Tiempo Historia(Monográfico)

7/24/2019 Tiempo Historia(Monográfico)

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS

GONZAGA”

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO SISMORRESISTENTE:

ANÁLISIS TIEMPO HISTORIA

BAUTISTA YUPANQUI JHON

GUZMÁN GARIBAY BRENDA

HUASASQUICHE TASAYCO PEPE

LAURA DE LA CRUZ YOEL

PEREZ GARCÍA NEISER

ICA-2015




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pág. 1

ÍNDICE

INTRODUCCION............................................................................................................................. 2

REGISTROS SÍSMICOS .................................................................................................................... 4

ANTECEDENTES......................................................................................................................... 4

SISMÓGRAFOS......................................................................................................................... 10

ACELERÓGRAFO ...................................................................................................................... 13

DIFERENCIAS ENTRE UN SISMOGRAFO Y UN ACELERÓGRAFO............................................... 15REGISTROS SÍSMICOS EN PERÚ............................................................................................... 16

REGISTROS SÍSMICOS Y NORMA E-030................................................................................... 17

SISMO DE LIMA 1966 .......................................................................................................... 18

SISMO ANCASH 1970 .......................................................................................................... 19

SISMO LIMA 1974................................................................................................................ 20

ESPECTRO SÍSMICO ..................................................................................................................... 21

ANALISIS TIEMPO HISTORIA........................................................................................................ 32




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INTRODUCCION

Las estructuras, cuando están sujetas a cargas o desplazamientos en la base, en realidad

actúan dinámicamente, es decir, desarrollan acciones opuestas al movimiento impuesto

por tales cargas o desplazamientos. Si éstos son aplicados muy lentamente, las fuerzas de

inercia son bastante pequeñas (al ser las aceleraciones muy bajas) y por lo tanto se puede

justificar un análisis de tipo estático. Por otro lado, las estructuras son un continuo y tienen

un infinito número de grados de libertad. Se han tratado en cursos anteriores las formasde concentrar la evaluación en puntos (nudos o pisos) que son suficientes para determinar

el comportamiento de la estructura y calcular sus fuerzas internas. La masa del sistema

estructural es concentrada en los nudos o a nivel de los centros de masa de cada piso,

según el modelo utilizado. Asimismo, si los análisis se realizan considerando que el

material estructural tendrá un comportamiento elástico y lineal, las propiedades de rigidez

de la estructura pueden aproximarse con un alto grado de confiabilidad, con ayuda de

información experimental. Lo mismo puede asumirse para las propiedades deamortiguamiento. Las cargas dinámicas y las condiciones en la base de la cimentación

suelen ser difíciles de estimar, sobre todo en el caso de cargas sísmicas.

Para la modelación de una estructura sujeta a cargas de origen dinámico se hace uso de la

teoría del análisis dinámico de estructuras, que mediante modelos matemáticos nos

permite estudiar el comportamiento de las estructuras ante excitaciones dinámicas.

Los análisis dinámicos se dividen usualmente en tres grandes grupos:

- Análisis Modal Espectral , de uso ingenieril más común.

- Análisis Tiempo-Historia.

- Análisis en el dominio de las frecuencias.

Los análisis pueden realizarse considerando un comportamiento lineal fuerza-

desplazamiento del material; eventualmente pueden considerarse comportamientos no




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lineales para los análisis tiempo-historia. Los programas de análisis estructurales más

comunes no realizan análisis incluyendo efectos de segundo orden (denominado tambiénno linealidad geométrica), es decir, la consideración de esfuerzos adicionales debidos a

la modificación de los ejes causada por las deformaciones.

El presente trabajo está enfocado al segundo grupo de tipos de análisis dinámico, al

análisis tiempo historia.




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REGISTROS SÍSMICOS

Los parámetros característicos del movimiento del suelo durante un terremoto son de

valioso interés para la Ingeniería Sísmica. Se conoce que el movimiento del suelo en las

regiones próximas a la fuente sísmica, es mucho más severo que en zonas ubicadas a

cierta distancia; entorno a una falla, el movimiento presenta características impulsivas

que le otorgan alto poder destructivo.

Distintos investigadores han confirmado la presencia de pulsos de ondas que dominan el

movimiento horizontal en registros cercanos a la falla sísmica. Las características de estos

pulsos dependen del tipo, distribución de las asperezas y complejidad de la ruptura

sísmica y se manifiestan en los registros de aceleración pero más marcadamente en la

historia de tiempo de las velocidades del suelo. A la fecha distintos investigadores han

propuestos formas diversas para evaluar si un registro es de carácter impulsivo o no

impulsivo.

El método es original, de bajo costo computacional y permite identificar registros

sísmicos impulsivos; está basado en un parámetro que depende de la longitud desarrollada

de la historia de tiempo de velocidades del suelo y del pico máximo de velocidad. El

procedimiento se aplica a una serie representativa de registros sísmicos y los resultados

obtenidos se contrastan con el criterio ampliamente reconocido por la comunidad

científica. Los resultados muestran una buena correlación con el procedimiento tomadocomo referencia.

ANTECEDENTES

La Sismometría es la disciplina que basa su estudio en la detección, el registro y la

medición de los sismos. Desde la antigüedad el hombre trató de detectar los terremotos y

medir de alguna forma sus efectos. El primer instrumento específicamente construido

para medir los sismos, que se tiene conocimiento, es el sismoscopio inventado, en el año

132 d.C., por el filósofo chino Chang Heng. El mismo consistía en una jarra con ocho




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cabezas de dragón, cada una de las cuales tenían una bola metálica, que ante la ocurrencia

de un terremoto, un mecanismo interno liberaba la bola y caía sobre un sapo ubicadodebajo de la cabeza, indicando de manera aproximada la dirección del sismo.

En 1703 el abate De Haute-Feuille (1647-1724) ideó un sismoscopio construido en

madera con una base circular en el centro, de un pedestal, con un diámetro interno de

aproximadamente 12 centímetros. En su parte superior contenía mercurio, con ochopequeñas canaletas en su flanco, cuatro en correspondencia con los cuatro puntos

cardinales y cuatro en puntos intermedios. Debajo de cada una de estas canaletas hay ocho

envases pequeños, que fijados a la base son utilizados para recoger el mercurio que se

vierte ante un movimiento sísmico.

Cada uno de estos ocho recipientes, se encuentran identificados con las letras: N, S, E, O,NE NO, SE y SO. El instrumento, se debe orientar adecuadamente, en un plano




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perfectamente horizontal: Analizando la taza en la que se derramó el mercurio indicará la

dirección proveniente del sismo. Un avance importante recién se da a finales del sigloXIX, con la invención de instrumentos que registraban los movimientos sísmicos en

función continua con el tiempo, dándoseles el nombre de sismógrafos. Científicos como

James D. Forbes (1841), Luigi Palmieri (1856), Verbeck (1873), el italiano Filippo

Cecchi (1875) y Alfred Wegner (1880), hicieron su contribución con instrumentos para

la medición de los sismos, a pesar de que ninguno de ellos funcionó adecuadamente.

El sismógrafo construido por Cecchi se podría considerar como el primer dispositivo en

registrar el movimiento de un sismo en función del tiempo, pero fue rápidamente

sustituido por el desarrollado por los científicos británicos: John Milne (1849-1913),

Thomas Gray (1850- 1908) y James Alfred Ewing (1855-1935), que lo hizo

exitosamente durante el período 1880- 1885. Este sismógrafo consistía en un péndulo con

una aguja, y estaba suspendido sobre una plancha de cristal ahumado; fue el primer

instrumento utilizado en sismología que permitía discernir entre las ondas primarias y

secundarias.

En 1898, el científico alemán Emil Wiechert (1861-1928) desarrolla el primer

sismógrafo con amortiguamiento viscoso, logrando con gran eficiencia el registro de los

sismos en toda su duración.




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Por su parte el científico ruso Boris Galitzen (1862 – 1916) desarrolla, en 1906, el primer

sismógrafo electromagnético. El movimiento de la masa del péndulo hacía oscilar unabobina en el campo magnético de un imán fijo, generando una corriente proporcional a la

velocidad del movimiento del suelo. El registro se efectuaba sobre papel fotográfico

mediante un haz de luz que provenía de un galvanómetro, llegando a obtener

amplificaciones del orden de 1.000 veces para períodos de 12 segundos. Este nuevo

diseño muestra ser mucho más preciso y fiable que los anteriores instrumentos mecánicos,

convirtiéndose en la base para la instrumentación sísmica utilizada durante gran parte de

los siguientes 100 años. La incorporación de la computadora en el campo de lasismología, durante la década del 1950-60, posibilitó ampliar notablemente el campo de

la investigación sísmica. El primer sismógrafo con grabación digital funcionó en el

California Institute of Technology (CALTECH), alrededor de 1961. A partir de 1970 se

generaliza la instalación de los sismógrafos digitales a nivel mundial, comienzan a

utilizarse los primeros sismógrafos digitales portátiles para estudios específicos

(características del sitio, ruido sísmico, etc.), y se establecen los primeros archivos de

datos sísmicos digitales.

En la actualidad, el término sismógrafo está reservado a los instrumentos que registran el

movimiento del terreno en función del tiempo y trabajan en forma continua durante las

24 horas del día. A su vez el término acelerógrafo es el dispositivo que registra la

aceleración del terreno, y lo hace de manera automática, solamente cuando la aceleración

excede un límite prefijado (comúnmente 0.01 g). Un sismógrafo consta básicamente de

cuatro partes (figura 4):

a. El sismómetro que responde al movimiento del suelo, en la dirección vertical u

horizontal, y lo convierte en una señal eléctrica.

b. Un sistema de amplificación que permite aumentar la precisión del registro del

movimiento.

c. Un sistema de registro de la señal amplificada para graficar la variación del

movimiento, a lo largo del tiempo.




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d. Un sistema de tiempo preciso que se incorpora al registro de la señal sísmica.

El desarrollo de la instrumentación sismológica ha derivado hacia instrumentos con una

curva de respuesta prácticamente plana para un gran rango de periodos. Este tipo de

instrumentos se denominan sismógrafos de banda ancha (BB, de su sigla en inglés Broad

Band), que al usar registro digital y un rango dinámico alto permiten el registro tanto de

terremotos cercanos como lejanos.

Desde 1990 hasta la actualidad la tecnología electrónica ha podido desarrollar

instrumentos cada vez más reducidos, compactos y livianos, con mayor sensibilidad y

precisión, llegando a contener en un solo sismómetro tres sensores para la medición de

las tres componentes: N-S, E-O y vertical (Z). En general, las estaciones sismológicas

actualmente incluyen sensores que registran las tres componentes del movimiento delsuelo: dos direcciones horizontales perpendiculares, y la dirección vertical. Ya sea para




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registrar ondas de período largo para sismos lejanos, o bien para registrar ondas de

período corto para sismos cercanos, o ambos a la vez. Estas señales ingresan a un sistemadigital de adquisición de datos (DAS, de sus siglas en inglés Digital Acquisition System)

de 16 ó 24 bits, que incluye un GPS para incorporar la señal horaria y las coordenadas del

lugar (Figura 6). La información almacenada es transmitida en forma continua y en

tiempo real a los centros de investigación, vía satelital o Internet, para su procesamiento,

estudio y almacenamiento.

“Un sismo que genere daños es del orden de 6° a 7° (Richter) hacia arriba, y desde

esa base sería calificado por las aseguradoras como un terremoto. Sin embargo esono quita que todos los temblores son terremotos (y viceversa)”, y en ese contexto la

única diferencia vendría siendo la magnitud y la intensidad de los sismos. Mientras que

socialmente hablando la persona asume el temblor como cotidiano y realiza sus

actividades normales mientras que experimentan un mayor nivel de amenaza cuando se

trata de un terremoto alarmándose por mayores grados.




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Pero para medir el grado de intensidad existen diversas escalas de intensidad establecidas

de una manera empírica y que son usadas en la actualidad (MM, MSK, EMS-92). Sesuelen dividir en grados de intensidad, los cuales son definidos por:

• Efectos o descripciones de cómo son sentidos y percibidos los sismos por las

personas en su medio ambiente.

• Daños producidos en las construcciones y edificaciones hechas por el hombre,

según sus tipos.

• Cambios advertidos en la naturaleza.

Se sabe que la escala de Mercalli Modificada es la más difundida en los países americanos

y por lo tanto, es la escala con la que se han elaborado la mayoría de mapas de Isosistas

de los sismos de Perú, tanto los históricos como los recientes. Fue propuesta por Harry

O. Wood y Frank Newman en el año 1931 y luego por C. Richter en 1956, la cual sale de

una modificación hecha a la de G. Mercalli en 1902. Se evalúa el sismo con entrevistas a

diferentes pobladores de la región afectada.

Mientras que en la mayoría de los países de Europa, la escala usada es la M.S.K. propuesta

en 1964 por S.V.Medvedev, W. Sponheuer y V. Karnik. Para usarla en el Perú Ocola

(1979) la modificó. Para evaluar las intensidades, a diferencia de la MM, se requiere

adicionalmente información del tipo de suelo y condiciones geológicas en donde se hace

la evaluación, el nivel freático, el material de construcción, la antigüedad de esta y la

calidad del diseño de la estructura. Todo esto influye en el valor final de la intensidad, yes obligatorio una evaluación in situ calificada y adecuada.

SISMÓGRAFOS

Un sismógrafo es un instrumento usado para medir movimientos de la Tierra. Se basa en

el principio de inercia de los cuerpos, como sabemos este principio nos dice que todos los

cuerpos tienen una resistencia al movimiento o a variar su velocidad. Así, el movimiento




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del suelo puede ser medido con respecto a la posición de una masa suspendida por un

elemento que le permita permanecer en reposo por algunos instantes con respecto al suelo.

El mecanismo consiste usualmente en una masa suspendida de un resorte atado a un

soporte acoplado al suelo, cuando el soporte se sacude al paso de las ondas sísmicas, la

inercia de la masa hace que ésta permanezca un instante en el mismo sitio de reposo.

Posteriormente cuando la masa sale del reposo, tiende a oscilar. Sin embargo, ya que esta

oscilación posterior del péndulo no refleja el verdadero movimiento del suelo, esnecesario amortiguarla. En la figura de la derecha se ha representado un aparato en el que

el amortiguamiento se logra por medio de una lámina sumergida en un líquido

(comúnmente aceite). Este era el método utilizado en los aparatos antiguos, actualmente

se logra por medio de bobinas o imanes que ejercen las fuerzas amortiguadoras de la

oscilación libre de la masa. Si se sujeta un lápiz a la masa suspendida, para que pueda

inscribir en un papel pegado sobre un cilindro que gira a velocidad constante, se podrá

registrar una componente del movimiento del suelo. El instrumento hasta aquí descrito,

detecta la componente vertical del movimiento del suelo y se conoce como sismógrafo

vertical.

El papel donde traza el movimiento se conoce como sismograma. Como el movimiento

del suelo tiene lugar en las tres dimensiones del espacio, los movimientos del suelo

también tienen dos componentes horizontales. Para medir este movimiento se requiere de

péndulos horizontales que oscilan como una puerta aunque con el eje ligeramente

inclinado para lograr un punto de estabilidad. Uno de estos sismógrafos horizontales se




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orienta en la dirección N-S y otro en la E-O. Un ejemplo de sismógrafo horizontal es el

que se muestra en la figura siguiente.

Además del péndulo y el sistema de amortiguamiento los sismógrafos emplean un sistema

de amplificación para producir registros que puedan ser analizados a simple vista.

Antiguamente la amplificación se realizaba por medio de un sistema mecánico, en la

actualidad la amplificación se realiza electrónicamente. Los sismómetros actuales son

sumamente sensibles a los movimientos de tierra; por ejemplo movimientos tan pequeñoscomo 1/10´000, 000 de centésima (distancias casi tan pequeñas como espacios atómicos)

pueden ser detectados en lugares sumamente quietos.

Los sismómetros comúnmente registran movimientos de muchas y diferentes fuentes

naturales; como también aquellas causadas por el hombre; por ejemplo movimientos de

los árboles a causa del viento, olas golpeando las playas, y ruidos de coches y grandes

camiones.

El movimiento del suelo con respecto a la masa se efectuaba en los primeros

instrumentos por medio de una pluma o estilete que inscribía sobre un tambor giratorio.

Después se introdujo la inscripción sobre película o papel fotográfico de un haz de luz

reflejado en la masa o sistema amplificador del sismógrafo. Actualmente existen

sismógrafos que detectan el movimiento de la masa electrónicamente y lo digitalizan para

ser almacenado en cinta magnética u otros medios de almacenamiento digital.




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ACELERÓGRAFO

Su función es registrar las aceleraciones del terreno arriba de un nivel do, opera

únicamente bajo movimientos fuertes. El sismo se registra a través de un arrancador que

se activa cuando el miento del terreno supera la aceleración máxima de 0.01g. Las

características del movimiento varían según los estratos subyacentes del terreno. Permite

obtener registros de aceleraciones del suelo en tres direcciones, dos horizontales y la

vertical, definen el movimiento completo de un punto.

Un acelerógrafo puede ser referido como un sismógrafo de movimiento fuerte, o

simplemente como un acelerómetro terremoto. Por lo general son construidos como una

caja en sí misma, con mayor frecuencia ahora que se conecten directamente a Internet.




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Acelerógrafos son útiles para cuando el movimiento del suelo terremoto es tan fuerte que

hace que los sismógrafos más sensibles que ir fuera de escala. Hay toda una ciencia delmovimiento del suelo firme, que se dedica a colocar acelerógrafos en las cercanías de

fallas mayores. El tipo de información recogida (como la rotura de velocidad) no sería

posible con los sismómetros estándar. El ejemplo más conocido es el Parkfield

Experimento, que participan un conjunto masivo de la instrumentación de movimiento

fuerte.

Dentro de los acelerógrafos, existe un acuerdo de 3 sensores de acelerómetros cabezas.

Éstos son generalmente micro-mecanizado (MEMS) chips que son sensibles a una sola

dirección. Así construido, el acelerómetro puede medir el movimiento absoluto del

dispositivo en tres dimensiones.

Los acelerómetros se utilizan para controlar las estructuras de respuesta al terremoto. A

veces, con los datos, un espectro de respuesta se calcula. Otros análisis se utilizan para

mejorar el diseño de edificios, o para ayudar a localizar estructuras importantes en zonas

más seguras.Estos instrumentos permiten, entre otros:

Estimar el valor máximo de aceleración del suelo durante un terremoto. Este valor

se usa para diseñar estructuras sismo-resistentes.

Calcular la duración de movimiento fuerte en el sitio donde se ubica. Por lo

general, la duración aumenta conforme aumenta la distancia desde el epicentro.

Crear mapas de intensidad instrumental que reflejan los sitios donde la sacudida

es más fuerte o más débil.

Calcular la respuesta del suelo de manera que se pueda planificar la construcción

de estructuras seguras en el futuro.

Calcular espectros de diseño y respuesta que eventualmente pueden ser utilizados

por el Código Sísmico para regular el tipo de construcción en diferentes zonassísmicas de Costa Rica.




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Realizar estudios de amenaza sísmica mediante el uso de ecuaciones que predicen

el comportamiento de los valores máximos de un terremoto en función de ladistancia.

DIFERENCIAS ENTRE UN SISMOGRAFO Y UN ACELERÓGRAFO

Un acelerógrafo no es lo mismo que un sismógrafo. El acelerógrafo registra la

aceleración del suelo durante un terremoto. Estos aparatos son utilizados en análisis de

movimiento fuerte (grandes sismos) ya que han sido diseñados para resistir tales

sacudidas.

El sismógrafo se caracteriza por su alta sensibilidad, es decir, tiene la capacidad de

ampliar decenas o cientos de miles de veces la velocidad con la que se mueve el terreno,

el sismógrafo no es capaz de medir un sismo cercano muy fuerte, pues por su gran

sensibilidad, produce un sismograma saturado, a diferencia de los sismógrafos los

acelerógrafos son capaces de registrar un sismo no importando que tan grande sean.

Generalmente los acelerógrafos son capaces de registrar aceleraciones mayores que la

gravedad terrestre, por lo que los acelerogramas obtenidos nunca se encuentran saturados.

A diferencia del sismógrafo continuamente grabación, acelerómetros casi siempre

trabajan en un modo disparado. Esto significa un nivel de aceleración se debe establecer




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que se inicia el proceso de grabación. Esto hace que el mantenimiento mucho más difícil

sin una conexión directa a Internet (o cualquier otro medio de comunicación). Muchosviajes se han hecho para acelerómetros después de un terremoto de gran magnitud, sólo

para descubrir que la memoria estaba llena de ruidos extraños, o en el instrumento estaba

funcionando mal.

REGISTROS SÍSMICOS EN PERÚ

En el Perú los registros sísmicos son escasos debido a la falta de estaciones que tomen

registros, actualmente contamos con información del Instituto Geofísico del Perú (IGP)

y la red de acelerógrafos de la Universidad nacional de ingeniería (CISMID).

De los cuales se puede descargar información para la utilización en análisis sísmico para

estructuras y/u otros fines.

A continuación se muestran capturas de las páginas web de las instituciones, la primera

muestra la base de datos de los acelerógrafos de la CISMID, y la segunda captura muestra

la distribución de las estaciones sismo métricas del IGP




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REGISTROS SÍSMICOS Y NORMA E-030

Los registros sísmicos usados para la elaboración de la norma de Diseño sismorresistente

E-0.30 son registro sísmico de Lima 1966, Ancash 1970 y Lima 1974, en total 6 registros

sísmicos (para cada evento sísmico componentes horizontales E-O y N-S).

A continuación se detallan los registros sin escalar de los sismos antes mencionados.




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SISMO DE LIMA 1966

-300.000

-200.000

-100.000

0.000

100.000

200.000

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

A c e l e r a c i ó n c m / s 2

Tiempo s

REGISTRO 17-10-66 N-W

-400.000

-200.000

0.000

200.000

400.000

- 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00


Tiempo s

REGISTRO 17-10-66 NO-E

-

0.20000000

0.40000000

0.60000000

0.80000000

1.00000000

1.20000000

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

A c e

l e r a c i ó n . g

Periodo

ESPECTROS DE ACELERACIÓN




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SISMO ANCASH 1970

-150.000

-100.000

-50.000

0.000

50.000

100.000

150.000

- 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00


Tiempo s


-150.000

-100.000

-50.000

0.000

50.000

100.000

150.000

- 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00


Tiempo s


-

0.05000000

0.10000000

0.15000000

0.20000000

0.25000000

0.30000000

0.35000000

0.40000000

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

A c e

l e r a c i ó n

. g

Periodo

ESPECTROS DE ACELERACIÓN




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SISMO LIMA 1974

-300.000

-200.000

-100.000

0.000

100.000

200.000

- 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00


Tiempo s


-200.000

-100.000

0.000

100.000

200.000

- 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00


Tiempo s


-

0.10000000

0.20000000

0.30000000

0.40000000

0.50000000

0.60000000

0.70000000

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

A c e

l e r a c i ó n . g

Periodo

ESPECTRO DE ACELERACIONES




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ESPECTRO SÍSMICO

ANALISIS DE LOS ACELEROGRAMAS REGISTRADOS EN LAS CIUDADES DE AREQUIPA, MOQUEGUA Y TACNA CORRESPONDIENTES AL SISMO DE

TARAPACA DEL 13 DE JUNIO DE 2005 (MW = 7.9)

Utilizando 21 acelero gramas obtenidos en las siete estaciones acelerógráficas del

CISMID ubicadas en las ciudades de Arequipa, Moquegua y Tacna, se analizan los

espectros de Fourier y espectros de respuesta de aceleración absoluta. Como consecuencia

del análisis, se observan no solamente efectos locales sino también un efecto del tipo

regional entre Arequipa, Moquegua y Tacna.

Los registros de aceleración presentan claramente los tiempos de arribo de las ondas P y

S, permitiendo establecer las distancias epicentrales a cada estación. Entre las estaciones

de Arequipa y Moquegua no es muy clara la atenuación del movimiento que se podría

esperar para sismos con tal distancia epicentral, lo que se puede deber a algún efecto de

tipo regional, traducido en la posible presencia de algunos depósitos geológicos que no

lograr atenuar el movimiento en ciertos intervalos de frecuencia.

CARACTERÍSTICAS SISMOLÓGICAS DEL SISMO DEL 13 DE JUNIO DE 2005

A las 18:44 (hora local), la región de Tarapacá fue sacudida por un sismo fuerte, que llegó

a ser sentido en el sur del Perú y la zona occidental de Bolivia. De acuerdo a reportes del

Servicio Sismológico de la Universidad de Chile (SS-UC), el foco del sismo está ubicado

en la Latitud Sur 19.89º y la Longitud Oeste 69.125º , tuvo una profundidad de 117 km y

se le asignó una magnitud Mb = 7.0 (USGS-NEIC) y Mw = 7.9 (USGS-NEIC). El

epicentro está localizado a 125 km de Iquique y 210 km de Arica (en Chile) y a 240 km

de Tacna, 360 km de Moquegua y 460 km de Arequipa (en el Perú). En la Figura 1.a se

presenta la ubicación del epicentro y el entorno geográfico regional.

Este sismo está asociado al proceso de subducción entre la placa de Nazca y la placa

Sudamericana (USGS).




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Los primeros reportes del evento han revelado la intensidad del movimiento del terreno

en las zonas cercanas al evento sísmico, habiéndose registrado aceleraciones máximas de0,79 g en dirección vertical y 0,72 g en dirección horizontal, a 67 km del epicentro, en la

estación de Pica, en Chile (Boroschek et al, 2005; CERESIS, 2005). Se ha llegado a

establecer inicialmente una distribución regional preliminar de isosistas, mostrada en la

Figura 1.b (SS-UC). En Chile se observaron intensidades de VII en Iquique, VI en Calama

y V en Arica. En el Perú, se reportaron intensidades de V en Tacna, IV en Moquegua, Ilo

y Arequipa; es importante anotar que la mayor intensidad local reportada se presentó en

Candarave, en la sierra de Tacna (CERESIS, 2005).

LA RED DE ACELERÓGRAFOS DEL CISMID EN EL SUR DEL PERÚ

El Centro de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID), de la Facultad de

Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería, tiene a su cargo una red de siete

acelerógrafos distribuidos en el Sur del Perú, emplazados en Tacna, Arequipa y Moquegua. La

Tabla 1 muestra las ubicaciones de las estaciones. La Figura 2 muestra las ubicaciones de las

estaciones y el epicentro del sismo del 13 de junio.




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Como se observa en la Tabla 1, en esta región la red del CISMID cuenta con seis

acelerógrafos digitales y uno analógica. El acelerógrafo digital es de la marca

Kinemetrics, modelo ETNA, que tiene la capacidad de registrar 200 muestras de

aceleración por segundo, para empezar a grabar registros el valor mínimo es programable,

actualmente este equipo tiene como umbral 2 cm/s2. El analógico es de la marca RION,

modelo SM-10B, de manufactura japonesa; este equipo tiene la capacidad de registrar100 muestras de aceleración por segundo y graba registros cuando el movimiento del




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suelo excede un valor de 5 cm/s2 de aceleración vertical. Durante el terremoto del 13 de

junio fue posible obtener acelero gramas en las siete estaciones de la región.

En la Tabla 2 se resumen los valores máximos de aceleración registrados en las siete

estaciones del CISMID. A estos valores se han añadido aquellos obtenidos en dos

estaciones de la red acelerográfica de la Universidad de Chile, para comparar las

aceleraciones máximas en función a la distancia epicentral; la estación CHL-1 está

ubicada en Iquique y la CHL-2 en Pica (figura 2). Como una muestra de la variabilidad

de los registros obtenidos, se presenta en las Figuras 3 al 5 los acelero gramas de las

componentes EW del movimiento del terreno en las estaciones de la red.




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La información sobre sismos pasados da cuenta de la baja atenuación de las aceleraciones

máximas con la distancia epicentral que caracteriza a los sismos en la región de la costa

central (Alva y Chang, 1978). La Figura 6 presenta un diagrama de atenuación a base de

las aceleraciones máximas obtenidas, que muestra una baja atenuación, aunque tiene una

pendiente más pronunciada en la componente vertical (UD), con valores que van de 775

cm/s2 (0.80 g) a 67 km del epicentro hasta 47 cm/s2 (0.05 g) a 457 km. Se han

registrado valores relativamente altos, con respecto a los demás registrados, en la estación

de Arequipa AQP-2, a 457 km del epicentro, donde el terreno corresponde a un basamento

rocoso.




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Esta atenuación de la aceleración máxima se debe reflejar también al revisar los

respectivos EAF de los acelero gramas de estas estaciones. En la Figura 7 se muestra lasuperposición de los EAF de los acelero gramas registrados en las estaciones GIESECKE

(Tacna), CHEN CHEN (Moquegua) y UNSA (Arequipa), los EAF de Tacna y Moquegua

se eligieron debido a que presentan los mayores valores de amplitud. En la parte superior

de la Figura 7 se observa en ambas componentes que las amplitudes de estos espectros

disminuyen con la distancia epicentral, pero sólo para el intervalo de frecuencia entre 0.01

y 0.57 Hz. Para frecuencias mayores a 0.6 Hz las amplitudes de estos espectros no tienen

un patrón definido, inclusive llegan a ser iguales en ciertos intervalos. En la parte inferiorde la Figura 7 se utiliza para Arequipa la estación IG-CHARACATO, la superposición

de espectros muestra nuevamente que las amplitudes disminuyen con la distancia

epicentral pero sólo para el intervalo de frecuencia entre 0.01 y 0.6 Hz, mostrando que

para valores mayores a 10 Hz el EAF de Arequipa presenta mayores amplitudes.




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Se presentan en la Figura 8 los espectros de respuesta de aceleraciones absolutas,

agrupados para una comparación regional, para apreciar de forma más clara la influenciade la atenuación del movimiento del terreno sobre las demandas sísmicas en las

estructuras. En la comparación se observa que, en general, hay una tendencia consistente

en tener aceleraciones espectrales menores a mayor distancia epicentral. Sin embargo, las

demandas de aceleración no siempre disminuyen con la distancia epicentral en

determinados rangos de periodos. Por ejemplo, en la componente EO para un rango de

0.7 a 1.5 s se observa que las mayores aceleraciones espectrales corresponden a la

estación UNSA (Arequipa), aunque estas demandas son cercanas o menores que laaceleración máxima del terreno. Asimismo, en la componente NS, la estación UNSA

(Arequipa) presenta aceleraciones espectrales mayores que la estación CHEN CHEN

(Moquegua) en un rango de periodos de 0.5 a 0.9 s. Es importante notar que los valores

máximos espectrales obtenidos en Moquegua y Arequipa son cercanos, si se exceptúan

los máximos obtenidos en IG-CHARACATO, que por cierto se presentan en un periodo

de 0.07 s, lo cual puede indicar una alta demanda para estructuras muy rígidas de un piso,

como podría ser una construcción de adobe.




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Las figuras 9 y 10 presentan la superposición de espectros de Fourier y de respuesta de

aceleraciones absolutas para cada ciudad. Esta superposición muestra la variabilidad dela respuesta del terreno entre estas estaciones, en la medida que las formas espectrales

son diferentes entre sí, para ciertos rangos de frecuencia y de periodo. En particular, es

notoria la diferencia entre las formas de los espectros en las estaciones de Arequipa. Esta

variación implica la necesidad de realizar un estudio detallado de los efectos de las

condiciones locales en la respuesta de estos suelos. Una cantidad mayor de registros en

estas estaciones, con sismos de diferente acimut, podrá proporcionar información valiosa

para definir estos efectos locales.




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Se concluye que se ha realizado un análisis de los acelero gramas obtenidos en las

ciudades de Arequipa, Moquegua y Tacna, durante el sismo del 13 de Junio de 2005 (MW= 7.9). Los resultados indican una atenuación relativamente baja de las aceleraciones

máximas, aunque en la componente vertical del movimiento la atenuación resulta mayor.

A nivel de espectros de Fourier y de respuesta esta atenuación en general se cumple, salvo

algunos intervalos de frecuencia y de periodo. Entre las estaciones de Arequipa y

Moquegua no es muy clara la atenuación del movimiento que se podría esperar para

sismos con tal distancia epicentral, lo que se puede deber a algún efecto de tipo regional,

traducido en la posible presencia de algunos depósitos geológicos que no lograr atenuarel movimiento en ciertos intervalos de frecuencia.




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ANALISIS TIEMPO HISTORIA

En el análisis dinámico lineal tiempo historia se emplean registros sísmicos reales para el

diseño y análisis de estructuras, la norma establece que este método de análisis se debe

desarrollar para edificaciones esenciales.

La norma peruana de diseño sismoresistente señala que estos registros deben

normalizarse de manera que la aceleración máxima corresponda al valor máximoesperado en el sitio. Es decir, los registros deben estar escalados a un espectro de diseño

(el empleado en nuestro análisis dinámico espectral).

En los problemas de dinámica estructural, las cargas y todas las respuestas estructurales

(deflexiones, esfuerzos, etc.), varían con el tiempo. Una diferencia importante entre el

análisis estático y el análisis dinámico, es que el análisis dinámico no presente una sola

solución, más bien hay soluciones distintas para cada instante, por consiguiente resulta

más laborioso.

Por ejemplo, en una viga sometida a una carga estática “P”, las fuerzas internas que

resisten las cargas se calculan por simple estática y de ella se obtienen los esfuerzos

resultantes y sus deformaciones. Si a la misma viga se le aplica la carga en forma

dinámica, las deformaciones que varían con el tiempo producen aceleraciones, y las

aceleraciones de acuerdo al principio de D’Alembert inducen fuerzas de inercia que

resisten el movimiento de la viga. En estas condiciones la viga queda sujeta a dos cargas.Fuerza externa P (t) que causa el movimiento, y las fuerzas de inercia Fi (t) que resisten

la aceleración inducida.

En los problemas de dinámica estructural son importantes las fuerzas de inercia, cuya

magnitud dependen de su flexibilidad y la masa de la estructura. Si las cargas dinámicas

se aplican lentamente, las fuerzas de inercia serán pequeñas y podemos ignorarlas

tratando el problema como si fuera estático, si la aplicación de las cargas es súbita las




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fuerzas de inercia adquieren importancia y sus efectos se harán sentir en los esfuerzos

resultantes.

El análisis tiempo historia se basa en usar una demanda en la estructura por medio de un

registro sísmico. Este análisis puede ser modal si recurrimos a los espectros de aceleración

o de integración directa, si usamos un registro de aceleraciones. También puede ser lineal

si la excitación no genera disipación de energía o no lineal si la energía se disipa,

generalmente representada por la respuesta histerética, vía lazos abiertos, de la estructura.

Al usar un registro sísmico la estructura va a seguir una historia de disipación de energía

dependiendo de los contenidos de frecuencias y amplitudes de aceleración del sismo. Al

usar varios registros sísmicos podemos ver como la estructura se comporta distinta ante

cada sismo, es por ello que el análisis tiempo-historia es tan importante, nos da una

repuesta estructural que depende del desarrollo del sismo, esto es conocido como

variabilidad de registro a registro. Nosotros usaremos análisis no lineales integrados paso

a paso, en forma directa.

El análisis tiempo- historia depende de:

Normalizar Registros a la máxima aceleración esperada en el sitio, de acuerdo de

los parámetros Z, U, S y R

Usar Registros reales o artificiales.

Usar cinco o más Registros

El problema de la norma vigente hasta la fecha es que en el Perú no contamos con 05

registros significativos, por ese motivo se plantea el uso de solo 03 en la nueva norma.




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