Capítulo 1 Introducción a la Ingeniería Sísmica
Capítulo 1
una magnitud de 7.9 y 70,000 muertos; en Michoacán, México,
Introducción a la Ingeniería Sísmica
oficial de 9,500 muertos, principalmente en México, D.F., tam-
Por diferentes razones una gran cantidad de los asentamientos humanos tanto en la República Mexicana como en el mundo, han ocupado zonas de mediana a alta sismicidad. Lo anterior ha tenido un costo económico elevado ya que después de un temblor intenso, se han observado daños no solo en las edificaciones sino también en las vías terrestres de comunicación, en las líneas alimentadoras de distintos tipos de instalaciones como pueden ser gas, teléfono, electricidad lo que también ha ocasionado pérdidas económicas de manera indirecta cuando se interrumpen las actividades económicas de la zona afectada por un sismo. Lamentablemente también se han tenido pérdidas de vidas humanas en sismos sismos de gran intensidad; intensidad; como en Tang-Shan, China (27-07-76), sismo sismo de magnitud magnitud 7.5 y una cifra oficial oficial de pérdidas humanas de 255,000; en Sumatra (24-12-06) donde fueron afectadas 14 ciudades al Sur de Asia y al Este de África con una magnitud de 9.1 y un saldo de 227,898 muertos; El terremoto de Chile (22-05-60) con la máxima magnitud calculada de 9.5 y 1,655 muertos; en Chimbote, Perú (31-05-70) con
(19-09-85) sismo de magnitud 8.0, en donde se dio una cifra bién hubo gran destrucción y daños en los estados de Michoacán, Jalisco y Colima; Sichuan China (12-05-08), sismo de magnitud 7.9, aproximadamente 70,000 muertos. Sin m encionar otros sismos de mayor magnitud pero con menores daños causados. (http://earthquake.usgs.gov/eqcenter ) Después de un evento sísmico de intensidad considerable, uno se puede preguntar: ¿Porqué algunas edificaciones sufren mayor daño que otras a pesar de estar dentro de la misma zona?, ¿porqué el Valle de México sufre los efectos de los sismos a pesar de que sus epicentros se localizan en las costas del Pacífico a distancias del orden de los 400 km?, ¿Cuál es el origen de los sismos?, ¿Existe alguna forma de predecir un evento sísmico?, ¿Cómo se debe construir en zonas sísmicas?, etc. A través de este texto se contestarán en cierto grado las interrogantes planteadas y como libro introductorio del tema, nos presentará las bases para poder profundizar en algunos aspectos relacionados con la especialidad denominada Ingeniería Sísmica. Página 1
Capítulo 1 Introducción a la Ingeniería Sísmica
Por lo anterior es importante para la formación del estudiante de
La teoría de la tectónica de placas basada en el avance de las
Ingeniería Civil, adentrarse en el estudio de esta parte de la
investigaciones en Geofísica, Sismología y Oceanografía, han
ingeniería, de donde surge la idea de este libro como un primer
confirmado la idea principal de la teoría de la deriva de los con-
acercamiento a esta disciplina.
tinentes de Wegener.
1.1 Origen y propagación de los movimientos sísmicos tectónicos
Para adentrarnos en el conocimiento de la Sísmología, descri-
La teoría denominada Tectónica Tectónica de Placas, Placas, establece las bases para comprender el origen y la propagación de los sismos.
birémos la estructura interna interna de la tierra. Se ha estimado que el diámetro de la tierra es de 12 756 km, y está formado de varias capas concéntricas que se denominan: Núcleo interno, núcleo externo, manto y corteza.
Fue el científico Alemán Alfred Wegener quién en 1912 dio a conocer su famosa teoría de la deriva de los continentes, en donde estableció que grandes extensiones de los continentes se desplazan sobre un manto líquido que subyace por debajo de la corteza terrestre. Wegener encontró similitud entre los fósiles, rocas y estructuras geológicas en dos continentes separados por el océano Atlántico y también hizo hizo notar la semejanza semejanza que existe entre entre los contornos de la costa occidental de África con la oriental de Su-
El núcleo interno tiene un espesor de 1278 km, está constituido de material muy denso y sólido. El núcleo externo tiene un espesor de 2200 km, está constituido de hierro y níquel fundidos, se calcula una densidad de 13.5 veces mayor que la del agua. El manto es una masa masa sólida de composición composición variable variable con espesor de 2900 km, y en algunas partes llega a estar a 40 Km de la superficie terrestre. Entre los 100 y 250 km de profundidad se ubica una capa capa del manto superior llamado astenósfera, cuyas
damérica lo cual arroja indicios de que se hace unos doscientos
características principales son, su baja velocidad de propaga-
millones de años, ambos continentes formaban uno solo que él
ción de las ondas sísmicas, está parcialmente fundida siendo un
llamó Pangea palabra griega que quiere decir “todas las tierras”.
medio visco-elástico visco-elástico capaz de deformarse plásticamente. Página 2
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La capa exterior del planeta tierra es conocida como corteza, y
La litosfera esta compuesta por la corteza y por la parte del
esta formada por rocas basálticas y graníticas. En esta capa se
manto superior que se considera sólida, y tiene un espesor
alojan los océanos y los continentes. El espesor aproximado de
estimado de 100 km. A su vez, la litosfera esta apoyada sobre
la corteza bajo los océanos es de 7 km hasta 13 km. Las plata-
la astenósfera, que es una capa del manto parcialmente fundi-
formas continentales están constituidas por rocas graníticas con
da. Una ilustración de la estructura de la tierra la puede ver en
un espesor de 35 a 75 km.
http://www.smis.org.mx/ sección Sismos en México, Constitución interna de la tierra.
Entre la corteza y el manto se produce un cambio en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas debido a la presencia de una zona llamada discontinuidad de Mohorovicic , que se encuentra en una profundidad promedio de 35 km y no es mas que una transición entre las rocas cristalinas de la corteza y las rocas densas no cristalinas del manto superior. A pesar de la rigidez y resistencia del material que forma la corteza, ésta sufre deformaciones y fracturas debidas a fuerzas producidas por corrientes de convección térmica que se generan en el manto, por tal razón se han formado cadenas montañosas en los continentes, así como fosas profundas y cordilleras en los océanos.
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El origen de los sismos denominados tectónicos, se atribuye al deslizamiento y fricción entre las placas que forman la corteza terrestre. Aunque también hay sismos debidos a las erupciones volcánicas.
El deslizamiento y fricción entre las placas continentales y las que provienen del océano hundiéndose por debajo de ellas, genera sismos constantemente. Lo anterior ocurre cuando la Existe una dinámica del movimiento de las placas que confor-
resistencia de la roca se agota y ocurre el deslizamiento, a este
man la corteza terrestre en el espesor de la litósfera, en donde,
mecanismo de falla se le conoce como subducción.
por ejemplo, en el fondo del océano pacífico constantemente hay erupciones que están expulsando enormes cantidades de
Si en la frontera de subducción hay deslizamiento frecuente,
nueva corteza y en las proximidades a las placas continentales
quiere decir que no se acumula demasiada energía sin ser libe-
la corteza se hunde por debajo de ellas para ser nuevamente
rada, es por eso, que en las zonas donde durante mucho tiem-
fundida. Ver figura 4 en http://www.smis.org.mx/ sección Sismos
po no se ha liberado energía, el deslizamiento súbito en un área
en México, Placas tectónicas.
considerable de fricción entre las placas, puede generar un sismo de enorme magnitud.
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En las costas del pacífico frente al estado de Guerrero se ha detectado una zona de “silencio sísmico” durante un periodo de
muchos años y se considera como una zona de alta potencialidad sísmica. Es por eso, que se tiene una red de instrumentación sísmica en la posible trayectoria de las ondas sísmicas en su viaje hasta la ciudad de México, con el objetivo de alertar a la población, antes de que las ondas arriben a la capital con un margen de un minuto ap roximadamente. Lo anterior no quiere decir que científicamente se puedan predecir la fecha y el lugar donde ocurrirá un sismo de magnitud considerable, aunque se sigue trabajando en modelos matemáticos que tratan de lograr una predicción. También existen sismos de origen volcánico pero nuestro estudio se enfocará a los sismos de origen tectónico.
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Tipos de ondas Cuando ocurre una falla que provoca un temblor de tierra, se generan ondas que se propagan a través de la estructura de la corteza terrestre, de manera análoga a las ondas que se observan en el agua cuando se arroja una piedra. En primer lugar, se tienen las ondas de cuerpo que se componen de dos tipos de onda, las ondas P longitudinales o de compresión y las ondas S trasversales o de corte, cuya velocidad de propagación depende del medio en que se propaguen. Ver figuras 12 y 13 en http://www.smis.org.mx/ sección Sismos en México, Tipos de Ondas.
Ondas Superficiales, también se tienen dos tipos de ondas superficiales, las ondas Rayleigh son ondulaciones en el sentido longitudinal y las ondas Love o de corte trasversal.
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1.2 Medición de los movimientos sísmicos
Desde el punto de vista de Ingeniería Sísmica se emplean dos parámetros para determinar la severidad de los temblores.
Cuando ocurre un sismo, los medios de información no demoran en comunicar el lugar del epicentro donde se generaron las ondas sísmicas además de su magnitud y los daños hasta el momento reportados en los lugares donde tuvo influencia. Para medir la magnitud de un sismo, se emplean los sismógrafos y los acelerógrafos, los primeros son instrumentos que detectan movimientos a grandes distancias y los acelerógrafos solo detectan el movimiento cuando la aceleración del terreno es grande. Ver figuras http://www.smis.org.mx/ sección Sismos en México, Sismógrafos y sismogramas.
1.2.1 Magnitud
La magnitud es un parámetro que indica la cantidad de energía liberada por un sismo. Fue Charles Richter quien en 1935 estableció la siguiente ecuación para determinar la magnitud de un temblor: En donde: A = Amplitud registrada en un sismógrafo de torsión Wood-
Anderson a una distancia dada
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A0 = Es una función de atenuación correspondiente a un sismo
1.2.2 Intensidad
de referencia M L = 0. Este parámetro indica el nivel de daños materiales y humanos Un temblor que ocurre a 100 km de distancia y registra una
causados por los terremotos. Por lo anterior, la intensidad de-
amplitud de 1 mm (1000 micras) de las ondas S en el sismógra-
penderá del lugar en donde se observan sus efectos, del tipo y
fo, se le asignó un valor M L = 3 en la escala de Richter, ya que
calidad de las construcciones y de su densidad de población.
log 1000 = 3 (en base 10), Richter planteo su escala original-
Así, los efectos pueden ser mayores en donde haya mayor po-
mente para sismos locales en el estado de California en EUA.
blación y en las cercanías a los epicentros de los sismos, excepto que haya amplificación de las ondas como es el caso del
Empleando la escala de Richter, ningún sismo ha sobrepasado
valle de México, debido al tipo de suelo suave y compresible
el valor M L = 9, debido al límite de la resistencia de las rocas en
donde se encuentran cimentadas un gran número de edificacio-
los sitios de ruptura donde se originan los terremotos.
nes. Ver: http://earthquake.usgs.gov/learning/animations/
También se han propuesto expresiones para evaluar la magnitud a partir tanto de ondas superficiales como de ondas de cuerpo o profundas, M s y M b respectivamente. Recientemente los sismólogos han propuesto medir la magnitud de los sismos a través de la magnitud del momento sísmico (M W), que toma en cuenta la longitud del desplazamiento a lo largo de una falla, el área de ruptura de la superficie de falla y la resistencia de ruptura de los estratos de roca que fallan Página 8
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La escala de Mercalli Modificada se emplea para medir la inten-
1.2.3 Acelerógrafos
sidad de un sismo: Los acelerógrafos son los dispositivos empleados para medir y registrar las aceleraciones del terreno
, que ocurren duran-
te un temblor de tierra, son instrumentos que no registran movimientos débiles aún estando cerca de los epicentros de los temblores y solo se disparan con m ovimientos fuertes. Los valores de las aceleraciones registradas tienden a disminuir con la distancia a partir de la falla que provoca el temblor, sin embargo, estas aceleraciones pueden variar significativamente para lugares situados a la misma distancia del epicentro en función de las condiciones locales del suelo, o más aún, las aceleraciones pueden amplificarse como en el caso del valle de México, debido a los estratos compresibles de arcilla saturada. Los acelerógrafos contienen un transductor que convierte la fuerza en aceleración, asemejándose a un sistema de resorte, masa y amortiguador con valores que varían según el tipo de acelerógrafo que pueden ser análogos o digitales y pueden medir las aceleraciones en 3 direcciones del movimiento, longitudinal, transversal y vertical.
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Los registros obtenidos por medio de los acelerógrafos se les
1.3.1 Riesgo o peligro sísmico
llama acelerogramas, los cuales en su escala vertical se emplea como unidad el Gal, que se define como aquella acelera-
Los estudios de riesgo sísmico indican la probabilidad de que
ción igual a
ocurra un sismo de determinada intensidad en una región para
.
un periodo de retorno determinado. 1.3 Sismicidad
Cuando en una región se conocen a partir de estudios estadísti-
Estos estudios se emplean en el diseño de estructuras de gran
cos, las fechas, los sitios, las magnitudes y las frecuencias de la
importancia como presas y plantas de energía nuclear, cuya
ocurrencia de los sismos de determinada magnitud o caracterís-
falla no solo causaría pérdida de un número elevado de vidas
tica, se dice que se conoce el grado de sismicidad de esa re-
sino también grandes pérdidas económicas y daños al medio
gión.
ambiente. Existen factores locales que pueden amplificar los efectos de un sismo, tal es el caso del Valle de México, en donde las capas del subsuelo denominado del Lago tienen un espesor de poco más de 40 m de arcillas saturadas lo que ocasiona una fuerte amplificación de la aceleración máxima registrada en suelo duro, a pesar de que el epicentro se encuentre a distancias del orden de 400 km .
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1.4 Espectros Sísmicos
se amplifican enorme y peligrosamente, debido al fenómeno de resonancia.
Los efectos de los sismos en las edificaciones, dependen principalmente de las características de masa y rigidez de la estruc-
Por otra parte, el periodo natural de la estructura no solo está
tura, del movimiento del terreno en su base o cimentación, de la
en función de la masa y la rigidez de la estructura, sino también
interacción entre el suelo y la e structura y de sus incursiones en
se ve afectado por la interacción suelo-estructura, de manera
el intervalo inelástico.
que una misma estructura en suelo o base flexible como un suelo compresible alargará el periodo de la estructura en com-
De manera que las estructuras altas y flexibles tienen una res-
paración con el que tendría la misma estructura en suelo duro o
puesta ante una sacudida en su base, de oscilación más lenta
base rígida en donde el periodo no se modifica.
en comparación con estructuras rígidas de menor altura, cuya respuesta es con movimiento de oscilaciones más rápido. Finalmente, si el temblor es fuerte, es decir, si las aceleraciones Podemos definir como periodo natural Tn , al tiempo que tarda
del terreno son grandes, los desplazamientos y deformaciones
una estructura en realizar un ciclo de su movimiento de oscila-
que sufrirá la estructura se encontrarán fuera del comportamien-
ción al estar vibrando por haber sido perturbada de su configu-
to elástico y la estructura perderá rigidez al sufrir fuertes agrie-
ración de equilibrio, como ocurre cuando su base es sacudida
tamientos y deterioro, lo cual se traducirá en un a largamiento de
por aceleraciones del terreno debidas a un sismo.
su periodo natural al estar vibrando en el intervalo inelástico.
El periodo natural Tn dependerá entonces de la rigidez k y de la masa m de la estructura. También ocurre que si el periodo natural de la estructura Tn , es igual al periodo de vibración del terreno, los efectos del sismo Página 11
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1.4.1
Pensando que de alguna manera se pudieran calcular los des-
Espectros de respuesta
plazamientos o respuesta de cada una de los modelos ante una La respuesta de una estructura bajo cargas dinámicas, puede
excitación o sismo determinado, podríamos seleccionar los va-
obtenerse a través de la historia de desplazamientos
, de
lores máximos o pico de cada una de las historias de despla-
que sufre la masa
zamiento en función del tiempo, como se muestra en la figura
velocidades
o de las aceleraciones
de la estructura en función del tiempo, obviamente los valores
1.3 :
máximos o pico son los de mayor interés. También, la respuesta se puede obtener en función de los cortantes máximos en la base V 0 , en el caso del análisis sísmico de edificios. La respuesta de una estructura correspondiente a la excitación de un sismo en su base, será diferente de la que tendrá otra estructura con diferentes propiedades ante la misma excitación o temblor.
Tn= 0.5 s
Tn= 1.0 s
Tn= 2.05 s
Por ejemplo, en la figura 1.1, se muestran tres modelos de es-
ζ = 0.03
ζ = 0.03
ζ = 0.03
tructuras de un solo grado de libertad con diferente periodo natural de vibración, es decir, con diferentes características de
Figura 1.1 Respuesta de tres sistemas con la misma cantidad
masa y rigidez.
de amortiguamiento ζ.
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En la figura anterior, se observa, que la respuesta de despla-
Podríamos posteriormente graficar la respuesta o desplaza-
zamiento máximo u (t)max , depende del periodo natural de vibra-
miento máximo de cada una de las estructuras así modeladas y
ción del sistema, siendo la mayor respuesta la del modelo con
obtendríamos una gráfica llamada espectro de respuesta para un sismo determinado, como se muestra en la figura 1.4.
.
El espectro de respuesta es un concepto fundamental en la Ingeniería Sísmica, en donde se representan las posibles respuestas máximas de varios sistemas de un solo grado de libertad ante una componente de movimiento del terreno. Por medio de este espectro se pueden determinar de manera práctica las fuerzas laterales equivalentes que se especifican en los códigos de diseño. Tn= 2 s
Tn= 2 s
Tn= 2 s
ζ=0
ζ = 0.02
ζ = 0.05
El desplazamiento del sistema depende del tiempo transcurrido durante la excitación o temblor (t), del periodo natural de vibra-
Figura 1.2 Respuesta de tres sistemas con igual periodo natural
de vibración y distinto coeficiente de amortiguamiento.
ción de cada sistema (T n) y del coeficiente de amortiguamiento (ζ=c/ccr ) de la estructura, que se puede expresar como un por-
centaje o fracción con respecto a la cantidad de amortiguamienEn la figura 1.2, se observa que la respuesta depende ahora de
to para el cual el sistema no sufre oscilaciones (Amortiguamien-
la cantidad de amortiguamiento de cada sistema, a mayor amor-
to crítico c cr ).
tiguamiento menor desplazamiento máximo u(t)max .
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Por ejemplo, la historia de las deformaciones para los tres sistemas de un solo grado de libertad de la fig. 1.1 con una relación de amortiguamiento ζ = 0.03 = 3% , con periodo natural de
vibración Tn= 0.5 s, T n= 1.0 s y T n= 2.05 s, se muestra en la figura 1.3. En la figura 1.4, se muestra una gráfica de las respuestas máximas
, de cada uno de los sistemas, y se distin-
guen los tres valores calculados para los sistemas de un grado de libertad propuestos. Lo anterior, lo podemos hacer para un rango de valores de periodos Tn, para diferentes estructuras de interés y con diferente porcentaje de amortiguamiento ζ, en la figura 1.4, se muestra el espectro de desplazamientos para ζ = 0.03 = 3%.
Lo anterior requiere un esfuerzo computacional significativo, ya que hay que encontrar el desplazamiento o respuesta de cada uno de los sistemas para cada instante de tiempo durante la excitación, lo que requiere que se divida o se discretíze el registro de aceleraciones del sismo considerado, lo cual comúnmente se establece a cada 0.02 segundos. Figura 1.3 Historia de desplazamientos o deformaciones de tres sistemas de un grado de libertad con amortiguamiento ζ = 0.03.
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Capítulo 1 Introducción a la Ingeniería Sísmica
Los espectros de respuesta son afectados por: La distancia al epicentro del temblor Condiciones locales del terreno Geología de la región En el análisis sísmico dinámico, la respuesta de una estructura puede expresarse en función de la historia de desplazamientos que ésta sufre en función del tiempo que en adelante designarémos como
, así, podríamos obtener también los esfuer-
zos que se generan en la estructura en cada instante de tiempo: Figura 1.4 Espectro de deformaciones para ζ = 0.03 , para un
sismo determinado. La solución de la respuesta para cada intervalo de tiempo se realiza por medio de algún método numérico que resuelve la ecuación de movimiento del sistema, por lo que es apropiada su
Se puede sustituir la fuerza obtenida dinámicamente, con una fuerza estática equivalente para un instante de tiempo en particular:
implementación en la computadora, ya que además se realiza no solo para los tres valores de T n propuestos, sino para un rango de valores de periodos de estructuras a donde se pretende realizar la aplicación práctica o de diseño de la zona.
En donde k es la rigidez lateral del sistema, cuyo valor puede disminuir si los desplazamientos son grandes y la estructura se comporta inelásticamente.
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Capítulo 1 Introducción a la Ingeniería Sísmica
Así, por ejemplo, para un marco de un solo nivel, en el instante Más adelante se establecerá que la frecuencia natural de vibra-
de máxima respuesta:
ción del sistema es: De donde:
Y el cortante en la base V 0, y el momento en la base o de volteo M 0 , serán:
Y, por lo tanto: (1.1)
El valor máximo del cortante basal se puede expresar como: Nótese que la fuerza estática equivalente es m veces la seudoaceleración
y no m veces la aceleración total de la masa
.
En donde la masa es: Entonces:
(1.3)
En donde,
es la seudo-aceleración normalizada con respecto
La seudo-aceleración máxima , ocurre en el instante que se presenta el máximo desplazamiento
, y en base a la
ecuación 1.1 :
a la aceleración de la gravedad que también se denomina coefi(1.2)
ciente sísmico : (1.4)
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Capítulo 1 Introducción a la Ingeniería Sísmica
También, empleando la ecuación 1.1, podemos calcular y grafi-
A continuación se muestra un espectro de respuesta real cons-
car la seudo-aceleración
, correspondiente a cada despla-
truido de la manera explicada anteriormente, se observa que a
zamiento x(t) de cada uno de los sistemas de un grado de liber-
mayor amortiguamiento la respuesta disminuye, también se
tad que hayamos considerado, y podríamos obtener historias de
observa que las estructuras con periodos naturales de vibración
aceleraciones similares a las de desplazamientos mostradas en
cercanos a 2 segundos, experimentaron las máximas respues-
la figura 1.3.
tas:
En cada gráfica podríamos identificar el valor de seudoaceleración pico o máximo en valor absoluto, y entonces volver a realizar otra gráfica de seudo-aceleraciones en función de cada periodo natural Tn, con lo cual obtendríamos el espectro de seudo-aceleraciones para un sismo determinado, lo anterior también, se haría para diferentes valores de amortiguamiento estructural. Otra manera de realizar lo anterior, es a través de la ecuación 1.2, donde los valores de los desplazamientos máximos D, se pueden obtener del espectro de deformaciones como se muestra en la figura 1.4, así, podríamos obtener el espectro de seudo-aceleración correspondiente a diferentes valores de amortiguamiento. Figura 1.5 Espectro de Seudo-aceleraciones correspondiente al
sismo del 19 de septiembre de 1985, construido en base a los datos de la estación SCT componente Este-Oeste.
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Capítulo 1 Introducción a la Ingeniería Sísmica
Lo anterior quiere decir que los cortantes basales serían de El espectro anterior supone que las estructuras solo puede te-
enorme magnitud y de acuerdo con la ecuación 1.3:
ner comportamiento elástico. En realidad se puede disipar gran cantidad de la energía sísmi-
La expresión anterior, indica que el coeficiente sísmico es muy
ca cuando la estructura se deforma inelásticamente sin fallar, es
alto igual 1.7.
decir, a determinado nivel de esfuerzo en ciertas zonas de la estructura, esta ya no toma fuerza de inercia debido al sismo a
Para que el estudiante visualice lo anterior, imagine que la es-
cambio de poder deformarse inelásticamente, previniendo de
tructura, en lugar de haberse construida verticalmente se cons-
alguna manera, la falla frágil de los elementos y propiciando un
truye empotrada horizontalmente, como se muestra en la figura
modo de falla dúctil.
1.6, en tal caso el coeficiente sísmico sería de 1.0 y el cortante basal sería igual al peso de todo el edificio:
Cuando la estructura no tiene la capacidad de comportarse dúctilmente, tendría que soportar las fuerzas sísmicas elásticamente y entonces podríamos hacer las siguientes observaciones, basados en el espectro de la figura 1.5: Para estructuras con poco amortiguamiento (2%) y un periodo T= 2 s , la pseudo-aceleración fue del orden de 1.7 veces la de la gravedad.
Figura 1.6 Cortante basal para edificio horizontal
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Capítulo 1 Introducción a la Ingeniería Sísmica
Lo anterior explicaría la falla de muchas estructuras que no es-
Debido a lo anterior, vemos que los picos o valores máximos del
tuvieran diseñadas para soportar tales fuerzas cortantes tan
registro de aceleraciones de la figura 1.5 que se encuentran
grandes y no tener ca pacidad de comportarse dúctilmente.
alrededor de periodos de 2 segundos pueden corresponder a otros valores de periodos si se analiza el registro de otro sismo
Observando el espectro de la figura 1.5, podemos comentar que
con diferentes características para esa misma zona.
las respuestas máximas tienen que ver con el fenómeno de resonancia en donde el periodo natural de la estructura coinci-
Así, el espectro de diseño trata de envolver o cubrir todos los
dió con el periodo dominante en el suelo de alrededor de 2 se-
valores máximos de la respuesta, por medio de curvas suaves o
gundos.
líneas rectas y también para diferentes niveles de amortigua-
También se observa que para niveles de amortiguamiento es-
miento.
tructural de 10%, la respuesta disminuye considerablemente, A=0.6 g, por lo tanto, es muy importante considerar la posibili-
En la figura 1.7, se muestra un espectro de diseño, La zona
dad de colocar dispositivos de amortiguamiento en las estructu-
horizontal donde el coeficiente sísmico o aceleración máxima es
ras para tener una mejor respuesta ante un terremoto como el
de 0.16 cubre valores entre 0.2 y 1.35 segundos de periodo,
ocurrido en 1985.
envolviendo los picos que se obtienen del análisis probabilístico efectuado.
1.4.2 Espectros de Diseño
Cuando no se tienen registros de los temblores que han ocurriLos espectros de diseño son envolventes de los espectros de
do en una región determinada, se puede recurrir a registros de
respuesta de aceleraciones como el que se muestra en la figura
zonas con similitud en el tipo de suelo, las distancias a los epi-
1.5, aunque no se toma en cuenta solamente el espectro co-
centros, la geología que las ondas sísmicas tienden que cruzar
rrespondiente a un sismo en particular, sino a una familia de
en su recorrido y la magnitud de los sismos ocurridos.
sismos que mediante un análisis probabilístico representen los del lugar en donde se pretende construir. Página 19
Capítulo 1 Introducción a la Ingeniería Sísmica
1.4.3 Espectros de sitio
En el diseño de estructuras importantes, como presas, plantas nucleares, centrales telefónicas, etc. , las normas de diseño sísmico contemplan la alternativa de que los ingenieros estructuristas obtengan los espectros correspondientes al sitio donde se pretende construir tal obra. Lo anterior requiere un amplio conocimiento teórico de los conceptos avanzados que se manejan para la obtención de tales Figura 1.7 Espectro de diseño para la zona I, correspondiente a
suelo firme del valle de México.
espectros de sitio y se ha tenido la experiencia de situaciones erróneas en su determinación. Por lo que por el momento solo se recomienda su obtención bajo la asesoría de Ingenieros reconocidos en el campo de estas teorías y en la obtención de las pruebas de dinámicas del suelo.
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1.5 Daños causados por los sismos
Figura 1.8 Falla por cortante de columnas, edificio en la av. S an
Antonio Abad, México D.F.
Figura 1.9 Falla por torsión de los entrepisos superiores, edifi-
cio en la calle de Tamaulipas, México D.F.
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Figura 1.10 Edificio en la calle Xocongo, choque entre edificios
Figura 1.11 Falla de losa plana edificio en San Antonio Abad.
por separación insuficiente entre colindancias. Página 22
