Instituto Politécnico “Santiago Mariño”

2° Examen de Sísmo

Carlos Eduardo Nieto C.I.: 15.731.000

Responda las siguientes preguntas:

1. Resuelva el siguiente ejercicio:

R.-

2. Explique cómo se realiza el cálculo sísmico de un edificio.

R.- Lo primero que debemos conocer es la zonificación donde se va a calcular el

edificio, Estado, Municipio, Tipo de tierra donde se va a fundar el edificio.

Luego, realizamos el análisis de las Cargas verticales, para obtener el peso nivel por nivel y el Pre-dimensionado de los elementos que vamos a utilizar.

Calculamos el peso del edificio.

Buscamos el coeficiente Sísmico de Diseño. que vería según el uso del edificio y el tipo de suelo donde se va a construir.

Calculamos el periodo fundamental del edificio.

Calculamos la ductilidad global de la estructura utilizando el valor mayor que nos dé según las formulas que presenta la Norma.

Luego, Calculamos el Esfuerzo de corte basal.

Realizamos la distribución del corte en altura.

Realizamos el cálculo del Esfuerzo de Corte Traslacional.

Calculamos los Momentos de Inercia y Rigideces. Buscamos el Centro de Masa y Centro de Rigidez.

Calculamos la excentricidad y el Momento Torsor.

Se deberá calcular el esfuerzo de Corte Rotacional que produce el Momento Torsor.

Una vez que hemos determinado los esfuerzos de corte finales (fuerzas sísmicas

horizontales) para cada entrepiso, es necesario distribuirlos a los pórticos, es decir a los planos sismo resistentes, en ambas direcciones x é y.

Resolver un pórtico, implica obtener los valores de los momentos flectores, esfuerzos de corte en las vigas y columnas, y los esfuerzos normales en las

columnas, producidos por las fuerzas sísmicas horizontales. Por Último, una vez resuelto el pórtico, en ambas direcciones, se tendrán

finalmente los esfuerzos finales por cargas gravitatorias y por cargas sísmicas. 3. Explique el riesgo sísmico. R.- El Riesgo Sísmico nos lleva a conocer y tomar conciencia del movimiento

ocasionado en la superficie terrestre y en su interior, debido a la Teoría de

Tectónica de Placas al conocer los límites donde se encuentran dos tipos de

placas distintas se han podido observar a lo largo de los años que son los sitios

más propensos a actividades sísmicas, también se han conocido casos de temblores alejados de los límites (sismicidad intraplacas), pero en menor cantidad,

esto nos lleva a conocer este tipo de movimientos generalmente producidos por Fallas Tectónicas, que producen una liberación de una gran cantidad de energía a lo largo de la misma, esto viene dado a que las placas ubicadas en la corteza

terrestre se encuentran en un constante movimiento que la mayoría de las veces son imperceptibles, estos movimientos pueden ser verticales, Horizontales y

Oblicuos, donde se alejan las placas, se acercan o se superponen unas sobre otras, causando depresiones o elevaciones entre las mismas. En resumen, podemos decir, que el riesgo sísmico tiene que ver directamente con nuestra

ubicación geográfica y nuestra cercanía a las fallas existentes (mas cerca de las fallas = mayor riesgo sísmico; mas alejado de las Fallas = menor riesgo sísmico).

4. Describa los métodos para determinar el riesgo sísmico. R.- AMENAZA SÍSMICA: Se puede realizar en base a métodos probabilísticos,

donde podemos utilizar datos como: Estudios Geológicos, Sismológicos, y Geotécnicos, Tipo y características de la fuente de información sísmica; sismicidad

histórica de la zona, magnitudes máximas de acuerdo a las fallas y longitudes de ruptura posibles, distribución espacio-temporal de los sísmos en o cerca de la zona a estudiar, Atenuación de las Ondas Sísmicas y Registros Acelerográficos

disponibles. Es importante aclarar en este punto que la intensidad del sismo esperable en el

sitio debe ser entendida en términos generales como los valores de aceleración, velocidad, desplazamiento o coordenadas espectrales de cualquier variable que permita inducir sobre la estructura solicitaciones que requieran su respuesta ante

ella dinámicamente. VULNERABILIDAD SÍSMICAS: es la afectación o daño que van a tener las

estructuras ante la ocurrencia del sismo. Se calcula la pérdida (estructural y no estructural) probable de cada una de las edificaciones que componen la ciudad y

el escenario final de riesgo se determina como la suma de las contribuciones particulares de pérdidas.

PÉRDIDAS MATERIALES: se calculan como el producto del costo de los

elementos estructurales por el porcentaje de pérdidas de los elementos

estructurales, más el costo de los elementos no estructurales por el porcentaje de pérdidas para los elementos no estructurales. De este costo una fracción es

estructural y la otra corresponde a elementos no estructurales. OBTENCIÓN DE LOS ÍNDICES DE DAÑO: Como se describió anteriormente

para la obtención de las pérdidas (Riesgo), es necesario evaluar individualmente los índices de daño. En tal sentido se hace necesario evaluar los desplazamientos

que tendrá la estructura y compararlos con los desplazamientos limites para cada nivel de daño. Vulnerabilidad Física, Funciones de daños, Daños Estructurales,

FRTIPO: Este factor permite calcular la aceleración basal resistente elástica, este

factor es el definido en los códigos como el factor de reducción de fuerzas. UMON: Variable que describe la ductilidad máxima que puede desarrollar

determinado tipo estructural. DLAST, DCOLA: Derivas Límites: Los valores de las derivas de fisuración y de

agrietamiento de la mampostería, DLAST y DCOLA respectivamente, han sido

bien estudiados en muchas partes del mundo, con resultados muy estables y bien definidos. PROGRAMA DE COMPUTADOR PERCAL VERSIÓN MILLENIUM: está

transformado específicamente para realizar una evaluación de vulnerabilidad y

pérdidas predio a predio; posteriormente arroja datos de vulnerabilidad y pérdidas por manzana haciendo una ponderación de pesos por área de los predios que corresponden a la manzana. El programa recibe la información por medio de tres

archivos: de datos generales, de datos de los predios, y el de datos de los espectros de respuesta de cada uno de los tipos de suelo.

MAPA DE VULNERABILIDAD INDICATIVA: Para el cálculo de las

vulnerabilidades totales por manzanas se realiza una sumatoria de pesos por área construida. Donde, se toman en cuenta el Índice de daño total de cada uno de los

predios correspondientes a la manzana, el Área construida de cada predio y el Área total construida de la manzana. 5. Describa las tendencias actuales en los diseños sismo resistentes. R.- En la actualidad se los sistemas de protección sísmica posee cuatro

categorías, en las que podemos mencionar: Los Sistemas de Control Pasivo: Son los sistemas que reaccionan alterando el

comportamiento dinámico de una estructura, mientras reducen los desplazamientos provocados por el sismo. Lo más interesante de estos sistemas

es que son económicos además de tener un cierto grado de simplicidad de comportamiento, lo que hace fácil comprender su funcionamiento. Se clasifican en sistema de aislamiento de la base, disipadores de energía y de masa sintonizada.

Los Sistemas de Control Activo: Son los sistemas donde se generan

fuerzas para modificar la respuesta dinámica de la estructura; las fuerzas son aplicadas mediante actuadores integrados a un conjunto de sensores, controladores y procesadores de información en tiempo real. Estos sensores

miden las excitaciones externas y la respuesta dinámica de la estructura, mientras que los dispositivos de procesamiento en tiempo real procesan la información

proveniente de los sensores calculan las fuerzas necesarias para contrarrestar los movimientos sísmicos.

Los Sistemas de Control Híbridos: Son una combinación de sistemas Activos y

Pasivos con el fin de incrementar la confiabilidad y eficiencia del control estructural. Los sistemas híbridos más desarrollados son los osciladores híbridos y

aislamiento activo. Y los Sistemas de Control Semi-Activos: Funcionan similarmente a los sistemas

activos, con la diferencia de que el control estructural se obtiene a partir de dispositivos de carácter reactivo, cuyas características mecánicas de rigidez o

amortiguamiento son controlables, lo cual permite modificar las propiedades dinámicas de la estructura con costos energéticos muy reducidos. 6. Explique los criterios fundamentales para el diseño sismo resistente. R.- LONGITUD EN PLANTA: influye en la respuesta estructural ante la

transmisión de ondas en el terreno producidas por el movimiento sísmico. Donde podemos detallar que a mayor longitud en planta empeora el comportamiento estructural, debido a que la respuesta de la estructura ante dichas ondas puede

diferir considerablemente de un punto de apoyo a otro de la misma edificación.

La recomendación práctica de utilizar la relación práctica: L2 / L1 ≤ 2,3 Para solucionar dicho problema se insertan juntas totales, de tal manera que cada

una de las estructuras separadas se trate como una estructura corta. Estas juntas deben ser diseñadas para que no se produzcan choques entre las partes

separadas, a consecuencia del movimiento de cada una. FORMA DE LA PLANTA: La forma influye en la respuesta de la estructura ante la

concentración de esfuerzos generada en ciertas partes, debido al movimiento sísmico. Los sitios más vulnerables son los ángulos de quiebre entre partes de la

estructura, cuyo problema se puede resolver colocando apropiadamente las juntas totales.

Otras posibles soluciones son: colocar elementos rigidizadores en las plantas en forma de “H” y “U”, Modificar ligeramente la sección para suavizar el ángulo en la

zona de quiebre. La Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 establece la limitación del 40% para el coeficiente de longitudes, si no se presentan otras condiciones negativas.

PROBLEMA DE CONFIGURACIÓN VERTICAL: Se refiere a las irregularidades

verticales que al estar presentes en las edificaciones, ocasionan cambios bruscos de rigidez y masa entre pisos consecutivos, lo que se traduce en concentraciones de esfuerzos. deben evitarse, en lo posible, los escalonamientos y tratar que los

cambios de un nivel a otro sean lo más suaves posibles, sobre todo en edificaciones tan importantes como hospitales y centros de salud.

La Norma Venezolana establece que la irregularidad Vertical se mide L > 1.3 L1 en estructuras escalonadas; y L / L1 > 0,1 en estructuras con voladizos inclinados.

PROBLEMA DE CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL: Son problemas inherentes

al propio diseño estructural, que influyen directamente en el comportamiento de la edificación a lo largo de su vida útil y repercuten en el desempeño ante un evento

sísmico. Donde podemos resaltar: - Concentraciones de Masa: Se refiere a problemas ocasionados por

concentraciones de masa en algún nivel de la edificación al colocar elementos de gran peso como: equipos, tanques, piscinas, archivos o depósitos, entre otros. El

problema se agrava a medida que dicha carga es colocada en los niveles más elevados, debido a que la aceleración sísmica es mayor.

- Columnas Débiles: El diseño ideal es “Columna fuerte – Viga débil”, en el cálculo se debe verificar que el momento resistente total en la columna dividido entre el de

las vigas sea mayor o igual a 1,20. - Columnas Cortas: La falla se debe al hecho de que las columnas de un mismo

nivel presentan similar desplazamiento lateral durante un sismo (algunas columnas presentan grietas a 45º, donde, La columna diseñada como dúctil, se

convierte en frágil y falla la zona no confinada), sin embargo al ser las columnas cortas más rígidas absorben mucha más fuerza lateral. Al ver reducida su longitud libre, se aumenta de manera inversamente proporcional la fuerza cortante.

- Pisos Débiles: Esto se puede atribuir a la diferencia de altura entre pisos

consecutivos o a la ausencia de algún elemento estructural. La ausencia o falta de continuidad de columnas, ha sido una causa de muchos colapsos de estructuras sometidas a movimientos sísmicos.

- Excesiva Flexibilidad estructural: Las edificaciones excesivamente flexibles, son

más susceptibles a sufrir grandes desplazamientos laterales entre niveles consecutivos, por el movimiento debido a fuerzas sísmicas. Las principales causas de la flexibilidad estructural son: La Excesiva distancia libre entre elementos

verticales (luces o vanos), La Altura libre entre niveles consecutivos, la Poca rigidez de elementos verticales o La Discontinuidad de elementos verticales.

- Excesiva flexibilidad en diafragmas: En la Norma Venezolana: COVENIN 1756-1:2001 “Edificaciones Sismorresistentes”, se especifica que un diafragma se

considera flexible cuando: i) La rigidez en su plano sea menor a la de una losa equivalente de concreto

armado de 4 cm. de espesor y la relación largo/ancho no sea mayor que 4,5. ii) Un número significativo de plantas tenga entrantes cuya menor longitud exceda el cuarenta por ciento (40 %) de la dimensión del menor rectángulo que inscribe a

la planta, medida paralelamente a la dirección del entrante; o cuando el área de dichos entrantes supere el treinta por ciento (30 %) del área del citado rectángulo

circunscrito. iii) Las plantas presenten un área total de aberturas internas que rebasen el veinte por ciento (20 %) del área bruta de las plantas.

iv) Existan aberturas prominentes adyacentes a planos Sismorresistentes

importantes o, en general, cuando se carezca de conexiones adecuadas con ellos. v) En alguna planta el cociente largo/ancho del menor rectángulo que inscriba a

dicha planta sea menor que 5. - Columnas No Alineadas: Cuando varias de las columnas no están alineadas con

los ejes predominantes de la estructura, se dice que no existe claridad estructural, Esto impide que se puedan determinar con mayor precisión las acciones sobre los

elementos de la estructura. Además se introducen efectos secundarios en el diafragma, que producen agrietamiento por concentración de esfuerzos.

- Dirección Poco Resistente a Fuerzas Horizontales: En general debe alternarse la orientación de los elementos verticales, para que las rigideces laterales sean

similares. Cuando la menor dimensión de todas o la mayoría de las columnas rectangulares de una edificación se encuentran orientadas en la misma dirección, ésta es poco resistente a fuerzas horizontales debido a sismo.

- Torsión: Se presenta por la excentricidad entre el centro de masa y el centro de

rigidez. A medida de que el edificio sea más simétrico, se reducirá su tendencia a sufrir concentraciones de esfuerzos y torsión, y su comportamiento ante cargas sísmicas será menos difícil de analizar y más predecible. La simetría va desde la

geometría de la forma exterior, hasta las distribuciones internas de elementos resistentes y componentes no estructurales. En los casos donde existen muros,

núcleos de ascensores o tabiquería, hacia un lado de la edificación, el centro de rigidez se desplaza en esa dirección. Debido a esto se generan deformaciones no previstas en el cálculo estructural.

- Transición en Columnas: Cuando columnas de niveles adyacentes varían

bruscamente de forma, se generan grandes esfuerzos y se presentan problemas de discontinuidad del acero longitudinal, ocasionando fallas en los nodos.

- Ausencia de Vigas: Los sistemas estructurales formados por losas y columnas (sin vigas), presentan un pobre desempeño ante eventos sísmicos. La columna

actúa como un punzón ocasionando daños severos en la losa. En la Figura 31 se muestran estructuras ubicadas en Kocaeli-Turkía, dañadas en el sismo del agosto de 1999. Los sistemas presentan losas de espesores entre 8 y 12 cm y vanos (luz

libre) mayores a 4 m.

- Poca cuantía de Refuerzo Transversal: Cuando se presenta mal armado del refuerzo transversal, el diámetro de la cabilla es insuficiente o están muy separadas, se evidencian daños en los elementos estructurales. Los ganchos en

los extremos de los estribos deben tener un ángulo mayor o igual a 135º (Figura 32), para lograr un amarre adecuado. Cuando el ángulo del gancho es a 90º

(Figura 33), éste puede abrirse con el movimiento sísmico (COVENIN, 1985). - Fundaciones Inadecuadas: Es imprescindible, para toda obra de ingeniería,

realizar un estudio de suelos por expertos en el área. Dicho estudio dependerá de

la altura, peso y uso de la edificación. Evidentemente, escoger el tipo de fundación

adecuado dependerá de las características de la estructura, del estudio de suelos y la actividad sísmica probable de la zona. No se deben admitir sistemas diversos

dentro de una misma unidad, por ejemplo: algunas columnas sobre pilotes y otras sobre fundaciones directas.

- Choque entre Edificaciones: Esto ocurre cuando el movimiento de un edificio, durante el sismo, queda impedido por otro muy cercano y, en general, más rígido.

Al chocar se generan fuerzas cortantes en las columnas golpeadas. Es conveniente crear amplias juntas totales entre edificios de diferentes alturas, para que puedan oscilar de forma distinta durante un movimiento sísmico y evitar así el

choque violento entre ellos.

Se debe impedir que edificios de diferentes alturas puedan estar juntos y a partir de cierta altura, éstos deben estar aislados. Otra causa del problema es cuando edificios cercanos presentan alturas distintas de entrepisos o niveles distintos de

pisos.

- Efectos Indirectos: Los efectos locales indirectos como licuefacción, asentamientos, deslizamientos y avalanchas, pueden ser causa de importantes

daños en estructuras, ocasionando en muchos casos pérdidas humanas. Por esta razón es importante mencionar, que es imprescindible para toda obra de

ingeniería, realizar un estudio de suelos por expertos en el área. - Calidad de los Materiales y Procesos Constructivos: La calidad de los materiales

utilizados y el adecuado proceso constructivo, son fundamentales para que el comportamiento de la edificación sea lo más cercano al de diseño.

7. Exponga la conclusión obtenida en la realización del Estudio de Caso sobre las fallas sísmicas.

R.-