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REHABILITACIÓN ESTRUCTURAL DE LA IGLESIA DE “LA COMPAÑÍA DE JESÚS” EN
LA CIUDAD DE PUEBLA, PUEBLA.
Oscar De La Torre Rangel
Ing. Oscar De La Torre Rangel
Proyecto Estructural, S.A.
Darwin 18-A, Col. Anzures, México, D.F. 11590
Tel.: 5254-3934, Fax: 5254-4026
[email protected]
RESUMEN
El sismo del 15 de junio de 1999 afectó varios estados de la República Mexicana dañando un número
importante de monumentos históricos, incrementando en ellos el daño acumulado que se tenía
referenciado. “LA COMPAÑÍA DE JESÚS” representa para la feligresía Poblana un monumento
tradicional y entrañablemente apreciado, que sufrió daños mayores y severos. En este documento se
describe el procedimiento empleado para el desarrollo de la ingeniería aplicada al diseño del refuerzo
estructural.
SUMMARY
The earthquake on June 15, 1999 affected several States of the Mexican Republic, causing further damage
to a great number of historical monuments which had been previously harmed by other earthquakes. For
the parishioners of de State of Puebla, “LA COMPAÑÍA DE JESUS” represents a lovely and traditional
monument that suffered severe and great damages. The procedure used for the development of the
engineering to the design of the structural strengthening is herein described.
ANTECEDENTES.
A las 15:41 h. del día 15 de Junio de 1999, ocurrió un sismo de magnitud Richter Ms 6.5, cuyo epicentro
se ubicó a 20 Km al Sur-Suroeste de la ciudad de Tehuacán, en el estado de Puebla, y a unos 55 Km al
Noreste de la ciudad de Huajuapan de León, Oaxaca, cercano a los límites entre ambos estados, con una
profundidad focal de entre 60 y 80 Km.
Este evento causó severos daños a diversos tipos de construcciones ubicadas en el Estado de Puebla, entre
ellas se encuentran los inmuebles coloniales, destinados principalmente al culto religioso.
El Instituto Nacional de Antropología e Historia, designó a la empresa ACROSA para realizar los trabajos
de construcción, correspondientes al aseguramiento de la edificación, así como la rehabilitación y
refuerzo estructural de la Iglesia de “La Compañía de Jesús”, ubicado en la Av. Juan de Palafox y
Mendoza esquina con la calle 4 Sur en la Ciudad de Puebla.
ACROSA solicitó a la empresa PROYECTO ESTRUCTURAL S.A., el desarrollo del proyecto de
refuerzo estructural, así como las recomendaciones y especificaciones para efectuar los trabajos de
apuntalamiento temporal, lo que se hacía necesario dadas las condiciones de inseguridad en que se
hallaba el inmueble.
DESCRIPCIÓN DEL INMUEBLE.
El inmueble se halla integrado en la esquina Nor-Oeste al edificio conocido como el Carolino.
Constructivamente ambos inmuebles se constituyen como una sola Estructura, ya que carecen de juntas
de construcción y aunque presentan diferencias en alturas y niveles de piso, mantienen una continuidad en
las áreas comunes en lo que respecta a materiales y sistema estructural.
El templo de La Compañía de Jesús está constituido por tres naves, la central con una altura de 21.45 m y
las laterales con 16.13 m. Los anchos de las mismas son de 11.47 m y 9.4 m para la nave central y las
laterales respectivamente.
Los límites de la nave principal quedan definidos por dos ejes de columnas, mientras que los límites
exteriores de las naves laterales lo constituyen los muros longitudinales, en la nave izquierda colindante
con la Av. Palafox, y en la derecha con el edificio “Carolino”, el primer eje correspondiente al muro de la
calle de Palafox se denomina como eje (1), la nave central es delimitada por los ejes (2) y (3), mientras
que el eje (4) define al muro medianero que limita con el Carolino.
En el crucero, la cúpula alcanza una altura máxima de 29.51 m, mientras que en esta misma zona las
naves laterales tienen 20.45 m de altura.
En la dirección corta del cuerpo principal de la iglesia, se tienen nueve ejes, iniciando por la entrada
principal en la calle 4 Sur, se designan del (A) al (I).
En el acceso principal por la calle 4 Sur se tiene un entre-eje de 5m con arcos y bóvedas apoyados sobre
muros de mampostería, a este espacio se le denomina Nartex; Enseguida se tienen cuatro entre-ejes de 7.2
m; El sexto entre-eje es el crucero con 11.5 m, posteriormente se tienen el presbiterio con un etre-eje de
8.05 m y el correspondiente al altar con 5.5 m.
Los arcos y bóvedas que cubren el Nartex constituyen el piso del Coro, a su vez los arcos y bóvedas que
cubren el Coro son parte de la azotea, la cual se halla al mismo nivel que las cubiertas de las naves
laterales.
Sobre la azotea del coro en los extremos Norte y Sur se hallan las torres, cada una de ellas se componen
de tres cuerpos con alturas de 6.16, 3.32 y 3.31 metros de altura, rematando con una bóveda y cupulín de
5.07 m, para una altura total de 33.35 m.
“El Carolino” es un inmueble integrado como un gran cuerpo (parte del cual es la Parroquia de “La
Compañía de Jesús”), en dos niveles con habitaciones de planta cuadrada ó rectangular agrupadas
alrededor de tres patios principales, así como de una sala de conciertos. Las alturas totales de estos
espacios son variables y se pueden ubicar en 10 m como promedio.
ESTRUCTURACIÓN Y MATERIALES.
El edificio de la Compañía de Jesús y el Carolino, se constituyen como una unidad estructural.
El sistema de techos de las naves laterales de la iglesia está estructurado con bóvedas de cuatro
superficies curvas que se interceptan al centro del tablero, estas se denominan bóvedas de arista, dichas
bóvedas se desplantan sobre un sistema de cuatro arcos que se apoyan sobre dos columnas ubicadas en el
eje que divide la nave central de la nave lateral y sobre el muro colindante en el que se hallan integradas
una ventana por cada arco.
La bóveda que cubre la nave central es de cañón con lunetos, integrándose a ella los arcos fajones, esta
bóveda se apoya sobre los dos ejes centrales de columnas.
La cúpula se apoya sobre el tambor de 3 m de altura, el que a su vez es soportado por los cuatro arcos
torales desplantados en las cuatro columnas del crucero.
La rigidez y resistencia en la dirección longitudinal es buena ya que los dos muros de los ejes (1) y (4)
resultan muy eficientes, al contrario de la dirección transversal, en la que se carece de un sistema que
rigidice eficazmente al inmueble. En este sentido se observa que mientras “El Carolino” presenta una
rigidez conveniente por los muros que en esta dirección contiene, la iglesia carece de ellos por lo que se
tendrá un comportamiento asimétrico en relación con el eje central de la nave principal.
El sistema estructural de “El Carolino”, se constituye principalmente con bóvedas que se apoyan
principalmente en muros, y en un menor porcentaje sobre columnas. Existe una distribución de muros de
carga y rigidez que puede considerarse equilibrada en las dos direcciones ortogonales, sobre todo en las
áreas próximas a la iglesia.
Se observa que el sistema estructural de “El Carolino” debe ser más rígido que el de la Iglesia de “La
Compañía” en virtud de que la relación de H/L de sus muros es menor en el primero.
Las bóvedas fueron construidas con mampostería de tabique de barro, junteada con mortero de cal.
Los arcos y muros son de mampostería a base de piedras de la región junteadas con mortero de cal.
Las columnas son de Piedra labrada junteada con mortero de cal.
Los materiales empleados para el refuerzo de los diferentes elementos de la estructura son:
Mortero de cemento - cal – arena (1-0.5-4)
Malla electrosoldada fy = 5000 kg/cm²
Concreto estructural en firmes y dalas clase 1 con f 'c = 250 kg/cm²
Acero de refuerzo fy = 4200 kg/cm²
Acero estructural en perfiles laminados en caliente A-36 fy = 2530 kg/cm²
Soldadura E-70XX.
MODIFICACIONES Y REFUERZOS EXISTENTES EN LA ESTRUCTURA.
Se ha detectado que a lo largo de la vida útil de la edificación se han realizado una serie de
modificaciones, que alteran el concepto original de un edificio colonial, estos se listan a continuación:
Piso de feligresía:
Durante la ejecución de unas calas en cimentación realizadas junto al muro de
la Av. Palafox, se detectó que el nivel de piso de feligresía fue elevado aproximadamente 20 cm sobre el
nivel original, el relleno oculta una separación en el junteo horizontal de las piedras labradas que
constituyen las columnas adosadas al muro correspondiente. Se estima que dicha apertura (de 1.9 cm),
esta asociada a un desplome provocado en algún evento sísmico ocurrido en la primera mitad del siglo
XX.
Cúpula del Crucero:
A consecuencia de los daños provocados por sismos ocurridos en la segunda
mitad del siglo XX, la cúpula fue reconstruida siendo ahora de concreto reforzado.
Arcos torales:
En la misma época estos arcos también fueron reforzados con concreto reforzado.
Bóveda de la nave lateral de la Av. Palafox:
Esta bóveda también fue reforzada en la
segunda mitad del siglo XX, con dentellones de concreto reforzado, para ligar la mampostería a ambos
lados del agrietamiento presentado.
CARGAS.
Dentro de las diversas evaluaciones numéricas realizadas se aplicaron las cargas correspondientes al peso
propio de la mampostería existente en cada elemento, según sus dimensiones.
El peso volumétrico considerado para la mampostería y los aplanados es de 2000 kg/m3.
En bóvedas que constituyen un nivel de entrepiso como es el caso del coro, se aplica una carga viva de
250 kg/m2.
En bóvedas que constituyen un nivel de azotea como es el caso general, se aplica una carga viva de 40
kg/m2.
PARÁMETROS GENERALES DE DISEÑO.
La revisión de las condiciones de seguridad y el refuerzo de la estructura existente, fueron realizados de
acuerdo con los parámetros listados a continuación:
Estructura del Grupo “A”
Terreno tipo “I”
Factor de Comportamiento Sísmico
Q=1.0
Coeficiente sísmico
C = 0.32 X 1.5 = 0.48
Factores de combinación de cargas.
Combinación de cargas permanentes FC = 1.5
Combinaciones de cargas permanentes más accidentales FC = 1.1
DAÑOS OBSERVADOS.
Bóvedas de Nave Lateral Derecha:
Resultó la nave menos dañada con fisuramiento
ligero en aplanados, se presento una grieta transversal a la nave entre los ejes (B) y (C), como
continuación de la que se generó en las naves Lateral Izquierda y Central.
Bóveda y Arcos de Nave Central:
Estos elementos registraron agrietamientos longitudinales
principalmente a los cuartos del claro, medidos en la mampostería estos agrietamientos tenían amplitudes
de hasta 4 cm, principalmente entre los ejes (B) y (E). Los arcos tuvieron incluso caídos de piezas con
diferentes tamaños. Al igual que en la Nave Lateral Derecha, se presentó una grieta transversal entre los
ejes (B) y (C).
Bóvedas de Nave Lateral Izquierda:
Esta fue la nave más dañada, ya que se registraron
agrietamientos longitudinales principalmente a los cuartos del claro, medidos en la mampostería estos
agrietamientos tenían amplitudes de hasta 10 cm, en todo lo largo de la nave. Tanto los arcos como las
bóvedas sufrieron caídos de piezas con diferentes tamaños. Al igual que en las otras naves, se presentó
una grieta transversal entre los ejes (B) y (C).
Columnas Centrales (ejes 2 y 3):
Se tienen algunas fisuras en las juntas de las piezas labradas,
pero no se aprecian deformaciones importantes.
Columnas Adosadas a Muro de la Av. Palafox.
En los ejes (C), (D) y (E), se registran desplomes del
orden del 1%, detectándose aperturas en juntas horizontales de las piedras labradas a una altura de 2.0 m
aproximadamente. Se colocaron testigos de yeso los cuales indicaron que dichas aperturas continuaban
incrementándose, con el consecuente crecimiento de los desplomes.
La cala mencionada con anterioridad, dejó al descubierto otra apertura en junta horizontal de las piedras
labradas que constituyen las columnas adosadas al muro, sólo que ubicada aproximadamente a 20 cm
bajo el nivel de piso actual. Esta apertura es de 1.9 cm. Ambas fisuras están asociadas al desplome
existente. En el pretil de este muro se registraron pináculos caídos.
Botareles en Cúpula:
Un botarel se colapsó y los otros tres resultaron con agrietamientos
importantes, al igual que los puntales diagonales ubicados bajo los primeros.
Arcos y Bóvedas Laterales de la Cúpula: Estos elementos resultaron severamente dañados en los
puntos de contacto con diagonales y botareles de la cúpula.
Nartex y Coro: En los dos niveles que ocupan estas áreas, se presenta una grieta en el sentido
transversal de la nave cruzando ambos espacios en su totalidad, dicha grieta es continua en bóvedas y
arcos, los que también tuvieron caídos de piezas de la mampostería, y pérdida de material de juntas.
Torres Norte y Sur:
Se presentó agrietamiento severo, en los arcos de ambas direcciones, sufrieron
el caído de pináculos y linternillas.
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO.
La interpretación del sistema de agrietamientos presentado, apoyado por el conocimiento de la existencia
de refuerzos ejecutados con anterioridad, así como los análisis numéricos preliminares realizados, indican
que los mecanismos de falla que generaron los daños pueden ser explicados a través de las hipótesis
descritas a continuación.
*
La iglesia de la “Compañía de Jesús” posee desde el punto de vista Arquitectónico, un eje de
simetría en la dirección Oriente-Poniente, que pasa por el centro de la nave principal; Sin embargo, desde
el punto de vista estructural no lo es, dado que el muro de la Av. Palafox no tiene un sistema de
rigidización que trabaje a compresión cuando se tengan desplazamientos en el sentido de Sur a Norte, por
lo que sus deformaciones asociadas serán considerables; En el sentido inverso el inmueble se recarga
contra el “Carolino”, y dado que este tiene una buena distribución de muros que lo rigidizan, los
desplazamientos en esta dirección serán significativamente menores a los primeros.
De acuerdo con la recopilación bibliográfica realizada por la empresa ACROSA, se tienen datos de que
existió el proyecto de colocar contrafuertes en el muro de la Av. Palafox, sin embargo no fue permitido
por que el dimensionamiento previsto implicaba obstrucciones severas al tránsito sobre dicha Avenida.
De aquí se desprende que la ausencia de contrafuertes en la calle de Palafox, representa una irregularidad
en la estructuración, de la que ya se tenía conocimiento en épocas pasadas, aunque las dimensiones
propuestas eran demasiado grandes en virtud de que se proyectaban con mampostería.
Esta asimetría estructural, aunado a que los materiales empleados tienen una muy baja capacidad para
tomar esfuerzos de tensión, da lugar a que durante un evento sísmico en el que se provoquen
deformaciones de magnitud importante, se activen las masas sísmicas desintegrando al conjunto de
acuerdo con los puntos débiles de tensión a lo largo del sistema de techo ó entrepiso.
En consecuencia, cuando el desplazamiento sísmico de los techos ocurre en dirección de Norte a Sur, toda
la masa sísmica se recarga contra la estructura del “Carolino” transmitiendo esfuerzos de compresión a la
mampostería, haciendo trabajar a los muros de este edificio de manera eficiente (ver figura 1); Cuando los
desplazamientos ocurren en dirección de Sur a Norte, se provocan campos de tensión típicos
(articulaciones) en tres líneas distribuidas a lo largo del desarrollo de las bóvedas, ya que no se tiene el
mecanismo que permita reducir la magnitud de los desplazamientos.
Esta hipótesis explica la formación del sistema de grietas que se presentan en la dirección longitudinal de
las naves Central e Izquierda, por ser ahí donde se presentan los máximos niveles de tensión ante
condiciones dinámicas.
*
Cuando las deformaciones se dan en dirección del Poniente al Oriente, la masa sísmica activada
transmite uniformemente el cortante que desarrolla hacia los muros longitudinales, el cortante generado
por las torres, el coro y el Nártex, se transmite por compresión a los mismos muros. Cuando el
desplazamiento ocurre de Oriente a Poniente, las torres, el Coro y el Nártex se separan del cuerpo
principal debido a que el cortante que desarrollan es superior al del cuerpo principal, ya que representan
una mayor densidad de masa sísmica, adicionalmente, al tener mayor altura las torres tienen un
comportamiento dinámico diferente respecto de las naves, ello hace que los desplazamientos inducidos
por el sismo puedan presentarse en sentidos contrarios en un mismo instante.
Esto explica los agrietamientos en el sentido transversal de la nave desarrollados en el entre-eje del
Nártex y el adyacente.
*
El comportamiento dinámico de las torres por efecto sísmico, genera concentraciones de
esfuerzos en el intradós de los arcos como consecuencia de los valores invertidos y simultáneos de
tensión en una columna y compresión en la otra, por efecto del momento de volteo. Esto trae como
consecuencia que se presenten articulaciones en los arcos, fragmentando el cuerpo de la torre, por falta de
un elemento confinante que mantenga integradas al grupo de columnas.
Tomando como referencia la figura 7, se describe enseguida la mecánica de este daño:
*
En el nivel inmediato inferior al desplante de cualquier cuerpo de una torre y como consecuencia
de la acción de un sismo, se tienen dos elementos mecánicos básicos: El Momento de Volteo (Mv) y una
Fuerza Cortante acumulada (Vt). Dado que la mampostería no tiene una capacidad a tensión importante,
se provoca un mecanismo de resistencia, basado en la capacidad a compresión y resistencia al cortante
que a su vez es función de la carga axial y de un coeficiente de fricción (reiterando la consideración de
que la mampostería no resiste tensión); En primera instancia el momento de volteo es resistido mediante
la sobrecarga de fuerza axial en una de las columnas (P1), liberando a la otra en la misma proporción de
la carga gravitacional (P0), e incluso provocando tensión; Si la columna sobrecargada no ve rebasado su
límite por aplastamiento, podría estar en condiciones de resistir todo el cortante Vt, dado que la columna
descargada, tendrá poca ó nula capacidad resistente ante esta fuerza (V0), dado que su carga (P0) tiende a
cero; en tal condición la concentración del cortante en una sola columna induce desplazamientos mayores
en su base (delta 1), que los desarrollados en la base de la columna descargada (delta 0); Dando lugar a un
diferencial que induce concentración de tensiones en la clave del arco.
El mecanismo descrito provoca agrietamientos típicamente en el extremo superior, de la columna
descargada ya sea por tensión directa ó por cortante del tipo tensión diagonal, y en la clave del arco por
tensión directa; Así mismo si la columna sobrecargada ve excedida su capacidad por aplastamiento en
primera instancia creará una articulación en su base.
*
El movimiento de cuerpo rígido generado por el momento de volteo desarrollado en la cúpula
por efecto del sismo, provoca cargas axiales excesivas en las diagonales que se hallan bajo los botareles, a
su vez dicha carga axial se transmite a los arcos lo que provocó el daño observado en ambos elementos.
ANÁLISIS NUMÉRICO PRELIMINAR.
Con objeto de plantear un sistema de aseguramiento temporal, fue necesario realizar una evaluación
numérica basada en criterios básicos de estabilidad los cuales se listan a continuación:
*
Análisis numérico para evaluar el peso y las fuerzas sísmicas que se generan en las torres. Se
consideran los diversos pesos que integran los cuerpos concentrando las fuerzas de inercia en los niveles
de piso (bóvedas) que definen cada cuerpo de la torre.
*
Análisis numérico para evaluar el peso y las fuerzas sísmicas que se generan en el muro de la
Av. Palafox. Este análisis se desarrolla a través del estudio de modelos matemáticos simplificados de
elementos finitos tipo placa, o tipo barra, con objeto de identificar las posibles consecuencias que sobre la
estructura tendría la aplicación de varios tipos de refuerzos temporales ó definitivos posibles, para un
entre-eje tipo.
*
Análisis numérico para evaluar el peso correspondiente de bóvedas y arcos fajones, así como el
sistema de apuntalamiento correspondiente.
APUNTALAMIENTOS.
Torres:
Se diseñó un sistema de puntales diagonales en forma de armaduras en dos planos
perpendiculares entre sí, con objeto de reducir las longitudes efectivas de pandeo de los elementos
principales (cuerdas), ubicándose dos de estos sistemas en la fachada principal (Poniente), uno para cada
torre.
Nártex:
Dado que el problema crítico en los arcos del Nártex, era la estabilidad ante cargas
verticales, se reforzaron construyendo bajo los arcos paralelos al eje longitudinal de la nave, un sistema
de cuatro muros de tabique de barro reforzados con dalas y castillos.
Muro de Fachada de la Av. Palafox:
Se evaluaron dos alternativas de apuntalamiento temporal
dado el estado de desplome y avance del mismo en este muro.
*
La primer propuesta consiste en un sistema de tensores que liguen el eje de la Av. Palafox con el
muro medianero del “Carolino”, ubicados a la altura del arranque de los arcos de las naves laterales. Esto
implica transmitir la fuerza horizontal que origina el avance del desplome así como las fuerzas de inercia
en dirección Sur-Norte de todo el inmueble al muro medianero, lo que incrementa significativamente las
cargas sobre este muro, con las agravantes correspondientes a la asimetría estructural, así como a la
ineficiencia del trabajo en tensión de la mampostería, ya discutida en párrafos anteriores (ver figura 3).
*
La segunda propuesta consiste en puntales metálicos diagonales ubicados en el exterior
invadiendo la Av. Palafox, los cuales toman la carga lateral que genera el avance del desplome (coceo de
los arcos), estabilizando la construcción, además de tomar la carga sísmica lateral trabajando en
compresión, que se provocaría ante la ocurrencia de un sismo.
La segunda opción representa mucho mayor nivel de seguridad para la edificación; Ante la condición de
emergencia el cierre de la calle se ubica en un plano secundario, además de que ya se encontraba cerrada
por cuestiones de seguridad ante el riesgo de colapso de la torre Norte y por la obstrucción provocada por
pináculos y elementos ornamentales caídos.
En Arcos Fajones y Bóvedas:
Se colocó un sistema de andamiaje estructural, consistente de módulos
tipo torre de 1.0 X 0.75 m contraventeados entre sí, los cuales reciben el peso de los arcos y bóvedas de
las naves Central y Lateral Izquierda.
CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES PARA LOS EDIFICIOS HISTÓRICOS.
Los edificios Históricos se comportan sobre bases conceptuales muy diferentes a las que rigen el
comportamiento de edificaciones modernas.
Debido fundamentalmente a la naturaleza de los materiales que se combinan, es necesario establecer
estructuraciones radicalmente diferentes en función de la optimización en el aprovechamiento de sus
capacidades.
Cargas Permanentes. La necesidad de dar solución para un sistema de piso ó techo en un edificio
Histórico, se resuelve mediante la geometría del arco, el cual es capaz de transferir un sistema de cargas
verticales, como una carga vertical y otra horizontal (coceo) aplicadas como reacción en sus puntos de
apoyo ó desplante; Las cargas verticales pueden generarse por acción de la gravedad ó como
consecuencia de la componente vertical de las aceleraciones sísmicas, que se presentan con alguna
importancia en las zonas próximas al epicentro del sismo.
*
Una primera alternativa para transferir el coceo al terreno es mediante la construcción escalonada
de arcos ó botareles, que colocados en niveles inferiores y adyacentes al primero, garantizan que la
resultante del coceo y las cargas verticales acumuladas, pasa por el ancho de apoyo de la sección de
mampostería colocada en el extremo, ya sea muro longitudinal de la nave ó base del botarel; Como
condición necesaria para evitar una falla por volteo.
*
Una segunda alternativa consiste en la construcción de contrafuertes, que a través de su peso
modifican la inclinación de la resultante aumentando la pendiente, logrando el mismo objetivo.
*
Una variante de ambas soluciones, consiste en construir muros de rigidez en la dirección corta
del edificio, en las naves laterales extremas, creando el espacio de las capillas.
En los templos de dimensiones típicas la solución de contrafuertes fue la más aplicada, reservándose las
naves adicionales y el sistema con capillas como solución para construcciones principales, cuya área de
construcción es significativamente mayor.
Cargas Accidentales:
Los sismos provocan la acción de una fuerza horizontal adicional al coceo de
los arcos, lo que provoca que la pendiente de la resultante de fuerzas se reduzca considerablemente, hecho
que con cierta frecuencia excede los niveles de seguridad de los edificios resueltos con naves adyacentes
más bajas ó botareles, o bien con el uso de contrafuertes. En consecuencia, históricamente las regiones en
las que más daños sufrían los edificios a causa de los sismos, modificaron el concepto original para
transformarse en la solución de construir muros para crear naves laterales para capillas, ó incrementando
las dimensiones de los contrafuertes, tanto más grandes los muros de rigidez ó contrafuertes y más bajas
las estructuras, como más daños causaban los sismos.
En la práctica las soluciones de construcción de contrafuertes ó capillas, han sido la mas empleadas por
resultar las más efectivas para elevar el nivel de seguridad de los inmuebles de este tipo.
Cabe aclarar que el análisis del comportamiento dinámico de este tipo de estructuras es extremadamente
complejo, en la actualidad no se tienen técnicas que hallan sido corroboradas para la solución de este
problema.
De la aplicación de la técnica del elemento finito se ha encontrado que las variaciones entre los valores
calculados y los medidos pueden variar hasta en más de un 100% aún para análisis ante cargas
permanentes (ver fig. 18 del informe 97/02 del “Monitoreo Estructural de la Catedral Metropolitana de la
Ciudad de México” publicado por el Instituto de Ingeniería de la UNAM).
En general se cuenta con procedimientos numéricos simplificados y gráficos para evaluar las condiciones
de estabilidad, aunque no resultan suficientes para tener una certeza sobre el comportamiento sísmico
dinámico.
ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE REFUERZO.
El análisis para la revisión de la estructura original así como para su refuerzo, se realizó siguiendo los
lineamientos establecidos por el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y sus Normas
Técnicas Complementarias, así como del Reglamento de Construcciones del Municipio de Puebla, en los
aspectos competentes; Por otra parte para la evaluación de las condiciones de seguridad sísmica se usaron
las técnicas comúnmente aplicadas para la revisión de estructuras de mamposterías no reforzadas como lo
son este tipo de construcciones.
En este estudio se han elaborado procedimientos de análisis numéricos simplificados y análisis de
elemento finito con elementos tipo placa y tipo barra, realizando incluso análisis con iteraciones para
converger hacia la solución que se acerque más a la realidad del comportamiento para este tipo de
estructuras.
Para los análisis realizados con la técnica del elemento finito ya sea del tipo placa ó barra, se elaboraron
los modelos matemáticos con el programa STAAD III, aplicando manualmente las cargas muertas y
vivas. Para cada una de las condiciones básicas de cargas generadas, se realiza un análisis elástico-lineal
por el método de las rigideces, del cual se revisan los desplazamientos totales para tener una idea de si se
hallan dentro de los límites permisibles.
Los parámetros de diseño sísmico se obtienen de los criterios establecidos en el Reglamento de
Construcciones del Distrito Federal y el Reglamento de Construcciones del Municipio de Puebla.
Las fuerzas sísmicas se evaluaron con dos procedimientos, uno mediante un análisis estático, aplicando
los cortantes en puntos donde se supone una concentración de masa, y otro del tipo modal espectral
partiendo de un comportamiento elástico.
A continuación se describen los elementos analizados con los respectivos métodos aplicados, así como el
objetivo y resultado de los mismos.
Bóvedas Arcos Fajones y Muro de la Av. Palafox: Se analizó la condición de seguridad original y con
las posibles modificaciones, de un entre-eje típico transversal, en el cual se tienen bóvedas, arcos fajones
y los muros longitudinales de la nave.
Se elaboraron dos modelos de elemento finito, uno con elementos tipo placa y otro con elementos tipo
barra, en cada uno de ellos se estudiaron una serie de alternativas para refuerzos temporales y definitivos
entre los cuales se listan los siguientes:
*
Modelos de elemento finito tipo placa y tipo barra, para valorar el comportamiento en
condiciones existentes de la estructura, calibrándolo con el tipo de daños observados, los cuales servirán
de base para estimar cual es el nivel de impacto para mejorar sus condiciones, ó estimar posibles daños
que provocarían las propuestas de refuerzo.
*
Modelo con alternativa de refuerzo temporal y/o definitiva para limitar el avance de los
desplomes en el muro de la Av. Palafox, funcionando también como refuerzo ante la acción sísmica.
Consiste en colocar un sistema de tensores en las tres naves a nivel del desplante de los arcos
correspondientes a las naves laterales; El estudio de esta alternativa dio como resultado la concentración
de las fuerzas de inercia del sismo correspondiente a todo el edificio, actuando en dirección de Sur a
Norte, en el muro medianero con el “Carolino”, lo que contribuirá a provocar severos daños a este último,
dado que genera grandes fuerzas de tensión sobre él, razón por la cual se desechó esta opción, (ver figura
6).
*
Modelo con alternativa de Refuerzo temporal para limitar el avance de los desplomes en el muro
de la Av. Palafox, también constituye un refuerzo ante acciones sísmicas. Consiste en colocar un sistema
de puntales diagonales por el exterior del muro de la calle de Palafox, a nivel del desplante de los arcos
correspondientes a dicho muro; El estudio de esta alternativa dio como resultado la efectividad de dicha
solución, que como se menciona es de carácter temporal.
*
Modelo con alternativa definitiva para reducir el movimiento diferencial en el desplante de los
arcos fajones y formeros de las naves lateral izquierda y central, consistente en la construcción de un arco
metálico de sección en forma de “U”, que envuelve por las caras expuestas al interior de la nave a dichos
miembros; Los estudios dieron como resultado que este refuerzo resulta efectivo para reducir los daños de
arcos y bóvedas.
*
Modelo con rigidización del muro de la Av. Palafox, mediante la construcción de contrafuertes
de mampostería, con lo que se busca reducir las deformaciones en este muro.
*
Modelo con contrafuerte metálico y tensores anclados al travertino (material resistente que se
ubica a 3 metros de profundidad con un espesor promedio de 6 metros), con el que se diseñó el
contrafuerte y el sistema de anclaje, se modela para buscar obtener resultados equivalentes a los que
provoca el contrafuerte de mampostería, pero con dimensiones significativamente menores, con lo que se
busca reducir al mínimo posible la obstrucción de la banqueta de la Av. Palafox.
Torres. Se realizó una evaluación por cargas permanentes para calcular la masa que se usarían para el
análisis sísmico, así como para obtener las descargas por columna.
El análisis sísmico realizado fue del tipo estático, obteniéndose que en lo general la resultante del centro
de masas con la acción del momento de volteo no se sale del área de la base, por lo que los severos daños
ocurridos se explican por el mecanismo de falla descrito en el inciso 8.c, por lo que la solución propuesta
tiene como objetivo proporcionar una capacidad a tensión y al cortante que ayude a mantener la
geometría del sistema. Debido a que el daño presentado ponía en riesgo la estabilidad de la estructura;
Con los datos obtenidos se diseñó el sistema de apuntalamiento temporal para cada torre,
Nártex y Coro. Se efectuó una evaluación numérica del peso, calculando un sistema de masas
concentradas a las que se agregó las correspondientes al efecto de las torres, con ellas se realizó un
análisis estático simplificado, del cual se obtuvieron las magnitudes de las fuerzas de tensión con las que
la zona del Nártex y el Coro tienden a separase del cuerpo principal, con dichas fuerzas se proyectó un
par de tensores en cada nivel de bóvedas ubicados en los muros longitudinales del inmueble, para integrar
el conjunto.
PROYECTO DE REFUERZO ESTRUCTURAL.
Bóvedas:
Se proyectó y realizó un refuerzo consistente en la construcción de un aplanado con
cemento-cal-arena, reforzado con malla electrosoldada en cada cara de las bóvedas, ligando ambos
refuerzos con conectores de varilla el objetivo es proporcionar una capacidad a tensión de la
mampostería, sin modificar significativamente las características dinámicas del edificio. Esta solución se
aplicó en las bóvedas de la nave central, del Nártex a la Cúpula y, en la Nave lateral izquierda, del Nártex
hasta el presbiterio.
Arcos Fajones: Se reforzaron mediante un sistema de placas en forma de “U”, forrando los arcos
fajones del sentido transversal en la nave lateral izquierda de los ejes “B” al “G” y, en la nave central de
los ejes “B” a “E”. También se reforzaron con el mismo sistema los arcos del sentido longitudinal
ubicados en los ejes “2” y “3”, de “A” a “C”.
Muro de la Av. Palafox: Se proyectó un refuerzo con contrafuertes metálicos integrados a la
mampostería, anclados en el interior del templo, al material travertino, ya que debido a sus dimensiones,
en caso de la ocurrencia de un sismo importante se desarrollarían tensiones importantes en este extremo.
Los contrafuertes se integran al muro mediante conectores de varilla anclados en un placa corrida por el
interior y en toda la altura del mismo.
Este refuerzo se proyectó del eje “C” al eje “G”
Torres. Para evitar la desintegración del sistema de columnas y arcos que forman la estructura de las
torres, se proyectó y construyó un sistema de diafragmas y tensores localizados en los niveles de
desplante de cada cuerpo de la torre, colocando en el interior de las columnas el aplanado de cemento-calarena, reforzado con malla electrosoldada y, anclada a la mampostería con conectores de varilla, esta
membrana se prolonga por todo el interior de pechinas y bóveda de la torre.
Nártex y Coro: Se construyeron dos diafragmas de concreto reforzado con espesores de 6 cm
aproximadamente en el nivel de piso del coro y, sobre la azotea del mismo, estos se complementan con la
membrana de refuerzo a base de aplanado y malla electrosoldada, colocada bajo las bóvedas de los pisos
correspondientes.
A los diafragmas mencionados se les integra un tensor por nivel y por muro longitudinal, con objeto de
evitar la separación del Nártex con respecto al cuerpo principal.
Los tensores son básicamente una dala de concreto reforzado en la que se aloja el acero necesario para
tomar la tensión calculada.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
De acuerdo con las evaluaciones numéricas realizadas en el desarrollo de este trabajo, de las
observaciones de daños y de los principios estructurales aprendidos como consecuencia de la evolución
de los tratamientos dados a lo largo de la vida útil de los edificios coloniales, se emiten las siguientes
conclusiones y recomendaciones.
*
El edificio de la Compañía de Jesús y el Carolino, se constituyen como una unidad Estructural,
por lo que es necesario tener en cuenta que la alteración local que se realice a cada uno de ellos resultará
mutuamente influyente en mayor ó menor grado, según sea el tipo de modificación aplicada.
*
Las soluciones tradicionalmente realizadas y que han probado tener un alto nivel de efectividad
en este tipo de estructuras, son aquellas en las que se incorporan refuerzos locales pero uniformemente
distribuidos a lo largo de las naves, es el caso de los tensores ubicados en los arcos fajones ó en
posiciones intermedias, así como el incremento en las secciones de los contrafuertes, soluciones que
históricamente han probado tener un alto grado de efectividad.
*
A lo largo de su vida útil, el edificio de la Compañía de Jesús ha sufrido diferentes cambios a la
construcción original, entre los que se pueden mencionar el cambio del nivel de piso terminado, el
refuerzo con concreto reforzado de los arcos Torales que son los que soportan la Cúpula del crucero; Así
como la reconstrucción de dicha cúpula que ahora es de concreto reforzado, y el refuerzo con dentellones
de concreto en algunas posiciones de la bóveda de la nave Izquierda, ubicadas de modo que ligan las
mamposterías de ambos lados de la grieta que se pretendía reforzar.
*
Los refuerzos propuestos están basados en la necesidad de reducir al mínimo las afectaciones
arquitectónicas buscando la facilidad constructiva, y proporcionar el nivel de seguridad adecuado para
estructuras clasificadas como grupo “A”, con un costo óptimo.
*
Todas y cada una de las soluciones de refuerzo proyectadas se consideran indispensables para el
adecuado funcionamiento del inmueble.
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Fundación ICA A.C., 217 p.
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