), Catedral de la Inmaculada (  25)  Although initially designed to be finished with a layer of plaster and paint, naked masonry facades are characterizing  calle  Larga.  Due  to  inadequate  eaves,  rain  water  is  washing  the  bricks  regularly introducing salt efflorescence after drying (  257). Furthermore, after cleaning with water under high pressure,  salts crystallized on  the domes of  the main cathedral  immediately  (  516, 2078,  see page 34).  It is interesting to mention that salts were only found on bricks and not on earthen materials. However, it is very probable that high salt contents are present and causing damages to adobe and bahareque. 

 Damage:    peeling (loss of adhesion) Cause:    physical – water Building:    Casa de las Palomas (  74)  Wood exposed  to rain or a high content of moisture, will be damaged on  its paint.  It  is known as an aging process when no maintenance is carried out. Peeling (  604) and blistering is found.  Solution and Prevention: In the case of wood, we can refer to a publication of Iowa University (1994).  

Damage:    blistering (loss of adhesion) Cause:    physical – water Building:    Iglesia de Deleg (  228)  Blisters mostly occur on paints with low vapour diffusivity attached on earthen materials such as adobe (  694). Water  (coming  from condensation or drying processes, rain  infiltration…)  is prevented  from evaporation by this paint and small spaces (bubbles) filled with vapour are growing. Paint  is detached from  the substrate and  if  the spots burst  (already visible here), more water  is  introduced behind  the paint. This  is how the damaging pattern will evolve from  innocent blisters to paint peeling and adobe softening.  Prevention: Prevention  is easy by using paint  that allows vapour  transport and by protection against water contact (rain and other sources).   

63, 66

47 

48 

63 

Page 26: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

21  

    

 449                   456  

    

 694                    516            

  

 604             257                2078 

Page 27: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

22  

Damage:    fading (discoloration) Cause:    physical ‐ water Building:    Casa de las Palomas (  74)  The ceilings of  the  first  floor of casa de  las Palomas are made of  zinc. Water  infiltration  from above introduces discoloration of the paint on this metal sheets (  600). 

 Damage:    staining (discoloration) Cause:    physical ‐ water Building:  Iglesia de Santo Domingo (  59), casa de las Posadas (  50),     

la Bella de Paris (  221) and la casa del coco (  41)    Red paint is washed out and deposited on the white paint on the wall (  343).    685 of casa de las Posadas is made outside the project area. The road is in poor condition and on very 

rainy days with heavy  traffic water  is  splashed onto  the  façade  (up  to 2m high). The plaster on  this recently restored colonial house (adobe) is in good condition which is accredited to the choice of good paint (allowing vapour diffusion).  Rain water infiltration in patios is also a known problem though in this case watering the plants can also be an explanation (  177).  The restoration of la Bella de Paris is in many ways very successful. However, dealing with rising ground water  is  essential  in  the  design.  Inside  walls  are  showing  sever moisture  stains  immediately  after construction (  410). Furthermore, rising damp is not solved by applying cement mortar on the lower part  of  the wall  (   414).  The  ground water will  rise  above  this  plaster  resulting  in  staining,  loss of bond… A cement layer can only serve as protecting layer against splashing.  Solution and Prevention: An  impermeable membrane (or chiva) on the bottom  is needed to stop the water transport. 

 Damage:    staining (discoloration) Cause:    chemical – metal corrosion Building:    Catedral de la Inmaculada (  25)  The statue of Holy Santa Anna on the main cathedral  is made of bronze and placed on brick masonry. The green  staining  is  caused by  corrosion of  this  statue  (  479). The powdering of  the bricks  is not correlated with the corrosion process (see page 32).  

50 

49 

73 

Page 28: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

23  

  

   600            343             685  

      

 410                   414  

      

 177                    479 

Page 29: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

24  

Damage:    polishing Cause:    mechanical – use Building:    Casa de las Palomas (  74)   Stairs or steps are the most popular place to  find polishing. The  frequent and abrasive use of natural stone  (   592)  has  led  to  this  shiny  and  slippery  erosion.  It  is  not  considered  as  damage,  but  as  a predictable weathering process. Therefore, solutions and prevention are not an issue here.  

Damage:    change of impression Cause:    design – renovation/reparation Building:    Hotel Crespo (  108), Casa de las Palomas (  74)  The structural stability  isn’t affected while  introducing a new entrance  in this hotel on calle Larga, but other effects are not less important (  238). The total concept and harmony are changed forever while the  functionality will probably  increase. This operation gives a  full view of  the brick masonry  that  is hidden behind plaster and natural stone in normal conditions.  Though lime plaster is frequently used without problems, the application of lime plaster is sometimes a debatable intervention (  2028). We refer to the thesis for a more detailed discussion.  

Damage:    loss of original materials Cause:    design – renovation Building:    Catedral de la Inmaculada (  25)   It  is  thought  that  the  light  blue  tiled  domes  –  a  symbol  of  Cuenca  –  of  the main  cathedral were completely  covered. A  closer  look  is  showing  cracks  in  the  tiles  (see  II.3) and absence of  tiles  in  the corners (  504). Instead, we found cement mortar which, in first place, is only an aesthetical issue.  

Damage:    change of impression Cause:    design – renovation / reparation Building:    casa municipal de Gualaceo (  245)   New  constructions  in  historical  valuable  dwellings  need  to  be  designed  very  carefully.  This  colonial building with typical patio and walkway  is mutilated by a new concrete stair case which combines the wrong  choice  of  location, material  and  geometry.  The  stair  case  is  removed  again  after  structural bearing problems (  1638).  The renovation of the old municipality of Gualaceo  included new materials and techniques  instead of the old ones, a doubtful new concrete stair case, the broadening of the entrance and the removal of bearing walls. All these interventions caused cracks and instability and therefore we refer to the case on page (see page 56).  

15 

31 

32 

32 

Page 30: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

25  

  

     592  

              

 238                       2028  

      

 1638                   504 

Page 31: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

26  

Damage:    change of impression Cause:    design – renovation / reparation Building:  Corte Superior de Justicia (  19), casa del Coco (  41) and 

casa Sempertegui (  119)  Patios are typical for the colonial style and are used  in nearly every dwelling  in the historical city. The last decades, patios were covered by modern steel or wood constructions containing glass. The result doesn’t have to be an architectural disaster. One can judge for its one whether the dome on the Court was a good choice or not (  21, 24, 22, 208). Mind the rebars to take the thrust and tensile forces  in the corners (   24). Also casa del Coco has a covered patio of metal and glass (  180).  Houses such as casa Sempertegui (  838) and casa de las Palomas still have their original patio.  Research: Some research was done by prof. arch. Pacurucu (thesis about patios  in Cuenca). The aerial views by local promoter prof. arch. Cardoso make it possible to discover changes in time of patios… that are invisible from the street. 

 

32 

Page 32: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

27  

 

  

 838                180  

  

 21                 24  

  

 22                 208  

 

Page 33: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

28  

2. Disintergration (surface to structural problems)  Damage:    patina, spalling Cause:    mechanical – overloading Building:    Incan ruins of Ingapirca, Cañar (  211)   Different magmatic  stone  (igneous  rock)  types occur  in  this highly volcanic  region. This volcanic  rock (magma didn’t reach the surface) is the intrusive diorite stone because the crystals are visible (  320).  The  green  colour  is  a  patina which  indicates  the  presence  and  oxidation  of  copper.  Due  to  stress concentrations caused by tourists walking on the remnants of the ruin  in combination with very small or no joints, the stone was overloaded and developed cracks. A thick surface layer is pushed off finally ( 320). 

 Further research: Biological growth is also a possible cause, but in that case the color is deposited onto instead of into the surface. Organic materials can be identified by heating it with fire.  

 Damage:    erosion, pitting Cause:    mechanical – wind  Building:    Iglesia de la Virgen del Rosario de Biblian (  217)   This volcanic andesite stone developed small pits at the most vulnerable spots (  333). The church  is situated on a steep hill where an intensive wind blows. This wind is the main cause of the erosion. 

 Damage:    corrasion (= mechanical erosion) Cause:    mechanical – use  Building:    Convento del Buen Pastor (  3)  The corner of this adobe building is situated at calle Simon Bolivar and plazoleta de San Blas (  73). The corner  is  protected  by  the  use  of  hard  natural  stone whereby  only  the  painted  cement  plaster  is affected. At the corner of the Mariscal Sucre and General Torres street,  it  is more visible how natural stones are used for corrasion protection (   814). 

 Damage:    mechanical Cause:    mechanical – impact Building:    casa Herederos Bravo Narea (  32)  Making holes with a drill (impact) has led to the loss of cement plaster attached to brick masonry. This example also illustrates that nearly every building in calle Simon Bolivar is made of brick (  150). 

 

65, 3

8, 9

13 

16 

Page 34: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

29  

    

 320                      333  

  

 73   

    

 814                 150 

Page 35: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

30  

Damage:    staining, bulging, loss of bond Cause:    physical – water  Building:    iglesia de Santo Domingo (  59)  Water  infiltration  caused  pull  off  of  the  paint  (   338). Moisture  staining  and  bulging  initiated  this damage to the surface layer. At first, this damage doesn’t seem to cause further harm. But other beams suffered from structural instability after rotting of the end of the beam. At all time, contact of structural wooden elements with water should be prevented. Above  this beam, a  tiled  roof  in bad condition  is found.  

 Damage:    visible mould Cause:    biological ‐ mould (non‐chlorophyllous) Building:    iglesia Santo Domingo (  59), iglesia San Francisco (  114)  The fruitbody of a mould is visible on this painted wooden ceiling (  344 and 756). The type of mould is not known and further research is possible, but it is most probably the dangerous Serpula Lacrimans. It is not easy to treat this wood‐attacking mould, careful removal is recommended.  

 Damage:    rotting and bending Cause:    physical ‐ water Building:    iglesia de Santo Domingo (  59), casa Manosalvos (  242)  The wooden floor of this church is constantly wet. The source is definitely the ground in direct contact with the floor. The problem also exists where a cavity between the floor and the ground is made. This is due  to  the absence of natural  ventilation.  Stress  concentration by  swelling of  the wood7  introduced deformation and bending of the elements (  1318).   The  wood  seems  to  be  in  a  constant  wet  condition,  there  is  no  cyclical  drying  and  wetting.  In combination with the applied wax, there is no contact with the air which declares that there is – at first surprisingly – no gradual  rotting process  is  found. Other damages will  certainly be  introduced when interventions to dry the floor are made.   In  casa Manosalvos water  penetration  has  severely  deteriorated  the wooden  bearing  structure  (  1160). This picture is made at the basement beneath an overloaded and demolished balcony (see page 54). 

 Damage:    disintegration of material  Cause:    biological ‐ beetle Building:    casa municipal de Gualaceo (  245)  Beetles were allowed to damage this wooden door as far as you can see through  it now (  615). The structural stability was investigated in a wooden column (  2101) by removing the affected parts and estimating the remaining section. The pops and eggs became visible.  

                                                            7 Water and high humidity result in frequent wetting and drying cycles, which promote swelling and cracking of wood (Hughes et al, 2000) 

50, 45, 46

98 

93 

52, 40

Page 36: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

31  

  

 338                 344              756  

  

 1318                 1160  

  

 615                    2101   

Page 37: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

32  

Damage:    sanding and erosion of mortar Cause:    physical – water  Building:    catedral de la Inmaculada (  25),  iglesia de San Blas (  1)  The  composition  of  the  mortar  in  the  main  cathedral  (   1483)  is  investigated,  as  well  as  the deterioration by mosses (by measuring the pH, see page 34). Where the rain can penetrate, the mortar is leached or washed away (  547, reservoir is flooded, see page 38). Water and soiling exist together. The upper 4  layers are disjointed  from  the base  structure; collapse  is possible  in  the near  future  (  512). At some places whitish material, most likely precipitated calcite from dissolution of the mortar, is deposited as well (  46, mind also the drainage pipe).  Further research: Pointing hardness can be measured with the Schmidt Pointing Hardness tester (PM, PROCEQ SA, Swiss) providing a measuring head having a cylinder‐like shape (8 mm) and rounded at the measuring end (MDDS Compass, 2008).  

The characterization of mortar can be done by determination of  the dry density and porosity  (RILEM CPC 11.3 method) and by microscopical and petrographical analysis (covering optical microscopy, X‐ray diffraction analysis, SEM‐EDAX…) to determine the type and volume fractions of aggregate, binder and additions (Compass, 2008). 

 Damage:    softening and erosion of adobe Cause:    physical – water  Building:     200 and casa municipal de Gualaceo (  245)   Adobe has  to be protected against excess of water. The main  reasons  for water  infiltration are  rain, splashing, rising damp or high relative humidity. This adobe wall (  205) is protected against rain water by brick layers at the top. Splashing and ground or street water rise is not prevented. The deterioration starts  from  the  foot by  softening  and erosion of  the  adobe.  In most  cases,  the  foot  is protected by stones, bricks, tiles or a combination (  673).   Another threat for adobe are the built  in drainage pipes. The risks are high and the damage  is always big and the reparations are expensive.  In this house, the problem was discovered after softening and erosion of the adobe wall (  1483). 

     

44, 41

68, 41

Page 38: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

33  

          

 205                     1483  

  

 1483              547           46  

            

 512                  673 

Page 39: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

34  

Damage:    conversion  Cause:    biological – people and animals Building:  catedral de San Blas (  1), monasterio de Nuestra Señora de 

la Concepción (  99)  People  in Cuenca have the bad habit to pee where (small corners are preferred and churches are not skipped)  and  when  they  want.  This man  was  caught  on  picture  in  action  (   44).  Afterwards,  the powdered brick and eroded mortar is clear together with the remnants of a cross. Also the pavement is renewed, but affected again. Only the river stone is inert to this attack (  48).  Prevention: The problem can be solved by installing public toilets or – more effective – by constructing crosses on high‐risk places (  270).   

 Damage:    powdering of brick, erosion of mortar Cause:    physical – water  Building:    catedral de la Inmaculada (  25)  Regularly rain water is standing in the reservoir, bricks and mortar are severely attacked (  513, 514). The  whitish  deposit  can  be  efflorescence  of  salts,  but  also  precipitated  calcite  from  the  dissolved mortar.  Powdering of brick will happen faster when the firing has found place at low temperature. This means that there was only little vitrification and the material was not completely converted into the necessary glass‐like  amorphous  solid.  The  clay  particles  are  only  loosely  bonded  and  contact with water will dissolve them and wash them away. 

 Damage1:    powdering of brick, erosion of mortar Cause1:    physical – water  Damage2:    efflorescence Cause2:    physical – salt  Damage3:    erosion Cause3:    mechanical – wind  Building:    catedral de la Inmaculada (  25)  This wall (back of the pedestal of Saint Anna’s statue on the main cathedral) is affected clearly by rain and wind erosion (  554). Salt efflorescence is also visible and joining the deterioration process. Don’t mind  the  green  stain  at  the  right;  they  are  caused by  corrosion of  the  statue.  The  remark on brick powdering and vitrification in the previous case is also valid in this case. 

 Damage:    scaling (exfoliation), crumbling, efflorescence Cause:    physical – salt Building:    iglesia de Santo Domingo (  59)  The bottom of these tiles  is affected by penetration of rain water. Small surface  layers are scaled, the tile is crumbling and efflorescence of the deteriorating salts is visible on the tiles and on the mortar (  1227). 

90 

43, 41

43, 41

63 

59, 56, 63

Page 40: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

35  

  

 44               48                   270  

      

 513                    514  

       

 1227                    554 

Page 41: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

36  

Damage:    Erosion (mortar), powdering (brick), soiling Cause:    Combination of air pollution, rain and wind Building:    Catedral de la Inmaculada (  25)  Some roofs are made of brick masonry comprising brick and mortar (e.g.   59 and 25). The roof of la catedral de  la  Inmaculada  is entirely exposed  to  rain  since  it  is unprotected. Mark  the difference  in exposure and therefore also brick vulnerability between vertical walls and, in our case, horizontal roofs.   On  the  other  hand,  air  pollution  is  a major  problem  due  to  the  burning  of  fossil  fuels  of  traffic. Compared  to other South‐American cities  (Quito, Sao Paulo, Santiago…)  the problem  is  less severe  in this smaller and relatively isolated city.  Also the high altitude which allows lower octane fuels and thus lower  aromatic  components  is  an  advantage.  But  the  problem  is  bigger  than  in  Europe  or  other developed  countries. Use  of  leaded  oil, more  limited  refinery  capabilities  and  not  adopted  cars  are leading  to  dangerous  exhaust  and  bad  air  quality.  SO2  and NOx  are  the  primary  and most  harmful components (Sollars & Gee, 1997).  First the mortar is leached out; afterwards the bricks can start powdering but generally remain in good condition (  482). The influence of orientation of wind and rain is clear (  1484 where the left side is exposed and severely attacked unlike the right side). Typical black soiling is occurring at both the bricks and joints (  482).  Research: The pH of the soiling deposit is measured (  1729, resulting in pH 6). A simple pull‐off test is carried out  to determine  the state of  the bricks by  the cohesion and  tensile strength  (  2079). Both tests  are  carried  out  by  arch. Wilson  Pacurucu  (Universidad  de  Azuay).  It  is  also  recommended  to investigate  the damaging mechanisms more  in deep. The  concentration of different  contaminants  in the air and rain as well as the engine exhausts can be a future thesis topic.   Solution  and Prevention: Although  soiling  is not  a  structural damage,  it  is unwanted on one of  the symbols of the city. Cleaning with water under high pressure seems to be the only possibility but not without danger (  478, see next case study). Soiling can be prevented on different levels. On national level legislations for better oil refinement and cars is needed, on local level the city center can be made car free. Since these long term options are not likely to get implemented soon, prevention with surface treatments should be considered.  

Damage:    Incorrect intervention Cause:    Maintenance Building:    Catedral de la Inmaculada (  25)  Since the black soiling is unwanted, high‐pressure water treatment is used to successfully remove it (  478).  It  is  likely that the soiling served as protecting  layer for the bricks against weathering processes which  is now  lost.   Furthermore the porous bricks are extremely wet and due to the wet climate,  it  is impossible to dry profoundly (especially for the second and slow drying period of a brick). Efflorescence (   2087  and  63)  is  proving  this  problem.  The  planned  application  of  hydro  repellent will  have  a disastrous effect. The water will evaporate at the interior side of the dome, causing moisture spots and spalling of the plaster since no effective outside repellent can have a higher diffusion coefficient than the plaster. The solution is a (temporary) shelter and (natural) ventilation to allow drying. 

41, 43, 51, 79

39 

Page 42: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

37  

            

 1484             1729                             

 482  

                 

               2087  

 

 

                         

  

 2079             478 

Page 43: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

38  

Damage:    loss of bond Cause:    physical – water Building:    convento de Buen Pastor (  3), casa de las Palomas (  74)  Problems with drainage and eaves are very common. The main  reasons are broken  tiles or drainage pipes. Traditionally the eaves are built up from wood and finished with reed (carrizo) and (cement or lime) plaster  (see page 42). When  (rain) water  infiltrates,  these materials  cannot  cope with  this;  the reed starts rotting  (presence of water and oxygen) and  the plaster softens and  falls of under  its own load. The examples are plentiful and diverse (  72, 632).  

 Damage 1:    loss of bond Cause 1:    physical – water Damage 2:    bending (deformation) Cause 2:    mechanical – overloading  Building:    casa de las Palomas (  74)  Also  inside  the dwellings, water  infiltration  causes harm  to  traditional  ceilings  from wood,  reed  and plaster  (   2140).  The  plaster  comes  off  and,  when  badly  repaired  with  cement,  suffers  from overloading (  2160). 

 Damage 1:    loss of bond Cause 1:    physical – water Damage 2:    no intervention Cause 2:    design – maintenance  Building:    casa Eljuri (  16) and Vieja hospital de Gualaceo (  247)  Brick (  102 and other examples   152 and 301).  It is not sure if there was ever an earthen layer (revoque) applied on this bahareque side wall (  204). Anyway this protection should have been applied, especially when such small eaves (corrugated steel plates) are found. Water washes away the earthen layer when exposed to rain. In this case, the primary and secondary structure of bahareque is visible.  It  seems  that  this  bahareque wall was  filled.  The  protecting  earthen  layer  is  lost  due  to  a  lack  of maintenance. Rain water washed the exposed earthen layer away (  1956). 

  

46 

46 

46 

39 

Page 44: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

39  

  

 72                    632  

  

 2140                 2160  

  

 102                 204                1956  

Page 45: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atl

 

 Damage Cause 1: Damage Cause 2: Building: The rain frobut  these  acanals of  ropipes at theWith both  tplaster is oc 

Figuur 1: R

  

as of historic

1:    

2:    

   

om the domeare  getting ooof  tiles, brie border. Alsthe  reservoiccurring afte

Roof plan of cat

cal Cuenca, E

Choice ofDesign Staining, Physical –Catedral d

es is first coobstructed  rcks and  cemso extra rain rs  (  493) r floods and 

tedral de la Inm

Ecuador (ear

f material 

loss of bo– water  de la Inma

llected in triregularly  resment mortarwater from and  the candue to bad c

maculada with i

rthen materi

40 

and techn

nd  

aculada (

angle reservulting  in unr  (  551 anthe bows ruals  (  531 choice of ma

ndications of ra

als) 

nique  

 25) 

voirs (  174desired watd vertical aruns through tand 536) staaterial. 

ain water flow (

47 and diagoer  flowing  (rrows on plathese underaining and s

(adapted from 

onal arrows o 550). Aft

an)  lead  to ddimensionedspalling of  th

Cardenas & Co

36 

50, 46 

on plan), terwards drainage d canals. he  inside 

 rdero) 

Page 46: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

41  

  

 551                 1747  

  

 531 (and 536)               493  

  

 550 

Page 47: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

42  

Damage:    General design error / risk Cause:    Design Building:  Catedral San Francisco (  114), Casa las Palomas (  74), 

Monasterio de la Concepción (  99)   The  risks  are  high  for  bad water  drainage  since  the  resulting  damages  are  always  big.  Special  care should be undertaken with the details starting from the design (  892). Problems in the past should be structurally solved with modern aesthetical ideas.  Frequently found in historical buildings in the city center of Cuenca, are the drainage pipes bricked up in the walls  (   268,  2195).  The  smallest  leakage  leads  to  interior  disintegration  (   2074). When  the problem becomes visible (  727, see next case), interventions come too late. 

 Damage:    Loss of bond Cause:    Physical ‐ water Building:    Catedral San Francisco (  114)  Loss  of  bond  in  this  case  is  the  erosion  of  adobe  occurring where  the wall  is  not  protected  by  an adequate  shelter  or  roof.  The  Terra  project  (Terra  Literature  Review,  2000)  talks  about  a  typical pathology of earthen architecture. Here the drainage canals for rain on the upper roofs are broken and badly repaired. The upper earthen layers and underlying softened adobe disintegrated and the material was lost (  727 which is visualized by arq. Lourdes Abad).  The rain water  is coming from the main roof and after collection  in a canal (coming out of the paper) redistributed by canals of tiles (  892) running through the small wall under a smaller roof (illustrated in a section).  The critical points are encircled.  

 

46 

33 

Page 48: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

43  

 

  

 2074               2195        268  

  

 727 (above)             892 (under) 

  

Page 49: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

44  

Damage:    Soiling, sanding of mortar Cause:    Physical – water  Building:  Casa Campoverde (  107)  The soiling occurring on these eaves is a witness of bad detailing and bad choice of material (  253). The rain water (coming from the roof) deposits dust and dirt. Furthermore, the penetrated water dissolved the mortar. Therefore, falling bricks are predictable in the future. Choose for roof tiles instead of simple bricks at the top of walls. 

 Damage:    General design risk / error Cause:    Physical – water  Building:  Museo de los Metales (  81), Monasterio de la Concepción (

 99), Casa Serrano (  246), la Bella de Paris (  221)  Most eaves in historical buildings are made of bamboo like carrizo. The lack of maintenance of buildings (  1615, 1619) illustrates the construction method after the loss of material. Though, it is perfectly possible to use this material if rain water is not in contact with this material. Roof tiles (or corrugated steel) and detailing of the eaves are necessary.   In some cases, a sufficient crossing of the eaves isn’t provided (  2133) and this will expose the walls to rain or weathering in general.  Solution: It is perfectly possible to build up a good traditional roof. La Bella de Paris in Oña is a perfect example where first a layer of well‐attached reed on the wooden structure is applied and afterwards an impermeable sail (chiva) (  413, 415). The roofing tiles are placed on an earthen thick layer, but it is not sure how this is attached on the underlying structure. 

 

51, 44 

33 

Page 50: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

45  

  

 253            1615              1619  

  

 413                 415  

  

 1106                 2133          

Page 51: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

46  

Damage:    Staining Cause:    Physical – water Building:    Catedral San Francisco (  114)  In catedral San Francisco, the most explicit example of rising damp  is found (interior   757 as well as exterior   731). The source is ground water since the damage is also found at the interior columns (see dark grey parts on plan,   747). The height of the rising damp was measured at different places and found  to be around 1m30  (see   748).  It  is  important  to  tackle  the cause of  this damage. Although staining is only an aesthetical problem (see next case), it is the early stage of greater damage. 

 

 Figure 2: Part of the ground floor of catedral San Francisco (  114), the light grey parts (outside walls) are composed walls, 

the dark grey parts (mainly interior columns) are made of brick. Both are affected with rising damp. 

Damage:    Softening Cause:    Physical – water Building:    Catedral San Francisco (  114)  We discovered  softening of  the  earthen material  after we  tested  the penetration of  a  thumb  in  an affected wall (light grey part on the plan,   764). The cause is definitely rising ground water (although no  salts were  found) which causes an excess of water content. We are dealing with composed walls (river stone, adobe and brick) which are commonly used  in  the  lower parts of ground  floor walls  (  658). The real composition is unknown, so it is not sure if the softening of the wall is rather a surface or a structural phenomenon.  Further  research: A  standard method  including  (destructive)  sampling  and  a measuring  technique  is designated. Main aim of this method is to determine the quantity, distribution and origin of moisture in  a wall  (actual moisture  content)  and  to  obtain  information  on  the  presence  and  distribution  of (hygroscopic) salts (hygroscopic moisture content) (MDDS, 2008). 

 Damage:    Loss of bond Cause:    Physical – water Building:    Catedral San Francisco (  114)  Loss of bond is a final result of the damaging process mentioned in the previous case (  757 and not in iglesia San Francisco   327).  To prevent  loss of bond and other surface damages, a sacrificing or  in  this case a protecting  layer of high‐speed building brick is used (  298). One should remark that the source of the rising ground water is not tackled with this intervention. 

50 

68 

46 

Page 52: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

47  

  

 298                 327 (also 658)  

  

 757                 731  

  

 747 (also 748 and 768 to 770)         764 

Page 53: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

48  

Damage:    Loss of material (conversion) Cause:    Chemical – metal corrosion Building:    Staircase (  255), casa de la Bienal de Pintura (  43)  This metal street  light  is corroded at the bottom (  2010) and stability  is not ensured anymore.   The zinc ceiling in casa de la Bienal de Pintura (under renovation) is affected by rain infiltration (  971). In both cases metal is lost. 

 Damage:    Crack, loss of bond Cause:    Chemical – metal corrosion Building:    casa Montesinos Arce (  28)  This balcony is made of concrete but the necessary coverage of the rebar isn’t fulfilled (  129). Part of the concrete is pushed off after the steel was corroded and increased in volume.  

70 

71, 72 

Page 54: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

49  

  

 2010        

  

 971                     129 

Page 55: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

50  

3.  Surface cracks   Damage:    network cracking Cause:    physical – (differential) expansion Building:    casa Eljuri (  16) and convento del Buen Pastor (  3)  Aging of paint and probably also thermal stresses  (  103 and 74). On the  last picture, the paint also seems  to  have  low  vapour  diffusion  coefficients,  preventing  necessary moisture  transport  from  the underlying earthen layer. Peeling of the paint is a result.  This is an unglazed ceramic tile affected by wind, rain and air pollution. The surface is weathered and is not resistant to thermal stresses anymore (  561).  

Damage:    crack (network cracking) Cause:    physical – differential expansion Building:    casa de Loza (  30)  Glazed  tiles  have  a  ceramic  body  and  a  glazed  coating  (   147).  This  coating  suffers  from  network cracking. It is possible that due to the different coefficients of expansion (COE), stresses are introduced between the body and the coating.  

Damage:    network cracking Cause:    physical – water Building:     (  255)  (  43)  Drying  shrinkage  (   435,    322  and    2136)  is  a  frequently  seen  damage  to  earthen materials (adobe, revoque on bahareque). The use of too high amounts of water during the production of adobe is causing (network) cracks. Neumann tested the influence of drying shrinkage cracks on tapial walls. He found that these cracks do not influence the shear resistance and that they can be treated as cosmetic in nature and can be covered in the wall finishing process (Vargas Neumann, 1993). We can extrapolate these results to adobe masonry as well.  Concerning  earthen materials,  the more  swelling  clay  is  present,  the more  shrinkage  on  drying  one must expect. In the case of adobe, the  loss of water shrinks the material  into the final shape. Volume loss can often reach 20%. Shrinkage must occur toward the center of the object in the mold, so that few cracks are formed (Terra, 2000).  Solutions: Respect the limits of the moulding moisture contents between 5 and 18 % (De Jongh & Van Wijnendaele, 2009). In addition, the shrinkage of the clay masses can be significantly influenced by the common practice of adding other materials—such as vegetal matter, lime, or calcite—which may serve as binders. However, before such generalizations can be drawn, more precise  investigations must be made into the types of material used and their mineral plus organic material content (Terra, 2000).  Further  research: R. Hartzler  (1996) advocates  linear and volumetric shrinkage  testing,  in accordance with ASTM standard D4943 with a view toward predetermining the presence of unstable clays (such as montmorillonites, smectites, and bentonites). In addition, A. Demehati (1990) suggests that a “relative shrinkage” (RS) value should be taken into account. 

69 

69 

42 

Page 56: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

51  

    

 103                 74  

  

 147                 561  

  

 435 (and 206)          322         2136 

Page 57: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

52  

Damage 1:    network cracking Cause 1:    physical – water Damage 2:    crack  Cause 2:    mechanical – settlement Building:    house in Oña (  224)  The typical pattern of the slanted shears can indicate settlement of the right part of the dwelling while the wall on the left did not settle (differential settlement). We should mention that the left wall is from bahareque while  the  right part  is adobe. The network cracking  in  the earthen  layer  is most probably caused by drying shrinkag. The house is in a general bad condition and for sale (  440).  

Damage:    cracks Cause:    physical – (differential) expansion/shrinkage Building:    la Bella de Paris (  221)  The cracks (horizontal and vertical) have the geometry of the adobe bricks that were placed after the general construction of the wall (  1177 and also 1182 in SaMat Doccenter). Probably, the older adobe bricks had a  lower moisture content after a  longer drying period. The new adobe bricks shrunk  in situ causing these specific aesthetical cracks in the earthen layer (revoque).  

Damage:    network cracking Cause:    physical – water Building:    casa Manosalvos (  242)  The earthen  layer  (revoque)  (  2136,  left)  is applied on  the  reed  (right) new bahareque.  It  is almost impossible to prevent drying shrinkage cracks (network cracks) and therefore a lime plaster (empaneite) serves as finishing layer. This is good workmanship. 

4. Structural cracks  

Damage:    (structural) crack Cause:    mechanical – settlement Building:    casa de las Palomas (  74)  The crack  is situated on  the  transition between  the massive  front bay and  the wing at  the back.  It  is mostly probable  that differences  in  settlement  caused  this quasi‐vertical  crack. There  is no evidence that this crack is also structural and not only superficial (  593).  

Damage:    (structural) crack Cause:    mechanical – settlement  Building:    iglesia de Santo Domingo (  59)  The  crack  is  definitely  caused  by  the  differential  settlement  between  the  church  itself  and  the  two heavy towers of the church (  371). The crack is also found at the other side of the wall and wider at bigger heights. These types of cracks are a danger for the stability of the church. 

42 

69 

42 

Page 58: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

53  

     

 440               1177 (up)       2136 (bottom)  

     

 371                   593 

Page 59: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atl

 

  

Damage:Cause: Building: The hatchecaused craccorners (opadjacent bu Traditional the San Fra 

Figure

Damage:Cause: Building: The  June 20upper (3th)and  columnlocal  subsidsubsidence orthogonal settled causfaçade  (haconnectionsexist.  

as of historic

    

   

d part  in Figcks (on the fipened wedgeuilding. 

problems ofncisco churc

e 4: Iglesia de Sa

    

   

008  fire was floor of thens of wood dence  (   1(on  the  fiwall  (baha

sing a crack tched).  It  is  between  p

cal Cuenca, E

(structuramechaniciglesia de

gure 4 repreigure   790es,   783, 7

f settlementch is made of

an Francisco wi

destructiochemical edificio Sa

s heavy and e house comwere destro073).  The  wirst  floor)  iareque)  on at the connellustrates  thperpendicula

Ecuador (ear

al) crack cal – settlee San Franc

sents a new0, 786, 776). 87, 788). Mi

 with the chf brick, the re

ith brick tower 

on, struct– fire an Agustin

destroyed  tpletely. Beamoyed  causingwall  under  ts  adobe.  Tthe  2nd  floection with that  reinforcar walls  bare

rthen materi

54 

ement cisco (  1

w‐built buildinThese cracksnd the false 

hurch tower est is an ado

and adobe wal

ural crack

n (  24)

the ms g  a the The oor the ced ely 

als) 

114) 

ng next to ts are found iwindows fil

are also prebe or compo

lls. Adjacent bu

he old churcin the archesled after the

esent here osed wall. 

uilding causing n

ch. New setts (  781) ane constructio

 933). The t

new settlement

42 

75, 76 

tlements nd in the on of the 

tower  in 

 ts. 

Page 60: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

55  

  

 781          783            933  

  

 787 (and 786)             788 (and 790)  

  

 1041                  1073  

Page 61: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

56  

Damage:    leaning, structural crack  Cause:    mechanical – settlement  Building:    iglesia de Santo Domingo (  59)  The wall of the oldest part of the convent (17th century, marked brown on air photo, at the right on   1244) is leaning towards a new building of high‐speed building brick (‘70s, marked red on air photo, at the  left on   1244). The cracks between  the old and new building are wider at  the highest  floor  (  1267) and discovered in each corner (  561).   

Damage:    (structural) crack Cause:    mechanical – overloading Building:    la casa del Coco (  41)  Stress concentrations at the beam in this adobe (or bahareque) wall caused this one meter long crack ( 174, wider at the top). Other examples of the same problem are mentioned  in Samat Doccenter at  328, 394, 395. 

 

Damage:    (structural) crack Cause:    mechanical – overloading Building:    casa Manosalvos (  242)  This  very  heavy  staircase  made  of  natural  stone  was  introduced  on  the  balcony  during  the  last renovation.  This  overloading  contributed  to  the  settlement  and  later  on  the  partial  collapse  of  the whole balcony. Bad water drainage has  led to rotting and collapse of the supporting beams (see page 28). The cracks in the stair case are declared by the settlement of the balcony (  1179).  

Damage:    (structural) crack Cause:    mechanical – seismic Building:    house in Pisco, Peru (  242)  These pictures are taken by Marcial Blondet after the August 15, 2007 earthquake  in Pisco, Peru. The M8 earthquake with epicenter in Pisco was the biggest in 50 years in Peru having more than 500 people killed. After this earthquake, also 80% of the adobe houses collapsed or were severely damaged while brick buildings  kept  standing  (  1334).   Main  reasons are  the high weight and  the brittle  failure of adobe masonry. The typical diagonal parallel cracks in the corners of windows illustrate the seismic in‐plane  damaging  mechanism  (   1336).  Out‐of‐plane  shaking  causes  vertical  cracks  in  the  corners between walls. These pictures are  included  to  illustrate  the high risks  for historical adobe dwelling  in Cuenca in the same seismic region. 

4, 6 

21 

Page 62: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

57  

  

                    561          1244  

  

 1267                  174        1334 (Blondet, 2007)  

  

 1179                1336 (Blondet, 2007) 

Page 63: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

58  

Damage 1:    structural instability Cause 1:    design Damage 2:    structural crack Cause 2:    mechanical ‐ overloading Building:    casa municipal de Gualaceo (  245)  This  is probably  the best  example of  a  completely wrong  renovation  in  an  adobe dwelling. Walls of tapial were removed or opened at the ground  floor  (  1637) and  the entrance was made bigger  (  1620). The new structural elements (pitched metal trusses   1511, concrete beams) could not replace the  massive  structure.  Enormous  cracks  (depth  63  cm,    1648)  are  introduced  at  nearly  every intervention (  1506, 1513).  A complete illustration of the main problems at the entrance is given on Figure 5. The renovation works included also earlier mentioned interventions (see page 24). 

 Figure 5: Vieja casa municipal de Gualaceo, a bad renovation 

 

34 

Page 64: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

59  

   

 1637              1506                1648   

  

 1620                 1513  

  

 1641                 1511 

Page 65: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

60  

Damage 1:    structural crack Cause 1:    design Damage 2:    structural crack Cause 2:    mechanical – overloading  Damage 3:    structural crack Cause 3:    mechanical – seismic  Building:    vieja hospital de Gualaceo (  247)  In the corners of the rooms of the old hospital of Gualaceo, structural cracks are found (  1541, 1946). Although  the  direct  cause  cannot  be  declared  immediately,  we  should  search  for  overloading  by horizontal forces. The dwelling is standing free in the field so wind forces can play a certain role (shear lag effect). Seismic  forces  (out‐of‐plane movement) can cause  these cracks, especially since  the walls are not  connected anymore by any  roof  structure  (  1556). Absence of  connection  is also a design problem of the past (  2108).  The development of these structural problems is improved by the wind and rain erosion of the earthen materials (adobe, tapial   1947).  Solution: Part of the solution was carried out by arq. Monica Pesantes in 2008 (  1943, 1969). Adobe masonry  replaced  the old  tapial  construction. Wooden  connections between  the  two walls  (1m50  in each wall) were introduced as well at certain heights (3 times in total).  

35 

21 

Page 66: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

61  

  

 1541           1946              1943  

                  

 1947                       2108  

           

 1556                  1969 

Page 67: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atl

 

Damage:Cause: Cause:  Cause: Building: Above ever1752). The tensile strepattern.   The tensile the rose win At a windowcrack existsthe picturecracks start Solution: Teat certain dholes are groscada  constructural so In a sphericevery  direcdome  is  craFigure 6). Ainterventionof these do Further  resshould  be vulnerable f

as of historic

      

   

y arch in theforces are trngth of mas

stresses arendow after t

w of the navs. The forces). The  criticaed and prop

ensile cracksdistances angrouted withn aditivo  (olution. 

cal dome, thction.  Beneaacking  alongA clamping rin proposed bmes are not 

search: Diffemonitored for earthqua

Figure 6

cal Cuenca, E

structuramechanicmechanicmechaniccatedral d

e church, a stransferred tosonry  (~ 1/1

e bigger, whethe inaugura

ve, tensile cras are transfeal points bepagated (see 

s can be reind under certh a polymeri 1488, 1737

e distributioth  52°  vertig  the meriding should beby prof. ir. Zspherical (se

erential  settlin  time.  Thakes and oth

6: (a) stresses a

Ecuador (ear

l cracks cal – settlecal – overlcal – seismde la Inma

tructural (noo the column0 of  the com

en higher  lotion of the s

acks were forred directlyneath  the wFigure 6).  

nforced localtain angles  (c emulsion. 7). One  shou

n of forces ical  angle  than planes  (e applied at alamea (200ee page 62).

ement  shouhe  presenceer dynamica

nd cracks arou

rthen materi

62 

ement  oading 

micity  aculada (

on‐superficians introducinmpressive st

ad  is appliedtatue of San

ound as well y to the coluwindow are  t

ly. Holes are(20  to 30° wIn Cuenca, uld mention

s complex. Ahe  horizonta

  493  causthe bottom 

08) and appro

uld be  investe  of  these  sl forces. 

nd nave windo

als) 

 25) 

l) crack by ovng tensile fotrength)  is n

d. Local peopnta Anna (

(  546). Abumns (left anthe  corners 

e made at thwith  the walthis method

n  that  this  is

At the top, col  stresses  bsing moistureof this domoved by this

tigated  as wstructural  c

w; (b) stresses 

verloading isrces at the mot sufficient

ple witnesse16, 872). 

bove the winnd right cornof  the wind

e left and rigl). After placd  is  called m only a  loca

ompressive secome  tense problems e (Van Gem argumentat

well.  The  craracks  make 

and crack in do

s discovered middle. The vt causing  thi

ed new crack

dow a typicaner at the bodow  itself wh

ght side of tcing  rebars  imicropilotajesal  support an

stresses are ile  stresses inside    14ert, 2003). Ttion. Mark th

acks  and  thethe  buildin

ome 

6, 2, 21 

(  519, very low s  typical 

ks above 

al tensile ottom of here  the 

he crack n  it,  the s,  varilla nd not a 

found in and  the 482,  see This is an hat most 

eir width ng  more 

 

Page 68: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

63  

  

 519           1752             546  

  

 16             872              493  

  

 1488            1737               1482

Page 69: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

64  

 

5. Other structural problems  

Damage 1:    structural instability Cause 1:    biological – beetle  Damage 2:    structural crack Cause 2:    mechanical ‐ overloading Building:  casa municipal de Gualaceo (  245), Museo Municipal de Arte 

Moderno (  46) and casa de los Arcos (   134)  Wooden columns are often used in Cuenca and their structural functionality is important. Attacks from beetles (  2127) and vertical splitting (  830) of the columns should be taken serious and investigated well. Which  is  the  remaining  section of an affected  column? How  can different parts work  together after splitting? Filling the cavities with not adapted cement mortar can be dangerous since the cement can introduce expansion stresses (  869).  

Damage:    structural instability Cause:    design  Building:  catedral de la Inmaculada (   25)  The middle small dome  is not perfectly spherical. Since  the dome  is made of bricks and  its structural thickness is only around 20 cm (!), the shape is really decisive for the stability of the dome. This picture shows a sideview of the dome (  501).  

Damage 1:    bending (deformation) Cause 1:    mechanical – overloading  Damage 2:    structural crack Cause 2:    mechanical ‐ overloading Building:    casa Manosalvos (  242)  The front wall is detached from the interior structure since it started to lean under the horizontal forces introduced by the  load on the roof (  1190). Now, an entirely new roof  is made (  1188) but thrust forces  are  still  present  (see  Figure  7).  Part  of  the  vertical  load  is  taken  by  a  vertical  column  in  the middle. This results in a big point load in the middle of the horizontal beam. This beam is bending and not attached properly to the wall. Therefore, it is not taking any horizontal forces. 

 

92 

34 

Page 70: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

65  

  

 2127            830                869  

       Figure 7: Roof structure casa Manosalvos 

 501  

      

 1188                    1190 

Page 71: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

66  

Damage:    destruction and structural instability Cause:    chemical – fire  Building:  edificio San Agustin (  24)  This corner house built in 1932 with elements of Neoclassicism and Art Deco was renovated in the 90’s to an office building. The first two floors are made of adobe, the two highest floors of bahareque. The façade  is made  from brick. During  the  June 2008  fire  the building was completely attacked. The  two highest floor were completely destroyed (  1045).   

Damage:    leaning Cause:    chemical – settlement Building:  vieja hospital de Gualaceo (  247)  The  façade of  the old hospital was  shored  since  instability  and  loss of  connections with other walls occurred. This wall  is standing on  its own at this moment. A picture of the basement made of stones can be found on   2107 in SaMat Doccenter.  

Damage:    bending (deformation) Cause:    mechanical – overloading  Building:  casa municipal de Gualaceo (  245)  Bending  (3  cm  in  the middle)  occurred  at  overloaded  beams mentioned  earlier.  It  seems  that  the wooden beam is taking some loads. Mind the small crack as well (  1700).  

Damage:    bending (deformation) Cause:    mechanical – overloading  Building:  casa de las Palomas (  74)  This ceiling from reed (carrizo) and earth was renovated to a cement plastered ceiling. The extra weight caused  bending  of  the  ceiling which  is  not  attached  anymore  at  one  side.  A  long‐term  solution  is needed (  2160 and also 620 and 1889).  

Damage:    deformation and structural crack Cause:    mechanical – settlement Building:  collapsed building in construction (  257)  This building entirely collapsed after a land slide. The building was under construction while the ground moved under the load (  2117). Further geological information is missing.  

Damage:    lack of maintenance, no intervention Cause:    maintenance Building:  house near Cajas (  250), casa Serrano (  246) in Doccenter  A  lack  of maintenance  and  necessary  interventions made  this  abandoned  house  uninhabitable  (  1660). A lot of rural houses are found to suffer from fast degradation after they are left behind.  

75 

5, 6 

39 

Page 72: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

67  

  

 1045                 1596  

  

 1700                 2160  

  

 2117                 1660 

Page 73: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atl

 

Damage:Cause: Building: The  old  madministratreflex of cothought to s 

 1867 – 1882 

Damage Cause 1: Damage Cause 2: Building:

 The last cas The 1896  fiwas a greatnot controldwelling  Saearlier, oneunder resta The use of risks are higgood examare exposedcircuits caus Finally, it is 

                     8 http://quer

as of historic

    

 

unicipality  (tive  center  inservation osuit in the hi

2   

1:    

2:    

 

se is dedicate

ire  in Guayat problem inled yet. Duran  Agustin  ine of the  impoauration now

candles  in cghest in histople to  illustrd  to water wsed by this in

important to

                      ry.nytimes.com

cal Cuenca, E

destructiodesign – rpalacio M

(see  next  pan 1954‐1962of colonial buistorical city.

     19

general ddesign destructiochemical iglesia deiglesia deInmacula

ed to the risk

quil  (reporte these timesing our stayn  the  city  cortant churcw. 

churches  is norical housesrate the risk while no  safnfrastructure

o think abou

                 m/mem/arch

Ecuador (ear

on and nerenovatioMunicipal d

age)  was  de2.  The  stylisuildings was  

914 – 1928

design erro

on and ne– fire  

e Todos lose Santo Doda (  25)

k for fire fou

ed  in NY Tims. But it is sty  in Cuenca, enter was  cches of the c

not  forbiddes and churchis  Iglesia de

fety groundie.  

ut descent fir

ive‐free/pdf?_

rthen materi

68 

ew construn  de Cuenca

estroyed  fotic  trend  is completely 

 

or / risk 

ew constru

s Santos (omingo () 

nd in many b

mes8) destroytrange that mfire started completely  dcity,  Iglesia d

n, but precaes with inade Santo Domng  is  found

re escapes as

_r=1&res=9C0

als) 

uction 

a (  20)

r  the  constknown  as  thabsent. Now

  1

uction 

 87), ed 59) and 

buildings in C

yed nearly tmore than a in a school. destroyed  byde Todos  los

autions are  lequate elect

mingo with  it(  383). Th

s well (  85

01E1DC133BE

ruction  of  ahe  “Internatwadays the m

1971 ‐1993 

dificio San catedral d

Cuenca. 

he whole citcentury lateIn the samey  the  June s Santos, wa

acking as wtricity infrastts wooden  inhe main cau

1). 

EE33A2575AC

a  new  polittional  Style”modern build

Agustin (de la 

ty. The use er, the risk fe year, the h2008  fire. Oas burned an

ell  (  572).tructure (  nterior. Nakeses of  fire a

C0A9669D9467

30 

33 

75 

tical  and  while  a ding isn’t 

 

 24), 

of wood or fire is historical One  year nd  is still 

 But the 1710). A ed wires are  short 

79ED7CF 

Page 74: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)    

69  

 

  

      

 1710                     383  

                

 572                         851 

Page 75: Damage Atlas historical Cuenca

Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 

70  

Blanchette,  R.  A.  (2000).  A  review  of  microbial  deterioration  found  in  archaeological  wood  from different environments. International Biodeterioration & Biodegradation, 46: 189‐204.  Blondet, M.  (2007). Behavior of earthen buildings during  the Pisco Earthquake of August, 15, 2007. Catholic University of Peru.  Available  on  http://www.eeri.org/lfe/pdf/peru_pisco_adobe.pdf [01/09/2007]     Cardenas,  M.  &  Cordero,  P.  Catedral  de  la  Inmaculada:  forme,  función,  tecnología  y  contexto. Universidad de Cuenca.  De  Jongh,  S.,  Van Wijnendaele, M.  (2009).  Earthquakes  and  other  damaging mechanisms  to  earth structures  (case  study  Cuenca,  Ecuador).  Katholieke  Universiteit  Leuven,  Departement  Burgerlijke Bouwkunde. 100 p.  Franke, L., Schumann, I. (1998). Damage Atlas: Classification and Analyses of Damage Patterns found in Brick Masonry. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart. 164 p.  Hughes, J. & Lazer, E. (2000).  Importance of Historic Sites on Heard  Island for Protection of Scientific Resources and Environmental Management of a World Heritage Site.  Minke, G.  (2006). Building with Earth Design and Technology of a Sustainable Architecture. Springer Verlag. 199 p.   Neill, D. A. (2008). Research Ecuador: Catalogue of the Vascular Plants of Ecuador. Missouri Botanical Garden  (MBG).  Available  on  http://www.mobot.org/mobot/Research/ecuador/vegetation.shtml [01/12/2008].  Ortiz  Crespo,  A.  (2005).  Seminario  Taller:  Técnicas  Vernáculas  en  la  Restauración  del  Patrimonio. Fonsal, Quito. 190 p.    Prestemon, D., Sternweis, L. (1994). Paint Problems on Exterior Wood [on line]. Iowa State University, University  extension.  Available  on  http://www.extension.iastate.edu/Publications/PM363.pdf [01/02/2009].  Sollars, C. J. & Gee I. L. (1998). Ambient air levels of volatile organic compounds in Latin American and Asian cities. Chemosphere, 11: 2497‐2506.  Torres Hidalgo, M.  (2007). Guía de  arquitectura  / An  architectural  guide, Cuenca  Ecuador.  Junta de Andalucia, Quito. 285 p.  Vargas Neumann,  J.  (1993).  Earthquake  resistant  rammed  earth  (tapial)  buildings.  In  Terra  93:  7th International Conference on the Study and Conservation of Earthen Architecture: Silves, Portugal, 24–29 October, 1993; ed. Margarida Alçada, 503–14.  van  de Weert,  T.  G.  (2004).  Graffitibestrijding.  In:  Handboek  onderhoud,  renovatie  en  restauratie. Kluwer, Mechelen.  Van Gemert, D. (2003). Vernieuwbouw van structuren. Cursusdienst VTK vzw.