Evaluation of seismic Vulnerability and Strengthening of heritage Buildings. Case Study: The Giralda of Seville

Abstract

La conservación del patrimonio cultural es un tema actual y desafiante para el desarrollo sostenible de los países. En el caso de la Unión Europea, este es un desafío importante por su riqueza y diversidad. Por lo tanto, las autoridades regionales y locales de los estados miembros de la UE están comprometidas a salvaguardar y mejorar el dicho patrimonio de Europa a través de políticas y programas. Históricamente, el patrimonio cultural mundial ha sido seriamente dañado por desastres naturales. Debido a esto, se ha acentuado la evaluación del impacto que los desastres naturales pueden tener sobre los mismos. En caso de terremoto, es crucial aumentar la resiliencia de estos edificios y minimizar el tiempo y coste de su posterior recuperación. El patrimonio cultural tiene un gran impacto en la identidad, el crecimiento económico y el desarrollo cultural de nuestras ciudades. Este es el caso de Sevilla, donde este patrimonio tiene una gran relevancia. En este sentido, la Torre de la Giralda de la Catedral de Sevilla es su edificio más representativo y su símbolo de identidad. Fue declarada Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO debido a su gran valor patrimonial. La Giralda fue construida en 1384 como alminar de la mezquita mayor de Sevilla. Sin embargo, la torre ha experimentado diferentes fases de construcción a lo largo de su historia. Una de las modificaciones más relevantes fue la adición del campanario renacentista diseñado por el arquitecto Hernán Ruíz. Además, ha sufrido los efectos de varios terremotos históricos. La presente tesis tiene como objetivo mejorar la resiliencia del patrimonio cultural a través del análisis del comportamiento sísmico de los edificios patrimoniales y su posterior refuerzo. Para lograr este objetivo, el estudio se centra en evaluar la vulnerabilidad sísmica de la Giralda de Sevilla. Se han identificado los mecanismos de fallo y los daños que podría sufrir el edificio en caso de un terremoto. Cabe destacar, que la novedad de la propuesta radica en realizar un análisis preciso considerando simultáneamente el tipo de suelo, la cimentación y la estructura. Además, se han evaluado algunas soluciones de refuerzo sísmico, las cuales se pueden integrar en las futuras actividades de conservación del edificio. En primer lugar, se han evaluado los asientos históricos de la torre. Se ha llevado a cabo una exhaustiva caracterización de la cimentación y su modelo geotécnico. Para ello, se han desarrollado modelos de elementos finitos en 2D y 3D, considerando las diferentes fases constructivas, cargas, el tiempo de ejecución y la consolidación entre fases. Tras ello, se ha descubierto que la inclinación hacia el sureste ha sido causada posiblemente por los estratos más gruesos y blandos debajo de esta esquina, lo que ha provocado un asiento diferencial. A continuación, se desarrolló un FEM 3D preciso de la estructura. En este contexto, se ha aplicado un proceso de calibración y análisis de sensibilidad para calibrar el modelo numérico. Se han realizado análisis estáticos y dinámicos no lineales para evaluar el comportamiento sísmico de la torre. En base a estos resultados, se ha evaluado la seguridad sísmica de la torre. Para el desarrollo de los análisis dinámicos, se han seleccionado accelerogramas reales para diferentes periodos de retorno. Posteriormente, se ha llevado a cabo una evaluación exhaustiva del suelo, la cimentación y la estructura para desarrollar un modelo 3D FEM complejo. Los resultados numéricos resaltaron un impacto significativo del suelo en el comportamiento sísmico de la torre campanario, amplificando la aceleración y el daño en los cuerpos superiores del remate renacentista. Finalmente, varios métodos de refuerzo se han analizado numéricamente, comparándolos con los resultados de ensayos cíclicos realizados en laboratorio. Se han obtenido los parámetros mecánicos actualizados de los materiales, considerando las técnicas de refuerzo. Los parámetros obtenidos podrán ser aplicados al modelo numérico de la torre.