NOTAS INTRODUCTORIAS Dr. Javier Piqué del Pozo
Syllabus Básico Introducción a la Sismología y desastres naturales. Dinámica Estructural: vibración de sistemas de uno y varios grados de libertad. Introducción al análisis inelástico. Concepto de ductilidad. Formulaci ación ón matric matricial ial para para el análisis análisis pseudo pseudo- Formul tridimensional de edificios. Análisis Dinámico Modal Espectral. Normas de Diseño Sismorresistente. Criterios para la estructuración y comportamiento de edificaciones sismorresistentes.
Elementos de Consulta Básicos Bazán, E. y Meli, R. Diseño Sísmico de Edificios. Limusa, 2000 Piqué, J. y Scaletti, H. Análisis Sísmico de Edificios. CIP, 1997. Kuroiwa, J. Reducción de Desastres. 2002 Herráiz, M. Conceptos Básicos de Sismología para Ingenieros. CISMID-FIC-UNI, 1997. Sarria, A. Ingeniería Sísmica. Ed.Uduandes,1992. Dowrick, R. Diseño Sismorresistente.Mc Graw-Hill, 1987. Norma Técnica de Edificaciones E-030, Diseño Sismorresistente. MTCVC-SENCICO, 2003
INGENIERIA ANTISISMICA INGENIERIA SISMORRESISTENTE SISMORRESISTENTE Objetivo:: Diseñar y Construir Objetivo Obr bra as Ing Inge eni nie eri riles les q u e resistan Sis ismo mos s Esp Espe eci cifi fica cados dos Obje bj etivo ti vo del del Curso: Curso :
Propo ro porc rcio ionar nar crite crit erios ri os adecu adecua ados do s para el Dis Dise eño Sismorr ism orre esistente sis tente y protección pr otección de edificaciones dif icaciones en base a cons co nsid ide erar los f actor ct ore es que qu e infl in fluy uye en en en la respu respue esta sísmi sísmica ca de los edifici dif icios. os.
Introdu ntr oducir cir las las té t écnicas cni cas modernas modernas pa p ara la conce con cepci pción, ón, aná anális lisis is y dise dis eño de d e estruct str ucturas uras sismorresistentes.
Proceso ro ceso de d e Dise is eño: ño :
Construcción:
Prefactibilidad Programación Factibilidad Ejecución Estudios studi os Básicos Básicos Supervisión An A n t epr ep r o y ect ec t o Ingeniería Ingen iería de Detall Detalle e Mantenimiento Expediente Técnico Proce roc eso periódi co Memori mo ria a Desc scri ript ptiv iva a Planos Espe sp ecifi ci ficacio caciones nes Té Técnic cn ica as Metrados Costos ost os Unitarios Presupuestos
Obra br as Inge ng enie ni eriles: ri les:
En su concepción y construcció const rucción, n, se siguen normas. normas.
Intervienen profesionales.
Resi sisti stirr sis s ismo mos s = Cri Crite teri rios os de Dis Dise eño:
Resistir sismos leves sin daños. Resistir sismos moderados con posibilidad de daños a los elementos no estructurales y daños estructurales leves. Resistir sismos severos con posibilidad de daños estructurales importantes pero evitando el colapso.
Sis ismo mo de Dis Dise eño ño:: Sismo que ocurrirá durante la vida útil de la obra con cierta probabilidad de ser excedida. Se estima mediante estudios de peligro o amenaza sísmica y se relaciona con la sism sismicid icidad de la zona zona y el sitio sitio espec especíífico. ico.
SISMOS Vibraciones o sacudimientos de la corteza terrestre causados por ondas sísmicas que se generan por súbita liberación de energía elástica acumulada en la corteza y parte superior del manto terrestre
MANIFESTACIONES MANIFESTACIONES DE LOS SISMOS (Bertero, 2000) i)
EFECTOS DIRECTOS:
a) Fallas en el terreno: Ruptura de fallas. (superficiales) Vibración del suelo (efectos de las ondas sísmicas): - Agrietamiento del suelo. - Licuación. - Sacudida brusca del suelo. - Asentamiento diferencial. - Escurrimiento lateral (lateral spreading) - Deslizamientos. • •
b) Vibraciones transmitidas del suelo a la estructura.
MANIFESTACIONES MANIFESTACIONES DE LOS SISMOS (Bertero, 2000)
i)
EFECTOS INDIRECT INDIRECTOS: OS:
a) Tsunamis. b) Cambios en el nivel del agua de los lagos (seiches) c) Deslizamientos. d) Inundaciones. e) Incendios.
Evolución de la Sismología y la Ingeniería Sismorresistente (I) 1800 A.C.: crónicas sobre los efectos de los sismos. Primeras explicaciones mitológicas sobre su origen. Primeras explicaciones científicas sobre la generación de los sismos: Aristóteles:vapores de aire en cavernas Séneca: aire que colma una cavidad subterránea y, al buscar una salida, mueve los “muros” que lo retienen, encima de los cuales se asientan las ciudades. Hooke Hooke (1660) (1660):: enuncia enuncia la Ley Ley que lleva lleva su nomb nombre re Hooke (1668): (1668): el terremoto terremoto es una una respuest respuesta a elástica elástica a fenómenos geológicos
6
6
6
6
Evolución de la Sismología y la Ingeniería Sismorresistente (II) 1755: a partir del sismo de Lisboa se disponen de informaciones detalladas (cambios topográficos,destrucciones,ruidos,derrumbes,cambios en los cauces,etc.) 1821: Navier Navier plantea plantea las ecuaciones ecuaciones de la la Teoría Teoría de la 1821: Elasticidad. Mediadoss del XIX: XIX: Cauchy Cauchy estudia estudia la la propagac propagación ión de Mediado ondas ondas en medi medios os sólid sólidos. os. Poiss Poisson on deduce deduce analíticamente dos tipos de ondas en sólidos. 1845: Stoke Stokess disting distingue ue una resi resiste stenci ncia a a la 1845: compresión y otra al cortante.
Evolución de la Sismología y la Ingeniería Sismorresistente (III) 1887: 1887: Rayle Rayleigh igh descub descubre re otro otro tipo tipo de onda ondass (superficiales) en los sólidos. 1888: Schmidt Schmidt estudia estudia la propagación propagación de ondas ondas por por el 1888: interior de la Tierra. 1897: Wieche Wiechert rt postul postula a la existenc existencia ia de un núcleo núcleo 1897: metálico en la Tierra. 1900: primer mapa de ubicación de terremotos. 1912: Reid Reid postula postula la teoría del Rebote Rebote Elástico. Elástico. Sismo Sismo 1912: de San Francisco (EEUU) (1906) y primeras observaciones sobre los efectos en obras civiles.
Evolución de la Sismología y la Ingeniería Sismorresistente (IV) 1909: 1909: Moho Mohorov rovic ic encuen encuentra tra una una capa capa de discontinuidad en la velocidad de las ondas. 1911: Love Love descubre descubre otro otro tipo tipo de de ondas ondas superfic superficiales. iales. 1911: 1914: El Ing. Sano (Japón) postula el método del coeficiente sísmico. 1928: Gutembe Gutemberg rg determina determina la profundi profundidad dad del núcleo 1928: exterior (o manto) de la Tierra. 1935: Benioff Benioff inventa el sismógr sismógrafo afo de deformación. deformación. 1935: Richte Richterr crea crea la escala escala de magnit magnitud ud para para evaluar evaluar la energía liberada por un terremoto. 1932: insta instalaci lación ón de acele acelerógr rógrafo afoss en EEUU. EEUU. 1932:
Evolución de la Sismología y la Ingeniería Sismorresistente (V) 1950-60: avances analíticos impulsados por Housner (CALTECH (CALTECH,EEU ,EEUU) U) y Okamoto Okamoto (Japón). (Japón). 1960-70:se crea la Asociación Internacional de Ingeniería Ingeniería Sísmica. Sísmica. Instalación Instalación de acelerógrafo acelerógrafoss en América Latina. 1970-1990: avances en modelos de generación de los sismos, dinámica estructural, comportamiento no lineal de estructuras, dinámica de suelos, estudio del peligro sísmico, métodos numéricos óptimos y avance en la tecnología de las computadoras. 1990-2000: Decenio Internacional para la Reducción de los Desastres Naturales (ONU)
Antecedentes de la Ingeniería Sismorresistente (I) Antes de 1950: Cortante Sísmico= Coeficiente Sísmico * Peso 1950: Conceptos de disipación de energía por deformación plástica. 1956: Housne Housnerr plantea plantea posib posible le diseño diseño límit límite. e. 1956: 1957: en México se publica el Folleto Complementario a la Norma. Es la primera norma de ing. sismoresistente en Latinoamérica. 1961: Blume, Blume, Newmar Newmarkk y Corning: Corning: uso uso del concep concepto to 1961: de ductilidad y su relación con el diseño de estructuras de concreto armado (Manual PCA).
Antecedentes de la Ingeniería Sismorresistente (II) 1963: ACI introduce el Diseño a la Rotura. 1964: Primer proyecto de Norma Peruana, basada en la de de SEAO SEAOC C (Str (Struc uctu tura rall Engi Engine neer erss Asso Associ ciat atio ion n of California). 1970: Primeros modelos analíticos para el análisis inelástico. Primera Norma Peruana de nivel nacional. 1977: Segunda Norma Peruana. 1997: Tercera Norma Peruana. 2003: Actualización de la Tercera Norma Peruana Los códigos actualmente introducen la ductilidad (con otros factores) en la estimación de las fuerzas sísmicas Diseño ño límit límite e usa usado do en Nuev Nueva a Zela Zelandi ndia a y Japó Japón. n. Dise
Panorama Sísmico Mundial
SISMICIDAD REGIONAL
De 1471 1471 - 1991 : CERE CERESIS SIS 91-H 91-H De 1991 1991 - 199 1995 5 : NEIC NEIC Mag Ma g 6. 6.5 5 - 7. 7.9 9, Mag Ma g >= 8. 8.0 0
Sismicidad Histórica (sismos con Magnitudes mayores a 8)
Sismicidad Instrumental
SISMOS MAS NOTABLES DE LOS ULTIMOS 30 AÑOS EN EL PERU Fecha
Hora
Profundidad Magnitud (km) Richter
Intensidad Máxima (MMI)
Zonas afectadas
Efectos Secundarios
17-Oct 7-Oct-6 -66 6 16:4 6:41
38
7.5 7.5
VIII
Nort Norte de Lima Lima
Tsu Ts unam nami moder oderad ado o
19-J un-69 -69
33
6.9 (MS)
IX
Moy Moyobamba
Lic Licuación de sue suelos
31-May-70 15:23
52
7.7
VIII III
Deslizamientos Licuación de suelos
03-Oct-74 09:21 09:21
13
7.5
VIII VIII
Chimbote Huaraz Lima y Sur del país
16-Feb Feb-79 05:08
53
6.9 (MS)
VII VII
Are Arequipa
29-May-90 29-May-90 21:34 21:34
33
6.4
VII VII
Rioja
Deslizamientos leves Licuación de suelos
04-Abr-91 04-Abr-91 23:30
20
6.2
VII VII
Moyobamba Moyobamba
Licuación de suelos
12-Nov-96 11:59
14
7.3 (MS)
VII
Nasca
Tsun Tsunami leve Licuación de suelos
21-J un-01 15:30 15-Ag -Ago-07 -07 19:30
33
8.4 (Mw)
VIVI-VII VII
8.0 (Mw) Mw)
VIIVII-VII VIIII
Arequipa, Moquegua, Tacn Tacna Pisco, Chincha
Tsun Tsunami moderado
Tsun Tsunami en Cama Camaná Tsun Tsunami en P isco sco
Principios del Diseño por Desempeño (o comportamiento) Niveles de los Sismos Durante su vida útil la construcción experimentará: 6
6
6
Muchos sismos leves. Varios sismos de intensidad moderada y regular duración. Uno o más terremotos de gran intensidad y larga duración.
Principios del Diseño por Desempeño (o comportamiento) Comportamiento Esperado Completamente operativo. Sin daños. Se admiten daños no estructurales. Se admiten daños estructurales pero sin colapso. (se permite el comportamiento inelástico y la fluencia de los elementos que constituyen la estructura). 6
6
6
6
LA COMBINACION DE SISMOS Y COMPORTAMIENTO VARIA SEGÚN LA IMPORTANCIA DE DE LA OBRA
Diseño por Desempeño (o comportamiento) Nivel de Comp Comport ortamiento amiento Sísmi Sísmico co Esperado As egu ra l a Cerca al Totalmente Operativo
Frecuente (43 años años )
o ñ e s i DOcasional años ) e (72 años d o m s i S Raro l (475 años ) e(475 d l e v i N Muy Raro (970 (970 años )
Operativo
Vida
Colapso
Comportamiento Inaceptable (para construcciones nuevas)
O b j e t i v o B á s i c o
O b j e t i v o d O e b R i j e t e s i v o g o d E e s e S e n c g u i a l r i d a d C r í t i c a
