Damage Atlas historical Cuenca


Published on

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

Published in: Technology, Business
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Total views
On SlideShare
From Embeds
Number of Embeds
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Damage Atlas historical Cuenca

  1. 1.        
  2. 2.               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     
  3. 3.        
  4. 4.   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  .      
  5. 5. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials) 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 quot;What do we see?quot; and quot;What are we talking about?quot; since a proper investigation and correct description are necessary. In a second stage, quot;What are the (physical) damaging causes?quot; and quot;What is a sustainable precaution or solution?quot; 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 quot;World Heritage City Preservation and Managementquot;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 1
  6. 6. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  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)      2   
  7. 7. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)      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.  120 100 25 Monthly Temperature (° C) Relative Humidity (%) 100 90 20 Precipitation (mm) 80 80 15 60 70 10 40 60 5 20 50 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Precipitation (Cuenca, 10‐year Average) Highest Temperature (Cuenca, 7‐year Average) Precipitation (Belgium) Highest Temperature (Belgium) Lowest Temperature (Cuenca, 7‐year Average) Relative humidity (Cuenca, 10‐year Average) Lowest Temperature (Belgium) Relative Humidity (Belgium)   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”  3   
  8. 8. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  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).  Damaging  Damage pattern  Material [3] mechanism [5] [6]   Figure 2: Building materials are affected by damaging mechanisms resulting in a damage pattern    4   
  9. 9. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)      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).  5   
  10. 10. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  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  6   
  11. 11. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)      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).    7   
  12. 12. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Table 1: Classification by damaging mechanisms (or causes)  CAUSE  SPECIFIC CAUSE  DAMAGE PATTERN  Mechanical  (Over)loading  Deformation, crack, spalling  Settlement  Leaning, deformation, crack  Wind  Leaning, erosion, pitting  Use  Crack, corrasion, polishing  Impact  Chipping, crack, cut  Traffic  Crack  Seismic  Collapse, crack, loss of material  Design  Renovation (/reparation)  Destruction (+ new), loss of material, change of impression  Design  General error/risk, structural instability, crack, choices  Construction  Applied material, technique or system  Maintenance  Incorrect use, incorrect / no intervention  Physical  Water  Bending, erosion, (network) crack, powdering, sanding,    bulging, loss of bond, peeling, blistering, fading, staining,    soiling, rotting, softening  Salt  (network) crack, powdering, crumbling, encrustation,    scaling, spalling, delamination, exfoliation,    (crypto)efflorescence, patina, blistering, patina  (Differential) expansion  Crack  Chemical  Metal corrosion  Conversion, crack, loss of bond, staining  Sun (UV)  Fading  Fire  Destruction, crack, spalling, blackening  Air (pollution)  Soiling  Water, gases, acid  Crack, conversion, staining  Graffiti  Staining  Soot  Soiling  Biological   People and animals  Conversion, deposit  Beetles  Structural instability, loss of material, change of impression Moulds  Conversion, visible  Algae  Peeling, visible  Lichens, liverwort,  Visible  Fern  Visible  Higher plants  Structural instability, crack, loss of bond, visible  Moss  Sanding, visible     8   
  13. 13. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)      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  5 Deposit  :  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)  9   
  14. 14. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)      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  5 Sanding  :  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   10   
  15. 15. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)      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    11   
  16. 16. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  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.     12   
  17. 17. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)      13   
  18. 18. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  II. Case Studies  1. Aesthetical and surface problems    Damage:      staining (discoloration)   83 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  85  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)  78  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.      14   
  19. 19. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)             49                  118            279             252                   262                 en       452                  1469               1040    15   
  20. 20. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    deposit  Cause:    biological – people and animals  91  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  94  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  103 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  105 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/  16   
  21. 21. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)             1105         1301       340           377                 315           562      17   
  22. 22. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    visible algae  102 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)  109 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)  110 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  111 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  108 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.    18   
  23. 23. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)           246                 172                 218                 227         510                 1315                         19   
  24. 24. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    efflorescence and blistering/peeling  63, 66 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  63  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)  47  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)  48  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).     20   
  25. 25. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)             449                   456           694                    516                   604             257                2078  21   
  26. 26. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    fading (discoloration)  49  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)  50  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)  73  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).    22   
  27. 27. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)             600            343             685             410                   414             177                    479  23   
  28. 28. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    polishing  15  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  32  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  31  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  32  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).    24   
  29. 29. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)               592                    238                       2028             1638                   504  25   
  30. 30. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    change of impression  32  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.    26   
  31. 31. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)             838                180         21                 24         22                 208      27   
  32. 32. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  2. Disintergration (surface to structural problems)    Damage:    patina, spalling  65, 3 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  8, 9 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)  13  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  16  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).    28   
  33. 33. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)             320                      333         73            814                 150  29   
  34. 34. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    staining, bulging, loss of bond  50, 45, 46 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  98  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  52, 40 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   93  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)  30   
  35. 35. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)           338                 344              756         1318                 1160         615                    2101      31   
  36. 36. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    sanding and erosion of mortar  44, 41 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  68, 41 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).            32   
  37. 37. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)                   205                     1483         1483              547           46                   512                  673  33   
  38. 38. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    conversion   90  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  43, 41 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  43, 41 Cause1:    physical – water   Damage2:    efflorescence  63  Cause2:    physical – salt   Damage3:    erosion  8  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  59, 56, 63 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).  34   
  39. 39. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)           44               48                   270             513                    514              1227                    554  35   
  40. 40. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    Erosion (mortar), powdering (brick), soiling  41, 43, 51, 79 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  39  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.  36   
  41. 41. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)                               1484             1729                                        482                         2087                                                                       478   2079    37   
  42. 42. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)  Damage:    loss of bond  46  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  46  Cause 1:    physical – water  Damage 2:    bending (deformation)  1  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  46  Cause 1:    physical – water  Damage 2:    no intervention  39  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).      38   
  43. 43. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)           72           632                                2160   2140                       204                102   1956    39   
  44. 44. Damage atlas of historic cal Cuenca, E Ecuador (ear rthen materials)    Damage 1:    Choice off material and technnique   36  Cause 1:    Design  Damage 2:    Staining, loss of bond   50, 46  Cause 2:    Physical – – water   Building:    Catedral dde la Inmaaculada (  25)    The rain fro om the dome es is first collected in triangle reserv voirs (  17447 and diago onal arrows o on plan),  but  these  a getting  o are  obstructed  r regularly  resulting  in  undesired  water  flowing  (   550).  Aft terwards  canals  of  ro tiles,  bricks  and  cem oof  ment  mortar (   551  and  vertical  ar r  rrows  on  pla lead  to  drainage  an)  d pipes at the e border. Als so extra rain  water from  the bows ru uns through tthese underdimensioned d canals.  With  both  t reservoirs  (   493)  and  the  canals  (   531  and  536)  sta the  aining  and  s spalling  of  th inside  he  plaster is occcurring after floods and due to bad c choice of ma aterial.      Figuur 1: R Roof plan of cat tedral de la Inm maculada with indications of ra ain water flow ( (adapted from Cardenas & Cordero)     40   
  45. 45. Damage atlas of historical Cuenca, Ecuador (earthen materials)                         1747   551                     493   531 (and 536)         550  41   
  46. 46. Damage atlas€