Earthquake Engineering (Ingenieria Sismica).pdf

7/24/2019 Earthquake Engineering (Ingenieria Sismica).pdf

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION...03

DESCRIPCIN..04

ANALISIS GENERAL07

DESARROLLO...09

RECOMENDACIONES GENERALES15

CONCLUSION16

BIBLIOGRAFIA..18


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INTRODUCCIN

Los eventos naturales siempre han producido temor e inquietud en el

hombre, porque significan el enfrentamiento con lo desconocido, a fuerzas

que, una vez desatadas, resultan incontrolables: terremotos, tsunamis,

inundaciones, erupciones volcnicas, huracanes, tormentas elctricas, aludes

torrenciales y deslizamientos.

En el caso particular de Venezuela, se puede decir que, principalmente,

los desvelos se deben a las lluvias, las cuales a lo largo del ao ocasionan

ms de un motivo de preocupacin, no slo por los derrumbes que producen,

sino por el desbordamiento de ros y quebradas, lo que tradicionalmente se

traduce en la prdida de vidas humanas y bienes materiales. A esto se une la

presencia de otro fenmeno no recurrente que tambin es motivo de pre-

ocupacin: los terremotos.

La distribucin de terremotos en la regin venezolana pone de

manifiesto la actividad y la concentracin de focos ssmicos en la regin norte-

costera, originada por la liberacin de energa producto del contacto entre las

placas tectnicas del Caribe y Suramericana.

A pesar de la demanda de material informativo sobre terremotos por

parte de docentes, universitarios, profesionales y pblico en general, con poco

conocimiento sobre estos eventos, hay una carencia de libros de fcil lectura

y comprensin sobre este tema.

La finalidad de este trabajo es proporcionar una descripcin sencilla y

actualizada sobre la sismologa venezolana, as como familiarizar al lector con

la cultura ssmica, y desarrollar tablas que faciliten el clculo estructural y sea

tomado con mayor respeto a la una de realizarlos.


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DESCRIPCIN

Un sismo es un movimiento sbito e impredecible de una parte de la

corteza terrestre, ocasionado por fuerzas que tienen su origen en el interior de

la Tierra.

Pueden ser de origen tectnico, producidos por el desplazamiento de

bloques de la litosfera, o volcnico, producido por la extrusin de magma hacia

la superficie. En ambos casos hay una liberacin de energa acumulada que

se transmite en forma de ondas elsticas, causando vibraciones y oscilaciones

a su paso a travs de las rocas slidas del manto y la litosfera hasta arribar

a la superficie terrestre.

Los terremotos pueden ser superficiales, intermedios o profundos,

dependiendo de su localizacin. En relacin a este punto hay diferentes

criterios, sin embargo citare a Bruce Bolt, quien localiza los sismos

superficiales en la franja que va desde 0-70 km, los intermedios entre 70-300

km, y los profundos entre 300-700 km.

En el caso de Venezuela, casi todos los sismos destructores han sido

de origen superficial, ejemplos lo constituyen el de Cariaco (09 de Julio de

1997) y el de Caracas (29 de Julio de 1967). Otro sismo superficial de reciente

data es el que se sinti en Caracas y zonas circunvecinas el 31 de octubre de

2001.

Segn la teora de las placas, la litosfera est seccionada en placas que

se encuentran sobre el segundo nivel del manto o astenosfera, que es ms

plstico o pastoso. Dichas placas, separadas por cadenas montaosas o

fosas, se mueven lentamente, chocando o rozndose unas con otras. Por el

centro de estas cadenas montaosas, sube constantemente material fundido

del manto y por las fosas baja roca de la corteza ocenica hacia el manto.


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Las placas se mueven relativamente entre ellas y en los bordes o zonas

de interaccin pueden producirse algunos de los siguientes fenmenos:

1) Formacin de nueva corteza: El desplazamiento del magma,

fundido y muy caliente, que escapa hacia el exterior provoca volcanes y

terremotos de magnitud variable. Como ejemplo estn los volcanes del centro

del ocano Atlntico.

2) Roce entre placas: Al pasar una al lado de la otra se crean

esfuerzos, los cuales se liberan violentamente cuando las rocas llegan a supunto de fractura. Esta situacin produce terremotos que pueden llegar a ser

de naturaleza variable. Un caso como este es lo que ocurre mayormente al

norte de Venezuela.

3) Choques entre placas:Aqu se pueden dar 3 situaciones:

Choque de dos placas continentales. Debido a su poca densidad

ninguna se hunde, pero el choque hace que se arruguen formando una cadena

montaosa, como la de los Himalayas y los Alpes, por ejemplo. Este tipo de

choque tambin produce frecuentes terremotos. (fig 1)

(Fig. 1)


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Choque entre una placa ocenica y una placa continental. Como la

corteza ocenica es ms densa, la placa subduce, regresa al manto y forma

las grandes fosas que se han encontrado en los bordes de los ocanos. Como

consecuencia del choque se arruga la corteza y se forma una cadena

montaosa. El choque de las dos placas y el descenso de la placa con corteza

ocenica hacia las profundidades del planeta, tambin produce entre las rocas,

que pueden llegar a provocar terremotos. Uno de los mejores ejemplos es la

cordillera andina, desde Colombia hasta Chile. (fig. 2)

(fig. 2)

Choque de dos placas ocenicas.Aqu se hunde la ms delgada o ms

densa de las dos. Tambin ocurren terremotos y volcanes y se pueden

originar islas volcnicas, como ocurre en las Antillas. (fig. 3)


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(fig. 3)

ANALISIS GENERAL

La investigacin realizada data de informacin Venezolana debido a

que es el rea donde desarrollo mi trabajo practico, las zonas ssmicas son

diferentes a nivel mundial y cada una es regida por distintos parmetros, por

lo que el estudio siempre debe ser puntual a una zona y no generalizado, el

mtodo de clculo puede ser global pero los valores ssmicos nunca los sern

por lo que a la hora de estudiar la ingeniera sismo resistente debe aprenderse

porque se generan los factores o de donde salen los clculos.

Venezuela cuenta con un organismo gubernamental llamado Fundacin

Venezolana de Investigaciones Sismolgicas (FUVISIS), el cual estudia

diariamente los sismo ocurridos en el pas, determinando la peligrosidad y

prediciendo futuros sismos, adems Universidades muy reconocidas en el pas

con Universidad de Carabobo y Universidad Central de Venezuela dedican


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estudios a esta rea en conjunto con todo el estudiantado, se cuenta con una

norma COVENIN llamada Edificaciones sismo resistentes la cual fue

modificada en el ao 2001 a partir de uno de los terremotos ms grande

ocurrido en el pas llamado El Terremoto de Cariaco de 1997, ocurri en la

localidad de Cariaco, en el Estado Sucre en la regin oriental de Venezuela.

El 9 de julio de 1997 a las 15:23:00, hora local, fue de magnitud 7,0 y tuvo una

duracin aproximada de 51 segundos.

El sismo o terremoto de Cariaco se considera el ms grave ocurrido en

Venezuela desde el terremoto que afect a la ciudad de Caracas el 29 de julio

de 1967. En este ltimo sismo result particularmente importante la ruptura

superficial que se produjo en el segmento de la Falla del Pilar, con

desplazamientos ssmicos de aproximadamente 0,25 m y un proceso de

licuacin de suelos registrados en la lnea de la costa.

Este sismo causo un antes y un despus en la ingeniera sismo

resistente Venezolana, debido a que se determinaron muchas fallas de clculo

estructural en las edificaciones por factores de clculos vigentes hasta la

fecha, luego de los ensayos realizados en las estructuras que fallaron en dicho

sismo se le realizo una reestructuracin a la norma venezolana de

edificaciones sismo resistente, considerando valores ms acertados para la

realidad ssmica que posee el pas.

En Venezuela, el Mapa de Amenaza Ssmica se toma en cuenta para

el diseo de edificaciones, mediante la aplicacin de la norma sismo resistente

(COVENIN-MINDUR 1756-2001) en la que se establece una aceleracin

horizontal pico en roca para cada zona.

Actualmente, este mapa est conformado por 8 zonas: desde la Zona

0, donde no se requiere la consideracin de las acciones ssmicas, hasta la

Zona 7 donde el coeficiente de aceleracin horizontal Ao es igual a 0,40. Este


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mapa se ha elaborado para un perodo medio de retorno de 475 aos, que

corresponde a una probabilidad de excedencia de 10% para una vida til de

50 aos.

Por conveniencia, la delimitacin final de las zonas se ajusta, en lo

posible, a la divisin poltica del pas; es decir: lmites de estados o municipios,

de acuerdo con el documento OCEI 1997 (Codificacin de la Divisin Poltica

Territorial de Venezuela, actualizada, septiembre de 1997).

DESARROLLO

La Amenaza Ssmica es un trmino tcnico mediante el cual se

caracteriza numricamente la probabilidad estadstica de la ocurrencia (o

excedencia) de cierta intensidad ssmica (o aceleracin del suelo) en un

determinado sitio, durante un perodo de tiempo.

La Amenaza Ssmica puede calcularse a nivel regional y a nivel local,para lo cual se deben considerar los parmetros de fuentes sismo gnicas, as

como tambin los registros de eventos ssmicos ocurridos en cada zona fuente

y la atenuacin del movimiento del terreno

Cmo acta la ingeniera ante la amenaza natural de un sismo?

Mediante clculos que ayuden a predecir que pasara con las estructura a la

hora que esto ocurra, ese mtodo de clculo debe llevar a determinar un

espectro de respuesta el cual dice como reaccionara el terreno para poder

determinar cmo debe comportarse la estructura, ejemplo, si el terreno que se

usara para fundarse es muy blando, mi estructura deber ser rgida, caso

contrario el terreno es muy rgido mi edificacin deber ser elstica.

La edificacin debe comportarse caso contrario al terreno por los

periodos de vibracin, debido a que en el caso del terreno blando los periodos

de vibracin oscilan en mayor tiempo, tcnicamente son conocidas como


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ondas S, por lo que la edificacin deber soportar por mayor tiempo el periodo

de vibracin. (fig. 4)

(fig. 4)

Si mi terreno de fundacin es muy rgido mi edificacin deber ser

elstica, los periodos de vibracin son cortos pero las ondas de vibracin estn

en la superficie mayormente rocosas lo que causa vibraciones longitudinales,

estas ondas son conocidas como P, si en este caso se construye una

edificacin rgida causara fallas estructurales enormes que pueden llegar al

colapso. (fig. 5)

(fig. 5)


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En la naturaleza se presenta un tercer tipo de terreno que son llamados

terrenos licuables o de licuacin, esto se da en cercanas a lagunas, ros,

mares, entre otros, este tipo de terreno soporta cargas muy mnimas, cuando

sucede un sismo en este tipo de terreno falla por licuacin, produce un

movimiento general en todas sus partculas ocasionando un movimiento

general de arriba a abajo, de derecha a izquierda, por lo tanto aqu la

edificacin debe ser mixta no puede ser tan rgida pero tampoco tan elstica,

y el sisma de fundacin debe ser de tipo pilote o losa de fundacin debido a lainestabilidad del terreno se debe fundar a profundidades donde el terreno sea

estable o en el rose de la superficie donde se garantizara que la edificacin se

mover en conjunto con el terreno. (fig. 6)

(fig. 6)

Metodologa para calcular la amenaza ssmica

Recurrencia ssmica

La distribucin del nmero con diferentes magnitudes, ocurridos dentro

de un rea especfica y en un tiempo determinado, se conoce como ley de


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recurrencia ssmica y se expresa en funcin de la relacin frecuencia-magnitud

de Gutenberg-Richter [1954], como se denota:

Log N = a-b M

Donde N es el nmero de sismos con magnitud igual o mayor que M, a

y b son parmetros que describen la sismicidad regional y M es la magnitud

del sismo calculado.

Para realizar un estudio de recurrencia ssmica es importante contar con

un catlogo ssmico actualizado, el cual consiste en la compilacin de eventos

ssmicos histricos e instrumentales registrados durante un perodo de tiempo

determinado.

Es a partir de 1530 que en Venezuela se tiene evidencia histrica escrita

sobre la ocurrencia de sismos (sismos histricos) y luego de 1910 cuando se

inicia la sistematizacin de la informacin sobre movimientos telricos

registrada mediante los instrumentos para tal fin (sismos instrumentales).

Estudio de completitud del catlogo ssmico

Para asegurar mayor consistencia del catlogo ssmico, este debe ser

homogneo en el tiempo. El procedimiento para evaluar la completitud

propuesto por Stepp (1978), se basa en un parmetro estadstico (varianza)

en el cual la tasa de ocurrencia de los sismos es estable para los diferentes

rangos de magnitud.

Fuentes ssmicas

Con base en la sismicidad y la tectnica regional, se definen las reas

fuentes o zonas fuentes, las cuales presentan uniformidad de los focos de los

sismos registrados y, a su vez, se encuentran asociadas a un sistema de fallas


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Leyes de atenuacin

Las leyes de atenuacin se utilizan para estimar el nivel de movimiento

del suelo en el sitio de inters ante la ocurrencia de un sismo con cierta

magnitud. Para definir la ley de atenuacin a utilizar en un estudio de amenaza,

debe tomarse en cuenta la fuente con mayor incertidumbre.

A continuacin, se muestran algunas leyes de atenuacin utilizadas en

Venezuela.

AUTOR LEY DE ATENUACIN

FUNVISIS Occidente y Centro Ln (a) = 4,48 + 0,53M 1,56ln (R + 15)

FUNVISIS Oriente Ln (a) = 4,87 + 0,96M 1,56ln (R + 25)

INTEVEP Occidente y Centro Ln (a) = 5,40 + 0,36M 0.861ln (R + 10)

INTEVEP Oriente Ln (a) = 3,75 + 0,47M 0,57ln (R + 10)

La amenaza ssmica generalmente se representa mediante mapas con

curvas de isoaceleracin para diferentes perodos de retornos y mediante

espectros de seudovelocidad del suelo, mostrando su comportamiento en

funcin de las fuentes ssmicas. Los resultados de estos estudios se utilizan

en el diseo de obras civiles, puesto que permiten estimar las fuerzas

probables a las que se someter una estructura en un determinado lugar, en

caso de un evento ssmico.

Todos estos clculos fueron resumidos en una hoja de procesamientode datos elaborada en Excel, que calcula el espectro de respuesta del terreno,

posee tres pestaas, la primera es la tabla de datos es donde se ingresaran

los valores que se requieren para el clculo, la segunda pestaa contiene el

mapa de zonificacin ssmica, podrn observar cmo se divide Venezuela en

8 zonificaciones y la tercera pestaa es el espectro de respuesta, donde

encontraran los resultados del clculo de dos maneras, en grfico y en valores


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numricos, los cuales pueden ser introducidos en un programa de clculo

estructural y ya tendrn el resultado sismo resistente, funciona de la siguiente

manera:

Paso 1: Se requiere saber a qu grupo pertenece la edificacin a

construir dependiendo del uso que se le valla a dar, esta informacin la pueden

conseguir en las pginas 37 a 39 en la tabla 6.1 de la norma Venezolana

COVENIN-MINDUR 1756-2001

Paso 2: Saber la zona ssmica del terreno, esta informacin la pueden

obtener en el mapa de zonificacin ssmica anexo a la hoja de clculo.

Paso 3: Poseer un estudio geotcnico del terreno para conocer las

especificaciones tcnicas del mismo, dicho estudio debe suministrar datos

esenciales como: tipo de suelo y forma espectral.

Paso 4: Conocer el nivel de diseo que requiere la edificacin, partiendo

del grupo al que pertenece y la zona ssmica, informacin que pueden

conseguir en la pgina 40, tabla 6,2 de la norma Venezolana COVENIN-

MINDUR 1756-2001

Paso 5: conocer los factores de reduccin dependiendo del nivel de

diseo, informacin contenida en la pgina 43 tabla 6,4 de la norma

Venezolana COVENIN-MINDUR 1756-2001

Paso 6: Conocer el factor de amortiguamiento de la zona, mayormente

utilizado 0,05 %

Se ha resumido un clculo tan cuidadoso y engorroso en seis simples

pasos de mayor entendimiento.


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RECOMENDACIONES GENERALES

Crear mayor conciencia a la hora realizar clculos estructurales donde

no se toma en cuenta el clculo ssmico, a lo largo del desarrollo de mi

profesin he notado muchos proyecto donde no se ha considerado el clculo

ssmico, lo cual es de gran preocupacin, ciertamente a la hora de realizar la

construccin la edificacin no fallara porque estructuralmente est bien

calculada, pero a la hora de un sismo puede colapsar debido a que no se

previ su dao.

Antes de comenzar a realizar un clculo sismo resistente es importante

que tomes en cuenta el conocimiento de la regin a trabajar, si no la conoces

debes estudiarla antes, ningn terreno es igual a otro, sus comportamientos

son diferenciales, se debe tomar en consideracin estudios ssmicos

anteriores de la zona si no se provee un mapa de zonificacin ssmica.

Para poder desarrollar la hoja procesamiento de datos que se elabor

primero debes leer la norma Venezolana COVENIN-MINDUR 1756-2001,

todos los datos parten de all, debe ser analizada para su entendimiento, al

igual que debes poseer un estudio geotcnico de la zona a trabajar.

A la hora de desarrollaar la hoja, hay que revisar la configuracin del

computador que se utiliza, como lo es el smbolo que usa para decimal si es

coma o punto al igual que el smbolo que utiliza para separar miles, un

descuido tan sencillo puede causar un factor de respuesta totalmente errado,

los clculos ssmicos son muy detallado y sus resultados son decimales, si por

equivocacin llegases a introducir un decimal y el computador lo toma como

un mil obtendrs resultados no esperados causando edificaciones sobre

estimadas o resultados errneos.


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CONCLUSION

El peligro ssmico es una magnitud geofsica que da la probabilidad de

ocurrencia de sismos en un rea geogrfica especfica durante un intervalo de

tiempo determinado e involucrando aceleraciones del suelo por encima de

cierto valor dado. Da idea por tanto de la probabilidad de que se produzcan

determinadas aceleraciones del suelo. Ya que a menudo se confunden los

trminos de peligro ssmico y riesgo ssmico, es necesario indicar que ste se

refiere a la probabilidad de ocurrencia de prdidas o daos ocasionados por

sismos (involucra variables antrpicas).

El clculo ssmico es un factor muy importante a la hora de disear una

edificacin, un clculo estructural puede estar muy bien diseado desde su

infraestructura hasta su sper estructura, pero ese determinado calculo no se

puede construir en cualquier zona debido a que cada zona tiene una

peligrosidad ssmica diferente, los resultados de no tomar en cuenta esa

consideracin pueden ser fatales.

En Venezuela se pudo presenciar lamentablemente los daos que

puede ocasionar no tomar en cuenta los clculos ssmico, antes del terremoto

del cariaco en el ao 1997 el Ministerio de Educacin fabricaba escuelas en

masas con proyectos nacionales, los cuales eran calculados en la Ciudad

capital por departamentos de ingeniera que determinaban las

especificaciones tcnicas de la construccin, pero algo que no se tom en

cuenta fue que una edificacin depende de la zona ssmica donde se

construya y que no se puede usar el mismo diseo estructural a nivel nacional

debido a que Venezuela se divide en 8 zonas ssmicas, como resultado esto

trajo muchos daos materiales a la hora del sismo del cariaco, demostrando

fallas estructurales como corte transversales en viga, efectos de columnas

corta que generas cortes en columnas, entre muchos ms, estructuralmente


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las edificaciones estaban bien calculadas para soportar las cargas actuantes

en la edificacin pero no estaban diseadas para una emergencia ssmicas,

causando mucha destruccin.

Realizar clculos ssmicos requiere un conocimiento avanzado de la

zona y deben respaldarse por normas o departamentos que estudien el rea,

a partir de los estudios realizados para la elaboracin de este trabajo se realiz

una hoja de clculo en Excel, la cual es anexada, donde con un simple

conocimiento bsico del rea o con la lectura de la norma Venezolana

COVENIN-MINDUR 1756-2001, se puede disear un espectro de respuesta

ssmico, el mismo es insertado en un modelado estructural y arrojara el

espectro de respuesta, garantizando as una estructura anti ssmica, partiendo

de all se podrn determinar los desplazamientos, rotaciones y traslaciones

esperados de la edificacin.


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BIBLIOGRAFIA

Noma Venezolana COVENIN 1756-1:2001, EdificacionesSismorresistentes Parte 1 Requisitos. Primera Revisin, Venezuela,2001.

Noma Venezolana COVENIN 1756-1:2001, EdificacionesSismorresistentes Parte 2 Comentarios. Primera Revisin, Venezuela,2001.

Fundacin Venezolana de Investigaciones Sismolgicas. SismologaAplicada [en lnea] Caracas. Venezuela [consulta 10 de Agosto de2015] Disponible en:http://www.funvisis.gob.ve/sismologia_aplicada.php

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