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c c c c c !c "#$$%$ c & c c'c cc cc ( c )&$ c * c c+ ! ! !c! cc , -. '(& !,./ , c 0&$1,#21,334, .5, c 0&$2,#4#,141, 678,9 5/ *, c 0&$",4$:,$44, ) . , ; /. c 0&$:,34<,33< = -,),+/= ., c 0&$3,<:#,$#> ., . c 0&$1,3<$,"<> ,.? c 0&$$,>$#,$># 9 -. &c , ,.7 7, @. A/ ."#$$%$ ;&! -;=B5."#$$
c ! cC Esta asignatura nos ayudada comprenden el comportamiento que tiene la edificaciones o estructuras al ser aplicado las distintas cargas externas e interna ya sean por efectos naturales o provocados. Se adquirirán conocimientos de todas las normas y requisitos vigentes en Venezuela sobre sismo y las zonas más vulnerables en el país. De esta forma nos ayudara en un futuro como ya ingenieros tener los conocimientos en esta área de sismo ya que los terremotos tienen repercusión en todas las áreas de ésta profesión y de otras. Se debe tomar en cuenta el conocimiento necesario adquirido en ésta materia para poder interpretar de manera adecuada las recomendaciones de diseño y construcciones disponibles para la ejecución de obras con características antisísmicas o sismoresistentes.
Son cargas verticales aplicadas a una estructura que son producidas por el peso propio de los elementos estructurales como (vigas, columnas, techo, pisos, revestimientos,) y los no estructurales (ventanas, acabados, divisiones, entrepiso de madera, cielorraso de madera, piso de baldosa), para calcular estas cargas se toman los pesos de los materiales y los elementos constructivos a emplear en la edificación. También llamadas cargas muertas o concarga. c Son aquellas cargas que tienen la particularidad de no actuar constantemente en el tiempo y el lugar sobre una estructura estas cargas están constituidas por todas aquellas fuerzas que son externas a la obras en sí, y se subdividen en: '
Cargas variables de explotación o de uso, que son las propias del servicio que la estructura debe rendir.
'
Cargas variables climáticas, que comprenden las acciones del viento y nieve
'
Cargas variables del terreno, debidas al peso del terreno y a sus empujes
'
Cargas variables debidas al proceso constructivo.
Desde otro punto de vista, las acciones variables pueden subdividirse a su vez en: '
Acciones variables frecuentes, que son aquéllas de actuación común y frecuente que presentan, por tanto, una gran duración de aplicación a lo largo de la vida de la estructura.
'
Acciones variables infrecuentes, que no siendo excepcionales tienen pocas probabilidades de actuación y presentan, por tanto, una pequeña duración de aplicación a lo largo de la vida de la estructura.
Son cargas también llamadas como de uso, servicio o función, estas son producidas por el peso y están presentes en las edificaciones y obras civiles durante la construcción y la vida útil, las cargas son de muebles, personas, equipos tecnológicos, materiales de almacenamiento, y transporte. Están se
presentan durante un periodo de acción tiene un carácter variable y aleatorio, se consideran como las cargas presente durante la construcción y se dividen en: '
Cargas de larga duración: son aquellas que sin ser permanentes, están bastante cerca de serlas.
'
Cargas de corta duración: actúan durante períodos cortos. Ej.: las originadas por el paso de personas y animales, equipos y materiales transitorios.
'
Especiales: son las que no corresponden al funcionamiento normal de la construcción, y que toman valores significativos durante pequeñas fracciones de la vida útil de la estructura. Ej.: sismo efectos de impactos o explosiones.
! ! ! ! !c9c cC En un piso genérico i, el centro de masa o centro de gravedad es el punto por donde pasa la resultante de las cargas de las columnas de todo el piso que se analiza. Cada piso o entrepiso se considera concentrado en su centro de masa, por donde pasa la línea de acción de las fuerzas cortantes horizontales Fi en cada nivel. Las coordenadas del centro de masa para un sistema de ejes inicial, como por ejemplo: â
Donde: Pi: es la carga axial que transmite cada columna del piso i, siendo Xi e Yi las distancias a los ejes mencionados. Las coordenadas del centro de masa, con relación a un sistema de ejes iníciales, se puede obtener también con la siguiente ecuación (tomando en cuenta los pesos de los entrepisos en el nivel que se analizo).
â
Donde wj es el peso inicial de las losas o placas de entrepiso y demás elementos estructurales, tales como escaleras, maquinarias pesadas, entre otras, mas las cargas móviles parciales correspondientes. Xj e Yj son las distancias del centro de gravedad de estos pesos parciales Wj a los ejes coordenados mencionados. Wj es el peso total efectivo del nivel i que se analiza. c9c c ! !c9c c D Edificaciones que albergan instalaciones esenciales, de funcionamiento vital en condiciones de emergencia o cuya falla pueda dar lugar a cuantiosas pérdidas humanas o económicas, tales como, aunque no limitadas a: '
Hospitales: Tipo IV, Tipo III y Tipo II, definidos en la tabla C- 6.1.
'
Edificios gubernamentales o municipales de importancia, monumentos y templos de valor excepcional.
'
Edificios que contienen objetos de valor excepcional, como ciertos museos y bibliotecas.
'
Estaciones de bomberos, de policía o cuarteles.
'
Centrales eléctricas, subestaciones de alto voltaje y de telecomunicaciones.
'
Plantas de bombeo.
'
Depósitos de materias tóxicas o explosivas y centros que utilicen materiales
'
Radioactivos.
'
Torres de control; hangares; centros de tráfico aéreo.
'
Edificaciones educacionales.
'
Edificaciones que puedan poner en peligro alguno de las de este Grupo.
$ Edificaciones de uso público o privado, densamente ocupadas, permanente o temporalmente, tales como:
'
Edificios con capacidad de ocupación de más de 3 000 personas o área techada de más de 20 000 m2.
'
Centros de salud no incluidos en el Grupo A.
'
Edificaciones clasificadas en los Grupos B2 o C que puedan poner en peligro las de este Grupo.
" Edificaciones de uso público o privado, de baja ocupación, que no excedan los límites indicados en el Grupo B1, tales como: '
Viviendas.
'
Edificios de apartamentos, de oficinas u hoteles.
'
Bancos, restaurantes, cines y teatros.
'
Almacenes y depósitos
'
Toda edificación clasificada en el Grupo C, cuyo derrumbe pueda poner en peligro las de este Grupo.
Construcciones no clasificables en los grupos anteriores, ni destinadas a la habitación o al uso público y cuyo derrumbe no pueda causar daños a edificaciones de los tres primeros Grupos. En las edificaciones del Grupo C, se podrá obviar la aplicación de la Norma siempre y cuando se adopten disposiciones constructivas que aseguren su estabilidad ante
Y YYYY Y Y Y
9c c Ec Cociente entre la fuerza cortante horizontal de diseño que actúa en el nivel base y el peso total por encima del mismo. 9+ ' ( Es la suma algebraica de todas las fuerzas externas perpendiculares al eje de la viga (o elemento estructural) que actúan a un lado de la sección considerada. Es una Fuerza de Reacción que se presenta en todos los marcos que compongan una estructura y se localiza en su base, esto es donde la columna de acero concreto o madera se "junta" con el dado de cimentación y sirve para diseñar los anclajes de acero para unir una columna al dado o para proponer la sección de concreto en la base de una estructura. Es la reacción que la estructura tiene cuando está sujeta principalmente a Fuerzas Accidentales (horizontales) como viento o sismo, inclusive también un marco sujeto a fuerzas verticales, igual presenta cortante horizontal en su base. !c Diferencia de los desplazamientos laterales entre dos niveles o pisos consecutivos. 9 %! Efecto producido por las cargas axiales y los desplazamientos laterales sobre los momentos flectores en los miembros. F !c c c! !cc De un - /.-. también llamado /. o /. o, simplemente, -/=. - podemos medir su magnitud y su intensidad. Para ello, se utilizan varias escalas; las más comunes son la de Richter (causa) y la de Mercalli (Efecto). Â
c G& c!H
La escala sismológica de Richter, también conocida como escala de magnitud local ( ), es una escala logarítmica arbitraria denominada así en honor del sismólogo estadounidense Charles Richter (1900-1985). La escala de Richter mide la magnitud de un sismo. A través de ella se puede conocer la energía liberada en el hipocentro o foco, que es aquella zona del interior de la tierra donde se inicia la fractura o ruptura de las rocas, la que se propaga mediante ondas sísmicas. Es una escala logarítmica, no existiendo límites inferior ni superior. De acuerdo a esta escala, un sismo tiene un único valor o grado Richter. La magnitud Richter se calcula mediante una expresión matemática, cuyos datos se obtienen del análisis de los registros instrumentales. Debido a su carácter logarítmico, cuando la amplitud del movimiento o energía liberada por el sismo varía por un factor de 10, la magnitud cambia en una unidad. Así, un sismo de magnitud 7 será diez veces más fuerte que un evento de magnitud 6, y cien veces más fuerte que uno de magnitud 5. Debido a ciertas limitaciones en la escala de Richter, esta ha sido sustituida en la actualidad por la / -/./-. (I), la cual es completamente independiente del tipo de instrumento. La escala de Richter sigue siendo ampliamente usada debido a que se puede calcular rápidamente. El sismo más grande, registrado instrumentalmente en el mundo, alcanzó una magnitud momento (MW ) de 9.5 Richter el 22 de mayo de 1960 en Chile. Â
c&c c! !H9 Los sismólogos usan un método diferente para estimar los efectos de un sismo, conocido como su - . La intensidad no debe confundirse con la magnitud. Aunque cada sismo tiene un solo valor de magnitud, sus efectos varían de un lugar a otro, y habrá muchos estimados diferentes de intensidad. La intensidad es la violencia con que se siente un sismo en diversos puntos de la zona afectada. La medición se realiza de acuerdo a la sensibilidad del
movimiento, en el caso de sismos menores, y, en el caso de sismos mayores,
observando
los
efectos
o
daños
producidos
en
las
construcciones, objetos, terrenos y el impacto que provoca en las personas. El valor de la intensidad de un sismo en un cierto lugar se determina de acuerdo a una escala previamente establecida. Se han desarrollado varias escalas para medir la intensidad de un sismo pero la más usada es la escala de Mercalli, que ha estado en uso desde 1931. Debe su nombre al vulcanólogo italiano Giuseppe Mercalli. Ha sido modificada varias veces y en la actualidad la escala se conoce como la . J , abreviada comúnmente como . Es una escala cualitativa, mediante la que se mide la intensidad de un sismo. Constituye la percepción de un observador entrenado para establecer los efectos de un movimiento telúrico en un punto determinado de la superficie de la tierra. La escala modificada de Mercalli va desde el grado I hasta el XII. A un mismo sismo, con un único grado Richter, se le pueden otorgar distintos grados en la Escala de Mercalli, de acuerdo a la percepción o efectos de ese movimiento en cada punto donde se ha percibido. Esto explica el por qué a un mismo sismo sensible, con un único grado Richter, se le otorgan distintos grados Mercalli en los distintos puntos geográficos donde se ha dejado sentir. (Se expresan en los números romanos del I al XII) Por lo tanto, el uso de la Escala de Mercalli requiere: K Tener en cuenta los efectos que distorsionan la percepción de la intensidad (percepción personal), que depende del lugar en que uno se encuentra: altura, tipo de edificación, tipo de suelo, modalidad de construcción, entre otros factores. K Junto con tener presente lo anterior, al momento de precisar la Intensidad, se sugiere consultar a otras personas con qué intensidad percibieron el sismo. De preferencia no deben encontrarse en el mismo lugar.
Esta medición cualitativa es la que orienta directamente las acciones de protección civil frente a la ocurrencia de sismos mayores o destructores (terremotos). 9 Cc En geología, una falla es una discontinuidad que se forma por fractura en las rocas superficiales de la Tierra (hasta unos 200 km de profundidad) cuando las fuerzas tectónicas superan la resistencia de las rocas. La zona de ruptura tiene una superficie generalmente bien definida denominada plano de falla y su formación va acompañada de un deslizamiento de las rocas tangencial a este plano. El movimiento causante de la dislocación puede tener diversas direcciones: vertical, horizontal o una combinación de ambas. En las masas montañosas que se han alzado por movimiento de fallas, el desplazamiento puede ser de miles de metros y muestra el efecto acumulado, durante largos periodos, de pequeños e imperceptibles desplazamientos, en vez de un gran levantamiento único. Sin embargo, cuando la actividad en una falla es repentina y brusca, se puede producir un gran terremoto, e incluso una ruptura de la superficie terrestre, generando una forma topográfica llamada escarpe de falla.
Fig. 1 Falla geológica
Ec!' (, Un marco rígido es aquella estructura en la que la superestructura trabaja en forma integral con la subestructura, y la estructura de soporte es lo
suficientemente rígida para disminuir apreciablemente los momentos flectores en el centro de la luz. Los marcos rígidos se usan a menudo en edificios y se componen de vigas y columnas que están articuladas o bien son rígidas en su cimentación. Al igual que las armaduras los marcos pueden ser bidimensionales o tridimensionales. La carga en un marco ocasiona flexión en sus miembros y debido a las conexiones entre barras rígidas esta estructura es generalmente
indeterminada desde el
punto de vista de cálculo. En el siguiente grafico tenemos como ejemplo un marco rígido de un puente.
Y YY Y YY Y Y
!c9 K!! F cc !c! c%c El diseño sismo resistente de la estructura se basa fundamentalmente del estudio de las fuerzas de inercia transnacionales y torsionales, cuyo efecto sobre una estructura en general. Es posible diseñar estructuras que no sufran daños durante los terremotos se diseñan para eso. Hay diferentes métodos utilizados son: Â
Análisis estático.
Â
Análisis dinámico plano.
Â
Análisis dinámico espacial.
Â
Análisis dinámico espacial con diafragma flexible.
Â
Otros métodos alternativos.
La selección del método de análisis en cada caso se establece en la tabla 2.9 y 2.10 (Estructura sismo-resistente de Fratelli), si bien los mismos pueden sustituirse por otros más refinados, según la clasificación dada anteriormente. La selección de los métodos de análisis depende de la regularidad de la edificación y de su altura.
Tabla 2.9 F cc !c9c c Altura de la edificación
Requerimiento mínimo
No excede de 10 pisos ni 30m
Análisis estático
Excede de 10 pisos o 30m
Análisis dinámico plano
Tabla 2.10 F cc !c9c cc @.c Vertical
En planta
L / -. /.
a.1, a.2, a.4, a.7, a.8
Análisis Dinámico Espacial
a.3, a.5, a.6
Análisis Dinámico Plano
b.1, b.2, b.3
Análisis Dinámico Espacial
b.4
Análisis Dinámico Espacial con Diafragma Flexible
c - a.1: entrepiso blando a.2: entrepiso débil a.3: distribución irregular de masas de uno de los pisos contiguos a.4: aumento de las masas con la elevación. a.5: variaciones en la geometría del sistema estructural. a.6: esbeltez excesiva a.7: discontinuidad en el plano del sistema resistente a cargas laterales a.8: falta de conexión entre miembros verticales.
a.9: columna corta c @- b.1: gran excentricidad b.2: riesgo torsional elevado b.3: sistema no ortogonal. b.4: diafragma flexible. 9 ! c )9c) Cabe destacar que cuando el libre flujo del viento se ve obstaculizado por un objeto fijo o tiene que pasar alrededor de obstáculos que impiden su paso, tiene que desviarse para rodearlo y se producen variaciones en las velocidades con respecto a las que se esperarían de estar en una zona completamente plana sin obstáculos. Se producirá una distribución de presiones y succiones sobre todas las caras externas del cuerpo, resulta claro que las partículas de aire al golpear la cara expuesta directamente al efecto del viento generalmente conocida como cara de Barlovento, producirá un empuje o presión sobre la misma. En la cara opuesta llamada de Sotavento las líneas de flujo presentan un carácter turbulento tendiéndose a separar del objeto y provocar una succión sobre las caras del mismo. Los dos efectos podrían sumarse dando lugar a lo que generalmente se define como una fuerza de arrastre sobre el objeto.
Y
Fig. 3. Efectos exteriores del viento
! c Momento externo que se desarrolla en la base de una estructura, debido a una carga lateral aplicada a un punto que está situado por encima de la base, perdiendo el equilibrio. Este tipo de falla se presenta cuando la carga a transmitir al suelo viene acompañada de momentos o es excéntrica con respecto a la fundación y el suelo es compresible. En los textos no encontramos un parámetro que controle directamente este tipo de falla debido a que siempre prevalece el criterio de no admitir tensiones en el suelo. Este criterio, aunque aparentemente controlaría la rotación de la fundación, no es suficiente para asegurar este tipo de falla. Como recomendación se sugiere que se verifique de todas maneras la estabilidad de la fundación por medio de un factor de seguridad al volcamiento. Se determina el área de contacto
y calculamos el factor de seguridad al volcamiento.
Estos momentos se toman con respecto al punto con el cual se espera que rote la fundación en el estado más crítico o sea cuando es inminente la rotación y todas las reacciones del suelo se concentran en un solo punto. En el diagrama de cuerpo libre indicado podemos verificar que quien controla el volcamiento no es el suelo sino las fuerzas restauradoras o estabilizadoras: carga axial, peso propio, peso del lleno sobre la fundación, cargas de otros elementos estabilizadores como muertos en concreto, acción de vigas de fundación, etc.
Podemos concluir que quien determina el área de la fundación son las presiones de contacto con el suelo. De ahí pasamos a dimensionar la altura y diseñar la fundación para que no presente falla estructura.
Mc c Que es un momento de igual valor y de signo opuesto al momento de desequilibrio. Esto equivale a desbloquear el nudo. El momento equilibrarte se repartirá entre los extremos de las distintas piezas concurrentes en el nudo en proporción a sus rigideces, puesto que al girar el nudo todas las piezas concurrentes giran el mismo ángulo. La relación de la parte de momento equilibrarte que se lleva cada pieza con el momento equilibrarte total es lo que se denomina coeficiente de reparto o coeficiente de distribución, y es igual al cociente de la rigidez de la pieza considerada entre la suma de las rigideces de todas las piezas que concurren en el nudo. Por tanto, se distribuye el momento equilibrante entre las distintas piezas concurrentes en el nudo y se transmite el momento al extremo opuesto. En los demás nudos de la estructura se procede análogamente, por lo que también se habrán introducido momentos equilibrantes, distribuyéndose a las extremidades de sus piezas concurrentes, las cuales transmitirán una parte a sus extremidades opuestas. De esta manera se opera cíclicamente. Si en una fase posterior de cálculo volvemos a obtener en un nudo previamente equilibrado el momento de desequilibrio, éste será cada vez menor, de igual modo que las magnitudes de las transmisiones. Los nudos van equilibrándose paulatinamente y la estructura se va acercando a su posición de equilibrio. El método de Cross es un método que permite alcanzar la precisión que se desee mediante aproximaciones sucesivas.
Fig. 4 Momento por viento en edificio
Y
c !Kc %cc '
Edificaciones de albañilería de ladrillo (tierra cocida o concreto) o bloques de concreto unidas con mortero de arena - cemento; sin refuerzo de columnas y vigas collar, con techo ligero o flexible.
'
Edificaciones con bloques de piedras unidas con mortero de arena cemento; sin refuerzo de columnas y vigas collar, con techo ligero y flexible.
'
Construcciones de madera y/o caña recubiertas con tierra (bahareque, quincha) cuyos miembros estructurales están debilitados por la acción de insectos o descompuestos por la acción de sucesivos procesos de humedecimiento y secado, con techo ligero y flexible.
Estas edificaciones tienen techos ligeros y flexibles constituidos por vigas de madera, troncos o caña gruesa; y la cobertura planchas onduladas de zinc, asbesto cemento, cañas delgadas, hojas de palmera o materiales similares. '
Construcciones con muros de albañilería de ladrillo (tierra cocida o
concreto), bloques de concreto o piedra tallada, unidas con mortero de arena cemento, sin columnas de confinamiento, ni refuerzo interior en los muros, con techo rígido y pesado generalmente de concreto reforzado, baja densidad de muros en ambas o una de sus direcciones (menor a 20 cm/m2). '
Construcciones de concreto reforzado, cuyo sistema resistente está
constituido por columnas y vigas de concreto reforzado conformando pórticos espaciales, con techos de losas de concreto reforzado o aligerados con elementos de albañilería huecos, con muros de relleno generalmente de ladrillo cocido o bloques de concreto. Con estructuración inadecuada para resistir sismos por la presencia de columnas cortas, excentricidad, poca rigidez lateral en una de las direcciones principales, insuficiente separación con el bloque adyacente o edificios vecinos y con otras deficiencias estructurales. No diseñadas para resistir sismos, concreto de baja resistencia y ausencia de muros de corte para tomar cargas laterales.
c !!c$B"5<, ! N.$ corresponde a sistemas estructurales diseñados sin que se exija el cumplimiento de las especificaciones COVENIN para el dimensionamiento detallado de miembros y conexiones en zonas sísmicas. Pero deben diseñarse para resistir mayores solicitaciones sísmicas que con los otros niveles de diseño, debido a los menores valores admitidos del Factor de Reducción R. Se considera que el cumplimiento de las especificaciones detallado para cargas gravitacionales y de viento confiere a las estructuras una pequeña ductilidad, que es asumida mediante valores de R algo mayores de 1. ! N. " sólo requiere la aplicación de algunas especificaciones COVENIN para el diseño y construcción en zonas sísmicas; están encaminadas a conferir una cierta ductilidad al sistema resistente a sismos y a evitar fallas prematuras en las regiones críticas de los elementos portantes del sistema. ! N.< requiere la aplicación estricta de todas las disposiciones COVENIN para el diseño y construcción en zonas sísmicas. La mayor parte del respaldo experimental y de las evidencias de campo que han servido de base para establecer estas prescripciones de diseño, proviene de movimientos reales o de acciones simuladas de la severidad esperada en áreas donde A0 excede 0.20 aproximadamente. Se ha encontrado que el conferir suficiente ductilidad local a determinadas zonas donde pueden aceptarse deformaciones inelásticas, junto con el adecuado mantenimiento de ciertos miembros y conexiones en rango elástico, permite disipar gran cantidad de energía sin pérdida de estabilidad de la edificación. c cC ! c 0$12:%#< Esta normas fueron establecidas para tener criterio básicos regidos en normas para el análisis y diseño de la edificaciones ubicadas en zonas de alto riesgo sísmicos con el fin de salvar vidas y evitar el colapso de la estructuras. Esta normas se aplican a la construcciones de concreto armado, acero o mixtas para
que puedan estar en capacidad de resistir y absorber las energía generadas por los sismo en el interior de la tierra. Al cumplir estas normas aseguramos que las edificaciones no sufran daños no estructurales bajo sismo menores, ni se afecte el funcionamiento de las instalaciones y así podrán sufrir solo daños moderaros y limitados en los elementos estructurales, e esta forma cualquier daño producido será en todo los casos reparables.
c!9 ! Cada estructura posee un único periodo natural o fundamental de vibración, el cual es el tiempo requerido para completar un ciclo de vibración libre. La rigidez, la altura de la estructura son factores que determinan o influyen en el periodo fundamental, y éste puede variar desde 0.1 [s], para sistemas simples, hasta varios segundos para sistemas de varios niveles. Como primera aproximación el periodo fundamental puede ser asumido igual al número de niveles dividido por 10. El valor del periodo fundamental de la edificación debe obtenerse a partir de las propiedades de su sistema de resistencia sísmica, en la dirección a considerar. A-.. : Para todas las edificaciones el valor de Ê puede aproximarse mediante la siguiente fórmula: (1) Donde:
altura en m. (ft), medida desde la base, del piso más alto del edificio.
0.0853 (0.035) para pórticos de acero resistentes a momento. 0.0731 (0.030) para pórticos de hormigón armado resistente a momentos y estructuras arriostradas. Excéntricamente 0.0488 (0.20) para todas las demás edificaciones A-..& El periodo fundamental puede calcularse utilizando el procedimiento de Rayleigh:
(2) donde: V desplazamiento horizontal en el nivel debido a la fuerza fuerza lateral en el nivel carga muerta del nivel
Y YY Y Y Y
Los valores de fi representan cualquier fuerza lateral distribuida en forma racional como muestra la formula 1; esta distribución en forma de triangulo invertido corresponde a la distribución de la cortante basal. Las deflexiones elásticas
i,
deben calcularse utilizando las fuerzas laterales aplicadas fi. Si la contribución de los elementos no estructurales a la rigidez de la estructura es subestimada, el cálculo de las deflexiones y el periodo natural son sobreestimados, dando valores demasiado bajos para los coeficientes de fuerza. Para reducir el efecto de este error se especifica que el valor de T del método B no debe exceder de un valor de 30% mayor que el de T obtenido del método A en la zona sísmica 4 y del 40% en las zonas sísmicas 1, 2 y 3.
9c c Ec * Ec El coeficiente sísmico C se define como el cociente entre la fuerza cortante horizontal de diseño que actúa en el nivel de base, conocida por corte basal y el peso sísmico total w por encima del mismo. Se debe cumplir: Õ
Donde: Vo = es la fuerza de corte basal Ao = es el coeficiente de aceleración correspondiente a cada zona. Į: es el factor de importancia. W= es el peso sísmico de la edificación por encima del nivel base. Para obtener el peso sísmico total W, la carga muerta deberá sumarse a los porcentajes de las acciones variables, según indica la norma: a) Recipientes líquidos: 100 % de la carga de servicio, con el recipiente lleno. b) Almacenes y depósitos en general donde la carga móvil tenga el carácter de permanente, tales como bibliotecas o archivos: 100% de la carga de servicio. c) Estacionamientos considerando
el
públicos:
50%
estacionamiento
de
la
lleno.
carga En
de
servicio,
estacionamientos
privados: 25% de la carga variable de servicio, considerando el estacionamiento lleno. d) Edificios donde puede concentrarse un público de más de 200 personas,
tales
como
educacionales,
comerciales,
cines
e
industriales: 50% de la carga de servicio. e) Entrepisos de edificaciones no incluidos en d), tales como viviendas: 25% de la carga variable de servicio. f) Techos y terrazas no accesibles: 0% de la carga variable. En terrazas accesibles se adopta el mismo porcentaje que en los casos d) o e), según corresponda. g) Las escaleras y vías de escape respetaran las exigencias del caso d).
c ! cc El origen de los terremotos se encuentra en la acumulación de energía que se produce cuando los materiales del interior de la Tierra se desplazan, buscando el equilibrio, desde situaciones inestables que son consecuencia de las actividades volcánicas y tectónicas, que se producen principalmente en los bordes de la placa. Aunque las actividades tectónicas y volcánicas son las principales causas por las que se generan los terremotos, existen otros muchos factores que pueden originarlos: '
Acumulación de sedimentación como: Desprendimientos de rocas en las laderas de las montañas, hundimiento de cavernas.
'
Modificación del régimen de precipitación, modificando cuencas o cauces de ríos o estuarios)
'
Variaciones bruscas en la presión atmosférica por ciclones
Estos mecanismos generan eventos de baja magnitud que generalmente caen en el rango de / . /., temblores que sólo pueden ser detectados por sismógrafos. cC El /;/- . o /; J. es un instrumento creado por John Milne para medir terremotos para la sismología o pequeños temblores provocados, en el caso de la sismología de exploración. Este aparato, en sus inicios, consistía en un péndulo que por su masa permanecía inmóvil debido a la inercia, mientras todo a su alrededor se movía; dicho péndulo llevaba un punzón que iba escribiendo sobre un rodillo de papel pautado en tiempo, de modo que al empezar la vibración se registraba el movimiento en el papel, constituyendo esta representación gráfica el denominado sismograma.
Los instrumentos modernos son, por supuesto, electrónicos. Estos sismógrafos se parecen a los acelerómetros, y tienden a llegar a ser instrumentos universales. En años anteriores, los sismómetros podrían ³quedarse cortos´ o ir fuera de la escala para el movimiento de la Tierra que es suficientemente fuerte para ser sentido por la gente. En este caso, solo los instrumentos que podrían trabajar serían los acelerómetros menos sensibles. Los modernos sismómetros de banda ancha (llamados así por la capacidad de registro en un ancho rango de frecuencias) consisten de una pequeña µmasa de prueba¶, confinada por fuerzas eléctricas, manejada por electrónica sofisticada. Cuando la Tierra se mueve, electrónicamente se trata de mantener la masa fija a través de la retroalimentación del circuito. La cantidad de fuerza necesaria para conseguir esto es entonces registrada. La salida de los acelerómetros es directamente como aceleración (recordando F=ma de Newton), pero los sismómetros usan un circuito integrado para una salida de velocidad. Los sismómetros espaciados en un arreglo pueden ser usados para localizar a precisión, en tres dimensiones, la fuente del terremoto, usando el tiempo que toma a las ondas sísmicas propagarse hacia fuera desde el epicentro, el punto de la ruptura de la falla. Los sismógrafos son también usados para detectar explosiones de pruebas nucleares. Al estudiar las ondas sísmicas, los geólogos pueden también hacer mapas del interior de la Tierra. Cuando ocurre un terremoto, los sismógrafos que se encuentran cerca del epicentro son capaces de registrar las ondas S y las P, pero del otro lado de la Tierra sólo pueden registrarse las ondas P. Los sismómetros que son usados en la Sismología de exploración tienen nombres según el medio en que se usan, el caso de los usados en Tierra son llamados geófonos y los usados en agua, son hidrófonos. Existen también los sismómetros de fondo oceánico (OBS, acrónimo en inglés).
Y Fig. 6 Sismógrafo
Mcc c c ! !c9c c + cc , Las fuerzas de sismo que acutan sobre una estructura consisten en fuerzas inerciales de masa que se originan por la exitacion de sus fundaciones durante un movimiento telurico. El diseño sismo resistente de edificios se basa principalmente en el analisis de las fuerzas de inercia translacionales, cuyo efecto sobre una estructura es en general mas notable que las componentes verticales o rotacionales. Un sismo puede producir ademas otros efectos, como por ejemplo deslizamiento de taludes, activacion de fallas existentes ubicadas debajo de las construcciones, o licuefaccion de suelos, como consecuencia de las vibraciones. En zonas sismicas, la intensidad de los temblores es generalmente inversamente proporcional a la frecuencia de ocurrencia de los mismos. Por ello, los terremotos fuertes son poco frecuentes, los moderados son mas comunes y los leves relativamente frecuentes. Si bien es posible diseñar estructuras que no sufran daño alguno aun durante los terremotos mas severos, no es usual este tipo de diseño, pues no es justificable el exagerado costo que ello representa. Por ello las estructuras se diseñan para que no sufran daños en sismos leves, pocos daños reparables en sismos de mediana magnitud y si bien es posible que se
deterioren
durante
un
fuerte
terremoto,
deben
permanecer
en
pie
salvaguardando la vida de los ocupantes del edificio. El colapso termianl del mismo debe ser drasticamente evitado en todos los casos.
Para ello se exige que toda la estructura posea la suficiente reserva de energia potencial para incursionar en rango inelastico. Sin embargo aun en situaciones extramas de inusuales solicitaciones sismicas , debe mantenerse estable, con adecuada capacidad de metastasis. En el diseño de toda estructura en zona sismica se deben cumplir las siguientes condiciones: a) El sistema resistente a sismos debe concebirse de modo que la falla prematura de algunos pocos elementos no amenace la estabilidad de toda la construccion. b) Las estructuras se analizaran en dos direcciones horizontales ortogonales (las mas desfavorables para el diseño sismo resistente). Se combinaran las acciones sismicas con las gravitacionales. c) El efecto de las acciones sismicas se podran analizar suponiendo comportamiento elastico lineal de acuerdo con los principios de la Teoria de Estructuras. d) Se supone que los pisos, techos y conexiones actuan como diafragmas indeformables en su plano y estan capacitados para transmitir las fuerzas a los elementos verticales del sistema resistente a sismos. Estos diafragmas deben diseñarse para poder transmitir las fuerzas laterales pero no menos que el 15% del peso del piso o del techo. Se aceptan ademas como diafragmas rigidos los pisos o techos prefabricados para los cuales pueda demostrarse la efectividad de la union entre los diferentes miembros. e) Los efectos finales en una estructura solicitada a movimientos sismicos suponen la superposicion de los efectos translacionales y rotacionales por excentricidad elasticam asi como por torsion accidental debidad a excitaciones rotacionales del terreno o incertidumbre en la distribucion de masas y rigideses. f) Se autoriza el uso de dispositivos especiales para reducir la respuesta sismica, tales como amortiguadores viscoelasticos o de masa sincronizada, capaces de absorber el exceso de energia vibracional mediante friccion o
controlando el deslizamiento de masas
y los sistemas de aislamiento
sismico. Y
M !c9c c !* ! ! ,
Toda edificación deberá separarse de su lindero a una distancia mayor que: ¨ Donde: = Máximo desplazamiento lateral elástico del último nivel en la dirección considerada, pero no menor a 3.5 cm en los primeros 6 m, mas el 4 (cuatro por mil) de la altura que exceda esta última. El propósito de esta disposición es la de separar un edificio de otro adyacente, una distancia tal que le permita soportar deslizamientos sísmicos independientes sin impactos entre ellos ni sus componentes. Las separaciones mínimas indicadas se refieren al lindero y están calculadas a partir del nivel de base, si bien se acepta que las deformaciones inelásticas no tienen porque alcanzar el valor máximo simultáneamente en todos los niveles de la edificación. En el caso de juntas de dilatación se deja abierta la alternativa de adosamiento. En el caso de plantas irregulares cuando la respuesta como unidad no sea confiable, se aconseja colocar juntas y definir unidades de respuesta predecible.. Para determinar la separación mínima entre edificios adyacentes se aplicara el criterio de una separación igual a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los valores obtenidos en la ecuación. Si dos edificios están en contacto las placas de toso los pisos deben estar al mismo nivel. Además se debe comprobar que su interacción no da lugar a efectos desfavorables.
9 ! c !c9c c Para los fines de diseño, los efectos que el viento causa sobre estructuras pueden suponerse constituidos por componentes estáticas y dinámicas, tales como las que se resumen. '
J-.-6- ., Se entiende por efectos estáticos los siguientes: K Presiones medias ejercidas por el viento considerado con velocidad constante durante intervalos de varios minutos. K Variaciones de presión debidas a variaciones en la velocidad de masas de aire de dimensiones suficientemente grandes para producir incrementos significativos en las fuerzas que rigen el diseño general de la estructura, o el local de algunas de sus componentes. En este inciso se incluyen solo las variaciones de velocidad que no producen vibraciones apreciables de la estructura.
'
J-. 6/ ., Se entiende por efectos dinámicos los siguientes: K Vibraciones causadas por la turbulencia de la corriente de aire, es decir, por las variaciones de velocidad en las direcciones longitudinal y transversal con respecto al flujo. K Efectos de vórtices periódicos que se generan cuando la corriente de aire se ve interferida por un obstáculo cilíndrico o prismático. Los vórtices o remolinos que se generan poseen ejes paralelos al de la estructura que los ocasiona, y ejercen sobre ellas fuerzas con dirección normal al flujo y al eje de la estructura. Estas fuerzas son capaces de ocasionar vibraciones estructurales excesivas. K Inestabilidad aerolástica. Se incluyen aquí todos los problemas de vibraciones
autoexcitadas,
características
o
aerodinámicas
de
estructuras
pueden
verse
que
por
sometidas
sus a
vibraciones, usualmente transversales o de torsión, que se excitan aún con flujo de viento de velocidad constante, y en las que la
excitación aumenta al vibrar la estructura, en virtud de la interacción aerodinámica entre ésta y el viento. cc c! cc - -
. -
.J
-
' .(
' .(
'O/(
'I(
20:30
10.71
-61.30
56.7
4.7
08/01/2011
13:15
10.26
-69.18
3.9
3.8
27 Km al noreste de Barquisimeto
04/02/2011
07:46
11.24
-61.91
137.4
5.3
77 Km al noreste de Güiria
09/03/2011
16:21
10.61
-62.43
78.0
4.3
17 Km al sureste de Güiria
26/04/2011
05:08
10.63
-62.02
18.3
3.2
29 Km al este de Güiria
13/05/2011
10:48
6.912
-72.95
171.7
5.0
97
G.
26/12/2010
. 8 ; 109 Km al este de Güiria
125 Km al sureste de San Cristóbal
26/12/2010Y
08/01/2011Y
04/02/2011Y
09/03/2011Y
26/04/2011Y
26/12/2010Y
Fig. 7 Mapas de las Zonas Sísmicas
9
Cc
c
!
F Gc
E9c cC 9..; Es una falla tectónica que se expande unos 500 km en la parte central de los Andes venezolanos, entre la depresión del Táchira y el Mar Caribe. Tiene entre 1 y 5 km de ancho, y corre aproximadamente en dirección nordeste pasando bajo el pueblo que le da nombre, la falla de Boconó en el tramo comprendido entre Santo Domingo (Estado Mérida) y San Cristóbal (Estado Táchira). Esta se ramifica al este de Morón y a lo largo de la costa del Mar Caribe con las fallas de Morón y El Pilar. Hacia el suroeste termina en una serie de corrimientos y fallamientos inversos en la depresión del Táchira en el extremo norte de la Cordillera Oriental de Colombia. Es la mejor conocida de todas las fallas de Venezuela porque fue una de las primeras en ser reconocida, y por poseer una fuerte expresión topográfica. Además, está claramente expuesta a todo lo largo de su extensión. La mayoría de los grandes terremotos ocurridos en tiempos históricos en el occidente de Venezuela, han sido asociados con movimientos de este corredor de fallas.
Y YY Y Y
9 cc .=?- . . . -& Ejecutar y promover, permanentemente, investigaciones y estudios sismológicos destinados a atender la demanda de seguridad en la población ante la amenaza sísmica en el territorio nacional, la formación de personal especializado y divulgar los nuevos conocimientos de las ciencias. Como también ser una organización de excelencia en el área de protección a la colectividad frente a la amenaza sísmica, de referencia nacional e internacional, distinguida por su capacidad de servicio, la calidad de su investigación y su desarrollo técnico y científico. c 9 c c c 'c cE Ec ( Se considera que la asignatura electiva VI (Ingeniería Sísmica) va a permitir al futuro Ingeniero Civil estar preparado ante las actividades sísmicas como fenómeno natural; debido a que los terremotos tienen repercusión en todas las áreas de ésta profesión. Es por ello que en el momento de responsabilizarse de una construcción, se debe tomar en cuenta el conocimiento necesario adquirido en ésta materia para poder interpretar de manera adecuada las recomendaciones de diseño y construcciones disponibles para la ejecución de obras con características antisísmicas o sismo-resistentes. Ahora bien, es conveniente destacar la importancia de ésta asignatura; ya que le va a permitir al estudiante conocer la naturaleza de las fuentes sísmicas: las fallas activas y su marco sismo tectónico, así como aprender los métodos básicos de cuantificación y caracterización de la sismicidad y determinar los parámetros de movimiento del suelo inducido por ondas sísmicas. En tal sentido, lo más importante desde el punto de vista de la Ingeniería, es la definición y cálculo de las acciones que el movimiento sísmico aporta a la estructura. De acuerdo con los razonamientos que se han venido realizando, resulta muy significativa la inclusión de la asignatura en el pensum de estudio en la carrera de Ingeniería Civil, con el fin de prevenir la destrucción de diversas construcciones a
causa de las actividades sísmicas, que traen como consecuencia pérdidas humanas y materiales. ) El terremoto y tsunami de Japón de 2011, denominado oficialmente por la Agencia Meteorológica de Japón como el terremoto de la costa del Pacífico en la región de P7.Q de 2011 fue un terremoto de magnitud 3B#I que creó olas de maremoto de hasta 10 m. El terremoto ocurrió a las 14:46:23 hora local del viernes 11 de marzo de 2011. El epicentro del terremoto se ubicó en el mar, frente a la costa de G.7, 130 km al este de Sendai, en la prefectura de Miyagi, Japón. En un primer momento se calculó su magnitud en 1B3 . I, que fue posteriormente incrementada a 4B4, después a 4B3 grados por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). Finalmente a 3B# . I, confirmado por la Agencia Meteorológica de Japón y el Servicio Geológico de los Estados Unidos. El terremoto duró aproximadamente 6 minutos según expertos. El Servicio Geológico de Estados Unidos explicó que el terremoto ocurrió a causa de un desplazamiento en proximidades de la zona de la interface entre placas de subducción entre la placa del Pacífico y la placa Norteamericana. En la latitud en que ocurrió este terremoto, la placa del Pacífico se desplaza en dirección oeste con respecto a la placa Norteamericana a una velocidad de 83 mm/año. La placa del Pacífico se mete debajo de Japón en la fosa de Japón, y se hunde en dirección oeste debajo de Asia. Dos días antes, este terremoto había sido precedido por otro temblor importante, pero de menor magnitud, ocurrido el miércoles 9 de marzo de 2011, a las 02:45:18 UTC en la misma zona de la costa oriental de Honshū, Japón y que tuvo una intensidad de 7,2 MW a una profundidad de 14,1 kilómetros. También ese día las autoridades de la Agencia Meteorológica de Japón dieron una alerta de maremoto, pero sólo local, para la costa este de ese país. La magnitud de 3B#I lo convirtió en el terremoto más potente sufrido en Japón hasta la fecha así como el cuarto más potente del mundo de todos los terremotos medidos hasta la fecha.
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