UNIVERSIDAD DE ORIENTE NUCLEO ANZOATEGUI EXTENSION CANTAURA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS B ASICAS & APLICADAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL CODIGO: 070-4882
UNIDAD III SISTEMAS DE VARIOS GRADOS DE LIBERTAD SUJETOS A MOVIMIENTOS SISMICOS
Pro!"or: R'(!) Gr*+
I#$!%r#$!": Mr,#%!) C!!.o 2/14/84 Mr,# C!!.o 23/2814 J!"" Ro5"
C#$(r6 03 ! !r!ro !) 203 INTRODUCCION
El análisis de la respuesta de construcciones sometidas a las acciones de impactos en general y de sismos en particular requiere una evaluación de su comportamiento dinámico. La cuestión es por demás compleja en los casos reales, por un lado se tiene la realidad de la construcción misma, que pocas veces admite la representación con modelos teóricos suficientemente sencillos como para que el análisis sea posible con los medios disponibles. Por el otro se tiene la complejidad de la excitación que en el caso de impactos o de sismos es de características caóticas, tanto en lo que se refiere a la evolución de la acción en el tiempo como en lo que se refiere a la intensidad máxima que la misma puede tener y que tampoco admite esquematiaciones teóricas sencillas. En el campo del estudio dinámico !oy es moneda corriente la utiliación de programas para el análisis dinámico modal de las estructuras pero no es tan frecuente que se conocan los alcances y las limitaciones que pueden esperarse de ese tipo de análisis en primer t"rmino.
DESARROLLO
S,"$!9" ! r,o" %ro" ! ),!r$ "(5!$o" 9o,9,!#$o" "+"9,*o" El concepto de grado de libertad está vinculado al de un movimiento #desplaamiento o giro$ de un punto cualquiera de la construcción. %bviamente en una construcción !ay infinito puntos pero sus movimientos no son independientes porque están vinculados por los componentes de la estructura. En consecuencia se considera grado de libertad a todo movimiento independiente de un punto de la construcción. &esde el punto de vista del estudio dinámico de la construcción se puede decir que !ay que definir tantos grados de libertad como sea necesario para representar adecuadamente el intercambio de energía en la construcción.
A#;),"," ! ) r!"<(!"$ ,#;9,* ! ","$!9" !);"$,*o" El objetivo del estudio dinámico de una estructura es, en predecir el comportamiento de la misma para establecer el grado de seguridad frente al colapso. El análisis siempre es la verificación de un dise'o, que deberá ser corregido !asta lograr un comportamiento satisfactorio. La aceptación de este objetivo primario es importante porque ubica al proyectista frente al problema y le permite descubrir las limitaciones de los m"todos empleados. (e debe elegir un indicador apropiado para definir el comportamiento de la estructura, el indicador elegido se llama respuesta de la estructura. La respuesta esencial es el estado de deformación y este es el que determina la supervivencia o no de la construcción. Las solicitaciones o las tensiones que resultan de las deformaciones seg)n una ley teórica dada son ,#,*or!" $!=r,*o" que pueden ser más fáciles de manejar para el ingeniero con la formación !abitual pero sólo indirectamente representan el estado de seguridad de una construcción. En muc!os casos es suficiente encontrar el valor máximo de la respuesta para compararla con un valor de referencia que depende de las características constructivas de la estructura y predecir la seguridad. La dinámica estructural clásica ense'a que los ,ror!" !);"$,*o" >),#!)!"? apartados de la posición de equilibrio por una perturbación momentánea inician un movimiento vibratorio armónico, es decir que la deformación de la estructura en un instante cualquiera se reproduce id"nticamente luego de un lapso fijo* el período del movimiento.
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como la capacidad de disipar energía por deformación plástica y las variaciones de las propiedades de los materiales causadas por la velocidad con que se aplica la carga. +stos y otros factores pueden ser importantes en algunos problemas, pero los más relevantes en todos los casos, son en definitiva el periodo natural y el amortiguamiento del sistema.
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Existen una serie de criterios de combinación modal, para estimar la respuesta sísmica máxima. En el presente apartado se presentan algunos de ellos. Criterio del máximo valor probable:
(ea r un cierto valor de respuesta que se desea obtener, puede ser un momento, desplaamiento, corte, etc. El criterio del máximo valor probable propuesto por e-mar y/osenbluet! #0120$ es*
&onde es el n)mero de modos que se consideran en la respuesta y la variable corresponde al modo de vibración. Por su sencille es uno de los más utiliados. Es apropiado su uso cuando las frecuencias naturales de vibración se encuentran bastante separadas, más del 034. 5tiliar el criterio del máximo valor probable cuando no cumple esta condición puede llevar a subestimar o sobrestimar considerablemente la respuesta. Criterio de la doble suma:
Este criterio se utilia cuando las frecuencias naturales están bastante cercanas entre
(iendo las frecuencias de vibración de los modos i, j, respectivamente6 ji W W, 7 el porcentaje de amortiguamiento crítico para cada modo de vibración. La forma de cálculo de ij 8, indicada en la ecuación #09.9:$ es la más práctica. (in embargo una forma más refina da de cálculo es la siguiente*
&onde, es la duración del sismo. Este criterio considera la proximidad entre los valores delas frecuencias de los modos naturales que contribuyen a la respuesta, la fracción del amortiguamiento crítico y la duración del sismo. Criterio de la combinación cuadrática completa: ANÁLISIS SÍSMICO POR DESEMPEÑO
Este criterio considera la posibilidad de acoplamiento entre los modos de vibración.
(e puede utiliar las ecuaciones #09.;0$o #09.;;$ para evaluar ij<6 i7, j7son las fracciones del amortiguamiento crítico correspondientes a los modos de vibración i,j. =uando las frecuencias están bastante separadas, el criterio de la combinación cuadrática completa, proporciona valores similares al criterio del máximo valor probable C"o" ! r," *o9
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5n rápido vistao a la evolución normativa veneolana nos muestra que la actitud dominante !a ido evolucionando favorablemente !acia la importancia de la previsión, a partir de un comieno caracteriado más bien por la respuesta a las desgracias. La orma de 01>2 0? es sustituida por la de 01?? 0: en vista de los da'os producidos por el sismo de El @ocuyo. Luego la orma de 01?? da paso a la Provisional de 01:2 02 en virtud del sismo de =aracas. En ese momento afortunadamente quedó el propósito de desarrollar una orma más completa, lo cual vino a concretarse en 01A9 en la vigente orma BEdificaciones CntisísmicasB, =%DE 02?:, ? patrocinada por la Fundación Deneolana de nvestigaciones (ismológicas #F5D(($, mediante una =omisión /edactora específica. Cunque pareca que era lo normal, no deja de ser significativo que no fuera necesario que ocurriera otro gran sismo para que se llegara a feli t"rmino en el objetivo. gualmente durante los )ltimos a'os, en un trabajo lento pero sostenido, con el objetivo general de reducción de los riesgos sísmicos en el país, F5D(( !a venido desarrollando la evaluación y mejoramiento de dic!a orma. &e nuevo, notemos que estos fines de renovación normativa son previos a la ocurrencia del terremoto que !oy nos enluta. El trabajo se repartió entre tres (ubcomisiones que completaron especificaciones !acia 0.11?, en las áreas de Cmenaa (ísmica, (uelos y Fundaciones, y Estructuras, respectivamente. Posteriormente otra =omisión !a venido revisando y armoniando las propuestas, para producir próximamente un documento p)blico. Clgunos de los conceptos involucrados en la Propuesta de /enovación se comentan en este artículo, principalmente los concernientes al dise'o estructural. Pero aquí queremos tocar el tema en una forma más general, pasando por revisar someramente la evolución de las normas del país, el aporte que !a !ec!o la orma vigente, la importancia de una adecuada implementación y aplicación y la necesidad de que desarrollemos varias normativas paralelas y complementarias. 2. DESARROLLO NORMATIVO PREVIO.
Examinemos brevemente algunos aspectos relevantes de nuestras antiguas ormas Cntisísmicas*
3? Las ormas G.%.P. 0.1>2 0?, especifican un mapa de onificación dando un coeficiente sísmico en la =adena Gonta'osa, que se duplica en los alrededores de =umaná #allí !abía ocurrido en 0.191 un terremoto muy fuerte$. Esta orma es muy limitada e incluso aplica las fueras uniformemente en elevación. =omo punto favorable podemos citar la diferenciación de dos tipos de suelos.
2? Las Bormas para el =álculo de EdificiosB, G.%.P., 0.1?? 0:, modifican el mapa imponiendo el coeficiente máximo en @ác!ira, Lara #en los alrededores de El @ocuyo$ y (ucre, pero no en =aracas y sus alrededores6 motivación primordial fue el fuerte temblor que en 0.1?3 destruyó El @ocuyo. Esta orma incorpora algunas mejoras conceptuales como* ? distribución variable de la fuera sísmica en elevación6 ? mayores exigencias para construcciones p)blicas y especiales6 *? alerta sobre modificaciones y ampliaciones6 ? mención de los efectos torsionales en planta y los del sismo vertical en voladios6 !? prescripciones de conexión de tabiques6 ? requisitos de juntas de separación. =omo punto negativo tenemos la eliminación de la tipificación de suelos anterior. Cdemás notemos que esta orma* %? no diferencia los tipos de estructuración6 ? no exige distribución !oriontal de fueras6 ,? no limita los desplaamientos6 5? no requiere detallado sismorresistente particular. /? En 0.1:2, tras el terremoto de =aracas, se publica una separata de la orma del G.%.P 02. Por primera ve se establece un mapa de onificación producto de estudios sismológicos, fundamentalmente los del &r. H. Fiedler. (iguiendo las directrices de las ormas del (EC%= #pero obviando la consideración de los periodos de vibración$, se mejoran substancialmente los requisitos antisísmicos, tras evaluar que las deficiencias de la orma de 0.1?? se relacionan con los da'os ocurridos* ? se establecen dos tipos de suelos #roca y aluvión$, tres tipos de estructuras #de pórticos, de muros y pendulares$ y tres usos de la edificación #p)blicos, privados y aislados$, en función de los cuales se especifica el coeficiente sísmico basal6 ? se controlan los desplaamientos relativos de entrepiso al 9 � de su altura #con cargas de servicio$6 *? la distribución vertical de fueras sísmicas se pondera seg)n los pesos y las alturas6 ? se exige la distribución !oriontal de fueras de acuerdo con las rigideces de los pórticos o muros6 !? se estipulan efectos torsionales6 ? se exige un detallado especial de los nodos de las vigas y columnas de concreto armado6 %? aparece la referencia a la posibilidad de análisis dinámicos, aunque con pobre normaliación. (ubsisten varias insuficiencias, aunque debe reconocerse que esta orma aparece como provisional, mientras llega a elaborarse otra más completa. Iuiás su principal carencia fue la ausencia de espectros de respuesta que relacionaran las fueras de dise'o con las propiedades dinámicas de las estructuras. &e a!í tambi"n que la alternativa de efectuar análisis dinámicos condujo en la práctica a criterios erróneos de aplicación. Jasta cierto punto la adopción de coeficientes sísmicos constantes representa un retroceso conceptual respecto a la orma de 0.1??. Cdemás que los requisitos de detallado, aunque fueron un avance, resultaron luego insuficientes. En resumen, podemos observar que !istóricamente !ubo preocupación por disponer de medidas sismorresistentes, pero insuficientes al punto de que no pudieron evitar fuertes da'os estructurales en unos >3 edificios altos en =aracas, incluyendo el colapso total de > de ellos. La omisión de medidas adecuadas de estructuración, análisis y dise'o, como fueron la frecuencia de plantas libres, la asignación de nervios de losas en función de Bvigas sísmicasB, la falta de control de desplaamientos, la falta de confinamiento de los nodos de los pórticos y
deficiencias constructivas condujo a gran parte de las fallas. Fue una muestra inequívoca de que la práctica profesional de la "poca era inadecuada y que eran indispensables una actualiación y mejores prácticas de dise'o, que se paliaron con la Borma ProvisionalB y condujeron a la orma vigente.
/ APORTES DE LA NORMA ANTISSMICA VIGENTE La elaboración de una orma más completa fue delegada por =%DE y G&5/ en F5D((, que desarrolló la propuesta a trav"s de una =omisión bajo la coordinación del Prof. Kos" Hrases, dando por fruto la vigente orma BEdificaciones CntisísmicasB, =%DE 02?: ?. =itamos varios aportes e innovaciones que aparecen en esta orma* ? se establecen espectros de dise'o #seg)n tres perfiles de suelo* firme, intermedio y blando$, supliendo así la principal carencia anterior6 ? se precisan los tipos de estructuración y se atiende a diversas clases de detallado sismorresistente, configurando los llamados iveles de &ise'o, apoyados en la orma =%DE 02?; de &ise'o en =oncreto Crmado y particularmente en su =apítulo 0A. Csí se pudo disponer racionalmente del desarrollo de ductilidad, mejorando el comportamiento esperado de las edificaciones6 *? los m"todos de análisis sísmico se diferencian y desglosan6 ? se atiende a las propiedades dinámicas de las edificaciones6 !? el comportamiento inelástico de las estructuras es tomado en cuenta en todas las instancias* en los valores de las fueras para el análisis, en las verificaciones de derivas límites y en las combinaciones de cargas para el dise'o y por supuesto en las exigencias de detallado6 ? se especifican criterios de dise'o de fundaciones, muros y taludes y control de licuación del terreno6 %? se desarrolla un mapa de onificación con criterios probabilísticos 16 ? en alguna medida se toman en cuenta las irregularidades estructurales. En el desarrollo de esta orma (ismorresistente para edificaciones se realió un esfuero por ponerla Bal díaB de acuerdo con la metodología aceptada internacionalmente y las modernas investigaciones de este campo, como son la plena incorporación de la conducta inelástica de las estructuras y el concepto de amenaa sísmica. =omo referencia principal se utilió la R! 3, pero además se incorporó investigación nacional en el área #investigación sismológica, en suelos y diversas tesis de la maestría del .G.G.E., 5.=.D.$ 03 y por supuesto criterios de la práctica profesional nacional. %tro aspecto fundamental es el !ec!o de que por primera ve la orma (ismorresistente incluye =omentarios a la misma de modo que el ingeniero pueda orientarse en su aplicación.
4 EL PROBLEMA DE LA APLICACIN DE LAS NORMAS Por muy avanadas que lleguen a ser unas normas, si no se aplican adecuadamente no cumplen su cometido. Por ello la aplicación de las normas debe merecer una profunda atención, pues al respecto se dan una variedad de actitudes que deberíamos discutir. Por un lado, estamos en un medio altamente competitivo económicamente, que en ocasiones incita a irresponsabilidades en la
ejecución de trabajos, con tal de conseguir contratos, conservar clientes, etc., y se ofrecen dise'os supuestamente más económicos, aunque a largo plao se est" corriendo un riesgo mayor, interpretando las normas a la ligera u obviando algunos de sus requisitos. En otros casos se efect)an extrapolaciones que no conservan el espíritu de la orma, obviando la investigación o consulta adecuadas. Para otros las normas son una guía que permite actuar sin entender los problemas, remitiendo la responsabilidad a los redactores de aquellas, con lo que las aplican ciegamente sin interpretarlas siempre bien. Para algunos pocos las ormas son un freno a la creatividad y resaltan las limitaciones que les imponen, sugiriendo que un buen criterio profesional podría tener mejores resultados. En verdad "sta )ltima actitud es la menos peligrosa de todas, pues supone, normalmente en profesionales experimentados, la preocupación de lograr buenos resultados de la manera más sencilla posible en base a la experiencia. (in embargo caben varias acotaciones* por un lado, las normas son especificaciones mínimas y siempre pueden mejorarse, por lo que no son totalmente un freno a la creatividad sino un estímulo a encontrar soluciones superiores. Lo que creemos es que las normas deben indicar más explícitamente esta posibilidad. Pero es conveniente que se demuestre o al menos se raone el por qu" una solución in"dita es mejor, ya que los diseños deben ser revisables por terceros y no basarse simplemente en la confiana en la experiencia de alguien6 "sto puede ser una dificultad que remite al mal reconocimiento económico que tiene el trabajo de dise'o estructural pues limita el tiempo de dedicación. Pero tambi"n es bueno decir que la experiencia no siempre resuelve los problemas porque puede ocurrir que el ingeniero experimentado termine basándose sólo en su experiencia personal y no incorpore toda la experiencia internacional, sobre todo en un problema como el sísmico en que el desempe'o de las estructuras observado en terremotos es un factor capital. &e aquí que tambi"n "l deba revisar las normas y sólo si es el caso, superarlas raonadamente. Iue repetidamente insistamos en la idea de la superación de las normas deriva de su condición de mínimo requisito social que se establece tras una discusión colectiva, en que todos pueden participar dentro de los plaos que a ello se asigna, aunque no se !aga efectivo así. adie tiene derec!o a construir de tal manera que !aga correr a los futuros usuarios riesgos mayores a los normalmente establecidos, porque dic!os usuarios no tienen por qu" suponer otra cosa. ing)n profesional debe creerse en el derec!o de !acer correr a otros riesgos superiores a los aceptados nacional e internacionalmente. El problema inverso al citado es el de la ciega aplicación de las ormas, com)n en el profesional inexperto, que desea resolver un problema que no entiende completamente. Cl respecto una actitud típica es la de exigir que las ormas deban !aber previsto su problema particular, y en lugar de estudiarlo quiere una receta fácil. Cl contrario, debe entenderse que las ormas se establecen como guías generales de problemas típicos para precisar el mínimo requisito socialmente aceptado, pero que la responsabilidad de aplicación remite al profesional , el cual debe entender el problema y efectuar los cálculos o las
investigaciones documentales o las consultas o las pruebas experimentales necesarias. (i realmente un profesional no conoce un problema no debería responsabiliarse de su solución. Entonces vemos que es un error, en general y salvo !onrosas excepciones, permitir que un Breci"n graduadoB asuma la plena responsabilidad de ciertos trabajos. En otros países se requiere que antes de que un profesional pueda !acer tal cosa, !aya tenido alguna experiencia profesional y se someta a nuevos exámenes. 5na demostración palpable de esta cuestión es que normalmente para obtener el título de ingeniero civil no se requieren conocimientos de ingeniería sísmica, bastando con unas simples recetas de dise'o en las materias de proyectos estructurales. Esta carrera padece de una tradicional deformación "estática" pues toda la insistencia está centrada en el problema del equilibrio estático y la resistencia necesaria para lograrlo. para entender el problema sísmico se necesita un mínimo de conocimientos de dinámica de estructuras #no suplido en las clases de mecánica racional$, algo de la conducta inelástica de materiales y unos rudimentos de ingeniería sísmica. (i en verdad se supone que el ingeniero puede acometer dise'os sismorresistentes debe exigirse un mínimo de cursos al respecto. Estamos mostrando una irresponsabilidad social que remite a la propia ley del ejercicio de la ingeniería y a la falta de actualiación de los cursos universitarios, aunque debe reconocerse que se !a estado supliendo en cursos de especialiación y postgrado. la pretensión de que las ormas prevean todos los problemas, lleva a efectuar incorrectas extrapolaciones. En lugar de entender que se trata de un problema no previsto completamente en las normas, que requiere una adecuada averiguación, se toma la actitud de suponer que podemos aplicarle la orma. Por ejemplo, se !a aplicado la norma antisísmica de edificaciones a instalaciones industriales que no pueden desarrollar la ductilidad supuesta para aquellas, con el resultado de fueras demasiado bajas o dic!o de otra manera, riesgos más allá de lo aceptable. (e extrapola a edificaciones de acero estructural u otros sistemas no tipificados, a partir de factores correspondientes a estructuras de concreto armado pero sin a'adir requisitos de detallado sismorresistente semejantes. (e revisan y refueran estructuras existentes con una norma para edificaciones nuevas aunque para ese caso remite a bibliografía específica. Lo que nos lleva a otro problema de aplicación de la orma* "sta dispone de unos Comentarios orientadores que muchos no toman en cuenta , porque cierto trasfondo de mala cultura formativa con raigambre en las universidades, busca las recetas y no la comprensión de los problemas. ndudablemente que tocante a estos problemas las ormas pueden mejorarse de modo de que asuman cada ve más tipos de situaciones y así se promueve en la /evisión actual de la orma Cntisísmica. C!ora, cuando se viola la orma o se es indiferente a ella, con el objeto de conseguir dise'os más económicos que compitan ventajosamente, estamos ante un más grave problema de ética profesional . /ecordemos que la orma =%DE 02?: es de obligatorio cumplimiento nacional de acuerdo a decreto promulgado en la Haceta %ficial M ;;.1A9 del 2N:N01AA, pero sin embargo !ay que insistir a)n en la necesidad de que todas las municipalidades exian su cumplimiento . Pero no basta con la simple exigencia nominal6 parece que !ay que pasar por la revisión
de terceros pero, siendo que en el país se !a combatido la tramitación de
permisos municipales, es necesario un debate nacional que nos lleve a implementar la revisión de dise'os tal como se realia en otros países, aunque indudablemente incluya una serie de dificultades que !abrá que acometer. Por otro lado, los malos dise'os tambi"n están potenciados por la competencia profesional en términos de precios de trabaos , pues la tendencia natural es a realiar trabajos tanto más elementales cuanto más BbaratosB son. En ese sentido cabe recordar que en algunos países los precios de los trabajos profesionales se establecen #fijos o mínimos$ por los respectivos colegios, de manera que la competencia se da principalmente en función de la calidad y no de los costos. Es indudable que toda esta serie de problemas tienen un cari de moral y responsabilidad. (u solución deberá pasar por una presión moral de la población exigiendo correctas actitudes. /esumiendo, proponemos la discusión de una serie de medidas yOo actitudes que conviene desarrollar, para mejorar la aplicación de las ormas y con ello la seguridad de nuestras construcciones* C$ &esarrollar una campa'a nacional que promueva una actitud responsable ante el peligro sísmico, demandando que las municipalidades exijan el cumplimiento de la orma respectiva. $ /evisar los procedimientos de tramitación de permisos de construcción para incluir la revisión, al menos conceptual, de los dise'os estructurales. =$ =onsiderar la posibilidad de restringir la capacidad de asumir la responsabilidad de trabajos en función de la experiencia. Por ejemplo, limitar a edificaciones de tres pisos las que puede dise'ar un ingeniero inexperto. &$ ncorporar en los cursos de pregrado de ingeniería civil elementos de dinámica de estructuras, conducta inelástica de materiales e ingeniería sismorresistente. E$ Promover el estudio continuo y actualiación por parte de los ingenieros. F$ Establecer aranceles profesionales mínimos obligatorios, estimulando la competencia por calidad. H$ Cmpliar el alcance de las ormas (ismorresistentes de manera que abarquen más problemas. J$ Cclarar que las especificaciones normativas pueden ser superadas, pero de manera raonada.
1 ACTUALIZACIN NORMATIVA
Presentamos
a continuación las propuestas fundamentales para actualiar las especificaciones de la orma Cntisísmica vigente, principalmente las elaboradas por la (ubcomisión de Estructuras, bajo la coordinación del Prof. %scar C. Lópe 09 . Estas propuestas están a)n sujetas a discusión y no deben tomarse como aprobadas legalmente. =omo obetivos particulares del cambio normativo podemos citar* ? =orregir insuficiencias presentes en la orma actual, tales como las concernientes a estructuras de acero, a edificaciones existentes, y otras6 ? Gejorar los criterios de dise'o, incorporando nuevos resultados producto del crecimiento acelerado del conocimiento en esta disciplina a nivel mundial y nacional en los )ltimos 0? a'os6 y *? =ombatir varias extrapolaciones inadecuadas que se !an !ec!o de la orma vigente. (e mantienen en el traado de las disposiciones normativas los mismos obetivos generales que se establecieron en la g"nesis de esta orma =%DE 02?:* salvaguardar vidas !umanas6 que los edificios est"n en capacidad de soportar sismos moderados con da'os leves, los sismos de dise'o con da'os reparables y sismos extraordinarios con baja probabilidad de colapso aunque sean irreparables6 se intenta lograr que todas las edificaciones de un uso similar tengan un grado de confiabilidad análogo, penaliando las irregulares y estimulando los edificios regulares. =omo guías principales para la elaboración de la Propuesta se !an seguido las /ecomendaciones para elaboración de ormas del EJ/P 0A y del Eurocódigo > , diversas ormas extranjeras y una variedad de artículos de investigación, junto con la experiencia nacional. (e destaca la limitación de esta orma a las construcciones de la clase de edificios en general y tipificados en particular. !ara los edificios no tipificados se traan lineamientos y requisitos de los estudios que deben seguirse a fin de lograr una confiabilidad semejante a la que poseen los edificios típicos. =omo caso particular se !an traado algunas condiciones que deben cumplir los edificios sobre sistemas de reducción sísmica como aisladores, amortiguadores, etc., cuya difusión es previsible en los próximos a'os. (iendo que la orientación principal de la orma es !acia el proyecto de edificaciones nuevas, pero tomando en cuenta la amplitud de intervenciones recientes en edificaciones existentes , se !a redactado las medidas especiales a tomar para dic!as edificaciones, tras una amplia revisión bibliográfica internacional 9,;,01,etc . /esumiendo* ? la construcción debe evaluarse apropiadamente tomando en cuenta* la realidad construida, la calidad del material ejecutado, las normativas de la "poca de construcción, los posibles deterioros sobrellevados, etc.6 ? por tanto debe realiarse una investigación profunda de la edificación existente6 *? en algunos casos se puede adaptar el dise'o a la vida )til remanente6 ? el Factor de /espuesta depende de la clase de detallado real, que puede ser inferior al mínimo en uso actual6 !? en las verificaciones de solicitaciones deben tomarse en cuenta el tipo de acero de la "poca, el control de calidad de la ejecución, etc.6 ? en casos de reforamiento estructural es de suma importancia la interacción entre la
estructura antigua y la nueva, estimando un ivel de &ise'o & y un Factor de /espuesta / para el conjunto, de acuerdo a sus mutuas características6 %? es de suma importancia que en la interacción se considere la capacidad extrema de la estructura existente que permaneca soportando cargas gravitatorias, pues el límite de su deriva admisible puede ser inferior al especificado #por motivos de la tabiquería$ para las edificaciones nuevas. Es indudable que en los reforamientos de construcciones existentes de baja ductilidad es necesario suplir tanto rigide como resistencia6 ? resulta clave que se compruebe que los diafragmas tengan la capacidad necesaria y la vinculación adecuada para transmitir las fueras inerciales a la nueva estructura de refuero6 ,? es esencial que se verifiquen las fundaciones existentes siendo posible que el proyecto de reforamiento requiera la adición de nuevas fundaciones. (e subrayan en las &isposiciones Henerales de la Propuesta que la correcta utiliación de la orma supone el cumplimiento de una serie de requisitos implícitos que tienen alguna tendencia a soslayarse* ? una correcta construcción e inspección de la ejecución de la obra, para una buena conducta en el rango inelástico, puntualiando los requisitos mínimos para la nspección, la cual debe quedar plasmada en un Plan ad !oc, contando con una (upervisión (ismorresistente por los proyectistas estructurales6 ? que el conjunto de profesionales involucrados est"n correctamente formados o asesorados, cubran unas pautas mínimas en sus trabajos y se coordinen entre sí. Cl respecto de los ingenieros estructurales parece conveniente destacar la necesidad de que los programas de computación se utilicen responsablemente, y no como una Bcaja negraB6 *? la necesidad de que otras personas involucradas como son urbaniadores, fabricantes, expendedores, constructores y usuarios adopten las actitudes correctas respecto a la calidad de la construcción6 ? la realiación de un buen mantenimiento, incluyendo la conveniente inspección tras la eventual ocurrencia de temblores intensos. La aceleración característica del terreno viene dada en un Gapa de Cmenaa (ísmica desarrollado por la respectiva (ubcomisión 936 se !a incorporado, en la revisión propuesta del Gapa, nueva información sismológica y geológica disponible. En la Propuesta se !an reclasificado las edificaciones en los grupos de uso C, 0, 9 y =, asignándoles los coeficientes a* 0,96 0,06 0 y 3, siendo 0 las de alta densidad ocupacional. El Espectro de /espuesta sufre algunas modificaciones, introducidas por la (ubcomisión de (uelos A* ? corresponde a!ora a cuatro perfiles de suelo, asignando el perfil (> a suelos blandos en onas de baja sismicidad6 ? se introduce un factor de modificación de la aceleración básica, de acuerdo al perfil de suelo6 *? se modifican los valores b de amplificación y algunos de los periodos @Q, y se introducen unos @ 3 variables en lugar del 3,0? fijo. Por parte de la (ubcomisión de Estructuras* ? se limita la rama plana del espectro a un periodo @R S @3 , que depende del Factor de /espuesta /, para tomar en cuenta el menor desarrollo de ductilidad para periodos bajos 90.
Las principales innovaciones en la tipificación estructural son la inclusión de las estructuras de acero, la subdivisión de tipos, algunas precisiones en su relación con los iveles de &ise'o y el tratamiento de las irregularidades. La incorporación de las estructuras de acero viene a satisfacer la mayor demanda de la práctica profesional, dada la gran utiliación de las mismas 0;. La correcta adscripción de las estructuras de acero a la orma puede !acerse tras incorporar especificaciones mínimas de detallado sismorresistente y resulta conveniente trabajar con tensiones de agotamiento y factores de carga, ya que las acciones de dise'o sísmico están prescritas a niveles de cedencia inicial. Cl respecto se adelanta paralelamente la renovación de la orma de dise'o en acero estructural =%DE 0:0A de acuerdo con el m"todo de factores de carga y resistencia #BL/F&B$ y las B(eismic Provisions for (tructural (teel uildingsB del C..(.=. Cdemás se especifican algunas medidas de dise'o adicionales tomadas del Eurocode A que corresponden a garantías de ductilidad o a compatibiliación con nuestros iveles de &ise'o. Los Factores de /espuesta básicos / b , que sustituyen al Factor de &uctilidad &, se asignan a las estructuras de acero con valores ligeramente superiores a los correspondientes a las estructuras de concreto armado del mismo subtipo y ivel de &ise'o. Para los dos materiales de construcción previstos, concreto armado y acero, los tipos estructurales , y se dividen en subtipos a, b, a, b, a y b, en atención al nivel de !iperestaticidad y la presencia de miembros d)ctiles. Los pórticos del subtipo a deben poseer una elevada redundancia externa e interna, juntas rígidas y ausencia de discontinuidades de columnas. En caso contrario clasifican como b. El subtipo a en concreto armado exige el acoplamiento de los muros con dinteles d)ctiles y en acero corresponde a los pórticos diagonaliados exc"ntricos. En ausencia de dinteles o con diagonaliación conc"ntrica se tiene el subtipo b. Los sistemas duales a y b se forman mediante combinación del subtipo a con los subtipos a y b respectivamente. (e !an propuesto tambi"n algunas limitaciones a los tipos en relación con los iveles de &ise'o. &e suma importancia es la nueva clasificación de las irregularidades estructurales y noNestructurales previstas en la Propuesta. =on ello se pretende que sean evaluadas detenidamente y se tomen ciertas medidas de análisis y dise'o para mejorar el comportamiento de las edificaciones que las posean o bien que se elimine la existencia de las irregularidades. Entre "stas se contemplan* los entrepisos blandos o d"biles, las fuertes discontinuidades de rigide, resistencia o sobrerresistencia, las variaciones excesivas de dimensiones entre las plantas, las fuertes discontinuidades de masas, las elevadas excentricidades y bajas rigideces torsionales, las fuertes variaciones de los centros mecánicos de las plantas, los diafragmas flexibles 0>, las desuniformidades de la tabiquería, etc. (eg)n el tipo de irregularidad presente se toman alguna medida* reducción del Factor de /espuesta o un G"todo de Cnálisis superior o la exigencia del ivel de &ise'o &; o la combinación de los sismos en dos direcciones. (e !a realiado un esfuero por precisar diversos aspectos del Godelado de los sistemas estructurales que luego tienen incidencia en la confiabilidad de los
resultados del análisis que se efect)e, como son* distinción del sistema sismorresistente de la eventual estructura no sismorresistente6 evaluación de los diafragmas6 tipo de deformaciones elásticas o inelásticas que se deben considerar6 compatibiliación de deformaciones y solicitaciones6 adecuado modelado de la infraestructura. Los G"todos de Cnálisis preexistentes se !an revisado y se !an a'adido otros nuevos* ampliación y desglosamiento del análisis de los componentes y elementos noNestructurales6 en el G"todo Estático Equivalente* estimación de los periodos fundamentales, ajuste del parámetro m y del periodo de control6 en el G"todo de la @orsión Estática Equivalente* especificación del valor de t a partir de las características torsionales de las plantas para evitar la asignación errónea de su valor e incorporación de factor de control del Blado rígidoB de las plantas 00 6 en el G"todo de Cnálisis &inámico con 0 H&LO planta* ajuste del n)mero de modos y aumento del periodo de control6 en el G"todo de Cnálisis &inámico con ; H&LOplanta* desglosamiento del procedimiento, ajuste del n)mero de modos y del periodo de control6 especificación de G"todo de Cnálisis &inámico con diafragmas flexibles6 especificación de Cnálisis &inámico con acelerogramas y de Cnálisis Estático nelástico para problemas especiales6 incorporación de la nteracción (ueloNEstructura6 introducción de control de inestabilidad por los efectos PN&. En cuanto a las revisiones correspondientes al &ise'o tenemos* las combinaciones de carga se !an modificado para incluir efectos de la aceleración vertical y ajustar los factores de simultaneidad. Cl mismo tiempo se a'aden combinaciones especiales adscritas a situaciones de poco desarrollo de ductilidad6 se consideran situaciones de concentraciones de demanda6 se amplían los requisitos de verificación y detallado para los muros estructurales, siguiendo la conciencia internacional al respecto de la insuficiencia de las prescripciones anteriores6 se a'aden algunos requisitos para pórticos de acero y para pórticos diagonaliados6 se disponen requisitos para estructuras @ipo D, antes no previstos6 se prescribe control y detallado de columnas discontinuas6 se requiere el control de la regularidad prevista de las resistencias globales.
EXPANSIN REFUERIDA DEL DESARROLLO NORMATIVO =reo que debemos entender que las ormas que desarrollamos representan un consenso social en lo que respecta a la manera que debemos abordar los problemas de construcción sismorresistente. Iuiás el factor determinante en este consenso es la b)squeda de un equilibrio entre seguridad y economía, porque es reconocido que dise'ar para soportar cualquier sismo posible con total seguridad es sumamente oneroso e impráctico en t"rminos sociales. +sto lleva a la aceptación de la ocurrencia de da'os en las edificaciones bajo los sismos más severos que puedan ocurrir. Pero en lo que !emos estado de acuerdo es en que los da'os no deben impedir la protección de las vidas !umanas6 por tanto se establece que pese a que una edificación sufra da'os no debe perder estabilidad, siendo de esperar que sea posible la evacuación de personas para los sismos
límites de dise'o y que para sismos extraordinarios puedan quedar a salvo aunque no puedan abandonar la edificación. Lo que quisiera puntualiar es que el consenso social no se efect)a totalmente sobre una base científica, sino que influyen criterios empíricos así como cierta inercia a mantener la práctica profesional tradicional. nfluye, por ejemplo, que ante algunos problemas poco resueltos se tome la actitud más liberal, en lugar de una suficientemente previsiva. Lamentablemente la sucesiva ocurrencia de sismos viene mostrando que la opinión más conservadora es la que debía !aber prevalecido en lugar de la más liberal. Es decir, el consenso social viene pecando de tomar una actitud liberal bajo la suposición de que los sismos no van a afectar lo que antes no !icieron y la triste realidad es que sí lo !acen y entonces, a posteriori, se acepta tomar nuevas medidas. % sea que vamos reaccionando en función de la experiencia propia, en lugar de tomar una actitud racional desde el principio. digo propia porque podemos entender que alg)n g"nero de experiencia sea necesario para tomar decisiones, pero existe experiencia ajena que podemos aprovec!ar en lugar de esperar a que nos ocurra a nosotros. Por ejemplo tenemos normas para edificaciones antisísmicas porque se nos cayeron edificios, pero como a)n no !an ocurrido grandes siniestros en puentes no tenemos una orma (ismorresistente de Puentes oficial actualiada, pese a que en otros países los da'os en puentes :,2 !an representado un gran problema social. Las previsiones contra p"rdida de operatividad de servicios vitales, como líneas el"ctricas, líneas de aducción, telefónicas, etc., son escasas porque no fue antes un problema fundamental, aunque sí se presentó en el reciente terremoto. La posibilidad de incendios generaliados, como consecuencia de rotura de líneas de gas no !a sido tomada debidamente en cuenta, aunque en otros países !a representado un grave problema :,2. o evaluamos y reforamos adecuadamente las construcciones antiguas porque los recursos tienen otras prioridades. o tenemos una política seria de sustitución de viviendas marginales peligrosas ni de previsión de desliamientos, Tporque a)n no se !an caídoU (i =aracas se convirtió en 01:2 en uno de los primeros ejemplos de que los edificios modernos de concreto armado podían desplomarse bajo sismos a)n moderados, podría caberle el triste !onor de ser la ciudad en que ocurriera una catástrofe colectiva con miles de muertos en áreas marginales por m)ltiples desliamientos e inestabilidades de pobres construcciones. Es propicia, pues, la ocasión para que nos replanteemos esta actitud social general y reflexionando sobre los siniestros probables y no sólo sobre los pret"ritos, nos aboquemos a desarrollar otra serie de normativas paralelas yOo complementarias que necesitamos, conjuntamente con la voluntad política y económica de llevarlas a cabo. Entre las normativas y políticas relativamente urgentes recordemos* C$ /evisión general de los riesgos geológicos, geot"cnicos y constructivos en las onas marginales de las principales ciudades, con el propósito de reubicación de la población afectada, asignando los recursos financieros indispensables para efectuarla.
$ Evaluación y reforamiento de construcciones existentes, dándole prioridad a las de gran utilidad social como !ospitales, escuelas, estaciones de bomberos, de policía, centros de comunicación, edificaciones monumentales, etc. =$ &esarrollo de normativas para tuberías de gas en poblaciones y revisiones consiguientes. &$ &esarrollo de normativas para líneas de aducción de agua potable. E$ /evisión de la condición de los puentes existentes y establecimiento de una norma moderna al respecto. F$ En general podría plantearse un debate nacional que enfoque los problemas relativos a los posibles desastres naturales, les de una prioridad cónsona con su gravedad y promueva la asignación de un porcentaje mínimo del presupuesto nacional a su mitigación. =omo punto final quiero repetir que es esencial que no sea pasajera nuestra actitud, como producto de una conmoción temporal frente a la ocurrencia de un terremoto destructor, sino que pasemos a una conciencia consolidada de la necesidad de tomar medidas de prevención anticipándonos al a)n desconocido pero inevitable momento de un movimiento tectónico.
EKE/==%( 5na estructura de un solo piso se supone idealiada con una viga infinitamente rígida apoyada sobre columnas de pesos despreciables tal como se muestra la figura. =on la finalidad de evaluar las propiedades dinámicas de la estructura. (e realia un ensayo de vibración libre el cual consiste en lo siguiente* el nivel de la viga se desplaa lateralmente mediante un gato !idráulico y luego se suelta. &urante la operación realiada se observó que la fuera requerida es de 03@n para desplaarse la viga a 3,?3cm despu"s que se suelta la viga desde el desplaamiento inicial, el desplaamiento máximo en el movimiento de regreso es de 3,>3 cm y el periodo del ciclo es 0,>3seg. (e pide dibujar la respuesta dinámica. 03tn
3,?3cm
Posición Estática
•
3,>3cm
Primer =iclo Dibración
/igide del sistema
Para la ley de Jooe* FVWX WVFOX WV03tnO3,?3cm V •
Frecuencia angular amortiguada
@V 9YOZa ZaV 9YO@ V 9YO0,>3seg V >,> radOseg •
&ecremento Logarítmico
(V Ln.[iO[iRn V LnV ?3O>3V 3,99; •
/elación de Cmortiguamiento
\V (O
√ ( )
2 π
2 π
√ (
2 π
\V 3,99;O •
S
1+
1+
2
0,223 2 π
)
2
V ;,??4
/espuesta &inámica
( wt ) + [#t$V
(
Vo +} Xow wa
)
(
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)
Xo cos ¿ −}ωt
e
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[oV 3,?3cm DoV 3 Wa
ZV
4,49
=¿ 2 √ 1−}
( 4,49 t )+ [#t$V
√ 1− 0,0355
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( 0,50 ) cos ¿=¿ −( 0,0355) (4,49 ) e ¿ t
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− 0,16 t e
¿ 3,?3 cos#>,>1t$R3,30A sen#>,>1t$]
Fx#t$V D#t$ \ fx#t$V a #t$ [#3,?:$V N3,03A1cm V^ FV #3,93$ #3,03A1$V 9,02Atn
