BASES PARA LA CONSERVACIÓN SISMORRESISTENTE DE
CONSTRUCCIONES DE TIERRA
Universidad Católica del Perú
Julio Vargas Neumann Profesor
SISMO DE HUARAZ, PERU 1970
PERU: 5000 años Construyendo en Tierra
CHAN CHANCARAL
HUACA DE LA LUNA
Universidad Católica del Perú
Más de 300 Sitios Patrimoniales alrededor de Lima
• Quinta Heren• Iglesia San Pedro de Carabayllo• Pachacamac
Universidad Católica del Perú
(De Sensi 2003)
Arquitectura de Tierra
Peligro Sísmico
Existe una perversa coincidencia entre las zonas con arquitectura de tierra y las áreas sísmicas
Universidad Católica del Perú
En Perú y muchos otros países se construye espontáneamente sin supervisión técnica
• Las prácticas de buena construcción se han ido perdiendo
Sin embargo, estas casas sobrevivieron muchos
terremotos
uUniversidad Católica del Perú
Cusco, Peru, 1950
Huaraz, Peru, 1970
(NISEE)
Cada Sismo que ocurre en estos países revela la extrema vulnerabilidad de la construcciones de tierra
Moquegua, Peru, 2001Pisco, Perú, 2007Universidad Católica del Perú
Las casas sin refuerzos siempre sufren colapsos peligrando la seguridad de vida
Bam, 2003Universidad Católica del Perú
Los sismos producen primero fisuras verticales en los encuentros de muros, luego estos colapsan volteándose
Foto: D. Quiun
Observación en el campo
Simulación en el laboratorio
Universidad Católica del Perú
Fuerzas horizontales actuando en el plano de las paredes producen fisuras diagonales
Observación en el campo
Constatación en los ensayos de Laboratorio
Universidad Católica del Perú
Investigaciones iniciales en la PUCP (1972) dirigidas a encontrar refuerzos para casas nuevas con materiales locales. Ensayos de mesa inclinable.
Universidad Católica del Perú
Una malla interna de caña resultó muy efectiva para aumentar la resistencia y controlar los desplazamientos en las paredes de adobes
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1980. Primeros ensayos de simulación sísmica en mesa vibradora. Refuerzo de viga collar de madera y malla de caña interior en muros
Reforzada
Sin refuerzo
Universidad Católica del Perú
El refuerzo continuo y compatible evita el colapso de los muros de adobe
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Nacimiento de las Normas de Tierra• Los sismos de 1966, 1970 y 1974 afectaron la zona central del Perú donde está Lima. Se produjeron muchas muertes y daños en las casas. La academia, los profesionales y las agencias de gobierno reaccionaron para buscar soluciones.• Observaciones de campo y experiencias de laboratorio se iniciaron en 1970.• Los nuevos conocimientos fueron enunciados como especificaciones o Normas a partir de 1977.
Universidad Católica del Perú
Muro reforzado con malla electrosoldada y enlucido cementado
Lazos histeréticos degradantes, Sistema de falla frágil, no dúctil. Enlucido rígido no compatible
Muro reforzado con geomalla sintética sin
enlucido de barro
Lazos histeréticos más estables y
comportamiento dúctilUniversidad Católica del Perú
En los terremotos fuertes, la mejor manera de evitar el colapso es con muros de adobe gruesos, con esbeltez menor a 6 y utilizando refuerzos sísmicos de materiales compatibles
Proyecto Getty-PUCP 2005
Geomallas vs Caña y sogasUniversidad Católica del Perú
Modelo sin refuerzo. Ensayo con 130 mm de desplazamiento máximo de la mesa
Video: Eduardo Fierro – Bertero, Fierro, PerryUniversidad Católica del Perú
Modelo con refuerzo
Universidad Católica del Perú
ENSAYO DE MODELOGEOMALLA DE POLIMERO
100%
El modelo M100-T12 después del ensayo (D = 130 mm), falló solo en la base. Se aprendió que debe conectarse mejor a la cimentación.
Rear Transverse Wall
Right Longitudinal Wall
Table acceleration
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Modelo de 75% de área con refuerzo, después del ensayo.
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El modelo M080-E, fue parcialmente reforzado con una malla plástica no estructural, más barata y usada para cercos.
Universidad Católica del Perú
Ensayo del modelo M080-E (D = 130 mm)
Universidad Católica del Perú
Modelo M080-E mostrando que se fisura más, donde no tiene refuerzo
Universidad Católica del Perú
Lecciones para la nueva Norma•Las mallas estructurales (geomallas) de refuerzo, embutidas en los enlucidos de barro en las dos caras, con materiales natural o industriales, son un excelente refuerzo.
•Esta tecnología puede aplicarse a construcciones nuevas o existentes, incluso con valor patrimonial.
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2006 Reparación de fisurasReparación de grietas en muros de Tierra
con inyecciones de barro tamizado líquido
San Pedro de Carabayllo Church, Peru Mopti Djenne Mosque, MaliArea Sísmica Area no Sísmica
Universidad Católica del Perú
Fisura Estructural (Casa andina Perú); Fisura no Estructural Superficial (Mopti, Mali)
Se estudió cómo reparar con grouts de barro, fisuras de lado a lado en muros de adobe
Universidad Católica del Perú
Observación del secado de filmes• Muestras de finas capas de
grout (“filmes”) cubierto en ambas caras con papel celofán y colocado entre dos vidrios.
• De dos muestras de grout hechas con el mismo suelo y mismo contenido de agua, pero la segunda con suelo tamizado más fino y menor espesor.
• Es claro que la segunda no ha experimentado fisuras
Universidad Católica del Perú
Se diseñó un mecanismo simple y barato para hacer ensayos de tracción indirecta en emparedados y medir la adhesión mortero-adobe
Pontificia Universidad Católica del PerúDepartamento de Ingeniería
Se realizaron ensayos de compresión diagonal para convalidar los resultados de los ensayos de tracción indirecta
Los muretes ensayados a compresión diagonal, fueron reparados inyectando grouts de barro líquido con la ayuda de sellos de yeso
El proceso de inyección requiere un trabajo cuidadoso.
Los muretes reparados, fueron ensayados nuevamente
Los grouts de suelo tamizado de la PUCP fueros efectivos para recuperar la resistencia de los muros reparados
LA CONSERVACION MONUMENTAL
- Preparación de muros para refuerzo con mallas- Reparación de fisuras estructurales de muros
Etapas de inyección de agua y luego de barro líquido en casa histórica. Barranco, Lima
REPARCION DE FISURASACLLAHUASI DE PACHACAMAC
TEMPLO SIGLO XV
EL PATRIMONIO PERUANOPROCESO DE COLAPSOS SÍSMICOS EN
LOS BORDES DE LAS PIRÁMIDES
Chapoteo de ondas por discontinuidad del medio de transmisión. Amplificación desordenada de aceleraciones: fisuras
PROCESO DE COLAPSOS SÍSMICOS EN LOS BORDES
Volteo de la parte exterior suelta que saleimpulsada por el impacto dinámico contra el núcleo de gran
masa
PROCESO DE COLAPSOS SÍSMICOS EN LOS BORDES
Volteos sucesivos de la parte exterior del montículo. Colapsos parciales.
PROCESO DE COLAPSOS SÍSMICOS EN LOS BORDES
Acomodos de la superficie por tembloresy material eólico.
PROCESO DE COLAPSOS SÍSMICOS EN LOS BORDES
Situación en la que se han encontradomuchos montículos: Angulo de reposo dinámico del material
Consolidación del Complejo Arqueológico de Mateo
Salado
• Técnicas de Inyección de fisuras
• Técnicas de completamiento con Mamposterías de Adobe.
CARAL
Capas de Shicras y ParamentosLos núcleos eran estables mientras las
Shicras no se exponían, los sismos colapsaban los paramentos y exponían
las Shicras a la interperie.
Optimización del uso de Shicras alternadas y piedras sueltas.
Este esquema se encuentra a menudo en los montículos de Caral.
Las Shicras no pueden evitar el volteo de los paramentos con los sismos
OBJETO DE ESTUDIOLA PIRÁMIDE DE LA GALERÍA
Investigación en la tercera pirámide de Caralen tamaño e importancia
Realizado por el equipo de ingenieros estructurales PUCP en Caral
LOS DESASTRES NATURALES EN CARAL
1. Terremotos2. Fenómeno del Niño3. Lluvias fuertes4. Inundaciones5. Aluviones6. Sequías7. Hambrunas8. Epidemias
PIRÁMIDE DE LA GALERÍA
EVOLUCIÓN DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO
El edificio está constituido por plataformas superpuestas ymuros de fachada de piedra y mortero de barro.
Construcción por etapas, sistema de entierros.
Los edificios nacen, crecen, mueren y son enterrados.
PIRÁMIDE DE LA GALERÍA
PIRÁMIDES ESCALONADAS, NÚCLEOS Y FACHADASNúcleos estables
en base a refuerzos o bolsas de fibras vegetales (Shicras)
Criterios de diseño basados en el desempeño
frente a los terremotos.
Mampostería de piedra asentada con barro en los paramentos o fachadas
PIRÁMIDE DE LA GALERÍALOS NÚCLEOS ESTRUCTURALES
SISMO RESISTENTES ENCONTRADOS
PIRÁMIDE DE LA GALERÍANÚCLEO ESTRUCTURAL TIPO 1
1. Paramento de piedra y barro
2. Grava angulosa / canto rodado
3. Shicras + piedras4. Piso afirmado
1
2
3
4
Esquema Corte
Casi todo (80%) el núcleo de la pirámide es del Tipo 1
Fachada de mampostería de piedra asentada con barro
Núcleos organizados de arcilla y piedra, más
estables que las fachada
Diseño muy avanzado
Chavín de Huántar, 1200 aC
Chavín de Huántar
Fachada colapsada
Núcleo muy bien organizado de arcilla y
piedras
Proceso de construcción de los núcleos de Chavín: Capas pares
Proceso de construcción de los núcleos de Chavín: Capas impares
Proceso de construcción de losnúcleos de Chavín: Capas pares e
impares superpuestas
Proceso de construcción de los núcleos de Chavín de Huántar.
Vista superior idealizada
La calidad del barro era perfectamente equilibrada entre arcilla de calidad y arena gruesa, según se
comprobó en los laboratorios de la PUCP.
Foto: Julio Vargas N
La Conservación en zonas sin desastres naturales
no es igual a la que requieren….
…las zonas con desastres naturales >
Objetivo: La durabilidad del Patrimonio
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Introduccion
<
Los equipos interdisciplinares de conservación incluyen nuevos especialistas y permiten mejores soluciones.
El conocimiento de estabilidad estructural y ciencia de los materiales, aportan soluciones útiles para la preservación del patrimonial de
materiales vulnerables en áreas de desastres sísmicos.
Foto: J. Vargas N.
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Necesidad de crear equipos interdisciplinares de conservación
Principios de Conservación para Estructuras Históricas Construidas con Tierra
en Áreas SísmicasFinalidad:
Preservación de la integridad, tratamiento del deterioro y previsión del daño sísmico del
Patrimonio construido con Tierra.
Adobe y barro Tapial Piedra y barroFotos: J. Vargas N.
Foto: J. Vargas N.
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Principales considerandos que fundamentan su necesidad:
La vulnerabilidad sísmica
Las construcciones con tierra son
altamente vulnerables
frente a los sismos
Las características mecánicas del material tierra, impiden conformar estructuras que soporten terremotos severos.Los anchos muros del camino pre-incaico ubicado en el campus, perdieron sus partes altas. De una esbeltez (alto / ancho) de 4 pasaron a tener una menor a 2 debido al daño acumulativo de los terremotos.
Foto: J. Vargas N.
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Principales considerandos que fundamentan su necesidad: :
vulnerabilidad sísmica
La alta sismicidad frente a materiales vulnerables.
Foto: J. Vargas N.
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Principales considerandos que fundamentan su necesidad:
Foto: J. Vargas N.
Los sismos son desastres recurrentes que producen daño acumulativo.Pueden producir el colapso total de las estructuras micro-fisuradas y
pérdidas patrimoniales irreparables.
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Principales considerandos que fundamentan su necesidad:
Iglesia de la Compañía de Jesus , Pisco, 2007El ojo humano no puede registrar el daño existente por las micro-fisuras.
La alta sismicidad frente a materiales vulnerables.
Foto: J. Vargas N.
Muchas obras restauradas el siglo pasado, de acuerdo a las cartas
universales, han vuelto a colapsar debido a los sismos. Existe un circulo vicioso de Daño-Reconstrucción-Daño.
Templo de la Luna Pachacamac, 2007 Arg-e Bam, Irán, 2003
PRINCIPIOS DE CONSERVACION La alta sismicidad frente a materiales vulnerables.
Foto: J. Vargas N.
“Argumentando medidas de seguridad, las autoridades locales a menudo proceden a la demolición del patrimonio dañado durante los sismos y
desconocen el valor patrimonial y la tecnología para reintegrarlo”. Declaración de Lima, 2010
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Principales considerandos que fundamentan su
necesidad:
Debemos integrar la gestión del riesgo sísmico del patrimonio a las acciones de emergencia de la sociedad
Foto: J. Vargas N.
Respeto a los textos doctrinales de conservación adoptadas por ICOMOS, así como la doctrina universal de UNESCO, pero necesariamente interpretados para la preservación de las estructuras vulnerables construidas con tierra en áreas sísmicas.
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Principales considerandos que fundamentan su necesidad:
Foto: J. Vargas N.
Entre los textos doctrinales de conservación de ICOMOS, destaca la Declaración de Lima, 2010, que establece la diferencia de tecnología necesaria para la conservación patrimonial en áreas sísmicas
“Se alienta a los Comités Nacionales a contribuir al enriquecimiento del espíritu de las cartas de conservación considerando la mitigación de
desastres en el patrimonio cultural de zonas sísmicas.”Declaración de Lima. 2010
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Principales considerandos que fundamentan su necesidad:
Foto:PUCP
El ciclo de Daño – Restauración - Daño, requiere de soluciones.“valiéndose de todas las técnicas modernas de conservación y de construcción cuya eficacia haya sido demostrada con bases científicas y garantizada por la experiencia” Carta de Venecia
Simulación sísmica. PUCP
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Antecedentes y comentarios
Se requiere de un cambio tecnológico para la
prevención patrimonial en áreas sísmicas: Criterios de diseño basados en el
desempeño, es decir, refuerzos que controlen
los desplazamientos.
Ilustración : GSAP/GCI
La Declaración de Lima, 2010, recomienda diseños estructurales utilizando Criterios basados en el Desempeño, es decir, control de desplazamientosutilizando refuerzos.
Fundamento:las investigaciones de la PUCP (1972-2012) y del
Getty Seismic Adobe Project (1990-96)
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Antecedentes y comentarios
• Garantizar la seguridad de vida;• Aumentar la durabilidad de la obra;• Mantener las técnicas y materiales tradicionales de valor;• Limitar la intervención para respetar la autenticidad;• Usar refuerzos compatibles y reversibles para preservar los
materiales originales;• Permitir los trabajos de conservación ulteriormente necesarios;• Facilitar el futuro acceso a la documentación de las
intervenciones.
PRINCIPIOS DE CONSERVACION Procedimiento directriz
Los siete pilares de los Principios de Conservación:
Muchas gracias
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