Ing. Sismica

INTRODUCCIÓN

Los terremotos son movimientos que se producen en la corteza terrestre y, en el contexto del presente estudio, interesan por las acciones que inducen sobre las construcciones. El movimiento sísmico puede deberse a diversos fenómenos: explosiones, actividad volcánica, derrumbe de cavernas, etc. Sin embargo los sismos de importancia en ingeniería están generalmente asociados a la actividad tectónica.

Podemos interpretar el efecto de un terremoto en las construcciones, como un movimiento brusco de sus fundaciones. Estos datos se obtienen del procesamiento de la información registrada por instrumental adecuado (sismógrafos, acelerógrafos, etc.).

A fin de interpretar intuitivamente el efecto que un sismo provoca en las construcciones, observemos lo que apreciamos cuando viajamos de pie en un autobús; nosotros representaríamos el edificio, nuestros pies, las fundaciones, y el piso del vehículo, el terreno de fundación. Cada vez que el autobús experimenta un cambio en la velocidad (esto es una aceleración), sentimos una fuerza horizontal que nos empuja hacia atrás o hacia adelante según sea que arranque (aceleración positiva) o frene (aceleración negativa).

El valor de dicha fuerza dependerá de la aceleración del vehículo (que representaría la intensidad del sismo), y de nuestro peso (que representa la masa del edificio). Resulta evidente que cuanto mayor sea la aceleración y el peso, mayor será la fuerza experimentada.

De esta manera, en forma muy simplificada podemos interpretar el efecto del sismo en las construcciones como "una fuerza horizontal" cuyo valor se determina en función de la aceleración del terreno (intensidad sísmica), y de la masa del edificio (o sea de su peso).

INSIDENCIA LOS SISMOS EN LAS ESTRUCTURAS

La acción de los sismos sobre las estructuras, edificaciones y obras en general es de gran importancia, por la magnitud de los daños y fallos que ocasionan, las grandes pérdidas económicas, y sobre todo, por el gran número de víctimas humanas, tanto en muertos como en lesionados.

La carga de sismo, en zonas de actividad sísmica, es una de las más importantes a tener en cuenta en el diseño. La acción de un sismo sobre una estructura tiene aspectos netamente distintos que los de la mayoría de las otras acciones. La diferencia no reside tanto en las características dinámicas de la acción, si no en la relación entre el movimiento sísmico, las propiedades del suelo subyacente y las estructuras.

El diseño sismo resistente implica mucho más que la simple consideración, como se hace con otras cargas, de un conjunto de cargas estáticas que se aplican al modelo de la estructura; requiere, además y principalmente, la selección de un sistema estructural idóneo y eficiente para absorber los efectos sísmicos y de un cuidado especial en la observancia de requisitos de diseño de los elementos estructurales y no estructurales. Esto implica que un diseño adecuado para soportar las acciones comunes, puede resultar totalmente inapropiado para resistir efectos sísmicos, como lo demuestran las frecuentes fallas y problemas que se tienen al utilizar sistemas constructivos desarrollados para zonas no sísmicas en otras en que estos efectos son críticos.

A grandes rasgos el diseño sísmico enmarca las siguientes etapas: la selección de la composición estructural adecuada, la obtención de las acciones de diseño, el cálculo de la respuesta estructural y el diseño y detalles de la estructura. Un terremoto puede tener su centro epicentro a varios kilómetros de la estructura, tal como pasa con los ciclones, pero aquí la onda se desplaza por la corteza terrestre, por tanto su efecto llega a la estructura por los cimientos y la mueve o sacude en todas direcciones, en general, piénsese en el símil de un péndulo invertido.

La carga de sismo va en contra de la lógica estructural, pues rompe con la transferencia tradicional de carga sobre la estructura. Las otras cargas bajan, normalmente, de las losas a las vigas, de éstas a las columnas y de allí a los cimientos. En el sismo la carga comienza por los cimientos, esto le da un marcado efecto dinámico, además, las vibraciones u oscilaciones se pueden mantener sobre la estructura y provocar la resonancia.

CUANDO FALLA UN SISMO

Fallas en elementos estructurales Las estructuras tienden a fallar de diferentes maneras de acuerdo a la carga, o la situación en que dicho elemento se encuentra. Al momento en que hay una condición no deseada que hace que un elemento estructural no desempeñe una función para la cual existe, se le llama falla. Mecanismo de falla: Cuando un elemento estructural falla, ocurre un proceso o secuencia. Puede haber un mecanismo de falla o varios que se acoplan. Modo de falla: Cuando un elemento estructural falla, este adopta una configuración geométrica, a eso se llama modo de falla. Parámetro crítico: Son indicadores como la tensión, deformación, desplazamiento, carga, número de ciclos de carga, energía, los cuales se usan para definir la falla. Criterios de falla: estos son plasticidad, fractura, fatiga, desplazamientos, creep y corrosión.

Fallas en sismos

Por lo general, estas fallas pueden deberse a:

a) Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros.

b) Grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas.

c) Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante.

d) Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados.

e) Vibración torsional causada por la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez.

f) Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas,

g) Variación brusca de la rigidez a lo largo de la altura del edificio.

h) Golpeteo entre edificios.

i) Amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios.

j) Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales.

• Falla por inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros.

El colapso de los edificios se debe generalmente a la insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte como son columnas y muros. Las fuerzas de inercia, cuya variación de la base hasta la cúspide del edificio es progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cúspide, mismas que deben ser resistidas

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