FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
INFORME ACADÉMICO EXPERIENCIA CURRICULAR DE COMPETENCIA COMUNICATIVA TÍTULO
DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIO EN EL PERÚ AUTORES Magallanes García, Alan Eduardo Cajaleón Salas, Omar Christian Atencio Espinoza, Elvis Jhonatan Ascencio Melgarejo, José
ASESOR(A) Orrego Cumpa, Rosalina
AULA Y TURNO 609B LIMA – PERÚ 2014-I 3
ÍNDICE INTRODUCCIÓN 1. Fundamentos del diseño sísmico....................................................................................................6 2. Objetivos del diseño sísmico...........................................................................................................7 3. Propiedades de los materiales para estructuras antisísmicas.........................................................8 4. Diferencias entre los tipos de sistemas estructurales....................................................................9 5. Procedimientos constructivos y normas legales sismorresistentes en el Perú.............................10 CONCLUSIÓN REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS
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EL DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS EN EL PERÚ INTRODUCCIÓN En la actualidad debido a un mayor conocimiento de los fenómenos sísmicos y sus consecuencias, existe una mayor responsabilidad para minimizar los riesgos, es por eso que se hace necesario la introducción de nuevas formas de concebir edificaciones más resistentes, a esto se lo denomina diseño sísmico de edificios.
Para planificar la construcción de un edificio, tan importante como el diseño es el análisis de la estructura, aún más si se realizara sobre una región altamente sísmica como es el territorio nacional. Por eso es de vital interés saber seleccionar los materiales y procedimientos correctos afín de lograr un sistema estructural adecuado que debe ser capaz de absorber y disipar la energía introducida por el sismo.
La mayor parte de las construcciones en un principio se han desarrollado en zonas sísmicas, sin que estas hayan propiciado la evolución de técnicas adecuadas para resistirlos, esto debido a que no se comprendían las características de los sismos y más bien se observaban como actos divinos.
Según Reitherman no fue sino bien entrado en el siglo XX que se comenzó a entender estos fenómenos en forma más precisa. El terremoto ocurrido en San Francisco (EE UU) en el año 1906, fue un hito al respecto, pues recién se estableció la idea de que el diseño del edificio influía notablemente en su comportamiento sísmico y en el año 1923, cuando ocurrió otro gran terremoto en Tokio, finalmente se sentaron las bases de los principios del diseño sísmico basados en métodos empíricos. Luego del desastre de Tokio, se desarrollaron métodos analíticos en la cual estuvieron involucrados algunos de los ingenieros y geólogos más brillantes del mundo (Reitherman, 2011, p. 8). Según Piqué, es en el año 1964 cuando recién se realiza el primer proyecto para elegir las Normas Peruanas del diseño sísmico basado en la Asociación de California para Estructuras de Ingeniería (SEAOC) (Piqué, 2001, p. 6). Como sabemos ahora, el territorio nacional se encuentra en una zona altamente sísmica, por eso es una necesidad desarrollar metodologías de análisis y diseño de edificios de acuerdo a nuestra realidad, ya que es muy importante la seguridad tanto de la integridad física de las personas como de las estructuras construidas. 5
Los objetivos del presente informe académico son: General Identificar las características antisísmicas adecuadas y conocer la normatividad vigente, mediante la investigación de fuentes bibliográficas, para la construcción de edificios sísmicos en el Perú. Específicos: 1. Fundamentar teóricamente el diseño sísmico de edificios mediante la investigación de fuentes bibliográficas. 2. Comprender la finalidad del diseño sísmico de edificios mediante la investigación de fuentes bibliográficas. 3. Reconocer las características adecuadas de los materiales para un buen diseño sísmico de edificio mediante la investigación de fuentes bibliográficas. 4. Diferenciar los distintos elementos estructurales mediante la investigación de fuentes bibliográficas. 5. Identificar las principales normas de construcción sísmicas en el Perú, mediante la investigación de fuentes bibliográficas.
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1. Fundamentos del diseño sísmico La Sismología es una ciencia que se encarga del estudio del fenómeno sísmico afín de comprender las causas que lo originan, como se traslada la energía liberada y las características que posee. Los terremotos pueden definirse como movimientos violentos de la corteza terrestre producidos por el choque de las placas tectónicas. Los sismos que se producen cada año pueden registrarse en miles pero solo pocos llegan a ser grandes terremotos. Estos a su vez traen grandes desastres que afectan grandes ciudades, por medio de su magnitud sísmica dejándolos en situaciones devastadoras o incluso inhabitables. Por ello, en el mundo entero se realizan grandes investigaciones dedicadas a encontrar medidas que permitan reducir el efecto de los desastres sísmicos. Gracias a los estudios de la ciencia sea podido prevenir varios desastres, especialmente en los países que se encuentran en el llamado “Cinturón de Fuego del Pacífico”, ya que estos son los más propensos a los movimientos sísmicos. (Reitherman, 2011, p. 9) Los efectos producidos por un terremoto en un lugar determinado se denominan peligrosidad sísmica. Según Bozzo & Barbat los efectos de un sismo “[...] pueden ser representados mediante la aceleración, la velocidad o el desplazamiento sísmico del terreno o también utilizando la intensidad macrosísmica de la zona [...]” (Bozzo & Barbat, 2000, p. 11). Para medir la peligrosidad sísmica se debe analizar los fenómenos ocurridos desde el origen de la emisión del sismo, que es el foco, hasta la zona en estudio, de modo que obtengamos una aproximación de la severidad del terremoto en el lugar. Este estudio corresponde a la sismología y es de especial interés para la ingeniería estructural. El diseño de una edificación en una zona de elevado riesgo sísmico debe ser adecuado afín de poder resistir las cargas horizontales producidas por los movimientos telúricos. Para esto es importante tener muy claro que el diseño sísmico no debe basarse en desarrollar proyectos de una estructura resistente al sismo más intenso que pueda jamás haber existido, sino a aquellos que hayan afectado alguna vez al terreno donde se construirá. Existen diferentes instituciones y especialistas que se encargan de los estudios de sismología, sismicidad y riesgo sísmico, conocimientos indispensables para un buen diseño antisísmico que se ponen al alcance de los ingenieros que luego proyectarán la edificación, pues serán estos lo que harán buen uso de estos recursos.
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La base del análisis sísmico de la edificación es estimar la respuesta sísmica de su estructura ante los temblores. Es necesario hacer uso de un modelo matemático que nos permita determinar con la mayor precisión posible el comportamiento de nuestra estructura ante los esfuerzos inducidos por los sismos, uno de estos modelos que es muy utilizado es el denominado sistema de un grado de libertad. En la actualidad existen una diversidad de softwares que nos permiten realizar un gran análisis con mucha precisión entre ellos tenemos al ETABS que es uno de los más conocidos. 2. Objetivos del diseño sísmico Según Guendelman el diseño sísmico “[...] por desempeño exige el detallamiento apropiado de las zonas o elementos en que se desea concentrar los daños [...] “(Guendelman, 2000, p.13).La estructura de un edificio que se encuentra ubicado en una zona sísmica distingue que no solo haciendo el análisis de la edificación se puede decir ,que una estructura destinada a resistir las cargas gravitatorias soporte un sismo de gran magnitud a la que se le agrega otra que ayude a resistir las cargas sísmicas. Por ello este puede llegar a tener problemas por un mal diseño, mala construcción y ahí es donde pueden aparecer inconvenientes adicionales no detectados con anterioridad. Por otro lado, la forma en que el edificio percibe el sismo depende de la posición en que está respecto al epicentro. Las características dinámicas tanto de la estructura como del movimiento son un papel importante en los efectos de los sismos. Ya que el problema es muy complejo porque las características dinámicas del movimiento son variables tanto durante un mismo temblor, como de uno a otro temblor, dependiendo de la distancia al epicentro, profundidad focal y magnitud del sismo, así como del tipo de terreno en que estén desplantadas las estructuras. Según Degenkolb “[...] Gran parte del problema se resolvería si todas las estructuras fueran de una forma regular “(Degenkolb, 2008, p.27). El análisis estructural adecuado se debe proporcionar mediante un diseño que aporte seguridad y funcionamiento. Para ello es importante realizas el análisis y diseño estructural de una casa aplicando los requisitos y las normas moderno para la construcción de estructuras de acero ya sean estructuras de techo, viguetas de entrepiso o cualquier estructura de concreto analizando para así no poder tener problemas con la edificación dada.
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El diseño sísmico no debe excederse el estado límite de supervivencia ni para sismos extraordinarios que tengan una muy pequeña probabilidad de ocurrencia. Esto es de suma importancia ya que las personas hoy en día viven atemorizadas por los cambios que se da en nuestro entorno gastando gran cantidad de dinero en medicamentos y botiquín de primeros auxilios, lo que la gente debe es reforzar sus viviendas y así no estar descontrolados cuando pase un sismo u otro fenómeno. (Perles, 2012, p. 89) 3. Propiedades de los materiales para estructuras antisísmicas Las propiedades de los materiales a usar en la construcción de una edificación antisísmica deben de ser adecuadas para absorber las acciones producidas por los sismos. Al respecto Bazán y Meli, afirman que las principales características de los materiales a tener en cuenta son: “[...] el peso volumétrico del material (éste define la masa de la estructura y por tanto influye en las fuerzas de inercia que se generan y en los periodos de vibración); el módulo de elasticidad del material, que es determinante en la rigidez lateral de la estructura y en su periodo; la forma de la curva esfuerzo-deformación del material es importante más allá del solo módulo de elasticidad; la ductibilidad del comportamiento y la forma de los lazos de histéresis definen el amortiguamiento inelástico con que puede contarse (Bazán & Meli, 2011, p. 153). Cuando hablamos del concreto, su característica más significativa es su resistencia. Esta depende en gran medida del diseño de la mezcla, es decir de la cantidad y calidad de los agregados que la conforman, existiendo por esta razón diferente tipos de concreto con variadas resistencias. Pero el concreto tiene un defecto en su resistencia, pues, a pesar de soportar grandes esfuerzos verticales no sucede lo mismo con esfuerzos horizontales, siendo de esta clase los esfuerzos producidos por los sismos. Para evitar este problema se suele aplicar esfuerzos transversales de compresión al concreto, a este procedimiento se le denomina confinamiento, dando como resultado el incremento de su resistencia en compresión axial y también su capacidad de deformación elástica ante esfuerzos horizontales. Las estructuras de acero son adecuadas para soportar las cargas sísmicas, ya que el acero resiste muy bien los esfuerzos de tracción. Entre los elementos que componen una edificación, la estructura es el más esencial ya que se encarga de recibir y soportar las acciones que se producen en el exterior del edificio o en la propia estructura. El acero de uso estructural es un 9
material de fabricación industrializada, lo cual asegura un adecuado control de calidad. Este material se caracteriza por una elevada resistencia, rigidez y ductilidad (esto es capacidad de soportar deformaciones plásticas sin disminuir su capacidad resistente), por cual su uso es muy recomendable para construcciones sismorresistentes. Según Bruschi “[...] el estado límite de integridad estructural puede presentar daños no estructurales y daños estructurales menores, sin alcanzar la capacidad de carga de los elementos estructurales [...] “(Bruschi, 2003, p.41) Los llamados sistemas de protección sísmica, brindan una excelente protección sísmica debido a la capacidad de atenuar la energía introducida por un sismo. Entre sus características tenemos las siguientes:
Desempeño bajo todas las cargas de servicio, verticales y horizontales. Deberá ser tan efectiva como la estructura convencional.
Provee la flexibilidad horizontal suficiente para alcanzar el periodo natural de la estructura aislada.
Capacidad de la estructura de retornar a su estado original sin desplazamientos residuales.
Provee un adecuado nivel de disipación de energía, de modo de controlar los desplazamientos que de otra forma pudieran dañar otros elementos estructurales. Entre los más utilizados tenemos a los aisladores sísmicos y los disipadores de energía sísmica.
4. Diferencias entre los tipos de sistemas estructurales
El análisis de las cargas o esfuerzos sobre las estructuras es indispensable para conocer la resistencia de esta. “Para obtener un proyecto apropiado deben diseñarse las formas del tipo estructural de modo que se deriven las cargas que soportan con el mínimo esfuerzo y por consiguiente la mínima solicitación. Es necesario entonces, considerar la sustentación, vinculación y luz a salvar requeridas por cada elemento, de modo de optimizar su comportamiento [...]” (Castro & Bataglia, 2011, p. 15).
Analizar los efectos que tiene las cargas horizontales y verticales en las estructuras para conocer su resistencia. Por lo tanto si uno no sabe o no conoce la resistencia que tiene dicha
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estructura, por el peso puede sufrir daños drásticos y esto nos lleva a perdida de material o incluso pérdida de vidas humanas.
Analizar la estructura de modo que tenga buenos materiales y por consiguiente las cargas tengan un buen soporte. Es necesario entonces, considerar las sus tenciones de profesionales para así conocer los principios y elementos de los materiales de la misma forma conocer la carga para que esta no se desplome y causa accidentes muy graves.
El análisis debe estar orientado a las edificaciones, buscar la mayor resistencia con los menores requerimientos. Esto es de suma importancia porque conocer los principios de la edificación puede ayudar en cuento los materiales y así saber que comprar y no abra una perdida alguna en las edificaciones. (Castro y Bataglia, 2011, p. 27)
5. Procedimientos constructivos y normas legales sismorresistentes en el Perú
El procedimiento constructivo correcto, garantizará en la práctica que el edifico responda como se había previsto en el diseño, ya que en los distintos campos de la construcción existen diversos tipos de criterios para garantizar una buena edificación. En primer lugar cuando las capas superficiales del terreno no sean capaces de soportar las cargas adicionales, para ello lo primordial es la estabilidad del cimiento donde está construido y la capacidad de la carga del terreno donde será la edificación, por otro lado cuando el terreno muestra suficiente resistencia, pero no está capacitado para los cambios de volúmenes externos como las lluvias, corrientes de agua, etc. Para ello son necesarios diversos tipos de técnicas que ayuden a contrarrestar estos factores secundarios.
Las cimentaciones profundas son indispensables para edificaciones donde el suelo no brinda mucha sustentabilidad. Se caracterizan por valerse de las fuerzas de reacción verticales sometidas sobre sus componentes verticales, como de rozamiento creado entre la cimentación y el terreno. Son aquellos componentes que transmiten el peso de una estructura hacia las capas profundas del subsuelo evitando las deformaciones de la superficie. Estos son encargados de soportar la carga de pesos muertos y pesos vivos. Estos son indispensables para el beneficio de la construcción, encargados de soportar todo riesgo de sismos. Al respecto 11
Ferri comenta: “[Las cimentaciones profundas] Son aquellas que por razones de tener que alcanzar estratos resistentes del suelo situados a gran profundidad, o bien por la propia inexistencia de estos, deben de construirse de manera que puedan transmitir las cargas a dichas capas resistentes y profundas con tensiones admisibles adecuadas, o bien repartirlas, creando las fuerzas de rozamiento necesarias, sobre los estratos que se atraviesan” (Ferri, 2011, pp. 87)
El conocimiento de las normas que rigen las actividades de la construcción nos permitirá saber nuestras responsabilidades. Esta norma establece las condiciones mínimas para que las edificaciones diseñadas según sus requerimientos tengan un comportamiento sísmico acorde señalado en el artículo 3. El Artículo 3 del Capítulo I de la Norma E.030 del Reglamento Nacional de Edificaciones del Perú denominada: filosofía y principios del diseño sismorresistente, señala que: “la filosofía del diseño sismorresistente consiste en: a. Evitar pérdidas de vidas b. Asegurar la continuidad de los servicios básicos c. Minimizar los daños a la propiedad” (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006, p. 209).
Se denomina concepción estructural sismorresistente, a algunas solicitaciones que permitirán un buen diseño antisísmico.
El comportamiento sísmico de las edificaciones
mejora cuando se observan las siguientes condiciones:
Simetría
Peso mínimo
Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.
Resistencia adecuada
Continuidad en la estructura
Ductibilidad
Deformación limitada
Consideraciones locales
Buena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa
Todas estas condiciones están prescritas en el Artículo 9 del Capítulo III de la Norma E.030 del Reglamento Nacional de Edificaciones.
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Conclusión: Se entiende por diseño sísmico de edificios al conjunto de medidas adoptadas durante el bosquejo de una edificación con la finalidad de que ésta soporte con el menor daño posible las acciones de los sismos. Para lograr esto se debe conocer la peligrosidad sísmica de la zona donde se pretende realizar la construcción, implementar características especiales en la estructura las cuales ya hayan sido probadas su efectividad, además de tener en cuenta la normatividad vigente para restringir nuestro accionar dentro de los límites que la ley permite.
Un mayor conocimiento de la naturaleza nos brinda mayores oportunidades para sobreponernos ante eventuales peligros producidos por ésta, a través del desarrollo de tecnologías cuya finalidad sea disminuir los riesgos. Este tipo de tecnología debería ser implementada rápidamente en las regiones que más lo necesiten. Además se debe prever el impacto del uso de estas tecnologías afín de no generar en un futuro más problemas de los que se pretendían resolver.
El diseño sísmico de edifico en el Perú es muy importante, debido a los antecedentes que tenemos en el territorio nacional, ya que somos parte del llamado “Cinturón de Fuego del Pacífico”. Por eso creemos que un diseño orientado a la seguridad estructural antisísmica es posible siempre y cuando se tomen en cuenta desde la concepción de la edificación: el riesgo sísmico del lugar, los materiales con las características más adecuadas, sistemas o dispositivos de disipación de energía sísmica y el conocimiento de las normas que rigen esta actividad. Todo esto sería inútil si no hay apoyo de las empresas constructoras e inmobiliarias, pues son ellas las que finalmente ejecutan los proyectos constructivos. Además no hay que dejar de mencionar el rol del Estado en materia de legislación y fiscalización solo así lograremos alcanzar infraestructuras más resistentes para el bien común de todos los peruanos.
La investigación realizada ha desarrollado en el investigador la capacidad de identificar: cuales son las características adecuadas para un buen diseño de una edificación antisísmica como también las normas establecidas en el Perú que rige este rubro, mediante la utilización de fuentes bibliográficas. Se fundamentó pertinentemente sobre el diseño sísmico de edificios, cual es su finalidad, se reconoció las propiedades más idóneas de los materiales para alcanzarlo. Diferenció entre los distintos sistemas estructurales más utilizados. En definitiva se identificaron las 13
características adecuadas para la realización de un buen diseño símico de edificios y las normas que estipulan el correcto desenvolvimiento de esta actividad; incrementando las habilidades de investigación de fuentes bibliográficas a través del uso apropiado de la información temática.
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