Daños en edificaciones de sillar de la ciudad de arequipa

IX Congreso Nacional De Estudiantes De Ingeniería Civil UNI-FIC

DAÑOS EN EDIFICACIONES DE SILLAR DE LA CIUDAD DE AREQUIPA OCASIONADOS POR EL SISMO DEL 23 DE JUNIO.

Caceda Quezada, Claudia Gytzel claudyacq@ peru.com Portugal Barriga, Pablo Amilcar [email protected] Estudiantes de la Facultad de Ingeniería Civil UNIVERSIDAD NACIONAL SAN AGUSTIN DE AREQUIPA 1.-RESUMEN El 23 de junio del 2001, se produjo un movimiento sísmico de magnitud 8.1 Ms. El epicentro se ubicó a 82 Km NO de Ocoña. Antiguamente el sillar se ha utilizado como unidad de albañilería en Arequipa por la abundancia de este; su resistencia a la compresión se compara con un ladrillo tipo III, pero presenta deficiencias en su adhesión con los morteros utilizados por su gran capacidad de absorción que no permite el adecuado fraguado de este. El sismo ocasionó daños en las construcciones de sillar de la ciudad de Arequipa siendo la principal causa la falta de elementos de confinamiento. Cabe destacar el buen comportamiento a la acción sísmica de edificaciones como el templo de la Compañía de Jesús construido en el siglo XVII siendo el templo mas antiguo de la ciudad, y edificaciones que fueron reforzadas con elementos estructurales. Se realizó la inspección de daños del Centro Histórico de Arequipa mostrando un descenso en el estado de conservación de las edificaciones. 2.-INTRODUCCIÓN En Arequipa los daños en edificaciones ocasionados por el sismo se presentaron en las construcciones más antiguas siendo estas predominantemente construidas con sillar, y localizadas principalmente en el Centro Histórico de Arequipa. El Centro Histórico cuenta con 500 casonas, 250 de la cuales están calificadas como monumentos, han sido construidas generalmente en el siglo XIX, sobre el sitio de edificios coloniales anteriormente destruidos por los terremotos. La declaración de la zona monumental de Arequipa como Patrimonio Cultural de la Humanidad refleja su importancia, los daños en las edificaciones de sillar se presentaron principalmente en edificaciones afectadas anteriormente por sismos las cuales no habían tenido una adecuada restauración. El objetivo de este trabajo es dar a conocer las características del origen del terremoto; describir la conformación de las edificaciones de sillar, para luego establecer las aciertos en los diseños y las deficiencias de estas edificaciones; finalmente se clasifica las consecuencias de este sismo en el Centro Histórico y se analiza estadísticamente.

3. CONTENIDO DE LA PONENCIA 3.1. SISMO EN EL SUR DEL PERU El día sábado 23 de junio del 2001 cerca de las 15 horas con 33 minutos, un terremoto de magnitud 8.1Ms afectó toda la región Sur del Perú. El epicentro del terremoto fue localizado a 82 Km al NO de la localidad de Ocoña, departamento de Arequipa. Este terremoto es consecuencia del proceso de subducción entre la placa de Nazca y la Sudamericana; la profundidad de foco del terremoto no pudo ser determinada con precisión, pero los algoritmos utilizados proporcionaron por defecto un valor de 33 Km lo que pone en evidencia el carácter superficial del terremoto. En la Figura 1 se muestra el mapa de isosistas y en el se observa que el terremoto tuvo una longitud de percepción mayor en dirección Sur, la misma que es coherente con la distribución preliminar de las

Página 1 de 10

IX Congreso Nacional De Estudiantes De Ingeniería Civil UNI-FIC replicas localizadas. Como todos los terremotos que ocurren frente a la costa de Sudamérica, las líneas de isosistas siguen una geometría elipsoidal, siendo el eje mayor de la misma paralelo a la línea de costa. (ref 1.)

Figura 1. - Mapa de intensidades regionales del terremoto de Ocoña del 23 de Junio de 2001 (ref. 1)

Los datos obtenidos permiten observar que el sismo por ser de magnitud elevada obedece a un proceso de ruptura muy complejo, debido a que ocurre sobre la superficie de contacto de las placas. El proceso de ruptura o fricción de las placas durante los 10 primeros segundos fue lento y por el carácter superficial del mismo se produjo un movimiento horizontal paralelo a la superficie, a los 48 segundos se produjo movimientos mayores debido a que ocurrió la ruptura mayor y por consiguiente la energía liberada se incremento. La zona afectada por el sismo tuvo un desplazamiento de 50 cm horizontalmente y de 5 cm de desplazamiento vertical. (ref 2) 3.2. APLICACIÓN DEL SILLAR EN LA CONSTRUCCION El sillar es una roca considerada como tufo volcánico de tipo piro clástico debida a la acumulación de fragmentos sólidos obtenidos por erupciones volcánicas, es un material aleatoreamente homogéneo por lo cual sus propiedades varían en determinados rangos. En la tabla 1 se muestran los resultados promedio de las propiedades del sillar mas relevantes. Tabla 1: Propiedades físicas y mecánicas del sillar (ref. 3) Propiedades físicas y mecánicas del sillar: Peso Especifico 1.34 gr/cm3 Absorción 25.23 % Resistencia a la compresión simple 93.41 kg/cm2 Modulo de elasticidad 40925.93 kg/cm2 Desde la época colonial, la mayoría de edificaciones del centro histórico de Arequipa han sido elaboradas ha base de sillar. El sillar ha sido empleado en construcciones de edificios, cercos, columnas, puentes, muros de contención, canales y umbrales. El sillar se extrae de las canteras en forma de bloques, estos posteriormente son cortados artesanalmente en unidades de diferentes tamaños. En referencia al tamaño de las unidades no se puede especificar medidas estándar debido a la diversidad de tamaños utilizados antiguamente para la construcción.

Página 2 de 10

IX Congreso Nacional De Estudiantes De Ingeniería Civil UNI-FIC Actualmente el sillar como material es empleado en la construcción de cercos de terrenos y en viviendas precarias de las zonas perimétricas de Arequipa; su empleo para ornamentos de edificaciones como unidades de enchape es también bastante difundido. Las causas por las que se ha dejado de emplear el sillar en edificaciones son las siguientes: •

Con el transcurrir del tiempo en las construcciones de sillar se forman unas eflorescencias en la superficie . Estas exudaciones se deben a la acción del medio ambiente.

•

La poca adherencia de los morteros con la superficie del sillar, se debe principalmente a la porosidad y gran capacidad de absorción que tiene el sillar ; lo cual ocasiona una alta succión del agua del mortero lo que causa un empobrecimiento de este y por lo tanto se reduce su capacidad de adherencia.

•

Debido a la robustez y gran espesor de los muros construidos con sillar su empleo dejo de ser difundido por la gran cantidad de espacio que utilizaban.

3.3. EDIFICACIONES DE SILLAR DEL CENTRO HISTORICO. El 51.15% (ref 4) de las edificaciones de centro histórico son de sillar y principalmente de la época republicana y colonial. Se puede destacar los siguientes tipos de construcciones como los mas empleados y representativos: bóvedas, cúpulas, edificaciones con techo plano y puentes. Antiguamente se utilizaban los muros tipo sándwich de un espesor que llegaba hasta los 2 m de las cuales arrancan las bóvedas; estas paredes eran construidas con sillares que se colocaban parados, la manera de acomodarlos era: 2 sillares se colocaban con la superficie mayor hacia fuera y el tercero se le ponía de filo, para así formar lo que se llamaba trabazón, esto se hacia en las dos caras de la pared quedando en el medio un claro que se rellenaba con trozos de sillar (ripio), piedras y mortero de cal (calicanto) que proporciona una gran adherencia entre las dos caras del muro, también se han encontrado relleno de barro con piedras; cabe destacar que la mayoría de muros con fallas tienen un relleno de barro con piedras lo que confirma el buen funcionamiento de los muros que emplearon mortero de cal, ripio y piedras, que tiene una resistencia en algunos casos comparable con el concreto pero su problema es el tiempo de fraguado. Figura 2: Sección típica de estructuras de albañilería de sillar. EXTRADOS

DOVELAS CARGA

INTRADOS

TRABAZON

CALICANTO

TIERRA Y PIEDRA

El comportamiento estructural de estas edificaciones se basa en su estabilidad por su propio peso, la robustez de sus muros (entre 1 y 2 m) es el factor principal para la funcionabilidad de estas edificaciones. La cimentación de estos muros varia entre 1 a 1.2m de profundidad, consistente en una mezcla compactada de tierra y piedras redondeadas de gran tamaño. Por su proceso constructivo las unidades conformantes de un muro se encuentran prácticamente apiladas una sobre otra con presencia de mortero en algunos casos y en otros no, los morteros utilizados no han tenido ningún tipo de estudio, su único confinamiento es en la unión de los muros en forma dentada en las esquinas esto ocasiona que durante un sismo las unidades se separen entre si y se pierda la resistencia del muro, presentándose las grietas entre las unidades de sillar lo que conduce al desprendimiento de ellas y el posterior colapso de los muros, como se observa en la Fig. 3 y 4. En la tabla 2 se muestran los resultados

Página 3 de 10

IX Congreso Nacional De Estudiantes De Ingeniería Civil UNI-FIC de la inspección, el agrietamiento y desprendimiento del revestimiento es el daño más común encontrado en las edificaciones de sillar; el colapso parcial o total de muros se presenta con menor frecuencia. Tabla 2 Tipo de Daño en Muros Agrietamiento y desprendimiento del revestimiento. Falla por corte del mortero entre las unidades de sillar. Falla por corte afectando las unidades de sillar. Colapso parcial o total del muro

Fig. 3. Iglesia de Sta. Teresa

% 58.20 50.00 37.33 10.00

Fig. 4. Casona en calle Rivero

En cuanto a los techos de sillar de las construcciones se empleaban dos sistemas alternativos: un sistema son las bóvedas de sillar en arco cilíndrico de medio punto o arcos rebajados , y el otro consistente en una losa plana y maciza con unidades de sillar. Las bóvedas utilizaban unidades de sillar denominadas dovelas colocadas a presión rellenando el espacio entre unidades con cuñas (ripio de sillar) lo que lograba que las dovelas estén totalmente comprimidas. La bóveda se encuentra apoyada en los muros laterales ejerciendo sobre estos cargas laterales, por ello se colocaba una carga adicional en la parte lateral de la bóveda consistente de ripio de sillar con mortero de cal, ubicada en la unión de la bóveda con el muro evitando la deformación en la parte lateral de la bóveda El espesor de las dovelas de sillar varia entre 15 a 18 cm y un máximo de 20cm. La construcción mas representativa de este sistema es el Templo de la Compañía de Jesús por su antigüedad (400 años). También se destaca la existencia de bóvedas construidas con ladrillo siguiendo el mismo proceso constructivo de las bóvedas de sillar, un claro ejemplo son las bóvedas de la Catedral de Arequipa. El daño mas frecuente en bóvedas es la separación de las dovelas provocado por la deformación de los muros (ver Fig. 5 y 6), esta excesiva separación ocasiona el desprendimiento de la dovelas y posterior colapso de la bóveda. La tabla 3 muestra los resultados de la evaluación de los daños mas frecuentes en bóvedas. Tabla 3 Tipo de daño en bóvedas Separación de las dovelas. Grietas entre bóveda y muro. Colapso parcial o total de la bóveda.

% 75.70 70.30 29.70

Página 4 de 10

IX Congreso Nacional De Estudiantes De Ingeniería Civil UNI-FIC Las losas planas están conformadas por viguetas de rieles y unidades de sillar especiales de 25 a 30 cm de ancho, 60 cm de largo y 18 cm de espesor dándoles la forma aproximada del riel, las unidades se apoyaban aproximadamente 5 cm en cada riel y estos rieles a su vez se apoyaban en los muros laterales; con los sismos anteriores muchas bóvedas colapsaron y este sistema empezó a ser empleado reemplazando a bóvedas colapsadas. Para evitar la separación entre rieles se emplearon tensores de acero sujetados en columnas de rieles colocadas estratégicamente en el interior de los muros; en las losas el daño más frecuente encontrado es la separación que presentan las uniones de los rieles y el sillar ocasionando la reducción de los apoyos de las unidades y posterior colapso parcial de unidades. La tabla 5 muestra los resultados de la evaluación de daños mas frecuentes en losas, cabe destacar que no existe colapso total de losas sino simplemente colapso de filas de unidades entre rieles sin afectar la estabilidad total de la losa.

Fig. 5. Claustros de Sta. Teresa, grietas en las bóvedas. Fig. 6. Bóveda agrietada del templo de Sta. Martha.

Tabla 4 Tipo de daño en losas Separación de las unidades Fisura entre losa y muro Colapso parcial

% 54.55 42.42 15.15

Principalmente en las construcciones religiosas se difundió el uso de contrafuertes laterales para reforzar muros de gran altura, algunos de estos por la excesiva carga lateral presentan fallas por la separación de las unidades de sillar (ver fig. 7.), también es característico la construcción de cúpulas en templos, los daños sufridos por estas son similares a los daños en la bóvedas (ver fig 8).

Página 5 de 10


Fig. 9. Cúpula del templo de Sta. Teresa

Fig. 10. Contrafuerte del templo de Sta. Marta

En Arequipa existen dos puentes de sillar el Pte. Miguel Grau y el Pte. Francisco Bolognesi de la época Republicana utilizados ampliamente en la actualidad, su configuración estaba basada en pilares de piedra de gran tamaño y robustez, y bóvedas de sillar entre los pilares; ninguno de estos puentes ha sufrido mayor daño alguno debido a buen anclaje que dan los estribos no permitiendo la separación de las unidades que lo conforman.

Fig. 7. Puente Miguel Grau

Fig. 8. Puente Francisco Bolognesi

Existen edificaciones de sillar con mas de 400 años de antigüedad que no han sufrido daños severos en su estructura, templos como el de la Compañía de Jesús solo presenta daños leves en sus muros, esta edificación esta conformada de tres naves con bóvedas y cúpulas sus muros son muy altos entre 6 a 8m con un espesor mayor a 2 m, anteriormente poseía contrafuertes laterales los que fueron retirados para ampliar la calle adyacente a esta edificación, solo su cúpula principal fue reforzada anteriormente al sismo con una viga collar (ver fig. 11), de esta edificación se puede destacar su buen comportamiento ante la acción sísmica explicable por la robustez de sus muros.

Página 6 de 10


Fig. 11. Vista lateral del Templo de la Compañía de Jesús, se aprecia la cúpula principal y los contrafuertes de la bóveda central.

El reforzamiento de las edificaciones de sillar con elementos estructurales de concreto armado a permitido un adecuado comportamiento durante el sismo; edificaciones como los claustros de San Agustín, el Instituto Elmer Faucett y el pabellón Garaycochea mostraron que el sistema de reforzamiento empleado tuvo muy buenos resultados. Las edificaciones de sillar tienen una buena rigidez por su gran robustez, su problema principal es la falta de resistencia a la acción sísmica por ello el sistema empleado para darle la resistencia necesaria a estas construcciones se basa primordialmente en el confinamiento de cada muro con columnas y vigas de concreto armado. Se sigue el siguiente proceso constructivo : Primero se procede a apuntalar todo el ambiente, para luego picar en los muros de sillar en el lugar donde irán colocadas los elementos de refuerzo retirando las unidades de sillar, se coloca la estructura de reforzamiento y se realiza el vaciado del concreto en esta estructura, finalmente se recubre el elemento de refuerzo vaciado con las unidades retiradas (ver fig.13 y 14). En el reforzamiento de bóvedas se colocan una viga collar que sigue la forma de la bóveda. (ver fig. 15 y 16).

Fig 13 y 14. A la izquierda se muestra el apuntalamiento de un ambiente a ser refo rzado, a la derecha se aprecia la extracción de las unidades del muro para proceder a su reforzamiento.

Página 7 de 10


Fig 15 y 16. A la izquierda se aprecia el espacio donde ira colocada la viga collar, a la derecha se muestra el vaciado del concreto de la viga de refuerzo de la bóveda.

3.4. DAÑOS DEL CENTRO HISTORICO DE AREQUIPA. Se hizo una evaluación del estado de conservación del Centro Histórico en septiembre del 2000, realizada por la Oficina Técnica del Centro Histórico de Arequipa durante el proceso de evaluación para la solicitud de declaración de Patrimonio Cultural de la Humanidad de la ciudad de Arequipa. En la tabla 2 se muestran estos resultados Tabla 5: Estado de conservación anterior al sismo Ref. 5 Estado de Conservación Bueno Regular Malo Precario En construcción

% 49.94 39.57 8.96 1.31 0.22

Se realizo la inspección de los daños ocasionados por el sismo en las edificaciones del Centro Histórico dirigida por la Oficina Técnica del Centro Histórico con la participación de profesionales y estudiantes de la UNSA de las facultades de Ing. Civil y Arquitectura. La inspección consistió en la clasificación de los daños de las edificaciones en el centro histórico abarcando las zonas mas afectadas por el sismo. Se obtuvo una muestra representativa de 1001 predios de un universo de 2646, es decir un 37.83% del total de predios. La figura 4 muestra el plano de la evaluación posterior al sismo del centro histórico de Arequipa y en la Tabla 2 se presentan la evaluación estadística. Tabla 6: Evaluación de daños provocados por el sismo Ref. 5 Evaluación Falla total o parcial Daño grave Daño leve Sin daño Sin verificar Total

Nº Predios 110 388 307 196 1645 2646

% 10.99 38.76 30.67 19.58 100.00

% del total de predios 4.16 14.66 11.60 7.41 37.83

Página 8 de 10


Los efectos del terremoto se clasificaron de la siguiente manera: Falla total o parcial: incluye edificios con presencia de uno o mas muros, bóvedas o losas colapsadas. Daño grave: incluye muros, bóvedas y losas que presenten una separación excesiva entre sus unidades de sillar, existe una perdida de su estabilidad. Daño leve: incluye muros, bóvedas y losas con presencia de grietas y fisuras localizadas. Sin daño: No presenta daños mayores en la edificación. Comparando los resultados de la evaluación previa al sismo y la evaluación posterior podemos concluir que aproximadamente un 30.44% de las edificaciones en buen estado sufrieron daños graves por el sismo.

Fig. 17. Plano de la evaluación en el Centro Histórico posterior a sismo (al 37.83%) Ref.

5

Página 9 de 10


4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: •

Las edificaciones de sillar en el centro histórico de Arequipa tuvieron daños causados por la falta de elementos de confinamiento en estas, el porcentaje de descenso de estado de conservación es aproximadamente un 30.44% de edificaciones que se encontraban en buen estado.

•

Las edificaciones de sillar reforzadas adecuadamente con elementos de concreto armado no han sufrido daños en su estructura, lo que demuestra el buen comportamiento de este sistema, siendo una solución para la conservación de estas edificaciones.

•

Se recomienda realizar estudios del sillar como material de construcción, analizando su comportamiento en estructuras, para encontrar las soluciones mas adecuadas para la construcción de edificaciones de sillar; así como estudios de mezclas de morteros adecuadas para este material.

5. LISTA DE REFERENCIAS: 1. Instituto Geofísico Nacional, Informe Preliminar del sismo de Arequipa. 2. Instituto Geofísico de la Universidad Nacional San Agustín de Arequipa, Informe del sismo del 23 de junio. 3. Hurachi M., Gonzales S., Tesis: Estudio del sillar de la cantera de Añashuaico, Universidad Nacional San Agustín de Arequipa, FIC. 4. Llanque Chaña Josué E., Plan de recuperación del Centro Histórico de Arequipa. 5. Superintendencia Municipal de Administración y Control del Centro Histórico de Arequipa, Evaluación de daños.

Página 10 de 10

Daños en edificaciones de sillar de la ciudad de arequipa

Recommend Documents