Cargas Sísmicas

DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS SÍSMICAS: Pesos y cargas a considerar para la determinación de las solicitaciones por sismo. Clasificación de los edificios según el destino y el tipo estructural. Vinculación en planta de los distintos elementos resistentes. Ductilidad de la estructura. Influencia del terreno en la importancia de las cargas por sismo. Métodos para calcular el Periodo Propio. Coeficiente Sísmico. Corte sísmico en la base. Distribución del corte sísmico en altura. Vuelco. Torsión en planta. Método estático. Conceptos sobre análisis modal.

Los items que se indican a lo largo del texto corresponden a los del Código de Construcciones Sismoresistentes de la Provincia de Mendoza.

 

Cálculo del Peso del Edificio:

      

        El sismo tiene la característica de producir aceleraciones instantáneas, aceleraciones que generan grandes fuerzas, y que afectan a los componentes de la estructura del edificio de modo diferente a la acción de las cargas gravitatorias.

 

        Estas fuerzas sísmicas dependen linealmente de la masa del edificio y se expresan con la fórmula:

 

                        F = M x  A          donde es:

 

        F = fuerza inducida por la aceleración                       

        A = aceleración producida por el sismo

        M = masa del edificio

 

        Por este motivo es necesario conocer el peso del edificio, que incluye el peso de la estructura, cierres, pisos, revestimientos, etc. Debe considerarse el peso de todo lo fijado permanentemente al edificio.

 

        Las cargas móviles se computan en un porcentaje del total de sobrecarga prevista para el análisis estático. Los porcentajes a usar, según el tipo de sobrecarga, están definidos en el Código de Construcciones Sismo Resistentes.

 

        El peso se calcula piso por piso, computando el peso del entrepiso (losa), vigas, la mitad de la longitud de los tramos de columnas sobre y bajo cada entrepiso, como se indica en las figuras.

 

        Computados los volúmenes de los componentes fijos del edificio, estructurales o no, multiplicados por los pesos específicos, se obtiene el peso del edificio. A este peso debe sumarse la sobrecarga reglamentaria según el código, que se incluye en el análisis de las cargas sísmicas.

 

        Resumiendo, el peso a considerar está compuesto por:

 

                * peso estructura

                * peso muros, tabiques divisorios, cierres.

                * peso pisos y revestimientos

                * peso de otros elementos fijos (maquinarias, etc. )

                * peso agua en depósitos de reserva.

                * porcentaje sobrecarga según código.

 

        En los edificios comunes, es suficiente agrupar las cargas en los niveles de entrepisos. Se incluirá el peso propio del entrepiso, muros y otros elementos existentes en su zona de influencia (ver figura)

El centro de gravedad del conjunto se supondrá ubicado en el plano del entrepiso.

 

 

        El peso de cada entrepiso se calcula con:

 

                Q_i = G_i + p x P_i    siendo:

 

                Q_i = Peso total del piso.

                G_i = carga permanente que actúa en el piso.

                P_i = carga accidental que actúa en todo o en parte del entrepiso.

                p = coeficiente de participación de la sobrecarga  accidental.

 

        Los valores del coeficiente [p] son: ( ítem 4.5.2.1)

 

                p = 0     para azoteas y techos inaccesibles

                p = 0,25  para locales donde no es usual la aglomeración de personas o cosas.

                          (Edificios de departamentos u oficinas, hoteles, etc.)

                p = 0,50  para locales donde es usual la aglomeración de personas o cosas.

                          (Templos, museos, bibliotecas, cines, teatros, etc.)

                p = 1     Tanques de agua, silos y otro tipo de recipiente

 

        Como considerar las cargas en las construcciones en general:

      

        Las cargas Qi se supondrán concentradas en los centros de gravedad de cada agrupamiento (entrepiso y accesorios), y se determinarán siguiendo las instrucciones y valores del coeficiente [p] dados en 4.5.2.1. En el caso de equipos de instalaciones industriales será suficiente considerar la sobrecarga o contenido con mayor valor en condiciones normales de servicio.

 

 

Clasificación de los edificios según el destino y el tipo estructural

 

        Las normas  sismo resistentes de la Provincia  de Mendoza clasifican los edificios según el destino. Esta clasificación tiene como finalidad      asignar un coeficiente g_d que afecta al coeficiente sísmico. El coeficiente g_d multiplica al coeficiente zonal C_o mayorandoló en el caso de edificios o construcciones con destinos de interés público,  o que contienen  elementos valiosos para la comunidad o peligrosos, como ser gasómetros, plantas de energía nuclear, embalses, etc. En el caso de construcciones con un factor de ocupación bajo o cuyo contenido no es crítico el coeficiente g_d  disminuye el coeficiente C_o.

 

 

Cargas Sísmicas Verticales Item (4.6.1.2)

 

Solo es necesario tener en cuenta la acción sísmica vertical en las construcciones o en partes de las mismas, que tienen una sola posibilidad de falla por acciones verticales, o que pueden amplificar notablemente la acción sísmica en dirección vertical o en las que se pueden originar inversiones en el sentido de las solicitaciones para las cuales el material pudiera resultar incompetente. En el caso de edificios comunes:

 

            Voladizos, marquesinas, balcones, etc.

Estructuras cuyo periodo de vibración vertical esté comprendido entre 0,2 y 1,2  segundos.

Vigas de hormigón pretensado con luces superiores a 10 m y esbeltez geométrica (L/h) superior a 20. Losa de hormigón pretensado con luces superiores a 8 m  y esbeltez geométrica superior a 30.

 

 

Clasificación por Destino   Item (4.2)

 

Grupo AE - g_d = 2.0, corresponde a obras en las que el colapso total o parcial podría generar acciones catastróficas sobre poblaciones importantes (sectores y componentes altamente radioactivos de instalaciones nucleares de potencia mayor a 20 Mw), depósitos de gases o líquidos inflamables, embalses de altura mayor de 40 m o capacidad mayor de 200 Hm³.

La inclusión en este grupo de una construcción, componente, instalación o equipamiento deberá ser considerada por el Consejo del Código de Construcciones Sismo Resistentes, a solicitud de la Repartición o Empresa responsable de su habilitación.

 

Grupo A - g_d = 1.4, corresponde a construcciones e instalaciones en las que se desarrollan funciones que son esenciales inmediatamente de ocurrido un terremoto (hospitales, salas de primeros auxilios, estaciones de radio y televisión, centrales telefónicas, oficinas de correo, etc.).

Construcciones en las que el colapso tiene grave repercusión (edificios públicos de dependencias nacionales, provinciales o municipales, edificios educacionales: escuelas, colegios, universidades, etc.).

Construcciones de uso público con ocupación superior a 100 personas y superficie cubierta mayor de 200 m² (templos, estadios, cines, teatros, terminales y estaciones de transporte de pasajeros, grandes comercios, etc.). Construcciones con contenido de gran valor (museos, bibliotecas públicas) o de gran importancia pública (centrales de bombeo, centrales eléctricas).

Construcciones de infraestructura de importancia pública no incluidas en el grupo AE (puentes y obras de arte de vías de comunicación primarias o únicas vías de acceso a áreas pobladas por más de 10000 habitantes, diques, etc.). Construcciones  cuyo colapso pueda afectar a otra incluida en el grupo AE.

 

 

Grupo B - g_d = 1.0, corresponde a construcciones destinadas a vivienda unifamiliar o multifamiliar, hoteles, comercio e industrias o construcciones del grupo C cuya falla afecte a otra del grupo A. Construcciones de infraestructura no incluidas en el grupo A.

 

Grupo C - g_d = 0.8, corresponde a construcciones e instalaciones industriales aisladas, con ocupación inferior a 10 personas y cuya falla no afecte a población o a construcciones del grupo A (depósitos vitivinícolas o similares,  establos,  silos,  casillas aisladas, etc.).

 

 

 

Clasificación por tipo estructural Item (4.3.3)

 

 

            La influencia de la tipología estructural en el comportamiento del edificio ante un sismo se considera introduciendo un coeficiente g_e. El coeficiente estructural se descompone en los factores:

 

                        g_e = g_vi x g_du   donde es:

 

g_vi = coeficiente que está en función de la vinculación interna de los  elementos sismo resistentes a través de los diafragmas de entrepiso.

 g_du = coeficiente que depende de la ductilidad de la estructura.  Expresa la   capacidad  de disipar energía de la estructura.

 

Coeficiente g_{vi (4.3.3.1)}

 

_a)       g_{vi = 1,00  Estructura con buena vinculación interna. Cuando en los distintos agrupamientos de masas existen diafragmas (ej. Losas) que vinculan los componentes y sistemas sismo resistentes y estos diafragmas pueden trasmitir y redistribuir fuerzas en su plano durante el terremoto con deformaciones menores que las que de los sistemas conectados en el lugar de conexión, de tal modo que la falla de un componente o sistema aislado no produce el colapso local o general de la construcción.}

_b)       g_{vi =  1,15 Estructura con vinculación interna parcial. Cuando los distintos agrupamientos de masas están conectados con los sistemas sismo resistentes por vinculaciones que pueden transmitir y redistribuir parcialmente fuerzas en su plano, o bien solo son capaces de vinculación en una dirección  (ej. Riostras o bielas en tracción compresión). En general cuando la falla un componente o sistema puede originar el colapso local, o por lo menos deformaciones locales muy grandes (del orden de las dimensiones de la sección).}

_c)       g_{vi =  1,30 Estructura internamente desvinculada. Estructura con sus componentes o sistemas sismo resistentes completamente desvinculados entre sí, en uno o en dos sentidos de la dirección considerada para la acción sísmica (ej. Tensores). Estructuras con un único sistema sismo resistente (chimeneas, torres y tanques no sustentados por otras construcciones, muros de sostenimiento), o con un componente que soporta más del 80 % de la acción sísmica en la construcción.}

 

Ductilidad:

 

      Se dice que un sistema estructural es dúctil cuando es capaz de soportar deformaciones importantes bajo carga prácticamente constante, sin alcanzar niveles excesivos de daños.

 

       La curva (I) de la figura representa un comportamiento inicial dúctil, opuesto al del material representado en la curva ( II ), que tiene un comportamiento frágil.

    De las curvas carga-deformación para el primer ciclo de carga, no puede conocerse un comportamiento dúctil en ciclos posteriores, puesto que en los ciclos siguientes de carga pueden producirse deterioros de rigidez y resistencia.

       Para evaluar la ductilidad se usa el llamado factor de ductilidad (m), que se define como el cociente entre la deformación necesaria para alcanzar la falla ( deformación máxima, d_max ) dividida por la deformación correspondiente al límite elástico ( d_elast. )

        Es evidente la importancia de conocer el comportamiento de los materiales, a través de las curvas carga-deformación, en una estructura destinada a resistir sismos. Considerando el peligro que representa una falla de tipo frágil, que aparece sin signos previos de deterioro.

       Como la disminución de la rigidez y la resistencia  puede producirse luego de varios ciclos de cargas alternadas, es importante seleccionar materiales, realizar un diseño estructural y estudiar detalles constructivos que prevengan ese deterioro.

          

_{Coeficiente gdu  (4.3.3.2)}

 

El coeficiente  g_du debe ser asignado tomando en cuenta el  probable mecanismo de colapso de la construcción, que el proyectista debe explicitar en sus hipótesis, que luego debe manifestarse en los detalles de proyecto y que el responsable de la construcción debe materializar en la obra.

Los valores tabulados son válidos para cada sistema estructural y para construcciones formadas por un solo tipo de sistemas.  Para construcciones complejas se aplica 4.3.3.3.

 

_{a)         gdu = 0,85 : Estructura muy dúctil.  Compuesta exclusivamente por pórticos sismo resistentes de hormigón armado o acero, con nudos, vigas y columnas con gran ductilidad por flexión y cuando se adoptan disposiciones para favorecer la formación de rótulas plásticas en las vigas.}

_{b)         gdu = 1,00 : Estructura dúctil. Compuesta exclusivamente por pórticos sismo resistentes de hormigón armado o de acero o de madera, con nudos, vigas y columnas con ductilidad por flexión.}

_{Tabiques sismo resistentes de hormigón armado acoplados entre si o con columnas por vigas dúctiles.}

_{c)    gdu = 1,15 : Estructura semidúctil.  Compuesta exclusivamente por:}

        _{Tabiques sismo resistentes de hormigón armado.}

        _{Columnas de hormigón armado o acero (a flexo compresión) sin integrar pórticos, a las que sus}

 _{vínculos les impiden los giros en uno o dos de sus extremos.}

 _{Estructuras de acero con triangulaciones de rigidización.}

 _{Estructuras sismo resistentes con componentes pretensados.}

 _{Estructuras sismo resistentes de madera no aporticadas.}

_{d)    gdu = 1,30 : Estructura con baja ductilidad. Compuesta exclusivamente por:}

_{Muros sismo resistentes de mampostería de ladrillos macizos o de piedras canteadas o de         hormigón simple.}

_{Estructuras de hormigón armado con triangulaciones de rigidización.}

_{e)     gdu = 1,50 : Estructura semifrágil. Compuesta exclusivamente por:}

        _{Muros sismo resistentes de mampostería  de ladrillos aligerados o de bloques de hormigón.}

 _{Sistemas de hormigón armado en estados límites por tensiones de corte (ej: columna corta).}

_{f)      gdu = 1,80 : Estructura frágil. Compuesta exclusivamente por muros sismo resistentes de ladrillos}             

         _{huecos o de piedra no canteada asentada con mortero.}

 

_{El coeficiente gdu para la construcción en su conjunto.}

  
_{La capacidad de absorción de energía de sistemas complejos depende de la ductilidad de los sistemas componentes,  de la ubicación relativa y de la capacidad relativa de cada uno. Salvo estudios detallados de la formación y desarrollo del mecanismo de colapso, el coeficiente gdu global de la construcción se valorará por los siguientes procedimientos:}

 

_{Sistemas en paralelo: cuando varios sistemas están unidos de modo que la acción se distribuye entre todos ellos, como  coeficientegdu global se adoptará el mayor de todos los que corresponden a los sistemas asociados.}

 

_{Sistemas en serie: Cuando varios sistemas están unidos de modo que la acción es transferida íntegramente de uno a otro, aunque puedan sumarse acciones externas en el lugar de conexión, para coeficiente gdu global se adoptará el valor mayor de todos los que corresponden a los sistemas componentes.}

 

_{Sistemas mixtos: se evaluaran primero los coeficientes de los sistemas en serie y luego los de estos en paralelo, siguiendo el orden de transferencia y distribución de las acciones.}

 

 

 

Influencia del terreno en la importancia de las cargas por sismo (4.4)

 

_{Se considera como terreno que trasmite el movimiento sísmico a la construcción al comprendido en un espesor de seis metros ubicado inmediatamente bajo el nivel inferior de bases o plateas.}

_{En caso de fundaciones profundas (pilares, pilotes) se considera como tal al espesor de seis metros ubicado inmendiatamente bajo las vigas que vinculan los cabezales de esas fundaciones profundas.  El espesor antes definido se incrementará a razón de 1 m por cada 2 t/m² cuando la presión media impuesta al terreno supere 6 t/m².}

_{Se define la presión media impuesta al terreno:}

 

                                                       _{pm = Q / A}

 

_{Donde:                        Q:   carga gravitatoria total}

                                   _{A:   Superficie  media en planta de la construcción}

 

_{Para la evaluación de la influencia del terreno en la respuesta de la construcción se definen tres tipos de terrenos, a los que se asignan las correspondientes valores del coeficiente de influencia, s.}

_{Para clasificarlos se considerarán, por su orden, las siguientes características:}

 

_{a)      Resultados del ensayo de penetración normal (SPT).}

_{b)      Velocidad de transmisión de ondas longitudinales.}

_{c)      Tensión de trabajo admisible (en servicio normal) para el proyecto de fundaciones superficiales de viviendas de una planta.}

_{Para el proyecto de fundaciones en si, incluido el análisis de la probabilidad de licuefacción por acción sísmica, se aplica el articulo 5.5 de las normas.}

 

 

 

_{Terrenos Tipo 1 (Terrenos firmes) (4.4.1)}

 

                        _{smax = 0,8}

 

_{Terreno formado por rocas o suelos de gravas compactas o arcillas muy compactas, caracterizados por:}

 

            _{a)  SPT                                                           > 30 golpes}

            _{b) Velocidad de ondas                                   > 1.000 m/seg}

            _{c)  stad                                                                      >= 3 kg/cm²}

_{Terrenos Tipo 2 (Terrenos medios) (4.4.2)}

 

                        _{smax = 1,0}

 

_{Terrenos cuyas características se encuentran comprendidas entre las de los suelos tipo 1 las de los suelos tipo 2.}

 

_{Terrenos Tipo 3 (Terrenos blandos) (4.4.3)}

 

                        _{smax = 1,2}

 

_{Son suelos granulares de baja densidad relativa (<0,33) , suelos arcillosos o limosos poco consolidados (C< 0,4 kg/cm²), caracterizados por:}

 

            _{a)  SPT                                                           < 7 golpes}

            _{b) Velocidad de ondas                                   < 150 m/seg}

            _{c)  stad                                                                      <  0,8 kg/cm²}

 

 

 

_{Terrenos no incluidos en los tres grupos anteriores (4.4.4)}

 

_{Cuando el terreno pueda ser caracterizado definidamente en alguno de los grupos anteriores se adoptarán los valores que correspondan al estrato de menor número de golpes del ensayo de penetración SPT dentro del espesor de 6 metros bajo la fundación definido en 4.4.}

 

 

Métodos para calcular el Periodo Propio (4.8.1)

 

En la determinación del periodo propio se tomarán en cuenta todos los elementos que restringen las deformaciones, sean reglamentariamente considerados estructurales o no. (*) 

Se considerarán los valores instantáneos de los módulos de elasticidad,. La determinación del periodo propio puede hacerse por la aplicación de las fórmulas empiricas dadas por el código o racionalmente aplicando métodos de la dinámica estructural.

 

(*) Los valores de los módulos de elasticidad de los materiales serán los módulos secantes en condiciones de solicitación dinámica correspondientes a 2/3 de las deformaciones al límite de fluencia (real o convencional) si el material presenta fluencia, o de rotura en caso contrario.

 

 

 

 

_{Periodo propio para edificios comunes de H° A° y mampostería (4.8.1.1)}

 

En el caso de edificios comunes, con estructura de hormigón armado y muros de relleno de mampostería aligerada de ladrillo cerámico hueco o de mampostería,  tipo de construcción habitual en Mendoza, se puede usar la siguiente formula:

 

Donde:

                        To : Periodo propio (seg)

                        H: Altura total de la construcción sobre el nivel de referencia en metros.

                        L: Longitud total del edificio en la dirección estudiada en metros.

D: Densidad de muros (Area de la sección horizontal de los muros/ área de la planta baja) (m²/m²).

 

Para la determinación de D se deben considerar todos los muros continuos en la altura H, sean de mampostería o de hormigón y cualquiera sea su espesor.

 

Esta expresión empirica se obtuvo de la respuesta dinámica de más de 250 edificios de la Ciudad de Mendoza, en un estudio realizado por el Instituto de Investigaciones Antisísmicas de la Facultad de Ingeniería Ciencias Exactas Fisicas y Naturales de la Universidad Nacional de Cuyo (San Juan), registrando las oscilaciones de los edificios a los microtemblores producidos por el tránsito vehicular, en el año 1966. El estudio fue realizado por el ingeniero Juan S. Carmona.

 

_{Periodo propio para edificios en general (4.8.1.2)}

 

_{Para edificios en general, que no se encuadren en el tipo constructivo definido en el item anterior se utilizará la formula general de la dinámica de las estructuras:}

 

 

Donde:

 

                        To :  Periodo propio (seg)

                        Qi: Peso o carga gravitatoria en nivel i.

di: Desplazamiento del baricentro Qi cuandose aplican fuerzas Qi en cada    carga Qi en la dirección en se estudia el periodo.

g: aceleración de la gravedad.

                      

_{Aplicación de procedimientos de la dinámica estructural (4.8.1.3)}

 

Es aplicable cualquier procedimiento racional derivado de la dinámica estructural, siempre que se respeten sus hipótesis básicas y que el modelo represente adecuadamente el funcionamiento de la construcción, incluyendo aquellos componentes reglamentariamente considerados no estructurales que pudieran restringir las deformaciones.

 

Coeficiente de influencia  del suelo(4.8.2)

 

El coeficiente s, que afecta al coeficiente sísmico con la influencia del terreno de fundació se determina con la fórmula:

 

            s = s_max – ( s_max – s_min ) x ( T_o – T₁ )/( T₂ – T₁)

 

donde los valores  a usar según el tipo de terreno son los siguientes:

 

                      

Suelo	smax	smin	T2	T1
1	0.80	0.20	0.20	1.00
2	1.00	0.40	0.40	1.60
3	1.20	0.60	1.20	2.40

 

 

Coeficiente Sísmico – Fuerza resultante del sismo (4.8.3)

 

El coeficiente sísmico total se calcula con la fórmula:

 

                                   Cs = Co x g_d  x g_e  x s

 

La fuerza resultante de la acción sísmica se calcula mediante:

 

                                   Fs =  Cs x Q

 

Donde Co, g_d, g_e, s y Q tienen los significados usados antes.

 

 

 

 

 

Distribución del corte sísmico en altura(4.8.3.1)

 

La fuerza Fs es el total de la acción sísmica actuando al nivel de la base del edificio, o corte sísmico en la base. Este corte debe ser distribuído en la altura, piso a piso, para considerar como influye en cada nivel según la distribución de masa y rigideces del edificio.

 

Para edificios comunes y todas las cargas excepto la última:

En la última carga Qn, se aplica:

Donde:

                        Qi: Peso o masa del nivel i.

                        Hi: altura de la carga Qi sobre el nivel de referencia.

 

Para construcciones en general, y en todas las cargas Qi, excepto la última:

 

En la última carga Qn, aplicamos:

 

Donde:

                        Qi: Peso o masa del nivel i.

di: Desplazamiento del baricentro de Qi por la acción de todas las cargas              gravitatorias Qi supuesto que actúen en la dirección de la acción sísmica en estudio.

Cada fuerza Fi se aplicará en la carga gravitatoria Qi, con la dirección y sentido di.      

Estas cargas representan un estado de carga equivalente al efecto del sismo sobre la estructura que se analiza. Se considera que las fuerzas Fsi debidas a la acción del sismo actúan en dos direcciones perpendiculares y paralelas a ellas.

 

El coeficiente a es función del periodo propio de la construcción según se indiac:

 

                        a  = 1  para                                                    To <= 0.5 seg

                        a  = 0.95  para                                               To <= 1.0 seg

                        a  = 0.90  para                                               To  >  1.0 seg

 

Momento de Vuelco(4.6.3.2)

 

Un edificio en su totalidad, bajo la acción de las fuerzas en su conjunto, estas originan un momento de vuelco, para determinarlo y aplicarlo a los diferentes elementos resistentes de la estructura se utiliza el siguiente procedimiento:

 

El momento de vuelco en el nivel i es el momento de todas las fuerzas Fsj ubicadas sobre dicho nivel. Se calcula con:

 

o también con la fórmula:

 

Momento torsor en planta(*)(4.6.3.3)

 

Los efectos de la concentración accidental de cargas gravitatorias, de variaciones instantáneas de rigidez y amplificaciones dinámicas se tendrán en cuenta desplazando los puntos de aplicación de las fuerzas sísmicas Fsi de los respectivos baricentros de las cargas Qi. Todas las fuerzas Fsi se desplazarán 0,15 li en dirección perpendicular a sus rectas de acción simultáneamente en el mismo sentido y sucesivamente en ambos sentidos. La longitud li es la mayor dimensión en planta de la carga gravitatoria Qi, medida en dirección perpendicular a la acción sísmica considerada.

 

(*)MOMENTO TORSOR  La torsión se produce entre dos niveles de un edificio, por la falta de coincidencia del centro de masas ( ideal ) del entrepiso y el centro de rigideces ( ideal ). La fuerza sísmica está aplicada en el centro de masas, y la reacción resistente actúa aplicada en el centro de rigideces. Las dos fuerzas de igual magnitud y sentido opuesto forman un par que es el responsable del momento torsor.

Cálculo del momento torsor en planta (4.6.3.3)

 

Sin perjuicio de la aplicación de procedimientos más precisos, se admite la definición aproximada del Centro de Giro, de la Excentricidad de Cálculo y del Momento Torsor en cada nivel:

 

            Definición aproximada de los Centros de Giro:

          

Se definen como centros de giro correspondientes a la acción sísmica horizontal a todos los puntos de la construcción que no se desplazan horizontalmente cuando se aplica una cupla(*) arbitraria de eje vertical en el nivel más alto de la construcción.

 

 

Excentricidad:

 

La excentricidad de cálculo se define por:

                                   e_i = e_oi +/- 0,15 l_i

Donde :

e_{oi :} distancia entre el centro de giro y el centro de gravedad de Qi medida en dirección perpendicular a Fs.

l_i  : Máxima dimensión en planta del nivel i medida en dirección perpendicular a Fs.

 

Momento Torsor:

 

El momento torsor en el nivel i se calcula usando la expresión:

 

                                               M_ti = S  F_sj . e_i

 

 

(*) Cupla ( Par de Vectores): Sistema de dos vectores paralelos, de sentidos opuestos, no alineados y del mismo módulo.  Un par de vectores imprime una rotación al cuerpo al cual está aplicado. El plano de los dos vectores es el plano del par y la distancia entre sus rectas de acción es el brazo del par.

 

 

 

 

Método estático:

 

La evaluación del efecto sísmico se hace con la aplicación de un estado de carga estático equivalente, calculado con las fórmulas dadas en los párrafos anteriores.El estado de carga equivalente origina en la construcción esfuerzos de corte, momentos de vuelco y momentos torsores en planta.

Es suficiente suponer que la acción sísmica actúa independientemente en dos direcciones independientes entre si. Esas direcciones se definirán según las direcciones principales de la construcción. Cuando no se realice la determinación de las direcciones principales será suficiente analizar la construcción para dos direcciones perpendiculares y una tercera a 45 grados con ellas.

 

Para una aplicación del método estático de análisis sísmico vea SISGUIA_2000,  puede bajar de este sitio sisguia.zip . Es una guía de cálculo con un ejemplo desarrollado aplicando el código de construcciones sismo resistentes de la Provincia de Mendoza.

 

Conceptos sobre análisis modal.

 

El movimiento de un edificio ante la acción de un sismo es semejante al movimiento de un péndulo invertido. En este movimiento la masa no tiene una velocidad uniforme. Al pasar por el centro, es más rápida y va disminuyendo hasta llegar a uno de los extremos del recorrido,  donde la masa se detiene totalmente para iniciar su retorno. La  proyección horizontal del movimiento de un punto se puede representar como la que tendría en el diámetro de un círculo un punto que lo recorriera con velocidad uniforme. En ese diámetro la velocidad es mayor al pasar por el centro y se anula al llegar a los extremos.

 

El desarrollo de una circunferencia es igual a 2 p r y cualquiera sea su tamaño siempre vale 6,28 radianes. Por ejemplo, si un punto que recorre la circunferencia lo hace en 5 segundos, recorre en ese tiempo 6,28 radianes, entonces decimos que su velocidad angular w  es:

 

                                               6,28/5 = 1,26 rad/seg   ( radianes por segundo )

 

El periodo correspondiente del edificio será también de 5 segundos, y también podemos expresarlo por la velocidad angular, o sea, como 1,26 radianes por segundo.

Se dice que es una velocidad angular porque es la velocidad con que la masa recorre un determinado ángulo, independientemente del tamaño de la circunferencia y de la velocidad lineal que desarrolla al recorrerla. Logicamente a mayor tamaño de la circunferencia recorrida corresponde mayor velocidad lineal. Un mayor recorrido lineal se corresponde, en el caso de las estructuras, a una mayor deformación.

En todos los casos la velocidad angular es:

 

                                               w =  6.28 / T

 

En el caso de las estructuras  las deformaciones a que nos referimos, son pequeñas y congruentes con la capacidad resistente del material, podemos  admitir que una estructura con una masa en su extremo libre se deforma como se indica en el dibujo:

 

 

 

Si se trata de una barra de varias masas, se deforma según la siguiente figura:

 

De todas maneras, independientemente del número de masas, el periodo de vibración del edificio, que como se ha explicado, es el tiempo dura su oscilación completa, mientras no se salga su estructura de los límites de la elasticidad, tendrá siempre la misma duración y corresponderá también a una misma velocidad angular.

A este periodo de oscilación se le llama periodo fundamental de vibración. La forma que tome la deformada de la construcción depende del peso de las masas y de la rigidez de los diferentes elementos resistentes que vinculan las masas entre si.

Mientras las masas y las rigideces no varian, la deformada podrá alejarse más o menos de la posición de reposo, según el esfuerzo que se aplique, pero siempre conservará las mismas proporciones en sus diferentes deformaciones y naturalmente, también su mismo periodo.

Cuando más se deforme, mas fuerza llevará cada masa al cruzar por el centro  y, a la vez, la amplitud de la deformación dependerá de la fuerza o impacto que el terreno al moverse ejerza en la construcción.

La  fuerza que cualquier masa produce al pasar por la posición de reposo, estárá en proporción al valor de su masa M, al cuadrado de la velocidad angular w² y al desplazamiento y que significa la distancia entre esa posición de reposo y la posición extrema de su recorrido.

                                               F  =  M.w².y

 

Modos de Vibración:

 

El periodo de vibración con que se mueve la estructura tiene que corresponder al del terreno donde se encuentra, o sea, que deberá tener la misma duración.

Cuando la estructura se mueve de modo que todas sus masas pasan totalmente de un lado a otro de la posición de reposo, se llama primer modo o modo fundamental de vibración.

La magnitud de la deformación que alcanza la estructura en cada nivel, no depende de la fuerza que se aplique en la base, o sea, la fuerza que produce el sismo. Si esta fuerza es mayor o menor,  sucederá que las masas de los pisos se desplazarán más o menos y al cruzar la vertical de la posición de reposo, llevarán un impulso de mayor o menor intensidad.

Los desplazamientos de las masas son proporcionales entre sí.

 

Ocurre que, si el terreno se mueve con un periodo de tiempo más corto, independientemente de la fuerza con que lo haga, la estructura podrá deformarse de uan segunda manera; cuando la fuerza es mayor; el desplazamiento será mayor. A este modo de moverse se le llama segundo modo de vibración.

Finalmente, si aún se reduce el periodo de tiempo del movimiento del tereno, la estructura puede llegar a moverse de una tercera manera, que es el tercer modo de vibración  que es como se indica en la figura.

En el caso de una estructura de tres pisos ( o masas ), existen tres modos distintos de vibración, si la estructura tuviera cuatro pisos, existirían cuatro modos de vibración y así sucesivamente. Para un edificio de quince pisos, considerando que tiene quince masas, podrá tener teóricamente 15 modos de vibración. Y si tenemos una estructura contínua, como por ejemplo una chimenea de hormigón armado, que podemos dividir en tantas masas como queramos, puede tener un número infinito de modos de vibarción.

 

Cuando el edificio vibra en el modo fundamental, todas las masas se desplazan a un mismo lado y sus fuerzas actúan en el mismo sentido, pero según los otros modos las fuerzas actúan en diferentes sentidos.

En cualquiera de los modos de vibrar, como sucede en el primer modo, según la intensidad de la fuerza que actúa en la base será la magnitud de los desplazamientos que sufre cada masa , pero los desplazamientos en cada modo conservarán su proporcionalidad.

En todos los casos para que exista equilibrio, la suma algebraica de las fuerzas que se verifican en las masas, tendrá que ser igual y de sentido contrario a la que el terreno impone a la base.

El periodo que requiere la estructura para moverse de un modo determinado depende los valores de sus masas y de la flexibilidad de sus elementos sismo resistentes, de modo que durante un mismo temblor y con la misma vibración del terreno, una estructura puede vibrar de un modo y otra vibrar de otro modo.

En los modos que siguen al primero, es muy posible que algunas de las fuerzas que actúan en los distintos niveles, sean más intensas que la que se verifica en el terreno.

 

Pero lo más importante de este análisis, es que las fuerzas que se obtienen del mismo son las que necesitamos  conocer para calcular la estructura.

 

Diseño Sísmico

En nuestro país el diseños sísmico ha jugado un papel irrelevante en lo que es el diseño estructural, ya que contamos con pocas experiencia sísmica ha pesar de ser una isla con muchas fallas sísmicas. Aun no se cuenta con instrumentos necesarios para llevar un buen registro de la interaccióntectónica en nuestra isla. En los últimos 5 años se han registrado sismos de gran importancia lo que ha llevado a las instituciones a hacer cumplir las normas sísmicas que reglamentan la construcción y obligar a las instituciones competentes ha modificar y velar por que se cumplan dichos reglamentos para mejorar la calidad de las estructuras. Ha de pasar mucho tiempo para que contemos con normas antisísmicas que se cumplan en nuestro país y un buen equipamiento para llevar el historial de los registros sísmicos en nuestro país. A continuación se exponen una serie de conceptos y conocimientos que habitualmente son de gran utilidadpara el estudio y diseño antisísmico.

HISTORIA DEL DISEÑO SISMICO

Naturaleza y probabilidad

Aunque las agitaciones sísmicas como terremotos no se puedan prevenir en la práctica, la ciencia y la ingeniería proporcionan las herramientas que se pueden utilizar para reducir sus efectos absolutamente substancialmente. En primer lugar, la ciencia puede ahora identificar donde y cuando los terremotos son probables ocurrir, en qué magnitud y determine la probabilidad relativa de una gama de tierra que sacude niveles. Esta información es fácilmente disponible a los arquitectos, ingenieros, escritores del código, planificadores y al público en general. En segundo lugar, los investigadores sísmicos y los ingenieros estructurales con experiencia en diseño sísmico tienen suficiente comprensión de los efectos del terremoto que sacuden sobre edificios para crear los diseños que serán seguros para las varias intensidades de la sacudida. Los códigos técnicos de la edificación modernos incorporan toda esta información y requieren edificios tener diseños de ingeniería estructurales apropiados para cada región.

Criterios de Diseño Sísmico

• Estado límite de servicio: no se exceden deformaciones que ocasionen pánico a los ocupantes ni daños en elementos no estructurales.

• Estado límite de integridad estructural: Se puede presentar daño no estructural y daño estructural menor, sin alcanzar la capacidad de carga de los elementos estructurales.

• Estado límite de superviviencia: Puede haber daño estructural sinificativo, pero se mantiene la estabilidad general de la estructura y se evita el colapso.

Objetivos del Diseño Sísmico

• Evitar que se exceda el Estado límite de servicio para sismos de intensidad moderada que pueden presentarse varias veces en la vida de la estructura.

• Que no se exceda el Estado límite de integridad estructural para sismos severos que tienen una posibilidad significativa de presentarse en la vida de la estructura.

• No debe excederse el Estado límite de superviviencia ni para sismos extraordinarios que tenan una muy pqequeña probabilidad de ocurrencia.

Aspectos principales del diseño sísmico.

• Selección de un sistema estructural adecuado: que debe ser capaz de absorver y disipar energía introducida por el sismo.

• El Análisis Sísmico: Los reglamentos definen las acciones sísmicas para calcular la respuesta de la estructura, y proporcionan métodos de análisis.

• El dimensionamiento de las secciones: métodos innovativos del diseño por capacidad.

• Detallado de la estructura: Para el comportamiento dúctil de los miembros de la estructura es necesario el detallado de los mismos y de sus conexiones para proporcionarles capacidad de deformación antes del colapso.

Reglamentos, Códigos y Normas para El Diseño Sismo – Resistente

Estas son las herramientas de mayor utilización dentro del Análisis y Diseño Sismoresistente, que nos proporcionan las recomendaciones más próximas para realizar un Diseño que se comporte adecuadamente ante la incidencia de un suceso sísmico. Son el Instrumento que nace de muchas de las experiencias pasadas y de pruebas de laboratorio de los cuales se sacó una aproximación a la realidad del comportamiento de las estructuras ante los sismos.

Expresiones para el Cálculo del Cortante basal (V), según algunas normativas

• 1. Uniform Building Code (UBC)

• 2. Normativa Sismorresistente Argentina

Código ACI para el Diseño Sísmico

El objetivo principal de las disposiciones especiales es garantizar una adecuada capacidad bajo los desplazamientos inelásticos oscilantes producidos por la carga sísmica.

Las disposiciones se aplican a pórticos, muros, diafragmas y cerchas en zonas de "amenaza sísmica alta", correspondientes a las zonas 3 y 4 del UBC y a pórticos, incluyendo sistemas de losa en dos direcciones, en zonas de "amenaza sísmica moderada" correspondientes a la zona 2 del UBC. No se establecen requisitos especiales para estructuras sometidas a amenaza sísmica baja o nula.

Debe considerarse el efecto de elementos no estructurales en la respuesta global de la estructura, al igual que la respuesta de los elementos no estructurales mismos. También deben tenerse en cuenta los elementos estructurales que no están específicamente dimensionados para soportar cargas sísmicas.

Para garantizar una adecuada ductilidad y capacidad bajo rotación inelástica, el Código ACI 21.1.4 especifica una resistencia del concreto mínima de 21MPA. Para concreto con agregados ligeros, se establece un límite superior en la resistencia del concreto de 35MPA; este límite se basa en una falta de evidencia experimental para concretos ligeros con resistencias mayores.

MEJORAS EN EL TIEMPO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

El Análisis Estructural es una rama antigua de la Ingeniería Civil, que se aplica en la ingeniería civil, podemos decir que es el responsable del diseño,planeamiento y cálculo de la parte estructural, (que forma un sistema integrado de vigas, columnas, losas, muros, presas, túneles, zapatas de cimentación y otros), que lo empleamos en los edificios urbanos, construcciones industriales, puentes, estructuras de desarrollo hidráulico y demás obras. Su propósito es la de obtener estructuras eficaces que resulten apropiadas a partir del punto de vista resistente. En un sentido práctico, la ingeniería estructural es la aplicación de la mecánica Newtoniana para el diseño de elementos y sistemas estructurales, que mayormente se necesita resolver problemas de alta complicación que se solucionan mediante técnicas de cálculo diferencial e integral de diversas variables, temas de álgebra lineal, ecuaciones diferenciales y métodos numéricos.

La ingeniería estructural es considerada como una reciente, a partir de 1683 cuando Galileo invento analizar una viga. Hasta entonces, se seguía un criterio empírico.

Entre los experimentos realizados por Galilei se encuentran los siguientes:

En la actualidad para estas pruebas se utilizan maquinas que realizan las pruebas de esfuerzo con muestras (probetas) de el material a evaluar con mecanismos que marcan la cantidad de carga aplicada para que la probeta llegue a la rotura.

En la actualidad también se han creado programa para modelar, analizar y diseñar las estructuras ya sea en el plano o en el espacio. Entre ellos podemos citar:

Y a estos cada cierto tiempo los fabricantes van lanzando versiones nuevas con mejoras que van simplificando el tiempo del cálculo de las estructuras y agregándole nuevas herramientas para hacer más eficiente el uso del programa y que los resultados arrojados por estos sean más cercanos a lo real.

Diseño sísmico de edificaciones

La Ingeniería Sismo-resistente es una propiedad o atributo de que se dota a una edificación, mediante la aplicación de técnicas de diseño de su configuración geométrica y la incorporación en su constitución física, de componentes estructurales especiales que la capacitan para resistir las fuerzas que se presentan durante un movimiento sísmico, lo que se traduce en protección de la vida de los ocupantes y de la integridad del edificio mismo.

Es una tecnología que diseña y ejecuta procesos constructivos con elementos estructurales, distribuidas previa aplicación de principios básicos como la simplicidad, simetría, resistencia, rigidez y continuidad de las obras, que les permita resistir los usos y las cargas sísmicas a que estarán sometidas durante su vida útil y también a los sismos.

Conceptos Generales del Diseño Antisísmico

Se han de tener en cuenta:

• Propiedades de los materiales de construcción

• Características dinámicas del sistema del edificio

• Características de las cargas de flexión de los componentes del edificio.

Para un diseño adecuado del edificio se debe de definir la categoría a la que pertenece el edificio y hacer una planificaciónadecuada del diseño que consistirá en:

• Planificación del edificio, conceptos básicos a cumplir: simetría, regularidad, separación en bloques, simplicidad y área cerrada.

• Escoger el lugar. Es muy importante la estabilidad del suelo: estabilidad de la losa, arenas muy débiles y arcillas inestables.

• Diseño estructural: depende mucho del material y es el factor más importante

• Resistencia al fuego: se ha de tener en cuenta a la hora de escoger los materiales

Para un buen diseño estructural sismorresistente se ha de tener en cuenta lo siguiente:

• Un buen suelo de base

• Utilizar un mortero de junta de ladrillos de buena calidad

• Se han de poner paredes de cizalla en lugares concretos

• Losas de techo y suelo han de estar suficientemente ligadas a las paredes

Siempre es mejor una estructura deformable que una muy rígida.

Diseño Sismico de Puentes

Se propone un procedimiento de diseño sísmico de columnas de puentes de concreto reforzado, basado en desplazamiento, en el que se establece el cumplimiento de dos niveles de desempeño: servicio y supervivencia. La capacidad de desplazamiento de las columnas de sección rectangular y circular se calcula con expresiones empíricas en función de las dimensiones de la sección, de su cuantía de refuerzo longitudinal, de la carga axial, del refuerzo de confinamiento y de la esbeltez.

En muchos casos la falla por sismos de puentes de concreto se ha atribuido a insuficiencia en la capacidad de desplazamientos de sus columnas para absorber las grandes demandas de deformación inelástica inducida por la vibración de la estructura.

DISEÑO BASADO EN DESPLAZAMIENTO

En los últimos años se ha estado implementando el diseño basado en desplazamiento dentro del diseño sísmico de puentes. La razón de adoptar este procedimiento obedece a que los estados límites de daño pueden relacionarse adecuadamente con los límites de deformación, que a su vez son convertidos en

desplazamientos equivalentes, con los cuales el daño estructural puede ser controlado eficientemente mejor que con límites de resistencia. Dentro de los métodos de diseño basado en desplazamiento existen diferentes enfoques: diseño basado en desplazamiento directo, espectro del punto de fluencia y espectro de capacidad.

El procedimiento basado en desplazamiento directo, se deriva en gran medida del método de la estructura substituta desarrollado por Gulkan y Sozen (1974), para modelar un sistema inelástico con propiedades elásticas equivalentes. Con este enfoque se busca proveer al miembro de las características apropiadas, en cuanto a tamaño de la sección y cantidad de refuerzo y detallado, para desarrollar un

desplazamiento predeterminado para el sismo de diseño. Dentro de este procedimiento, generalmente se diseña para un comportamiento asociado a la respuesta última, por lo que se selecciona un desplazamiento objetivo.

Estados Limites.

• Estado Limite de servicio.

• Estado Limite de supervivencia.

El estado límite de servicio de un puente urbano corresponde al caso en que se pueda garantizar la operación inmediata del mismo después de un sismo, sin que para ello se requieran reparaciones. Para las columnas, esto se hizo corresponder a que no se presente agrietamiento residual perceptible. Elcontrol del ancho de grieta residual se considera más importante que el agrietamiento máximo producido bajo la acción sísmica, ya que del primero dependen tanto los efectos sicológicos del agrietamiento, como los posibles problemas de deterioro y corrosión. Se suele considerar que pasan desapercibidos anchos de grietas inferiores a 0.25 mm.

En el estado límite de supervivencia se acepta que en las columnas de puentes se presente daño severo, pero sin colapso para cuidar la integridad de los usuarios. Esto implica proveer a las columnas de la capacidad de deformación suficiente para resistir las demandas de deformación ante un sismo extraordinario. Esto da lugar a definir el estado límite de supervivencia de la columna con base en una capacidad de desplazamiento lateral, la cual no debe ser superada por la demandada por el sismo de diseño.

EFECTOS HIDRODINAMICOS EN EL ANALISIS SISMICO EN PRESAS BOVEDAS

La respuesta de una presa sola a una excitación sísmica es la típica de un sistema de varios grados de libertad cuyas matrices de masa, rigidez y amortiguamiento son independientes del contenido de frecuencias de la excitación. En cambio, a cusa de la presencia del agua embalsada, tanto las características dinámicas como la respuesta de la presa son distintas las de situación de embalse vacio.

Por una parte, el movimiento del terreno origina unos efectos inerciales en la masa de agua, cuya vibración transmite ondas de presión hidrodinámica, las cuales inciden sobre el trasdós de la presa. Por otra, la propia presa, en su vibración produce unas ondas de presión que se transmiten y se propagan por el medio fluido; al reflejarse dichas ondas en los contornos del embalse, pueden volver a incidir sobre la propia presa, cuyo resultado son unas presiones hidrodinámicas que se suman a las anteriores.

Reseña histórica.

Los primeros estudios en este campo fueron llevados a cabo por Hm westergaard. Resolvió el problema bidimensional consistente en el cálculo de las presiones hidrodinámicas sobre el paramento vertical de una presa rígida de sección triangular, sometida a una excitación horizontal armónica del terreno y en la dirección del rio. Asimismo, considero compresible el agua del embalse, cuyo fondo supuso horizontal y de extensión infinita hacia agua arriba (westergaard, 1933). Westergaard obtuvo una expresionanalitica para la distribución de la amplitud de las presiones hidrodinámicas sobre el trasdós; mostro que estas tienen fase opuesta a la aceleración del terreno, por lo que se podían interpretar como una fuerzas equivalentes de inercia, correspondientes a una ciertas masas de agua que acompaña solidariamente a la presa en su movimiento de solido rígido. La evaluación de dicha masa de agua se realiza a partir de la igualación de las fuerzas de inercia de la misma con la fuerza hidrodinámica ejercida sobre el trasdós de la presa, a causa de su movimiento. Esta analogía formo lavase del concepto de masa añadida.

PRESIONES HIDRODINAMICAS.

Durante un seísmo, la presa y el embalse entran en un estado de vibraciones forzadas que dan lugar a unas presiones hidrodinámica sobre el paramento de agua arriba de la presa, las cuales se suman a las hidrostáticas. Dichas presiones de origen dinámico son por tanto acciones a considerar para el análisis de la respuesta de una excitación sísmica. Por ello, cuanto más aproximadamente se determinen aquellas, mejor se podrá estimar esta ultima.

Como se ha indicado anteriormente, las presiones hidrodinámicas se producen por una parte a causa del movimiento (de solido rígido) del terreno, y por otra, a causa de la flexibilidad de la presa. Incluso se podrían considerar también las producidas por la deformación del terreno que rodea al embalse, aunque son de escasa importancia.

INTERACCION EMBALSE-PRESA –BOVEDA

La coexistencia de dos medios (la presa y el embalse) en contacto entre si mediante una interface, da lugar a que, por ser flexibles, ambos interaccionen.

Esto repercute sobre las presiones hidrodinámicas, pero además sobre las características dinámicas y sobre la respuesta de la presa a una excitación sísmica. En la situación de embalse parcial o totalmente lleno, la respuesta dinámica de la presa viene afectada por unos términos hidrodinámicos, que modifican las propiedades de la presa, mediante la introducción de unas masas, amortiguamientos y fuerzas adicionales.

METODOS NUMERICOS DE ANALISIS DEL SISTEMA PRESA BOVEDA-EMBALSE.

Las primeras tentativas de estudio de la respuesta del sistema formado por la presa y el embalse fueron de tipo analítico, ensayos en modelos mecánicos o bien mediante analogía eléctrica. El advenimientos de los ordenadores y el desarrollo de diversos métodos numéricos han hecho posible un avance considerable en el estudio del problema.de esta forma se ha conseguido representar configuraciones geométricas complejas.

El método de las diferencias finitos ha sido empleado por alguno autores (shul"man, voronkova, priscu e tal.) para el estudio bidimensional del dominiofluido (wertergaard e tal. 1933).

El método de los elementos finitos constituye la herramienta más poderosa hasta el momento, para el estudio del comportamiento conjunto de la presa bóveda y embalse. Ha sido empleado por numerosos autores, algunos de los cuales declaran que es un método efectivo y practico de representar los efectos del embalse, por lo que no hay razón aparente para continuar adoptando modelos de masas añadidas de tipo westergaard para el análisis de presas bóveda (clough e tal. 1985).

Innovaciones en el diseño sísmico de estructuras de acero

El diseño sismorresistente ha ido evolu-cionando en saltos discretos con cada nuevo terremoto, cambiando sus para-digmas y los objetivos de diseño, para prevenir que los efectos negativos obser-vados en las estructuras existentes vuel-van a ocurrir en el futuro.

Originalmente, el objetivo principal del diseño sismorresistente de estructuras, consistía en proveer suficiente resistencia de modo de poder soportar el terremoto más grande conocido hasta el momento. Luego, se reconoció que no era necesa-rio diseñar las estructuras para fuerzas tan potentes, si es que se permitía que desarrollaran deformaciones inelásticas controladas, es decir daño, con lo que se acuñó el concepto de ductilidad.

Innovaciones en marcos de momento

Marcos con conexiones postensadas (PT)

Este tipo de marco puede ser clasificado como un marco de momento con unio-nes semirrígidas. La innovación consiste en la utilización de cables deacero para postensar la viga a la columna y proveer de esa forma una conexión de momento, como se muestra en la Figura 2(a).

Este sistema estructural persigue dos objetivos principales: el primero es con-seguir una estructura que después de ser sometida a un terremoto vuelva a su posición original, es decir, no presente deformaciones laterales remanentes; y el segundo es concentrar el daño en ángu-los u otros elementos de sacrificio, que provean la disipación de energía.

El diseño de la conexión se hace conside-rando los estados límite o de fallas posi-bles. Debido a que los cables de acero de alta resistencia no poseen gran ductili-dad, las recomendaciones para el diseño de este tipo de conexiones (Garlock et al, 2007) establecen la siguiente secuencia de estados límite:

• Descompresión: Corresponde al ins-tante en que el momento generado por el sismo supera el nivel de pre-tensión aplicado inicialmente a la co-nexión y ésta comienza a abrirse.

• Fluencia de elementos secundarios: Corresponde al momento en que los elementos encargados de disipar energía comienzan a fluir.

• Fluencia de la viga: Corresponde al momento en que la viga comienza a desarrollar plastificación significati-va.

• Fluencia de los cables: Corresponde al momento en que los cables alcan-zan su tensión de fluencia.

• Fractura de los cables: Corresponde al momento en que los cables alcanzan su tensión de rotura.

Marcos con vigas de sección reducida (RBS)

El objetivo de reducir la sección de la viga es el de tener una conexión viga-columna más resistente que la viga, de manera que las deformaciones plásticas se de- sarrollen en la sección reducida de la viga. De esta forma, la sección reducida actúa como un fusible limitando las ten-siones en la región menos dúctil en las cercanías de la conexión viga-columna. La reducción de la sección de la viga puede ser constante o variable tal como lo muestra la Figura 3.

Innovaciones en marcos arriostrados

Marcos con arriostramiento restringido al pandeo (BRBF)

Un marco del tipo BRBF es un marco arriostrado en forma concéntrica en que los elementos que forman el sistema de arriostramiento están compuestos por dos elementos principales: núcleo de acero que resiste la carga axial y un sis-tema externo que restringe el pandeo del núcleo de acero (Figura 4).

Muros de corte de placas de acero (SPSW)

Un marco tipo SPSW es un sistema de- sarrollado para resistir cargas laterales, que utiliza paneles de relleno formados por planchas de acero conectados a vigas (elemento horizontal de borde) y columnas (elemento vertical de borde), e instalados en uno o más vanos a lo lar-go de la altura del marco de manera de formar un muro voladizo (Figura 6). Un marco tipo SPSW sujeto a ciclos de de-formaciones inelásticas, exhibe una alta rigidez inicial presentando un comporta-miento dúctil, características que permi-ten la utilización de este tipo de marco no sólo en el diseño de nuevas estructuras sujetas a cargas sísmicas, sino que tam-bién en la reparación y reforzamiento de estructuras existentes.

Errores en el diseño sísmico resistentes en edificaciones.

LOS TERREMOTOS son uno de los fenómenos mas imprevisibles y difíciles de evitar cual sea la intensidad que tenga, producen efectos negativos sobretodo en la construcción. Por lo que es necesario un adecuado diseño de la estructura y elección del material de construcción con el fin de conseguir construcciones sísmicas.

En países empobrecidos, generalmente, una gran parte de la población no tiene la formación necesaria para realizar una construcción adecuada, siendo este sector el más afectado debido a los terremotos.

En su orden de importancia existen algunos criterios relevantes al momento de definir el sistema constructivo de determinada edificación así como:

- SEGURIDAD : que cumpla con las normas sismorresistentes del país.

- PRESUPUESTO: que se ajuste al presupuesto que tiene previsto el dueño del proyecto.

-ESTETICA: que sea armónico con el medio que lo rodea y agradable a la vista de espectadores.

El objetivo de las normativas sismorresistentes es evitar la perdida de vidas humanas y reducir el daño y el costo económico que puedan ocasionar los terremotos no sufran daños relevantes ante sacudidas sísmicas pequeñas, puedan resistir sin daños estructurales ante movimientos sísmicos moderados y puedan evitar el colapso ante las sacudidas mas fuertes previsibles con una probabilidad razonable, aunque con posibles daños.

Objetivo del reglamento para construcción sismorresistentes

El objetivo pude resumirse en:

1-evitar perdidas de vidas humanas y accidentes que pudieran originarse por la ocurrencia de cualquier evento sísmico.

2-Evitar daños en la estructura y en las componentes de cada construcción, durante terremotos de frecuente ocurrencia.

3-Evitar que se originen colapso total o parcial en las construcciones es, que puedan poner en peligro la seguridad de las personas durante terremotos muy severos, de ocurrencia extraordinaria.

Los principios de la sismo resistencia

La geometría de la edificación debe ser sencilla en planta y en elevación. Las formas complejas, irregulares o asimétricas causan un mal comportamiento cuando la edificación es sacudida por un sismo. Una geometría irregular favorece que la estructura sufra torsión o que intentegirar en forma desordenada. La falta de uniformidad facilita que en algunas esquinas se presenten intensas concentraciones de fuerza, que pueden ser difíciles de resistir.

Éxitos y fracaso del diseño sismos resistente Antecedentes

El diseño de sismo resistente ha evolucionado desde sus planteamientos más primitivos establecidos a finales del siglo pasado en Japón y comienzos del presente en Italia, hasta el sistema de codificación actualmente predominante en muchos países el cual se denomina aquí codificación moderna. El sismo de mesina en 1905 podría considerase de origen de un intenso; los italianos dieron el ejemplo en tal caso y el sismo de Tokio en 1923, reforzó las inquietudes de los ingresos japoneses sobre el tema.

Éxito y fracasos de los códigos

La ingeniería de construcción es un vivido ejemplo de la aprendiza del hombre por ensayo y error con el fin de soportar mejor sus investigacionesanalíticas y en ciertos casos las experimentales. Si una construcción es avería, los ingenieros observan, modifican y construyen de nuevo. Si lo nuevo se comporta mejor, la medida o medidas que condujeron a la mejora. Piensan a hacer parte del patrimonio técnico. En el caso de los sismo se aprende revisando lo bueno y lo malo.

Si en algunas región del mundo se hubieran diseñado y construido varios centenares de edificios de diferentes alturas y formas siguiendo la más moderna codificación sisma resisten, si la amenaza sísmica se hubiera evaluado con base en una buena información tectónica y apreciable información sísmica instrumental, si las condiciones de respuesta local se hubieran evaluado y establecido con la vigilancia apropiada como para sacudida por un sismo tal que los registros instrumentales lo mostraran compatible con las previsiones de la amenaza sísmica loca, entonces existiría un escenario apropiado para intentar hablar estadísticamente de éxito o fracaso del diseño y la construcción sismo resistente. Hasta donde el autor con este escenario todavía no se ha dado.

Éxito serial aquel que se dedujera de un correcto comportamiento estadísticamente valedero. Resultar sin daños no necesariamente será un éxito; téngase en cuanta que una construcción sin daño pudo comportarse bien, pero con base en un diseño excesivamente costoso. Éxito es la correspondiente a un comportamiento apropiado, sin sobrepasar las necesidades reales. Una construcción no afecta, cercana a otras similares si afectadas, puede haber sido favorecida por condiciones muy locales que pudieran enmascara el relativo éxito frente a la prueba que la sometió al sismo.

Fracaso correspondería a aquello que construido siguiendo la normalización se daño con un sismo similar al máximo previsto por el código de una localidad.

Mal confinamiento del concreto

Como en los casos anteriores abunda la descripción de las fallas de elementos estructurales, principalmente columnas, debido a su pobre confinamiento de su núcleo resistente. Sin embargo, ya desde comienzos de la década de 1960-1970 el fenómeno se había estudiado en profundidad.

Descripción del problema: si hay un refuerzo transversal abundante y poco espaciado, la resistencia ultima y la capacidad de deformación a la rotura del concreto reforzado aumentan notoriamente, ofreciendo seguridad extra en los sistemas estructurales. Si esta condición no se da, los elementos resistencia a la tradición diagonal se agota antes que la dispone a flexión no tienen entonces capacidad de disipar energía en el rango inelástico y se ven sometidos a fallas frangibles.

Conclusión

Conforme pasa el tiempo cobra más importancia el tema "sísmico". Hemos visto como en los últimos días el mundo ha sido sorprendido por repentinos terremotos que en algunos casos ponen de manifiesto la existencia de una pobreza estructural carente de un adecuado diseño sísmico. Por citar una comparación está el caso del terremoto que azoto a Haití, este devasto casi por completo todas las edificaciones de ese país. Chile también fue afectado por un terremoto, cien veces mayor que el de Haití, pero sus edificaciones no sufrieron tantos daños, esto debido a que cuenta con normas antisísmicas. Esta son razones por la cual debe conformarse un proceso de aprendizaje de la comunidad técnica profesional para evitar que las tragedias tengan graves consecuencias que lamentar, esto es debido a que existen construcciones diseñadas con el código local que han sido destruidas o fuertemente afectadas. En estos casos el código aplicado resulto deficiente. Donde esto ha ocurrido se han preocupado por mejorar las deficiencias para obtener mejores códigos.

Con solo unos principios básicos muy elementales compartidos por los ingenieros diseñadores y los constructores, una comunidad estaría elevadamente protegida contra la acción de sismos intensos futuros. Los principios son conocidos, pero poco difundidos. Solo en la década pasada los diferentes seminarios, talleres, congresos, y publicaciones de difusión comenzaron a surtir efecto para entrenar mejor a los ingenieros comenzaron a surtir efecto para entrenar mejor a los ingenieros relacionados con el diseño y la construcción resistente al efecto de los sismos.