Mapas de Inundabilidad

Valparaiso-Viña del Mar

Distorsión sísmica de entrepiso de pórticos de concreto reforzado considerando la variabilidad del módulo elástico del concreto de Bogotá

 

Con el módulo de elasticidad del concreto, E, y con la geometría de los elementos estructurales los diseñadores establecen los desplazamientos en estructuras de concreto reforzado. Los autores recopilaron y analizaron estadísticamente la información de ensayos de resistencia a la compresión, f^{`</sup>c, con medición de E para Bogotá (más de 1500 ensayos). Posteriormente se realizó un diseño de edificaciones de 5 pisos siguiendo las especificaciones de la norma NSR-10 (AIS, Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010) y con dos de los espectros de la reciente microzonificación (año 2010). Con estos edificios y con 1500 números aleatorios de f<sup>`}c y E (basados en los análisis estadísticos de ensayos de laboratorio), se hicieron 6000 simulaciones computacionales variando E y f^`c para determinar las deformaciones máximas de entrepiso (en % de la altura del entrepiso) de los edificios. Se establecieron las deformaciones para análisis modales espectrales y para análisis de fuerza horizontal equivalente. De acuerdo con los resultados, las deformaciones de entrepiso serian en promedio 147% de las de diseño. Asimismo, en promedio 67 de cada 100 edificaciones de cinco pisos diseñadas en Bogotá con la NSR-10 (Norma Sismo resistente) tendrían deformaciones de entrepiso mayores a 1%. Por ello se propone modificar la fórmula de estimación de E de la NSR-10 (para Bogotá) para hacer una estimación más segura y confiable de las deformaciones de entrepiso sísmicas.

Modos de vibración de un edificio

Los edificios, al igual que todos los cuerpos materiales, poseen distintas formas de vibrar ante cargas diámicas que, en la eventualidad de un terremoto, pueden afectar la misma en mayor o menor medida. Estas formas de vibrar se conocen como modos de vibración.

Figura 1. Modos de vibración de un edificio.
En la forma más básica, estas estructuras oscilan de un lado hacia otro. Esto es lo que se conoce como el modo fundamental o modo 1, tal como lo muestra la siguiente figura.

Componentes estructurales y no estructurales

Un edificio tiene dos tipos de componentes principales: los elementos estructurales y los no estructurales. Los componentes estructurales son los que resisten las fuerzas de gravedad, de viento, sismo y otros tipos de carga. Es decir, son las columnas, vigas, marcos, pisos, paredes, muros y cimentaciones.  

Los elementos no estructurales son todo lo que forma parte de él excepto la estructura, es decir, todo menos las columnas, entrepisos, vigas, entre otros. Los más comunes son los cielos, las ventanas, las paredes livianas, los cuales son elementos que forman parte del sistema permanente del edificio; y también componentes que no forman parte de él como los muebles, el equipo de oficina, computadoras, el equipo de ventilación y aire acondicionado, equipo eléctrico, entre otros.

Figura 1. Componentes estructurales.

¿Cuáles son las fuerzas que deben soportar los componentes estructurales?

Los componentes estructurales como columnas y vigas, deben soportar cinco tipos de fuerzas internas producto del efecto de la gravedad, los sismos, el viento, cargas dinámicas, entre otros. Estas fuerzas son: tensión, compresión, torsión, cortante y flexión. 

Las fuerzas de tensión y compresión tienden a deformar en elemento longitudinalmente debido a la aplicación de una carga a lo largo de su eje longitudinal (longitud más larga). Las de torsión  rotan el elemento a lo largo de su eje longitudinal. Y, las fuerzas cortantes y de flexión se producen a partir de la aplicación de una carga perpendicular al eje longitudinal del elemento.

Figura 2. Fuerzas que deben soportar los componentes estructurales.

Cinco de las más grandes "cicatrices" de la superficie de la Tierra

Ya sea por meteoritos o por fenómenos naturales, la superficie de la Tierra está cubierta de grandes cráteres, o "cicatrices", que se pueden ver incluso desde el espacio.

Presentamos a continuación cinco grandes cráteres creados por humanos y por meteoritos.

Mina Grasberg, Indonesia

Es la mina de oro más grande del mundo y la tercera mina de cobre más grande del mundo. Está ubicada en Papúa, Indonesia. Fue construida en 1963 por 19.500 personas. Tuvo un costo de 175 millones de dólares. El mayor de los dos orificios tiene 8 kilómetros cuadrados y 480 metros de profundidad.

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Mina Mir, Rusia

Esta es la cuarta mina más grande de diamantes, pero ahora se encuentra inactiva. Ubicada al este de Siria, cuenta con 525 metros de profundidad y un diámetro de 1,2 kilómetros. Fue la primera y mayor mina de la Unión Soviética y funcionó por 44 años, hasta el 2001. El agujero es tan grande que el espacio aéreo tiene que ser techado porque los helicópteros no sufran accidentes por las corrientes de aire.

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Cráter Pingualuit, Canadá

En lengua inuit su nombre significa "donde la tierra se eleva". Este cráter fue producto del impacto de un meteorito en la época del Pleistoceno. El cráter tiene400 metros de profundidad y un lago de 267 metros llena la depresión, siendo uno de los lagos más profundos de América del Norte.

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Mina de diamantes Ekati, Canadá

Esta mina está compuesta por seis agujeros y produjo entre 1998 a 2009 40 millones de quilates de diamantes. Si bien en la superficie ya no se pueden encontrar más diamantes, los mineros logran sacar 7,5 millones de de quilates por año.

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Mina Big Hole, Sudáfrica

Esta mina ubicada en Sudáfrica es considerada la capital de las piedras preciosas. Como centro de la fiebre del diamante a finales del S. XIX, 30.000 hombres comenzaron a excavar en 1871 y rápidamente alcanzó los 300 metros de diámetro y 1,1 km de profundidad.

Mesa Anti sísmica a Prueba de Terremotos

  Abrás podido oír en más de una ocasión que uno de los lugares más seguros para refugiarse de un terremoto si nos encontramos bajo techo, es justo debajo de una mesa. Si bien esta recomendación sigue siendo la mejor opción, a veces no es suficiente, ya que según los últimos estudios realizados, las mesas comunes no tienen la capacidad de resistir pesos significativos. Esto hace que, en caso de fuertes sismos, pueda ser una medida insuficiente.

Ante este problema, Arthur Bruter, estudiante de diseño industrial en la Academia de Arte y Diseño Bezalel en Jerusalén, junto con su profesor Ido Bruno, desarrollaron una mesa a prueba de terremotos, con el fin de ofrecer una gran protección de forma asequible a las poblaciones que viven en zonas de alto riesgo sísmico.

El inicio de este proyecto surgió a raíz del gran terremoto de Haití del 2010, donde 200.000 personas perdieron la vida. Al ver las fotografías de los estragos del suceso, Arthur Bruter decidió diseñar un producto que permitiera ayudar a salvar las vidas de las personas que pudieran quedar atrapadas dentro de edificios. Para ello, con la ayuda de su profesor Ido Bruno, idearon una mesa de bajo costo con espacio suficiente para dos personas y capaz de resistir una tonelada de presión desde arriba.

Para conseguir dicha resistencia, se estudió al milímetro la geometría de la mesa para que permitiera distribuir el peso equitativamente en toda su superficie, haciendo posible que la estructura conserve su forma incluso después de un fuerte impacto sobre ella. Cuando algo cae encima la mesa, esta absorbe la energía del objeto mientras que obliga a los escombros a desviarse hacia los lados.

En los períodos iniciales del desarrollo de la mesa anti-terremoto, fue sometida a duras pruebas por el ejército israelí. En la actualidad se encuentra a la espera de la aprobación oficial del departamento de Ingeniería Estructural de la Universidad de Padua en Italia, para obtener la certificación necesaria antes de comenzar su puesta comercial.

Este concepto no ha pasado precisamente desapercibido, llegando a ganar importantes premios internacionales. Fue elegido como el diseño del año por el Museo del Diseño de Londres, y hasta fue adquirido un ejemplar por el Museo de Arte Moderno de Nueva York para su exposición permanente de arquitectura y diseño.

VIA:Fieras de la Ingeniería 

Investigación de respuestas sísmicas críticas incorporando la torsión accidental.

Desde hace bastante tiempo se han reconocido los efectos sísmicos torsionales como una fuente posible de daños de las edificaciones [Ayre, 1938; Ayre, 1943; Housner y Outinen, 1958] y se han emitido recomendaciones para afrontarlos desde 1957 y 1959 en las normas mexicana [Distrito Federal, 1957] y californiana, respectivamente [SEAOC, 1959]. Además, en importantes libros de la época se expuso la metodología de implementación [Blume et al., 1961]. En Venezuela se incorporaron en 1967 en la norma antisísmica, tras el terremoto de Caracas [MOP, 1967]. Sin embargo, pese a la difusión internacional de estas prescripciones, estos dañinos efectos continuaron manifestándose en varios terremotos a lo largo del siglo XX, incluyendo fechas recientes. Por ejemplo, en el terremoto de Guatemala de 1976 (M = 7.5) el Hotel Terminal en la capital falló debido a la torsión generada por el excéntrico núcleo de servicios. En la Figura 1 se observan la fachada y una columna del segundo entrepiso que no resistió la fuerza cortante asociada al momento torsor de la planta superior.

Figura 1. Falla del Hotel Terminal, Ciudad de Guatemala, 1976 [Godden Collection, 1980].
En la Figura 2 se observa el colapso del Hotel New Society en Cotabato City, Mindanao, Filipinas, debido a la torsión global que condujo a la falla de las columnas de una esquina en el primer piso, ocurrido en el terremoto de Mindanao de 1976 (M = 7.9). La fuerte rotación se debió a la gran diferencia de rigidez entre los planos de fachada (observados en la Figura) y los otros dos planos no visibles. En la Figura 3 se observa la fachada de un edificio reciente y el colapso de una columna a nivel del estacionamiento, ocurrido en la ciudad de Kobe durante el terremoto Hyogo-ken-Nanbu, Japón, 1995 (M = 6.9), debido a una combinación de torsión de la planta, entrepiso blando y diseño poco dúctil. Aún más recientemente, en el terremoto de Chi-Chi, Taiwán, 1999 (M = 7.6) podemos encontrar un edificio con falla torsional debida a la poca rigidez de dos planos de fachada (Figura 4), que condujo a su inclinación global.

Figura 2. Colapso del primer piso y giro global del Hotel New Society, Cotabato City, Mindanao, Filipinas, 1976 [Selna y Tso, 1980].

Figura 3. Falla por torsión más otras deficiencias de edificio en Kobe, Japón, 1995 [EERI, 1998].

Figura 4. Falla torsional y consecuente inclinación de edificio en Taiwán, 1999 [Taiwan Collection, 2000].
En Venezuela, en el terremoto de Cariaco, 1997 (M = 6.9), el edificio Miramar (Cumaná) se derrumbó; estaba constituido por pórticos de concreto armado y muros de gran rigidez en los núcleos de escalera y ascensor hacia un extremo de las plantas. Obsérvese el edificio de 8 pisos antes del terremoto en la Figura 5 y un esquema estructural de su Planta Tipo en la Figura 6 [Malaver y Barreiro, 1997]. La ubicación de los muros impuso una gran excentricidad entre los centros de masa y rigidez y ocasionó importantes efectos torsionales, que junto con otras debilidades de la edificación condujeron a su colapso [IMME, 1998]. En la Figura 7 se observa que sólo quedaron en pie dos pisos de los núcleos excéntricos, alrededor de los cuales el edificio giró [EERI, 1997].

Figura 5. Vista del Edificio Miramar, Cumaná, antes del terremoto de 1.997.

Figura 6. Esquema estructural de la Planta Tipo del edificio Miramar, Cumaná, mostrando los muros de los núcleos excéntricos de escalera y ascensor [Malaver y Barreiro, 1997].

Figura 7. Derrumbe del edificio Miramar en el terremoto de Cariaco, 1997. Sólo los dos primeros pisos de los núcleos de escalera y ascensor no colapsaron [EERI, 1997].
De estas experiencias, que no son las únicas, se infiere que aún queda mucho por hacer para la implementación de buenos diseños y que la investigación asociada es importante. Se trata de estimar adecuadamente los requerimientos de los diferentes planos resistentes, de modo que no colapse ninguno, logrando que las distribuciones de masa, rigidez, resistencia y ductilidad en planta, sean lo más balanceadas posibles. En general, se pueden conseguir diseños relativamente seguros sin incrementar excesivamente los costos de construcción [Hernández, 1993].