c2_historia y conceptos basicos

1Clase 2 - Historia y conceptos bsicos de la Ing. Antissmica

Breve Resea Histrica

En Chile, la especialidad a seguido el camino trazado inicialmente en USA y posteriormente por Japn y Nueva Zelanda.Los desarrollos se inician en California en la dcada de los 50, con investigaciones que sentaron las bases del diseo sismorresistente, realizadas por los profesores Housner, Newmark y Clough, entre otros.

COC 3100 - Ingeniera Ssmica - Carolina Magna V. - Clase 2 2

2Breve Resea Histrica

Posteriormente, el desarrollo de los computadores permiti:

Utilizar los registros de aceleraciones obtenidos de eventos ssmicos reales (aceleracin del suelo versus tiempo).Generar modelos de comportamiento ssmico de elementos estructurales obtenidos en laboratorios universitarios, para poder predecir en forma analtica la respuesta ssmica de estructuras reales.



A partir de los aos 60, el estudio de las causas de los daos producidos por los sismos produjo un gran desarrollo de esta especialidad en diversos pases del mundo. Los sismos de Mayo de 1960 en el sur de Chile, y de Marzo de 1985 en la zona central, han dado origen a numerosas investigaciones en Chile, que han servido para adaptar a nuestra prctica nacional los avances logrados en los pases ssmicos ms desarrollados.



Cronologa de la especialidad y su efecto en Chile:


Ao Evento1928 Sismo de Talca (1 Dic. - 300 muertos y casi un millar de heridos). El

Gobierno de Chile enva proyecto de ley para reglamentar el diseo ssmico de las construcciones y la forma de aprobar los proyectos de edificacin.

1935 Empieza a regir la Ordenanza General de Construcciones y Urbanizacin.1940 Se obtiene el primer registro de aceleraciones de un evento ssmico

severo en El Centro, California.1955-60 Se desarrolla el concepto de Espectro de Respuesta Ssmica (USA).1955-60 Se desarrolla el Mtodo de los Elementos Finitos (USA), cuya aplicacin

fue motivada por el desarrollo de los computadores digitales.1956 Se efecta la Primera Conferencia Mundial de Ingeniera Antissmica,

en San Francisco, California.1959 Se establece una comisin en INDITECNOR (posteriormente Instituto

Nacional de Normalizacin), para elaborar una norma de Diseo Antissmico.




Ao Evento1960 Terremoto de Valdivia Mw 9.5 El terremoto mas grande registrado en la

historia del mundo.1963 Se desarrollan las Primeras Jornadas Chilenas de Sismologa e

Ingeniera Antissmica, en Santiago.1969 4ta Conferencia Mundial en Ingeniera Antissmica en Santiago.1972 Se oficializa la primera versin de la norma NCh 433 Diseo Ssmico de

Edificios - NCh 429.Of57 (Hormign Armado - Parte I), NCh 430.Of61 (Hormign Armado - Parte II), basados en versiones de 1952 y 1959 de la norma alemana DIN 1045 standard.

1985 Sismo de 1985, Mw 8.0 - Se obtienen en Chile los primeros registros de un evento ssmico de gran severidad.

1996 Segunda versin de la NCh433 es oficializada. Su filosofa de diseo esta basada en el comportamiento de los edificios durante el sismo de 1985. El diseo ssmico se realiza utilizando el ACI 318-95, Capitulo 2, pero excluyendo los artculos 21.6.6.1 and 21.6.6.4, donde se especifican los requisitos de confinamiento de los elementos de borde de los muros de hormign armado.




Ao Evento2003 Se oficializa la primera versin de la norma NCh 2369, Diseo Ssmico de

Estructuras e Instalaciones (Industriales).2003 Se oficializa la primera versin de la norma NCh 2745, Anlisis y Diseo

Ssmico de Edificios con Aislacin Ssmica.2009 Se modific la norma NCh433. Entre varios cambios, se actualiz el cdigo

de diseo ssmico al ACI318-05 y se reincorporaron los artculos concernientes al confinamiento de muros de hormign armado. (NCh430.Of08)

2010 Sismo del Maule, Mw 8.82011 Se oficializan los decretos supremos 60 y 61 (Se derogan los DS 117 y 118

del 2010). Entre otras cosas, se actualiza el cdigo de diseo ssmico al ACI 318-08, se actualiza el espectro de diseo y la clasificacin de los suelos, y se limita la carga axial sobre los muros de hormign armado a 35%Agfc.

Algunos Conceptos Bsicos

5Tipos de Estructuras

Tipos de Estructuras

Las solicitaciones ssmicas son uno de los problemas ms importantes que resolver a la hora de calcular y disear estructuras en un pas ssmico.La idea es evitar que las estructuras sufran daos severos cuando son sometidas a un sismo, mediante dos vas:

Disearlas para resistir las vibraciones o solicitaciones.Proporcionarles una gran resistencia Estructuras robustas.

Que puedan moverse en forma amigable con las vibraciones.

Proporcionarles una deformabilidad acorde a lo requerido sin que colapse (ductilidad) Estructuras dctiles.


6Tipos de Estruturas

Ejemplos:Bat de baseball Estructura de muros

Regla flexible Estructura de prticos


Modos y Perodo de Vibracin

7Modos y Perodo de Vibracin

Perodo, es el tiempo que demora una masa en ir y volver al mismo lugar desde donde se la deja oscilar.


Modos y Perodo de Vibracin

Las estructuras de un gld (grado de libertad) poseen slo un perodo de vibracin.Las estructuras de varios gdl poseen varios perodos de vibracin, dependiendo de la cantidad de grados de libertad que posea.


Modo 1

8Modos y Perodo de Vibracin

Las estructuras de un gld (grado de libertad) poseen slo un perodo de vibracin.Las estructuras de varios gdl poseen varios perodos de vibracin, dependiendo de la cantidad de grados de libertad que posea.


Modo 2

Modos y Perodo de VibracinComo las estructuras poseen mltiples gdl, una estructura real poseen una gran cantidad de perodos.Cada perodo de vibracin tiene asociado un modo de vibracin. La respuesta final a cualquier solicitacin dinmica, depender de dichos modos.


El perodo fundamental de vibracin (mayor) es el que discrimina entre un edificio rgido o flexible.

Rgidos => perodo bajosEdificio Jardines de Santa Isabel, Santa Victoria N352 Santiago Centro.22 pisos, T = 1.14 seg

Flexibles => perodos altosEdificio Titanium: Ty= 5.6 seg, Tx = 4.1 seg

9Amortiguamiento

AmortiguamientoCuando una estructura se encuentra en vibracin libre (sin cargas externas solicitantes), vibra con una frecuencia caracterstica (frecuencia es el recproco del perodo).

Pero en la realidad, cada ciclo la amplitud de la oscilacin disminuye hasta que finalmente se detiene.


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AmortiguamientoComo no existen fuerzas externas, la detencin de la estructura slo se puede atribuir a la transformacin de la energa mecnica en algn otro tipo de energa que pueda ser disipada al ambiente, este fenmeno se denomina amortiguamiento.El amortiguamiento puede deberse carias causas:

Calentamiento interno del material.Transferencia de energa cintica al aire circundante.Friccin interna de la estructura o con el medio circundante, etc.

El amortiguamiento es deseable, pues permite:Mitigar el efecto daino que los terremotos causan en los edificios, al reducir la amplitud de las deformaciones que producen deterioro estructural.Sin embargo, el amortiguamiento propio de las estructuras es generalmente bajo, por lo que cuando se desea reducir el dao por sismo en un edificio, es posible incorporar elementos que adicionan amortiguamiento (disipadores, aisladores, amortiguadores de masa).


Filosofa de Diseo Ssmico

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Filosofa de Diseo SsmicoFilosofa del Diseo Ssmico:

Aceptada por prcticamente todos los pases, establece que:1. Los edificios deben disearse de modo que no sufran daos de

ninguna especie durante los eventos ssmicos que ocurren frecuentemente, esto es, varias veces durante el perodo de vida til (50 a 70 aos) del edificio.

2. Las estructuras pueden sufrir daos, e incluso tener que demolerse con posterioridad, ante la eventualidad del sismo ms severo que se puede esperar en un determinado lugar, siempre y cuando se garantice que la estructura no colapsar durante la ocurrencia de este sismo severo.


Filosofa de Diseo Ssmico

Filosofa del Diseo Ssmico:Justificacin:

1. Elevado costo que significara disear las estructuras para impedir la ocurrencia de daos durante el sismo de gran severidad.

2. Muy baja probabilidad de ocurrencia de tal evento ssmico. Esta filosofa, de aplicarse adecuadamente en un determinado pas, garantiza la preservacin de las vidas humanas frente a cualquier circunstancia, junto con optimizar el uso de los recursos econmicos de la sociedad.


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Resistencia vs Ductilidad


Resistencia vs Ductilidad:Existen dos conceptos de gran importancia en el diseo sismorresistente: la resistencia lateral y la ductilidad.La resistencia lateral se refiere a la capacidad resistente horizontal que es capaz de desarrollar una estructura antes de colapsar.La ductilidad refleja la capacidad de absorcin y disipacin de energa que una estructura puede ofrecer antes de colapsar.


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Resistencia vs Ductilidad:


Debo resistir !!!

Esfuerzos mayores, desplazamientos menores

Resistencia lateral:


Resistencia vs Ductilidad:


No me caer !!!

Esfuerzos menores, desplazamientos mayores

Ductilidad:

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Resistencia vs Ductilidad:Las estructuras deben disipar la energa que el movimiento del suelo le logra traspasar durante un sismo. La forma ms efectiva de hacerlo es deformndose lateralmente y experimentando deterioros locales del material en los que se convierte energa en calor.



Resistencia vs Ductilidad:Estos deterioros implican dao interno.

Si durante el proceso, NO se alcanza a desarrollar la deformacin horizontal que lleva a la estructura a su colapso, ella sobrevivir el evento ssmico.En caso contrario, colapsar.


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Resistencia vs Ductilidad:La deformacin mxima que el sismo severo le demanda a una estructura se expresa a travs de la ductilidad, que es el cuociente entre la deformacin mxima y una deformacin horizontal de referencia (deformacin de fluencia).


maxy =

maxy


Resistencia vs Ductilidad:Para tener un satisfactorio comportamiento ssmico, el diseo debe velar por:

que la estructura disponga de una alta resistencia lateral, si es que no ofrece un comportamiento dctilo de una ductilidad suficiente para la resistencia lateral con que ha sido diseada.

En la medida que la estructura se disea con mayor resistencia lateral, menor es la necesidad de ductilidad, y viceversa. Los colapsos que se producen estn generalmente asociados a una deficiente provisin de ductilidad para la resistencia lateral que se ha considerado en el diseo.


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Resistencia vs Ductilidad:La experiencia chilena, hasta ahora ha diferido de lo que se usa en la mayora de los pases del mundo.En Chile se ha optado por proveer una alta resistencia y una baja o moderada ductilidad. Esta experiencia ha sido muy exitosa frente a eventos ssmicos severos, como el ocurrido en 1985 en la zona central de Chile.Por el contrario, el mtodo de proveer una alta ductilidad asociada a una baja o moderada resistencia lateral, no ha dado resultados satisfactorios.

Nueva Zelanda y USA.


Normativa Existente

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Normativa Existente

Normativa Existente:El objetivo fundamental de una norma es estandarizarlas metodologas y procedimientos para ciertos productos.

As se garantiza a los usuarios que estos productos pueden ser utilizados en forma confiable.

Las normas de diseo ssmico por las que se rige en la actualidad nuestro pas, estn en un nivel de desarrollo semejante al que ofrecen los pases ms avanzados en esta materia.Cuentan con la ventaja de haber sido probadas por sismos severos, como el ocurrido en Marzo de 1985, y por otros sismos de menor severidad.

Maule 2010?


Normativa Existente

Normativa Existente:Las normas son redactadas a travs de un proceso de discusin y anlisis administrado por el Instituto Nacional de Normalizacin (INN).En este proceso pueden participar todos los profesionales interesados en el tema especfico de la norma, sus usuarios y los proveedores de los materiales. Al trmino de su discusin las normas son oficializadaspor la Contralora General de la Repblica, despus de un informe favorable del Ministerio respectivo.

NCh 433 Of. 96mod2009 + DS 60 + DS 61


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Normativa Existente

Normativa Existente:La norma que controla el diseo ssmico de los edificios es la NCh 433, que ha tenido versiones oficiales y modificaciones: en 1972, 1993 y 1996, 2009, 2010 y 2011.

Cada una de estas versiones ha reflejado el avance mundial y nacional que se ha logrado respecto al comportamiento ssmico de los edificios.

En esta norma se establecen los mtodos de anlisis para obtener los esfuerzos producidos por los sismos en los elementos estructurales de los edificios y se entregan las disposiciones para proceder al dimensionamiento de las estructuras resistentes.Esta norma pretende satisfacer los principios de la filosofa de diseo expuesta anteriormente.


Normativa Existente

Normativa Existente: NCh433.Of96Mod 2009 +DSsEntre sus caractersticas ms relevantes estn la zonificacin ssmica del pas.

Una de sus falencia es no tomar en cuenta el riesgo o potencial ssmico de diferentes zonas del pas.

La diferente importancia que pueden tener los edificios desde el punto de vista ssmico, debido a:

Al grado en que es prescindible en la emergencia que ocurra un sismo severo.La cantidad de personas que se podran ver afectadas por los daos que se produzcan en el edificio.


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Normativa Existente

Normativa Existente: NCh433.Of96Mod 2009 +DSsEl uso de la norma NCh 433 no es suficiente para completar el diseo ssmico de las estructuras.Para proceder a la etapa de dimensionamiento de los elementos estructurales es imprescindible recurrir a las normas de diseo para el material especfico de la estructura.

En el caso del acero: Instituto Americano de la Construccin en Acero (AISC) ASD, LRFD.En el caso del hormign: NCh430 + DSs + Instituto Americano del Hormign (ACI) ACI 318En el caso de las construcciones de albailera: NCh 1928, para el caso de la albailera armada, y NCh 2123 para el caso de la albailera confinada.En el caso de las construcciones de madera: NCh 1198.


Normativa ExistenteNormativa Existente: NCh 2369.Of2003

La norma NCh 2369 regula el diseo ssmico de las estructuras e instalaciones industriales, materia que no est cubierta en la norma de edificios.

Basada en la experiencia chilena en el comportamiento de las estructuras y equipos industriales durante los sismos destructivos de 1960 en la zona sur y de 1985 en la zona central del pas.

La disposiciones de la norma NCh 2369 implica una mayor seguridad ssmica que la NCh 433. Esto se debe a dos razones principales:

La magnitud de las prdidas econmicas que pueden producirse en una industria debido a la interrupcin del proceso productivo por los daos producidos por el sismo en la estructura o en los equipos.El menor costo relativo de la estructura sismorresistente de una obra industrial en comparacin con el costo de los equipos que alberga.


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Normativa Existente

Normativa Existente: NCh 2745.Of2013La norma NCh 2745 establece requisitos para:

Anlisis y diseo ssmico de edificios con aislacin ssmica.El diseo de los elementos no estructurales soportados por el edificio.Los ensayos requeridos para el sistema de aislacin.

Esta norma NO incluye el diseo ssmico de edificios que usan disipadores de energa en la superestructura.


Normativa ExistenteNormativa Existente:

Existen otros tipos de estructuras para las que no existen normas chilenas de diseo ssmico.

Puentes, puertos, embalses, tneles u otras obras de infraestructura.

Tampoco existen normas de dimensionamiento para materiales o sistemas constructivos diferentes de los indicados anteriormente.

En estos casos es importante que: Los dueos de estas obras exijan el uso de normas extranjeras en el

caso que ellas existan. Requieran un proceso de revisin acucioso tanto del proceso de

diseo como del proceso constructivo. O se inclinen por el uso de un material que tenga norma de

dimensionamiento si ello es posible. Esto es de suma importancia, ya que una parte importante de los daos se han concentrado en construcciones para las cuales no se utilizaron normas de diseo.


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Normativa Existente

Normativa Existente:Es importante tener claro que las normas no pueden garantizar un buen comportamiento de las estructuras, pues ste est influido por:

La forma de dimensionamiento o diseo de elementos estructurales.

Norma del material correspondiente y Principalmente la construccin del edificio

Adems, la capacidad y seguridad ssmica del edificio se ven afectadas por:

Nivel de deterioro al que se ve expuesto. A las modificaciones que se le realicen durante su vida til. Severidad y caractersticas del evento ssmico.


Antecedentes y efectos de los sismos

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Los sismos son unas de las catstrofes naturales ms destructivas que existen.Durante toda la vida de nuestro planeta se han producido eventos ssmicos de gran magnitud, como tambin sismos pequeos que llegan a ser imperceptibles a los humanos.Algunos sismos han causado gran cantidad de prdidas humanas y materiales.


Antecedentes y efectos de los sismosLos daos ms fuertes provocados por los terremotos en las edificaciones dependen de la estructura de las mismas y de los componentes no estructurales de la obra para un mismo lugar. Para lugares diferentes, aunque cercanos, puede haber daos diferentes en estructuras similares debido a los fenmenos de ampliacin y tipo de suelo. En realidad los edificios se ven sometidos a sacudidas ssmicas diferentes que provienen del mismo terremoto. (llegada de distintas ondas ssmicas)

Si el edificio est lejos del epicentro sufre casi en su totalidad movimientos horizontales.Si est cerca sufre en mayor cuanta vibraciones verticales y tambin horizontales.


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Movimiento del suelo segn la cercana a la falla.



Las vibraciones verticales afectan especialmente a los voladizos y vigas de grandes luces, aumentando el momento e incluso pudiendo llegar a trabajar de forma invertida.

El empuje de sismo afecta de la siguiente forma:Aumenta considerablemente la cuanta de la armadura superior en vigas y viguetas al incrementarse el momento en stas, siendo ms acentuado en las plantas inferiores.Aumenta el esfuerzo de corte en vigas y viguetas.Incrementa el momento, esfuerzo de corte y axial en columnas.Aumenta las cargas las fundaciones.


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Deformacin de la estructura:Una grieta causada por un movimiento ssmico es diagonal. (Ms comunes)Para que se pueda comprender mejor el origen de esta grieta, se representa la siguiente figura:

Secuencia A-B-C




Anchorage, Alaska, U.S.A.; Marzo de 1964; Mw 9.2 y mxima intensidad M.S.K. VIII - IX

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Si se observan las puertas se puede ver como una diagonal se acorta, y la otra se alarga.


Fenmeno del aplauso:Es conveniente crear amplias juntas en edificios de diferentes alturas para que puedan vibrar de forma distinta durante un movimiento ssmico y evitar as el choque violento entre edificios.O bien, colocar dispositivos que acten como amortiguadores para estas oscilaciones, pero de todas maneras, una junta amplia es necesaria.


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Fenmeno del aplauso:La ciudad de San Francisco (USA), que result destruida durante el terremoto y posterior incendio en 1906, para evitar este fenmeno:

El actual ordenamiento urbano de la ciudad impide que edificios de diferentes alturas puedan estar juntos y a partir de cierta altura, los edificios deben estar aislados.Tambin existe un ancho mnimo de las calles para que estas puedan servir de cortafuegos en caso de incendio.

Recuerden que toda estructura vibra de acuerdo a sus perodos de vibracin.

En general, mientras ms alto el perodo ms grande la oscilacin.



Fenmeno del aplauso:Mxico; Septiembre de 1985; magnitud Richter 8,1; mxima intensidad M.S.K. IX


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Otros daos:


Mxico, Septiembre 1985




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Turqua, Agosto 1999, magnitud 7.4

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Loma Prieta CA, USA, Octubre 1989, magnitud 6.9




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Northridge CA, USA, Enero 1994, magnitud 6.7

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Kobe, Japn, Enero 1995, magnitud 6.9

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Sismos histricos

Turkmenia (ex URSS), 2.000 a.C. "algunos" muertos.Rodas (Grecia), 225 a.C.Daipul (India), 893 d.C., 180.000 muertos.Ganzah, Aleppo (Siria) 8 de septiembre de 1138, 230.000 muertos.Egipto, Siria, 5 de julio de 1201, 1.100.000 muertos.Lisboa (Portugal), 26 de enero de 1531, 30.000 muertos.Shansi (China), 1556, 830.000 muertos. Sicilia (Italia), 9 de enero de 1693, 93.000 muertos.Sicilia (Italia), septiembre de 1693, 100.000 muertos.Hokkaido (Japn), 30 de diciembre de 1730, 137.000 muertos.Pekn (China), 30 de noviembre de 1731, 100.000 muertos.Calcuta (India), 11 de octubre de 1737, 300.000 muertos.Tabrz (Irn), 1779-1780, 100.000 muertos.


Sismos histricos

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Sismos histricosNpoles (Italia), 16 de diciembre de 1875 (M ~ 6.5), 12.000 muertos.Per y Ecuador, 13 de agosto de 1868, 250.000 muertos.Per y Ecuador, 16 de agosto de 1868, 70.000 muertos.Riku-Ugo (Japn), 15 de junio de 1896, 27.120 muertos.Assam (India), 12 de junio de 1897 (M ~ 8.7), 1.500 muertos.Yakutat Bay (Alaska), 3 de septiembre de 1899 (M ~ 8.3).Yakutat Bay (Alaska), 10 de septiembre de 1899 (M~ 8.5).Per y Ecuador, 16 de agosto de 1868, 70.000 muertos.Riku-Ugo (Japn), 15 de junio de 1896, 27.120 muertos.Assam (India), 12 de junio de 1897 (M ~ 8.7), 1.500 muertos.Yakutat Bay (Alaska), 3 de septiembre de 1899 (M ~ 8.3).Yakutat Bay (Alaska), 10 de septiembre de 1899 (M~ 8.5).


Sismos histricos

San Francisco (EUA), 18 de abril de 1906 (M~7.8), 3000 muertos aprox.


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Sismos histricos

Santiago y Valparaso (Chile), 17 de agosto de 1906 (M ~ 8.2), 20.000 muertos.


Sismos histricosMessina (Italia), 28 de diciembre de 1908 (M ~ 7.5), 29.980 muertos. Kansu (China), 16 de diciembre de 1920 (M = 8.5), 200.000 muertos. Nan-Shan (China), 22 de mayo de 1927 (M = 8.3), 200.000 muertos.Assam (India), 15 de agosto de 1950 (M = 8.7), 574 muertos.Aleutianas (EUA), 9 de marzo de 1957 (M = 8.3), tsunami.

Chile, 21 de mayo de 1960 (M = 7.3 - 7.5)Sismo previo al movimiento telrico ms grande registrado.


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Sismos histricos

Chile, 22 de mayo de 1960 (M = 9.5!), 4.000 a 6.000 muertos. Es el ms grande registrado hasta hoy.

Origin tsunamis en: Japn, Hawaii, Filipinas y la costa oeste de Estados Unidos.


Sismos histricos

Anchorage (Alaska), 28 de marzo de 1964 (M = 8.5), 114 muertos, tsunami. Ancash (Per), 31 de mayo de 1970 (M = 7.9), 50.000 a 70.000 muertos. Guatemala, 4 de febrero de 1976 (M = 7.5), 23.000 muertos. Tang-Shan (China), 27 de julio de 1976 (M = 7.9), 655.200 muertos.Azerbaijn (Irn), 21 de Junio de 1990 (M = 7.7). Ms de 35.000 muertos y 10.000 heridos.


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Sismos histricos

Kobe (Japn), 17 de Enero de 1995 (M = 6.9). Ms de 5.600 muertos, 18.000 heridos y ms de 10.000 edificios destruidos.


Sismos histricosTurqua, 17 de Agosto de 1999 (M = 7.4). Ms de 7.000 muertos.

San Salvador (El Salvador), 13 de Enero de 2001 (M = 7.6). 944 muertos.

Regin de Gujarat (India), 26 de Enero de 2001 (M = 7.7). 25.000 muertos segn fuentes oficiales, aunque podran haber llegado a 100.000.

Isla de Hokkaido (Norte de Japn), 26 de Septiembre de 2003 (M = 7.8). 1 muerto, 420 heridos.


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Sismos histricos

Sumatra y Golfo de Bengala, 26 de Diciembre de 2004 (M = 7.2). El tsunami generado por la magnitud del sismo causa ms de 150.000 muertos.


Sismos histricos


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Sismos histricos


Sismos histricos

Iquique (Chile), 13 de Junio de 2005 (M = 7.9). Las cifras oficiales son de 11 muertos, 130 heridos y 180 viviendas destruidas (adobe).


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Sismos histricos

Maule - Chile 27Feb2010 Mw 8.8 - IX


Sismos histricos

Iquique - Chile 01 Abril 2014 Mw 8.2 - VIII


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A continuacin:Estudio de los sismos

c2_historia y conceptos basicos

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