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Arq. Csar Augusto Covarrubias Flores

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Sismos

Mxico se encuentra sujeto asismos, debido a la accin entreplacas tectnicas que dan origena fallas geolgicas activas.

La composicin interna de la Tierra est dividida por capas concntricas: Ncleointerno, ncleo externo, manto y corteza.

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Tectnica de placas

Alfred Wagener desarroll la Teora de la Deriva Continental(1912); en ella se afirma que hace 200 millones de aos, loscontinentes actuales integraban uno slo llamado Panga.

Posteriormente se desarroll la Teora deTectnica de Placas, la cual postula que laLitsfera est dividida en grandes sectoresrgidos que se mueven entre s, debido alarrastre por corrientes de conveccin en elmanto.

http://www.youtube.com/watch?v=GYVS_Yh6dTk&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=xL6sKtG2UVs&NR=1

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Lmites

Divergentes: Las placas se separan.

Convergentes: Una de las placas seintroduce debajo de la otra, o bien,dos placas chocan entre s.

Transcurrentes: Dos placas semueven entre s lateralmente.

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Sismicidad

En los lmites entre placas se generan fuerzas de friccin que impiden eldesplazamiento de una respecto a la otra, generndose grandes esfuerzos en elmaterial que las constituye. Si dichos esfuerzos sobrepasan la resistencia de la roca, ose vencen las fuerzas de friccin, ocurre una ruptura violenta y la liberacin repentinade la energa acumulada.

http://www.youtube.com/watch?v=4Xebwzb3dDE&NR=1

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Ondas ssmicas Ondas internas (de volumen)

Primaria (P) V= 1,100 a 8,000 m/s

Hace vibrar paredes y ventanas

Secundaria (S) V= 500 a 4,400 m/s

Movimiento vertical de arriba abajo y

viceversa

Ondas superficiales

Love (L)

Deforman las rocas en direccin horizontal

Rayleigh (R)

Producen movimiento vertical

Dependiendo de la cercana al punto deorigen y el tamao del sismo, las amplitudesde onda varan.

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Intensidad y Magnitud

Intensidad: Unidad subjetiva que mide los efectos que un sismo causa en el hombre, susconstrucciones y el terreno del sitio.

En 1902 Guiseppe Mercalli propuso una escala de 12 grados, en 1931 h. Hood y F. Newmanhacen adecuaciones creando la Escala de Mercalli Modificada.

Magnitud: Unidad de medida basada en la energa liberada en el foco y se fundamenta en la

amplitud de las ondas ssmicas registradas por un instrumento. En 1932, Charles Richter precis la escala de Magnitud de un sismo.

Independientemente de la escala el terremoto est limitado por la resistencia de las rocas dela Litsfera.

La mayora de los sismos de gran magnitud ocurridos en Mxico han tenido profundidades

focales menores a los 40 km.

D1, D2.- Distancia epicentral.H.- Profundidad focal.R.- Distancia focal

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Dao ssmico enconstrucciones

Ligeros: Fisuras o desprendimientos menores en acabados.

Moderados: Fisuras en muros, desprendimientos de grandes trozos de revestimientos,cada de tejas y pretiles.

Graves: Grietas en muros, cada de elementos exteriores.

Destruccin: Brechas en muros resistentes, derrumbe parcial, prdida de enlace entredistintas partes de construccin, destruccin de tabiques y muros de cerramiento.

Colapso: Ruina completa de la construccin.

De acuerdo con la experiencia nivel mundial, la herramienta ms til para disminuir el riesgopor sismo es la correcta utilizacin de las normas de construccin sismo-resistente.

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Mxico

El territorio de Mxico se clasifica de acuerdo al peligro ssmico al que estn sujetossus construcciones. Para ello se delimitaron cuatro zonas: A, B, C y D; dichaclasificacin es aplicable slo a estructuras construidas en terreno firme.

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Recomendaciones generales

La forma de la construccin, tipo y arreglo de los elementos estructurales y ladistribucin de las masa del edificio influyen en el diseo sismo-resistente.

Sencillez: Permite la resistencia de cargas laterales .

Uniformidad: Proporciona rigidez y resistencia en dos direcciones ortogonales.

Simetra: Disipa la energa introducida por un sismo.

Estas caractersticas no deben entrar en conflicto con la originalidad y funcionalidad,las cuales son esenciales en toda obra arquitectnica.

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Mtodo de Anlisis Esttico

Este mtodo es aplicable a toda estructura de configuraciones regulares dedistribucin de rigideces y masas, tanto en planta como elevacin. Una estructura esun conjunto caracterizado por una geometra ms o menos complicada y compuestapor materiales con ecuaciones constitutivas complejas.

Un anlisis esttico por el Mtodo De Los Desplazamientos conduce a un sistema deecuaciones algebraicas lineales de la siguiente forma: Sd= f

S, dy fson respectivamente la matriz de rigidez (de la estructura), el vector dedesplazamientos y el vector de fuerzas nodales.

Esta matriz Ses formada por la acumulacin de las contribuciones de rigidez de losdiferentes elementos estructurales que corresponden al modelo en el anlisis.La resolucin del sistema de ecuaciones anterior, nos da todos los desplazamientosnodales considerados en el modelo. Luego, conociendo los desplazamientos deextremidad de cada elemento estructural y las cargas actuantes en loscorrespondientes elementos, es posible calcular los esfuerzos solicitantes en unaseccin transversal cualquiera.

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Deduccin de frmulas

F = c . p

Fuerza es igual al coeficiente ssmico por el peso de la edificacin.

F = d . r

Fuerza es igual al desplazamiento por la rigidez.

Tomando como base la ley de Newton W = m . g y V = m . a, tenemos:

C = a . g

El coeficiente ssmico es igual a la aceleracin por la gravedad.

K = 4 2 m / periodo

La rigidez es igual a cuatro veces el valor de Pi al cuadrado por la masa entre elperiodo de vibracin.

P = 2 / frecuencia circular

El periodo es igual a dos por Pi entre frecuencia circular

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Coeficiente ssmico C = Sa . Yd / R

Sa: Factor que depende del tipo de suelo y del periodo de vibracin del edificio.

Yd: Valor que depende del destino del edificio.

R: Factor de reduccin por disipacin de la energa. Su valor depende de la ductilidadglobal de la estructura.

Factor de ductilidad

Capacidad del sistema de resistencia ssmica de deformarse sin prdidas apreciablesen su capacidad resistente.

La ductilidad global aumenta a medida que su estructura es ms regular, es decir, que

la estructura posea una distribucin lo ms uniforme posible de resistencia y rigidez enelevacin, evitando se produzcan deformaciones plsticas en zonas localizadas.

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Clasificacin de lasconstruccionesValores del factor de ductilidad

Q = 4 a. Tipos estructurales de Marco o Doble, de acero, concreto o amalgama de acero-concreto con marcos capaces de resistir 50% de la fuerza ssmica en accin.b Tipos estructurales Dobles con muros de mampostera si la estructura sin ellos escapaz de resistir 80% de las fuerzas laterales totales.c. La resistencia lateral mnima en cualquier piso est dentro de 35% del promedio total.

d. Si hay marcos reforzados de acero presentes, deben estar reforzados excntricamente.e. Elementos y componentes diseados para alta ductilidad.

Q = 3 a. Las condiciones previas (Q=4) b, d y e son satisfechas pero las condiciones a o c no loson (en cualquier piso).b. Marcos reforzados de acero concntricos diseados para alta ductilidad.

Q = 2 a. Tipos estructurales de marco, muro o dobles de acero, concreto, amalgamas de acero-concreto o mampostera que no satisfacen ninguno de los requisitos para las condicionesprevias (Q= 3 o 4).b. Edificaciones prefabricadas de concreto.c. Algunos tipos de edificaciones de madera o acero conforme a sus normas especficas.

Q = 1.5 a. Tipos estructurales de muro con muros de mampostera vacos.b. Edificaciones de marco de madera.

Q = 1 Edificaciones con otros materiales estructurales y sin justificacin tcnica para valores

ms altos.

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Zonificacin

Zona c ao Ta Tb r

I 0.16 0.04 0.20 1.35 1.0

II 0.32 0.08 0.20 1.35 1.33

III a 0.40 0.10 0.53 1.8 2

III b 0.45 0.11 0.85 3.0 2

III c 0.40 0.10 1.25 4.2 2

III d 0.30 0.10 0.85 4.2 2

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Frmula del Mtodo Esttico

Este mtodo puede ser aplicado a edificaciones regulares no ms altas que 30m oedificaciones irregulares no ms altas que 20m en las Zonas II y III, o paraedificaciones no ms altas que 40m para las regulares y no ms altas que 30m paralas irregulares en la Zona I.

Inicialmente, la fuerza sismorresistente base total Vo como una proporcin del pesoestructural total Wo es calculada como:

Vo/ Wo = c / Q ao

Vo es distribuida como fuerzas Fi en cada piso de peso W i y altura hi :

Fi = Vo [ Wi hi/k Wk hk ]

Luego, El perodo fundamental T es calculado por el mtodo de Rayleigh.

Si T Tb entonces Vo/ Wo = (a/Q) y Fi es recalculado mediante la ecuacin anterior.

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Si T > Tb entonces las fuerzas Fi en cada nivel son:

Fi = Wi (k1 hi + k2 hi2 ) (a/Q) donde a ao

y k1 = [1 0.5 r (1-q)] [Wo/k Wkhk]

k2 = 0.75 r (1q) [Wo / k Wkhk2]

q = (Tb/ T) r

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Normas Tcnicas Complementarias sobre Criterios yAcciones para el Diseo Estructural de las Edificaciones

NOTACIN

A rea tributaria, m

ct coeficiente de dilatacin trmica

E mdulo de elasticidad, MPa (kg/cm)

FC factor de carga

W carga viva unitaria media, kN/m (kg/m)

Wa carga viva unitaria instantnea, kN/m (kg/m)

Wm carga viva unitaria mxima, kN/m (kg/m)

t incremento de temperatura, grados Kelvin ( C)

relacin de Poisson

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Se considerarn tres categoras de acciones, de acuerdo con laduracin en que obran sobre las estructuras con su intensidadmxima:

a) Las acciones permanentes son las que obran en forma continua sobre la estructuray cuya intensidad vara poco con el tiempo. Las principales acciones que pertenecen aesta categora son: la carga muerta; el empuje esttico de suelos y de lquidos y lasdeformaciones y desplazamientos impuestos a la estructura que varan poco con eltiempo, como los debidos a pre-esfuerzo o a movimientos diferenciales permanentesde los apoyos;

b) Las acciones variables son las que obran sobre la estructura con una intensidad quevara significativamente con el tiempo. Las principales acciones que entran en estacategora son: la carga viva; los efectos de temperatura; las deformaciones impuestasy los hundimientos diferenciales que tengan una intensidad variable con el tiempo, ylas acciones debidas al funcionamiento de maquinaria y equipo, incluyendo los efectosdinmicos que pueden presentarse debido a vibraciones, impacto o frenado; y

c) Las acciones accidentales son las que no se deben al funcionamiento normal de laedificacin y que pueden alcanzar intensidades significativas slo durante lapsosbreves. Pertenecen a esta categora: las acciones ssmicas; los efectos del viento; lascargas de granizo; los efectos de explosiones, incendios y otros fenmenos quepueden presentarse en casos extraordinarios. Ser necesario tomar precauciones enlas estructuras, en su cimentacin y en los detalles constructivos, para evitar uncomportamiento catastrfico de la estructura para el caso de que ocurran estasacciones.

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Combinaciones de Carga incluyendo los Efectos de CargaSsmica Ortogonal.

CU = 1.5 (CM + CVmax ) para el Grupo de Estructuras A

CU = 1.4 (CM + CVmax ) para el Grupo de Estructuras B

CU = 1.1 (CM + CVinst ) + CS

CU = 0.9 (CM + CVmin ) + CS

donde

CU = Carga Unificada (para LRFD o Diseo de Resistencia)

CM = Carga Muerta

CVmax = Carga Viva con intensidad mxima

CVinst = Carga Viva con intensidad instantnea

CVmin = Carga Viva con intensidad mnima

CS = Carga Ssmica

La estructura debe ser diseada para la accin simultnea de ambos componentesssmicos horizontales utilizando el valor total en una direccin ms 30% del valor en laotra direccin.

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Referencias:

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Servicio Sismolgico Nacional Alfredo Yez Soto, Tan Li Yi colaboradoreshttp://www.ssn.unam.mx/website/jsp/faq.jsp

Javier Rojas, Agosto de 2008 . Consultado el 4 de Marzo de 2011http://gfrojas.blogspot.com/2008/08/sismos.html

Centro Regional de Informacin sobre desastres. Vocabulario controlado sobre desastres. San Jos:CRID; 2000. (CRID) http://www.osman.es/ficha/13006

Estructuras sometidas a acciones ssmicas.- Alex H. Barbat y Juan Miguel Canet - CentroInternacional de Mtodos Numricos en Ingeniera.

Monografas de Ingeniera Ssmica.- Editor Alex H. Barbat - Centro Internacional de MtodosNumricos en Ingeniera.

Pginas Web del Instituto Andalz de Geofsica y Prevencin de Desastres Ssmicashttp://www.arqui.com/users/manuel/sismolog.htm

http://www.smis.org.mx/htm/sm1.htm

Recursos educativos, enlaces educativos de inters. Consultado el 4 de Marzo de 2011.http://www.recursos-tic.org/proyecto/index.php?option=com_content&view=article&id=275:ondas-sismicas&catid=89:tectonica-de-placas&Itemid=124

Gutirrez M. Carlos, et al. (2001) Fascculo sismos CENAPRED, Mxico.

http://civilgeeks.com/?p=3232

Heinzmann, Daniel. 2000, Argentina

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