La ingeniería sísmica trata las estrategias estructurales a aplicar en los edificios de nueva construcción y con sistemas estructurales modernos, de hormigón y de acero fundamentalmente, pero no se ha ocupado en profundidad de las construcciones históricas. Las estructuras históricas, de fábricas (masonry structures) y de madera, de las que están hechas las construcciones de los centros históricos, son anteriores a la ingeniería sísmica y las estrategias de esta ingeniería no son directamente aplicables a ellas.

Las sociedades desarrolladas estábamos acostumbradas a ver arrasamientos de poblaciones por terremotos sólo en países subdesarrollados 0 en regiones con una muy alta peligrosidad sísmica. Pero además, en los últimos años, han tenido lugar en Europa una serie de episodios sísmicos de no mucha magnitud que han afectado a centros históricos completos, como L'Aquila 0 Amatrice (Italia), generando daños desproporcionados con respecto a la acción sísmica, a los que no estábamos acostumbrados. Daños de los que nos creíamos a salvo por cumplir “sobre el papel” las normas de construcción.

Ya se había constatado la alta vulnerabilidad sísmica del patrimonio, especialmente de las iglesias (1). El investigador S. Lagomarsino aportó importantes conclusiones a partir del estudio de daños del terremoto de L'Aquila (2009), ocurrido en la misma zona y con similar aceleración sísmica, analizando los mecanismos de colapso de 700 iglesias por el método de los macroelementos, que desarrolló a partir de sus experiencias previas en el terremoto de Umbría y las Marcas (1997).

Más recientemente, Del Gaudio (2) analiza la vulnerabilidad sísmica del patrimonio, pero no tiene en cuenta el grado de alteración sobre la estructura original.

Para esta investigación se parte de trabajos previos (3), en los que ya se ha acreditado, en el caso español del terremoto de Lorca (2011), que los edificios que registraron más daños estructurales, no fueron ni los nuevos ni los históricos, sino aquellos de sistemas estructurales mixtos: edificios históricos que habían sido intervenidos alterando sus estructuras con materiales y sistemas nuevos, fundamentalmente con hormigón armado.

Estos casos antecedentes, que afectaron sobre todo a los centros históricos (originariamente dotados de estructuras de fábricas y de madera, típicas del Sur de Europa) han puesto de manifiesto un inesperado parte de daños estructurales por terremotos y consiguientemente un elevado número de víctimas personales. Las características constructivas del patrimonio histórico hacen que los daños no se vean reducidos al intervenir en ellos aplicando normas estructurales, que sí tienen buenos resultados en edificios de nueva construcción. Es necesario por tanto estudiar la cuestión para mejorar la seguridad de las personas y de los bienes patrimoniales.

Hipótesis: Se plantea como hipótesis que estas construcciones de los centros históricos patrimoniales habrían sido alteradas de forma determinante en su constitución original, con obras de ampliación, reforma, cambio de uso, etc, y que estas alteraciones habrían incidido en su vulnerabilidad sísmica1.

Se sabe que el comportamiento de los edificios ante el sismo (vulnerabilidad sísmica) depende de dos factores. Por un lado, de la acción sísmica incidente (básicamente la aceleración horizontal producida por el sismo) y por otro, del sistema estructural del edificio (4). Se constata que ante la misma acción, los distintos edificios que componen un centro histórico presentan un comportamiento estructural diferente, de lo que se deduce que es determinante el sistema estructural, que en muchos casos en un centro histórico es el resultado de sucesivas intervenciones realizadas a lo largo del tiempo sobre una construcción histórica original.

Apenas existen estudios basados en casos reales sobre la seguridad estructural sísmica del patrimonio histórico que se hayan centrado en las alteraciones de la estructura resistente original, por lo que procede realizar una revisión de los planteamientos a la luz de la realidad de los recientes terremotos, con el análisis de la especificidad de sus materiales y sistemas constructivos, tanto de la construcción histórica original, como de las técnicas de intervención que se hayan empleado en ellos en los últimos años. Basta una somera revisión de la norma sísmica europea (Eurocódigo-8) (5), 0 de la escala de Mercalli (MMI), para comprobar que la rica complejidad constructiva de materiales y sistemas tradicionales con sus consiguientes mixtificaciones producidas en los últimos años a raíz de las intervenciones con hormigón, no están adecuadamente recogidas en el estado del conocimiento, y que las estructuras mixtas obtenidas no se comportan estructuralmente como los tipos sí recogidos.

La escala macrosísmica europea2 EMS-98 distingue los edificios de hormigón armado y los edificios de fábrica. Pero esta clasificación excesivamente simplista, no considera los casos puestos de manifiesto en esta investigación, por ejemplo en “fábricas” no contempla las bóvedas (de comportamiento estructural muy distinto al resto de fábricas), sólo los muros. Tampoco contempla los casos de estructuras mixtas originalmente de fábrica y recrecidas 0 reforzadas con hormigón, que alteran significativamente masa y rigidez.

Entre agosto y octubre de 2016, en la región de Italia Central se registraron los episodios sísmicos destacables que se indican en la tabla 1.

De todos ellos, va a ser objeto de estudio el terremoto ocurrido el 24 de agosto de 2016, a las 01:36:32 (UTC) denominado “de Amatrice” 0 “de Italia Central”. Véase mapa de situación en la figura 1. Fue el más destructivo pues aunque su magnitud3 (6,2 Mw) fue menor que la del 30 de octubre de 2016 (6,6 Mw), su hipocentro estuvo situado a menor profundidad (4,4 km frente a 10,0 km) y más cerca de núcleos de población, por lo que produjo mayor aceleración y consiguientemente mayores daños.

El terremoto de Amatrice afectó a los núcleos de población (y a sus correspondientes centros históricos) de Amatrice (población de 2.650 habitantes4 en la que se produjeron5 221 muertos), Accumoli (667 habitantes y 11 muertos), Arquata del Tronto (1.322 habitantes) y Pescara del Tronto (135 habitantes). Entre Arquata del Tronto y Pescara del Tronto se registraron 49 muertos.

En la misma zona geográfica, en el año 2009, se había producido el terremoto de L'Aquila (1), que guarda muchas similitudes con el de Amatrice en cuanto a la acción sísmica y daños producidos (véase tabla 2). Entre ambos epicentros existe una distancia de 44 Km en línea recta. Véanse figuras 2 y 3. Véase en la tabla 3 un resumen de datos geográficos de los principales núcleos de población afectados citados.

Los Apeninos Centrales son una de las áreas de mayor actividad sísmica en Italia. La cadena montañosa de los Apeninos se formó del Mioceno al Plioceno, como resultado de la subducción de la placa Adriática debajo de la placa Euroasiática (6).

El hipocentro se produjo en las coordenadas 42,723°N, 13,188°E, a 4,4 km de profundidad, atribuyéndosele al terremoto principal (24 de agosto a las 3:36 h) una potencia de magnitud6 ML=MW de 6,2. El epicentro se situó a 10 Km al SE de Norcia. Véanse figuras 2 y 3.

La aceleración sísmica ha sido la esperada en los mapas de peligrosidad sísmica de referencia (7). La novedad ha sido el pésimo comportamiento estructural de determinadas construcciones (8) como las que son objeto de estudio, que ha sido superior en daños a lo descrito en la escala macrosísmica EMS-98 (9) con respecto a la aceleración producida.

La escasa profundidad del hipocentro es determinante de los daños (véase figura 4). Forma parte del estado del conocimiento (10) que un sismo de menor magnitud, pero cuyo hipocentro es muy superficial, produce una gran aceleración sísmica. Y la aceleración sísmica es la verdadera acción a las estructuras de los edificios, de la misma forma que es la aceleración de la gravedad la que origina el peso.

El número de inmuebles estudiados (área de estudio dentro de la “zona rossa”) ha sido de 74 unidades. La superficie total de las parcelas fue de 11.707 m². Y la superficie construida del conjunto de los edificios fue de 31.857 m², con un volumen edificado: 81.697 m³.

Véase en la tabla 6 el resumen de los resultados.

El plano resumen (figura 5) describe gráficamente la zona de estudio en tres dibujos:

Amatrice tiene un centro histórico de valor patrimonial. También está considerado uno de los pueblos8 “piu bello d'Italia”. Sin embargo, del análisis forense de los restos se constata claramente una intensa alteración de las estructuras históricas originales. La mayoría de los edificios habían visto alterada su estructura original con ampliaciones y/o reformas y/o cambios de uso (esta última alteración especialmente en las plantas bajas para los locales comerciales derivados de la actividad turística del centro histórico).

En estas obras no se han empleado las técnicas de las estructuras históricas (fábricas y entramados de madera anteriormente descritas) sino que se ha detectado el empleo sistemático de materiales y técnicas nuevas. Además, estas operaciones se llevan haciendo (por la fecha de las distintas soluciones constructivas y materiales encontrados en la inspección forense de los restos), desde hace muchos años, desde la segunda mitad del s. XX.

A continuación se tipifican las intervenciones más frecuentes que se han detectado y que por la extensión del artículo, sólo pueden ser relacionadas:

Los resultados expuestos constatan lo siguiente:

• Existencia de un gran número de estructuras alteradas.

Lo primero que se constató in situ en el análisis forense efectuado de los restos, fue el gran número de edificios cuyas estructuras originales habían sido profundamente alteradas, empleando materiales distintos a los de la estructura original (véanse figuras 6 y 7) y mixtificando los esquemas originales de funcionamiento estructural. Del total de 74 edificios de la zona de estudio, sólo 7 (9,46%) no tenían alteradas sus estructuras. El resto (90,54%) tenían alteradas sus estructuras originales en distinta medida.

Estos datos contrastan con la protección legal-patrimonial que tenían los edificios del centro histórico y demuestran que, aunque se haya mantenido una protección “ambiental” y una protección mayor de determinados edificios singulares, la mayoría de los edificios se habían protegido sólo “en sus aspectos formales exteriores”, mientras eran intensamente alteradas sus estructuras resistentes por el interior, para ampliaciones en altura, ampliaciones en ocupación de parcela, reformas interiores, cambios de uso por ejemplo en los locales comerciales de planta baja, etc.

• Los tipos estructurales mixtos detectados no están incluidos en las normas sísmicas.

La segunda constatación es que los sistemas estructurales complejos resultado de las alteraciones, encontrados en los restos de los escombros (que afectan a dicho 90,54%), no son los tipos estructurales “simplificados” que aparecen en la norma sísmica europea (Eurocódigo-8) (5) y en la EMS-98 (9) (que sólo considera estructuras de fábrica y estructuras de hormigón armado), sino otros de distinta caracterización, de funcionamiento estructural también distinto y que se encontraban en un limbo legal.

Forma parte del estado del conocimiento (10) que el riesgo sísmico depende tanto de la peligrosidad sísmica de una región (la aceleración sísmica que se produce en caso de terremoto) como de la vulnerabilidad sísmica de los edificios. En la zona de Amatrice, el mayor riesgo sísmico se ha dado en el centro histórico, pues aunque todo el área tiene la misma peligrosidad sísmica, los edificios históricos y, especialmente los históricos con estructuras alteradas, han demostrado ser los más vulnerables (vulnerabilidad sísmica).

El terremoto ha sido muy destructivo para una potencia de magnitud Mw de 6,2, tanto por la gran acción sísmica incidente (aceleración causada a las construcciones por tener su hipocentro a escasa profundidad, sólo 4,4 km), como por la vulnerabilidad sísmica de las construcciones ahora constatada.

• Peor comportamiento de las estructuras alteradas.

El contraste entre los planos segundo y tercero acredita que los edificios que menos daños han registrado son aquellos que habían tenido una menor alteración sobre la estructura original, ya fuera ésta histórica 0 reciente, lo que constituye la aportación fundamental de este trabajo de investigación.

Se comprueba que ninguno de los tipos 1 (estructuras históricas no alteradas) ni 3 (estructuras recientes, no alteradas) ha registrado colapsos totales. Véase la tabla 7, de daños estructurales según tipos de estructuras:

Tampoco ninguna de estas estructuras ha registrado colapsos parciales, a excepción de la iglesia de S. Agostino que vio colapsado su hastial. Sin embargo, este colapso es “de manual” (13).

Merece también comentario la iglesia de S. Giovanni, que había sido alterada en su estructura (con una capa de hormigón en su entramado de madera de cubierta y unos “refuerzos” de acero en sus cerchas de cubierta), registrando daños superiores a los normales (superiores a los de la iglesia de S. Agostino, de similar estructura).

• Digno comportamiento de las estructuras históricas no alteradas.

De las 4 estructuras históricas singulares diáfanas (tipo iglesia):

Ha influido en el balance de daños de estas construcciones, la vulnerabilidad sísmica de los hastiales de fachada, ya enunciada por Lagomarsino (1), característicos de la arquitectura medieval italiana, que con su gran masa, vuelcan, colapsando parcialmente la fachada y arrastrando normalmente a la primera crujía de cubierta. Esta forma de colapso se ha observado tanto en N400 (iglesia de S. Giovanni) como en N501 (iglesia de S. Agostino). La misma forma de colapso se ha podido apreciar también en el terremoto de Lorca (13).

De las 2 estructuras históricas singulares tipo esbelto (torres): N301 (torre Cívica) y N502 (torre de la iglesia de S. Agostino).

Otros autores habían comparado los daños estructurales del terremoto de 2011 en Amatrice y en el núcleo próximo de Norcia (14), llegando a la conclusión de que los daños en Norcia fueron menores porque esta ciudad había sido reforzada tras el terremoto anterior de 1860, pero sin haber considerado que en la actualidad Norcia carece de un centro histórico de las características de vulnerabilidad de Amatrice. Por el contrario, tras la presente investigación estamos más de acuerdo con Sorrentino (15), que compara sólo las torres-campanario de estos dos núcleos de población, para concluir que en la secuencia de terremotos entre agosto de 2016 y enero de 2017, las torres sí se derrumbaron en Norcia y no en Amatrice.

De las estructuras históricas singulares de tipo pisos (palacetes):

Se han detectado en los restos de ambos edificios, multitud de añadidos de hormigón, tales como capas de hormigón sobre los entramados y (en N202) incluso “refuerzos” de los muros en su intradós, con mallazos de acero y capas de mortero que pretendían darles “más resistencia”.

Como conclusión de las estructuras históricas singulares de todos los tipos (iglesias, torres y palacetes):

• Conocido comportamiento de las estructuras recientes (no alteradas).

De los 4 edificios de nueva planta recientes con estructura de pisos (completa de forjados de hormigón armado y pilares desde cimentación):

Es decir, que todos ellos se han mantenido en pie permitiendo el desalojo de las personas que los ocupaban, protegiéndolos de daños personales. El hecho de que todos ellos hayan tenido luego que ser derribados (constatado por los autores en una nueva visita en 2018) tiene que ver con que la reparación de los daños que presentaban resultara inviable 0 demasiado costosa en contraste con el valor (no patrimonial histórico) de estos inmuebles.

• El grupo de los edificios más dañados.

Una vez explicadas las estructuras históricas singulares y las estructuras recientes, se entra ahora a la evaluación de daños del resto de edificios, que son precisamente los que habían sido más intensamente alterados en sus estructuras originales.

De este resto de construcciones con estructura de pisos, históricas-populares 0 racionalistas, de construcción hasta los años 50 del siglo XX (aunque puedan haber registrado recientes ampliaciones y/o reformas y/o cambios de uso):

En su forma de colapso ha influido la alteración de sus estructuras originales con añadidos de hormigón (pesados y rígidos) que han podido ser bien identificados en la inspección forense de los restos (figuras 11 y 12).

La estructura debe ser estudiada en su conjunto, es una obviedad que conviene recordar. El hecho de que se puedan realizar en la actualidad estructuras más seguras con hormigón armado completas, no quiere decir que interviniendo con estas técnicas sólo parcialmente sobre estructuras históricas preexistentes se vaya a conseguir mayor seguridad estructural.

Lagomarsino, que en 2012, a partir de los estudios del terremoto de L'Aquila (2009) apreció por primera vez “el mal comportamiento de las iglesias reforzadas por técnicas modernas, como la sustitución de techos de madera originales con rígidos y pesados de losas de hormigón armado” (1) y valoró la complejidad de enfrentarse al fenómeno de las estructuras mixtificadas con un modelo estructural; sin embargo, en trabajos posteriores (16), ha investigado con otros autores sobre hipótesis y modelos de cálculo, también para el caso de edificios monumentales. Pero los hechos demuestran que edificios históricos reforzados en la zona de estudio después del terremoto de L'Aquila (2009), como la escuela infantil de Amatrice, han colapsado de forma estrepitosa tras el terremoto de 2016.

Es necesario ir a los fundamentos del diseño estructural. Acudiendo a Eduardo Torroja, “el cálculo no es más que una herramienta para prever si las formas y dimensiones de una construcción (...) son aptas para soportar las acciones a que ha de estar sometida” (11), “la obra no nace nunca del cálculo, es el cálculo el que resulta del diseño de la estructura, el que pospuesto a él, se encarga de garantizar las condiciones de estabilidad y resistencia...” (11) y los modelos estructurales son meras simplificaciones de la realidad para poder llegar a conclusiones de proyecto (o de peritaje en el caso que nos ocupa) (11). Lo dice también el Código Técnico de la Edificación (17), el modelo es la “idealización del sistema estructural utilizada para el análisis, cálculo y verificación”. Por lo tanto, no tiene sentido insistir en hipótesis y en modelos que son desmentidos por el comportamiento estructural real, que es lo que viene ocurriendo en los terremotos que afectan a centros históricos intensamente alterados en sus estructuras originales.

Mientras se consigue un modelo adecuado para las estructuras históricas ante las acciones que las hacen más vulnerables, los investigadores que suscribimos esta investigación, abogamos por el buen conocimiento de la estructura histórica y por la evaluación cualitativa, que son las directrices dadas por ICOMOS (18) y admitidas por la normativa española (17) que en el Código Técnico de la Edificación dice que “En edificios en los que no resulte posible 0 sea poco fiable una verificación cuantitativa (...) podrá realizarse una evaluación cualitativa de la capacidad portante y de la aptitud al servicio” (Anejo D, apartado 2.1.2).

Las nuevas investigaciones para llegar a modelos fiables, deberían basarse en el estudio in situ y sobre casos reales de terremotos, para contrastar si las hipótesis de cálculo son adecuadas 0 no y si son aplicables 0 no a edificios de complejas estructuras mixtas de estructuras históricas y recientes. Es necesario además estudiar los terremotos inmediatamente tras el evento sísmico, con metodologías como la expuesta en este trabajo, pues las pruebas técnicas forenses desaparecen con la acción de los trabajos de rescate y con el desescombro de los restos de los terremotos.

Debido a la complejidad de las construcciones históricas, las actuales estrategias de la ingeniería sísmica no son directamente aplicables, como los sistemas de protección por disipación (empleados con buenos resultados en áreas de gran peligrosidad sísmica en edificios nuevos). Sin embargo las estrategias de resistencia y sobre todo la de ductilidad sí pueden ser experimentadas. También se recomienda recabar las estrategias históricas antisísmicas (19) para trabajar a partir de su análisis.

Se han producido avances en la investigación con la mejora de la resistencia al corte de las fábricas (20) y con las mejoras en los morteros estructurales para dotarles de ductilidad (21). Asimismo, en el diseño estructural de las intervenciones debe valorarse que los muros de mampostería no sólo proporcionan la resistencia a compresión para el peso, sino que, en caso de acciones horizontales, los muros proporcionan la estabilidad (resistencia lateral) con su comportamiento en el plano a las cargas cíclicas del sismo. Para ello la tensión vertical y las disposiciones de unión entre muros resultan determinantes (22).

El caso de Amatrice no es un caso aislado y las mixtificaciones estructurales constatadas por la alteración de las estructuras históricas originales son similares a las que se pueden encontrar en otros centros históricos patrimoniales del Sur de Europa. A juicio de los autores, esto es debido a la conjunción de tres políticas incompatibles entre sí:

Estas políticas han creado (sin pretenderlo) un sistema estructural mixto de muros de fábrica y pisos de hormigón, muy distinto estructuralmente, tanto del sistema histórico de fábrica (masonry structures), como de los sistemas estructurales recientes de hormigón de pilares y nudos rígidos. Y se ha constatado su pésimo comportamiento estructural en caso de sismo.