bases para la evaluaciÓn de vulnerabilidad sÍsmica de

BASES PARA LA EVALUACIÓN DE VULNERABILIDAD SÍSMICA DE

MONUMENTOS HISTÓRICOS

JAVIER DARIO SERRANO PINZÓN

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ D. C.

2003

BASES PARA LA EVALUACIÓN DE VULNERABILIDAD SÍSMICA DE

MONUMENTOS HISTÓRICOS

JAVIER DARIO SERRANO PINZÓN

Proyecto de grado en

Ingeniería Civil

Asesor

LUIS E. YAMÍN

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ D. C.

2003

ICIV 2003-1 26 Bases para la evaluación de vulnerabilidad sísmica de monumentos históricos

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

1. MARCO TEÓRICO______________________________________________ 9

1.1. Cartas y Recomendaciones Internacionales sobre la

Conservación del Patrimonio Cultural_______________________________ 10

1.2. Incompatibilidad de los criterios de Conservación con

los Códigos vigentes de Diseño y Construcción________________________12

1.3. La intervención Estructural en Edificios Históricos____________________13

1.3.1 Alternativas de intervención de varios tipos de construcciones históricas__ 14

1.4. POLÍTICAS PARA EL PATRIMONIO CULTURAL

INMUEBLE EN COLOMBIA_____________________________________16

2. TIPOS DE ARQUITECTURA RELIGIOSA COLONIAL

MONUMENTAL EN COLOMBIA_________________________________18

2.1. Los conventos___________________________________________________18

2.2. Iglesias matrices y parroquiales____________________________________20

2.3. Centros doctrineros______________________________________________24

2.4. TIPOLOGIAS REPRESENTATIVAS DE IGLESIAS BOGOTA ________25

3. ESTUDIO DE UNA EDIFICACIÓN HISTÓRICA REPRESENTATIVA__29

3.1 IGLESIA SANTA BÁRBARA BOGOTÁ____________________________29

3.1.1 Ubicación______________________________________________________30

3.1.2 Descripción del templo ___________________________________________31

3.2 MODELACIÓN MATEMÁTICA ESTRUCTURA____________________ 33

3.3 CONSIDERACIONES PÁRA EL MODELO_________________________34

3.3.1 Cargas_________________________________________________________34

3.3.2 Consideraciones sísmicas__________________________________________ 35

3.4 VARIABLES CONSIDERADAS EN EL MODELO ANALÍTICO_______ 37

3.5 RESULTADOS GRÁFICOS DEL MODELO ANALÍTICO_____________ 38


3.5.1 GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 1: 1.4CM + 1.7 CV___________38

3.5.1.1 Esfuerzos verticales_______________________________________________38

3.5.1.2 Esfuerzos horizontales____________________________________________39

3.5.1.3 Esfuerzos cortantes______________________________________________40

3.5.1.4 Detalle de muros transversales_____________________________________41

3.5.1.5 Detalle de muros longitudinales ___________________________________43

3.5.2 GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 2 :

1.05 cm + 1.275 CV +/- EX +/- 0.3 EY_______________________________50

3.5.2.1 Esfuerzos verticales_______________________________________________ 50

3.5.2.2 Esfuerzos horizontales____________________________________________ 51


3.5.2.4 Detalle de muros transversales____________________________________53

3.5.2.5 Detalle de muros longitudinales ___________________________________62

3.5.3 GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 3:

1.05 cm + 1.275 CV +/- EY +/- 0.3 EX_______________________________68

3.5.3.1 Esfuerzos verticales______________________________________________68

3.5.3.2 Esfuerzos horizontales____________________________________________69


3.5.3.4 Detalle de muros transversales_____________________________________71

3.5.3.5 Detalle de muros longitudinales____________________________________80

CONCLUSIONES ____________86

BIBLIOGRAFÍA ___________________89

ANEXO A _____________________________________________________________91


LISTA DE FIGURAS pág. Imagen 1. Interior Claustro de la Candelaria. Bogotá________________________19

Imagen 2. Planta Iglesia y Claustro de la Candelaria. Bogotá (1686-1703) ________19

Imagen 3. Axonometría Hermita de Popayán________________________________21

Imagen 4. Planta Hermita Popayán, S. XVI________________________________21

Imagen 5. Planta y fachada. Iglesia de San Antonio, Valledupar, Cesar. S: XVIII__22

Imagen 6. Catedral de Tunja_____________________________________________ 23

Imagen 7.Plantas de varios templos doctrineros. S.XVII. ______________________24

Imagen 8.Axonometría y corte típico de un templo doctrinero. _________________24

Imagen 9. Planta general. Iglesia de la Concepción____________________________25

Imagen. 10. Corte transversal. Iglesia de la Concepción________________________25

Imagen 11. Exterior estado actual. Iglesia de la Concepción____________________25

Imagen 12. Interior estado actual. Iglesia de la Concepción____________________25

Imagen 13. Vista zona coro. Iglesia de la Concepción__________________________25

Imagen. 14. Vista arco toral y ventana. Iglesia de la Concepción________________ 25

Imagen 15. Vista exterior actual. Iglesia de la Peña___________________________26

Imagen 16. Planta general. Iglesia de la Peña________________________________26

Imagen 17. Vista costado sur. Iglesia de la Peña_____________________________26

Imagen 19. Planta general. Iglesia de San Agustín___________________________27

Imagen 20. Vista e xterior estado actual. Iglesia de San Agustín________________27

Imagen 21. Interior, nave central. Iglesia de San Agustín______________________27

Imagen. 22. Fachada principal. Iglesia de San Agustín________________________27

Imagen. 23. Interior, nave lateral. Iglesia de San Agustín______________________27

Imagen 24. Planta general. Capilla Doctrinera San Bernardino________________28

Imagen 25. Imagen exterior. Capilla Doctrinera San Bernardino______________28

Imagen 26. Panorámica Iglesia Santa Bárbara_______________________________29

Imagen 27. Fachada carrera 5ª. Iglesia Santa Bárbara____________________ 30

Imagen 28. Fachada sur Iglesia Santa Bárbara_____________________________30

Imagen 29. Planta general Iglesia Santa Bárbara____________________________32


Imagen 30. Corte transversal Iglesia Santa Bárbara__________________________32

Imagen 31. Modelo analítico de la iglesia Santa Bárbara______________________33

Imagen 32. Gráfica 1. Espectro típico de diseño (Ref. 4) ______________________35

Imagen 33. Gráfica 2. Espectro de Diseño___________________________________36

Imágenes de GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 1: 1.4CM + 1.7 CV________38

Imágenes Esfuerzos verticales_____________________________________________38

Imágenes Esfuerzos horizontales__________________________________________39

Imágenes Esfuerzos cortantes_____________________________________________40

Imágenes Detalle de muros transversales___________________________________41

Imágenes Detalle de muros longitudinales __________________________________43

Imágenes GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 2 :

1.05 CM + 1.275 CV +/- EX +/- 0.3 EY____________________________50

Imágenes Esfuerzos verticales____________________________________________50



Imágenes Detalle de muros transversales___________________________________53

Imágenes Detalle de muros longitudinales __________________________________62

Imágenes GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 3:

1.05 CM + 1.275 CV +/- EY +/- 0.3 EX_____________________________68

Imágenes Esfuerzos verticales_____________________________________________68



Imágenes Detalle de muros transversales____________________________________71

Imágenes Detalle de muros longitudinales____________________________________80


INTRODUCCIÓN

Los monumentos nacionales arquitectónicos son el conjunto de edificaciones, que por sus valores

artísticos, estéticos, históricos, culturales, técnicos, de originalidad o autenticidad son

representativos para la nación colombiana.

El patrimonio construido existente en el país se ha formado a lo largo de toda la historia y en su

mayoría data de mediados del siglo pasado hacia atrás, lo que implica que en su diseño y

construcción, con métodos y tecnologías propias de cada época, no se tuvieron en cuenta

consideraciones de más reciente estudio e investigación como la vulnerabilidad sísmica. Como

consecuencia de esto el patrimonio está expuesto al deterioro y desaparición en el caso de

movimientos telúricos.

Debido a la falta de recursos y la poca importancia que hasta hace poco se le otorgaba al patrimonio

cultural en el país, el estudio y la investigación tendientes a preservar los monumentos históricos ha

sido muy limitada y no se han adelantado proyectos encaminados a establecer alternativas y

modelos de intervención que den soluciones al riesgo sísmico de estas edificaciones.

El proyecto de grado pretende sentar las bases para poder hacer una evaluación de la vulnerabilidad

sísmica de los diferentes tipos de edificaciones que constituyen el patrimonio arquitectónico

nacional y efectuar un estudio e investigación que permitan brindar alternativas de intervención

que permitan su preservación y utilidad.


OBJETIVOS

- Determinar el estado del arte en cuanto a la intervención estructural del patrimonio arquitectónico

nacional, los antecedentes, información existente y políticas gubernamentales establecidas.

- Elaborar una clasificación de las diferentes tipologías de edificios que constituyen el

patrimonio, que permita delimitar parámetros comunes de alternativas de intervención.

- Analizar una construcción en particular que permita obtener conclusiones específicas acerca del

comportamiento sísmico y las alternativas de intervención en monumentos históricos.

- Realizar conclusiones que de acuerdo a los resultados de las pruebas y la investigación permitan

establecer parámetros para la intervención estructural en los monumentos e igualmente aporten

fundamentos para el posterior avance en esta línea de investigación.


- 9 -

3. MARCO TEÓRICO

El campo de la intervención de bienes patrimoniales de interés histórico ha tenido principalmente

un acercamiento estético. Los esfuerzos tendientes al reforzamiento estructural se han encaminado

hacia las edificaciones de vivienda.

Existen tres tipos de intervención para restauración y preservación de bienes patrimoniales. La

primera consiste en que la intervención deje el inmueble con sus condiciones iniciales, la segunda

lo interviene sin que se altere su apariencia física exterior y la tercera consiste en que la

intervención se haga evidente diferenciando los nuevos elementos de los que la edificación tenía

originalmente.

Dentro de los bienes patrimoniales inmuebles se pueden hacer cuatro grupos principales: la

arquitectura civil, la religiosa, la funeraria y la militar. Se centrará el estudio en la arquitectura

religiosa colonial colombiana, que es la más rica y representativa dentro de los bienes culturales

nacionales y además es la que requiere un estudio e intervención más urgente debido a su latente

riesgo en caso de eventos sísmicos.

Arquitectura Civil

Esta comprende la arquitectura institucional: (gubernamental y de uso público), comprende las

edificaciones que tienen que ver con las actividades administrativas del Estado, como son: palacios

municipales, gobernaciones, casas de licores y tabaco. Pertenecen también a este grupo los

colegios, hospitales, cárceles, museos, casas de cultura, bibliotecas y teatros que son de uso

público.


- 10 -

Se incluye también dentro de esta categoría la arquitectura doméstica: tanto la vivienda urbana

(todas las clases) como la rural: haciendas, ingenios y demás.

Arquitectura Religiosa

Comprende: Basílicas, templos, conventos, capillas, centros doctrineros y casas cúrales.

Arquitectura Funeraria

Dentro de ésta se tienen: Cementerios, panteones, mauseolos y las tumbas de las diferentes culturas

indígenas precolombinas.

Arquitectura Militar

Pertenecen a ésta obras como fortificaciones, murallas, castillos y baluartes defensivos como las

fortificaciones de Cartagena.

1.1. Principales Cartas y Recomendaciones Internacionales sobre la Conservación del

Patrimonio Cultural

Carta de Atenas (1933)

Este documento, pionero en la materia, enumera los principios fundamentales que deben

presidir la preservación y conservación de los monumentos.

Carta de Venecia (1964)

En ésta se definen programáticamente los términos Conservación y Restauración


- 11 -

Carta de Burra, Australia (1979)

En esta carta se incorporan los términos Preservación, Reconstrucción y otros relevantes.

Conservación: “no se debe permitir ninguna nueva construcción, demolición o cambio que

tenga un efecto adverso sobre el emplazamiento y que a su vez afecte negativamente la

apreciación o goce del lugar”

Reconstrucción:

• Apropiada cuando el lugar está incompleto debido a daños o modificaciones y se

recuperará el valor cultural en su totalidad.

• No debe constituir la mayor parte de la obra histórica.

• Debe limitarse a reproducir la obra histórica cuya forma es conocida.

• Debe ser reconocida como obra nueva cuando se inspeccione de cerca.

Medidas Preventivas para la Protección de los Bienes Culturales en regiones Sísmicas,

Yugoslavia (1985)

• Se debe respetar el sistema estructural de los edificios históricos.

• El material o estructura nueva usados para reparar y reforzar el edificio deben ser

compatibles y durables.

• Se debe restringir el uso del concreto armado.

• Se debe evaluar el grado de seguridad requerida considerando el riesgo sísmico del

lugar.

• Debe ser posible un refuerzo mayor y posterior conforme se vayan desarrollando

mejores técnicas.


- 12 -

• Deben existir propuestas alternativas elaboradas por ingenieros, arquitectos,

conservadores, arqueólogos e historiadores.

• Desde el punto de vista de la Investigación se recomienda, además que:

• Se investigue analítica y experimentalmente la resistencia sísmica de la albañilería

de edificios históricos.

• Se investigue y experimente distintas mezclas de mortero compatibles con la

naturaleza de los edificios históricos.

• Se evalúe la eficacia de las técnicas de reforzamiento durante un sismo.

1.2. Incompatibilidad de los criterios de Conservación con los Códigos vigentes de

Diseño y Construcción

Los códigos vigentes de diseño sísmico están basados en los siguientes conceptos:

Códigos de diseño sísmico:

• Sismicidad del Lugar

• Respuesta del Suelo

• Uso de la Edificación

• Tiempo de vida útil

• Características de los materiales de construcción

• Estado del arte del análisis y del diseño

• Economía del país


- 13 -

En el caso de monumentos históricos la aplicación de los códigos de diseño sísmico es

infundada por las siguientes razones:

• Las estructuras de edificios históricos difieren sustancialmente de las actuales

en cuanto a características mecánicas y respuesta sísmica.

• Estas estructuras poseen ya una cierta debilidad específica producto del

deterioro, falta de ductilidad y continuidad.

• La decisión es compartida entre el ingeniero estructural, el arquitecto de

conservación y el historiador.

1.3. La intervención Estructural en Edificios Históricos

Desde el punto de vista de la oportunidad se pueden clasificar las intervenciones en el

siguiente orden:

Inmediatas, urgentes, necesarias, deseables y de observación (hacer diagnóstico adecuado).

Procedimiento para intervenir edificios históricos

Para efectuar una intervención en un monumento arquitectónico es importante seguir los

siguientes procedimientos:

• Analizar los “valores” del edificio

• Analizar el sistema estructural

• Hacer un levantamiento detallado

• Revisar las causas del deterioro


- 14 -

• Un equipo multidisciplinario debe inspeccionar el edificio

• Considerar el uso actual y potencial del edificio

• Incrementar la resistencia a la tensión sin alterar la dinámica del sistema estructural

• Plantear varias alternativas (factibilidad técnica y económica)

• La mejor intervención es la mínima necesaria para responder a un riesgo aceptable

Es importante tener en cuenta que las construcciones históricas, por lo general no tienen

problemas en la cimentación.

El principio estructural que debe guiar la intervención es el evitar que el edificio colapse.

La edificación debe absorber la energía sísmica y disiparla, para ello:

• Incrementar la resistencia elástica

• Incrementar la ductilidad

• Asegurar la estabilidad del edificio en su etapa post-fisuración

Otro aspecto importante y deseable es que la intervención sea reversible.

La tecnología apropiada de intervención se basa en una compresión intuitiva-cualitativa de

los edificios históricos

1.3.1 Alternativas de intervención de varios tipos de construcciones históricas

Intervención Estructural en Construcciones de mampostería de piedra

Tipos de intervención estructural:

• Reconstrucción de los muros


- 15 -

• Sellado de fisuras con morteros epóxicos o de cemento

• Colocación de tensores horizontales

• Colocación de tensores verticales

• Colocación de vigas collar y columnas de amarre de concreto reforzado. El módulo de

elasticidad del concreto debe ser similar al de la mampostería

Intervención Estructural en Construcciones de Adobe y Tapia pisada

Tipos de intervención estructural:

• Reconstrucción de los muros

• Sellado de fisuras con morteros de barro

• Colocación de tensores de cables de acero horizontales

• Colocación de tensores verticales de cuerda de nylon

• Enmallado de los muros por ambas caras.

De forma general se deben tener en cuenta las siguientes conside raciones:

• Cada edificio histórico es único.

• Los ingenieros deben conocer los conceptos de conservación y los arquitectos

restauradores los criterios de diseño sísmico.

• Hacer pruebas para determinar las características del material.

• Son aplicables las técnicas modernas de análisis y diseño estructural, considerando

los “antecedentes estructurales” del edificio.


- 16 -

1. 4. POLÍTICAS PARA EL PATRIMONIO CULTURAL INMUEBLE EN COLOMBIA

Antecedentes

La consideración de la cultura como expresión de los colombianos y parte fundamental de la

construcción del Estado se hace evidente en la constitución de 1886. En noviembre de 1927 se crea

el Ministerio de Educación y en la primera reforma a su estructura, en 1934 se crea la Dirección de

Monumentos Públicos. Para 1968 se crea el Instituto Colombiano de Cultura, Colcultura, dentro de

las reformas de descentralización institucional del presidente Carlos Lleras Restrepo.

Legislación Nacional

Desde la segunda década del siglo XX el país inicia un esfuerzo para poner en práctica planes,

programas y proyectos de inventario, restauración o recuperación de los monumentos. Esta acción

se desarrolla en dos etapas. La primera se extiende hasta la primera mitad del siglo y se caracteriza

por una aproximación y forma de operar aisladas que destacan las edificaciones particulares e

individuales con valores históricos o artísticos, para su protección.

La segunda etapa se rige por la ley de Patrimonio; Ley 163 de 1959, y su decreto reglamentario:

Decreto 264 de 1963. Esta legislación es la más importante y duradera acción legal antes de la

creación del Ministerio de Cultura. Las características más destacadas se refieren a:

La ampliación de la noción existente de patrimonio con la “definición, defensa y conservación de

patrimonio histórico, artístico y monumentos públicos de la Nación”

Posteriormente y mediante el decreto 3154 de 1968, se crea el Instituto Colombiano de Cultura, al

que se incorpora el Consejo de Monumentos Nacionales, originalmente dependiente del Ministerio

de Educación, generando un soporte institucional de registro y control.


- 17 -

La Subdirección de Monumentos Nacionales, se crea mediante Decreto de 1992 y está adscrita al

entonces Ministerio de Obras Públicas y Transportes.

Esta Subdirección realizo 116 obras en tres años, en 16 departamentos y 48 ciudades y municipios.

Los criterio de selección para intervenir el Patrimonio Cultural Nacional fueron:

• Es estado de deterioro de las edificaciones, determinado por inspección o por solicitud de

algún interesado.

• Sus valores testimoniales, arquitectónicos, culturales, etc.

• La búsqueda de una distribución presupuestal equitativa den el país, para establecer la

presencia estatal.

• La identificación de restauraciones en edificios que representan un sentido colectivo,

público, que sean edificios especializados, o de carácter regional o nacional.

Con la ley de Cultura, Ley 397 DE 1997, por la cual se dictan normas sobre patrimonio cultural,

fomentos y estímulos a la cultura, se crea el Ministerio de Cultura. Es así como la Subdirección de

Monumentos Nacionales se fusiona con la Dirección de Patrimonio, antigua subdirección de

Patrimonio de Colcultura.

La ley General de cultura obliga al Estado a la protección, conservación, rehabilitación y

divulgación del patrimonio cultural, haciendo que el ministerio de Cultura coordine las labores que

antes desempeñaban independientemente distintas instituciones, públicas y privadas.


- 18 -

2. TIPOS DE ARQUITECTURA RELIGIOSA COLONIAL MONUMENTAL EN

COLOMBIA

Debido a que uno de los objetivos más importantes de la colonización de América era la

evangelización de los nativos, la arquitectura religiosa de esta época es muy abundante e importante

en nuestro país. Los patrones básicos estilísticos de este tipo de arquitectura, de origen europeo, se

mantuvieron constantes en los siglos XVI y XVII. En el siglo XVIII se introdujeron

transformaciones estilísticas a los patrones tradicionales.

En la Nueva Granada hubo tres formas de arquitectura religiosa: los conventos, las iglesias matrices

y parroquiales y los templos doctrineros.

2.1. Los conventos

Los conventos tienen como característica principal una interiorización en cuanto a lo arquitectónico

se refiere, lo cual se expresa en un volcamiento hacia un claustro central. Contaban usualmente con

una iglesia que cumplía el rol de relación con el mundo exterior la servir tanto a los internos como a

los feligreses.

La tipología de un convento obedece a lo siguiente: una iglesia adyacente a un patio rodeado de tres

alas para el alojamiento. El claustro posee un arcada o pórtico que marca unos corredores cubiertos.

Las variaciones de este tipo básico se encuentran en el tamaño y solidez de la construcción y en las

características ornamentales.


- 19 -

Imagen 1. Interior Claustro de la Candelaria. Bogotá

Imagen 2 Planta Iglesia y Claustro de la Candelaria. Bogotá (1686-1703)


- 20 -

2.2. Iglesias matrices y parroquiales

Cuando los españoles poblaban un lugar durante la colonización, la primera construcción de

necesidad colectiva era la iglesia. En principio se hacía un templo primitivo que se iba ampliando y

modificando a medida que la población se desarrollaba.

Se encuentran tres tipos principales sin contar las primeras construcciones de carácter provisional:

“Las iglesias más elementales corresponden a los sistemas constructivos más sencillos. Son templos

de una sola nave, angosta y profunda, con muros en tapia pisada o cubiertos con una estructura en

madera – de par y nudillo- cobre la que se colocaba la techumbre en paja o en tela.” Se trata de una

“caja rectangular” horadada por unas pocas ventanas, con una segmentación espacial interna

insinuada por unos pocos elementos: el arco toral, que enmarca el altar; el coro alto a la entrada y la

concavidad formada por los tirantes y el techo mismo...Generalmente el muro principal se elevaba

unas varas por encima del techo, con el fin de formar un campanario, espadaña; la apariencia

exterior se completaba con un tratamiento especial de la portada de entrada. Más que una fachada se

trataba de un cerramiento con dos elementos destacados: la espadaña y la portada.”(Ref. 1) Las

variaciones de este tipo se hallan en los ornamentos de las portadas y espadañas, así como en las

dimensiones de la caja de acuerdo a los materiales y limitaciones de los sistemas constructivos. Por

lo general no pasan de 12 varas castellanas de ancho (10 m). Ver imágenes 3 y 4.

Estos templos estaban usualmente acompañados por otras construcciones anexas, como la casa

cural, cementerio, sacristía y bautisterio, y precedidos por un atrio.


- 21 -

Imagen 3 Axonometría Hermita de Popayán

Imagen 4 Planta Hermita Popayán, S. XVI

Un segundo tipo de iglesias lo constituyen las iglesias de tres naves, de mayores dimensiones y

complejidad constructiva. El esquema también es el de una caja angosta y alargada, con el dominio

visual central del altar, enmarcado por un arco toral. La diferencia está en la presencia de naves

laterales, marcadas por las columnas o arcos de diferente altura del techo y la aparición de alteres y

capillas a lo largo de los muros de los costados, que le dan una segmentación transversal a la

construcción. Se conservan los elementos como los portales y espadañas aunque en algunos casos

se añaden torres de campanario. Por las naves se hacen puertas laterales que implican mayor

simetría y orden jerárquico en el tratamiento del cerramiento principal. Imagen 5.


- 22 -

Este tipo de iglesias se construyeron como iglesias matrices de muchas poblaciones de mediano

tamaño y como iglesias secundarias de ciudades mayores. También fue el tipo mas usado en las

iglesias de los conventos.

Estas iglesias de tres naves presenta un gran rango de variaciones tipológicas y estilísticas,

especialmente en las maneras formales y constructivas de separación de la nave central y las

laterales, así como en los elementos de cerramiento, espadañas y torres.

Imagen 5 Planta e imagen fachada. Iglesia de San Antonio, Valledupar, Cesar. S: XVIII


- 23 -

El tercer tipo de iglesias está representado por las pocas catedrales que se constituían en las sedes de

la jerarquía eclesiástica en las principales ciudades. De este tipo no se pueden hacer

caracterizaciones genéricas, ya que sólo se encuentran en pie las catedrales de Tunja y Cartagena,

correspondientes a los siglos XVI y XVII. Las catedrales se pueden describir como ejemplos

elaborados y matizados de una iglesia de tres naves.

Imagen 6 Catedral de Tunja


- 24 -

2.3. Centros doctrineros

Una tercera manifestación de arquitectura religiosa lo constituyen los centros doctrineros. Estas

construcciones se erigían con el fin de evangelizar a los nativos durante la época de la conquista y

colonización. Contaban de una especie de plaza y cinco elementos adicionales: un templo de una

sola nave, una capilla abierta o cobertizo, una casa cural, unas capillas posas y una cruz atrial. No

todos se encuentran siempre a la vez. Estos centros no son tan importantes por su valores

arquitectónicos sino por su propuesta urbana alternativa en la fundación de ciudades.

Imagen 7. Plantas de varios templos doctrineros. S.XVII.

Imagen 8. Axonometría y corte típico de un templo doctrinero.


- 25 -

2.4. TIPOLOGIAS REPRESENTATIVAS DE IGLESIAS BOGOTA

Iglesias básicas de una sola nave.

Iglesia de la Concepción Siglo XVI Carrera 9 No. 10-09 Muros de mampostería en piedra. Techo en madera y techo de barro.

Imagen 9. Planta general Ima. 10. Corte transversal

Imagen 11. Exterior estado actual Imagen 12. Interior estado actual

Imagen 13. Vista zona coro Im. 14. Vista arco toral y ventana


- 26 -

Iglesia de la Peña

Siglo XVIII Calle 6, carrera 25 Éste. Muros mixtos adobe, tapia pisada, piedra, ladrillo.

Imagen 15. Vista exterior actual Imagen 16. Planta general

Imagen 17. Vista costado sur.


- 27 -

Iglesias de tres naves.

Iglesia de San Agustín Siglo XVII Carrera 7 No. 7-73 Mampostería en piedra.

Imagen 18. Planta general

Imagen 19. Vista exterior estado actual Imagen 20. Interior, nave central

Im. 21. Fachada principal Im. 22. Interior, nave lateral


- 28 -

Centros doctrineros

Capilla Doctrinera San Bernardino Bosa, carrera 13 No. 13-59 Siglo XVII Mampostería en adobe y tapia pisada

Imagen 23. Planta general Imagen 24. Imagen exterior


- 29 -

3. ESTUDIO DE UNA CONSTRUCCIÓN HISTÓRICA REPRESENTATIVA

En pro de implementar un estudio específico de un edificio histórico, se estudiaron diferentes

alternativas dentro de la arquitectura religiosa monumental en Bogotá. Se optó por la Iglesia de

Santa Bárbara, antiguo templo colonial, en aceptable estado de conservación y con características

constructivas y estructurales que ameritan un estudio de su comportamiento sísmico.

3.1 IGLESIA SANTA BÁRBARA, BOGOTÁ

Dirección: Carrera 7 No 4-96 y Calle 5 No 6-49

Barrio: Santa Bárbara

Categoría: Monumento Nacional por Decreto 1584 del 11-VIII-75

Fecha de construcción: 1565-1585 (siglo XVI)

Uso actual: Religioso

Imagen 25. Panorámica Iglesia Santa Bárbara


- 30 -

3.1.1 Ubicación

Se encuentra en la esquina sur-oriental formada por la intersección de la carrera 7 y la calle 5 de la

ciudad de Bogotá, con fachada principal sobre la carrera séptima y acceso por la calle 5ª a través

de unas escaleras de aproximadamente 2 metros de altura.

El entorno está caracterizado por construcciones de un piso, son mayores méritos pero con un cierto

valor de conjunto que le da sentido espacial al templo, con excepción de un teatro con paramento

retrocedido y dos torres bajas que flanquean el gran volumen y en la esquina opuesta, una

edificación en 3 plantas son importancia alguna. Actualmente, a excepción de unas construcciones

adosadas al muro norte del templo, la edificación se encuentra aislada en una esquina dentro de la

manzana de su emplazamiento, debido a la reciente demolición de las construcciones aledañas.

Imagen 26. Fachada carrera 5ª. Imagen 27. Fachada sur


- 31 -

3.1.2 Descripción del templo

Fue concebido como un templo de una sola nave pero a medida que el tiempo transcurría y la

feligresía aumentaba se modificó su planta con la adición de varias capillas devocionales a lado y

lado, comunicadas entre sí y con la nave del templo por vanos con arcos de medio punto. Se

desconoce el sentido del crecimiento pero seguramente debió iniciarse por la cabecera con la capilla

San Roque, ricamente decorada con pintura mural y posteriormente, a mediados o finales del

XVIII, con las maderas y pinturas que muestra.

Su “expansión “ concluyó con la construcción de la capilla de la inmaculada y anexos. En su

fachada, actualmente pañetada, sobresale la portada, enmarcada por columnas toscanas y una

espadaña al sur. Lateralmente por la calle 5 solo se aprecia un muro de cerramiento. Adosada a

muro norte del templo existen construcciones ocupadas como vivienda y local, de construcción

reciente.


- 32 -

Imagen 28. Planta general

Imagen 29. Corte transversal


- 33 -

3.2. MODELACIÓN MATEMÁTICA ESTRUCTURA IGLESIA SANTA BÁRBARA

Se elaboró un modelo de elementos finitos en el programa SAP2000 para estudiar el

comportamiento estructural y sísmico del templo colonial. Las dimensiones fueron obtenidas de los

planos proporcionados por la división de patrimonio del Ministerio de Cultura.

El modelo implementado es útil para un estudio cualitativo de la edificación, y se debe tener

presente que no es una representación matemáticamente exacta de la estructura, debido a que la

información disponible en cuanto a las características de los materiales es supuesta por referentes

conocidos, sin tener parámetros reales de la estructura estudiada.

Por tratarse de mampostería en tierra, principalmente tapia pisada, se utilizaron elementos tipo

cáscara para simular los muros en el modelo analítico.

Imagen 30. Modelo analítico de la iglesia Santa Bárbara


- 34 -

3.3. CONSIDERACIONES PÁRA EL MODELO

3.3.1 Cargas

Se consideró una carga muerta para la cubierta de 0.12 ton/m2, de acuerdo a las cargas para

cubiertas de la NSR 98 (0.08 ton/m2 para teja de barro y 0.04 ton/m2 para la base). La cubierta se

modeló como peso y como masa sobre los muros de carga. También se tomó una carga viva de

0.05 ton/m2 para toda la planta, debido a que no se tiene accesibilidad hacia la parte superior. Se

modeló también la estructura incluyendo las vigas principales de la estructura armada de la cubierta,

modelo que no presentó diferencias con el modelo sencillo. Los resultados gráficos de se incluyen

en el Anexo A.

Debido a la imposibilidad de obtener muestras propias de los materiales de la estructura, se optó por

una caracterización de los mismos por parámetros conocidos. De acuerdo a los estudios del

CIMOC, Uniandes (Ref. 3), se tomaron los datos para la caracterización del material de la

estructura, tapia pisada, teniendo en cuenta la similaridad en cuanto a la ubicación y las épocas

constructivas de los elementos, cuyos materiales tenían estudios cuantitativos. Para la parte del

muro de los osarios (parte muro sur contigua al campanario), que es de ladrillo tolete, se tomaron

valores típicos d este material.

Las cargas estáticas debidas a peso propio fueron incluidas en el modelo al indicar un peso

específico para los materiales.


- 35 -

3.3.2 Consideraciones Sísmicas

En lo que se refiere a las acciones sísmicas se ha considerado de manera referencial lo estipulado en

la norma de Diseño Sismorresistente NSR 98, la cual considera como categoría III las edificaciones

templos e iglesias. También se utilizó el estudio de microzonificación sísmica de Bogotá (Ref. 4).

La zona en cuestión corresponde al Piedemonte y el espectro de diseño se anexa en la gráfica 1.

Parámetros para el espectro de diseño según la microzonificación sísmica:

Gráfica 1. Espectro de diseño (Ref. 4)


- 36 -

De acuerdo a los anteriores parámetros se obtuvo el siguiente espectro:

Espectro Diseño

00.10.2

0.30.40.50.60.7

0.80.9

1

0 1 2 3 4 5 6 7

Periodo T (seg)

Ace

lera

ció

n e

spec

tral

Sa

(g)

Gráfica 2. Espectro de Diseño


- 37 -

3.4. VARIABLES CONSIDERADAS EN EL MODELO ANALÍTICO

Se tienen los siguientes valores de referencia (Ref. 3):

Esfuerzo máximo a compresión: 3.3 kgf/cm2

Esfuerzo cortante máximo 0.33 kgf/cm2

En las gráficas de las siguientes páginas la tracción tiene signo positivo y la compresión negativo.

Unidades: kgf/cm2.

Combinaciones de carga

Se tomaron las tres combinaciones principales de carga para el análisis dinámico, con sus

respectivas variaciones:

Combo 1: 1.4 CM + 1.7 CV

Combo 2: 1.05 CM + 1.275 CV +/-EX +/- 0.3 EY

Combo 3: 1.05 CM + 1.275 CV +/-EX +/- 0.3 EY


- 38 -

3.5 RESULTADOS GRÁFICOS DEL MODELO ANALÍTICO 3.5.1 GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 1: 1.4CM + 1.7 CV 3.5.1.1 ESFUERZOS VERTICALES

Esfuerzos Kgf/cm2


- 39 -

3.5.1.2 ESFUERZOS HORIZONTALES

Esfuerzos Kgf/cm2


- 40 -

3.5.1.3 ESFUERZOS CORTANTES

Esfuerzos Kgf/cm2


- 41 -

3.5.1.4 DETALLE DE MUROS TRANSVERSALES COMBO 1

Esfuerzos cortante fachada Kgf/cm2


- 42 -

Esfuerzos cortante arco toral Kgf/cm2


- 43 -

3.5.1.5 DETALLE DE MUROS LONGITUDINALES COMBO

Esfuerzos verticales muro lateral Kgf/cm2


- 44 -

Esfuerzos verticales muro central Kgf/cm2


- 45 -



- 46 -



- 47 -

Esfuerzos cortantes muro lateral Kgf/cm2


- 48 -

Esfuerzos cortentes muro central Kgf/cm


- 50 -

3.5.2 GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 2 : 1.05 cm + 1.275 CV +/- EX +/- 0.3 EY 3.5.2.1 ESFUERZOS VERTICALES

Esfuerzos Kgf/cm2


- 51 -


Esfuerzos Kgf/cm2


- 52 -


Esfuerzos Kgf/cm2


- 53 -


Esfuerzos verticales (compresión) muro posterior Kgf/cm2


- 54 -

Esfuerzos verticales (compresión) arco toral Kgf/cm2


- 55 -

Esfuerzos verticales fachada principal Kgf/cm2


- 56 -

Esfuerzos horizontales fachada principal Kgf/cm2


- 57 -

Esfuerzos verticales arco toral Kgf/cm2


- 58 -

Esfuerzos verticales muro posteriorKgf/cm2


- 59 -

Esfuerzos cortantes muro posterior Kgf/cm2


- 60 -

Esfuerzos cortantes arco toral Kgf/cm2


- 61 -

Esfuerzos cortantes fachada principal Kgf/cm2


- 62 -

3.5.2.5 DETALLE DE MUROS LONGITUDINALES COMBO 2



- 63 -



- 64 -

Esfuerzos horizontales muro lateral Kgf/cm2


- 65 -

Esfuerzos horizontales muro central Kgf/cm2


- 66 -



- 67 -

Esfuerzos cortantes muro central Kgf/cm2


- 68 -

3.5.3 GRAFICAS DE ESFUERZOS COMBO 3: 1.05 cm + 1.275 CV +/- EY +/- 0.3 EX 3.5.3.1 ESFUERZOS VERTICALES

Esfuerzos Kgf/cm2


- 69 -


Esfuerzos Kgf/cm2


- 70 -


Esfuerzos Kgf/cm2


- 71 -


Esfuerzos verticales fachada principal Kgf/cm2


- 72 -

Esfuerzos verticales (compresión) arco toral Kgf/cm2


- 73 -

Esfuerzos verticales (compresión) muro posterior Kgf/cm2


- 74 -

Esfuerzos horizontales (compresión) muro posterior Kgf/cm2


- 75 -

Esfuerzos horizontales arco toral Kgf/cm2


- 76 -

Esfuerzos horizontales fachada principal Kgf/cm2


- 77 -

Esfuerzos cortantes fachada principal Kgf/cm2


- 78 -

Esfuerzos cortantes arco toral Kgf/cm2


- 79 -

Esfuerzos cortantes muro posterior Kgf/cm2


- 80 -

3.5.3.5 DETALLE DE MUROS LONGITUDINALES COMBO 3



- 81 -



- 82 -

Esfuerzos horizontales muro lateral Kgf/cm2


- 83 -

Esfuerzos horizontales muro central Kgf/cm2


- 84 -



- 85 -

Esfuerzos cortantes muro central Kgf/cm2


- 86 -

4. CONCLUSIONES

El análisis matemático de la estructura, con los datos existentes, aporta una descripción cualitativa

de los efectos de las cargas sísmicas para la edificación. Para realizar un estudio más exacto es

necesario obtener información más detallada de las características mecánicas de los materiales y su

disposición dentro de los elementos estructurales. Debido a la falta de datos precisos, que se

enunció anteriormente, se presentan datos equívocos, principalmente en la relación de esfuerzos

cortantes debidos al peso propio de la estructura, con valores que alcanzarían el rango de falla. Este

error puede ser generado por la presunción del material de la estructura en los arcos centrales, así

como su disposición y su valor extremo tomado de materiales de la zona sin poder ser corroborado

in situ. Estas incertidumbres sin embargo no alteran la descripción del comportamiento sísmico de

la edificación, que el modelo matemático permite analizar.

Los materiales de la estructura de la iglesia no son adecuados para soportar sismos, tienen mucho

peso en comparación con la capacidad resistente y baja ductilidad, sin embargo la estructura tiene

algunas características favorables para recibir cargas horizontales, debido a que tiene buena

densidad de muros transversales, complementados con contrafuertes de material más rígido, que

ayudan a disipar la energía que llega a los muros longitudinales.

La estructura de la edificación está diseñada para soportar cargas de gravedad y esto lo hace de

manera adecuada mediante los grandes muros de carga tanto longitudinales como transversales que

conforman la estructura. Los esfuerzos máximos de compresión y tracción debidos a la gravedad,

aun en caso de sismo, están dentro de los límites admisibles.


- 87 -

Debido al gran tamaño y masa de los muros principales, no se producen tracciones relevantes

debidas al peso propio, que no podrían ser adecuadamente resistidas por la estructura.

Los elementos más vulnerables en caso de sismo son: el muro en voladizo que conforma el

campanario (espadaña) y los arcos que dividen la iglesia en las diferentes capillas, que presentan

grandes esfuerzos de tracción, cuya resistencia para el material constructivo prácticamente nula.

También se presentan problemas de concentración de esfuerzos cortantes tanto en el arranque de la

espadaña, en los muros que llegan descentrados a encontrarse con los contrafuertes de piedra

laterales y en las bases de los arcos que conectan la nave central de la edificación con las capillas

laterales.. Los esfuerzos cortantes en la espadaña superan ampliamente los rangos de falla en el

evento sísmico.

Para mejorar el comportamiento de los elementos que presentan condiciones más críticas de

concentración de esfuerzos, se hace necesario efectuar un confinamiento que permita a los mismos

disipar la energía en caso de sismo de una manera adecuada. La espadaña podría ser reforzada en la

parte posterior, preferiblemente con una estructura independiente con dimensiones moderadas, lo

que es posible debido a que el muro está suelto de la edificación y tiene espacio libre por detrás.

Esto permitiría rigidizar este muro sin afectar la imagen de la edificación.

Los arcos divisorios podrían tener una tratamiento similar reversible, para poder absorber los

esfuerzos cortantes que presentan, debido a la discontinuidad en los muros longitudinales.

Es importante verificar que los muros transversales, de construcción posterior a los de la nave

central y con desplomes actuales, estén adecuadamente amarrados con los longitudinales, ya que de


- 88 -

esto depende la adecuada disipación de energía en el evento de sismo. Estando bien amarrados la

estructura disipa correctamente las cargas horizontales, como se observa en la modelación

matemática.

Se debe verificar el correcto arrostramiento y transmisión de cargas de la estructura de la cubierta

(cerchas de madera en par y nudillo) hacia los muros, para que se eviten problemas de caída de la

misma y las cargas sísmicas sobre ésta puedan ser disipadas a través de los muros de carga.

Sería deseable hacer que la transmisión de esfuerzos de los muros a los contrafuertes no se haga de

manera descentrada, como sucede en los contrafuertes del costado sur. Esto se podría hacer

ensanchando los mismos o transmitiendo las cargas hacia éstos con algún elemento adicional entre

el muro y el contrafuerte.


- 90 -

BIBLIOGRAFÍA

1. ARANGO, Silvia. Historia de la arquitectura en Colombia. Bogotá : Universidad Nacional

de Colombia. Centro Editorial y Facultad de Artes, 1989. 291 p. : fot., planos ; 34 cm. ISBN:

9581700617

2. ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA. Normas colombianas de

diseño y construcción sismo resistente, NSR 98, Tomo I. Santa Fe de Bogotá: Asociación

colombiana de ingeniería sísmica. 1998.

3. CIMOC, Centro de Investigaciones en Materiales y Obras Civiles, Uniandes –

CORPORACIÓN LA CANDELARIA. Estudios de vulnerabilidad sísmica y rehabilitación de

edificaciones en adobe y tapia pisada, 2002.

4. DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO DE PLANEACIÓN DISTRITAL. Decrteo 74,

enero 30 de 2001. Microzonificación sísmica de Bogotá D.C.

5. MELI, Roberto. Ingeniería estructural de los monumentos históricos, Fundación ICA. 1998.

6. SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica. 2 ed. Bogotá : Uniandes, 1995. 569 p.

ISBN 958-9057-49-7.

7. TÉLLEZ, Germán. Monumentos nacionales de Colombia: época colonial. Santa Fe de

Bogotá : Ministerio de cultura, Colombia, Dirección de Patrimonio, Colcultura, 1997. 264 p. : fot.,

planos. ; 23 cm. ISBN: 9586122824

8. http://www.mincultura.gov.co


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ANEXO A

Comparación modelo con vigas principales de la cubierta y sin ellas

Modelo con vigas transversales de estructura de cubierta

Modelo sin vigas transversales de estructura de cubierta


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Graficas de esfuerzos cortantes críticos durante sismo

Muro central norte sin vigas

Muro central norte con vigas


- 93 -

Muro central sur sin vigas

Muro central sur con vigas


- 94 -

Arco toral sin vigas

Arco toral con vigas

bases para la evaluaciÓn de vulnerabilidad sÍsmica de

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