Vulnerabilidad y Proyecto Sismo-Resistente

Transcripción

1 DECANATO DE INGENIERIA CIVIL Vulnerabilidad y Proyecto Sismo-Resistente Aspectos generales de la ingeniería sísmica Por: Ronald Ugel/Reyes Herrera

2 Los edificios vibran en tres direcciones cuando sufren la acción de terremotos. Habitualmente las componentes más peligrosas son las horizontales; las componentes verticales deben considerase si hay grandes luces o grandes voladizos.

3 En los terrenos más rígidos los terremotos son más rápidos (contienen más frecuencias altas) mientras que en los terrenos más blandos son más lentos (contienen más frecuencias bajas).

4 La severidad de un terremoto suele expresarse en función del período de retorno T. La relación entre el período de retorno de un sismo y la probabilidad p n de ser excedido en n años viene dada por T = n / ln(1 p n ). Por ejemplo, para n = 50 años y T = 2475 años es: p 50 = 1 e 50/2475 = 0,02.

5 N Curvas de Iso aceleración Período de retorno : 475 años Barquisimeto Cabudare

6 Barquisimeto Cabudare

7 Como se miden los terremotos? La intensidad es un parámetro local y se refiere al nivel de daño experimentado por las construcciones en una determinada ubicación. Se mide habitualmente en la escala de Mercalli modificada (grados I a XII). La intensidad se va atenuando con la distancia al epicentro. La magnitud es un parámetro global del terremoto (no depende de la ubicación) y mide aproximadamente la energía liberada. Se trata de una escala logarítmica (un terremoto de magnitud 5 tiene 10 veces más energía que uno de magnitud 4). La Magnitud es un concepto introducido en el siglo XX, cuando se dispone de instrumentos capaces de medir el movimiento del suelo al paso de las ondas sísmicas de muy pequeña amplitud. Se fundamenta en medidas de amplitud del movimiento del suelo en campo lejano y fue introducido por Richter en 1937.

8 La escala de Ritcher no es fácilmente generalizable ya que tiene las siguientes elecciones arbitrarias: Se limita a un tipo de sismógrafo. Usa logaritmos decimales. La función de calibración es específica para California. Además tiene las siguientes hipótesis implícitas: El sismograma de un sismo grande es una amplificación de uno pequeño (no es cierto.) Homogeneidad de los caminos recorridos por los sismos y del lugar de emplazamiento del instrumento registrador (no es cierto.) Homogeneidad del modelo radiativo (no es cierto tampoco para las ondas superficiales.) Calibración sólo válida para terremotos ocurridos y registrados en California.

9 En la actualidad las fórmulas de magnitud, se fundamentan en la medida del movimiento real del suelo (velocidad) de forma que es posible utilizar las fórmulas para cualquier tipo de sismógrafos. La expresión actualmente utilizada es la de Magnitud del Momento Sísmico M w o simplemente M, que se halla relacionando las dimensiones de la falla causante y las constantes elásticas del medio circundante al terreno del epicentro.

10 Intensidades I-III no producen daños; Intensidad IV produce alarma pero no daño I. Sólo es detectado y registrado por los sismógrafos. II. La sacudida es perceptible solamente por algunas personas en reposo, en particular en los pisos superiores de los edificios. III. IV. La sacudida es percibida por algunas personas en el interior de los edificios y sólo en circunstancias muy favorables en el exterior de los mismos. La vibración percibida es semejante a la causada por el paso de un camión ligero. Observadores muy atentos pueden notar ligeros balanceos de objetos colgados, más acentuados en los pisos altos de los edificios. El sismo es percibido por muchas personas en el interior de los edificios y por algunas en el exterior. Algunas personas que duermen se despiertan pero nadie se atemoriza. La vibración es comparable a la producida por el paso de un camión pesado con carga. La ventanas, puertas y vajillas vibran. Los pisos y muros producen chasquidos. El mobiliario comienza a moverse. Los líquidos contenidos en recipientes abiertos se agitan ligeramente. Los objetos colgados se balancean ligeramente.

11 Grados de intensidad V-VII Se producen daños ligeros en las construcciones V. a) El sismo es percibido en el interior de los edificios por la mayoría de las personas y por muchas en el exterior. Muchas personas que duermen se despiertan y algunas huyen Los animales se ponen nerviosos. Las construcciones se agitan con vibración general. Los objetos colgados se balancean ampliamente. Los cuadros golpean sobre los muros o son lanzados fuera de su emplazamiento. En algunos casos los relojes de péndola se paran. Los objetos ligeros se desplazan o vuelcan. Las puertas o ventanas abiertas baten con violencia. Se vierten en pequeña cantidad los líquidos contenidos en recipientes abiertos y llenos. La vibración se siente en la construcción como la producida por un objeto pesado arrastrándose. b) En las construcciones de mampostería o madera son posibles ligeros daños. c) En ciertos casos se modifica el caudal de los manantiales.

12 Grados de intensidad V-VII Se producen daños ligeros en las construcciones VI. a) Lo sienten la mayoría de las personas, tanto dentro como fuera de los edificios. Muchas personas salen a la calle atemorizadas. Algunas personas llegan a perder el equilibrio. Los animales domésticos huyen de los establos. En algunas ocasiones la vajilla y la cristalería se rompen, los libros caen de sus estantes, los cuadros se mueven y los objetos inestables vuelcan. Los muebles pesados pueden llegar a moverse. La campanas pequeñas de torres y campanarios pueden sonar. b) Se producen daños moderados en algunas construcciones de madera o mampostería. Se producen daños ligeros en algunas construcciones de bloques de cemento o arcilla y muchas de mampostería. c) En ciertos casos pueden abrirse grietas de hasta un centímetro de ancho en suelos húmedos. Pueden producirse deslizamientos en las montañas. Se observan cambios en el caudal de los manantiales y el nivel de agua de los pozos.

13 Grados de intensidad VII Daños moderados. Primeros daños en carreteras y canalizaciones VII. a) La mayoría de las personas se aterroriza y corre a la calle. Muchas tienen dificultades para mantenerse en pie. La vibraciones son sentidas por personas que conducen automóviles. Suenan las campanas grandes. b) Muchas construcciones de mampostería sufren daños graves y algunas incluso destrucción. Muchas construcciones de bloques sufren daños moderados. Algunas construcciones aporticadas experimentan daños ligeros. c) En algunos casos se producen deslizamientos en las carreteras que transcurren sobre laderas con pendientes acusadas; se producen daños en las juntas de las canalizaciones y aparecen fisuras en muros de piedra. Se aprecia oleaje en las lagunas y el agua se enturbia por remoción del fango. Cambia el nivel del agua de los pozos y el caudal de los manantiales. En algunos casos, vuelven a manar manantiales que estaban secos y se secan otros que manaban. En ciertos casos se producen derrames en taludes de arena o grava.

14 Grados de intensidad VIII Daños severos en las construcciones Daños en las líneas vitales VIII. a) Miedo y pánico general, incluso en las personas que conducen automóviles. En algunos casos se desgajan las ramas de los árboles. Los muebles, incluso los pesados se desplazan o vuelcan. La lámparas colgadas sufren daños parciales. b) Muchas construcciones de mampostería sufren destrucción y algunas colapso. Muchas construcciones de bloques sufren daños graves y algunas destrucción. Muchas construcciones aporticadas sufren daños moderados y algunas graves. En ocasiones se produce la rotura de algunas juntas de canalizaciones. Las estatuas y monumentos se mueven y giran. Se derrumban muros de piedra. c) Pequeños deslizamientos en las laderas de los barrancos y en las trincheras y terraplenes con pendientes pronunciadas. Grietas en el suelo de varios centímetros de ancho. Se enturbia el agua de los lagos. Aparecen nuevos manantiales. Vuelven a tener agua pozos secos y se secan pozos existentes. En muchos casos cambia el caudal y el nivel de agua de los manantiales y pozos.

15 Grado de intensidad IX Daños graves IX. a) Pánico general. Daños considerables en el mobiliario. Los animales corren confusamente y emiten sus sonidos peculiares. b) Muchas construcciones de mampostería sufren colapso. Muchas construcciones de bloques sufren destrucción y algunas colapso. Muchas construcciones aporticadas sufren daños graves y algunas destrucción. Caen monumentos y columnas. Daños considerables en depósitos de líquidos. Se rompen parcialmente las canalizaciones subterráneas. En algunos casos los carriles de ferrocarril se curvan y las carreteras quedan fuera de servicio. c) Se observa con frecuencia que se producen extrusiones de agua, arena y fango en los terrenos saturados. Se abren grietas en el terreno de hasta 10 cm de ancho y de más de 10 centímetros en las laderas y en los márgenes de ríos. Aparecen además numerosas grietas pequeñas en el suelo. Desprendimientos de rocas y aludes. Muchos deslizamientos de tierras. Grandes olas en lagos y embalses. Se renuevan pozos secos y se secan otros existentes.

16 Grado de intensidad X Catástrofe X. a) La mayoría de construcciones de mampostería A sufren colapso. Muchas construcciones de bloques sufren colapso. Muchas construcciones aporticadas sufren destrucción y algunas colapso. Daños peligrosos en presas; daños serios en puentes. Los carriles de las vías férreas se desvían y a veces se ondulan. Las canalizaciones subterráneas son retorcidas o rotas. El pavimento de las calles y el asfalto forman grandes ondulaciones. b) Grietas en el suelo de algunos decímetros de ancho que pueden llegar a un metro. Se producen anchas grietas paralelamente a los cursos de agua. Deslizamientos de tierras sueltas en las laderas con fuertes pendientes. En las riveras de los ríos y en las laderas escarpadas se producen considerables deslizamientos.. Desplazamientos de arenas y fangos en las zonas litorales. Cambio de nivel de agua en los pozos. El agua de canales y ríos es lanzada fuera de su cauce normal. Se forman nuevos lagos.

17 Grado de intensidad XI Catástrofe Destrucción de las líneas vitales. XI. a) Daños importantes en construcciones, incluso en las bien realizadas, en puentes, presas y líneas de ferrocarril. Las carreteras importantes quedan fuera de servicio. Las canalizaciones subterráneas quedan destruidas. b) El terreno queda considerablemente deformado tanto por desplazamientos laterales como verticales y con anchas grietas. Muchos deslizamientos de terrenos y caídas de rocas.

18 Grado de intensidad XII Gran Catástrofe XII. a) Prácticamente se destruyen o quedan gravemente dañadas todas las estructuras, incluso las subterráneas. b) La topografía cambia. Grandes grietas en el terreno con importantes desplazamientos horizontales y verticales. Caídas de rocas y hundimientos en los escarpes de los valles producidas en vastas extensiones. Se cierran valles y se transforman en lagos. Aparecen nuevas cascadas y se desvían los ríos.

19 Desde la década del 70 del siglo pasado, los sismólogos han desarrollado una medida directa de la energía disipada después de un sismo; se llama Momento sísmico M 0 y se expresa como el producto de la resistencia a cortante de la corteza terrestre de la zona del epicentro (en dinas/cm2), por el área de ruptura de la falla involucrada en el movimiento (en cm2), por el deslizamiento de dicha falla (en cm). Definido de esta manera, M 0 tiene unidades de momento o energía. Este M 0 se relaciona con la escala para medir las magnitudes de los sismos a través de la expresión: M w = 2(logM 0 ) 10.7 M w o M es la magnitud del Momento sísmico

20 Sismos de magnitudes M w < 3 son instrumentales y difícilmente percibidos por las personas; Sismos de magnitudes 3 M w < 5 rara vez producen daños, excepto que sean muy superficiales y muy cerca del epicentro; Sismos de magnitudes 5 M w < 7 afectan zonas relativamente pequeñas y caen en la definición genérica de sismos intermedios. Sismos de magnitudes M w 7 son considerados grandes terremotos. A medida que aumenta la magnitud, crecen la zona afectada y la violencia del movimiento; no existe un límite máximo teórico pero los mayores sismos que se han estudiado han sido de alrededor de 9 en la escala de Ritcher (Siberia, Alaska, Chile, Japón.

21 La escala de Magnitud de Momento Sísmico (M W ) es logarítmica y está basada en la medición de la energía total que se libera en un sismo. A diferencia de la escala de Ritcher, no tiene un valor por encima del cual todos los terremotos más grandes reflejen magnitudes muy similares; otra ventaja es que coincide y continúa con los parámetros de la escala de Richter. La escala de Magnitud de Momento Sísmico es la más usada por sismólogos para medir y comparar terremotos de magnitudes significativas (M > 6). El National Earthquake Information Center (NEIC), dependiente del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) usa esta escala para la medición de terremotos de magnitudes 6. Es común que la prensa comunique la magnitud de un terremoto en «escala de Richter» cuando éste ha sido medido en realidad con la escala de Magnitud de Momento Sísmico. Para sismos relativamente pequeños esto es aceptable, dada la coincidencia de parámetros de ambas escalas, pero es recomendable indicar simplemente «magnitud» y evitar la coletilla «grados en la escala de Richter» para evitar errores.

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