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Comprender las lesiones estructurales
I. El conocimiento
Lesiones estructurales
en los edificios de la arquitectura
tradicional mediterránea
César Díaz Gómez
Doctor arquitecto
Profesor Titular del Departamento de Construcciones
Arquitectónicas I en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura
de Barcelona (Universidad Politécnica de Cataluña)
España
Los aspectos de comportamiento y durabilidad de los elementos
estructurales del hábitat tradicional se hallan íntimamente
relacionado con los materiales utilizados y las formas de construir
de los entornos urbanos y rurales que lo conforman. Hay que
partir, por tanto, del conocimiento de dichos materiales y dichas
formas de construir para iniciar los procesos de diagnóstico de las
alteraciones y daños de cualquier índole que presenten los
edificios. También resulta útil disponer de la mayor información
posible sobre las modificaciones e intervenciones de todo tipo
acaecidos en el edificio a lo largo de los años e, incluso, de los
diversos usos a que se ha destinado.
Es recomendable la representación gráfica o referencia escrita de la
información recopilada sobre planos, secciones y alzados de los
edificios, con el objeto de poder relacionar la localización de los
daños con la ubicación de los diversos elementos estructurales y de
la obra gruesa, incluyendo las tabiquerías. También es recomendable
tomar nota de las modificaciones distributivas o volumétricas en
forma de adiciones en altura o ampliaciones en planta realizadas a lo
largo del tiempo, puesto que ello permite alcanzar una comprensión
global y unitaria de la construcción, lo cual resulta de especial interés
tratándose de edificios antiguos o históricos.
Teniendo presente lo expuesto anteriormente, nos referiremos a
continuación a la diagnosis de las lesiones que más frecuentemente
se manifiestan en los diversos elementos constructivos que
conforman los sistemas estructurales de dichos edificios,
distinguiendo de forma especial aquellos que soportan directamente
las solicitaciones mecánicas debidas a la acción de las cargas
gravitatorias, del viento y del sismo, es decir, los muros, pilares y
cimientos por lo que se refiere a elementos verticales, y los forjados,
bóvedas y cúpulas como elementos de cobertura más comunes.
es posible su conformación fiando al simple contacto y rozamiento
entre las piezas –en este caso las piedras– en las llamadas
mamposterías en seco. Cabe caracterizar mecánicamente los
muros así construidos por el hecho de constituir un elemento
autoestable, capaz de absorber las solicitaciones generadas por su
peso propio, las transmitidas por los forjados y cubiertas y las que
provienen de los vientos habituales en el lugar, direccionándolas a
los cimientos, generalmente formados con zapatas corridas rígidas
de escasa profundidad y anchura análoga o poco superior a la del
muro. Fundamentan el propio equilibrio en su grosor y baja
esbeltez, al utilizarse en construcciones de dos o tres plantas a lo
sumo, adoptando disposiciones geométricas en forma de cuerpos
cerrados que tienden a arriostrarse entre sí en grado diverso, en
función de su separación y de la rigidez de los encuentros muroforjado. A partir de estos principios, cuando alguna o varias de las
características señaladas resultan insuficientes o anómalas, será
cuando aparecerán lesiones en forma de grietas, fisuras o
deformaciones cuyas pautas de formación, localización y dinámica
constituyen el conjunto de datos útiles para su diagnosis.
Aunque al referirse a los muros gruesos, se da por supuesto su
carácter de muros de una sola hoja, macizos en todo su espesor,
conviene tener presente en los procesos de diagnosis de dichos
muros la factible carencia de homogeneidad de su sección, en
especial en los muros de mampostería, no sólo en los tipos
ejecutados “a la romana”, con vertido de material entre dos hojas
preformadas con mampuestos, sino en otros muchos construidos
con una aparente “hoja única”, en los cuales la conformación
aplomada de los paramentos con mampuestos de mayor tamaño
genera zonas interiores más disgregadas y deformables y, en
consecuencia, menos resistentes.
Conviene hacer mención también al hecho de que las formas de
fractura de la mayor parte de los muros antiguos gruesos avalan
una suficiente correlación con el modelo elástico en muchas de los
supuestos de carga más comunes, aunque, evidentemente, se
precisa en muchos casos de un conocimiento más pormenorizado
de sus características y de las acciones que intervienen para
proceder a su diagnosis.
Con el fin de facilitar la descripción y análisis de las lesiones
estructurales más comunes, se distinguen las que se presentan y
visualizan de forma coplanaria con los paramentos de los muros de
aquellas otras que se forman en secciones centrales de los mismos o
generando deformaciones transversales a sus paramentos. A partir de
esta primera distinción se relacionan las diversas variantes exponiendo
para cada caso sus principales características.
1. Lesiones estructurales de los edificios con muros gruesos
La estructura vertical de los edificios a los que nos referimos la
conforman generalmente muros construidos con los materiales
del lugar. Con las únicas excepciones de los “muros vegetales” y
los muros con entramado de madera, todos los demás cabe
distinguirlos como muros gruesos, con escasa esbeltez, en los que
se utilizan la tierra, el ladrillo o la piedra como material de base,
ejecutados según técnicas ancestrales con el uso de utillaje de
moldeo en el caso de los muros de tapial y con el recurso de
aglomerantes a base de tierra o morteros de cal para conseguir la
conexión por adherencia de las diversas piezas, aunque también
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Lesiones estructurales en los edificios de la arquitectura tradicional mediterránea
I. El conocimiento
1.1/ Lesiones coplanarias a los paramentos del muro
Su característica más peculiar es que los daños, en forma de grietas, fisuras o aplastamientos, se marcan sobre los paramentos
superficiales, y suelen atravesar toda la sección del elemento, diferenciándose con ello de la mayor parte de lesiones de origen no
estructural.
1.1.a/ Lesiones por exceso de compresión en un tramo amplio de muro
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La localización de las fisuras o grietas coincide con las direcciones de las líneas isostáticas de compresión correspondientes a un elemento
vertical de material elástico, homogéneo e isótropo recibiendo la carga vertical de su peso propio y de los forjados, supuesta esta última
uniformemente repartida. Las roturas se forman preferentemente en las partes más cargadas coincidentes con la zona inferior del muro
y, en su caso, en las zonas macizas de las agujas de carga entre aberturas. Su presencia indica la superación de la tensión admisible a
compresión en la zona fracturada, con efectos que pueden ser muy diversos sobre el nivel de seguridad del edificio, en función de la
capacidad de redistribución de tensiones en el ámbito del propio muro o del conjunto de su sistema murario.
En mamposterías concertadas, no es extraño que uno de los primeros síntomas de la fractura sea el aplastamiento y disgregación del
mortero de las juntas horizontales cuando el módulo de elasticidad del mortero es mucho más bajo que el de los mampuestos o ladrillos,
lo cual suele suceder en los muros antiguos. A esta fase le sigue la progresiva rotura vertical de los mampuestos inducida por las tensiones
de tracción rasantes horizontales en los contactos mortero-mampuesto, hasta formar un haz de grietas verticales continuas. En las
mamposterías no concertadas, dicho proceso, en caso de presentase, no es tan evidente, si bien las grietas suelen zigzaguear por las
juntas de mortero esbozando el mismo esquema.
La diferencia de carga vertical entre dos tramos de un mismo muro se acusa por la fractura de las secciones verticales coincidentes o
próximas al cambio de solicitación, marcando una grieta vertical o una sucesión de grietas inclinadas con eje vertical común e inclinación
deducible del sentido de las tensiones de corte.
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1.1.b/ Lesiones debidas a las cargas puntuales
Las fisuras arrancan inclinadas de los laterales del elemento que genera dicha carga –habitualmente una viga o vigueta– o se marcan
verticales debajo de dicho elemento. Como en el caso anterior, su gravedad dependerá de la posibilidad de redistribución de tensiones
del elemento afectado, que si bien es amplio en los casos habituales, no sucede lo mismo en los pilares exentos, los cuales suelen requerir
de intervenciones de refuerzo.
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1.1.c/ Lesiones debidas a insuficiencias de rigidez de los elementos vinculantes
La deformabilidad de algunos de los elementos que, teóricamente, tomando como referente el modelo elástico, se les supone una infinita
rigidez, es la causa de la formación de esquemas singulares de fractura diferentes a los que les corresponderían si no se presentara dicha
situación. A modo de ejemplo, en los gráficos pueden observarse los cuadros fisurativos inducidos, en un caso, por un dintel deformable
de madera, que permite la descompresión zonal del muro con la formación de fisuras marcando el arco de descarga y el efecto de la
carga puntual de la vigueta; y en otro caso los señalados por la deformabilidad de los cimientos bajo las agujas de carga del muro de
fachada, que genera en éste esquemas de fractura a cortante o a flexión según sea el tamaño de las aberturas y la ductilidad de los
materiales del muro.
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1.1.d/ Lesiones debidas a la diferencia de cargas entre muros transversales
Es frecuente la formación de una fractura vertical en la misma esquina formada por el muro que soporta la carga de los forjados y el
muro transversal. La pérdida de continuidad del sistema murario conlleva una reducción de su monolitismo con efectos que se deberán
evaluar especialmente en función de la incidencia de las acciones horizontales de viento y sismo probables.
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1.1.e/ Lesiones debidas a diferencias de rigidez entre los materiales componentes de los muros mixtos
En los muros con dos mamposterías o materiales coplanarios de diferente rigidez, uno de ellos –el de mayor rigidez– formando pilastras
aparentes y el otro conformando propiamente el muro, se observa a veces la aparición de grietas como consecuencia de los esfuerzos
de corte generados en las zonas donde se produce el impedimento de deformación del material o fábrica de menor rigidez por el de
mayor rigidez de las pilastras. Dichas roturas, que generalmente en muros gruesos no tienen una trascendencia importante sobre su
equilibrio, son típicas de los muros que combinan la fábrica de ladrillo con el tapial, o la mampostería concertada con la no concertada.
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1.1.f/ Lesiones debidas a los movimientos diferenciales de los cimientos
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Los movimientos del terreno constituyen una de las causas más frecuentes de fisuración y agrietamiento de los muros tradicionales.
Dichos movimientos pueden ser originados por múltiples causas, algunas de ellas intrínsecas del propio terreno (humectación de suelos
cohesivos, laderas inestables, etc.) y otras relacionadas con las características de los cimientos existentes en el propio edificio o con
actuaciones en las edificaciones próximas. Generalmente –aunque no siempre– la manifestación de los daños es progresiva, de forma
que es posible disponer de información sobre su evolución y la adopción de las medidas preventivas oportunas.
El reconocimiento visual de los movimientos se detecta por la interpretación de los cuadros fisurativos que se muestran en las figuras
adjuntas en función de tipo de movimiento (descendente o en deslizamiento), zona afectada del edificio (esquina o zona central) y de
ciertas características del edificio (muro ciego o muro con huecos). Como se ha expuesto anteriormente, estos esquemas se fundamentan
en la hipótesis de que los muros se comportan mecánicamente como elementos elásticos y rígidos, con escasa deformación plástica
anterior al momento de la fractura, siendo además homogéneos e isótropos. Es evidente que cuanto más se aproximen las características
del muro al modelo anterior, mayor validez tendrán las referencias a los tipos de fractura facilitados por el modelo elástico, si bien siempre
hay que tener presente que los lugares de fractura prioritarios suelen coincidir con la localización de secciones débiles en la absorción de
las tensiones de tracción generadas por el movimiento, lo cual resulta lógico si se considera la escasa resistencia a este tipo de solicitación
de los materiales que componen los muros que se tratan en estos apartados.
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1.1.g/ Lesiones debidas a los movimientos sísmicos
La edificación de la arquitectura tradicional a base de muros de tierra, piedra o ladrillo –en especial los dos primeros– no ofrecen mucha
resistencia a los movimientos sísmicos, debido a su escasa resistencia a las tensiones de tracción y de corte y su poca ductilidad para dar
respuesta a las solicitaciones multidireccionales introducidas por dichos movimientos. El síntoma visual que de forma más reiterada
identifica su afectación es la presencia de fisuras en cruz en los entrepaños situados entre aberturas, indicando la fractura por esfuerzo
cortante de dichos tramos de muro a consecuencia de la sacudida en el doble sentido (derecha-izquierda, horizontal vertical),
prácticamente simultánea, que caracteriza el movimiento sísmico. Otros efectos visibles, tales como las fisuras en secciones de cambio
de inercia o a consecuencia de los sobre-empujes generados por las sacudidas, son también frecuentes, así como la formación de daños
no visibles en el interior de los muros (decohesiones, microfisuraciones, etc.) que reducen su capacidad portante. Evidentemente, la
evaluación de la gravedad de la afectación requerirá del análisis particularizado de los daños en cada edificio.
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1.2/ Lesiones manifestadas en el plano transversal a los paramentos del muro
Este tipo de lesiones se caracterizan por no ser visibles en los paramentos exteriores del muro o por manifestarse en forma de
deformaciones transversales a dichos paramentos.
1.2.a/ Roturas verticales en secciones interiores de los muros
Un exceso de compresión en un muro grueso puede generar una fractura interna vertical que, siguiendo el recorrido de la isostática de
compresión que pasa por el punto en que se ha sobrepasado la tensión de rotura del material, tiende a dividir progresivamente el muro
en dos mitades, aumentando así su esbeltez y reduciendo su capacidad portante. Este tipo de rotura es la propia de muchos muros no
homogéneos en su interior, con secciones internas débiles como consecuencia de la disposición de los mampuestos pétreos o de las
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I. El conocimiento
piezas cerámicas guiada por las referencias fijas de los planos verticales de los paramentos. Esta forma de fractura es la que presenta
mayor peligro de entre las variantes comentadas, puesto que, generalmente, no es visible su presencia y progresión en el interior de los
muros antiguos, pudiéndose producir el colapso del elemento sin que necesariamente se presente una fase perceptible de deformación
del elemento. Por supuesto, su presencia y descubrimiento, tanto en muros como en pilares exentos, aconseja la adopción de medidas
de refuerzo a corto plazo de los elementos dañados.
1.2.b/ Desplomes y abombamientos en las fachadas
Generalmente, se producen a consecuencia de largos procesos de deformación originados por los efectos prolongados de las
solicitaciones verticales u horizontales sobre los materiales de los muros, unidos a los derivados de su propia reología, que provoca
cambios a lo largo del tiempo en sus características mecánicas. En fases avanzadas de la deformación, suele ser precisa la adopción de
apuntalamientos u otras medidas cautelares. Los desplomes debidos a los empujes de las cubiertas, los giros de la cimentación o los
efectos de la humedad y la temperatura son las causas más habituales de los desplomes, mientras que los procesos reológicos de lenta
deformación bajo las cargas centradas o descentradas transmitidas por la cubierta y los forjados lo son de los abombamientos.
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Lesiones estructurales en los edificios de la arquitectura tradicional mediterránea
1.2.c/ Empuje de las bóvedas
Los elementos abovedados generan empujes en sus encuentros con los muros perimetrales que deben ser compensados por el grosor y
la masa de dichos muros, ayudados a veces por contrafuertes. La insuficiencia en la compensación de los empujes da pié a la formación
de grietas y deformaciones, que pueden afectar no sólo a los muros sino también a la propia bóveda descomprimida por dichos efectos.
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2. Lesiones estructurales en los forjados, bóvedas y cúpulas de los edificios con muros gruesos
El elemento de cobertura más habitual de la edificación mediterránea es el forjado formado con viguetas de madera y un entrevigado
constituido por materiales muy diversos: cañizo, entablamentos de madera, soleras de rasilla cerámica, bovedillas de este mismo material
o a base de aglomerantes y áridos diversos, etc. Las bóvedas y cúpulas en cambio, son menos usuales y más singulares en su aplicación,
resolviéndose constructivamente con los mismos materiales que los muros y con técnicas de ejecución particulares de cada lugar
2.1/ Lesiones en los forjados con vigas y viguetas de madera
En las vigas y viguetas de madera que forman los elementos estructurales sustentantes del forjado, se pueden distinguir tres tipos de
afectaciones de características distintas: las deformaciones, los ataques bióticos y las grietas, también denominadas fendas cuando se
presentan en la madera.
2.1.a/ las deformaciones
Es usual hallar en los edificios antiguos forjados muy flexionados como consecuencia de la fuerte fluencia experimentada por los
elementos de madera que los conforman. La fluencia, entendida como la cualidad de un material de deformarse progresivamente bajo
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I. El conocimiento
las cargas que soporta sin necesidad que dichas cargas aumenten, es un fenómeno típico de la madera cuando trabaja flexionada, y
repercute en una disminución de la capacidad resistente del elemento del que forma parte, la cual deberá ser evaluada en cada caso en
función de las características mecánicas del tipo de madera, de la carga soportada por el forjado y de la flecha existente.
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2.1.b/ la presencia de grietas
Aunque la presencia de grietas no suele ser debida a las acciones mecánicas soportadas por el forjado, sino a causas relacionadas con el
proceso de secaje de la madera o a los ciclos de humedad ambiente en que se halla inmersa, conviene ratificar su origen y evaluar su
repercusión sobre la inercia de los elementos afectados, puesto que si han sido originadas por causas de origen mecánico, su presencia
puede ser un síntoma de situaciones próximas a la rotura y colapso del elemento afectado.
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Lesiones estructurales en los edificios de la arquitectura tradicional mediterránea
2.1.c/ los ataques bióticos
La presencia de pudriciones producidas por muy diversas especies de hongos, o de insectos xilófagos tales como la termita o la carcoma,
repercuten en reducciones de sección útil que, como en el caso anterior, deben ser evaluados específicamente en cada edificio afectado.
La detección de las zonas dañadas y su intensidad constituirán, por tanto, aspectos de la información previa absolutamente necesarios
en el proceso de diagnosis de dichos elementos.
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2.2/ Lesiones en las bóvedas y cúpulas
El comportamiento mecánico-estructural de las bóvedas se reconoce habitualmente a partir de la superposición de la curva directriz del
elemento con la línea de presiones correspondiente. En los lugares en que más se aleje esta línea de la posición de la directriz, mayor
será el riesgo de fisuración o aplastamiento, al coincidir dichos lugares con las zonas sometidas a las máximas tensiones de tracción y
compresión.
Los esquemas de fractura de las bóvedas difieren sustancialmente de los de las cúpulas, al ser éstas verdaderas estructuras espaciales
cuya interpretación requiere necesariamente de un planteamiento tridimensional complejo, el cual explica algunos de los modelos clásicos
de rotura que suelen presentar. De todas formas, es común en ambos elementos que el origen de los daños derive de la descompresión generada
por el movimiento de los muros, pilares o pilastras que reciben sus empujes, ya sea por el desplome lateral de los propios muros o por el descenso
provinente del asiento diferencial de sus cimientos, aunque, por supuesto, cabe también la posibilidad que sea el exceso de sobrecarga o su
propia debilidad la causa directa de las lesiones que presenten. En los gráficos, se muestran sus formas más habituales de fractura.
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3. Particularidades del comportamiento de las estructuras con elementos de entramado de madera
El comportamiento mecánico-estructural de los muros de entramado de la edificación tradicional difiere sustancialmente del de los muros
gruesos a los que se ha hecho referencia en los apartados anteriores, puesto que los elementos resistentes principales son las piezas
lineales de madera que conforman el entramado, mientras que los entrepaños de tapial, adobe o ladrillo cumplen la función subsidiaria
de evitar su pandeo, absorbiendo, en todo caso, un porcentaje aleatorio de los esfuerzos de compresión. Se trata, en consecuencia, de
estructuras porticadas arriostradas por los entrepaños macizos. Los forjados suelen ser a base de vigas y viguetas de madera apoyadas
en los propios elementos de los entramados de los muros o en pilares interiores.
Se trata de estructuras de comportamiento real complejo, marcado en buena parte por la diferencia de rigideces entre los materiales que
lo componen, la relación entre el grosor del muro y la separación de los puntales, y la disposición de las piezas del entramado, que puede
ser muy diverso, con elementos diagonales más o menos abundantes. En todo caso, un aspecto importante, muchas veces decisivo en
la durabilidad de este tipo de muros, es el progresivo deterioro de la madera cuando se halla exenta de mantenimiento, lo cual incide en
una pérdida paulatina de su capacidad portante.
Bibliografía
AA.VV. Tratado de rehabilitación. Patología y técnicas de intervención. elementos estructurales, Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónica, Universidad
Politécnica de Madrid, Editorial Munilla-lería, 1998, Madrid.
AA.VV. Manual de diagnosi i intervenció en sistemas estructurals de parets de càrrega, Col·legi d’Aparelladors i Arquitectes Tècncics de Barcelona, 1995, Barcelona.
Mastrodicasa, S. Dissesti statici delle strutture edilizie, Hoepli Ed., 1978 (6ª edición), Milano.
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I. El conocimiento
El riesgo sísmico en la arquitectura
tradicional
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La importancia del factor de riesgo sísmico en la región
Mediterránea viene de sus características geomorfológicas y
tectónicas. En efecto, esta región se encuentra en el oeste de la
cordillera de los Alpes y del Himalaya, donde la interacción entre
la placa euroasiática y las placas de África, de Arabia y de la India,
provoca un sistema de colisión compleja. En consecuencia, la
actividad sísmica siempre ha estado dramáticamente presente,
traduciéndose en numerosas consecuencias desastrosas en
términos de vidas humanas, así como de daños más o menos
importantes del patrimonio arquitectónico en los edificios, los
grandes inmuebles, los centros históricos y el entorno en su
totalidad (entorno natural y construido). Estas repercusiones a
veces han puesto en peligro el patrimonio histórico y la identidad
propia de un lugar.
La arquitectura mediterránea tradicional es tan vulnerable que
sufre a menudo importantes efectos de los temblores de tierra,
diferentes en función de las características de la estructura y de los
materiales de los edificios. Las obras de construcción se consideran
comúnmente con una resistencia menor a los seísmos que las
estructuras modernas de hormigón armado. Sin embargo, las
construcciones bien construidas y mantenidas pueden resistir a los
temblores de tierra de gran intensidad (como se demuestra por los
monumentos que han superado pruebas difíciles), gracias a las
técnicas y materiales utilizados, así como también a un
mantenimiento regular efectuado con todas las de la ley. Además,
los estudios analíticos más exhaustivos efectuados sobre los daños
provocados por los seísmos (gracias a las mejores posibilidades
actuales de reagrupar y de tratar las informaciones) han
demostrado recientemente la capacidad “natural” de los muros,
los suelos, y los techos, realizados para absorber las vibraciones, a
condición que sean construidos y mantenidos correctamente.
Además, la restauración y el refuerzo de los edificios existentes,
incluso de aquéllos que presentan importantes fisuras, permiten
conservarlos perdiendo únicamente la geometría original. En el
caso contrario, los edificios de hormigón armado deben ser
derribados si su geometría está afectada, incluso el caso de
mínimas deformaciones.
Como indicaremos ahora, las características particulares de los
temblores de tierra, tales como su intensidad e intermitencia, no
han permitido comprender en profundidad el fenómeno y sus
causas. En consecuencia, contrariamente a la cultura de la
construcción tradicional, no se ha desarrollado ninguna técnica ni
característica estructural a partir de la experiencia.
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Comprender las lesiones estructurales
Giambattista De Tommasi
Profesor titular en el Departamento de Rehabilitación de Edificios
(Politecnico di Bari), Italia
Colaboradores: grupo de trabajo de investigación (Fabio
Fatiguso, Mariella De Fino y Albina Scioti)
Registro de la representación de un temblor de tierra bíblico: según las antiguas
creencias, los edificios y el suelo estaba en cólera.
Características estructurales de edificios
y temblores de tierra a lo largo de la historia
Los temblores de tierra han sido históricamente interpretados con
mucha imaginación y de forma apocalíptica. La comprensión
humana se consideraba inapropiada a causa de la ausencia de un
enfoque científico en la cultura pre-moderna.
El fracaso de la teorización de las causas permite explicar, por una
parte, la ausencia de una solución estructural antisísmica y, por la
otra, la idea que todas las estructuras, incluso sólidas, no pueden
resistir a la naturaleza indomable y amenazante de los temblores
de tierra (a menudo percibidos como un castigo divino).
Por ora parte, el hecho que este fenómeno telúrico no se produce
a intervalos parecidos, no contribuyendo a la profundización de
los conocimientos relativos al riesgo sísmico y a las eventuales
soluciones a aportar. En realidad, los efectos destructores de un
temblor de tierra caen progresivamente en el olvido a lo largo de
las generaciones. La humanidad está protegida de los efectos
continuos del entorno natural mediante techumbre, muros,
suelos, así como los otros elementos, que han sido progresivamente
mejorados. En cambio, no ha podido proporcionar una buena
resistencia de los edificios a las tensiones dinámicas.
La memoria histórica del acontecimiento destructor ha persistido
en la consciencia popular pero ha sido cargada de supersticiones
y ligado a desastres sobrenaturales.
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Comprender las lesiones estructurales
El riesgo sísmico en la arquitectura tradicional
I. El conocimiento
Aristóteles, uno de los primeros filósofos de las ciencias de la
tierra, escribió: “[...] no es el agua ni el fuego, pero el vapor que
será el origen de los temblores de la tierra, cuando se dirige hacia
el interior de la tierra lo que exhala normalmente hacia fuera [...]”1.
Séneca, en el sexto libro de las Cuestiones naturales titulado En el
movimiento de la tierra, describía correctamente los efectos de los
temblores de tierra, pero los relacionaba con el agua o el aire
turbulento, en las cavidades subterráneas y produciendo los
temblores sísmicos. Además Plinio, en su obra, Historia natural,
menciona un viento en el interior de la Tierra que será exhalado
por “las alcantarillas y los pozos profundos”2. Las explicaciones
propuestas durante los siguientes siglos, aunque fuesen
sensiblemente los mismos, son, no obstante, difíciles de presentar
en detalle. En todos los casos, ninguna ha probado una intuición
adecuada a propósito de este fenómeno. En algunos casos lo
intentaban explicar en términos de magia y/o brujería.
Además, la definición de las causas de los temblores de la tierra no
ha progresado, incluso cuando el proceso de derrumbamiento de
la construcción fue comprendido (tenemos incontables
borradores, dibujos y descripciones sobre ello). Además, los
descubrimientos de los científicos, al principio del siglo de las
Luces, contribuyó a una mayor confusión en lugar de
proporcionar soluciones, como se produce en el caso de los
fenómenos eléctricos: “[...] el entusiasmo creado por los
fenómenos eléctricos llevó a pensar que todos los
acontecimientos inexplicables estaban atribuidos a los fluidos, o
al vapor eléctrico de acuerdo con la definición de aquella época,
y los temblores de tierra eran considerados como los fenómenos
causados por la electricidad [...]”3.
Es en este ambiente que Valadier diseñó las torres antisísmicas en
Rimini, para dispersar la electricidad de la tierra en la atmósfera.
En el siglo XVIII, re realizaron progresos cualitativos en cuanto a las
experiencias y las observaciones científicas4 llevando a Bottari a
entender el fenómeno en su “Tres lecciones sobre el terremoto”
publicado en Roma. “Las entrañas de la tierra se atraviesan por
numerosos lugares por los vientos sulfurosos y bituminosos, que
están mezclados con salitre u otras sustancias que se pueden
incendiar, dilatando las cavidades donde están, y romper o intentar
romper los obstáculos existentes, provocando los temblores de la
tierra...”5.
Las sismología moderna nació también en el siglo XVIII. Los
estudios realizados por Mallet6, el sismógrafo de Mine y el modelo
de Mercalli para medir la intensidad sísmica de las etapas
importantes, fueron las investigaciones durante el siglo XX (con
los investigadores Baratta y Wegner), que finalmente explicó las
causas de los terremotos y las medidas a tomar.
Respecto a las soluciones técnicas, subrayamos que desde los
tiempos antiguos, numerosas medidas técnicas y estructurales han
sido tomadas, en particular después de los temblores de tierra
dramáticos. Estas medidas, interesantes y más o menos eficaces,
fueron desarrolladas rápidamente y cayeron también rápidamente
en el olvido.
En Italia, en el siglo IV a.C., en las colonias griegas de Metaponte
y Paestum, los constructores crearon los edificios en trincheras que
fueron instaladas en la roca y llenadas con arena. En el norte de
Siria, en el siglo II a.C., las construcciones de tierra estaban
dotadas de una estructura en madera.
Después del temblor de tierra que destruyó Pompeya y una parte
de la ciudad de Nápoles en el año 63, una serie de reglas
antisísmicas fueron impuestas, conocidas y transmitidas hasta el
Renacimiento, impidiendo la construcción de edificios de más de
dos plantas. Además, ninguna innovación técnica y estructural
correspondía al desarrollo de esta regulación, a excepción de los
residentes de Ercolano, donde la estructura en madera (opus
Efectos de un terremoto dramático, Friuli (Italia), 1976.
Representación de un temblor de tierra en Rodas, 1495. Los recorridos más altos de
la muralla de la ciudad se derrumbaban, mientras que los recorridos más bajos
están intactos.
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I. El conocimiento
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Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El riesgo sísmico en la arquitectura tradicional
graticium) era rellenado de piedras molidas, de barro y de una
estructura de mimbre.
Sin embargo, después del dramático terremoto que causó la
destrucción de una gran parte de Lisboa en 1755, seguido por
toda Europa, generó un fuerte legado de medidas apropiadas
para reducir los efectos sísmicos destructivos (incluso si se
malentendían las causas). Para la reconstrucción, algunas
regulaciones fueron elaboradas por primera vez en la historia,
sobre la altura de los edificios, la anchura de las calles y, en
particular, la estructura de los nuevos edificios. Específicamente,
las paredes tenían que estar compuestas de una estructura de
madera (después conocida como “gaiola pombalina” del marqués
de Pombal que diseñó la reconstrucción) que fue capaz de
sostener las plantas y el techo en caso de temblor de tierra.
La gaiola Pombal situada en el interior de los muros se componía
de un entramado arriostrado que contenía los montantes (prunos)
y travesaños (travessenhos). Los travesaños fueron conectados a
las paredes por una serie de dados (maos). La parte superior de los
dados se conectaron con dinteles (frechais), jambas y cabios
(pendurias). La estructura elástica de madera aseguraba la gran
resistencia del edificio.
Las importantes soluciones técnicas mencionadas llevaron las
aplicaciones más complejas después del temblor de tierra de
Messina, en Calabria, en 1783, con un tipo de construcción
antisísmica de naturaleza particular. La “casa baraccata”
descrita por Vivenzio7 se compuso de una estructura de paredes
de carga con un armazón de madera con vigas horizontales y
montantes verticales.
A partir de estas experiencias, se ha realizado un gran progreso
sobre el establecimiento de buenas regulaciones de construcción,
sostenido por una comprensión más profunda de los fenómenos
telúricos. En realidad, el comportamiento homogéneo y unitario
del edificio en caso de sacudidas sísmicas solía ser asegurado por
barras de acero situadas en el interior de los muros y por tirantes
y contrafuertes unidos de forma más sólida a las estructuras. Las
autoridades animaban incluso a permitir la oscilación de los
edificios. En Italia en 1854, el gobierno de Bourbon retiró las tasas
que gravaban del hierro utilizado para ello. En ciertas regiones de
Italia, las piezas de seguridad eran utilizadas, así como piezas
reforzadas por planchas de hierro suave en forma de cruz de San
Andrés, situadas entre el muro y el yeso. Los muros reforzados así
eran muy corrientes, en particular después del temblor de tierra de
Messina en 1908, y existían diversas versiones, con algunas
brevedades, yendo del simple refuerzo mediante tirantes de acero
a los sistemas modulares compuestos de ladrillos huecos de
diferentes formas y con aperturas unidas por roscas de hierro
zincadas.
El gravado del siglo XVIII representando un temblor de tierra provocado por la
exhalación de vapores subterráneos.
Torres antisísmicas diseñadas por Valadier en Rímini.
210
La importancia de las conexiones para la resistencia sísmica
Evidentemente, en cada región mediterránea, el arte de construir
se ha especializado en realizar edificios lo mejor posible, con
materiales que se encuentran disponibles en el lugar y
económicamente sostenibles. Por ello, una buena calidad del
muro puede tener diferentes materiales y características
estructurales. Así mismo, las regulaciones de construcción son
básicamente las mismas (dimensión de elementos, forma y calidad
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Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El riesgo sísmico en la arquitectura tradicional
I. El conocimiento
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Modelo de “gaiola pombalina”.
de realización, textura de las caras, cualidad y cantidad de
morteros, conexiones y homogeneidad).
Particularmente, la naturaleza monolítica de las paredes de dos
hojas debe asegurar la resistencia a las tensiones dinámicas. De
hecho, las partes individuales deben estar conectadas entre ellas
para mostrar un comportamiento de “caja”. Esta condición puede
evitar los deslizamientos verticales que normalmente frenan la
capacidad de estabilización del peso en contra del empuje
horizontal.
Más allá de las conexiones en elementos individuales de los
edificios, las buenas conexiones entre los diferentes elementos de
construcción debe ser globalmente asegurado en la estructura
global (pared-pared, pared-suelo, pared-techo), para reducir las
deformaciones por la presencia de restricciones efectivas y,
también, para evitar movimientos provocados por el balanceo de
las estructuras en un momento diferente cada una.
De acuerdo con Rondelet “los naturistas han señalado que los
organismos de la naturaleza de los seres vivientes están
organizados para que los huesos no estén sueltos los unos de los
otros. Incluso, los marcos deben estar conectados con los otros
marcos y reforzados con nervios y ligamentos. Entonces, la serie
de marcos debe ser capaz de resistir solos y perfectamente
cerrados en su solidez, incluso si algún otro elemento falla”8.
Estos ligamentos apuntan a la provisión de la construcción, en
caso de acción sísmica, el comportamiento de “caja” (utilizando
una definición moderna) es el principal objetivo para cualquier
trabajo de refuerzo y/o mejora de la resistencia sísmica. El
comportamiento “caja”, también asegurado por conexiones
superiores (zunchos), pueden permitir, por una parte la diferente
resistencia de elementos para intercambiar tensiones sísmicas
horizontales entre cada uno y la distribución de las tensiones
inducidas de todas las diferentes partes.
La “casa baraccata” por Vivenzio.
De hecho, las conexiones deben oponerse a la rotación de las
paredes (por ejemplo, las caras de los edificios) y transmitir la
acción a las paredes perpendiculares para que se agrieten dentro
de su plano.
Si estas conexiones no pueden conseguirse por las regulaciones
normales de una construcción correcta, el empleo de tirantes
metálicos podría ser muy útil. Milizia subraya que “en los tiempos
antiguos, las paredes eran mantenidas correctamente pasando a
través de largas vigas de madera que trabajaban como cadenas a
lo largo del grosor de la construcción para que la pared fuera
reforzada en sí misma y efectivamente conectada con las otras. La
madera de olivo fue utilizada para este propósito, ya que no
puede ser dañada por la cal y es mejor que las cadenas de hierro,
ahora ampliamente utilizadas”9.
La efectividad de los tirantes metálicos, dentro de la buena técnica
de construcción, se refiere a la capacidad de crear o recrear una
conexión sólida entre estructuras horizontales y verticales. Estos
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I. El conocimiento
Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El riesgo sísmico en la arquitectura tradicional
Karaesmen, E.,Unay, A.I., Erkay, C., Boyaci, N. (1992). “Seismic behaviour of old
masonry structures”, Proceedings of the tenth World Conference on earthquake
engineering. A.A. Balkema, vol. VIII: 4531-4536.
Shrive N.G., Sayed-Ahmed E.Y., Tileman D. (1997). “Creep analysis of clay masonry
assemblages”, Canadian Journal of Civil Engineering, n. 24, pp. 367-379.
Fallo típico de los mecanismos de los edificios de centros históricos (Giuffrè, 1993).
1
(“… così adunque né l’acqua, né il fuoco, ma il vapore sarebbe cagione dei
terremoti, quando accade che scorra al di dentro ciò che esala al di fuori …”).
2
(“fogne e spessi pozzi”).
3
A. Favaro, “Intorno ai mezzi usati dagli antichi per attenuare le disastrose
conseguenze dei terremoti”, Tip. Grimaldo, Venezia 1874. (“… l’entusiasmo
destato dall’aspetto dei fenomeni elettrici fece sì che tutto ciò di cui non si sapeva
dare una adeguata spiegazione, venisse attribuita al fluido, o come si diceva allora
al vapore elettrico, e quindi anche i terremoti venissero riguardati come un
fenomeno, la cui causa era da riconoscersi esclusivamente nell’elettricità …”).
4
Llevadas a cabo por Leibnitz, Kepler y Newton.
5
(“… le viscere della terra in molti punti inzuppate di aliti sulfurei e bituminosi i
quali mescolati col nitro o in altra guisa prendono fuoco e si dilatano in forma che
non potendo capire, in quelle cavità dove si ritrovano, inchiusi a principio spezzino
o tentino di spezzare gli opposti ostacoli il che da cagione al tremore del terreno
…”).
6
Mallet, “Il grande terremoto napoletano del 1857”.
7
G. Vivenzio, “Istoria e teoria de’ tremuoti, ed in particolare di quelli della Calabria
e di Messina del 1783”, Napoli 1783.
8
J. Rondelet, “Traité théorique et pratique de l’art de bâtir”, Paris 1802. (“i naturisti
hanno notato che in natura i corpi degli esseri animati risultano strutturati in
modo tale che le ossa non restino in nessun punto staccate tra loro. Allo stesso
modo le ossature saranno da riunire alle ossature, ad esse tutte da rafforzare nel
modo più opportuno con nervi e legamenti; sicchè la successione delle ossature,
collegate tra loro, risulti tale da resistere da sola, quand’anche ogni altro elemento
venisse a mancare, perfettamente conchiusa nella solidità della sua
membranatura”).
9
F. Milizia, Principi di architettura civile, Finale Ligure 1781, parte III, cap. I, pag.
102. (“gli antichi per meglio mantenere i muri li attraversavano di tratto in tratto
con lunghi travi di legno, che servivan da catene, le quali prendevano tutta la
grossezza del muro, che rimaneva perciò fortificato in se stesso e meglio collegato
agli altri muri. Si adoperava a questo effetto legno di ulivo, che non viene come
gli altri danneggiato dalla calce, e sembra preferibile alla catene di ferro, di cui si
fa ora tanto abuso”).
5
mismos propósitos pueden conseguirse mediante una apropiada
ejecución y una correcta estructura de las plantas.
Particularmente, la relación entre las paredes y la madera o los
suelos de hierro debe ser garantizado, ya que las vigas pueden
actuar como conectores, evitando que las paredes roten hacia el
exterior, y para que los puntales horizontales eviten el
derrumbamiento de las paredes hacia el interior. Además, las
plantas deben ser suficientemente rígidas para distribuir su peso
en las paredes de forma uniforme y las tensiones sísmicas
proporcionalmente a la rigidez de la resistencia de las
construcciones. Una conexión efectiva entre los elementos de
carga de la viga y las paredes puede conseguir este resultado, más
que un simple apoyo que causa el giro y movimiento de las
paredes.
Referencias
World Conference on earthquake engineering. A.A. Balkema, vol. VI: 3475-3480.
Batoli G., Blasi C (1997). Masonry structures, historical buildings and monuments,
Capítulo 11 de Computer analysis and design of earthquake resistant structures – A
handbook (Advances in earthquake engineering, vol. 3), editado por D.E. Beskos &
S.A. Anagnostopoulos, pp. 563-606, Computational Mechanics Publications.
Carocci C. (2001), “Guidelines for the safety and preservation of historical centres in
seismic area”, III International Seminar on Structural Analysis of Historical
Constructions, Universidad de Minho, Guimarães (Portugal), del 7 al 9 de noviembre,
2001, pp. 145-165.
De Tommasi G., Monaco P., Vitone C., (2003) “A first approach to the load path
method on masonry structure behaviour” – en Brebbia, C.A. (Eds.), Structural
Studies, Repairs and Maintenance of Heritage Architecture VIII –- Wessex Institute of
Technology WIT Press, Southampton (UK) – ISBN: 1.85312.968.2
Giuffrè A., Carocci C. (1996), “Vulnerability and mitigation in historical centres in
seismic areas. Criteria for the formulation of a Practice Code”, Proceedings of the 11th
World Conference on Earthquake Engineering, Acapulco, Elsevier Science Ltd..
Giuffrè A., Carocci C. (1997), Codice di pratica: per la conservazione dei Sassi di
Matera, Matera, La Bautta.
Giuffrè A., Carocci C. (1999), Codice di pratica per la sicurezza e la conservazione del
centro storico di Palermo - Laterza, Bari.
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Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
I. El conocimiento
El mapa Euro-Mediterráneo
de peligro sísmico
María-José Jiménez
Doctora investigadora
Institut de Ciències de la Terra “Jaume Almera” – C.S.I.C.,
Barcelona
España
El peligro sísmico se define como el nivel probable de temblores
del suelo asociado a la repetición de los terremotos. La evaluación
del peligro sísmico es el primer paso en la evaluación del riesgo
sísmico, obtenida por la combinación del peligro sísmico con las
condiciones del suelo locales y con factores de vulnerabilidad
(tipo, valor y edad de los edificios e infraestructuras, densidad de
población, uso del suelo, etc.). Los temblores de tierra frecuentes
e importantes en áreas remotas resultan un alto peligro sísmico
pero no representan ningún riesgo. Por el contrario, algunos
terremotos moderados que se producen en áreas densamente
pobladas, entrañan poco peligro pero el riesgo es elevado.
La minimización de la pérdida de vidas, de los daños materiales y
de la perturbación social y económica, debido a los terremotos,
depende de cálculos fidedignos que se llevan a cabo sobre el
peligro sísmico. Los gobiernos nacionales, regionales y locales, los
cargos públicos, los ingenieros y urbanistas, los planificadores, las
organizaciones de respuesta ante emergencias, los constructores,
las universidades, y el público en general, requieren cálculos sobre
el peligro para la planificación del uso del suelo, para la mejora del
diseño de los edificios y su construcción (incluyendo la adopción
de ordenanzas municipales para la edificación), la preparación de
planes de emergencia, para las previsiones económicas, la toma
de decisiones sobre la vivienda y el empleo, así como otros tipos
de mitigación de riesgos.
Los elementos básicos de la evaluación moderna de las
probabilidades del peligro sísmico pueden agruparse en cuatro
categorías principales: Catálogo de terremotos, Modelo origen de
terremotos, Movimientos sísmicos altos del suelo, Evaluación del
peligro sísmico.
El peligro sísmico describe los niveles de movimientos del suelo
que probablemente serán, o no, excedidos en tiempos de
exposición específicas. Los mapas de peligro especifican
comúnmente un 10% de la probabilidad de excederse (y un 90%
de la probabilidad de no excederse) de determinados parámetros
de movimiento del suelo para una exposición de 50 años y
correspondiente a un período de retorno de 475 años. El Mapa de
peligros sísmicos de la región Euro-Mediterránea que ha sido
publicado presenta el Punto más alto de Aceleración del Suelo
(PGA) con una probabilidad de exceder del 10%, en 50 años y
para una condición del suelo firme.
El PGA es un parámetro de valoración del suelo a corto plazo que
es proporcional a la fuerza, y es el parámetro más trazado en los
mapas, y las ordenanzas de construcción actuales, que incluyen
disposiciones anti-sísmicas, especifican la fuerza horizontal que un
edificio debería ser capaz de soportar durante un terremoto. Los
movimientos del suelo a corto plazo afectan a las estructuras con
la correspondiente resonancia de vibraciones a corto plazo (por
ejemplo edificios de una a tres plantas, que son las estructuras
más habituales en el mundo).
Los colores del mapa escogidos para trazar el peligro
corresponden aproximadamente al nivel real de peligro; los colores
más fríos representan un bajo nivel de peligro mientras que los
colores más calientes representan un mayor peligro. Más
exactamente, los colores de blanco a verde corresponde a un nivel
bajo (0-8% g, donde g equivale a la aceleración de la gravedad),
amarillo y naranja a un peligro moderado (8-24% g); rojo es un
peligro alto (> 24% g).
El modelo unificado de peligro sísmico ESC-SESAME es el
resultado de la combinación de esfuerzos de grupos
multidisciplinares de investigación en sismotectónica, catálogos de
terremotos, y evaluación del peligro durante más de diez años
dentro del marco de proyectos, programas e iniciativas de
cooperación a nivel internacional.
El mapa es uno de los posibles resultados que puede generarse a
través de un procedimiento homogéneo para la evaluación del
peligro sísmico para la región Euro-Mediterránea, desarrollado
dentro del marco de dos proyectos principales: International
Correlation Programme (UNESCO IGCP-382 Proyecto SESAME) y
el European Seismological Commission (ESC). Este modelo de
valoración sísmica unificado ESC-SESAME permite también trazar
diferentes movimientos del suelo (el punto más alto de aceleración
del suelo, PGA, y la aceleración espectral, SA) correspondiendo a
porciones del ancho de banda de energía irradiada por un
terremoto y para diferentes períodos de retorno y condiciones del
suelo. El PGA, tal como está representado en el mapa y 0.2 SA
corresponden a un período corto de energía que tendrá los peores
efectos en estructuras de período corto (llegando a pisos de
alrededor de siete plantas). Los mapas SA de períodos más largos
(1.0 s, 2.0 s, etc.) representarían el nivel de temblor que tendría un
efecto mayor en estructuras de período más largo (edificios de
más de 10 plantas, puentes, etc.).
El modelo unificado ESC-SESAME permite también generar mapas
para diferentes períodos de retorno, por ejemplo año-72 (50%/50
años) que es un cálculo no prudente que se utiliza a menudo para
la vida útil de un edificio, o el período de retorno de 4275 años
(2%/50 años) que es el estándar recientemente establecido para
las ordenanzas de la edificación y que incluye grandes terremotos
poco frecuentes. Los valores del período de retorno 475 (10%/50
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I. El conocimiento
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años), tal como están representados en el mapa, reflejan un nivel
estándar de prudencia que incluye terremotos grandes y poco
comunes, y que ha sido utilizado casi universalmente para
ordenanzas de la edificación en las últimas décadas.
El modelo sísmico unificado ESC-SESAME para Europa y el
Mediterráneo constituye un marco de peligro sísmico regional en
términos del punto más alto de aceleración del suelo y aceleración
espectral, el cual pueden aprovechar los sismólogos, geólogos,
ingenieros especialistas en terremotos y arquitectos, como guía
general. No obstante, debería señalarse que las evaluaciones de
los movimientos del suelo en el mapa de peligro sísmico EuropeoMediterráneo proporcionan una perspectiva razonable y
coherente de peligros sísmicos a escala regional, pero no
proporcionan detalles adecuados para servir como bases para
establecer valores o para estrategias y decisiones de mitigación
local.
El mapa (http://wija.ija.csic.es/gt/earthquakes/) recibió en el 2003
el Premio a la Excelencia en Cartografía de la Internacional
Cartographic Association (ICA), en en la Sección de Mapas
Científicos de la International Map Exhibition en la 21st
International Cartographic Conference, celebrado en Durban,
Sudáfrica, del 10 al 16 de Agosto de 2003.
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Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El mapa Euro-Mediterráneo de peligro sísmico
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El mapa Euro-Mediterráneo de peligro sísmico
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I. El conocimiento
El comportamiento sísmico
de las construcciones tradicionales
de paredes de obra de fábrica
Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El comportamiento sísmico de las construcciones tradicionales de paredes de obra
de fábrica
Pere Roca Fabregat
Doctor ingeniero de caminos
Catedrático del Departamento de Ingeniería de la Construcción
en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos,
Canales y Puertos de Barcelona (Universidad Politécnica de
Cataluña)
España
Introducción
5
Los edificios de paredes de carga constituyen una parte muy
sustancial del patrimonio arquitectónico y cultural. En este
contexto, no únicamente los edificios catalogados como
patrimonio arquitectónico son importantes; los conjuntos de
edificios de los núcleos antiguos o históricos presentan también
gran importancia por cuanto contribuyen a enriquecer la
identidad cultural de una población o de un escenario urbano;
incluso cuando estos conjuntos no disponen de una mención
explícita como patrimonio arquitectónico, es preciso reconocer su
contribución al legado cultural y su capacidad para contribuir, al
igual que los monumentos emblemáticos, a la generación de una
importante economía secundaría asociada el turismo cultural.
Además de ello, las construcciones de paredes de carga se
mantienen en uso y se hayan plenamente insertadas en la
economía de la vivienda. La implantación de criterios de
sostenibilidad (al hacer preferible la rehabilitación frente a la nueva
construcción en la medida en que ello supone un consumo mucho
menor de recursos no renovables y una menor producción de
residuos) ha dado lugar a una revalorización económica y social de
estas construcciones.
Todos los países del Mediterráneo están sujetos, en mayor o
menor medida, a un cierto peligro sísmico. Por ello, es preciso
analizar la capacidad de los edificios de obra de fábrica para
resistir el terremoto y vislumbrar, en caso necesario, posibles
estrategias para mejorar su respuesta sísmica. En el caso de
edificios de valor patrimonial, los principios de la conservación
arquitectónica hacen preferibles formas de intervención
respetuosas con la morfología y naturaleza resistente de la
estructura. Por ello, la posible restauración o rehabilitación de
estos edificios debe considerar formas de intervención que, en la
medida posible, concilien la mejora del comportamiento con el
mantenimiento de los rasgos materiales y estructurales genuinos
del edificio.
Comportamiento sísmico de edificios de paredes de obra
de fábrica
El edificio de estructura de paredes de carga constituye un sistema
complejo cuya estabilidad frente a las acciones verticales y
horizontales resulta del trabajo conjunto de distintos elementos
constructivos (paredes de carga, paredes de traba y forjados).
216
1. Posibles mecanismos de fallo en edificios de obra de fábrica caracterizados por (a)
el desplome de la fachada, (b) el colapso de una esquina (c) la fisuración diagonal de
los antepechos, (d) la fisuración de machones verticales, (e) la separación de la base
de las paredes (mecanismo de “balanceo” o rocking motion) y (f) separación o
fisuración en la unión entre edificios.
Estos elementos colaboran de manera no redundante en la
estabilidad global, de forma que el fallo individual de uno de ellos
puede fácilmente afectar a otros elementos generando el colapso
en cascada de parte o de toda la estructura. Las paredes de carga
presentan habitualmente una esbeltez importante o incluso (como
en el ensanche de Barcelona) extremadamente importante; en la
mayoría de los casos las paredes no son autoestables y precisan de
la acción arriostrante de paredes de traba y forjados para
mantenerse en pié. El fallo individual de una o más paredes de
carga, o la caída de los forjados, bien puede producir, como
consecuencia inmediata, la inestabilización y caída de otras
paredes de carga o de traba. El fallo de una o más paredes de
carga conlleva como consecuencia la caída de los forjados, lo que
a su vez puede causar la inestabilización de otras paredes
previamente apoyadas en el forjado. El sistema estructural
resultante es delicado y ciertamente vulnerable ante acciones
extraordinarias como el fuego, el terremoto, el viento huracanado
o las explosiones. En caso de mantenimiento deficiente o
abandono, el deterioro de los forjados (por pudrición, en caso de
vigas de madera, o por corrosión, en vigas metálicas) puede
asimismo ocasionar su fallo y en consecuencia la pérdida de su
acción arriostrante sobre las paredes de carga y de traba.
Ante acciones horizontales de sismo y viento, las paredes pueden
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Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El comportamiento sísmico de las construcciones tradicionales de paredes de obra
de fábrica
responder desarrollando esfuerzos de corte en su plano siempre y
cuando se mantengan adecuadamente arriostradas en paredes de
traba y forjados. Esta resistencia se mantiene sensible incluso tras
producirse la fisuración y el deslizamiento a lo largo de las juntas
de mortero gracias al rozamiento residual que se desarrolla en éstas.
La unión entre forjado y las paredes se produce por apoyo directo,
no existiendo normalmente ningún tipo de anclaje o refuerzo que
impida la separación o el deslizamiento entre ambos; el único
mecanismo que en la práctica impide el deslizamiento es el
rozamiento que pueda desarrollarse en su superficie de contacto.
Incluso cuando el sistema de paredes solicitadas a corte en el
plano es suficiente como para resistir el terremoto, una unión
entre paredes y forjado deficiente puede motivar un colapso
precoz como consecuencia de la desestabilización de una pared
perpendicular al plano de actuación de las fuerzas horizontales. La
caída de esta pared conlleva el colapso de los forjados y en
consecuencia la desestabilización de las paredes paralelas a las
fuerzas, generando así una colapso completo.
Una unión bien trabada entre paredes perpendiculares es esencial
para garantizar el mantenimiento de la estabilidad de las paredes
solicitadas a corte en el plano durante el sismo. Sin embargo, esta
unión es frágil y puede romperse fácilmente debido a efectos
térmicos, asentamientos diferenciales, o durante el mismo sismo.
En algunos casos (como en muchos edificios del Ensanche de
Barcelona), las paredes perpendiculares se han construido sin
traba efectiva, manteniendo entre sí un contacto simple “a tope”
no plenamente efectivo ante el terremoto.
I. El conocimiento
Estas consideraciones llevan a imaginar a este tipo de edificios
como sistemas especialmente delicados y vulnerables a la acción
sísmica. En este sentido, cabe notar que las normas sísmicas de
muchos países (en particular, la española NCR02) introducen
condiciones muy restrictivas en relación al uso de esta tipología
estructural en lugares sensiblemente sísmicos (por ejemplo,
limitando el número de alturas a 4 para aceleración sísmica básica
de 0,08g y a sólo 2 para aceleración sísmica igual o superior a
0,12g) además de exigir la disposición de detalles constructivos
exigentes o extraños a la construcción tradicional.
5
El comportamiento sísmico de las construcciones
tradicionales
Los razonamientos anteriores parten de una compresión racional
de la relación entre los componentes de la estructura y de su
respuesta conjunta. Sin embargo, estos argumentos ignoran la
realidad sobre el desempeño real y las posibilidades resistentes
efectivas demostradas por las construcciones tradicionales. La
existencia de un legado masivo en este tipo estructural, incluso en
países fuertemente sísmicos como Italia o Grecia, lleva
lógicamente a pensar que, incluso con las debilidades
identificadas en el apartado anterior, estos edificios pueden
presentar prestaciones algo satisfactorias ante el sismo. Entre
otros aspectos, debe tenerse en cuenta la adaptación que sin duda
se ha producido, en términos históricos, entre la demanda sísmica
2. Posibles mecanismos de rotura en edificios de medianería (D’Ayala y Speranza,
2002)
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I. El conocimiento
3. (A) Modo fundamental de fallo y (B) modo esperable en edificios con fachadas
atirantadas (Carocci, 2001).
5
4. Escenario de daño sísmico estimado para un bloque del centro histórico de
Palermo (Carocci, 2001)
5. Análisis mediante modelo de análisis computacional de la respuesta sísmica de
un edificio de medianería del núcleo histórico de Baixa Pombalina de Lisboa (Ramos
y Lourenço, 2004). Estimación de máximos desplazamientos.
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Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El comportamiento sísmico de las construcciones tradicionales de paredes de obra
de fábrica
y la capacidad de los tipos estructurales locales para afrontar tal
demanda. Diversos parámetros como, en particular, el espesor de
los muros, la altura de los edificios, la organización estructural del
conjunto o los diversos detalles constructivos, han evolucionado
para dar lugar a una respuesta adaptada a la sismicidad de cada
localización geográfica.
El estudio sistemático detallado de la respuesta de las estructuras
tradicionales de obra de fábrica en Italia, especialmente tras el
terremoto de Umbria y Marche en 1997 ha permitido alcanzar una
visión algo más precisa sobre el verdadero comportamiento de
estas estructuras. Esta experiencia ha venido a demostrar que,
efectivamente, existe una cierta adaptación entre tecnología
constructiva y demanda sísmica local, consecuencia de la cual es
una capacidad real de las construcciones tradicionales para
afrontar sismos de intensidad media o media-fuerte sin
experimentar destrucción. Según se ha observado en Italia, tras la
ocurrencia de diversos terremotos, los edificios de factura
tradicional que han sufrido daño importante o destrucción tenían
ya previamente al sismo deficiencias tales como defectos
constructivos, o bien se hallaban en un estado de deterioro por
abandono, o bien habían sufrido transformaciones inadecuadas.
Las estructuras que superaron el terremoto sin destrucción y con
daño muy limitado exhibían una buena factura y habían
mantenido sus rasgos constructivos tradicionales. Parece poderse
concluir que una estructura tradicional bien construida y bien
mantenida, en coherencia con técnicas y procedimientos
tradicionales, puede resistir terremotos de mediana intensidad.
Sin embargo, en algunos casos la construcción tradicional local
puede mostrar deficiencias o insuficiencia sísmica. Ello puede
ocurrir, en particular, en zonas en las que no haya consolidado una
cierta memoria relativa a acontecimientos sísmicos, por producirse
éstos de forma muy espaciada en la historia. Incluso en estos
casos, una cierta mejora sísmica es posible introduciendo medidas
correctoras que, aun siendo ajenas a la práctica tradicional local,
puedan realizarse mediante procedimientos de la buena práctica
de la construcción tradicional o histórica en obra de fábrica.
En lugares sólo moderadamente sísmicos, o en los que los últimos
sismos ocurridos tuvieron lugar en época muy anterior (no
alcanzando a producir una memoria y un impacto en las técnicas
constructivas), los edificios pueden exhibir limitaciones resistentes
muy importantes como resultado de una técnica constructiva
tradicional o histórica que, a pesar de sus posibles virtudes, no
preste atención a las necesidades de resistencia lateral. Puede
decirse que éste es precisamente el caso de muchos edificios
situados en la Península Ibérica. Particularmente, diversos estudios
realizados en relación a los edificios de paredes de carga del
Ensanche de Barcelona han demostrado que constituyen
construcciones altamente vulnerables incluso ante terremotos
moderados en principio posibles en el territorio Catalán (Barbat y
Cardona, 2002, Bonett et al., 2003, Penna et al., 2004)
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Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El comportamiento sísmico de las construcciones tradicionales de paredes de obra
de fábrica
Respuesta resistente y modos de fallo
De acuerdo con Carocci (2001), es posible reconocer en la
estructuras tradicionales un modelo implícito resultante de la
experiencia de constructiva de un cierto periodo y de la cultura
local. La vivienda tradicional se compone de una estructura de
obra de fábrica organizada en celdas superpuestas formando
unidades de varios pisos. La estructura resulta de la yuxtaposición
de elementos constructivos simples; el edificio (casa) puede
entenderse como un ensamblaje de estructuras toscamente
superpuestas, de forma que las paredes constituyen la celda de
obra de fábrica y los elementos horizontales proporcionan los
forjados y la cubierta.
Esta forma de yuxtaposición produce una falta de conexión
robusta entre las partes; la consecuencia de este defecto es una
fragilidad del conjunto ante la acción sísmica. Las componentes de
fuerza horizontales debidas a la acción sísmica empujan a las
paredes que envuelven al edificio hacia el exterior, de forma
ortogonal a su plano, y a partir de un cierto valor, provocan su
rotura (Giuffrè 1995).
Estas construcciones se caracterizan además por su capacidad
para adaptarse a modificaciones. Esta capacidad resulta del
carácter modular de los materiales componentes: todos ellos
pueden ser desmantelados y substituidos por partes, incluso las
paredes. En el mantenimiento de estos edificios, la reparación o
substitución de piedras o bloques deteriorados es una práctica
normal.
Este modelo fundamental puede experimentar variaciones
sensibles en función de los materiales localmente disponibles,
aspectos culturales locales, u otros factores. En la construcción
urbana, este modelo experimental transformaciones sensibles
parar adaptarse a la complejidad de la trama urbana o de las
características morfológicas del suelo. Incluso así, los sistemas
constructivos tienden a reproducir esquemas y comportamientos
recurrentes.
El modo de fallo más frecuentemente observado en los análisis de
edificios afectados por el sismo en Italia viene dado por el
desplome de las paredes. Este es el modo que determina, en
primera instancia, la vulnerabilidad de las construcciones de este
tipo (figura 3a). Este modo de fallo ha sido tradicionalmente
prevenido mejorando la ligazón de la fachada al resto de la
estructura mediante tirantes. En este caso, la estabilidad de la
fachada al sismo involucra a las paredes perpendiculares a la
misma, las cuales resisten la acción sísmica trabajando de forma
eficiente en su plano; cuando la resistencia de estas paredes
resulta superada, éstas desarrollan fisuras diagonales a través de
las cuales el sistema formado por la fachada y el triángulo superior
de estas paredes se separa del resto de la estructura (figura 3b). A
diferencia del primer modo de fallo, que siempre conlleva colapso,
este segundo modo no necesariamente determina el fallo
I. El conocimiento
completo, si bien se manifiesta normalmente acompañado de
daño ostensible.
En función de las características materiales y organizativas propias
de cada edificio, así como de las características de la acción
sísmica (dirección de incidencia) son posibles otras formas de
rotura. A modo de ejemplo, la figura 1 presenta diversos
mecanismos realmente observados en edificios afectados por
terremotos en Italia (Binda et al., 1999, Binda et al., 2003).
En los centros históricos, los edificios de obra de fábrica tienden a
formar sistemas estructurales complejos formados por varios
edificios estructuralmente conectados. En estas condiciones, el
análisis de un edificio aislado puede no resultar suficientemente
representativo, siendo necesario considerar, al menos, el sistema
formado por el edificio en estudio y sus edificios colindantes. Este
sistema permite vislumbrar modos de fallo como los que se
ilustran en la figura 2 (Carocci, 2001).
Técnicas de análisis
Es preciso tener en cuenta que ciertas técnicas convencionalmente
utilizadas para el cálculo de estructuras de paredes de carga
pueden no resultar adecuadas en edificios de carácter histórico o
tradicional. En particular, el método de planos de rigidez, bien
conocido y hasta el presente muy empleado para el análisis de
estructuras de obra de fábrica (o de hormigón armado) parte de
la hipótesis de que los forjados constituyen planos muy rígidos y
perfectamente enlazados a los planos verticales (paredes de carga
o pantallas de hormigón). En las construcciones de obra de
fábrica, esta hipótesis sólo es realista cuando el forjado está
formado por una losa de hormigón o bien cuando, siendo a base
de viguetas de madera o de acero, dispone de una capa superior
de hormigón de espesor suficiente y adecuadamente armada y
ligada a los elementos verticales. En general, ello no es aplicable a
los edificios tradicionales o históricos de obra de fábrica, cuyos
forjados son de carácter poco monolítico y deformable en el
plano, además de hallarse apoyados de forma simple sobre las
paredes.
Una actitud común, en un pasado, ha consistido en modificar la
estructura del edificio (introduciendo cadenas de atado y capas
superiores de hormigón armado) con el fin de adaptar la
construcción a las hipótesis del modelo de cálculo. Ello supone
una fuerte transformación del edificio así como la inclusión de
elementos de rigidez muy superior a la de las paredes y puede
ocasionar efectos contraproducentes ante el sismo. De nuevo, la
observación de los efectos de sismos ocurridos en Italia en tiempos
recientes ha permitido constatar que este tipo de intervención
puede incluso aumentar la vulnerabilidad sísmica del edificio
debido al peligro de que los forjados empujen a las paredes y
precipiten su inestabilización.
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I. El conocimiento
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La visualización de los modos de fallo realmente observados
sugiere una aproximación distinta y más coherente con la
naturaleza constructiva y resistente de estos edificios. El edificio
puede analizarse en base a la consideración y a la formulación
matemática de los posibles mecanismos de daño mediante la
técnica del análisis límite y la aplicación de los teoremas plásticos.
Dada la experiencia disponible (al menos en Italia), estos métodos
pueden calibrarse utilizando un análisis cualitativo basado en la
observación del comportamiento de un número importante de
edificios de características similares (Binda et al, 1999, Binda et al.
2003). Este método ha sido recientemente incorporado en la
normativa sísmica italiana O.C.P.M (2005).
El estudio de bloques formados por edificios o de tramas urbanas
exige un planteamiento más general debido a la mayor
complejidad del problema. La observación de las alteraciones o
irregularidades (como vacíos o cambios de altura) es en este caso
esencial. Se suele actuar, en este contexto, estudiando posibles
escenarios de daño para terremotos de una magnitud dada y
considerando las características de los edificios tipo así como las
posibles variaciones o alteraciones de la trama. El análisis puede
realizarse a partir de una aproximación cualitativa (figura 4) o bien
a partir de un cálculo detallado basado, por ejemplo, en modernas
técnicas de cálculo computacional (figura 5).
Mejora del comportamiento sísmico
En la práctica, la adaptación completa de las estructuras
tradicionales a los estándares de seguridad estructural ante sismo
que la normativa exige para las nuevas construcciones de
hormigón y acero puede conducir a una transformación y
desfiguración muy sustancial de la estructura original. En el caso
de construcciones tradicionales o históricas, esta transformación
puede resultar incompatible con la conservación del valor
histórico-cultural del edificio, y puede ocasionar una importante
pérdida en términos de legado cultural. Ello ocurre, en particular,
cuando la estructura original es reforzada mediante elementos de
hormigón, acero u otros materiales extraños a las técnicas
constructivas tradicionales o históricas; en muchas ocasiones,
estos refuerzos se han implantado de manera invasiva y no
reversible, causando en consecuencia daños y pérdidas
irreparables en la construcción original.
Por otra parte, y como ya se ha anticipado, el estudio del
comportamiento sísmico de edificios previamente reforzados, en
Italia y tras los terremotos de Umbría y Marche, ha mostrado que,
a menudo, los refuerzos de carácter extraño a la estructura
original tienen un efecto contraproducente debido al carácter
heterogéneo del complejo resultante. En particular, se ha
observado que la sustitución de forjados tradicionales por losas de
hormigón sobre de cadenas de atado de hormigón en muros de
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Herramienta 5
Comprender las lesiones estructurales
El comportamiento sísmico de las construcciones tradicionales de paredes de obra
de fábrica
obra de fábrica puede dar lugar a una forma de refuerzo poco
eficiente y puede incluso precipitar el colapso del edificio durante
el terremoto.
Por todo ello, la forma de entender la mejora sísmica de los
edificios tradicionales ha sufrido en los últimos decenios un
importante cambio de paradigma. Entendemos actualmente que
la restauración estructural deriva del conocimiento de las técnicas
constructivas locales y del reconocimiento de sus posibles
deficiencias. El conocimiento de los procedimientos constructivos
locales es fundamental y debe guiar la elección de las
intervenciones. Puesto que en muchas regiones sísmicas los
edificios de carácter tradicional presentan una cierta adaptación a
la demanda sísmica local, es en general preferible basar el refuerzo
precisamente en el análisis de los rasgos constructivos propios de
estas construcciones y evitar soluciones de refuerzo contrarias a
éstos. La mejora sísmica es posible reparando el deterioro y
recuperando la resistencia original, sin implantar elementos de
refuerzo extraños a la tecnología constructiva tradicional.
En algunos casos una cierta mejora sísmico-resistente puede ser
necesaria debido al grado de deterioro alcanzado por el edificio
por falta de mantenimiento o debido a una factura constructiva o
material originalmente deficiente. La necesidad del refuerzo
también puede deberse a que la tradición constructiva local ignore
las necesidades de resistencia sísmica (como se observa en
distintos lugares de la Península Ibérica).
Incluso en estos casos, son preferibles soluciones de carácter
compatible con la construcción tradicional o histórica y que
tiendan a preservar una cierta homogeneidad material y
organizativa. Es preferible que las intervenciones, antes que alterar
profundamente la naturaleza constructiva y resistente de las
construcciones, tiendan más bien a controlar o mitigar las posibles
debilidades del edificio. La intervención puede diseñarse, en
coherencia con las técnicas constructivas tradicionales o históricas,
para que contribuya a limitar las deformaciones experimentadas
durante el terremoto o evita la excesiva separación entre partes.
El anclaje de las fachadas o la unión de paredes a forjados o a
otras paredes mediante tirantes, en particular, constituye una
solución de carácter histórico-tradicional muy eficiente parra
mejorar la unión entre los elementos sin producir
heterogeneidades o cambios sustanciales de la rigidez de los
elementos (figura 6). En general, las intervenciones deben
orientarse a la mejora de la calidad de las paredes de obra de
fábrica y de sus conexiones (entre sí y con los forjados), reducir
empujes, estabilizar elementos vulnerables y reducir las
irregularidades estructurales. La oportunidad de rigidizar los
forjados para que trabajen como diafragmas rígidos debe
considerarse de forma juiciosa y exige en todo caso una
comprensión clara de los efectos que ello puede generar en el
edificio. Junto a todo ello, es esencial mantener una ejecución
muy cuidadosa
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Comprender las lesiones estructurales
El comportamiento sísmico de las construcciones tradicionales de paredes de obra
de fábrica
I. El conocimiento
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Giuffré , A. (1995) Vulnerability of historical cities in seismic areas and conservation
El estudio de los efectos de los sismos en las construcciones
tradicionales de paredes de carga, desarrollado con especial en la
ocasión del terremoto de Umbría y Marche, en Italia, ha venido a
demostrar estos edificios presentan una cierta adaptación entre
tecnología constructiva y demanda sísmica local, consecuencia de
la cual es una cierta capacidad para afrontar sismos de intensidad
media o media-fuerte sin experimentar destrucción.
Sin embargo, esta capacidad puede verse comprometida cuando
el edificio presenta defectos constructivos o materiales de origen
o bien un estado de deterioro debido a la falta de mantenimiento.
Debe reconocerse, por otra parte, que en algunas regiones
geográficas (en particular, dentro de la Península Ibérica), la
cultura constructiva local no recoge las necesidades
sísmicoresistentes debido a una falta de memoria histórica en
relación a la posible ocurrencia de sismo. En estos casos, una
mejora de la resistencia sísmica puede ser necesaria. Incluso
cuando el edificio presenta deficiencias, es fundamental basar la
mejora en un conocimiento de los procedimientos constructivos
tradicionales o históricos, siendo preferible que las intervenciones,
antes que alterar profundamente la naturaleza constructiva y
resistente del edificio, tiendan más bien a controlar o mitigar sus
posibles debilidades manteniendo una homogeneidad y
uniformidad constructiva.
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ORD. P. C. P. n° 3431: “Norme tecniche per il progetto, la valutazione e
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