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UNIV. NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO “ – FACULTAD DE INGa CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA

INTRODUCCION AL ANALISIS SISMICO El hombre ha aprendido desde que tiene uso de razón a temer los movimientos telúricos, apreciando su intensidad en forma cualitativa con relación a los daños y pánico que estos causan. Un elevado porcentaje de los centenares de miles de víctimas cobradas por los sismos, se debe al derrumbe de construcciones hechas por el hombre; el fenómeno sismo se ha ido transformando así en una amenaza de importancia creciente en la medida en que las áreas urbanas han crecido y se han hecho más densas. Una de las características de finales del presente siglo es la constante migración de las poblaciones de la vida rural y campestre, a otra urbana y bulliciosa, que se concentra en las grandes ciudades, con necesidades cada vez mayores de recursos para cubrir las demandas de alimentación, vivienda, servicios, etc. Esta tendencia obliga a la inversión de grandes capitales en áreas relativamente pequeñas o ciudades muy populosas, que de producirse un sismo intenso, las pérdidas de vidas humanas y recursos económicos pueden ser cuantiosos, con el agravante que esta tendencia tiende a aumentar con el transcurrir de los años venideros. Las soluciones constructivas más duraderas han sido aquellas capaces de resistir las acciones externas y del uso; entre las acciones externas, en vastas extensiones de nuestro planeta, deben incluirse las acciones sísmicas. Hasta hace poco, las soluciones adoptadas para resistir las acciones sísmicas se desarrollaron esencialmente analizando los efectos de los terremotos en las construcciones, sin el apoyo teórico de causas y características de los sismos, ni de información cuantitativa sobre la naturaleza de los movimientos del terreno. ; las soluciones constructivas, con muros de 4 y 5 m de grosor, bóvedas de 60 cm de espesor, contrafuertes, columnas de esbeltez reducida, etc., fue el resultado de un proceso de prueba y error durante los siglos XVI, XVII y parte del XVIII. Por esta razón, se hace necesario contar con los instrumentos necesarios que nos ayuden a prevenir, este tipo de eventos , en el supuesto aceptado que las construcciones deben soportar aceptablemente los sismos más severos; y sin mayores daños, los sismos moderados que con más frecuencia deben presentarse durante la vida útil de las edificaciones. Existe por este motivo, una necesidad importante de mitigar los efectos destructivos de los terremotos, mejorando las técnicas adecuadas de diseño y en particular, dando a conocer la importante y cuantiosa información experimental, teórica y práctica existente en medios de investigación de diseño sismorresistente. La Ingeniería sísmica, es una disciplina nueva que involucra la combinación de una serie de disciplinas variadas y complejas, cómo la sismología, la dinámica estructural y de suelos, el análisis estructural, la geología, la mecánica de los materiales, etc; que de manera integrada permiten el diseño de obras capaces de resistir los sismos más severos que puedan presentarse en el futuro de una determinada zona. Es evidente el gran avance de la investigación en Ingeniería sísmica, en los últimos años, sin embargo, a la luz de los sismos recientes, a muchos conocedores del tema, los ha dejado perplejos ante los efectos producidos; construcciones muy similares, y vecinas entre si, resultaron con daños totalmente diferentes ante la acción del mismo sismo. Países llamados del primer mundo, altamente industrializados y tecnificados, como EEUU, y Japón, se han visto impotentes ante eventos sísmicos, cómo el terremoto de Northridge en 1,994 y Kobe en 1,995, respectivamente, que han ocasionado pérdidas de vidas, y económicas por miles de millones de dólares. Una de la características de los terremotos, es su ocurrencia súbita y sorpresiva; como son eventos muchas veces de periodos de retorno largo, el hombre muy rápido se olvida de la ocurrencia, y un nuevo sismo, es prácticamente una nueva tragedia desconocida, con consecuencias impredecibles. La mayoría de los terremotos, se producen alrededor del Océano Pacifico, en el denominado Cinturón de Fuego, que tiene una extensión aprox. de 40,000 Km., en la que el 85% de la energía total liberada, por los terremotos anualmente se producen en dicha área, que comprende América del Norte y del Sur, Alaska, las Aleutianas, Japón, China, Filipinas, Indonesia, y Australia. El

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restante 15% de la energía, se libera en el Cinturón conformado por la Bahía de Bengala, cruzando el Himalaya, el mar Carpio y el Mediterráneo, hasta el sur de España. Mucho se ha aprendido sobre el comportamiento y diseño de las estructuras, que pueden estar sometidas a violentas sacudimientos, derivados de la acción de un sismo severo. Los edificios de concreto reforzado, al igual que las de acero, tienen sus particularidades, frente a las cargas alternantes de un sismo. En la actualidad, es clara la importancia del comportamiento inelástico de las estructuras frente a la acción de las cargas sísmicas, ya que estas corresponden a un estado dinámico que introduce fuerzas de inercia que estimulan deformaciones en cualquier dirección, de allí que el sistema resistente resulte operando de manera tridimensional. Por esta razón, la dinámica de estructuras se convierte en una ciencia fundamental dentro de la Ingeniería sísmica, adicionalmente debe conocerse conceptos básicos de ciencias físicas, matemáticas, análisis estructural, geotecnia.., etc. Según datos sismotectónicos, cualquier zona del Circulo Circun-Pacifico ó del Circulo Andino, está expuesta a sismos. La zona de Lima tuvo una terrible experiencia con el terremoto del 28 de Oct. de 1746, cuándo fue casi totalmente destruida y el Callao arrasado por Tsunamis; la intensidad probable de este sismo se dice que fue entre X y XI MM, de 3000 casas existentes sólo quedaron 25, perecieron 1141 personas de un total de 60,000; el puerto del Callao quedo totalmente destruido, el mar irrumpió sobre la población ahogando a gran parte de ella, se dice que el mar avanzo 5.5 Km. tierra adentro, de 4,000 habitantes sólo sobrevivieron 200. Después del terremoto el Cabildo de Lima, eligió al Sr. De los Milagros como patrono de la ciudad; la devoción a la imagen pintada por un artista de raza negra de Angola se había iniciado a mediados del siglo XVII, cuando el inmueble se derrumbo por un terremoto excepto la pared donde estaba pintada la figura de Cristo, este hecho fue considerado un milagro, levantándose una Capilla, que posteriormente se transformo en Iglesia; que se destruyo a causa de este terremoto, quedando nuevamente en pié el muro con la imagen de Cristo. En zonas dónde las construcciones son débiles, sismos de pequeña magnitud y muy localizados pueden causar numerosas muertes; cómo el sismo de Sihuas-Ancash, dónde aldeas enteras quedaron completamente destruidas. El terremoto de Agadir en Marruecos, es un caso que debe tratarse de evitar en el futuro; según creencias de sus pobladores en ésta zona nunca había ocurrido sismos y tampoco había peligro potencial para el futuro, sin embargo éste Balneario, ubicado en las Costas Atlánticas del Norte de Africa, en sólo 15 segundos quedo reducido a escombros, por un sismo que ocurrió en la noche del 29 de Febrero de 1960; muriendo más de 12,000 personas de un total de 30,000 habitantes. El alto porcentaje de muertos da una idea de lo que ocurrió en esa Ciudad, constituida por un buen número de construcciones de apariencia moderna, pero no diseñadas sismicamente. Los riesgos impuestos por los terremotos, son únicos en muchos aspectos y, consecuentemente, la adecuada planeación conducente a reducir los riesgos de sismos requieren de un enfoque especial desde el punto de vista de la Ingeniería. El Ingeniero debe prever los efectos que un sismo puede producir en una estructura, en ocasiones puede permitirse daños ligeros en estructuras simples y con poco riesgo para la vida, por el contrario hay estructuras en los cuáles los daños deben ser casi imperceptibles, pues no solamente el colapso de una estructura es riesgosa, sino también el efecto psicológico que en una multitud puede causar al advertir daños que, si bien estructuralmente no sean de consideración, si causan impacto emotivo en las personas, y pueden generar pánico colectivo, éste es el caso de Estadios, Sala de Espectáculos, Templos .. etc. El efecto de un sismo sobre una estructura puede incluirse en uno de los siguientes conceptos: a) Daños Imperceptibles b) Daños ligeros en acabados c) Daños ligeros en las estructuras d) Daños graves en las estructuras

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e) Falla de la estructura. El riesgo sísmico implica un problema único de Ingeniería de Diseño, ya que un sismo intenso constituye la carga más severa a que la mayoría de las estructuras pueden estar sujetas, pero una vez que esto haya sido tomado en cuenta, la probabilidad de que cualquier estructura pueda ser afectada por un sismo importante será mínima. El enfoque óptimo frente a ésta combinación de condiciones, desde el punto de vista de la Ingeniería, es diseñar la estructura de tal manera que se evite el colapso ante el sismo más severo posible, asegurando con ello la vida humana; pero aceptando la posibilidad de daño sobre la base de que es menos caro, reparar o reemplazar las estructuras afectadas por un sismo fuerte, que construir cada una de ellas lo suficientemente resistentes para evitar daños. Obviamente este concepto de diseño enfrenta al Ingeniero estructural con un verdadero desafío: lograr un diseño económico que sea susceptible al daño sísmico, pero que al mismo tiempo no llegue al colapso total, aún ante el sismo más severo posible.

I.- ASPECTOS SISMOLOGICOS ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA La Tierra está formada por tres capas concéntricas: corteza, manto y núcleo, con propiedades físicas distintas. Estas capas han podido ser detectadas y definidas, a partir del estudio de los registros del movimiento de su superficie, y más concretamente por los estudios de los terremotos Las principales capas que componen la Tierra, son: •

Núcleo, con un radio de 3470 Km., constituido por núcleo interior (1) y núcleo exterior (2)., formado por hierro fundido, mezclado con pequeñas cantidades de níquel, sulfuros y silicio.

•

Manto, con un espesor de 2900 Km, y está dividido en manto inferior (3), manto superior (4), y zona de transición (5).

•

Corteza o Litosfera (6), es la capa exterior de la Tierra, es de elevada rigidez (roca) y anisotropía, sabemos que es de espesor variable, que en algunos casos puede ser de 60 Km., en los continentes las formaciones son graníticas, y basálticas en los fondos oceánicos.

Algunos autores consideran que los siguientes 60 Km. también pertenecen a la corteza. La zona que separa la corteza del manto es conocida con el nombre de discontinuidad de Mohorovicic, conocida comúnmente con el nombre de Moho

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EVOLUCION DE LOS CONTINENTES

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ORIGEN Y MECANISMO DE LOS SISMOS.Las causas y orígenes de los terremotos han tenido diversas explicaciones a través de la historia; en muchos casos, se les ha relacionado a costumbres y creencias religiosas de cada pueblo, a castigo de los Dioses, pero también se le ha tratado de dar una explicación científica, como la de Aristóteles, que consideraba que los terremotos eran producto de masas de aire caliente, que presionaban para escapar del interior de la tierra, o la de Hooke que consideraba que era una respuesta elástica a fenómenos geológicos, hubieron otras teorías , cómo la de Humboldt , Robert Mallet . Los trabajos de Gilbert (1 884 ), fueron los primeros que abrieron el paso a la relación de los terremotos y las fallas geológicas, de manera que a finales del siglo XIX, ya era comúnmente aceptado que los sismos se originaban por el movimiento relativo de las dos partes de una fractura de la corteza terrestre. En el estudio de las vibraciones producidas en una Estructura por efecto de un Terremoto, son de interés los factores que influyen en el campo de los desplazamientos, velocidades y aceleraciones. Entre éstos factores están los parámetros que definen el mecanismo de los terremotos; la primera representación del mecanismo, fue la Teoría del Rebote Elástico enunciada por H. F. Reid (1911). Reid, propuso ésta Teoría después del terremoto de San Francisco de 1906 en el que a lo largo de una longitud de unos 400 km. se pudo observar la fractura de la falla de San Andrés con desplazamientos de hasta 6.5 m, con el bloque occidental moviéndose hacia el norte con respecto al Continente Americano. Esta Teoría de fractura de Cizallamiento modificada y generalizada es la que hoy se admite para el mecanismo de los terremotos, por lo menos en aquellos que tienen lugar en la corteza. Empleando las palabras de Reid, la Teoría fue expresada de esta forma " Es imposible para la roca romperse sin haber estado sujeta anteriormente a deformaciones elásticas mayores a las que puede soportar". De éste enunciado se concluye que la corteza en muchas partes de la tierra esta siendo desplazada lentamente y la diferencia entre los desplazamientos de regiones vecinas trae deformación elástica que pueden llegar a ser mayores que lo que la roca puede soportar; en éste caso sucede una ruptura y la roca deformada "Rebota" sobre su propio esfuerzo elástico hasta que la deformación es en gran parte o totalmente relevada, al parecer a la palabra rebote Reid le da el significado de recuperación de la deformación. Según la Teoría del Rebote Elástico, la energía sísmica proviene de la energía de deformación almacenada lentamente en las rocas deformadas; ésta energía es liberada en forma de ondas de esfuerzos al producirse en un punto un deslizamiento repentino a lo largo de la falla. Posteriormente la Teoría ha sido modificada considerando las propiedades plásticas de la roca (flujo plástico) para explicar los pequeños temblores que siguen a uno principal en una misma región. En resumen en la Teoría del Rebote Elástico, la falla geológica es la causa de la mayoría de los sismos y no una consecuencia de ellos. La generación de un sismo consta, por lo tanto, de dos etapas : una de acumulación lenta de energía elástica, y otra de relajación súbita. Mientras que la primera puede prolongarse por años, la segunda dura únicamente decenas de segundos. En tiempos recientes el conocimiento del origen de los sismos y los mecanismos geológicos involucrados han avanzado mucho en su investigación, explicándose en la actualidad que los sismos de gran magnitud están encuadrados en la teoría de la Tectónica de Placas.

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TECTONICA DE PLACAS La corteza de la Tierra está conformada por una docena de placas de aproximadamente 70 km de grosor, cada una con diferentes características físicas y químicas. Estas placas ("tectónicas") se están acomodando en un proceso que lleva millones de años y han ido dando la forma que hoy conocemos a la superficie de nuestro planeta, originando los continentes y los relieves geográficos en un proceso que está lejos de completarse. Habitualmente estos movimientos son lentos e imperceptibles, pero en algunos casos estas placas chocan entre sí como gigantescos témpanos de tierra sobre un océano de magma presente en las profundidades de la Tierra, impidiendo su desplazamiento

. Entonces una placa comienza a desplazarse sobre o bajo la otra originando lentos cambios en la topografía. Pero si el desplazamiento es dificultado, comienza a acumularse una energía de tensión que en algún momento se liberará y una de las placas se moverá bruscamente contra la otra rompiéndola y liberándose entonces una cantidad variable de energía que origina el Terremoto.

La zona sismogenética de posible generación de terremotos se denomina esquizosfera y no se extiende más allá de los 30 a 40 Km. dentro del interior de la tierra ,donde existe la suficiente rigidez como para que puedan producirse fracturas frágiles; y constituye la zona más superficial de la Litosfera, región que se extiende hasta los 100 Km de profundidad, y abarca la corteza y la parte superior del manto donde el deslizamiento ya es asismico. La parte del manto situada debajo de la litosfera hasta una profundidad de 200 Km se denomina astenósfera. La corteza y el manto se encuentran separados por la discontinuidad de Mohorovicic ( Moho ) , en la que la velocidad de las ondas sísmicas experimentan un brusco incremento. La corteza presenta características distintas bajo los océanos y bajo los continentes. En el primer caso, se compone de una sola capa de material basáltico con un espesor que varia entre 5 y 10 Km., aunque puede aumentar en los mares interiores. La corteza continental tiene una capa granítica sobre la basáltica y el espesor total oscila entre 20 y 24 Km en las zonas costeras y 40 – 50 Km bajo las grandes cadenas montañosas. Los terremotos superficiales ( profundidad < 30Kms ) , se generan en la esquizósfera; los intermedios ( 30 < h < 200 Km ) y los profundos ( h > 200 Kms ) , se producen en zonas internas con suficiente rigidez, originadas, bien porque el material rígido se ha introducido en el manto conservando sus características mecánicas ( zonas de subducción ) , o bien por que se han producido cambios en las fases mineralógicas ( profundos ).

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Según la Teoría de la Tectónica de placas , la Litosfera, está subdividida en grandes placas que se desplazan arrastradas por las corrientes de convección de la astenosfera , con velocidades relativas de unos pocos centímetros al año. En las zonas dónde el espesor de la litosfera es menor, en general en el fondo de los Océanos, a través de las separaciones de éstas placas, fluye hacia arriba el magma que se encuentra a presión y en estado líquido por debajo de la litosfera. La emersión de éste magma produce empujes sobre las placas adyacentes a la falla; éstos empujes se reflejan en los extremos opuestos de las placas generándose grandes presiones en las zonas de contacto. En el encuentro de una placa oceánica con una continental, la primera de menor espesor y mayor densidad se hunde bajo la segunda, ocasionando la desaparición de parte de la litosfera que se vuelve nuevamente magma; éste tipo de movimiento tectónico causado por el deslizamiento de la placa de Nazca bajo la placa Continental es responsable de la gran actividad sísmica de la región. Cuándo entran en contacto dos placas continentales que se mueven en sentidos opuestos, se produce una elevación, es decir ambas placas se doblan hacia arriba, dando lugar a la formación de grandes cadenas montañosas ( cómo el Himalaya ). Cuándo el movimiento de dos placas continentales , tienen la misma dirección se produce un deslizamiento de una sobre la otra, sin que haya destrucción de litosfera; ejemplo de éste tipo de fenómeno es la falla de San Andrés en California. El desplazamiento en la zona de contacto entre dos placas no ocurre de manera continua y suave; la fricción entre las rocas hace que se generen grandes esfuerzos en la superficie de contacto de éstas, hasta que se vence la resistencia mecánica, provocando un deslizamiento brusco y la liberación súbita de una gran cantidad de energía. Mientras mayor es la longitud de la zona de contacto, mayor será la cantidad de energía liberada; ésta energía produce ondas en la corteza terrestre, las que se trasmiten a grandes distancias y provocan la vibración de la superficie terrestre. Las principales placas se pueden reducir a seis; mientras que el interior de las placas son zonas estables, sus bordes son inestables, dándose en ellas varios tipos de procesos dinámicos que pueden reducirse a tres: ™ Generación de corteza oceánica en las cordilleras Centro Oceánica ™ Subducción de corteza oceánica en las zonas de arcos de islas, dónde la corteza oceánica se introduce por debajo de la continental, siendo éste el lugar de terremotos profundos. ™ Fallas de transformación o deslizamientos horizontales de dos placas contiguas en las zonas de grandes fracturas, de la que es ejemplo clásico la falla de San Andrés en California, lugar de frecuentes terremotos de gran magnitud. Aunque el conocimiento del origen de los sismos no es completo, se sabe lo suficiente cómo para afirmar que algunos tienen origen volcánico, otros son causados por derrumbes de cavernas, deslizamientos ú otros fenómenos de menor importancia, y otros son de origen tectónico. Estos últimos son los de mayor interés desde el punto de vista de la sismología, por cuánto la energía liberada es extraordinariamente mayor que la de los otros tipos y son por lo tanto los de mayor potencia. La ocurrencia de éstos sismos tectónicos es tan violenta que puede provocar resultados desastrosos en zonas dónde no se han considerado medidas para prevenir sus efectos destructores. La mayoría de los sismos tectónicos detectados hasta la fecha han tenido su origen a profundidades no mayores a 60 kms. Los modelos de Interacción entre las placas son cuatro: a. Subdución: ocurre cerca de las islas, donde dos placas de similar espesor entran en contacto entre sí. b. Deslizamiento: se produce cuando entran en contacto dos placas oceánicas, o bien una continental y una oceánica..

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c. Extrusión: este fenómeno ocurre cuando se juntan dos placas tectónicas delgadas que se desplazan en direcciones opuestas, es el caso del contacto de dos placas del fondo del océano. d.- Acrecencia: tiene lugar cuando hay un impacto leve entre una placa oceánica y una continental. McAlester asocia los movimientos de las placas con la energía calorífica que se concentra bajo la litosfera. Rikitake relaciona los desplazamientos con los movimientos de convección de las capas inferiores, las cuales están en estado viscoso debido al calor. En las zonas de extrusión aparece "nueva corteza", mientras en las zonas de subducción las placas que penetran por debajo se funden, por efecto del calor desarrollado en la interacción entre placas bajo condiciones de presión elevada, dando lugar al magma. Por ello los volcanes activos se sitúan frecuentemente en estas zonas de subducción

DISPOSICIÓN ACTUAL DE LAS DISTINTAS PLACAS TECTONICAS

Fuente: U.S. Geological Survey

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CORTE ESQUEMATICO DEL MODELO TECTONICO

TECTONICA DE PLACAS EN EL PERU.Los Andes es un claro ejemplo de cordillera formada como el resultado del proceso de subducción de una placa oceánica bajo un continente. La cordillera andina se extiende a lo largo del continente sudamericano, desde Venezuela hasta el sur de Chile, con un ancho minimo de 200 km en la región central del Perú y máximo de 500 km en el límite entre Perú y Chile. Como resultado de la evolución de la cordillera andina se han formado diferentes unidades estructurales cómo : Zona costera ( ZC ), Cordillera Occidental ( COC. ), Cordillera Oriental ( C.OR ) , Altiplano y la zona Sub andina.

FALLA SISMICA.Se entiende por falla a una estructura tectónica a lo largo de la cual se ha producido una fractura y un desplazamiento diferencial de los materiales adyacentes . En Ingeniería sísmica, interesan las fallas activas . Se dice que una falla es sismicamente activa cuando hay constancia de que en un tiempo determinado, se han producido por lo menos un terremoto; este tiempo suele extenderse entre los 10,000 y 35,000 últimos años. Para la falla de San Andrés, se le considera activa cuando se dan las siguientes circunstancias: a) Se ha producido al menos, un movimiento de la superficie o cerca de ella en los últimos 35,000 años

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b) Existe constancia instrumental de la ocurrencia de sismos relacionados con la falla c) La falla se relaciona estructuralmente con fallas potenciales que satisfacen las dos características anteriores Las fallas se forman cuándo ocurren deslizamientos recíprocos de las capas de roca en un plano determinado. Las fallas se clasifican en activas e inactivas; dependiendo si se han registrados varios movimientos en tiempos recientes, tal cómo la falla de San Andrés en California, para ser denominadas cómo activas, en tal caso el periodo promedio de retorno de sismos puede utilizarse cómo un criterio de diseño sísmico. Desde el punto de vista tectónico, Housner propone que sean consideradas cuatro tipos de fallas en el estudio de sismos destructivos. a) Fallas de empuje inferior de ángulo pequeño, compresivas. Estas resultan de placas tectónicas de fondo marino que se separan y empujan por debajo de las placas continentales adyacentes, un fenómeno común en gran parte del Cinturón Circun Pacìfico. b) Fallas de empuje ascendente de compresión : las fuerzas de compresión causan falla por cortante, que empuja a la porción superior hacia arriba ejm. sismo de San Fernando en California 1971. c) Fallas de extensión: caso inverso del anterior, deformaciones de extensión empujan al bloque superior bajo el plano de la falla en pendiente. d) Fallas de deslizamiento horizontal: el desplazamiento horizontal relativo de los dos lados de la falla ocurre a lo largo de un plano de falla esencialmente vertical , cómo la falla de San Andrés San Francisco. Los parámetros que definen el movimiento de una falla .™ Longitud de la falla ( L ) ™ Anchura de la falla ( D ) ™ Acimut de la traza ( ϕ ) ™ Buzamiento del plano ( δ ) ™ Angulo del desplazamiento ( λ ) ™ Desplazamiento de la dislocación ( ∇u )

DISTRIBUCION DE LOS SISMOS SOBRE LA TIERRA Los sismos se agrupan en largas y no muy anchas franjas ( en términos relativos a su longitud ), a lo largo de las fosas o zonas de subducción, muy especialmente a lo largo del llamado Cinturón de Fuego del Pacifico, que se inicia al sur de Sur América, se prolonga hasta la Alaska en Norte América y pasa hasta Japón para continuar hasta bien al sur de Nueva Zelandia. En promedio el 85% de la energía sísmica liberada anualmente en el mundo corresponde al mencionado cinturón.

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Otras franjas claramente delimitadas resultan concordantes con los dorsales oceánicos, pero la concentración sísmica es mucho menos densa que en el cinturón del Pacifico. Por último, otra notable franja se asocia con cadenas montañosas de Europa y Asia, pasando por Turquía. En esta franja han ocurrido grandes sismos.

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LOS TERREMOTOS MÁS DESTRUCTIVOS REGISTRADOS EN EL MUNDO (SOBRE 50.000 MUERTES)

FECHA

LUGAR

MUERTES

MAGNITUD

23/01/1556

China, Shansi

830.000

n/a

11/10/1737

India, Calcuta**

300.000

n/a

27/07/1976

China, Tangstan

255.000*

8.0

09/08/1138

Siria, Aleppo

230.000

n/a

22/05/1927

China, Xining

200.000

8.3

22/12/ 856

Irán, Damghan

200.000

n/a

16/12/1920

China, Gansu

200.000

8.6

23/03/ 893

Irán, Ardabil

150.000

n/a

01/09/1923

Japón, Kwanto

143.000

8.3

28/12/1908

Italia, Messina

70.000 a 100.000

7.5

/09/1290

China, Chihli

100.000

n/a

/11/1667

Caucasia, Shemakha

80.000

n/a

18/11/1727

Irán, Tabriz

77.000

n/a

01/11/1755

Portugal, Lisboa

70.000

8.7

25/12/1932

China, Gansu

70.000

7.6

31/05/1970

Perú

66.000

7.8

Asia Menor, Silicia

60.000

n/a

11/01/1693

Italia, Sicilia.

60.000

n/a

30/05/1935

Pakistán, Quetta

30.000 a 60.000

7.5

04/02/1783

Italia, Calabria

50.000

n/a

20/06/1990

Irán

50.000

7.7

/ /1268

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MAPAS DE REGISTROS SISMICOS EN EL PERU Y EN LAMBAYEQUE

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SISMOS OCURRIDOS EN LA ZONA DE LAMBAYEQUE ( 1,598 –2002 ) FECHA H. ORIGEN aaaa/mm/dd hh:mm:ss 1598/06/25 1606/03/23 1619/02/14 1906/09/28 1907/06/20 1937/06/21 1937/06/22 1937/06/24 1938/01/16 1938/07/07 1938/09/09 1939/11/26 1940/05/05 1941/01/24 1942/01/08 1942/11/06 1943/01/06 1943/04/05 1945/08/02 1948/04/18 1949/05/22 1950/08/08 1950/10/16 1951/01/26 1951/05/08 1951/09/08 1955/04/25 1955/06/23 1955/11/26 1963/08/29 1965/08/13 1965/11/29 1965/12/28 1966/08/20 1969/02/04 1983/02/28 1991/10/28 2002/02/05 2002/02/08 2002/02/10 2002/02/18 2002/02/18 2002/02/24

22:00:00.0 20:00:00.0 16:30:00.0 15:24:54.0 11:33:00.0 15:13:04.0 05:34:03.0 14:57:18.0 21:41:47.0 04:50:00.0 17:27:12.0 06:26:18.0 02:03:42.0 05:44:03.0 15:12:31.0 13:31:10.0 09:51:03.0 03:08:58.0 09:10:00.0 00:05:00.0 15:25:35.0 03:35:00.0 05:25:22.0 02:51:00.0 20:00:51.0 09:53:00.0 00:24:00.0 17:30:00.0 20:40:00.0 15:30:31.0 00:54:45.3 17:07:02.7 22:04:54.3 07:43:28.8 04:10:19.0 13:54:51.2 18:55:02.6 9:31:59.6 13:14:19.3 0:50:38.1 14:55:47.3 15:45:15.7 23:53:55.0

LAT. øS 06.90 07.00 07.94 06.17 06.98 08.26 09.00 07.80 06.00 05.69 07.20 08.50 07.00 03.25 06.00 06.00 05.00 06.50 07.80 07.00 07.00 07.00 05.00 05.79 08.30 06.90 07.10 07.00 07.00 07.10 04.34 06.07 03.19 03.21 08.11 07.33 06.72 04.03 03.60 05.04 04.05 08.79 04.69

LON. PROF MAG INTENSIDADES øW km mb MM

79.60 80.30 79.03 77.49 80.49 79.23 79.00 80.30 75.00 80.04 80.30 77.50 80.00 76.75 78.50 77.00 80.70 76.00 80.20 80.30 81.50 80.30 80.00 79.75 79.80 80.20 80.00 80.50 80.50 81.60 81.08 78.71 77.15 77.23 80.08 76.39 79.83 80.70 79.72 77.78 77.85 80.31 78.13

40.0 40.0 7.7 150.0 *6.7 58.0 60.0 5.8 60.0 5.5 5.4 100.0 5.6 80.0 5.8 130.0 5.4 5.6 120.0 5.8 110.0 5.6 130.0 5.9 5.7 140.0 5.8 70.0 40.0 4.8 40.0 4.8 60.0 30.0 64.0 40.0 30.0 4.7 40.0 4.2 40.0 4.8 23.0 *7.0 38.0 5.3 28.0 5.3 18.0 5.4 113.0 5.5 46.0 6.0 39.0 5.1 107.0 4.6 44.0 3.5 215.0 3.6 226.0 4.5 261.0 3.7 53.0 4.7 149.0 4.1

4 PE Saña 5 PE Saña 8 Trujillo 7 Saña Piura Santa 6 Et‚n Lambayeque 5 Ayabaca Chiclayo 6 Chiclayo Eten Lambayeque 7 Trujillo Salaverry 6 Lambayeque 5

4 Chepen Lambayeque

3 Chiclayo Guadalupe 4 Chiclayo 3 Chiclayo Olmos Chiclayo 4 Chiclayo 5 Olmos 4 Piura Morrop¢n Lobitos 6 Olmos 4 Morrop¢n Lambayeque 5 Chiclayo 4 Guadalupe 5 Chiclayo 4 Pacasmayo Chiclayo 3 Chiclayo 2 Chiclayo 3 Chiclayo 5 Chiclayo Piura Trujillo

5 Chiclayo Trujillo1981/12/27 21:23:14.0 4 Chiclayo 2-3

CARACTERISTICAS DE LOS SISMOS .La perturbación que se origina en el foco produce en la masa del subsuelo, en la zona de generación, una serie de ondas: de aceleraciones, periodos y velocidades diferentes. Las ondas así producidas se transmiten a distancias considerables del foco. Considerando a la tierra cómo un cuerpo elástico, las perturbaciones que se originan en el foco sísmico tenderán a propagarse en forma de ondas a través de la tierra dando origen a los movimientos vibratorios del suelo que son las

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manifestaciones características de los terremotos. El movimiento de la superficie del terreno durante un sismo, es producido por el paso de ondas de esfuerzo; éstas ondas sísmicas proceden de una región de la corteza terrestre dónde se ha generado una repentina modificación del equilibrio del estado de esfuerzos. El terremoto se manifiesta en la superficie cómo un movimiento muy irregular; la trayectoria descrita por un punto forma una curva espacial determinada por su proyección sobre tres ejes ortogonales. Un eje vertical y dos horizontales normales entre si que suelen ser las direcciones N-S y E-O. Las ondas que trasmiten los movimientos del temblor de tierra, tienen un periodo, es decir una duración y una amplitud. Los terremotos provocan ondas transversales y ondas superficiales como las de un mar agitado. En un punto determinado los movimientos resultan sumamente complejos; a los períodos fundamentales de las ondas se suman otros de distinta índole y así resultan superposiciones de diferentes movimientos cuyos resultados son muy variados; las ondas sísmicas se trasmiten en terrenos de distinta configuración, y frecuentemente al llegar a una zona de discontinuidad, ésta se comporta como un nuevo foco emisor de otras ondas. Al generarse un sismo sobre la corteza terrestre, se producen: a) Ondas de Cuerpo .- Que se propagan a través del interior de la tierra y se clasifican en - Ondas Longitudinales (P) - Ondas Transversales (S) b) Ondas de Superficie ú Ondas dirigidas , que se propagan a lo largo de la superficie de la tierra y son : - Ondas Rayleihg - Ondas Love - Ondas Stoneley - Ondas Channel ONDAS LONGITUDINALES .También llamadas primarias de compresión o Irrotacionales, se denominan con la letra P , debido a que son las primeras que llegan al sitio dónde se registra el movimiento .Estas ondas de esfuerzos se generan por el movimiento de partículas hacia atrás y adelante (compresión y tracción) en dirección de la propagación de la onda, se caracterizan por el cambio de volumen sin causar rotación. En un medio homogéneo, isótropo y linealmente elástico, la velocidad de propagación de las ondas P está dado por : Vp = [ ( µ + 2 G ) / Ø ] ½ µ : constante de Lamme G : módulo de rigidez al cortante µ = ( ¶ E) / ( 1 + ¶ ) ( 1 - 2¶ ) Ø : densidad del medio E : módulo de Young ¶ : relación de Poisson En la corteza terrestre ésta velocidad se encuentra en el rango de 6.9 á 8.8 km/sg. ONDAS TRANSVERSALES .Llamadas también ondas secundarias de cortante o rotacionales, se representan con la letra " S"; se propagan a menor velocidad que las ondas P y provocan oscilaciones y distorsiones sin cambios de volumen en las partículas que se encuentran en su trayectoria. La velocidad de las ondas S , en un medio homogéneo, isótropo y linealmente elástico se obtiene: Vs = ( G / Ø ) ½ La relación entre las velocidades de las ondas P y S están dadas por Vp / Vs = 1.7 . A pesar que las ondas S son más lentas que las ondas P , son capaces de transmitir mayor energía y son las que provocan mayores daños en las estructuras.

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ONDAS LOVE ( L) .Son ondas de corte horizontal, que producen vibraciones perpendiculares a la dirección de transmisión de la energìa. ONDAS RALEIGH ( R ) .Son ondas dónde las partículas vibran en un plano vertical, siguiendo una trayectoria elíptica. Su efecto es de compresión, dilatación y cizalla. ONDAS STONELEY.Relacionadas con las Ondas Rayleigh, pero siguiendo una superficie discontinua en el interior de la tierra. ONDAS CHANNEL .Que se propagan a lo largo de algunas capas, en el interior de la tierra, son de baja velocidad.

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MOVIMIENTO DEL TERRENO - ACELEROGRAMAS .Las ondas de cuerpo y las ondas superficiales producen movimientos del terreno en el cuál se propagan. Para desarrollar un estudio de Ingeniería sísmica es fundamental tener una medida del movimiento del terreno en el sitio en consideración al producirse el terremoto. Se pueden considerar dos clases de sismómetros para la medición de los movimientos sísmicos, aquellos cuyo péndulo tiene un período considerablemente más grande que el período dominante del suelo y aquellos en que el período del péndulo es considerablemente mas corto que el período dominante. Los primeros sismógrafos, registran amplitudes y son usados principalmente para el registro de microsismos y telesismos para determinar a gran distancia la magnitud de estos. Los CJRAMOS / MARZO 2007

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segundos, acelerógrafos, registran las aceleraciones y son sumamente útiles en la ingeniería sísmica; pueden registrar macro-sismos a partir del V grado de la escala de M-Mercalli hasta aceleraciones cercanas a la gravedad o aun mayores . Un acelerograma es un registro continuo de las aceleraciones del terreno cómo función del tiempo durante un sismo. Un acelerógrafo moderno involucra tres acelerómetros ortogonales que permiten un registro total con un instrumento. Un acelerógrafo es un instrumento diseñado para que responda en la zona de altas frecuencias del espectro de respuesta, en la cual domina la aceleración, mientras que un sismógrafo es diferente, en el sentido de que esta diseñado para responder principalmente en la zona de frecuencia intermedia, en la cual domina la velocidad. El Ingeniero que diseña construcciones civiles desde el punto de vista sísmico debe tener una idea sobre las aceleraciones que las ondas del terremoto llevarán al sitio donde se construirá la futura obra. Cómo se puede observar el acelerograma es una función aleatoria que puede suponerse compuesta por una secuencia no periódica de pulsos de aceleración; generalmente la amplitud de un pulso se utiliza para indicar la severidad del movimiento del terreno. El efecto de la vibración del terreno depende también del número de pulsos, es decir de la duración de la fase. Se presenta seis acelerogramas, correspondientes a sismos que han tenido importancia en la ingeniería sísmica. El primero, registrado en el terremoto de El Centro EEUU, dio apoyo al establecimiento al de normativas sobre espectros de diseño. El segundo y tercero corresponde a sismos producidos en San Francisco y California, que desempeñaron un papel trascendental en la moderna codificación. El cuarto , se registro en Chile ( 1985 ), donde se produjeron elevadas aceleraciones y probó la competencia de muchos edificios y el enfoque de la normatividad chilena. El quinto registro fue muy estudiado en Japón y el sexto corresponde al sismo de México que ha marcado un punto de referencia en la ingeniería sísmica por su larga duración y contenido de frecuencia muy peculiar.

RESPUESTA ESPECTRAL

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La respuesta espectral, puede definirse como un diagrama de la máxima respuesta ( max. Desplazamiento, max. Velocidad, max. Aceleración ) a una función especifica de la excitación, para todos los sistemas posibles con un grado de libertad. Los terremotos consisten esencialmente en una serie aleatoria de vibraciones del terreno, en la que generalmente se registran las componentes norte-sur, este-oeste, así cómo también la componente vertical de la aceleración del terreno. En la actualidad no existe método alguno para predecir el movimiento especifico que una determinada localidad pueda experimentar en el futuro; por lo tanto es razonable usar un diagrama de respuesta espectral para diseño que incorpore la respuesta espectral de varios terremotos y que represente un promedio de respuestas espectrales.

PREMONICIONES Y REPLICAS PREMONICIONES Sismos de magnitudes pequeñas a moderadas que anteceden a un sismo destructor. Se ha observado que para algunos eventos el número de sismos premonitores por unidad de tiempo aumenta conforme se aproxima la fecha de ocurrencia del evento principal. No todos los sismos destructores son precedidos por sismos premonitores. REPLICAS Sismos de magnitudes menores que la del sismo principal que se inician inmediatamente después del sismo principal y duran por varios meses o años, dependiendo del tamaño y clase del sismo principal. Normalmente el número de eventos por unidad de tiempo así como la magnitud máxima decrecen con el tiempo. Si el foco del sismo es más o menos superficial o de profundidad intermedia, del orden de los 60 Kms. o menor, suelen ocurrir las denominadas réplicas, que son sismos menores, posteriores a uno principal, y corresponde a reacomodos del campo de esfuerzos que liberó la energìa en el sismo principal. En algunas oportunidades se suelen presentar premoniciones, correspondientes a sismos de magnitud menor que el sismo principal, que suele ocurrir meses o días antes que éste. Sobre las premoniciones se tiene mucho menos información que sobre las réplicas. No hay datos que confirmen un patrón que tiendan a una cierta generalización. En general cuando ocurre un sismo con profundidad focal en el rango antes mencionado, en los días y aún meses subsiguientes ocurren una gran cantidad de sismos de menor magnitud; una tendencia más o menos conocida indica que las magnitudes de las réplicas decrecen con el correr del tiempo. No obstante, casos como el sismo de Northidge ( 1994), ha mostrado un patrón más bien anómala. Otra tendencia que se ha observado es que el número de eventos diarios correspondientes a la secuencia de réplicas disminuye de manera similar a una función hiperbólica con el tiempo. En cuanto a las premoniciones, es conocido que generalmente corresponden a sismos de pequeña magnitud; por ejem. En el sismo de Murindó ( Colombia 1992 ), el primero que sería la premonición tuvo una magnitud de 6.8 , mientras que la réplica al día siguiente, llego a una magnitud de 7.2 . Este caso anómalo muestra una premonición correspondiente a un sismo de elevada magnitud, con gran poder destructor.

DEFINICIONES.SISMOLOGIA.- Es una de las ramas más desarrolladas de la Geofísica que estudia los sismos y los fenómenos relacionados con ellas. SISMO.- Es una vibración ú oscilación de la superficie terrestre ocasionada por una perturbación transitoria del equilibrio elástico o gravitacional de las rocas en o bajo la superficie. Un sísmo ó terremoto es el movimiento brusco de la Tierra (con mayúsculas, ya que nos referimos al planeta), causado por la brusca liberación de energía acumulada durante un largo tiempo. CJRAMOS / MARZO 2007

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En general se asocia el término terremoto con los movimientos sísmicos de dimensión considerable, aunque rigurosamente su etimología significa "movimiento de la Tierra". HIPOCENTRO O FOCO .- Es el lugar de la corteza terrestre, en el cual se originan los sismos ;también se le denomina Hipocentro. En el Foco se presentan las causas de los sismos y desde ahí se propagan en forma de ondas en todas las direcciones. El Foco se encuentra a diferentes profundidades en el interior de la Tierra; los sismos superficiales son los que se producen hasta los 60 km. de profundidad, los intermedios entre los 60 y 300 kms., y los sismos profundos son aquellos cuyos focos se encuentran sobre mayores profundidades. EPICENTRO o EPIFOCO.- Es la proyección del foco en la superficie terrestre. DISTANCIA EPICENTRAL .- Es la distancia entre la estación sismologica dónde se registra un sismo y el epicentro del mismo. PROFUNDIDAD FOCAL .- Es la distancia vertical entre el foco de un sismo y su epicentro. SISMICIDAD .- Es el grado de incidencia de sismos en una región, siendo la Costa Peruana la zona de mayor sismicidad en nuestro Pais. SISMICIDAD ACTIVA.- Es la zona o región dónde los sismos y temblores se presentan con mayor frecuencia. ESTACION ú OBSERVATORIO SISMOLOGICA .- Es el lugar dónde se instalan los instrumentos de precisión para registrar los movimientos de determinada zona. SISMOGRAFOS Las ondas sísmicas pueden ser registradas mediante los aparatos denominados sismógrafos que pueden ser diseñados para registrar aceleraciones, velocidades o desplazamientos. En Ingeniería sísmica los mas utilizados son los que registran aceleraciones, que son los llamados acelerómetros. A finales del siglo XIX fueron diseñados los primeros sismógrafos, que consiste en un Péndulo, cuya masa permanece estacionaria cuando se mueve el terreno, y de esta manera puede registrarse mediante una plumilla el movimiento del terreno en un papel. SISMOGRAMA .- Son los registros obtenidos en un sismógrafo durante un evento sísmico. ISOSISTAS .Líneas que unen sitios en la superficie de la Tierra con intensidades macro sísmicas de igual valor. GAL.- Aceleración de un centímetro por segundo por segundo. En prospección geofísica se usa el miligal (0.001 Gal). El nombre de esta unidad de aceleración es en honor al astrónomo y físico Galileo. MAREMOTOS ó TSUNAMIS .- Son ondas marinas de gran longitud generadas en su gran mayoría por desplazamientos súbitos de los fondos Oceánicos causados por sismos de tipo tectónico. Los Tsunamis, palabra Japonesa que significa “ grandes olas en el puerto” ; consisten en una secuencia de 5 á 10 olas de gran altura que llegan a las costas cada 10 á 15 minutos, si el origen del Tsunami es cercano (decenas de kilómetros) ; el intervalo puede incrementarse hasta unos 60 minutos si el origen es lejano ( miles de kilómetros ) . Los Tsunamis generados por sismos tectónicos que ocurren en el fondo Oceánico, son producidos por el levantamiento y hundimiento del fondo debido a la liberación súbita de la energía acumulada por la lenta interacción de dos placas que se alejan o se deslizan una al lado de la otra o colisionan al acercarse. Al buscar el equilibrio, grandes áreas del orden de centenares de Km² pueden ser impulsados verticalmente hacia arriba o hacia abajo., actuando cómo un gran émbolo que

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transmite parte de la energía liberada por el sismo a la masa de agua; ésta masa alterada desde el fondo hasta la superficie, propaga el desequilibrio en todas direcciones y a gran velocidad, por lo que la gran cantidad de energía corresponde a la cinética o de movimiento. Conforme el Tsunami se acerca a las Costas, zonas de agua poco profundas, pierde velocidad, transformándose la energía en potencial o de altura; por ello los Tsunamis en alta mar pasan desapercibidos por su escasa altura, pero en cambio son apreciables en la Costa.

MAGNITUD SISMICA .La magnitud de un sismo es una medida del tamaño del mismo que es independiente del lugar dónde se hace la observación y que se relaciona en forma aproximada con la cantidad de energía que se libera durante el evento. Un sismo fuerte esta asociado con un relajamiento de esfuerzos a lo largo de una superficie de falla geológica con desprendimiento de energía en la forma de Ondas sísmicas que afecta una gran área sujeta a movimientos fuertes del terreno, por tanto la Magnitud es una medida instrumental objetiva relacionada con la energía liberada y se expresa en la Escala de Richter que corresponde a mediciones efectuadas sobre un sismograma obtenido de un sismógrafo normalizado. En 1935 Richter definió la magnitud de un terremoto cómo : M = log 10 ( A/Ao ) M .- magnitud del sismo A .- amplitud máxima registrada por un Sismógrafo Wood - Anderson a una distancia de 100 Km. del centro de perturbación. Ao .- amplitud registrada para un terremoto seleccionado cómo patrón En la práctica , la distribución geográfica de los sismógrafos determina que los registros no se encuentren realmente a la distancia de 100 km., y lo que se hace es extrapolar a la distancia requerida. Para mejores resultados se toma un promedio del valor de M, determinado por varias estaciones sismográficas. Existe una corriente teórica que trata de establecer cómo magnitud máxima 8.6, explicando con ésta limitación, la capacidad total de energìa que las rocas pueden almacenar en zonas hipocéntricas. En realidad la magnitud sísmica varia de acuerdo a la dirección del mecanismo de irrupción sísmica, sendero de propagación de la onda sísmica, condiciones del suelo , del lugar de observación etc. Un sismo de magnitud 5.2 , equivale a una explosión de 20,000 tn. de TNT , que es la energía desarrollada por la bomba atómica lanzada sobre las ciudades de Hiroshima y Nagasaki en la Segunda Guerra Mundial y un sismo de magnitud 8 , equivale a una explosión simultánea de 12,000 bombas atómicas de 20 kilotones de TNT.

INTENSIDAD SISMICA .Es una medida de los efectos que éste produce en un sitio dado, y que describe los daños ocasionados en edificios y estructuras, sus consecuencias sobre el terreno y los efectos sobre las personas, por lo que su utilización en la evaluación de daños esta muy extendida. Se observa claramente la diferencia entre magnitud e intensidad sísmica, ya que mientras la primera es una característica propia del sismo, la segunda depende del lugar y forma en que se realiza su evaluación . Existen dos procedimientos para determinar la intensidad; una subjetivo ( perceptibilidad ) , y otro analítico ( determinación del grado de destructibilidad . Desde el punto de vista de la Ingeniería sísmica, lo que interesa son las intensidades que puedan presentarse en el lugar dónde se va construir la estructura.

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ESCALAS SISMICAS .Las escalas primitivas están fundadas en la apreciación de los destrozos, pérdida de vidas y el pánico que los sismos causan. La escala sísmica racional esta al alcance de cualquier ser humano y esta basada en la apreciación de los daños que el movimiento causa en las edificaciones. En la literatura y documentos históricos se habla de sismos suaves, fuertes, muy fuertes y catastróficos. No hasta principios del siglo pasado, fueron ampliadas las escalas de intensidad y definiciones relativas, con objeto de poder precisar mas acertadamente la intensidad de los sismos, tratando en lo posible de efectuar la apreciación de intensidad en forma de que no intervenga en lo posible el factor humano del miedo. Así también fue introducido recientemente el concepto de magnitud del sismo o intensidad sísmica en las cercanías del foco, precisando el foco por su localización superficial; en epicentro y por su profundidad en hipocentro.

ESCALAS DE INTENSIDADES MACROSISMICAS Parámetros que clasifican los sismos en grados discretos de acuerdo a los efectos observables en un sitio. Las escalas vigentes son la internacional MSK y la MM (Mercalli Modificada) de 12 grados, Rossi-Forel de 10 grados, JMA (Japón) de 7 grados, entre otras. Las escalas sísmicas de Intensidades se basan en dos conceptos : ( 1 ) La Perceptibilidad .- que depende básicamente de la ubicación del observador y (2) La Destructibilidad .- que puede estimarse correcta y objetivamente de acuerdo a los efectos destructores producidos. Obviamente la medida de la Intensidad de un sismo no es suficientemente preciso para ser utilizado en diseño, sin embargo cuándo no se tienen registros instrumentales, pueden encontrarse algunas características del movimiento del terreno a partir de la Intensidad media según la Escala Modificada de Mercalli, y por medio de correlaciones estadísticas desarrolladas. ESCALAS DE MAGNITUDES SISMICAS Parámetros que clasifican los sismos de acuerdo a las amplitudes y períodos, y duración de las ondas registradas en los sismógrafos. Son escalas de valores continuos sin limites superior e inferior. Los valores extremos dependen del fenómeno y la naturaleza. Este par metro da una idea del tamaño del sismo: Dimensión del la zona de ruptura y la cantidad de energía liberada en la zona hipocentral. Las escalas más comunes son la de Richter (ML), ondas corpóreas (mb), ondas superficiales (Ms), momento sísmico (Mw), duración (Md), etc. ESCALA DE RICHTER .- Llamada Escala de Magnitud Local ( ML ), fue definida por Richter, como el logaritmo decimal de la máxima amplitud expresada en micrones del registro obtenido en un sismógrafo Wood Anderson a una distancia de 100 Kms. : ML = log A – log A0 A : Amplitud máxima registrada en un sismógrafo Wood Anderson A0 : Amplitud correspondiente a calibración ESCALA DE ONDAS CORPÓREAS ( mb ) .- Basada en las amplitudes de las ondas internas mb = log (A/T) + σ (A) T : periodo A : amplitud reducida al movimiento del suelo en micras de la onda “ P “ ó “ S “ σ (A) : función de calibración La Escala ( mb ) , es utilizable para terremotos regionales y lejanos de magnitud inferior a 6.5 ESCALA DE ONDAS SUPERFICIALES ( Ms ).- Basada en las amplitudes de las ondas superficiales, se satura para valores de 7.5

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Ms = log (A/T) + 1.66 A + 3.3 Relación entre Magnitudes : mb = 2.5 + 0.63 Ms Las Escalas de Magnitudes se saturan a partir de determinados valores debido entre otros motivos a que la respuesta del sismógrafo es limitado tanto en amplitudes cómo para frecuencias. La saturación tiene lugar aproximadamente hacia 6.5 para mb y 7.5 para Ms. ESCALA DE MOMENTO SISMICO ( Mw ) .- Es el mejor parámetro para estimar el tamaño de un sismo por relacionarse directamente con las dimensiones de la fuente; y esta referido a establecer de manera cualitativa el tamaño de un terremoto midiendo la dislocación de los materiales terrestres que intervienen en la generación del mismo. Mw = (2/3) log Mo – 10.70 Mo : Se determina a partir de espectros de amplitudes para bajas frecuencias y es igual : u ∆u S ∆u : Valor de la dislocación S : area de la fractura u : coeficiente de rigidez

RELACIÓN ENTRE LA INTENSIDAD Y LA MAGNITUD SEGÚN CHARLES RICHTER (1958) SISMOS - INTENSIDAD Y EFECTOS ESCALAS MERCALLI Y RICHTER TABLA COMPARATIVA I .II .III .IV .V .VI .VII .VIII .IX .-

X .XI .XII .-

Hasta 2,5 Instrumental : Sismo débil sólo registrado por sismógrafos. 2,5 a 3,1 Muy débil : Percibido sólo por personas en reposo. 3,1 a 3,7 Ligero : Percibido en áreas densamente pobladas por una parte de la población. 3,7 a 4,3 Moderado : Sentido por personas en movimiento, algunas personas dormidas se despiertan. 4,3 a 4,9 Algo fuerte : Sentido en el exterior, se despiertan las personas. 4,9 a 5,5 Fuerte : Percibido por todos, caminar inestable, árboles y materiales se agitan por el efecto del sismo. 5,5 a 6,1 Muy fuerte : Dificultad para mantenerse en pié, objetos colgantes se caen, se puede producir pequeños derrumbes y deslizamientos. 6,1 a 6,7 Destructivo : Colapso parcial de estructuras, daños considerables en edificios ordinarios. 6,7 a 7,3 Ruinoso : Daño considerable en estructuras especialmente construidas, completo colapso de edificaciones y casas, daños generales en los cimientos presas y diques. 7,3 a 7,9 Desastroso : Destrucción de la mayoría de las edificaciones, derrumbe de puentes, daños serios en presas y embarcaderos. 7,9 a 8,4 Muy desastroso: Pocas estructuras quedan en pié fisuras grandes en el terreno. 8,4 a 9 Catastrófico : Destrucción total, grandes masas de roca desplazadas, objetos lanzados al aire.

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CLASIFICACION DE LOS SISMOS .Los más importantes sismos son ocasionados principalmente por el desplazamiento repentino de una distorsión de la corteza terrestre en aquellos lugares donde se encuentran fallas de importancia, sin embargo, pueden provocarse sismos por erupciones volcánicas, producidos por la liberación explosiva de gases, deslizamientos, derrumbes de cavidades subterráneas u otros acomodamientos de la superficie de la corteza terrestre, diferentes a los de la energía potencial acumulada por los desplazamientos relativos de la corteza en la zona de las grandes fallas. Sin embargo, en las regiones volcánicas activas donde existen fallas geológicas los sismos son mas frecuentes, pues las presiones internas del magma más cercano a la corteza terrestre activan el desplazamiento de estas fallas con mas frecuencia que en los lugares no volcánicos. Desde el punto de vista genético los sismos pueden ser : ARTIFICIALES .- son aquellos producidos por el hombre , por ejm. en las explosiones atómicas en el Atolón de Muroroa. TECTONICOS .- Producidos por desplazamientos internos en la corteza terrestre, se presentan en zonas dónde existen importantes fallas y plegamientos geológicos, son los más destructores. VOLCANICOS.- Provocados por la expulsión volcánica de lava y los derrumbamientos que la acompañan, son de intensidad reducida. Ejm Volcán de Krakatoa. POR DERRUMBAMIENTOS.- provocados por el hundimiento de huecos existentes en rocas solubles o grandes movimientos superficiales del terreno. Por sus efectos en las edificaciones : SISMOS LEVES

: Intensidad menor o igual a V I

SISMOS MODERADOS

: Intensidad entre VI I y VIII

( Escala de MM )

SISMOS SEVEROS

: Intensidad de grado IX

( Escala de MM )

SISMOS CATASTROFICO : con Intensidades de grado X o más

( Escala de MM )

( Escala de MM )

FUENTES SISMOGENETICAS .Se entiende así, a las fuentes de terremotos con características sísmicas y tectónicas homogéneas, pueden estar constituidas por una o varias estructuras tectónicas; sus límites geográficos quedan definidos por la distribución de epicentros; que si corresponden a la época no instrumental, éstas estarán casi siempre mal determinadas.

IDENTIFICACIÓN Y EVALUACIÓN DE LAS FUENTES SISMOGENETICAS -

Evidencias geológicas Evidencias tectónicas Sismicidad histórica Sismicidad instrumental Distribución de intensidades Tiempo de llegada de las ondas “ P “ y “ S “

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PREDICCION Resulta demasiado presuntuoso decir "predicción" al hablar de terremotos con el nivel actual de conocimientos sobre el tema. Es más realista referirse al "riesgo" de terremotos ya que no existe una certeza mayor que decir que en cierta zona hay una probabilidad estadística de que se registre un evento sísmico de magnitud variable desconocida. Variaciones en el comportamiento del clima o conductas anormales en algunos animales no tienen solidez científica como para ser considerados "predictivos" Por lo demás, si alguien avisara que con certeza se producirá un terremoto en los siguientes minutos u horas, ¿se imagina Ud. el pánico en la población, las huidas, crisis de histeria, caos, pillaje, etc? ¿Y si NO ocurre? El objetivo, entonces, de asignar un grado de riesgo no es otro que atenuar los efectos de un terremoto. Si nosotros presumimos la ocurrencia de un sismo y nos imaginamos cuál sería su peor consecuencia podremos tomar las precauciones adecuadas para evitar un daño mayor. Vamos por partes. ¿Cómo determinar una zona de riesgo? Primero, por el registro de los eventos pasados. Si una zona ha sufrido muchos terremotos de gran intensidad en el pasado, lo más probable es que tal cosa ocurra de nuevo. Lógico, pero de poco grado de certeza. Se dice que después de uno grande, al disiparse la energía, el riesgo de un nuevo evento es más bajo. Lamentablemente esto no siempre se ha cumplido y en muchas zonas declaradas de bajo riesgo han ocurrido terremotos de tal magnitud que dejaron perplejos a sus predictores. Segundo, por el análisis geológico de la corteza terrestre. La ubicación y el monitoreo de las fallas de la corteza terrestre nos dan las zonas de mayor vulnerabilidad geológica y podemos reducir nuestro territorio de riesgos. Tercero: los modelos. Existen estudios de modelos de computador en base a información satelital que nos pueden "mostrar" aquellos puntos en que la corteza terrestre se está moviendo (aceleración) o está acumulando cierta " tensión". En resumen, podríamos decir con absoluta certeza que: • •

• •

• • • •

Cada año hay varios millones de temblores en el mundo. Sobre el 80% de ellos ocurren en áreas despobladas. o Algunos miles son registrados por los sismógrafos a lo ancho y largo del mundo o Algunos cientos son percibidos por la población general. o Algunas decenas provocan daño en ciudades (población o construcciones ) Menos de una decena son de magnitud suficiente como para ser considerados terremotos y llamar la atención de los medios de comunicación y sólo uno o dos serán de magnitud mayor a 8 en Escala de Richter La mayoría (81%)ocurrirá dentro del "Cinturón de Fuego" (Océano Pacífico y sus márgenes, comenzando por Chile, subiendo hacia el norte por la costa sudamericana hasta llegar a Centroamérica, México, Costa Oeste de EE.UU., Alaska, Japón, Filipinas, Nueva Guinea, Islas del Pacífico Sur hasta Nueva Zelandia). Otro porcentaje importante (17%) ocurrirá en Los Alpides, zona que nace en Java y se extiende hacia Sumatra, Los Himalayas, el Mar Mediterráneo y se pierde en el Océano Atlántico. Turkía e Irán están en esta zona. No existe ningún lugar que se pueda considerar completamente libre de temblores (aunque la Antártida registra pocos y de baja magnitud). Desde el punto de vista práctico, los conocimientos sobre los Terremotos nos deben servir para tomar medidas que atenúen sus efectos: Establecer normas arquitectónicas y de ingeniería que sean adoptadas responsablemente por los constructores en el momento de diseñar viviendas e infraestructura. Estas deberán ser fiscalizadas rigurosamente por las autoridades ya que a los muertos y heridos de nada les sirve que se tome experiencia cuando ya la desgracia ha ocurrido.

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• •

Realizando simulacros para actuar responsablemente acudiendo a los sitios de menor riesgo usando las vías adecuadas y evitar caos y pánico. Implementando equipos de rescate con personal entrenado que sepa actuar con presteza en los momentos posteriores a un desastre.

Capacidad de predicción La idea prevalente sobre el vocablo predicción es el de un pronunciamiento determinístico sobre un evento futuro de naturaleza no determinística tal como la magnitud, sitio, día y hora de un futuro sismo. Una revisión sobre este aspecto y sus implicaciones de prevención, permite afirmar lo siguiente: a) No se poseen aún teorías generales en base a las cuales se puedan hacer predicciones confiables sobre futuros sismos. De una manera general, la predicción debe verse como una probabilidad condicional a ser revisada a medida que se produce nueva información. Para ello se requiere como mínimo: (i) identificar las áreas en las cuales se considere más probable la ocurrencia de un sismo importante, en un plazo corto de tiempo; (ii) seleccionar los parámetros o indicadores que resulten más confiables; (iii) contar con los medios adecuados para medirlos u observarlos sistemáticamente durante lapsos de tiempo que suelen ser de varios años. b) La capacidad de hacer una predicción confiable, en el sentido de poder efectuar un anuncio público de un próximo sismo, no permite intervenir con el fin de reducir sustancialmente las pérdidas materiales directas en zonas densamente pobladas. Salvo en casos aislados, la estrategia más eficiente para limitar las pérdidas materiales, es la de proyectar y construir utilizando racionalmente los conocimientos de la Ingeniería Sismorresistente. c) La experiencia demuestra que una vez admitida una predicción, es posible tomar medidas de defensa civil que reduzcan sustancialmente el riesgo de pérdidas de vidas así como de cierto tipo de pérdidas indirectas. A los fines de la Ingeniería Estructural interesa centrar nuestra atención en la capacidad de pronosticar la respuesta y el desempeño de edificaciones existentes bajo la acción de sismos. Es decir, dada una edificación ubicada en cierto escenario sísmico, evaluar las consecuencias de esa exposición.

PELIGROSIDAD SISMICA La peligrosidad sísmica se entiende a la probabilidad de que un parámetro elegido para medir el movimiento del suelo ( desplazamiento, velocidad, aceleración, magnitud, intensidad, etc. ), supere un nivel dado a lo largo del tiempo que se considere de interés. La peligrosidad sísmica en una zona cualquiera se entiende por la descripción de los efectos provocados por los terremotos en el suelo de una determinada región. Estos efectos se traducen en aceleración, velocidad o desplazamiento sísmico del terreno; para evaluarlos se hace necesario analizar los fenómenos que ocurren desde la emisión de las ondas en el foco hasta que dichas ondas alcanzan una determinada zona. Se ha observado que al ocurrir un terremoto de determinadas características focales ( profundidad focal, magnitud, mecanismo focal etc. ); una parte de la energía de deformación que es disipada se transforma en ondas sísmicas, las CJRAMOS / MARZO 2007

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cuales se propagan a través de la tierra, reflejándose, refractándose, atenuándose o amplificándose hasta llegar al basamento rocoso, por encima del cual se asienta una estructura, con una señal de excitación E1. Las ondas se filtran a través de las capas de suelo que se encuentran entre el basamento y la superficie, transformándose en la señal E2. Debido a la interacción suelo estructura, la señal sufre nuevos cambios hasta obtenerse la señal E3 que será la excitación de la base del edificio. La estructura responderá a través de la señal E4 . La evaluación de las señales E3 y E4, es un problema de la Ingeniería Estructural, mientras las señales E1 y E2 requieren investigaciones detalladas en los campos de la Geofísica, Geología y Geotecnia. La señal E2, se puede identificar cómo el factor “Z” de la Norma sismorresistente; que es la aceleración máxima en la base rocosa, cuyos valores varían de acuerdo a las zonas sísmicas en que se ha dividido el País. La señal E3, corresponde al factor “ S “, que se interpreta cómo la amplificación de las solicitaciones con respecto a la base rocosa, por tanto la aceleración máxima esperada en la cimentación queda expresada por “ ZS “ . La señal E4, que representa la respuesta de la estructura, esta definida por el valor “ ZSC “, en la cual C, representa el factor de amplificación dinámico respecto a la aceleración de la cimentación.

La peligrosidad sísmica es evaluada por los métodos : Determinísticos ó probabilísticos. Ambos consideran la sismicidad como un fenómeno estacionario y supone que los sísmos que ocurrirán en el futuro serán de las mismas características que los sucedidos en el pasado. Los métodos determinísticos analizan la sismicidad propia de cada zona sismogenética que afecta al lugar cuya peligrosidad se estudia con el objeto de estimar el máximo sismo potencial ó que razonablemente se pueda esperar en cada una de ellas. Este es el único terremoto considerado en el análisis y se acepta que se volverá a repetir en el futuro. Para estimar su tamaño se considera datos de sismicidad histórica y sismicidad instrumental. Los métodos probabilísticos parten del conocimiento de la sismicidad pasada para deducir leyes estadísticas que regirán la actividad sísmica futura. Con ello se estima la probabilidad de que los distintos niveles del movimiento del suelo sean superados en un plazo dado. Una vez determinadas las zonas sismogenéticas, la sismicidad de cada una de ellas se expresa en una ley de recurrencia. Este método proporciona una curva de probabilidad anual de superación de diferentes valores del parámetro elegido, a partir de ella se obtiene el tiempo de vida útil de la estructura.,

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VULNERABILIDAD SÍSMICA .Se define como la respuesta de una estructura determinada ante una carga sísmica. Su evaluación corresponde sobre todo a ingenieros y arquitectos.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VULNERABILIDAD.-Selección del sitio y tipo de proyecto: ƒ Amplificación de intensidades sísmicas ƒ Susceptibilidad de licuefacción ƒ Efectos de sitio ƒ Terrenos inestables - Vulnerabilidad estructural por configuración arquitectónica : ƒ ƒ

Sencillez y simetría arquitectónica Compatibilidad, uniformidad y proporcionalidad

- Vulnerabilidad de elementos estructurales ƒ ƒ ƒ -

Vulnerabilidad global de la estructura ƒ ƒ

-

Mala práctica constructiva Mal mantenimiento Holgura insuficiente

Interacción entre los elementos estructurales y los no estructurales • •

-

Piso débil Torsión en planta

Juntas de dilatación sísmicas • • •

-

Columnas cortas Fallas por insuficiente adherencia o anclaje de los refuerzos Fallas frágiles por cortante o por flexión

Estructura flexible Mampostería mal confinada y/o mal arriostrada

Deformaciones, ductilidad global y mecanismo de falla deseables • •

Deformaciones deseables : Distorsiones de entrepiso con máximos admisibles. Para el diseño de hospitales es deseable niveles más conservadores. Mecanismo de falla deseable: Lo deseable es el denominado mecanismo de falla dúctil y el sistema denominado columna fuerte, viga débil.

RIESGO SISMICO .Constituye la consideración conjunta de la peligrosidad sísmica en el emplazamiento, la vulnerabilidad de las edificaciones y el valor económico.

RIESGO SISMICO =

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PELIGRO SISMICO X VULNERABILIDAD

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II .- ANÁLISIS ESTATICO GENERALIDADES En el proyecto de edificaciones que puedan quedar sometidas a acciones sísmicas, es fundamental entender su comportamiento probable: cómo se va a deformar, cuales son sus regiones críticas y, sobre todo, evitar fallas prematuras que limiten la reserva resistente de la estructura. En aquellos casos donde sea previsible que la estructura entre en el rango inelástico, debe garantizarse una conducta dúctil. Construcciones de adobe o tierra, debidamente reforzadas, pueden resistir sacudidas de cierta intensidad con daños menores. Cuando estos refuerzos han sido ignorados o la madera esta podrida y carcomida, el desempeño es inadecuado. El golpeteo entre edificaciones adyacentes ha sido la causa de daños importantes y fallas prematuras de edificaciones de varias plantas, en especial cuando estas se encuentran a diferente nivel. Los grandes paños de pared de mampostería no reforzada deben evitarse, pues se ha demostrado en múltiples ocasiones que resultan inestables durante sacudidas sísmicas intensas. A diferencia de otras sobrecargas, los sismos generan acciones dinámicas de signo alternante; es decir, las oscilaciones de la edificación durante su respuesta, superponen a las solicitaciones debidas a la gravedad, otras de signo alternante (pueden ser momentos flectores, fuerzas axiales o fuerzas cortantes). Es importante tener presente la filosofía adoptada en el diseño sismorresistente de la gran mayoría de las edificaciones y obras de ingeniería existentes en áreas urbanas. Esta puede resumirse en la forma que se anota a continuación: La filosofía del diseño sismorresistente consiste en: -

Evitar pérdidas de vidas

-

Asegurar la continuidad de los servicios básicos

-

Minimizar los daños a la propiedad.

Se reconoce que dar protección completa frente a todos los sismos no es técnica ni económicamente factible para la mayoría de las estructuras. En concordancia con tal filosofía se establecen en esta Norma los siguientes principios para el diseño: a.

La estructura no debería colapsar, ni causar daños graves a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio.

b.

La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables.

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Obsérvese que bajo la acción de sismos fuertes, de la intensidad prevista en las normas, se admiten daños estructurales importantes. Estos pueden incluso llegar a ser tan importantes que, sin alcanzar el estado de ruina o inestabilidad, requieran la demolición de la edificación

En la figura 2 se compara la respuesta de un sistema que responde en el rango elástico, con la de un sistema que durante su respuesta incursiona en el dominio de las deformaciones inelásticas (post-elásticas). Esta incursión es tanto más importante mientras más ductilidad se pueda garantizar, entendiéndose por factor de ductilidad la relación entre los desplazamientos máximos reales y los desplazamientos calculados suponiendo un comportamiento elástico lineal de la estructura

Figura 2. Respuesta de sistemas elásticos e inelásticos

FALLAS COMUNES OBSERVADAS DESPUES DE UN SISMO 1.- Edificaciones colapsadas por su poca capacidad de resistencia lateral en una dirección. Es costumbre orientar la mayor dimensión de columnas y colocar vigas peraltadas en la llamada dirección principal y desatender la otra dirección; colocando vigas chatas, con dimensión de columnas menores. 2.- Daños en elementos no estructurales ( tabiquerías, cornizas, vidrios... etc. ), al estar conformadas las edificaciones con sistemas aporticadas que por su naturaleza son muy flexibles y con poca rigidez lateral. 3.- Daños en edificaciones aporticadas, como consecuencia que las vigas son mucho más rígidas que las columnas. Al tener columnas más débiles que las vigas la formación de rótulas plásticas se inicia en el extremo de éstas, antes que en las vigas, formándose mecanismos con gran deformación lateral, que causan graves daños. 4.- Edificaciones con asimetría en planta, debido a la mala ubicación de los elementos resistentes, o por la presencia de tabiquerías que no se tuvieron en cuenta en el análisis y cambiaron el comportamiento de la estructura. 5.- Falla de columnas por la presencia de ventanas altas sobre la tabiquería que forman las denominadas columnas cortas. 6.- Aberturas grandes en las losas de pisos que no aportan rigidez, para ser consideradas como diafragmas rígidos que garanticen un comportamiento unitario de la edificación.

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7.- Edificaciones con poca rigidez en el primer nivel, en comparación con los niveles superiores, conformando el denominado piso blando. 8.- Edificaciones con geometrías en planta en forma de “ L “, “ H “ ó “ T “, que generan asimetrías , con la consecuente generación de giros o efectos de torsión. 9.- Edificaciones con elementos verticales ( columnas o muros de corte ), que no tienen continuidad en los pisos superiores, o cambian de rigidez o de dirección, ocasionando concentración de esfuerzos, y cambios bruscos de la rigidez lateral de la estructura.

CRITERIOS DE ESTRUCTURACION Y DISEÑO 1.- La idealización que se realice para el análisis, debe ser lo más cercana posible a la estructura real a construirse. 2.- Las estructuras más complejas son difíciles de predecir su comportamiento sísmico. 3.- Debe procurarse hacer estructuraciones simples de manera que el modelo por analizar este perfectamente definido y los resultados puedan reflejar el comportamiento real 4.- La simetría estructural es deseable en las dos direcciones, de lo contrario se producirían efectos torsionales difíciles de evaluar con incrementos de esfuerzos que podrían ser mayores a los resistentes. 5.- Debe proporcionárseles a las estructuras resistencias sísmicas en todas las direcciones o por lo menos en dos direcciones ortogonales, de manera que se garantice la estabilidad en todos y cada uno de sus elementos. 6.- Debe garantizarse una trayectoria continua de la carga, desde su punto inicial, hasta su punto final; con la suficiente resistencia y rigidez. 7.- Debe prepararse a la estructura con la ductilidad suficiente, de manera que tenga un comportamiento inelástico, sin llegar a la falla. 8.- Toda estructura debe tener una disposición hiperestática para lograr una mayor capacidad resistente, lográndose que la energía sísmica se disipe en un mayor número de rótulas plásticas. 9.- Las estructuras deben ser construidas monolíticamente dónde sea posible, para evitar las llamadas juntas frías. 10.- En toda estructura debe evitarse el cambio brusco de rigidez, recomendándose que los elementos sean continuos tanto en planta, como en elevación, de necesitarse una reducción, ésta debe realizarse en forma progresiva. 11.- Los sismos generan deformaciones laterales en las edificaciones, por consiguiente es necesario dotar a las estructuras de la suficiente rigidez lateral en las dos direcciones, para evitar daños en los elementos no estructurales. Se ha comprobado que las edificaciones rígidas tienen mejor respuesta que las edificaciones flexibles. 12.- Debe evitarse tener grandes aberturas en losas o reducciones en planta tipo puente, para que sea válida la hipótesis de diafragma rígido; que permita una distribución de la fuerza horizontal de acuerdo a la rigidez lateral de columnas y muros; a la vez que se consigue mantener una misma deformación lateral en un determinado nivel. 13.- Debe tenerse en cuenta en la estructuración, la influencia de los elementos no estructurales, para evitar distorsiones en la distribución de la fuerza sísmica.

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ESTRUCTURACION SISMORRESISTENTES Es premisa del diseño en ingeniería el lograr el balance entre seguridad y economía. El primer propósito del diseño sismo resistente de edificaciones, es de evitar pedidas de vidas y luego el de minimizar daños a la propiedad. La filosofía para el diseño sismo resistente, requiere que la estructura sea capaz de: ™ Resistir sismos leves sin daños. ƒ En estos casos la estructura deberá trabajar en el rango elástico. ™ Resistir sismos moderados con daño estructural leve y algún daño en elementos no estructurales. ƒ El diseño deberá permitir que el daño estructural en la mayoría de los sistemas sean limitados y reparables. ™ Resistir sismos mayores, catastróficos, sin colapsar. El diseño sismo resistente, debe proveer a la estructura de cualidades estructurales y dinámicas de manera que tengan niveles de respuesta adecuados frente a sismos de diversos características. La experiencia ha demostrado que dichas cualidades tienen que ver con su configuración, su rigidez, su resistencia y con su ductilidad. a) CONFIGURACION Esta definida por aspectos de: ™ ™ ™ ™

Forma y tamaño de la edificación Estructuración Masa Tipo y ubicación de elementos no estructurales (especialmente en la tabiquería)

a-1 ) Forma y Tamaño de la Edificación Elegir formas simples, simétricas y compactas a las formas complejas, asimétricas y esbeltas. En planta, evitando las formas abiertas e irregulares; como son las formas L, T, U, H, y buscando en lo posible, las formas cerradas y regulares como son: la cuadrada, la rectangular, la triangular, la circular, etc. . En elevación, debe evitarse los retiros y los crecimientos de la planta con la altura de la edificación.

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Se debe evitar estructuras muy esbeltas en altura para limitar las fuerzas que se generan en los elementos verticales extremos, debido a los momentos de volteo. Esbelteces máximas recomendadas: •

Para edificios, aporticados 1:3

•

Para edificaciones con muros de corte 1:5

Se debe limitar la diferencia entre la dimensión de los lados de plantas rectangulares. La relación máxima de lados recomendada es de 1:3.

a-2 ) Estructuración

Debe Estructurarse definiendo caminos continuos, uniformes y directos para la transferencia de fuerzas verticales y horizontales a la cimentación; evitando las discontinuidades. Son ejemplos de discontinuidad, la interrupción de muros antes de llegar a la cimentación, las aberturas grandes en muros o las aberturas en elevación del muro, las perforaciones de los diagramas horizontales. No es conveniente también los cambios bruscos de resistencia o de rigidez en los pórticos, muros de corte o en los diafragmas horizontales; ejemplos típicos de cambios de rigidez lo vemos en los "pisos blandos" que se producen en los edificios cuando la rigidez de un piso bajo es inferior a la de los niveles superiores, o cuando en un mismo nivel ocurren columnas de diferentes alturas; tal es el caso típico de columnas cortas La estructura debe contar con diafragmas horizontales rígidos y capaces de distribuir las fuerzas horizontales a los elementos verticales. La disposición y características de los elementos sismo resistentes deben tender a lograr simetría, y coincidencia de centro de rigideces con el centro de masas, para minimizar los efectos torsionantes. Cuando no hay simetría se producen torsiones que llevan a comportamientos que son difíciles de predecir y a la magnificación innecesaria de las fuerzas internas en algunos elementos.

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.

DISCONTINUIDAD EN LA TRANSFERENCIA DE FUERZAS A LA CIMENTACION

a-3 ) Masa Las fuerzas de inercia producidas por un sismo son proporcionales a la masa de la edificación, debe buscarse por lo tanto reducirse al mínimo la masa. Debe tenderse también a su distribución uniforme, en planta y elevación, evitando concentraciones de masa, particularmente en los pisos superiores.

a-4 ) Tipo y Ubicación de Elementos No Estructurales

Los elementos no estructurales, como la tabaquería de albañilería y las escaleras, pueden interferir en la transmisión fluida de las fuerzas de inercia provocadas por los sismos y comportarse como elementos resistentes de fuerzas horizontales, produciendo alteraciones en la distribución de las rigideces, que pueden originar torsiones, discontinuidades en la transmisión de fuerzas y finalmente, concentraciones de esfuerzos que pueden ser origen de fallas estructurales. En consecuencia debe estudiarse la disposición de los elementos rígidos no estructurales, de manera de asegurarse que no producirá modificaciones en el comportamiento asumido de la estructura. Eventualmente su fijación a la estructura debe diseñarse para permitir el libre desplazamiento de esta.

F INTERFERENCIAS EN EL COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA DEBIDAS A ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES

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b ) RESISTENCIA .Dada la filosofía actual de diseño sísmico, en la que la resistencia se cambia por redundancia y ductilidad, un mínimo de resistencia debe ser provista para asegurar que las demandas correspondientes de ductilidad no excederán las ductilidades disponibles de los elementos de la estructura. Una resistencia excesivamente alta, ciertamente aceptable; puede ser económicamente imposible. Cualquier resistencia intermedia puede ser aplicable, siempre que los aspectos de la rigidez y ductilidad sean atendidos. Debe buscarse una estructuración con más de una línea de resistencia y con capacidad para redistribuir las fuerzas de sismo en eventualidad de falla de elementos importantes. Esto puede lograrse con sistemas de pórticos hiperestáticos que incluyan muros de corte y que estén preparados para redistribuir las fuerzas horizontales después de la fluencia inicial. c ) RIGIDEZ .Los desplazamientos laterales, de traslación y de rotación, dependen de la suma de rigideces de los elementos resistentes y de la rigidez Torsional de la planta, que es función de la ubicación de los elementos resistentes verticales. Los desplazamientos deben limitarse tanto por razones estructurales, por protección de los elementos no estructurales, así como por el confort de los ocupantes. El incremento de rigidez en una edificación se logra de manera muy eficiente con la incorporación de muros estructurales. d ) DUCTILIDAD .En la generalidad de estructuras de edificios compuestos por estructuras aporticadas, con la inclusión o no de muros de corte, cuya características estructural común es la hiperestaticidad y la redundancia, la economía en el diseño se logra al permitir que algunos elementos incursionen en el rango inelástico, es decir, que sean capaces de disipar la energía del sismo por medio de la fricción interna y la deformación plástica. De esa manera será posible diseñar para fuerzas horizontales sustancialmente menores a las correspondientes a una repuesta elástica.

hi

∆i

∆i hi

≤

{

0.010 Cuando existen elem entos no estructurales suceptibles de ser dañadas. 0.015

∆i = δel á stico x 3/ 4 Rd FIGURA 07. DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS

Cuando mayor sea la ductilidad que desarrolle la estructura, mayor será la energía disipada y mayor podrá ser la reducción de las F fuerzas de diseño. Debe verificarse que los elementos de la estructura columnas, muros y Fy vigas desarrollen ductilidades tales, que permitan a la estructura como un todo, tener un comportamiento dúctil compatible con el factor de reducción de ductilidad R, asumido en la 0 ∆φ ∆u ∆ determinación de las fuerzas laterales de diseño. ∆u muy pequeña µ = ∆φ = Comportamiento Fragil La incursión de los elementos de una F determinada estructura, en el rango inelástico, debe ser selectiva y secuencial, de manera de Fy disipar de la estructura, minimizando la posibilidad de daños severos en elementos verticales y eliminando la posibilidad de colapso 0

Comportamiento Ductil

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∆φ

µ=

∆u

∆u ∆φ

=

∆

grande

SECUENCI A EN LA FORMACIÓN DE ROTULAS FIGURA 10. SECUENCIA EN LA FORMACI ÓN DE ROTULAS

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de la estructura. El diseño debe orientar a que sean los elementos horizontales los que ingresen primero en el rango inelástico con la formación de rotulas plásticas en sus extremos, mientras los elementos verticales permanecerán en el rango elástico. Finalmente estos columnas o muros ingresaran en el rango inelástico con la formación de rotulas en su base. El esquema de comportamiento integral de la estructura en este caso será tri-lineal

muro de corte

pórtico con muros de relleno

brazo-K

riostra diagonal

riostra diagonal

FIGURA 08. SISTEMAS ESTRUCTURALES PARA PARA CARGAS LATERALES SISTEMAS ESTRUCTURALES CARGAS LATERALES

ESTRUCTURACION CON MUROS ESTRUCTURALES Estos muros denominados también muros de corte, debido a que la carga lateral de un edificio, producida por viento o sismo, se transfiere por cortante horizontal a estos elementos y por que dada su rigidez absorben una buena parte de la fuerza sísmica total. En algunos casos el mecanismo de falla no esta relacionado con la resistencia al corte, sobre todo en edificios altos y esbeltos en los cuales la falla puede ser debida a la flexión. El uso de muros estructurales se hace imperativo en edificios altos con el fin de poder controlar las deflexiones de entrepiso provocadas por las fuerzas laterales, proporcionando seguridad estructural adecuada en caso de sismos severos y protección contra el daño de elementos no estructurales (que puede ser muy costoso) en caso de sismos moderados. Dada la gran rigidez lateral de los muros de cortante en relación con la rigidez lateral de las columnas, estos elementos absorben grandes cortantes que a su vez producen grandes momentos, concentrándose los mayores valores en los pisos bajos. Si los muros son altos, se comportan como elementos sometidos a flexocompresión y cortante pudiendo ser diseñados con las hipótesis básicas de flexión (que son las mismas indicadas para flexocompresión) Si los muros son bajos, el comportamiento en flexocompresión ya no puede ser analizado con las hipótesis usuales de flexión, sino que al parecerse mas a las denominadas Vigas Pared, ya no se cumple la distribución de deformaciones y esfuerzos de Navier, y se deben hacer análisis aplicando la Teoría de Elasticidad o determinadas simplificaciones que tengan en cuenta esta situación; en este caso de muros bajos, la falla por flexión es casi imposible pues siempre será critico el cortante. En el diseño de muros la condición critica siempre será la combinación que incluye sismo, pues este hace que se tenga gran cortante y grandes momentos. Sin embargo el diseñador debe analizar todo el muro como una unidad verificando el efecto local de cargas concentradas actuantes en determinadas zonas de los muros; donde se apoyan las vigas de la estructura, y debe verificar el efecto causado en la dirección transversal al muro por

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los momentos y axiales de sismo (adicionales a las cargas de gravedad) análisis sísmico en la dirección perpendicular al muro.

producidos por el

Es usual considerar en el diseño, un acero principal concentrado en los extremos y un acero de menor área repartido a lo largo del alma. Dado los esfuerzos elevados que se obtienen en los extremos y con el fin de proveer ductilidad en los núcleos comprimidos (o traccionados) de los extremos, se considera el confinamiento de estos núcleos con refuerzo transversal a manera de columnas.

VENTAJAS DE LA INCORPORACIÓN DE MUROS La incorporación de muros estructurales en una edificación tiene por propósito rigidizar y fortalecer a la estructura. Las ventajas que se logran son múltiples: a) b) c) d)

Reducen las deflexiones relativas entre pisos y por lo tanto el riesgo de daño en elementos no estructurales fijados a la estructura, ofreciendo protección casi total contra daños durante sismos de bajas intensidades. Reducen el daño estructural en sismos menos frecuentes y de mayor intensidad; para lograr este propósito es necesario darles a los muros suficiente fortaleza para que permanezcan sustancialmente en el rango elástico. Mantienen suficiente rigidez para proteger de daños a los elementos no estructurales, aun después de sufrir extensa fisuración por flexión y corte, cuando son exigidas a su máxima resistencia. Son susceptibles de comportamiento dúctil y capaces de comportarse como elementos disipadores de la energía sísmica, cuando incursionan en el rango inelástico en sismos muy fuertes. Para hacer esto posible deben cumplirse ciertas condiciones de diseño y detallado.

CONDICIONES PARA LA INCORPORACIÓN DE MUROS DE CORTE Debe, sin embargo, ponerse énfasis en algunos aspectos de la configuración estructural con muros de corte, para garantizar que el comportamiento sísmico sea el deseado. Dependiendo de su configuración geométrica, orientación y ubicación en planta, un muro puede contribuir en la resistencia de momentos de volteo, de fuerzas cortantes y de torsiones; puede también, en una ubicación inconveniente ser origen de torsiones en la edificación y de sobreesfuerzos en otros elementos; por lo que es necesario ejercitar mucho juicio en la ubicación y proporciones de los muros así como en su relación con otros elementos. En la estructuración con muros de corte deben complementarse los aspectos siguientes:

a) UBICACIÓN DE LOS MUROS Debe tenderse a lograr simetría de rigideces en planta y a minimizar las excentricidad entre el centro de masas y rigideces. El lograr simetría no es suficiente, los muros deben disponerse de manera de lograr arreglos que tengan estabilidad Torsional, con ello se minimiza los desplazamientos torsionales y se evita concentración de esfuerzos en elementos que son mas débiles, por ejemplo las columnas. La mejor opción para ello es disponer los muros en el perímetro de la edificación, de forma tal que generen

∆

∆ CR

CM

A

CM

H B

CR

A

B

E

E

(a)

(b)

En (a) el muro Bentrará primero al rango inelasticomientras el muro Apermanecera elástico. En (b) los muros Ay B tienen igual rigidez y resistencia FIGURA11. E STABILIDADTODE RSIOMUROS NALDEMEN UROS ELRANGO INELASTICO ESTABILIDAD TORSIONAL ELENRANGO INELASTICO

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partes torsionales en cualquiera de sus ejes principales.

b) RESISTENCIA Los muros en cada sentido deben tener dimensiones y capacidad resistente similares, de manera que, la distribución de deformaciones inelásticas sean uniformes cuando los muros son requeridos para disipar energía sísmica significativa, y no se de el caso de muros que entran en el rango inelástico mientras otros permanecen en el rango elástico. No es conveniente la concentración de la resistencia a fuerzas laterales en pocos muros; las grandes fuerzas de volteo que dicha concentración produce, pueden hacer inviable la cimentación. Es preferible distribuir la fuerzas laterales en varios muros. Es conveniente que los muros contribuyan de manera significativa en la resistencia de las cargas de gravedad; las cargas verticales contrarrestan los efectos de los momentos de volteo, mejorando así las condiciones de la cimentación, y reducen la cantidad de refuerzo por flexión.

c ) PROPORCIONES Las proporciones de los muros en elevación, definen en primera instancia el tipo de comportamiento que potencialmente tendrá el muro. Muros con relación de esbeltez H/L>2, tienen grandes posibilidades de comportarse dúctilmente. Muros con relación de esbeltez H/L2 L (a)

2> H >1 L

H