COMPORTAMIENTO SISMICO EN ESTRUCTURAS

Comportamiento sísmico de las estructuras

Visto por un ingeniero geotecnista

JAIME SUAREZ DIAZ erosion.com.co

Históricamente las estructuras han fallado por efecto de las fuerzas sísmicas

cisco

San francisco

1906

Stanford University 1906

Kanto Japon 1923 (M7.9) Fallas relacionadas con la licuefacción del suelo

Colapso del puente Nakazuno Niigata Japón 1948

Niigata 1964

Se repitieron fallas similares a las de 1948

Alaska 1964

La licuefacción puede activar deslizamientos

Los movimientos del terreno y particularmente los movimientos horizontales son los que causan la mayor parte del daño en un sismo. . San Francisco 1989

Ondas de cuerpo

Ondas superficiales

Las ondas de corte (S) y las superficiales ( R y L ) causan el mayor daño a las estructuras debido a su alto potencial de generar aceleraciones horizontales. Las estructuras deben diseñarse para resistir la aceleración máxima horizontal (Cortante en la base de la estructura). Esta aceleración se expresa como un porcentaje de la aceleración de la gravedad (g).

Los mayores daños se producen cuando la aceleración horizontal es mayor de 0.3g

Los daños se producen de acuerdo a las características de las estructuras , del suelo de cimentación y de las ondas sísmicas Ejemplo : Kobe (Sismo de campo cercano)

Los sismos no matan a las personas … Las estructuras sí………

“Los que matan son los diseños inadecuados”

Una estructura bién diseñada puede resistir un sismo de gran magnitud El diseño estructural y la normatividad sísmica juegan un papel determinanre en los daños y fatalidades relacionadas con los los movimientos sísmicos.

Las grandes catástrofes sísmicas han ocurrido donde las construcciones no fueron construídas para resistir sismos.

ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

Chile

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Cuando no hay suficiente refuerzo al cortante se puede producir el colapso de la estructura

Ejemplo Haiti - 2010

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Número de muertos Haití: Más de 200 000 Chile: Más de 795 Número de edificaciones destruidas Haití: 280 000 Chile: 500 000

Por qué si el número de edificaciones destruídas fue mayor en Chile, hubo mas muertos en Haití………

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Haití

Después

Antes

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Construcciones en madera y en mampostería

(sin refuerzo estructural)

Deformaciones laterales : Marina District, San Francisco (1989). deformation.

Kobe, Japón (1995).

lada En las construcciones de madera los códigos exigen que la estructura esté anclada a la cimentación y que se coloquen travesaños diagonales para asumir las fuerzas horizontales

Los techos muy pesados facilitan el colapso

Kobe

Nueva Zelandia

Los materiales tradicionales no-reforzados son muy vulnerables a la acción de las fuerzas sísmicas

6 Oct 1997

Italia

9 Oct 1997

En las construcciones de mampostería los códigos exigen columnetas en concretro armado y amarre estructural de toda la estructura.

FALLAS POR FUERZAS DE CORTANTE


Falta de rigidez y/o refuerzo o confinamiento estructural

Corte horizontal de estructuras

Antes

Despues

Kobe, Japon 1995

Cambios de rigidez de la estructura (Incluyendo la mampostería)

En las zonas de cambio de modulación estructural se concentran los esfuerzos de cortante Northridge, CA 1994.

A veces el efecto es de una construcción vecina Story collapse of an apartment building in Kobe, Japan, 1995.

La rigidez baja en los primeros pisos, utilizados como zonas comerciales, parqueaderos etc.

Cuando los primeros pisos poseen muy poca rigidez estructural

Zonas comerciales libres en los primeros pisos


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Popayán

Falta de rigidez en una dirección

Falta de rigidez estructural en una determinada dirección .



Chile

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Resonancia

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Los edificios se diseñan para una determinada frecuencia natural de vibración .

La resonancia ocurre cuando la estructura se bambolea en acorde con las oscilaciones de la onda sísmica.

Las ondas de alta frecuencia predominan cerca a la zona de ruptura mientras las de baja frecuencia predominan lejos de la fuente del sismo. Sin embargo los suelos del sitio modifican los contenidos frecuenciales.

Las réplicas también producen daños importantes

Kobe -1995.

Observe la localización de las réplicas a lo largo de la falla (zona de ruptura)

Kobe

Kobe (Ciudad muy cercana a la zona de ruptura)

Las estructuras de baja altura tienen períodos naturales de vibracións cortos (0.05-0.1 seg) mientras las estructuras altas períodos de vibración mas largos. (1-2 seg).

Resonancia

Ciudad de Mexico -1985

Ciudad de Mexico -1985

La amplificación de ondas de frecuencia media (1-2 s) causaron daño especialmente a las estructuras de altura de 10 a 14 pisos.

Falta de refuerzo de confinamiento

La falta de confinamiento hace que la columna pueda panderase y colapsar. Ejemplo: Viaductos en el terremoto de San Bernardino 1971.

Falta de confinamiento del concreto

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Kobe - 1995

Falla tipo Jaula de pájaros Hanshin Expressway Kobe Japan


Popayán


Falta de refuerzo de confinamiento Loma Prieta

La colocación de mas refuerzo de confinamiento evita que las columnas se rompan.

Mezcla de columnas cortas y columnas largas

Algunas estructuras antiguas han resistido sismos gracias a su modulación Simetria y rigidez.

Vulnerabilidad de una estructura a los movimientos EN LA sísmicos . FS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

La vulnerabilidad de una estructura a los movimientos sísmicos depende de muchos factores

Hundimiento de las cimentaciones


Los suelos granulares sueltos se pueden densificar por acción de la vibración sísmica y las deformaciones inducen problemas en las estructuras


Estos movimientos puedes estar relacionados con la licuación, con la pérdida de resistencia y/o con la densificación

EN LA FS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

Fallas por disminución de la capacidad de soporte

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Desplazamientos horizontales por acción de la fuerza sísmica y la falta de empotramiento.

Falta de empotramiento de la cimentación


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DESPLAZAMIENTO DE LA FALLA GEOLOGICA EN LA SUPERFICIE DEL TERRENO

FS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

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Fallas por cortante vertical


Kobe, Japon 1995

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Aplastamiento de las columnas



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Comportamiento de los puentes


Chile

  

Falta de elementos que impidan el desplazamiento de los apoyos Ancho inadecuado de la silla de apoyo Falta de anclaje entre la viga y el apoyo.

Desplazamiento lateral de las pilas


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Movimiento lateral de las vigas

Falla de los elementos de fijación de los apoyos

Falla al cortante o confinamiento de las columnas Urakawa-oki Japón 1982



Falla al cortante

LOMA PRIETA, I 80


Chile

Proceso de la falla

Antes

Despues

Falta de confinamiento

Las fallas al cortante han generado cambios en los criterios de diseño

Falla por fuerzas verticales


Loma Prieta, CA 1989 KGO-TV News ABC-7

3/29/2012




Falla a compresión


Asentamientos


Falla de pilas de acero

Comportamiento de otras obras de ingeniería


Imperial Valley County, California. 1979

CANALES


FALLA DE MUROS DE CONTENCIÓN


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Incendios por redes de gas rotas y corto-circuitos

Efectos secundarios

In many earthquakes most of the damage is the result of uncontrolled fires, such as during the Kobe 1995 event.

Ruptured gas and water lines are a deadly combination for uncontrolled fires following major earthquake events. Flexible joints in pipes can substantially reduce joint failure of water mains and gas lines.

Fire entirely destroyed many sections of San Francisco during the 1906

INCENDIOS


Loma Prieta, CA 1989

KGO-TV News ABC-7

Personas sin hogar.

Efecto secundario

Ejemplo Chile 2010

Edificio Emerald

Pisos : 19 Aptos : 231

Observación: Edificio alto y muy angosto

Edificio Emerald

Observaciones: Falla de los Muros estructurales a nivel de la parte superior del sótano. (Modulación paralela para facilitar el parqueo)

Edificio Emerald

Detalle de la falla de la estructura de los muros en el sótano. . La deformación principal es en dirección de l eje menor de las pantallas . (Ver lo delgados que son los muros)

Edificio Emerald

Detalle de rotura de los muros en el sótano. Se observa rotura de los estribos. Observe el ancho de los muros para un edificio de 19 pisos en zona de amenaza sísmica alta. Observe el recubrimiento de concreto sobre los hierros.

Edificio Emerald

Se observa un gran desplazamiento en dirección del eje menor de los muros.

El edificio tiene su eje mayor en la dirección del movimiento principal

Edificio Don Tristan

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El suelo no se hundió. Los muros fallaron en el primer

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Muros fallados

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Este es el tipo principal de falla. Observe la modulación paralela de los muros

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Defectos principales: 1. En la mayoría de los edificios fallados se habían acondicionado los muros en los primeros niveles para la adecuación de parqueaderos (11 de 24 edificios fallados) Este defecto se llama: Primer piso blando

2. Los ganchos de confinamiento del concreto se colocaron a 90 grados abrazando el concreto sin confinarlo, en contra de las recomendaciones del ACI . 3. Los flejes no se rompieron. Simplemente se soltaron.

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Peter Yanev: En la última década, una arquitectura más imaginativa y la presión de reducir costos resultaron en nuevos edificios con menos y más delgados muros de corte”

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“En Concepción (…) el 20% de los edificios de 15 o más pisos (quedaron) dañados y sin arreglo. La mayoría de los edificios que fallaron eran nuevos; varios estaban aún a la venta.

Ganchos a 90 grados contra ganchos a 135 grados

Norma a la cual se le permiten excepciones

Falta supervisión en el armado de los ganchos

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aAAAA Ingeniero Chileno afirma: Si un revisor se pone quisquilloso y encuentra defectos por aquí y por allá, no lo vuelven a contratar.

En la mayoría de edicios fallados los estribos estaban doblados a 90 grados.

En Chile se paga el doblado por kilo de hierro. René Lagos señala que las especificaciones de la norma son un problema para las constructoras, porque se traducen “en un trabajo más lento que atenta contra las liquidaciones de fin de mes de los enfierradores”.

Edificio Rio Alto 12 pisos

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El diseño era como una caja con estructura en muros delgados

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Se observa la rotura de los muros. Aparentemente fallaron a tensión los refuerzos……

Los análisis revelan fallas graves en el estudio y diseño

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Donde está el hierro de refuerzo de los muros delgados ?

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A 20 metros de distancia se observa un edificio que no falló. Los dos edificios fueron diseñados para espectros diferentes de acuerdo a norma chilena (Suelos tipo II y tipo III respectivamente.

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Las cuantías de hierro muy por debajo de lo normal en Chile

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Algunos constructores prefieren al ingeniero que diseñe con menos hierro

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Los códigos y el análisis se manipulan para bajar las cuantías de refuerzo

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La arquitectura también influyó en las fallas

Edificio O HIGGINS

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Maqueta del edificio de 20 pisos en Concepción

Construcción del edificio

Construcción avanzada

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Edificio antes del terrremoto

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Antes del terremoto Observe la volumetría en la parte alta del edificio

Falla en la parte superior del edificio

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Vista de la falla

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Será que en los cambio de rigidez se concentran los esfuerzos y fallan la estructura……

No se observan daños importantes en los primeros pisos

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Falla en el nivel de cambio de aAAAA rigidez

Tipo de falla similar al del edificio O HIGGINS

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Detalle de la diapositiva anterior

Las construcciones antiguas son muy diferentes en Chile que en Haití

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Entrepisos principalmente de madera

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Y la falla de Puentes

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Falla al cortante en los apoyos de las placas o vigas

Fallas por esparcimiento lateral del suelo en las pilas

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Antes del sismo

Después del sismo

El puente viejo de Concepción

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Gran cantidad de esparcimientos laterales, y fallas de terraplenes

Si hay estructuras que se comportaron excelentemente son los muros en tierra reforzada

COMPORTAMIENTO SISMICO EN ESTRUCTURAS

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