Comportamiento Sísmico de Iglesias Coloniales | Instituto de Ingeniería | UNAM | 2016

En México, durante la época colonial fueron construidas un número importante de iglesias de diversos tamaños y estilos arquitectónicos. Sin embargo, algunas iglesias de zonas específicas siguen algunas tipologías básicas (arquitectónicas y estructurales), que dependen principalmente de la zona sísmica en la que fueron construidas. Sismos recientes han demostrado la vulnerabilidad de este tipo de estructuras, y a su vez, han permitido identificar los distintos modos de falla más recurrentes que se presentan en ellos.

El estudio del comportamiento sísmico de dichos templos, debe basarse en una parte teórica (análisis estructural) y al mismo tiempo estar sustentada en la experimentación. Se debe tener en cuenta que al tratarse de construcciones históricas lo más importante es respetar y salvaguardar la estructura y sus valores intrínsecos. Es decir, seguir los principios de ISCARSAH.

El objetivo de este proyecto es estudiar el comportamiento sísmico de este tipo de estructuras. Como objetivos particulares, se estudia principalmente el comportamiento sísmico de las fachadas y de las torres de campanario debido a que suelen ser los más susceptibles de sufrir daño durante la ocurrencia de un sismo.

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De los daños ocasionados por sismos reportados en diversos trabajos de investigación, ha sido posible identificar algunos daños característicos en templos con ciertas tipologías. Los campanarios son elementos esbeltos, en los que el efecto del sismo se ve amplificado en gran medida aún en los que son relativamente de baja altura y robustos. En ellos, se presentan agrietamientos en las pilastras y arcos del campanario e incluso es común su colapso.

Por su parte, la fachada es típicamente un muro alto y pesado, que en

ocasiones puede tener deficiencias en la conexión con los muros laterales de

la nave. Por ejemplo, en templos antiguos europeos, el daño más recurrente

es la falla fuera del plano de las fachadas (fig. 1). Por otra parte, las fachadas

de las iglesias coloniales construidas en México presentan conductas distintas,

en donde los daños principales de las fachadas son debidos a un

comportamiento en el plano, que se manifiesta principalmente con el

desprendimiento de la fachada de la nave o del cuerpo principal de las torres,

pero sin llegar al colapso (el comportamiento fuera de plano es generalmente

menos importante) (fig. 2). Un comportamiento similar se puede encontrar en

varias iglesias coloniales de América Latina con tipologías similares.

Fig. 1 Fig.2

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Este estudio analiza el comportamiento de dos tipologías de iglesias del centro

de México, que están ubicadas lejos de la zona de subducción, pero sujetas a

la acción de sismos frecuentes. La primera corresponde a las iglesias del

Municipio de Naucalpan construidas cerca de fallas activas locales. La segunda

tipología corresponde a iglesias del Estado de Morelos que están construidas

lejos de fallas locales y de la zona de subducción, pero sufren sismos

frecuentes. Las iglesias de Naucalpan son de poca altura, con paredes gruesas

y contrafuertes robustos. Las iglesias de Morelos son más altas, esbeltas y

pesadas

El estudio del comportamiento sísmico se ha realizado mediante estudios experimentales y analíticos. Para el caso de los experimentales, se incluye un programa de pruebas en mesa vibradora de un modelo a escala 1:8 de un templo típico colonial. Mientras que para los estudios analíticos se han realizado por medio de análisis dinámicos no lineales de modelos de elemento finito y elementos rígidos. En ambos casos, se han usado varios registros de sismos reales.

Resultados Los resultados de estos estudios muestran que la falla fuera del plano de las fachadas no representa una condición crítica en las iglesias coloniales de este tipo, pues todos los elementos que bordean a las fachadas, restringen los desplazamientos que pudieran presentarse fuera del plano. Este mismo efecto es inducido por la losa del coro, ya que reduce la relación de esbeltez de la fachada. Por lo tanto, el modo de falla de este elemento está asociado a su capacidad a cortante, especialmente en la unión entre el muro de la fachada y las torres.

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La falla fuera del plano de la fachada no es importante aun cuando se aplican fuertes movimientos sísmicos en la dirección longitudinal de la iglesia. Este comportamiento observado tanto en el modelo a escala como en los modelos numéricos es consistente a lo observado en daños registrados después de eventos sísmicos importantes en iglesias coloniales (fig. 6). Gran parte de las iglesias europeas cuentan con cubiertas de madera y con torres que no están adosadas a la nave de la iglesia y es probable que debido a esta condición la falla fuera del plano sea más significativa.

Fig. 6

También se determinó que la dirección transversal de los templos estudiados resultó más flexible, con o sin la presencia de las torres. El segundo modo global corresponde a la vibración vertical de las bóvedas y el tercer modo es la vibración longitudinal de la nave. Esto se debe principalmente al gran espesor de las paredes laterales y el espesor de la bóveda. Los contrafuertes laterales ayudan a reducir el daño fuera del plano de la pared lateral. Otro resultado interesante es que la presencia de las torres aumenta el daño de la fachada. Las torres fueron construidas de forma integral con la fachada. Por lo tanto, las torres reducen el movimiento fuera del plano de la fachada, pues trabajan como contrafuertes. Sin embargo, también inducen un mayor

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cortante que debe ser soportado por los muros de las fachadas. Debido a esto, la presencia de las torres incrementan los daños en el plano de la fachada. Por otro lado, las iglesias de Morelos son más vulnerables que las de Naucalpan. Debido a que estas iglesias son más esbeltas y pesadas. El elemento más vulnerable es el campanario pues presenta un comportamiento tipo apéndice; así como las torres tienden a desprenderse de la fachada. Finalmente, es interesante destacar que las iglesias que fueron construidas en áreas cercanas a fallas sísmicas locales son de menor altura y más robustas que las iglesias construidas alejadas de las zonas sismogenéticas. Quizás esto sea debido a las experiencias de los antiguos constructores sobre la actividad sísmica de las diferentes zonas.

Participantes del IIUNAM: Dr. Fernando Peña Mondragón

Dr. Marcos M. Chávez Cano

Otras entidades participantes: Facultad de Estudios Superiores Acatlán, UNAM - Dr. Darío Rivera Vargas Universidad Autónoma del Estado de Morelos - Dra. Natalia García Gómez