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REFUERZO ESTRUCTURAL DE LA PARROQUIA DE SAN JOAQUÍN DE FLORES DE HEREDIA MC-0000 MC-1129JN Participantes

Ing. Miguel F. Cruz Azofeifa, Dr. Sc. Ing. Fabricio Chavarría Salas MIGUEL CRUZ & ASOCIADOS LTDA. INGENIERÍA ESTRUCTURAL


   

 

El templo se ubica en el distrito de San Joaquín en el cantón de Flores de Heredia. Pertenece a la Temporalidades de la Diócesis de Alajuela. Declarada patrimonio arquitectónico por el decreto N° 27492-C (Gaceta N° 245 del 17 diciembre de 1998). De acuerdo con el historiados Vargas la ceremonia de colocación de la primera piedra fue el 11 de setiembre de 1865. El festejo de bendición se efectuó el 01 de diciembre de 1888. Al momento de la inauguración faltaban alguno detalles de las torres y las aceras exteriores.

Descripción del templo


El templo tiene un especio ceremonial de 43 m de largo por 17 m de ancho.  Tiene tres naves divididas por columnas de madera dentro de fustes del mismo material.  Las naves laterales tienen cielos planos, pero la central los tiene en forma de b贸veda. Estos cielos contin煤an sobre el presbiterio.  En el extremo norte del presbiterio existe una capilla y en el otro extremo se encuentra la sacrist铆a. 

Descripci贸n del templo


Descripci贸n del templo




    

La construcción es a base de bloques de piedra (mampostería de granito) traídos de Cartago. En el exterior están expuestos y en el interior recubiertos con repellos La unión entre los bloques se realizó con una argamasa de cemento, cal y arena. Se considera que todo el espesor de las paredes no es de piedra y tiene un relleno de cal y canto. Los techos son a base de cerchas de madera apoyadas en las columnas internas y las fachadas norte y sur. La cubierta es de tejas de barro sobre láminas galvanizadas . Las torres son de concreto reconstruidas en 1914 a causa del sismo de 1910.

Descripción del templo


Fachada principal

Fachada norte

Nave central

Descripci贸n del templo


Interior

Cubierta de techos

Torre sur

Descripci贸n del templo


Se realizó un levantamiento de daños con base en visitas al sitio.  Se consignó el deterioro en fichas de daños y en un plano para este efecto.  Entre los daños existen: grietas, suciedad en paredes, daños en pintura, presencia de humedad, afloramiento de plantas, deterioro de acabado de piso, suciedad por aves, filtraciones en techos, suciedad en techos, entre otros.  A cada tipo de daño se le asignó un número, el cual se ubico en planta y en elevaciones. 

Levantamiento de daños


Planos de da単os y de grietas


Planos de da単os y de grietas


Planos de da単os y de grietas


La metodología del fichero de daños se basa en la propuesta de la Arq. Paula Rojas.  Los criterios de intervención son: consolidación, reintegración, reestructuración, reconstrucción, restauración y remodelación.  Existen trece fichas: fachada oeste, este, norte sur, capilla, sacristía, columnas, pisos, torres, cubierta de techos, estructura de techos, coro y cruz.  Se recomienda realizar un trabajo de restauración de los elementos arquitectónicos y realizar un estudio técnico de las instalaciones eléctricas y mecánicas. 

Fichero de daños


Grieta

Grieta

Humedad

Afloramiento de plantas

Ficha de da単os de fachada principal


Grieta diagonal

Grieta diagonal

Pintura

Daño en zócalo

Ficha de daños de fachada principal


Grieta horizontal

Suciedad por aves

Oxidaci贸n del refuerzo

Da帽o en z贸calo

Ficha de da帽os de torres


Se realizó un estudio de la estructura para determinar la vulnerabilidad estructural.  Se determinaron defectos de estructuración.  Para ello se determinó las propiedades mecánicas de la mampostería con base en referencias bibliográficas.  Se determinó el coeficiente sísmico de revisión según el CSCR-2002.  Se estimó la posible aceleración producto de los sismos de Cóbano (1990), Piedras Negras (1990), Limón (1991) y Cinchona (2009). 

Estudio de vulnerabilidad sísmica


Se realizaron modelos matemáticos por computador, los cuales se verificaron con los daños (grietas) existentes por sismos anteriores.  Con base en las fuerzas internas y la resistencia de las paredes se estableció la vulnerabilidad de la obra. 

Estudio de vulnerabilidad sísmica




      

Estructura de techos simplemente apoyada en las fachadas norte y sur y en las sacrist铆as. No hay apoyo en las fachadas principal y posterior Ausencia de diafragma a nivel de techos o viga corona. Muros de gran longitud sin apoyos intermedios (alta flexibilidad de los muros fuera de su plano). Altura de frontones sin apoyos fuera del plano. Columnas internas con apoyo simple con cerchas. Orificio del reloj (concentraci贸n de esfuerzos). Arcos de buques sin refuerzo. Concreto de las torres de baja capacidad y acero de refuerzo con poco recubrimiento (贸xido).

Defectos de estructuraci贸n


Fachadas sin apoyos intermedios

Apoyo simple de cerchas

テ度ido

Defectos de estructuraciテウn


Grieta diagonal

Grieta horizontal

Flexibilidad de paredes fuera de su plano

Defectos estructurales




Las propiedades mecánicas en este tipo de

construcción es muy variable y requiere pruebas destructivas. Se decidió utilizar valores medios según referencias de estudios.  En el estudio se consideró la posible variación de un 50 %.  Resistencia compresión: 6 kg/cm2.  Resistencia tracción: 1.5 kg/cm2.  Módulo de Young: 10 000 kg/cm2.  Densidad del conjunto: 2 079 kg/m3.

Propiedades mecánicas


          

Zona sísmica: III. Sitio de cimentación: S3. Aceleración pico efectiva: 0.36g. Sistema tipo muro. Ductilidad local moderada con elementos frágiles. Factor de sobre-resistencia: 2.0. Factor de importancia: 1.0. Ductilidad global asignada: 1.0. Factor espectral dinámico: 2.5. Reducción por vida útil: 2/3. Coeficiente sísmico: 0.30.

Coeficiente sísmico


Se utilizaron varias reglas de atenuación.  Se escogió la regla que mejor predice cada sismo con los datos en estaciones cercanas.  Valores de aceleración pico efectiva estimados en San Joaquín: Cóbano (1990): 0.139 g. Piedras Negras (1990): 0.128g. Limón (1991): 0.088g. Cinchona (2009): 0.158g. 

Aceleración por sismos anteriores


Se utilizó el programa SAP 2000 v14.1.0.  Se realizaron los modelos con la técnica del elemento finito. Estos son del tipo “shell” (cascarón).  Se realizó un análisis modal (los periodos se encuentran en la zona de valores constantes).  Con estos se determinaron las formas modales (flexibilidad del sistema) y zonas de concentración de esfuerzos. 

Modelos matemáticos


Fachadas norte y sur

Fachada posterior

SacristĂ­as

Fachada principal

Modelos matemĂĄticos


Grietas en fachadas norte y sur


Grietas verticales

Grietas horizontales

Grietas diagonales

Resultados del anรกlisis con sismo de Cinchona (fachadas norte y sur)


Grietas en fachadas principal


Grietas horizontales

Grietas diagonales

Resultados del anรกlisis con sismo de Cinchona (fachada principal)


Grietas en fachadas posterior


Grietas horizontales

Grietas diagonales

Resultados del anรกlisis con sismo de Cinchona (fachada posterior)


Grietas horizontales

Resultados del anĂĄlisis con sismo de Cinchona (sacristĂ­as)


Las fachadas son muy flexibles fuera de su plano (primeras formas modales).  Los periodos se encuentran en la zona de valores constantes y mรกximo del espectro.  Los modelos se validaron son las grietas existentes.  La resistencia del material para los tres valores (0.5 Rmedia, Rmedia, 2Rmedia) es inferior a los esfuerzos mรกximos. 

Vulnerabilidad esperada


Los desplazamientos inelásticos esperados con el análisis tipo diseño son inferiores a los límites. Debido a la falla del material es de esperar que los valores reales sean superiores.  Puede existir colapsos parciales y total de las cerchas de techos por desplazamientos relativos.  El daño estructural presente se incrementará si se presenta una aceleración similar a la de revisión. 

Vulnerabilidad esperada


Ese daños no cumple con los objetivos de desempeño establecidos en el CSCR-2002.  Es necesario reforzar la estructura de modo que se incremente la rigidez, resistencia, hiperestaticidad y redundancia del sistema.  Este intervención debe realizarse a corto plazo (no más de 2 años) debido al riesgo de la obra. 

Vulnerabilidad esperada


 Con

base en los modelos matemรกticos y los resultados del anรกlisis se realizรณ una propuesta de refuerzo.  El concepto de refuerzo consiste en incrementar la rigidez de cada pared introduciendo elementos nuevos que tomen las cargas laterales y las lleven a la cimentaciรณn o a elementos existes en su direcciรณn fuerte.

Refuerzo estructural


           

Zona sísmica: III. Sitio de cimentación: S3. Aceleración pico efectiva: 0.36g. Sistema tipo muro. Ductilidad local moderada con elementos frágiles. Factor de sobre-resistencia: 2.0. Factor de importancia: 1.0. Ductilidad global asignada: 1.0. Factor espectral dinámico: 2.5. Reducción para elementos existentes: 2/3. Reducción para elementos nuevos: 1. Coeficiente sísmico: 0.30.

Coeficiente sísmico


Se construirá una armadura plana a nivel de la corona de los muros de las fachadas norte y sur. Esta se unirá a las cerchas de madera existentes para reducir el número de elementos a colocar y para fijar el techo a las paredes.  Esta llevará la carga a las paredes principal y posterior.  Debido a la longitud de las fachadas laterales se construirán marcos de concreto reforzado que llevarán parte de la carga a la cimentación. 

Refuerzo de fachadas norte y sur


 Una

de las columnas de los marcos se construirá dentro de las paredes existentes.  El otro elemento vertical sustituirá la columna de madera de división de las naves.  Debido a la magnitud de las cargas laterales y la poca carga vertical se construían vigas de fundación para apoyar los marcos.  Las vigas se colocarán a nivel de techos.

Refuerzo de fachadas norte y sur


Direcci贸n de oscilaci贸n (fuera del plano)

Armadura met谩lica unida a las cerchas de madera existentes Rigidez lateral de marcos de concreto reforzado Apoyos en fachadas oeste, este y sacrist铆as

Refuerzo de fachadas norte y sur


Sin refuerzo

Con refuerzo

Momentos en direcci贸n vertical (escala con resistencia incrementada en 50% del valor medio).

Refuerzo de fachadas norte y sur


Sin refuerzo

Con refuerzo

Momentos en direcci贸n horizontal escala con resistencia incrementada en 50% del valor medio).

Refuerzo de fachadas norte y sur


Placas aisladas y columnas dentro del muro

Placas aisladas y columnas dentro del fuste de madera

Vigas de fundaci贸n

Refuerzo de fachadas norte y sur


Refuerzo de fachadas norte y sur


Refuerzo de fachadas norte y sur


Marcos de concreto reforzado

Viga corona

Armadura metĂĄlica unida a las cerchas de madera existentes

Refuerzo de fachadas norte y sur y sacristĂ­as


Armadura metálica unida a las cerchas de madera existentes

Armadura metálica

Nivel de cielo Viga corona

Cerchas existentes

Refuerzo de fachadas norte y sur y sacristías


Viga de los marcos de concreto reforzado

Armadura metĂĄlica

Refuerzo de fachadas norte y sur y sacristĂ­as


Foto de refuerzo de BasĂ­lica de Santo Domingo de Heredia

Refuerzo similar en otras obras Patrimoniales


Fotos de refuerzo de Monumento de la Parroquia de Santiago Apóstol (“Ruinas de Cartago”)

Refuerzo similar en otras obras Patrimoniales


Fotos de refuerzo de Monumento de la Parroquia de Santiago Apóstol (“Ruinas de Cartago”)

Refuerzo similar en otras obras Patrimoniales


Fotos de refuerzo de Monumento de la Parroquia de Santiago Apóstol (“Ruinas de Cartago”)

Refuerzo similar en otras obras Patrimoniales


 Se

colocarรกn tensores de techo que lleven la cargas las fachadas norte y sur.  Estos se colocarรกn en el plano de la cubierta y sobre el cielo de la nave central.  Los muros oeste y este se apoyarรกn en la cercha americana. Para ello se construirรก un apoyo y se reforzarรก para tomar cargas en dos direcciones.

Refuerzo de fachadas principal y posterior


Apoyos en fachadas norte y sur

Tensores de techo Cercha americana reforzada

Refuerzo de fachadas principal y posterior


Refuerzo de fachadas principal y posterior


Tensores de varilla

Refuerzo de fachadas principal y posterior


Refuerzo de fachadas principal y posterior


Se construirán columnas en el interior de los muros existentes en los campanarios.  Los elementos nuevos no serán visibles desde el exterior.  Estas están diseñadas para soportar las cargas laterales y se unirán a los elementos existentes.  Lo anterior incrementa la rigidez y la resistencia. 

Refuerzo de torres


Muros existentes

Columnas internas de refuerzo

Refuerzo de torres


La Parroquia de San Joaquín de Flores requiere ser reforzada para cumplir con los objetivos de desempeño, salvaguardar la vida humana e incrementar la vida útil. No se puede pretender cumplir los requisitos de obras nuevas.  La propuesta debe ser respetuosa debido al carácter patrimonial de la obra. El templo tiene y cuenta una historia que debe ser trasmitida a las siguientes generaciones. El impacto en la arquitectura debe ser mínimo o nulo.  En el presente trabajo se propone un refuerzo que toma en cuenta esos requisitos. Los elementos nuevos no serán visibles al concluir la intervención.  La propuesta de refuerzo incrementa la rigidez, la hiperestaticidad, ductilidad y la resistencia del sistema. 

Conclusiones


Además pretende llevar las cargas a los elementos en su sentido fuerte y rígido.  La estructura de techos estará correctamente fijada a las paredes y al incrementar la rigidez del sistema se reduce la posibilidad de colapso parcial o total del techo.  Los esfuerzos en las paredes se reducen significativamente. No obstante es de esperar algún tipo de daño para sismos fuertes, ya que ningún refuerzo es garantía de cero daño (incertidumbre de materiales y de amenaza).  Será responsabilidad de otras generaciones reparar y reforzar esos y otros daños para conservar el templo. 

Conclusiones


Restauración Templo Parroquial