FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERÍA CIVIL
Dr. ING. ALAN Y. VALDIVIESO VELARDE Docente del curso
DEFINICIÓN La Ingeniería SismoResistente, es parte de la dinámica estructural, que
En los últimos años, se han desarrollado propuestas que intentan precisar este objetivo, indicando el desempeño ideal que deberían tener las obras civiles según su importancia y en diferentes niveles de peligro.
e investiga iga los métodos de cálculo estr estruc uctu tura ral, l, que que gara garant ntiz izan an su buen comportamiento y segu seguri rida dadd estr estruc uctu tura rall ante ante los los sismos. Su terremotos.
durante
.
Colapso de una Autopista elevada en el terremoto de Kobe, Japón 1995
RESEÑA HISTÓRICA DE LOS SISMOS EN EL PERÚ
Gran terremoto que destruyó el A las 11:30 horas terremoto que A las 13:30 horas, la conmoción primitivo asiento de la ciudad de destruyó la Ciudad de Arequipa. sísmica arruinó las ciudades de Arequipa, fue la época del Inca El movimiento se percibió en Arequipa y Arica. Un Tsunami Túpac Yupanqui, en la cual Lima. Perecieron más de 30 destruyó la ciudad de Arica y el perecieron todos sus habitantes y personas sepultadas entre los puerto de Pisco, como hubo la erupción del volcán Misti, escombros, tuvo una magnitud de consecuencia del Tsunami alcanzó una intensidad de VIII en 8.1.(750 Km. al NE de Arequipa), murieron 23 personas en Arica. la Escala Modificada de Mercalli. el movimiento sísmico alcanzó Tuvo una magnitud de 7.8, y una intensidad de X en la Escala alcanzó una intensidad de VIII en Modificada de Mercalli, en la Escala Modificada de Mercalli, Socabaya; en Arequipa se sintió en las ciudades de Arequipa, con una intensidad de IX. Moquegua, Tacna y Arica.
A las 14:00 horas, se produjo un terremoto en el Cuzco que dejó a la ciudad en ruinas. Fue sentido en Lima y tuvo una magnitud de 7.6.
A las 05:00 horas terremoto que causó graves daños en los pueblos de Camaná, Ocoña, Caravelí, Chuquibamba y valle de Majes. Se sintió en Lima. Murieron 70 personas en Camaná y Ocoña, 60 en Chuquibamba y 32 en Caravelí, tuvo una magnitud de 7.9, y una intensidad de VII en la Escala Modificada de Mercalli.
A las 16:45 horas este terremoto alcanzó una intensidad de grado XI y fue acompañado de tsunami. Según el historiador Toribio Polo (1904), este terremoto es uno de los mayores que se han verificado en el Perú desde su conquista. El epicentro posiblemente estuvo en el Puerto de Arica, se sintió hasta unos 1400 Kms. al norte y a la misma distancia hacia el sur.
A las 17:13 horas terremoto que destruyó la ciudad de Caravelí, este movimiento produjo desplome de todos los edificios de dicha ciudad y derrumbes de las laderas del valle. Hubo 4 heridos, además afectó otras poblaciones situadas más al Sur como la de Chuquibamba. En Atico se destruyeron muchas edificaciones, resultando un muerto y varios heridos. En el pueblo de Ocoña el sismo causó daños apreciables en las edificaciones.
A las 10:40:34 horas fuerte terremoto en el departamento de Arequipa que dejó un saldo de 63 muertos y centenares de heridos. El pueblo de Chuquibamba quedó reducido a escombros, siendo igualmente destructor en Caravelí, Cotahuasi, Omate, Puquina, Moquegua y la ciudad de Arequipa.
Terremoto de magnitud 7.8 y gran aluvión en el Callejón de Huaylas: 67 mil muertos, 150 mil heridos.
Terremoto de 6.2 grados en la escala de Richter. Afectó Maca, Lare y otras localidades del Valle del Colca en Arequipa. 12 muertos. 70 heridos, 800 damnificados, 323 viviendas derrumbadas.
Se produjo un violento Terremoto en el Sur del país provincias de Ica, Pisco, Nazca y Palpa en el departamento de Ica. Magnitud 6.4 en la escala de Richter. 17 muertos, 1,591 heridos, 94,047 damnificados, 5,346 viviendas destruidas, 12,700 viviendas afectadas.
Sismo de magnitud 7.0 de la Escala de Richter. El epicentro fue localizado a 90 KM. al NE de la localidad de Moyabamba. En Amazonas, 08 heridos; en Cajamarca, 06 heridos; en La Libertad, 01 fallecido y 30 heridos; en San Martín, 04 fallecidos y 22 heridos.
Terremoto de Chincha y Pisco con una duración cerca de 3 min 30 s . Su epicentro se localizó en las costas del centro del Perú a 40 km al oeste de Pisco y a 150 km al suroeste de Lima, y su hipocentro se ubicó a 39 km de profundidad. Fue uno de los terremotos más violentos ocurridos en el Perú en los últimos años.
RESEÑA HISTÓRICA DE LOS SISMOS EN EL MUNDO
Es de vital importancia el tener conocimiento acerca de las estrategias sismorresistente, hablando del análisis y del diseño sismorresistente en edificaciones. Para ello, empezaremos disertando acerca del estado del arte de la ingeniería sismorresistente.
DISEÑO DEL ARTE
En el estado del arte de la ingeniería sismorresistente, para cumplir con la filosofía de la norma E.030, parte de la cual es garantizar la resistencia de la estructura a la energía generada por un sismo .
INGENIERIA SISMORRESISTENTE
METODOLOGÍAS
Disipar la energía por degradación estructural
Disipar la energía mediante elementos que la concentren y la disipen
Disipar la energía mediante elementos distribuidos de tal manera que eviten que esta llegue a la superestructura.
A inicio de los años 60, se establece en Nueva Zelanda una estrategia de diseño de edificios denominada
Está estrategia ha estado dirigida a
“Diseño por Capacidad” la
cual se extendió posteriormente a EEUU y el resto de países con acción sísmica.
Las estructuras deben ser capaces de incursionar en el rango inelástico de forma estable, y disipar energía controlando el daño ocasionado por un evento sísmico.
Por esta razón
, en un rango de desplazamientos que superen la condición elástica.
Un sistema se puede considerar dúctil cuando es capaz de experimentar deformaciones importantes bajo carga constante, sin sufrir daños excesivos o pérdida de resistencia bajo ciclos repetidos de carga y descarga.
de edificaciones ubicadas en regiones de significativa actividad sísmica, y debido a ello, es necesario estudiar que condiciones y parámetros la afectan.
La metodología de diseño aplicada en la mayoría de las normas considera un único nivel de sismo de diseño.
Debido a esto se propone lo que se denomina “Diseño por Desempeño Sísmico”,
donde se plantea la revisión de diferentes estados límite (Servicio, Diseño y Máximo)
Puede ser el mayor esperado en el lapso previsto de vida útil de la estructura, con una única intensidad o nivel de aceleración, sin considerar que la misma adicionalmente debe atender a condiciones de servicio y de prevención de colapso.
COMPORTAMIENTO ELASTICO DE LAS ESTRUCTURAS Podemos definir la deformación de un elemento estructural como una debido a una fuerza mecánica externa, a una variación de temperatura, a un cedimiento de apoyos, etc.
La deformación puede ser elástica, cuando desaparece al cesar la acción que lo produce, por lo que las partículas elementales del cuerpo vuelven a su posición inicial.
En la Naturaleza no existen deformaciones exclusivamente elásticas, pues cualquier cuerpo estructural, después de ser deformado, al cesar la acción, no vuelve nunca a las condiciones iniciales. En la práctica diremos que el cuerpo se comporta elásticamente cuando la deformación permanente que sufre es casi imperceptible.
RESPUESTA ELÁSTICA DE LAS ESTRUCTURAS
Cuando el comportamiento de la estructura es elástico, entonces el punto de demanda se encuentra en la zona elástica del Espectro de Capacidad y corresponde a la intersección directa de ambos espectros.
METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION PRINCIPIO BÁSICO “Los elementos estructurales sismo-resistentes durante la
acción sísmica deben poder responder con la rigidez, resistencia, ductilidad y sincronización previstas en el diseño y análisis estructural. “ Es decir, deben poder ofrecer toda su capacidad sismoresistente en forma simultánea. Caso contrario se produce el escalonamiento de la misma, pudiendo llegarse por esta causa al colapso total del edificio. La causas que pueden provocar el escalonamiento de la capacidad sismo-resistente de los edificios
1. Torsión sísmica.
2. Columnas cortas.
3. Seudo-resonancia.
4. Golpeteo.
5. Pisos flexibles.
En este sentido comenzamos por establecer las variables referenciales a compatibilizar morfológicamente:
La forma final ajustada significa un proyecto arquitectónico del edificio sismo-resistencia.
, optimizando su
La metodología propuesta para el logro de la misma exige transformar todos y cada uno de los condicionantes sismo-resistentes en condicionantes morfológicos del proyecto arquitectónico en particular. Este objetivo constituye, sin duda,
utilizado.
1. Piso flexible. 2. Choque de edificios 3. Torsión sísmica 4. Seudo-resonancia 5. Cambios bruscos de rigideces en planta y elevación. 6. Rigidez-flexibilidad 7. Pesos concentrados 8. Columnas cortas 9. Edificios altos 10. Edificios con plantas en forma L, U y T.
Su metodología facilita notablemente su aplicación práctica por los profesionales de la Arquitectura y de ninguna manera implica perder originalidad ni mucho menos creatividad. Todo lo contrario, si bien hay que desechar conceptos muy arraigados, permitirá generar otros nuevos y originales que den expresión propia a la Arquitectura Sismo-resistente.
Esta situación se da cuando en un determinado piso de un edificio alto,
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Esta situación produce una fuerte concentración de fuerzas sísmicas en el mismo, dando lugar a un peligroso mecanismo de escalamiento de la resistencia del edificio.
La respuesta morfológica consiste en evitar esta situación en el diseño arquitectónico. Cuando se requiera un piso de grandes luces, éste deberá ubicarse en el último piso, o ubicarlo fuera de la planta de la torre, y desarrollarlo en un solo nivel preferentemente.
Esto ocurre cuando entre los edificios no existen juntas y el choque se produce cuando sus oscilaciones son desfasadas. Situación completamente normal en estos casos, por lo que se hace necesario evitarla.
La respuesta morfológica consiste en separarlos, tal como prescriben las normas actuales En los casos de un mismo edificio, conviene proyectar las distintas funciones en cuerpos separados completamente.
Esto , permite
una y también evita cambios bruscos de rigideces en planta y altura.
Este En esta situación aparecen solicitaciones adicionales especialmente en aquellas más alejadas del CR. Esto exige también la s ía funcional de la planta arquitectónica.
del edificio. Este problema si bien se tiene en cuenta en el análisis estructural es totalmente indeseable porque
Además,
y de los elementos no estructurales interactuantes.
adicionales y en forma desigual entre el conjunto de columnas.
La simétricas.
Pudiendo provocar el
metría
Dando pie al escalonamiento de la capacidad resistente del edificio.
, condición que amplifica notablemente la acción sísmica. Se compatibiliza haciendo diferentes ambos períodos de vibración, es decir: (Fórmula Carmona-Herrera )
Donde: Tt = período predominante del terreno. Te = período propio del edificio. h = altura del edificio. 1 = ancho del edificio en la dirección considerada . •
• •
•
La respuesta morfológica está dada por dicha ecuación ya que Te es función de sus dimensiones espaciales (ancho y altura del edificio). Estas dimensiones habrá que manejarlas para que Tt≠Te, puesto que Tt=cte para cada caso particular.
Cuando se requiere un edificio rígido o flexible, es decir poco deformable o más deformable se recurre lógicamente a estructuras rígidas.
La eliminación de estas situaciones se logra utilizando, lógicamente, Como lo son los tabiques de hormigón armado y o alta densidad de muros de mampostería de alta resistencia y espesor de 0,20 m o bien todo lo contrario en los edificios flexibles.
Sin duda, ambos casos repercuten en la morfología espacial de tales edificios.
En la mayoría de las actuales normas sismoresistentes el coeficiente sísmico aumenta casi proporcionalmente a la altura del piso respecto del terreno.
En consecuencia, en el Diseño Arquitectónico, es muy importante tener en cuenta este principio, tanto para evitar el uso de materiales pesados, contrapisos, tabiques divisorios, revestimientos, etc., en los niveles superiores.
Como también para ubicar los locales destinados a archivos, piletas de natación o equipos pesad os en los niveles inferiores.
Se consigue así, no sólo reducir las fuerzas sísmicas por el hecho de que el coeficiente sísmico aumenta en los niveles superiores, sino también reducir, naturalmente, los momentos y cortes sísmico
El ejemplo siguiente deja perfectamente aclarada la importancia de este último concepto.
Se trata de una construcción de seis niveles donde se compara el efecto sísmico provocado por un cierto peso P, ubicado primero en el quinto nivel y luego en el primer nivel de la misma construcción
LAS CONCLUSIONES SON TERMINANTES. Para el caso P ubicado en el quinto nivel, el momento al vuelco resulta 25 veces mayor que para el caso de P ubicado en el primer nivel. Además, el corte sísmico afecta a los niveles del uno al cinco; en cambio, en el segundo caso, sólo al primer nivel y en una relación 5 veces menor.
La rotura de estos elementos resistentes deja indefenso al resto de los elementos resistentes, pudiendo sobrevenir el
Esta situación puede ser fácilmente evitada cuando es consecuencia de la forma y ubicación de las aberturas. En cambio, cuando se debe a desniveles de entrepisos de media altura es prácticamente imposible su eliminación, por lo que estos desniveles deben ser eliminados en el proyecto arquitectónico sismo-resistente
En los edificios altos (de más de 10 niveles)
Esta forma ajustada ideal debe exigirse en prácticamente
Las formas L, U y T por la flexibilidad de los entrepisos dan lugar a momentos torsores, aun cuando se haya previsto que CT=CM.
Esto se explica porque la flexibilidad de los entrepisos reduce las rigideces de las columnas, especialmente en los extremos de las correspondientes losas.
Esta metodología representa, sin duda, el y también de los edificios
Su
y de ninguna manera implica perder originalidad ni mucho menos creatividad. Todo lo contrario, si bien hay que desechar conceptos muy arraigados, permitirá generar otros nuevos y originales que den expresión propia a la Arquitectura Sismo-resistente.
INVESTIGACIÓN Y LECCIONES DE SISMOS PASADOS
A partir de todos los sismos ocurridos en el mundo y nuestro país, es inevitable buscar una solución integral al problema sísmico, que a cobrado vidas y pérdidas materiales desde hace muchos años atrás y que actualmente vivimos temerosos ante la llegada de una catastrofe
Deberemos realizar un diagnóstico sobre la resistencia de la vivienda contra los terremotos, mejorar dicha resistencia, fijar o disponer dispositivos para fijar los muebles y que en caso de terremotos que no se caigan, colocar una película o film en los cristales para que si se rompen no salgan los cristales despedidos por el lugar, etc.
Es necesario invertir en tecnología estructurales y así mejorar las normas de construcción y vigilar su cumplimiento.
Los especialistas destacan además la necesidad de revertir la corrupción en los trámites de construcción de vivienda, tener normas estrictas y cumplirlas, y planear mejor el crecimiento de las ciudades de acuerdo con sus características.
Es decir cómo planifica una familia su accionar ante un desastre como un sismo.
Esto incluye preacuerdos de cómo se comunicarán en caso de una emergencia, cuál será el punto de encuentro, preparación de una mochila de emergencia y un botiquín de primeros auxilios
Así como asignar funciones específicas a cada miembro como atender a personas con dificultades (ancianos o niños muy pequeños).
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Las autoridades deben trabajar con la población para reducir los riesgos ante desastres como un sismo.
Además de víveres, ropa y botiquines, cada gobierno local debería añadir a sus programas de prevención de desastres elementos que puedan ser útiles para atender mejor una emergencia.
Como herramientas de trabajo que faciliten el rescate de sobrevivientes.
Recordemos que, el no tener herramientas útiles para rescatar a los sobrevivientes fue uno de los factores que más víctimas ha dejado.
Queremos superar la idea, existente en la mayoría de los arquitectos e ingenieros, por la que responsabilizan solamente a la estructura resistente de la seguridad sísmica del edificio.
a una arquitectura comprometida con la necesidad de optimizar los procesos de diseño y materialización de los asentamientos humanos localizados en zonas de alto riesgo sísmico, basada en la compatibilización de las interrelaciones entre sus componentes o subsistemas interactuantes durante la acción sísmica.
