En la ciudad de Arequipa, fundado el 15 de agosto de 1540, existe en la actualidad, considerable numero de edificios coloniales, , construídos con un material local llamado sillar. El sillar es una piedra volcánica de características muy especiales.
Peso específico de 12000 a 1300 Kg/m3; muy poco dura, es posible arañarlas con las uñas, por lo que se puede tallar con facilidad, así como prepararse en forma y tamanos diversos.
De gran succión y con cierta propensión a la eflorescencia; su color blanco a motivado una tendencia a mostrarlo "Cara-Vista" en las restauraciones, con lo que se logra una notable plástica arquitectónica; sin embargo, esta tendencia es controversial pues los especialistas sostiene que la arquitectura original de la ciudad no mostró "Sillar Cara-Vista"
La presencia abundante de este material y sus características, facilitaron la construcción de los edificios de la entonces naciente ciudad, en el estilo y con los sistemas estructurales que se utilizaban por entonces en parte de España, consistentes en techos de bóveda cilíndrica, apoyados y equilibrados en muros muy anchos, (0.9 a 1.5 m) que toman la reacción vertical y trasladan el empuje horizontal hacia el suelo. No existía entonces ninguna consideraciòn de los efectos de sismos en los edificios.
La estructura de éstos edificios está constituída por muros de albañilería de sillar formado por dos paredes independientes, con un vacío central que es rellenado con mortero. En todos los edificios que hemos estudiado, no se ha encontrado evidencia de algún tipo de amarre de la albañelería de estos muros.
El techo está constituído por un arco cilíndrico fabricado con dovelas de sillar, normalmente del espesor de la paredd interior del muro. El criterio de ésta estructura es el de balancear y dirigir los empujes del arco mediante la gran carga vertical de los muros de soporte.
Cuando no intervienen fuerzas de sismo, este equilibrio es muy estable en los techos continuos en que los empujes se oponen, balancándoce mutuamente; pero suele ser precario en los bordes perimetrales del edificio donde el equilibrio puede depender de esfuerzos de tracción en la albañilería de sillar. En estos casos, un sismo puede ocasionar esfuerzos en la albañilería en exceso de su resistencia a la tracción y llevara la bóveda al colapso.
EL PROBLEMA
La ciudad de Arequipa está incluída está incluída en la zona 1, que corresponde a la de mayor sismicidad en el país. En todos los sismos severos se han observado la falla de gran cantidad de edificios de silñlar. Como se ha indicado en la introducción, la estructura de estos edificios no conforma con los criterios de diseño "Sismo resistente" y su estructuraciòn y diseño no fue hecha pensando en este efecto.
Por el hecho ya explicado, de que toda estas estructuras tiene una inestabilidad potencial en su perímetro ante solicitaciones sísmicas, todo el edificio es en sí inestable, ya que el colapso de un a bóveda, traslada la inestabilidad del edificio a otro eje de apoyo.
Se hace pues necesario desarrollar un procedimiento de análisis de éste tipo particular de estructura, con el doble objeto de dignóstico de comportamiento anterior, y diseño de la reparación. Así mismo, indicar los sistemas estructurales y procedimientos constructivos acordes.
En este sentido, el objetivo de la reparación y/o refuerzo de edificios será el de restituir su valor y operatividad originales, poniéndoles al mismo nivel de seguridad que el que tendría un edificio nuevo, proyectado hoy y sometido a las exigencias de las normas y reglamentos vigentes.
Para llegar a este objetivo en el caso particular de los edificios de albañilería de sillar, tendermos que comentar sobre los siguientes aspectos:
1.- Arquitectónico
2.- Económico
1.- ASPECTO ARQUITECTONICO
Es preciso diferenciar claramente los edificios que tienen un carácter arquitectónico valioso por su historia o por su valor estético, de aquellos que son simples edificios sometidos a una función utilitaria.
En el primer caso, con excepciones de los aspectos de seguridad, todas las partes de la tareade reparación y reforzamiento estan subordinadas a los requirimientos arquitectónicos en los cuales, al objetivo principal enunciado se agrega unos muy específico que tiene que ver con la restauración del edificio a su prestancia e importancia artística pasada. En esta tarea, se hace necesaria una estrecha colaboración del proyectista estructural con el arquitecto o equipo restaurador y con el constructor.
En el caso de un eficio común de albañilería de sillar, la tarea de reforzamiento deberá coordinarse con el Arquitecto, pero no tiene ya las limitaciones anteriores para exigir compromisos de la estética y función con los de la seguridad; pudiendo aceptarse y adoptarse soluciones y métodos constructivos diferentes, que dependen de cada caso en particular.
2.- EL ASPECTO ECONOMICO
Este aspecto solo tiene importancia en el caso de edificios comunes de sillar, donde el an´ñalisis económico de la o soluciones posibles es fundamental para su viabilidad. En todos los casos, y junto con los problemas derivados de tiempo de ejecución y técnicas a emplearse, este aspecto condiciona algunas de las soluciones de reforzamiento.
La coordinación mas usual del aspecto económico, tiene que ver con el procedimiento para ejecutar las operaciones de restauración y reforzamiento, sin interrumpir o con la menor interferencia posible con la utilización del edificio durante las obras.
EVALUACION Y DIGNOSTICO
EVALUACION
La evaluación precisa del problema, para poder llegar a un diagnóstico realista y eficáz, requiere un exhausivo examen de lo siguiente:
a.- Ubicación del edificio
- Características especiales del sitio del edificio, posibles efectos de interracción suelo-estructura. Problemas de cercanía a los cerros.
- Topografía de la zona para detectar casos de amplificaciòn por efectos de la altura. Interesa determinar con precisión efectos del suelo y/o sitio para designar un valor de amplificación a la reación de inercia.
b.- El edificio
Todas las estructuras de sillar pertenecen al tipò de estructuras rígidas, con periodos comprendidos entre los 0.02 y 0.06 segs.
Prácticamenmte todas tienen deficiencia de regidéz en una de sus direcciones, debido a los requirimientos arquítectónicos.
Son absolutamente frágiles. (Ductilidad = 0).
Condiciones de amortiguamiento: Muy bajas.
Se seberá investigar lo siguiente:
- Calidad de construcción; Estado de las unidades de albañilería de sillar, calidad y tipo de mortero de unión. (Asignar un valor para f``m entre 15 y 25 Kg/cm2)
- Determinar si existen daños anteriores, reparados.
c.- La estructura del edificio
--¿Es el sistema estructural original, intrínsicamente adecuado?
- ¿Hay problemas de estabiliodad en los muros laterales debido al empuje de la bóveda?
- ¿La ubicación de los cerramientos y longitud del edificio crea problemas de torsión considerables?
- ¿Hay zonas del edificio con bóvedas compensadas por demolición y/o modificación de parte del edificio?
d.- Los daños
- ¿Que daños han sufrido los elementos estructurales importantes?
- ¿Que daños tiene los elementos no estructurales;representan peligros en fachadas y patios interiores?
- ¿Como se puede clasificar los daños en tèrminos de sus posibles efectos de estructura?
- Reparable.
- Reparable con refuerzo.
-Irreparable: Reemplazo total con refuerzo.
e.- Elementos secundarios.
- ¿Hay tabiques de albañilería no integrados y trabados adecuadamente a la estructura?
- Fachadas, parapetos, cornisas, etc; ¿estan adecuadamente ubicados, anclados y fijados a la estructura?
DIAGNOSTICO
Terminada la evaluación, se ejecutará un análisis sísmico de la estructura y se busacará una correlaciónentre los resuldados de este y los daños que se a observado. Esta tarea no es simple y requiere experiencia. En el método propuesto, se indica lo que se a ejecutado en este sentido hasta la fecha. Una guía para el diagnostico sugiere la búsqueda y/o descarte de:
a.- Razón de la falla; de dónde deriva el problema:
- ¿Defecto estructural inherente?
- ¿Mala calidad constructiva?
- ¿Debilitamiento por modificaciones introducidas en la estructura?
- ¿Efectos de otra estructura adyacente por carencia de junta?
- Debilotamiento por reparación mal ejecytada?
- Combinación de una o mas posibilidades.
b.- ¿Hay fallas anteriores remosadas pero no adecuadamente reparadas?
c.- Está la explicación analítica totalmente de acuerdo con lo que se observa?. En caso contrario, se determinará por lo menos una razón adicional que explique los daños. Al respecto es sumamente importante determinar los daños sufridos anteriormente, su secuencia y las reparaciones o modificaciones que se hayan efectuado con motivo de esos daños, porque el comportamiento de una estructura de sillar dañada en sus bóvedas, es diferente al de la estructura original.
EL METODO PROPUESTO
Se propone un ordenamiento y una secuencia de acciones:
El primer paso consiste en la evaluación de la respuesta del edificio en su forma original, a la situación sísmica. Por original se debe entender la situación del edificio, con sus fallas, modificaciones y reparaciones antes del último sismo ocurrido. El resultado de esta evaluación, nos dará un panorama general del problema y puntualizará las medidas a tomarse en el diseño de los refuerzos para la restauración.
El caso de estructuras de albañilería de sillar es muy particular y en lineas generales su comportamiento de respuesta a las solicitaciones sísmicas severas, es la siguiente:
Por su característica de gran regidéz y masa, las fuerzas dinámicas generadas son considerables; en una primera etapa mientras la albañilería retiene su capacidad de resistir tracciones los techos actúan como diafragmas rígidos, repartiendo las fuerzas de reacción generadas en la masa del techo, proporcionalmente a las rigideces de todos los muros que constituyen el edificio.
Cuando la resistencia a la tracción de la albañilería a sido sobrepasada; y esto ocurre en forma casi simultanea en la base de los muros portantes y en el paño 1/2 central de las bóvedas laterales(con el empuje de uno de sus lados no compensado); por un proceso de deterioro del monolismo de la estructura, la repartición de fuerzas a los muros, deja de ser proporcional a sus rigideces y tiende a concentrarse en los muros portantes de la bóveda con el consecuente deterioro e incremento de efectos, es en esta etapa que se producen los daños generalizados graves en toda la estructura cuando el sismo es suficientemente severo y largo.
Del análisis realizado suponiendo monolismo, se puede determinar y corroborar con la observación del edificio dañado, las zonas susceptibles de daños provenientes de esfuerzos cortantes altos, los que suelen provenir de amplificaciones por torsión.
Solo cuando se a alcanzado este estado, se podrá proceder al diseño de reparación y refuerzo. Esto implica los siguientes pasos:
1.- Coordinación y definición arquitectónica
2.- Análisis integral del edificio reparado y/o modificado, determinando los esfuerzos cortantes en todos los muros durante el comportamiento monolítico, para asegurar que los esfuerzos cortantes permisibles no sean excedisos.
3.- Análisi límite por unidades, con el objeto de evitar el colapso de bóvedas y limitar la fisuración de estas en los sismos severos.
Este análisis permite dimensionar y reforzar las columnas y vigas que toman los empujes de4 las bóvedas en la condición "cargas verticales mas sismo". Es importante hacer notar que la estructura diseñada para este propósito, debe considerar con igual grado de importancia la resistencia y la rigidez de los elementos estructurales.
RESULTADOS OBTENIDOS
ESFUERZOS UTILIZADOS EN EL DISEÑO DE LAS REPARACIONES (Esfuerzos aun no confirmados por experimentación)
a) Comprensión axial (fm) 0.17 f``m
b) Comprensión por flexión (fc) 0. 3 f``m
c.- (+) Tracción por flexión (ft)
(solamente para albañilería de sillar tipo A)
Perpendicular a las hiladas 0.5 kg/cm2
Paralelo a las hiladas 1.0 kg/cm2
d) Corte Vm 0.15 f``m
e) Modulo de elasticidad (Em) 400 f``m
f) Modulo de rigidez (Er) 0.4 Em
VALOR DE f``m
ALBAÑILERIA DE SILLAR TIPO A
Unidades de sillar iguales, regulares en buen estado, asentadas con mortero de cemento, cal hidratada y arena de tipo S f``m = 15 kg/cm2
ALBAÑILERIA DE SILLAR TIPO B
Igual a A pero con mortero cemento arena tipo M, S o N f``m= 10kg/cm2
ALBAÑILERIA DE SILLAR TIPO C
No cae en la descripción de A-B- No es estructural
José A.Gamarra A.
1.- ASPECTO ARQUITECTONICO
Es preciso diferenciar claramente los edificios que tienen un carácter arquitectónico valioso por su historia o por su valor estético, de aquellos que son simples edificios sometidos a una función utilitaria.
En el primer caso, con excepciones de los aspectos de seguridad, todas las partes de la tareade reparación y reforzamiento estan subordinadas a los requirimientos arquitectónicos en los cuales, al objetivo principal enunciado se agrega unos muy específico que tiene que ver con la restauración del edificio a su prestancia e importancia artística pasada. En esta tarea, se hace necesaria una estrecha colaboración del proyectista estructural con el arquitecto o equipo restaurador y con el constructor.
En el caso de un eficio común de albañilería de sillar, la tarea de reforzamiento deberá coordinarse con el Arquitecto, pero no tiene ya las limitaciones anteriores para exigir compromisos de la estética y función con los de la seguridad; pudiendo aceptarse y adoptarse soluciones y métodos constructivos diferentes, que dependen de cada caso en particular.
2.- EL ASPECTO ECONOMICO
Este aspecto solo tiene importancia en el caso de edificios comunes de sillar, donde el an´ñalisis económico de la o soluciones posibles es fundamental para su viabilidad. En todos los casos, y junto con los problemas derivados de tiempo de ejecución y técnicas a emplearse, este aspecto condiciona algunas de las soluciones de reforzamiento.
La coordinación mas usual del aspecto económico, tiene que ver con el procedimiento para ejecutar las operaciones de restauración y reforzamiento, sin interrumpir o con la menor interferencia posible con la utilización del edificio durante las obras.
EVALUACION Y DIGNOSTICO
EVALUACION
La evaluación precisa del problema, para poder llegar a un diagnóstico realista y eficáz, requiere un exhausivo examen de lo siguiente:
a.- Ubicación del edificio
- Características especiales del sitio del edificio, posibles efectos de interracción suelo-estructura. Problemas de cercanía a los cerros.
- Topografía de la zona para detectar casos de amplificaciòn por efectos de la altura. Interesa determinar con precisión efectos del suelo y/o sitio para designar un valor de amplificación a la reación de inercia.
b.- El edificio
Todas las estructuras de sillar pertenecen al tipò de estructuras rígidas, con periodos comprendidos entre los 0.02 y 0.06 segs.
Prácticamenmte todas tienen deficiencia de regidéz en una de sus direcciones, debido a los requirimientos arquítectónicos.
Son absolutamente frágiles. (Ductilidad = 0).
Condiciones de amortiguamiento: Muy bajas.
Se seberá investigar lo siguiente:
- Calidad de construcción; Estado de las unidades de albañilería de sillar, calidad y tipo de mortero de unión. (Asignar un valor para f``m entre 15 y 25 Kg/cm2)
- Determinar si existen daños anteriores, reparados.
c.- La estructura del edificio
--¿Es el sistema estructural original, intrínsicamente adecuado?
- ¿Hay problemas de estabiliodad en los muros laterales debido al empuje de la bóveda?
- ¿La ubicación de los cerramientos y longitud del edificio crea problemas de torsión considerables?
- ¿Hay zonas del edificio con bóvedas compensadas por demolición y/o modificación de parte del edificio?
d.- Los daños
- ¿Que daños han sufrido los elementos estructurales importantes?
- ¿Que daños tiene los elementos no estructurales;representan peligros en fachadas y patios interiores?
- ¿Como se puede clasificar los daños en tèrminos de sus posibles efectos de estructura?
- Reparable.
- Reparable con refuerzo.
-Irreparable: Reemplazo total con refuerzo.
e.- Elementos secundarios.
- ¿Hay tabiques de albañilería no integrados y trabados adecuadamente a la estructura?
- Fachadas, parapetos, cornisas, etc; ¿estan adecuadamente ubicados, anclados y fijados a la estructura?
DIAGNOSTICO
Terminada la evaluación, se ejecutará un análisis sísmico de la estructura y se busacará una correlaciónentre los resuldados de este y los daños que se a observado. Esta tarea no es simple y requiere experiencia. En el método propuesto, se indica lo que se a ejecutado en este sentido hasta la fecha. Una guía para el diagnostico sugiere la búsqueda y/o descarte de:
a.- Razón de la falla; de dónde deriva el problema:
- ¿Defecto estructural inherente?
- ¿Mala calidad constructiva?
- ¿Debilitamiento por modificaciones introducidas en la estructura?
- ¿Efectos de otra estructura adyacente por carencia de junta?
- Debilotamiento por reparación mal ejecytada?
- Combinación de una o mas posibilidades.
b.- ¿Hay fallas anteriores remosadas pero no adecuadamente reparadas?
c.- Está la explicación analítica totalmente de acuerdo con lo que se observa?. En caso contrario, se determinará por lo menos una razón adicional que explique los daños. Al respecto es sumamente importante determinar los daños sufridos anteriormente, su secuencia y las reparaciones o modificaciones que se hayan efectuado con motivo de esos daños, porque el comportamiento de una estructura de sillar dañada en sus bóvedas, es diferente al de la estructura original.
EL METODO PROPUESTO
Se propone un ordenamiento y una secuencia de acciones:
El primer paso consiste en la evaluación de la respuesta del edificio en su forma original, a la situación sísmica. Por original se debe entender la situación del edificio, con sus fallas, modificaciones y reparaciones antes del último sismo ocurrido. El resultado de esta evaluación, nos dará un panorama general del problema y puntualizará las medidas a tomarse en el diseño de los refuerzos para la restauración.
El caso de estructuras de albañilería de sillar es muy particular y en lineas generales su comportamiento de respuesta a las solicitaciones sísmicas severas, es la siguiente:
Por su característica de gran regidéz y masa, las fuerzas dinámicas generadas son considerables; en una primera etapa mientras la albañilería retiene su capacidad de resistir tracciones los techos actúan como diafragmas rígidos, repartiendo las fuerzas de reacción generadas en la masa del techo, proporcionalmente a las rigideces de todos los muros que constituyen el edificio.
Cuando la resistencia a la tracción de la albañilería a sido sobrepasada; y esto ocurre en forma casi simultanea en la base de los muros portantes y en el paño 1/2 central de las bóvedas laterales(con el empuje de uno de sus lados no compensado); por un proceso de deterioro del monolismo de la estructura, la repartición de fuerzas a los muros, deja de ser proporcional a sus rigideces y tiende a concentrarse en los muros portantes de la bóveda con el consecuente deterioro e incremento de efectos, es en esta etapa que se producen los daños generalizados graves en toda la estructura cuando el sismo es suficientemente severo y largo.
Del análisis realizado suponiendo monolismo, se puede determinar y corroborar con la observación del edificio dañado, las zonas susceptibles de daños provenientes de esfuerzos cortantes altos, los que suelen provenir de amplificaciones por torsión.
Solo cuando se a alcanzado este estado, se podrá proceder al diseño de reparación y refuerzo. Esto implica los siguientes pasos:
1.- Coordinación y definición arquitectónica
2.- Análisis integral del edificio reparado y/o modificado, determinando los esfuerzos cortantes en todos los muros durante el comportamiento monolítico, para asegurar que los esfuerzos cortantes permisibles no sean excedisos.
3.- Análisi límite por unidades, con el objeto de evitar el colapso de bóvedas y limitar la fisuración de estas en los sismos severos.
Este análisis permite dimensionar y reforzar las columnas y vigas que toman los empujes de4 las bóvedas en la condición "cargas verticales mas sismo". Es importante hacer notar que la estructura diseñada para este propósito, debe considerar con igual grado de importancia la resistencia y la rigidez de los elementos estructurales.
RESULTADOS OBTENIDOS
ESFUERZOS UTILIZADOS EN EL DISEÑO DE LAS REPARACIONES (Esfuerzos aun no confirmados por experimentación)
a) Comprensión axial (fm) 0.17 f``m
b) Comprensión por flexión (fc) 0. 3 f``m
c.- (+) Tracción por flexión (ft)
(solamente para albañilería de sillar tipo A)
Perpendicular a las hiladas 0.5 kg/cm2
Paralelo a las hiladas 1.0 kg/cm2
d) Corte Vm 0.15 f``m
e) Modulo de elasticidad (Em) 400 f``m
f) Modulo de rigidez (Er) 0.4 Em
VALOR DE f``m
ALBAÑILERIA DE SILLAR TIPO A
Unidades de sillar iguales, regulares en buen estado, asentadas con mortero de cemento, cal hidratada y arena de tipo S f``m = 15 kg/cm2
ALBAÑILERIA DE SILLAR TIPO B
Igual a A pero con mortero cemento arena tipo M, S o N f``m= 10kg/cm2
ALBAÑILERIA DE SILLAR TIPO C
No cae en la descripción de A-B- No es estructural
José A.Gamarra A.
Jose buenos dias espero que podamos estar en contacto, espero que me puedas dar tu email
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