LA INTERVENCIÓN ESTRUCTURAL EN MONUMENTOS HISTÓRICOS. EL CASO DE LA RECONSTRUCCIÓN DE LA CATEDRAL DE AREQUIPA Daniel Torrealva & Antonio Blanco Departamento de Ingeniería. Pontificia Universidad Católica del Perú
1. INTRODUCCIÓN.
El sismo del 23 de Junio del 2001, que afectó la zona sur del país nos trae nuevamente el problema de la vulnerabilidad sísmica de edificios que forman parte del patrimonio cultural del país. En el centro histórico de Arequipa, recientemente calificado por la UNESCO como Patrimonio Cultural de la Humanidad, según el inventario realizado por la Superintendencia del Centro Histórico, aproximadamente el 40% de las construcciones que lo representan tienen daños que van de moderados a graves con colapsos parciales. Frente a esta situación el Instituto Nacional de Cultura, ente rector del patrimonio cultural tiene ante sí un problema extremadamente complejo cuya solución pasa por definir sistemas estructurales y procedimientos constructivos económicos, eficientes y compatibles con los criterios de conservación. Es pues absolutamente imprescindible un trabajo conjunto entre arquitectos de conservación, historiadores e ingenieros estructurales para resolver el problema técnico que plantea el reforzamiento sísmico de monumentos históricos. Esto significa entre otros aspectos, que los arquitectos deben conocer los criterios de diseño sismorresistente y que los ingenieros estructurales deben conocer los conceptos que rigen la protección de monumentos históricos 2. CARTAS Y RECOMENDACIONES INTERNACIONALES SOBRE LA CONSERVACIÓN DEL PATRIMONIO CULTURAL.
Existen unas 15 declaraciones y recomendaciones internacionales sobre la conservación de los bienes culturales muebles e inmuebles. La primera de ellas es la Carta de Atenas que data dat a de 1931 y dio una una expresión expresión inicial inicial de los los principios principios funda fundamenta mentales les que deben deben presidir la preservación y conservación de los monumentos. La Carta de Venecia en 1964, reexamina esos principios, en vista de la complejidad del problema, con el fin de profundizarlos y dotarlos de mayor alcance. En esta Carta se define los términos de CONSERVACIÓN Y RESTAURACIÓN. Después de varias resoluciones y revisiones se elabora en 1979, la Carta para la Conservación de Lugares de Valor Cultural o Carta De Burra, Australia. Esta carta incorpora a los términos de conservación y restauración, los de PRESERVACIÓN, RECONSTRUCCIÓN Y ADAPTACIÓN. Es decir se flexibiliza y amplía las posibilidades de intervención en los monumentos históricos. La Carta de Brasilia, ICOMOS- Brasil 1995, trata sobre la autenticidad del patrimonio cultural y el mensaje que proyecta a la sociedad. Estamos ante un bien auténtico cuando existe correspondencia entre el objeto material y su significado.
3. INCOMPATIBILIDAD DE LOS CRITERIOS DE CONSERVACIÓN CON LOS CÓDIGOS VIGENTES DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN.
El problema que vamos a enfocar es cómo compatibilizar los requisitos de seguridad que se especifican en los códigos vigentes de diseño y construcción de edificaciones, con los criterios de conservación para edificaciones consideradas patrimonio cultural. Debemos tener en cuenta que cada intervención estructural en la cual se utilizan refuerzos y estructuras adicionales, usualmente de materiales modernos, reduce el valor histórico y cultural del edificio. En un extremo se ubica el concepto de conservación radical, que podría preferir que el edificio permanezca intocable, solo con acciones de preservación, para mantener su autenticidad. En este caso, de acuerdo al riesgo sísmico que enfrente, el edificio estaría condenado a ser destruido en caso se presentara un sismo que exceda su capacidad resistente. En el otro extremo se ubica el código de diseño sísmico, que si se aplica en función al tiempo de vida útil que debe tener la edificación, impondría tal cantidad de refuerzos de acero y concreto que prácticamente cambiaría el sistema estructural del edificio. En uno y otro caso el monumento histórico estaría condenado a perder su valor, ya sea por destrucción sísmica o por un cambio sustancial en su condición material. Los códigos vigentes de diseño sísmico están basados en los siguientes conceptos: - Sismicidad del lugar - Respuesta del suelo - Uso de la edificación - Tiempo de vida útil - Características de los materiales de construcción - Estado del arte del análisis y diseño - Economía del país En el caso de monumentos históricos la aplicación de estos códigos es infundada por las siguientes razones: - Las estructuras de edificios históricos difieren sustancialmente de las actuales en cuanto a características mecánicas y respuesta sísmica. - Poseen ya una cierta debilidad específica, producto del deterioro causado por el paso del tiempo y usualmente, falta de ductilidad y de continuidad estructural. - Contrario al proceso de diseño moderno, donde el ingeniero estructural decide, basado en su propia convicción y criterio, el refuerzo necesario, en el caso de edificios históricos, la decisión es compartida entre el ingeniero estructural, el arquitecto de conservación y el historiador. 4. La Intervención Estructural en Edificios Históricos.
Cada monumento histórico es único en cuanto a su historia, su valor cultural, sus materiales, su comportamiento ante sismos anteriores y su estado de conservación. Si a esto le sumamos que en casos de un evento sísmico importante, sufre daños estructurales de diversa magnitud, estamos ante un problema sumamente complejo que requiere de un procedimiento operativo de acuerdo a las técnicas de conservación y los principios estructurales. Desde el punto de vista de la oportunidad, se pueden clasificar las intervenciones en el siguiente orden: INMEDIATAS URGENTES
: para prevenir el daño a las personas. : para prevenir el deterioro acelerado.
NECESARIAS
: para mantener el edificio en condición estable a prueba de réplicas sísmicas, agua y viento. DESEABLES : para rehabilitar o mejorar el edificio, incluyendo su resistencia Sísmica. DE OBSERVACIÓN: para adquirir mayor información y establecer un diagnóstico correcto. La siguiente lista, tomada parcialmente del libro de Sir Bernard M. Fielden “Entre dos Terremotos” da una idea del procedimiento adecuado para intervenir edificios históricos: 1. Analizar los “valores” del edificio, entre los cuales se encuentran los de identidad social, espirituales-religiosos, simbólicos, arquitectónicos, artísticos, urbanísticos, económicos, políticos, etc. 2. Analizar el sistema estructural. Estudiar las reparaciones y alteraciones hechas en el pasado. 3. Hacer un levantamiento detallado de todos los defectos y daños visibles. 4. Revisar las causas de deterioro. 5. Un equipo multidisciplinario de ingenieros de suelos, de materiales y estructurales, arquitectos de conservación e historiadores debe inspeccionar el edificio conjuntamente. 6. Considerar el uso actual y potencial del edificio. 7. Plantear técnicas que permitan incrementar la resistencia a la tensión sin alterar la dinámica del sistema estructural. 8. Plantear varias alternativas tomando en cuenta la factibilidad técnica y económica 9. La mejor intervención es la mínima necesaria para responder a un riesgo aceptable. Las construcciones históricas, salvo contados casos como el de la Catedral de México o el Campanile de Pisa, no tienen problemas en la cimentación. El haber permanecido por siglos en una ubicación ha consolidado el terreno de cimentación absorbiendo los asentamientos producidos por la carga impuesta al terreno. Esto por lo general, limita la intervención a la super estructura donde se debe estudiar el comportamiento dinámico de los diferentes tipos de techos: bóvedas, cúpulas y techos livianos en algunos casos. Los muros y pilares también deben ser analizados en conjunto con el techo que soporta. Se debe prestar especial atención a las conexiones de los muros entre sí, así como a sus conexiones con el techo. Debe también estudiarse los problemas de volteo o presiones que un evento sísmico puede producir en la cimentación existente. El principio estructural que debe guiar la intervención es el evitar que el edificio colapse, ya que mientras siga en pie, es posible su recuperación. Esto significa que debemos asegurar que la edificación puede absorber la energía sísmica y disiparla. Para conseguir este objetivo, se puede optar por los siguientes procedimientos: 1. Incrementar la resistencia elástica del edificio mediante la inclusión de elementos estructurales cuyo módulo de elasticidad sea compatible con el del material original, ya que de lo contrario se puede generar comportamientos dinámicos distintos. 2. Incrementar la ductilidad del edificio. En el caso de las construcciones masivas de mampostería puede ser un objetivo difícil de lograr. 3. Asegurar la estabilidad del edificio en su etapa post fisuración. Esto significa que la disipación de energía ocurrirá por fricción entre las partes fisuradas pero asegurando que permanezcan unidas entre sí.
De los procedimientos mencionados se debe optar por aquel que respete mejor los principios de la buena conservación de monumentos históricos, es probable que una aplicación cuidadosa del tercer y primer procedimiento sea la más recomendable. Otro aspecto importante es que la intervención, preferentemente, debe ser reversible, esto permite que se pueda monitorear el efecto de la intervención, se pueda corregir, reforzar o revertir. Las intervenciones irreversibles comprometen totalmente y por anticipado la supervivencia del edificio con una sola técnica producto del conocimiento presente, sin tener en consideración que nuestra tarea es preservar el monumento para las siguientes generaciones, que con nuevas tecnologías pueden realizar futuras intervenciones de mejor calidad. Finalmente, la tecnología apropiada de intervención se basa en una comprensión intuitiva-cualitativa del comportamiento sísmico de los edificios históricos, tal como lo hicieron los constructores del pasado. 5. EL CASO DE LA CATEDRAL DE AREQUIPA 5.1 ANTECEDENTES.
La Iglesia Catedral de Arequipa es el edificio símbolo que expresa el carácter de la ciudad y su gente. El hecho de ser el edificio más alto de la traza urbana central, dominando el ámbito espacial urbano, estar construido con el material propio de la zona (sillar), estar ubicado en el corazón mismo de la ciudad y ser el mudo testigo de importantes acontecimientos históricos, lo cataloga como el monumento representativo de la ciudad tanto a nivel nacional como internacional. La Iglesia Catedral de Arequipa es además la más importante expresión del estilo neo clásico en el Perú.
Figura 1: Dibujo de la Catedral de Arequipa antes de 1850
Una característica propia de este monumento son sus torres, que se elevan una altura de 28 metros sobre la parte superior del cuerpo de la iglesia, siendo así una referencia visual obligada en el ámbito urbano y rural circundante. Es precisamente la esbeltez de estas torres lo que las hace especialmente vulnerables a las acciones sísmicas, tan frecuentes en la zona, habiendo sufrido diversos niveles de daño y colapsos parciales a lo largo de su historia. El sismo de 1868 provocó el colapso parcial de ambas torres, las cuales fueron posteriormente demolidas para proceder a su reconstrucción con la forma arquitectónica que hoy presentan.
Figura 2 Reconstrucción de las torres después de sismo de 1868. Los sismos de 1958, 1960 y 1979, provocaron diversos daños que se fueron acumulando hasta que en 1983, CORDEAREQUIPA en convenio con la filial del INC en Arequipa, elaboran un proyecto de reparación y refuerzo estructural para las torres en vista que “según peritajes realizados por técnicos en estructuras, las torres no podrán soportar otro sismo por estar seriamente agrietadas”. El proyecto de refuerzo estructural se limitaba a una intervención en el primer cuerpo de la torre, vale decir en los cuatro pilares y arcos directamente sobre el techo de la iglesia. Aparentemente no se reforzó con elementos estructurales la zona de transición, la cual en el sismo del 23 de junio del 2001, falló provocando el colapso del tercer cuerpo en la torre izquierda.
5.2 EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO.
Por su esbeltez, sus pequeñas dimensiones en planta comparadas con las de la iglesia y por estar colocadas en la parte superior del cuerpo de esta, las torres de la Iglesia Catedral se pueden considerar como apéndices de la estructura principal. La característica de estos apéndices es que su comportamiento dinámico frente a solicitaciones sísmicas es casi independiente del resto de la estructura, pero sufriendo mayores amplificaciones de aceleración por estar situados en la parte alta de la estructura principal. Debido a la modificación arquitectónica después del sismo de 1868, las torres presentan actualmente un primer cuerpo bastante rígido consistente en cuatro pilares unidos por arcos; aparentemente, en un afán de disminuir la masa en la parte superior, viene a continuación una zona de transición donde la planta de 7m x 7m aproximadamente se reduce a una sección de 4.5m x 4.5m, dimensiones que no responden al diseño original pues existen fotos anteriores donde se aprecia que las torres mantenían la misma sección de la base en lo que hoy son sus segundos y terceros cuerpos. En la zona superior (tercer cuerpo), se tiene unos pilares de menor sección unidos por arcos que rematan en una pirámide de latón, la cual estructuralmente no es significativa. Para una mejor comprensión de la descripción e indicaciones de este trabajo se divide la torre en tres secciones o cuerpos que son: Primer Cuerpo. Comprende los pilares y arcos directamente sobre el techo de la iglesia desde su base hasta la primera cornisa, en una altura de aproximadamente 6.5m. Segundo Cuerpo. Comprende la zona de transición desde la primera cornisa hasta la base de la arquería superior, en una altura aproximada de 6.7m. Tercer Cuerpo. Comprende la arquería superior hasta la última cornisa antes de empezar el remate de latón. Su altura aproximada es de 5.1m. En el proyecto de refuerzo del año 1983 la torre la dividen en primer cuerpo, zona de transición y segundo cuerpo. •
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5.3 INTERVENCIONES ANTERIORES.
Según el informe del proyecto del año 1983, las torres fueron reconstruidas luego del sismo de l868. En l940 fueron reforzadas incluyéndoles cuatro columnas en los vértices interiores de los pilares del primer cuerpo, con vigas que unen los extremos superiores de estas columnas, cruzándose a manera de diagonales. De estas crucetas y de los braquetes superiores de las columnas en el primer cuerpo, continúan cuatro columnas desfasadas en el plomo vertical hacia el centro de cada torre, hasta aproximadamente la base del tercer cuerpo donde se tiene un nuevo nivel de crucetas (vigas de concreto armado). Finalmente en la parte superior del tercer cuerpo, se tiene un nuevo nivel de crucetas que amarran la arquería del tercer cuerpo que es de concreto armado con enchape de sillar, según se puede apreciar en la torre derecha que quedó en pié luego del sismo del 23 de Junio del 2002. En el año 1983, la zona que presentaba los mayores daños eran los pilares del primer cuerpo en la torre derecha, los cuales según el informe de esa fecha, tenían “ fisuras en algunos casos de 8, 10 o más centímetros con descajamiento de las piezas de sillar ”.
En los pilares del primer cuerpo de la torre izquierda, “los agrietamientos no son de la gravedad que los de la torre derecha”. En ambas torres se informa en ese año, que existen fisuras en la zona de transición con movimiento de las piezas de sillar, las cuales fueron calificadas como no importantes en la torre derecha y de mayor importancia en la torre izquierda, que a la postre fue la torre que colapsó en el sismo del 23 de Junio del 2001. La solución de refuerzo planteada en el proyecto del año 1983 consideraba la colocación de dos columnas de concreto armado (C1) adicionales a la central existente en cada uno de los cuatro pilares inferiores. Estas columnas estaban colocadas en las aristas que forman ángulo recto, dejando sin reforzar la parte ochavada de los pilares, que constituyen las cuatro esquinas perimetrales. También en la base, se estipula la colocación de una viga collar (VC1) con 6 varillas de ¾” en todo el perímetro. Adicionalmente y a una altura coincidente con el nacimiento de los arcos del primer cuerpo, se colocó una viga collarín de concreto armado (V2 y V3) en cada uno de los cuatro pilares de base. En la prospección realizada los días 1 y 2 de marzo del año 2002 se han comprobado que dichos refuerzos fueron ejecutados. Se ha constatado también que en la torre derecha, dos de los pilares del primer cuerpo, los interiores, nacen de las bóvedas del techo, mientras que en la torre izquierda, se tiene desde abajo, un muro transversal a la fachada, que sirve de apoyo a los dos pilares interiores. En la zona de transición entre el primer y tercer cuerpo, se aprecia en ambas torres la presencia de cuatro columnas de acero adyacentes a las columnas interiores de concreto. No se tiene referencia de la fecha de colocación ni del proyecto en que fueron consideradas. 5.4 EVALUACIÓN DE DAÑOS Y COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL.
En ambas torres el comportamiento es similar; debido a la transición de la sección, se produce también en esa zona un efecto de apéndice con respecto al primer cuerpo, aunque no tan pronunciado como el de la torre con respecto a la iglesia. Esto trae como consecuencia una concentración de esfuerzos mayores en la zona del cuello de la torre, lo que a la postre causó el desprendimiento de las piezas de sillar y el posterior colapso de la torre izquierda. Esto concuerda con los daños observados en sismos anteriores y que han sido documentados en el informe del proyecto del año 1983. Los pilares del primer cuerpo, que son los elementos que toman el momento de volteo y la fuerza cortante basal, han tenido un comportamiento aceptable. Se observan sin embargo fisuras en la base de los pilares justo en la parte en que no se ha reforzado con columnas de concreto, es decir la parte del ochavo exterior de cada pilar. Se puede entonces afirmar que de los tres cuerpos que componen la torre, ha sido el segundo de ellos (la zona de transición) el más débil por razones de daños acumulados de sismos anteriores, tal vez no reparados apropiadamente y además por la concentración de esfuerzos en la zona del cuello inmediatamente debajo del tercer cuerpo.
Figura 3: Momento preciso del sismo de Junio del 2001. Figura 3: Preciso momento del sismo de Junio del 2001.
Figura 4: Daños en las torres de la Catedral. El movimiento pendular del tercer cuerpo, produce esfuerzos de compresión y tracción sobre la mampostería de sillar del segundo cuerpo que no tiene ningún tipo de refuerzo, salvo las columnas de concreto y metálicas en el núcleo central. Como la resistencia a la tracción de la albañilería de sillar es prácticamente nula, al producirse ésta, los bloques de sillar se desprenden del mortero de junta y quedan
sueltos siendo luego expulsados de su posición por las fuerzas horizontales que en ese nivel son mayores por la amplificación de la aceleración. Esto produjo la pérdida de sección debajo del tercer cuerpo quedando únicamente el refuerzo del núcleo central para resistir el momento de volteo y la fuerza cortante horizontal simultáneamente. En el caso de la torre izquierda, el tercer cuerpo colapsó precisamente porque los elementos remanentes que lo unían al segundo cuerpo no resistieron los esfuerzos de volteo y fuerza cortante. El colapso de este cuerpo se produjo como un bloque rígido que al caer sobre la bóveda de la iglesia la perforó. 6. REFUERZO DE EMERGENCIA.
La torre derecha había sufrido el desarme de la zona de transición, quedando el tercer cuerpo en una situación de equilibrio inestable, para lo cual se propuso la inclusión de una estructura metálica tubular interior que va desde la base del primer cuerpo hasta la coronación del tercer cuerpo. Esta estructura metálica consta de seis tubos de 6” de diámetro y 3/16” de espesor arriostrado horizontal y diagonalmente con angulares de 2”. Las crucetas de concreto existentes en tres niveles al interior de la torre fueron forradas con platinas de ¼” para reforzarlas y conectarlas con los tubos verticales que forman la estructura tubular.
Crucetas de c/a forradas con plancha metálica Crucetas de c/a forradas con plancha metálica Base de c/a Figura 5: Refuerzo de Emergencia en la Torre Derecha
7. ANÁLISIS SÍSMICO Y CALCULOS PARA EL REFUERZO.
El análisis de la torre se ha realizado considerando que se comporta empotrada en la base (techo de la iglesia) por la condición de apéndice que presenta. Para modelar las características geométricas se ha utilizado el programa SOLID WORK y luego las frecuencias de vibración y determinación de esfuerzos se ha realizado con el programa NASTRAN de elementos finitos. El volumen de la torre es del orden de 340m3, con un peso total de 425 toneladas, asumiendo 1,250 kg/m3 como peso específico de la mampostería de sillar. Para determinar los esfuerzos al nivel de la base del primer cuerpo se ha considerado un coeficiente sísmico total de 0.30g.
Figura 6: Modelo y resultados con el programa de elementos finitos. Para efectos del análisis del posible volteo de la torre, a nivel de su base, se ha encontrado que el momento resistente debido a su peso propio es del orden de 1800 tonm, lo que significa que el máximo momento actuante por sismo horizontal se obtendría considerando un cortante máximo del orden del 40% del peso. En los cuatro pilares del primer cuerpo, para un cortante del 30% del peso, se obtiene esfuerzos máximos de compresión del orden de 6 kg/cm2 y esfuerzos máximos de tracción del orden de 0.8 kg/cm2. Los esfuerzos de compresión son aceptables y los de tracción son superiores a los resistentes en el mortero de junta, lo que podría producir fisuras en los pilares. Sin embargo, estos pilares cuentan con tres columnas de concreto armado cuyo refuerzo ha contribuido a controlar las tracciones presentes.
Con el objeto de dar mayor seguridad a este primer cuerpo, se considera la inclusión de una columna en los ochavos del perímetro exterior con 8 varillas de 5/8”, que trabajando a un esfuerzo de 2000 kg/cm2 estarán en capacidad de resistir una tracción de 34,000 kg, que es equivalente a un momento en la base de estos pilares de 1,400 tonm, que representa un cortante del 30% del peso. Si se considera el aporte del acero de las tres columnas existentes en cada pilar, el momento resistente podrá incrementarse hasta el equivalente producido por un cortante de aproximadamente 40% del peso. A nivel de la base del tercer cuerpo, considerando un cortante máximo del 50% del peso, se obtienen tracciones por sismo horizontal prácticamente equivalentes a la compresión actuante por carga de gravedad, lo cual hace a este cuerpo menos vulnerable en caso de sismo. En el proyecto de refuerzo, se está considerando la incorporación de refuerzos, que trabajen como tirantes en tracción. En la zona de transición, entre el primer y tercer cuerpo se incorporan columnas de concreto armado que unen la zona superior del primer cuerpo con la inferior del tercero. Sin embargo, en el caso de la torre derecha que ha permanecido en pié, teniendo en cuenta que el Municipio ha decidido no retirar las estructura metálica de emergencia colocada a raíz del sismo del 23 de Junio, no se ha contemplado la inclusión de columnas de concreto armado sino solamente la incorporación de un zuncho de fibra de carbono, con el objeto adicional de no tener que desarmar el segundo y tercer cuerpo existentes. 8. SOLUCIONES PROPUESTAS. 8.1 TORRE IZQUIERDA.
En la torre izquierda que ha sufrido el colapso del tercer cuerpo y parte del segundo, se propuso la reconstrucción completa de estos dos cuerpos, para lo cual era necesario desmontar la parte del segundo cuerpo (zona de transición) que permanecÍa en pié hasta el nivel de la primera cornisa (parte superior del primer cuerpo). Adicionalmente debería incluirse una columna de concreto armado en la zona del ochavo del perímetro exterior, para completar el refuerzo realizado en 1984. Durante la construcción se modificó la solución para no desmontar el segundo cuerpo completamente haciéndose perforaciones para colocar la armadura horizontal y vertical propuesta. El procedimiento de intervención fue el siguiente: a. Desmontar las cuatro pilastras de sillar que están situadas en las aristas ochavadas del primer cuerpo. b. Desmontar y retirar cuidadosamente los bloques de sillar de los cuatro ochavos del perímetro. c. Vaciar las nuevas columnas contra la mampostería de sillar existente en su perímetro, debiendo ubicarse las nuevas columnas retiradas 10 cm del plomo exterior, de tal manera que se pueda enchapar posteriormente con unidades de sillar que las oculten. d. Las columnas se anclaron en la base de concreto existente mediante la perforación con broca de ¾” de longitud 12cm, para introducir en ellos insertos de 5/8” de diámetro Hilti HIT HY150 de 80 cm de longitud. e. Las columnas se anclaron en la parte superior del primer cuerpo a la viga collar de concreto armado existente, para lo cual se pica una longitud aproximada de 70 cm,
f. g.
h.
i. j. k.
sin cortar el refuerzo de acero existente, finalmente se utiliza aditivo epóxico en la superficie de contacto entre el concreto nuevo y el existente. Desmontar parcialmente el segundo cuerpo de la torre hasta el nivel superior de los orificios circulares laterales. Vaciar una nueva cruceta de concreto armado de extremo a extremo de la sección perforando horizontalmente el segundo cuerpo. En este nivel se unirá esta nueva cruceta con una viga circular que también se vacea labrando la parte interior del segundo cuerpo. De la viga circular indicada en el punto anterior, nacen ocho columnas de concreto armado de sección 25 x 25 cm con 4 varillas de 5/8”, las cuales coinciden con la proyección de los ocho pilares de la arquería del tercer cuerpo. Se vacian esta columnas dejando anclados cada 80cm aproximadamente, 4 varillas de 3/8” para vigas de amarre circulares. Se construye luego el fuste de sillar con la forma de la transición que abarca la altura del segundo cuerpo vaciando las vigas de amarre conforme se avanza en altura. Se vacia la base del tercer cuerpo que consiste en una losa de concreto armado de 20cm de espesor con un orificio circular central. Las ocho columnas de concreto continúan al tercer cuerpo coincidiendo con los ocho pilares de la arquería. En la coronación del tercer cuerpo se coloca una viga collar y vigas crucetas de concreto de 20 cm de espesor donde irán ancladas las columnas indicadas en el punto anterior. En las crucetas se dejan unos insertos metálicos para anclar la estructura de coronación.
nivel 4
nivel 3 8 columnas
Refuerzo existente
nivel 2
Viga collar concreto?
y
cruceta
8 columnas
Soleras de concreto cada 0.8m Crucetas y viga circular interior nueva columna
nivel 1
Figura 7: Refuerzo estructural en torre izquierda.
de
Figura 8: Planta Nivel 1
Figura 9: Planta Nivel 2
Figura 10: Planta Nivel 3.
Figura 11: Planta Nivel 4
8.2 TORRE DERECHA.
La torre derecha ha sufrido el desarme de la zona de transición, quedando el tercer cuerpo en una situación de equilibrio inestable, que se ha solucionado con la inclusión de una estructura metálica tubular interior que va desde la base del primer cuerpo hasta la coronación del tercer cuerpo. Esta estructura metálica consta de seis tubos de 6” de diámetro y 3/16” de espesor arriostrado horizontal y diagonalmente con angulares de 2” y fue colocada como medida de refuerzo de emergencia ante la ocurrencia de réplicas del sismo del 23 de Junio del 2001. Las crucetas de concreto existentes en tres niveles al interior de la torre fueron forradas con platinas de ¼” para reforzarlas y conectarlas con los tubos verticales que forman la estructura tubular. En la reunión de coordinación habida en las oficinas de la Superintendencia del Centro Histórico de Arequipa, se informó que se ha decidido no retirar dicha estructura metálica colocada a raíz del sismo del 23 de Junio, con el objetivo de no tener que desmontar todo el cuerpo superior. El procedimiento de intervención fue el siguiente: a. Desmontar las cuatro pilastras de sillar que están situadas en las aristas ochavadas del primer cuerpo. b. Desmontar y retirar cuidadosamente los bloques de sillar de los cuatro ochavos del perímetro. c. Vaciar las nuevas columnas contra la mampostería de sillar existente en su perímetro, debiendo ubicarse las nuevas columnas retiradas 10 cm del plomo exterior, de tal manera que se pueda enchapar posteriormente unidades de sillar que las oculten. d. Las columnas se anclarán en la base de concreto existente mediante la perforación con broca de ¾” de longitud 12cm, para introducir en ellos insertos de 5/8” de diámetro Hilti HIT HY150 de 80 cm de longitud. e. Las columnas se anclan en la parte superior del primer cuerpo a la viga collar de concreto armado existente, para lo cual se pica una longitud aproximada de 70 cm, sin cortar el refuerzo de acero existente, finalmente se utiliza aditivo epóxico en la superficie de contacto entre el concreto nuevo y el existente. f. Reconstruir el fuste circular de sillar que abarca la altura del segundo cuerpo zunchándolo con bandas horizontales de fibra de carbono. Previamente se colocan bandas de fibra de carbono en posición vertical y pegadas en la parte inferior del fuste. g. En la parte inferior del fuste circular se vacea una viga de concreto armado en todo el perímetro. Esta viga se ancla al cuerpo de la torre con varillas de 5/8” en una longitud de 80 cm. h. Se coloca luego el sillar exterior dándole la forma de la transición. Los bloque de sillar están cosidos entre sí con varillas de acero tanto vertical como horizontalmente.
Refuerzo de emergencia
Zona a reconstruir Viga collar (2002)
Confinamiento con laminas de fibra Anclajes de ? 5/8”
0.80 m
columna 2002
Figure 12 : Refuerzo estructural en la torre derecha
5 5 c m
5 5 c m
5 5 c m 5 5 c m 5 5 c m 5 5 c m
25 cm.-wide CFRP Laminate
Figura 13: Ubicación de las fibras de refuerzo verticales
Figura 14: Instalación del refuerzo de fibras de carbono vertical y horizontal. 9. COMENTARIOS FINALES
a) La Catedral de Arequipa al igual que cualquier monumento histórico es único. b) Se deben conocer tanto los criterios de conservación como los conceptos de refuerzo antisísmico. c) El sillar como material ha sido ampliamente estudiado en universidades de Arequipa y Lima, sin embargo no existe suficiente información sobre la mampostería como conjunto. d) Se pueden aplicar las técnicas modernas de análisis y diseño pero teniendo en cuenta los antecedentes estructurales de la edificación. e) Esta ha sido una oportunidad valiosa para poner en valor la técnica del labrado y construcción con sillar. 10. RECONOCIMIENTOS
Un proyecto de esta naturaleza no termina con el diseño en el gabinete sino que se prolonga durante la etapa de ejecución de la obra, y es por ello que deseamos expresar nuestro reconocimiento a las personas que colaboraron activamente en que este proyecto se pueda realizar: al ingeniero Jorge Medina Jefe de la Oficina de Proyectos de la Municipalidad de Arequipa por confiarnos la delicada responsabilidad del proyecto, a los arquitecto Alfonso Alemán y Denver Arce; y los ingenieros Renato Díaz, José Moscoso, Leonel Pinto y Alfredo Parodi quienes cumplieron un rol preponderante en la dirección de la obra y participaron con sus sugerencias en las modificaciones del proyecto original conforme lo que se presentaba en la obra. Finalmente, los artesanos que labraron más de 3 mil piezas de sillar y que luego realizaron el trabajo de asentarlas cumplieron un papel primordial en la ejecución del proyecto, el intercambio de opiniones con el maestro Carmelo Peralta fue muy fructífero para conocer y mantener la tecnología tradicional. A todos ellos les expresamos nuestro reconocimiento.
