CAPITULO I INGENIERÍA SISMORESISTENTE

Rama de la ingeniería cuyo objetivo principal es lograr un comportamiento satisfactorio de obras civiles durante los sismos.

Antes solo buscaba evitar el colapso de las construcciones; ahora trata de cuantificar este objetivo en función de probabilidad y riesgo.

En todo proyecto es necesario conocer la frecuencia y la severidad de los sismos que lo afectarán.

El comportamiento de las estructuras durante un sismo es un problema dinámico ALTAMENTE COMPLEJO; por un lado el movimiento del suelo (altamente complejo), las propiedades estructurales (rigidez, amortiguamiento) cambian durante el sismo.

Durante un sismo las estructuras sufren grandes daños por ello es importante anticipar su comportamiento, para lo cual es necesario conocer el comportamiento de los materiales así como de cada uno de los elementos estructurales que intervienen.

Para lograr estructuras resistentes a los sismos es necesario el aporte de varias disciplinas como: materiales de construcción, mecánica y dinámica estructural, sismología, geología, mecánica de suelos, concreto armado, etc.

LA INVESTIGACIÓN Y LAS LECCIONES DE LOS SISMOS PASADOS

La investigación experimental juega un papel importante en la ingeniería sismo resistente. Experimentalmente se estudia suelos, comportamiento de materiales, elementos estructurales y sistemas estructurales.

Como es altamente complicado reproducir las condiciones de campo de un terremoto en laboratorio, la investigación tiene serias limitaciones, pero resulta igualmente valioso su aporte.

Se suele indicar que los verdaderos laboratorios de ingeniería sismoresistente de las diferentes obras o proyectos, son los mismos terremotos por cuanto nos permiten evaluar el comportamiento de los diversos sistemas estructurales planteados, la confiabilidad de nuestros métodos de análisis y diseño y evidencian los errores cometidos en la etapa de diseño.

La ingeniería sismoresistente se ha desarrollado también gracias a la investigación teórica .

Mucho de lo que hoy se conoce, proviene de la observación de sismos pasados , varios criterios y reglas de buena practica , se sustentan exclusivamente de observaciones de campo, llegando inclusive a no poderlos explicar ni cuantificar.

FECHA HORA

PROFUNDIDAD

(km)

MAGNITUD

RITCHER

INTENSIDAD

MÁXIMA (MMI) ZONAS AFECTADAS EFECTOS SECUNDARIOS

17-Oct-66 16:41 38 7.5 VIII Norte de Lima Tsunami moderado

19-Jun-69 33 6.9(MS) IX Moyobamba Licuación de suelos

31-May-70 15:23 52 7.7 VIII Chimbote, Huaraz Deslizamientos, Licuación de suelos

03-Oct-74 09:21 13 7.5 VIII Lima y Sur del país Tsunami moderado

16-Feb-79 05:08 53 6.9(MS) VII Arequipa

29-May-90 21:34 33 6.4 VII Rioja Deslizamientos leves, Licuación de suelos

04-Abr-91 23:30 20 6.2 VII Moyobamba Licuación de suelos

12-Nov-96 11:59 14 7.3(MS) VII Nazca Tsunami leves, Licuación de suelos

21-Jun-01 15:30 33 8.4(Mw) VI-VII Arequipa, Moquegua, Tacna Tsunami en Camaná

15-Ago-07 18:40 30.2 7.0(ML) VII Ica, Lima Tsunami, Licuación de suelos

SISMOS MAS NOTABLES EN LOS ÚLTIMOS AÑOS EN EL PERÚ

CAPITULO II FUNDAMENTOS DE LA SISMOLOGÍA Y RIESGO SISMICO

TECTÓNICA DE PLACAS

En el siglo V a.c. Herodoto descubrió fósiles marinos en el desierto de Libia (antes fue fondo marino).

En el siglo XVII, Francisco Bacón hizo notar la correlación entre las costas orientales de américa del sur y las costas occidentales de África (alguna vez estuvieron juntas).

Hutton en 1975 trato de explicar la dinámica general del planeta.

En el siglo XIX, se postularon varias teorías, pero recién en las décadas de los 60 y 70, gracias al avance de la geología se desarrollo la actual teoría de: TECTÓNICA DE PLACAS.

Conformación de la tierra: • Núcleo generador de gradientes de alta

temperatura y cuya conformación básicamente es de Hierro y Níquel

• Manto (astenósfera y mesosfera), el primero de material semifundido sobre el cual descansa la litósfera.

• Corteza o Litosfera que descansa sobre la astenósfera, cuya superficie exterior corresponde al fondo marino y a los continentes..

La litósfera esta conformado por placas tectónicas, de las cuales las de mayor dimensión son: Pacífico, América, Euroasiática, Australia India, África y Antártida.

Antiguamente nuestro planeta estaba conformado por un solo continente llamado PANGEA.

Dichas placas se encuentran flotando y en constante movimiento (a razón de 6 cm por año – Deriva continental) debido a que estas placas descansan en la astenósfera, la cual es un material semifundido donde se presentan corrientes de convexión, debido a los altos gradientes de temperatura que se generan en el núcleo.

Según el tipo de la convergencia de las corrientes de convexión y el efecto entre placas, se generan tres tipos de límites de placas: • Convergentes, en la cual se generan dos tipos

de bordes: Borde de Subducción y Borde de Colisión

• Divergentes, la cual permite la regeneración de la corteza terrestre, se da en el fondo marino y genera las Dorsales Oceánicas (Borde de extensión) cuya características principales son su longitud, su paralelismo a los continentes y su inestabilidad.

• Transformantes, cuando las placas se deslizan paralelas al borde y en sentido contrario; este tipo de limite también se considera dentro del límite de colisión.

• Como ejemplo de borde de subducción tenemos el proceso de subducción entre la placa de Nazca y la placa Sudamericana.

• Como ejemplo de borde de colisión tenemos la interacción de las placas Indo – Australiana y Euroasiática, cuyo borde de colisión (sin buzamiento) genera la cadena del Himalaya.

• Como ejemplo de borde de transformación entre las placas de América del Norte y Pacífico tenemos la falla de San Andrés.

Casi la totalidad de los terremotos en el mundo se producen en los bordes de las placas tectónicas ; y como se verá luego las características de cada sismo, depende del tipo de borde.

BORDE DE SUBDUCCIÓN

BORDE DE COLISIÓN U OBDUCCIÓN

BORDE DE TRANSFORMACIÓN

MECANISMO DE GENERACIÓN DE TERREMOTOS

Como consecuencia de la interacción de las placas tectónicas , la litósfera está sometida a fuerzas que la van deformando paulatinamente. Mientras los esfuerzos que acompañan las deformaciones, pueden ser soportados por el material, la corteza incrementa sus deformaciones y va almacenando energía de deformación elástica; ha este proceso se conoce como REFUERZO LENTO DE ENERGÍA.

Cuando los esfuerzos en el interior alcanza valores elevados, se produce un rompimiento repentino, rompiendo la corteza y liberando la energía en forma de fricción, calor y ONDAS SISMICAS, durante unos segundos.

Durante un terremoto, el rompimiento del material empieza en una pequeña zona, de menor resistencia o de esfuerzos elevados; La zona fallada va propagándose en todas direcciones dentro de un plano, denominado plano de falla.

EPICENTRO Y FOCO El rompimiento de la corteza se produce en una

superficie considerable, pero se debe identificar un punto como inicio de la ruptura o el centro de propagación de ondas sísmicas. Este punto se denomina HIPOCENTRO o FOCO y se define con coordenadas de latitud, longitud y profundidad.

La proyección del foco a la superficie terrestre se denomina el EPICENTRO

PARÁMETROS DE FALLA

TIPOS DE FALLAS

ONDAS SÍSMICAS

ONDAS DE CUERPO Son las ondas que viajan en el interior de la tierra, son dos tipos: Ondas Primarias (P). Hace que las partículas se desplacen en la misma dirección de su propagación , causando a su paso compresión. Estas ondas son las más veloces pudiendo viajar tanto en el magma como roca y océanos. Ondas Secundarias (S). Hacen vibrar la roca en dirección perpendicular de su propagación, no pueden propagarse en los océanos debido a las deformaciones angulares que producen. ONDAS SUPERFICIALES Son de dos tipos: Ondas Love. Mueven el suelo horizontalmente en dirección perpendicular de su propagación, son las causantes de grandes daños a las estructuras. Ondas Rayleigh. Mueven las partículas en un plano vertical , haciendo describir elipses, son ondas de menor velocidad de propagación

REGISTRO DEL MOVIMIENTO DEL SUELO

En un punto de la superficie , el paso de los diferentes trenes de onda causa un movimiento altamente complejo, del cual se registra la aceleración o el desplazamiento en tres direcciones, mutuamente perpendiculares; se obtienen dos componentes: horizontal y vertical del movimiento.

Los aparatos que registran los desplazamientos y las aceleraciones se denominan SISMÓMETROS Y ACELERÓMETROS respectivamente.

SEVERIDAD LOCAL DE LA SACUDIDA, INTENSIDAD

Durante un terremoto, tanto los daños producidos como la amplitud del movimiento del suelo varían con la ubicación del lugar de observación. Generalmente a mayor distancia epicentral el movimiento y los daños decrecen. La severidad de la sacudida en una determinada ubicación geográfica se denomina INTENSIDAD y esta en función de la percepción y se cuantifica en función de los daños producidos. CATEGORIA DE LAS CONSTRUCCIONES: Tipo A: Estructuras de acero y concreto armado, diseñadas para resistir fuerzas sísmicas y que se han construido adecuadamente. Tipo B: Estructuras de concreto armado sin diseño sismoresistente detallado, pero con buena calidad de construcción. Tipo C: Estructuras sin diseño sismoresistente y con calidad de construcción regular. Tipo D: Estructuras con materiales pobres, como adobe y sin resistencia lateral

TAMAÑO DE UN TERREMOTO, MAGNITUD Y ENERGÍA

El tamaño de un terremoto, visto como un fenómeno tectónico completo, se denomina MAGNITUD y se relaciona directamente con la cantidad de energía liberada durante el evento. Una de las escalas más utilizadas es la de Ritcher quien en 1935 definió la magnitud en función de la amplitud máxima registrada a 100 km del epicentro por un sismómetro del tipo Wood – Anderson. Ritcher definió la magnitud (M) en función de la amplitud máxima (A, en ʯm), registrada a cierta distancia y un término (A0) para considerar la atenuación de la distancia.

M = log (A) – log (A0) Se han propuesto también expresiones para la magnitud en función de la amplitud máxima del suelo (a, en ʯm) y la distancia epicentral (∆ en Km), por ejemplo para terremotos en California.

M = log (a) – log (∆)-2.92 La energía liberada durante un terremoto (E, ergios) puede estimarse en función de la magnitud Ms como:

E = 11.4 + 1.5 Ms