Curso: Ingenieria Antisismica

Curso: Ingeniera AntissmicaCAPITULO I.- INTRODUCCIONLa ingeniera Antisismica, es una rama de la Ingeniera Civil cuyo Objetivo es el Proyecto y construccin de Obras Civiles de manera tal, que puedan tener un comportamiento satisfactorio durante los sismos.

Antiguamente la ingeniera Antisismica se orientaba casi exclusivamente a tratar de evitar el colapso de las construcciones ante sismos grandes.En la actualidad se trata de cuantificar en terminos de probabilidad y riesgo, al mismo tiempo de pecisar nuevos objetivos asociados fundamentalmente al comprtamiento de las construcciones, frente a terremotos menos severos pero mas frecuentes.

En el proyecto de toda obra en zonas de sismicidad elevada, es necesario conocer la frecuencia y severidad los terremotos que la afectaran. Estos estudios corresponden a:Curso: Ingeniera AntissmicaGeologaSismologaMecnica de SuelosY Otros.

1.2. LA INVESTIGACIN Y LAS LECCIONES DE LOS SISMOS PASADOSLa investigacin experimental juega un papel muy Importante en la Ingeniera sismorresistente. Experimentalmente se estudian los suelos, el comportamiento de los materiales y estructuras y se investiga el mejoramiento de los sistemas estructurales.

Como es casi imposible reproducir en el laboratorio las condiciones de campo durante el terremoto, la investigacin experimental tiene claras limitaciones ,pero su aporte es igualmente valioso como sucede en toda actividad de ingeniera.Es frecuente decir que los verdaderos laboratorios de la ingeniera Sismorresistente estn en las Ciudades, las represas y las grandes obras de Ingeniera durante los terremotos.Los sismos importantes nos permiten evaluar el comportamiento de los sistemas estructurales, la confiabilidad de nuestros mtodos de anlisis y diseo ponen en evidencia los errores cometidos durante el proyecto y construccin de obras.

Ensayos a Escala Natural en Laboratorio de Estructuras del CISMID-UNI

Estructura luego del Ensayo

Maquina Universal para Realizar Ensayos de Materiales-Laboratorio UNI

Comportamiento de edificaciones despus de un sismo, que hacer para evitar que esto pase ? Revisin de Normas de Diseo

Edificacin falla por piso blando en primer piso, departamentos en estreno y para la venta.

Curso: Ingeniera Antisismica1.3. PROYECTO Y CONSTRUCCION DE OBRAS CIVILESMucho de lo que hoy se conoce en ingenieria antisismica , proviene de lo observado en sismos pasados, varios criterios y reglas de buena practica se sustentan exclusivamente en observaciones de campo y es frecuente que estos criterios ni siquiera se pueden cuantificar y menos aun tratar de explicar teoricamente.Sin embargo para el desarrollo de proyectos especificos como edificios convencionales, se dispone de procedimientos y reglas reconociendo que se han materializado en los codigos de Diseo , pero no debemos olvidar el gran nivel de incertitumbre que tiene las solicitaciones sismicas y por otro lo modesto que son nuestro procedimientos de anlisis.Curso: Ingeniera Antissmica1.4. Como realizar el Planeamiento estructural de un Proyecto.Teniendo ya una arquitectura definida los pasos que se debe seguir para el anlisis y diseo ssmico son:ESTRUCTURACION Consiste en el planteamiento de alternativas estructurales con una buena ubicacin de columnas y vigas de tal manera que funcione bien al momento de un sismo y soportar el peso por gravedad, en esta fase se realizan el pre-dimensionamiento de los elementos estructurales teniendo en cuenta lo siguiente:a.1. La Simetra.La edificacion como un todo, y los varios bloques que lo componen deben guardar Simetra alrededor de sus anchos ejes. La Asimetria conduce a la torsion durante los terremotos y es peligroso, entendiendose que para la ubicacin de los elementos estructurales se debe tener en cuenta este criterio, tambien en lo que corresponde a la ubicacin de los vanos.

TEstructura asimtrica no adecuado

Estructura Simtrica Forma Adecuada

Centro de Rigidez y centro de masa Coinciden es favorable

Curso: Ingeniera AntissmicaRegularidad en Planta y ElevacinFormas rectangulares simples se compartan mejor en un sismo que formas con muchas proyecciones, los efectos torsionales del movimiento de la edificacion son pronunciados en bloques rectangulares largos y angostos, por consiguiente es deseable restringir la longitud de un bloque a tres(03) veces su ancho.

B

L< 3BCurso: Ingeniera AntissmicaSeparacin de bloquesLa Separacin de una edificacin en varios Bloques puede ser necesario para obtener la simetra y regularidad de cada bloque.Para prevenir el dao de impacto entre bloques debe existir una separacin de acuerdo a las normas un promedio de 3 a 4 cm dependiendo de la altura de la edificacin, la separacin puede ser tratada como una junta de expansin o puede ser cubierta o rellena con material dbil el cual es fcilmente rompible o aplastable durante el movimiento ssmico.Planta Curso: Ingeniera AntisismicaPredimensionamiento de Elementos EstructuralesDimensionamientos de Columnas:

bD = P g b n fc DDonde :Pg es la carga axial que soporta la columna debido a las cargas de gravedadn el valor que depende del tipo de columnafc Resistencia a la compresion del concreto Factor que considera la fuerza ssmica que incrementa la carga axial debido a cargas de gravedad que depende tambien del tipo de columna

Curso : Ingeniera AntisismicaColumna interiorTipo C1N= 0.30= 1.1Columna ExteriorTipo C2 y C3N= 0.25= 1.25

Columna de EsquinaTipo C4N= 0.20= 1.50

Curso: Ingeniera AntissmicaPlanos tpicos de edificaciones aporticadas

Ejemplo de dimensionamiento

Continua Ejemplo

Continua Ejemplo

En forma anloga para Edificicaciones hasta de diez pisos

Dimensionamiento de Vigas : h h= L/(10 a 12) eje longitudinal h= L/ 14 ejes transversales b h/2

b

Para que las estructuras sean mas dctiles se recomienda: Ductilidad en Columnas: 1% < < 2%

en Vigas : 0.7% < < 1.5 %

= As/bd = 14 / fy min vigas.

Dimensionamientos de placas de concreto ( Muros)La Longitud de placas de concreto, no es posible definir definir con precisin, estas se colocaran de acuerdo al comportamiento de la edificacin ante las fuerzas laterales, respecto a la distorsion que de acuerdo al reglamento se tiene un desplazamiento maximo de D=0.007, pero si se recomienda que el espesor minimo debe ser 20 cm. . 20 cm. Para edificaciones de 1 a 5 pisos 25 cm. Para edificaciones de 6 a 10 pisos 30 cm. Para edificaciones de 11 a 15 pisos.

Existen tambin muros de ductilidad limitada, cuyos espesores pueden ser de 7.5 cm, a 12 cm. , con malla electro soldadas, para edificaciones entre 1 a 7 pisos.Edificaciones de muros de ductilidad limitada

Encofrado metalico

Edificios con muros de ductilidad limitada

Losa Aligeradae= L/25 y losa maciza en ambos sentidos e= L/40

.40.10.30.10.30.10.05.15b.- Evaluacin de metrados de Cargas Es la definicin de los sistemas de cargas que actan sobre la estructura, tanto las permanentes como las eventuales se entiende por cargas eventuales a las cargas Ssmicas o de Viento.

L/2 L/2 L/2

L/2c.- Analisis Estructural Proceso de clculos que se realizan para determinar las fuerzas internas en los elementos de las estructuras por accin de las fuerzas exteriores. Se consideran cargas verticales( muertas y vivas) cargas horizontales ( Sismo o de viento) y Combinaciones de carga.Combinaciones de carga:

d.- Diseo Estructural Es la etapa de definicin del dimensionamiento de los elementos asi como el proporcionamiento de los materiales utilizados AS min, Seccion de As necesario, etc. De no cumplirse lo pre-dimensionado se vuelve a reestructurar la edificacin y se procede de nuevo al anlisis y diseo.1.2. LA FUERZA SISMICA

Hipocentro o FocoEpicentroDistancia EpicentralH= 0 a 600 km.E1-sueloE2E3VIIIVIIVIVIVOndas SsmicasTipos de sismos por su profundidadDe Acuerdo a la profundidad del Hipocentro o Foco.

Sismos Poco profundosSon aquellos que el epicentro est: 0 < h < 70 km. Sismos de gran magnitud( 8 a 9)Sismos Medios: Hipocentro a 70 < h < 300 km.(6-8) Sismos moderadosSismos profundos Hipocentro a 300 < h < 600 o mas km. Sismos de baja magnitud.(3-5)La Fuerza Ssmica La fuerza ssmica acumulada y se propaga a travs de su formacin geolgica estratigrfica hasta la superficie de la tierra. Para el anlisis estructural se considera que la fuerza ssmica se aplica en la base de la estructura, es decir en su cimentacin siguiendo las direcciones principales X e Y, transmitindose por fuerzas laterales aplicadas en los niveles de mayor concentracin de cargas verticales como una expresin del mecanismo de generacin de fuerzas inerciales. se origina en el interior de la corteza terrestre como el mecanismo de liberacin de energa

FI1

FI2FI3FI4xYPLANTA1.3 Origen de los SismosTectnico.- Sismostectnicos:producen el 90 % de los terremotos y dejan sentir sus efectos en zonas extensas, pueden ser sismos interplaca (zona de contacto entre placas) o sismos intraplaca (zonas internas de estas). Los sismos de interplaca se caracterizan por tener una alta magnitud (9), y los sismos de intraplaca, tienen magnitudes pequeas o moderadas.

Sismos volcnicos:se producen como consecuencia de la actividad propia de los volcanes y por lo general son de pequea o baja magnitud y se limitan al aparato volcnico En las etapas previas a episodios de actividad volcnica mayor se presentan en nmero reducidos (algunos sismos por da o por mes) y durante una erupcin la actividad ssmica aumenta hasta presentar decenas o cientos de sismos en unas horas. Segn indican las estadsticas mundiales, muy pocas veces han rebasado los 6 grados en la escala de magnitud.

Sismos locales:afectan a una regin muy pequea y se deben a hundimientos de cavernas y cavidades subterrneas; trastornos causados por disoluciones de estratos de yeso, sal u otras sustancias, o a deslizamientos de terrenos que reposan sobre capas arcillosas. Otro sismo local es el provocado por el hombre originado por explosiones o bien por colapso de galeras en grandes explotaciones mineras. Tambin se ha supuesto queexperimentosnucleares, o la fuerza de millones de toneladas de agua acumulada en represas o lagos artificiales podra producir tal fenmeno

Sismos de origen tectonicoEstructura Interna de la tierra

Segn Wegener

Teora Tectnica Global Hasta Fines de la dcada del 60 existan varias teoras para explicar el origen de los sismos una de ella deca que los sismos son causados por las mismas fuerzas que forman las montaas. En el anuario de ciencias del ao 1970 se incluye la teora tectnica global como una de las mas importantes contribuciones de ese ao, Alfredo Wegener plantea dicha teora diciendo que millones de aos a tras la tierra fue una sola denominada como la PANGEA y este fue separndose hasta la posicin actual que: Se observo que hay continuidad de las unidades geolgicas. Continuidad en la distribucin de fsiles, entre sud americe y frica. La Marina de los estados unidos USA hicieron levantamiento batimtrico de los fondos ocenicos indicando que los bordes de los plataformas continentales de frica y Sud Amrica Coinciden. Adems determinaron que en la Superficie terrestre existen seis grandes placas y seis pequeas, siendo alguna de ellas las siguientes.

Pruebas de wegener

Pruebas de wegener

Placas

Placas1.-Placa de Nazaca2.-Placa del caribe3.-Placa de Cocos4.-Placa del pacifico5.-Placa Sud Americana6.-Placa de Africa7.-Placa de Filipinas8.-Placa Antartica9.-Placa Euroasitica

Tipos de Sismos1.- Por Sub Duccion. Ocurre en las zonas de sub duccion donde dos placas que colisionan por moverse en sentido contrario una de ellas se introduce debajo de la otra, cuando la friccion entre placas no puede soportar el empuje que se produce entre ellas se generan los Sismos, Su magnitud es mayor de 8 en la Escala de Richter , sismo de gran magnitud.Por Sub Duccin

DesplazamientoDesplazamiento

2. - Sismo Tipo FosaOcurre cuan una placa se traslada en sentido contrario con respecto a la placa vecina Sismos de moderada magnitud3.- Sismo Tipo FosaPunzonamiento de arriba para abajo, estos sismos son de magnitud pequea

Placa IPlaca II

Origen de los sismos en el Per Los Sismos de origen tectonico son producidos por Sub Duccin donde la Placa de nazca se introduce debajo de la placa sud americana

En la regin san martn El origen de los sismos en san Martin se origina debido al tetanismo superficial por la presencia de fallas geolgicas regionales y locales por consecuencia del tectonismo entre las placas de nazca y sud AmricaTipos de Ondas Ondas internasLas ondas de cuerpo viajan a travs del interior. Siguen caminos curvos debido a la variada densidad y composicin del interior de la Tierra. Este efecto es similar al de refraccin de ondas de luz.

Ondas PLasondas P(primarias oprimae) son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la direccin de la propagacin. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a travs de cualquier tipo de material lquido o slido. Velocidades tpicas son 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito.

Ondas P de segunda especieDe acuerdo a la teora de Biot, en el caso de medios porosos saturados por un fluido, las perturbaciones ssmicas se propagarn en forma de una onda rotacional (Onda S) y dos compresionales. Las dos ondas compresionales se suelen denominar como ondas P de primera y segunda especie.

Ondas SSon ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la direccin de propagacin. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, stas aparecen en el terreno algo despus que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento ssmico y las que producen la mayor parte de los daos. Slo se transladan a travs de elementos slidos.

Tipos de Ondas Sismicas

I .- Ondas de cuerpoOndas Superficiales

Cuando las ondas de cuerpo llegan a la superficie, se generan las ondas L (longae), que se propagan por la superficie de discontinuidad de la interfase de la superficie terrestre (tierra-aire y tierra-agua). Son las causante de los daos producidos por los sismos en las construcciones

Ondas de Love

Las ondas de Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie, son las que producen mayores daos a las edificaciones.

Ondas de Rayleigh

Las ondas Rayleigh, tambin denominadasground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elptico retrgrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por John William Strutt, Lord Rayleigh, en 1885.

Ondas de Superficie

MEDICIN DE LOS SISMOS

Las escalas utilizadas para clasificar un sismo segn su tamao son: la Intensidad y la Magnitud.La INTENSIDADEst relacionada a los efectos que provoca un terremoto. Depende de las condiciones del terreno, la vulnerabilidad de las construcciones y la distancia epicentral. La escala tiene carcter subjetivo y vara de acuerdo con la severidad de las vibraciones producidas y los daos provocados en un lugar determinado.Tiene en cuenta los daos causados en las edificaciones, los efectos en el terreno, en los objetos y en las personas. Si bien existen diferentes escalas de Intensidad, la ms utilizada en el hemisferio occidental es la Mercalli Modificada (MM), que es cerrada y tiene doce grados expresados en nmeros romanos (desde el I al XII). Medicin de los SismosPor otra parte, la MAGNITUD :Es una medida instrumental relacionada con la energa elstica liberada por el sismo, y propagada como ondas ssmicas en el interior y en la superficie de la tierra. Es independiente de la distancia entre el hipocentro y el sitio de observacin, y resulta en un valor nico, que se obtiene matemticamente del anlisis de los sismogramas. Existen diferentes escalas para medir la Magnitud, aunque la ms difundida es la de Richter. sta es una escala abierta, por lo cual no tiene lmite superior ni inferior; es una escala logartmica y sus valores se expresan con nmeros decimales.

Magnitud de Sismo.M = log(A)- Log(Ao) A Amplitud max. Registrada Log(Ao). De tabla.Km Log (Ao)0 -1.410 -1.550 -2.6100 -3.00150 -3.2200 -3.5250 -3.7300 -4.00EjemploEjemplo:Un sismgrafo estandar a registrado un sismo a 180 km. Y la amplitud max. Registrada es de 144 micrones. Calcular la magnitud del sismo.

M = Log( 144)- ( -3.38)M= 2.16 + 3.38M= 5.54 en la escala de richter.

Escala de Intensidad Mercalli Modificada

Tabla 1: Escala de Intensidad Mercalli ModificadaGrado EfectosI Imperceptible. Lo registran los sismgrafosII Lo perciben personas en reposo, en los pisos superioresIII Se percibe en el interior de los edificios. Puede no reconocerse como un sismo. Los objetos colgados oscilan levemente. Vibraciones como las que producen los camiones ligeros al pasarIV Se percibe en el interior de los edificios, reconocindose que se trata de un sismo. Los objetos colgantes oscilan y las puertas y ventanas crujen. Se perciben vibraciones como las ocasionadas por el paso de un camin pesado. En la parte superior de este grado crujen las cabriadas y paredes de madera y tintinean los vasos y la loza.V Se percibe a la intemperie; se puede estimar su duracin. Quienes duermen, se despiertan. Los lquidos se mueven; algunos se vuelcan. Los objetos pequeos inestables se deplazan o se caen. Las puertas oscilan, se cierran y se abren. Los relojes de pndulo pueden pararse, alterar su funcionamiento o arrancar si estaban detenidos.VI Lo perciben todos. Muchos se asustan y salen al descubierto. Las personas caminan inseguras. Las ventanas, platos y artculos de vidrio se rompen. Los adornos, libros y objetos similares se caen de los estantes. Algunos cuadros se caen de las paredes. Los muebles se mueven o se vuelcan. Los revoques dbiles y la mampostera D, se agrietan. Las campanas pequeas repican (la de la iglesia, escuela). Los rboles y arbustos se sacuden visiblemente, o se los oye crujir.

Escala de mercalli modificadaVII Es difcil permanecer de pie. Lo notan los conductores de automviles. Los objetos colgados trepidan. Los muebles se rompen. Daos en la mampostera D. Las chimeneas dbiles se rompen al nivel de techo. Caen los revoques, los ladrillos se aflojan; las piedras, revestimientos, cornisas, los parapetos sin contrafuertes y los ornamentos arquitectnicos tambin caen. Algunas grietas en la mampostera C. Olas en los estanques. Pequeos deslizamientos y derrumbes en los bancos de arena o de grava. Las campanas grandes repican.VIII Se hace difcil conducir un automvil. Se daa la mampostera C y en parte se cae. Algn dao en la mampostera B; ninguno en la mampostera A. Caen los revoques y algunos muros de mampostera. Cada y torsin de chimeneas de las casas y de las fbricas, monumentos, torres, tanques elevados. Las casas con estructura de madera salen de sus cimientos si no estn ancladas; los muros de relleno son arrojados hacia afuera. Los pilotes podridos se quiebran. Las ramas se desprenden de los rboles. Cambios en el caudal y temperatura de manantiales y pozos. Grietas en terreno mojado y en taludes inclinados.IXPnico general. Se destruye la mampostera D; se daa fuertemente la mampostera C, algunas veces con colapso completo. Se daa la mampostera B. Las estructuras no ancladas se desplazan de los cimientos. Los marcos crujen. Serios daos en depsitos para lquidos. Se rompen las tuberas enterradas. Grietas importantes en el terreno. Expulsin de arena y lodo en terrenos aluvionales, conformacin de crteres de arena.X

Escala de Mercalli modificadoX Se destruye la mayora de las estructuras de mampostera incluso sus cimientos y tambin algunas estructuras de madera bien construidas y algunos puentes. Serios daos en presas, diques, terraplenes. Grandes derrumbes. Agua arrojada sobre las mrgenes de los canales, ros, lagos, etc. Arena y lodo desplazados horizontalmente en las playas y en terreno plano. Rieles doblados ligeramente.XI Rieles muy doblados. Tuberas enterradas completamente destruidas. Grandes grietas en la tierra.XII Catstrofe. Destruccin total. Grandes masas de rocas desplazadas. Cambios de niveles del terreno. Objetos arrojados al aire.

Principio de un sismografo

Sismgrafo Moderno

Acelergrafo:( Tambin llamado acelermero)Es un instrumento que nos proporciona un grafico (el acelerograma), que muestra la variacin de las aceleraciones en lugar determinado, y a lo largo de un tiempo. Est muy ligado al campo de la arquitectura debido a que este instrumento se utiliza para detectar los movimientos ssmicos de una zona y determinando las fuerzas que se sometera a una estructura ante un terremoto muy destructivo.*Nota:En Japn los edificios aguantaron el terremoto debido a que es una zona ssmica y estaban preparados para cualquier imprevisto, la verdadera destruccin que se produjo fue con la aparicin del tsunami que arraso todo a su paso.http://seisan.ingeominas.gov.co/RNAC/imagen/Acelerografo.JPG-Sismgrafo:Instrumento utilizado para detectar desde terremotos hasta pequeos movimientos ssmicos, estos son localizados para localizar con gran precisin en tres dimensiones , el epicentro del movimiento y la zona afectada por este, para detectar estas ondas se basa en el tiempo que tardan estas en propagarse hacia fuera del epicentro. Una de sus principales utilidades consiste en detectar explosiones en pruebas nucleares as como en el mbito de la geologa para hacer mapas del interior terrestre.Otras diferencias interesantes a la hora de detectar las ondas p y las ondas s:El sismgrafo detecta tanto las ondas p como las s cuando el aparato se encuentra a una distancia cercana al epicentro del terremoto o movimiento ssmico, pero si por el contrario este se encuentra en la parte opuesta en el globo terrqueo de la posicin del epicentro solo detectara las p. Por otra parte los acelergrafos detectan las ondas p y s pero en un radio SismografosEl sismmetro o sismgrafo es un instrumento creado por John Milne para medir terremotos para la sismologa o pequeos temblores provocados, en el caso de la sismologa de exploracin.

Este aparato, en sus inicios, consista en un pndulo que por su masa permaneca inmvil debido a la inercia, mientras todo a su alrededor se mova; dicho pndulo llevaba un punzn que iba escribiendo sobre un rodillo de papel pautado en tiempo, de modo que al empezar la vibracin se registraba el movimiento en el papel, constituyendo esta representacin grfica el denominado sismograma.

Los instrumentos modernos son, por supuesto, electrnicos. Estos sismgrafos se parecen a los acelermetros, y tienden a llegar a ser instrumentos universales. En aos anteriores, los sismmetros podran quedarse cortos o ir fuera de la escala para el movimiento de la Tierra que es suficientemente fuerte para ser sentido por la gente. En este caso, solo los instrumentos que podran trabajar seran los acelermetros menos sensibles.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESPUESTA DINAMICA DE LAS ESTRUCTURASLAS CONDICIONES LOCALES DEL SUELO.Es importante contar con un estudio de la dinmica del suelo del lugar donde se va a construir la edificacin que nos provea un adecuado diseo.Debemos conocer el tipo de suelo, su periodo predominante( Ts), y la configuracin estratigrfica del suelo para prevenir las posibilidades de resonancia ( Ampliacin Ssmica).PARAMETROS DINAMICOS DEL SISTEMA ESTRUCTURAL(RIGIDEZ, MASA,FRECUENCIA NATURAL DE VIBRACION, PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACION, Y EL AMORIGUAMIENTO)

DuctilidadConceptos de Ductilidad:Fy < 4200 kg/cm2Fc 210 kg/cm2. Modelos Dinmicos y caractersticas de las Estructuras