ensayo de sismologia - anibal rodriguez
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UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO
DISEÑO SISMICO DE EDIFICACIONES
ENSAYO DE SISMOLOGIA Y
EJERCICIO PRÁCTICO
DE ESTRUCTURAS SISMORESISTENTES
A TRAVES DEL ANALISIS ESTÁTICO
SIMPLIFICADO
REALIZADO POR:
ARQ.ANIBAL E. RODRIGUEZ R.
PROFESOR:
ARQ. LEOPOLDO DOMINICHETTI
INDICE
1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1
2 CAPITULO I. CONCEPTOS BASICOS, CAUSAS Y CARACTERISTICAS DE LOS SISMOS ................ 2
2.1 Definición de sismo ............................................................................................................. 2
2.2 Ondas de cuerpo (primarias y secundarias) ........................................................................ 5
2.3 Ondas superficiales u Ondas L “Love” y R “Rayleigh” ......................................................... 5
2.4 Clasificación de los Sismos .................................................................................................. 7
2.4.1 Tipos de sismos y Causas ............................................................................................. 7
2.4.2 Terremotos tectónicos ................................................................................................ 7
2.4.3 Terremotos volcánicos ................................................................................................ 7
2.4.4 Terremotos de colapso ................................................................................................ 7
2.4.5 Terremotos ligados por Causas antrópicas ................................................................. 8
2.5 Sismos tectónicos ................................................................................................................ 8
2.5.1 Teoría de las placas ..................................................................................................... 8
2.5.2 Tipos de placas .......................................................................................................... 13
2.5.3 Limites de las placas .................................................................................................. 13
2.5.4 Fallas geológicas ........................................................................................................ 14
2.6 Medición y Registro de sismos .......................................................................................... 16
2.6.1 Richter: Magnitud = causa ......................................................................................... 19
2.6.2 Mercalli: Intensidad=efecto ...................................................................................... 20
2.7 Ecuación del Movimiento .................................................................................................. 23
2.8 Principio de Hamilton ........................................................................................................ 23
2.9 Principio de los desplazamientos virtuales ....................................................................... 23
2.10 Principio de D’Alembert .................................................................................................... 24
2.11 Vibración y conceptos básicos relativos a esta ................................................................. 24
2.12 Espectros de Respuesta..................................................................................................... 25
2.12.1 Espectro Elástico de respuesta .................................................................................. 25
3 CAPITULO II CRONOLOGIA DE LOS TERREMOTOS Y MAREMOTOS EN CHILE ...................... 26
3.1 Listado histórico de terremotos y tsunamis en Chile ........................................................ 26
3.2 Terremotos de mayor relevancia en la historia de Chile .................................................. 30
3.2.1 Terremoto del 08 de febrero de 1570 (Concepción) ................................................ 30
3.2.2 Terremoto del 16 de diciembre de 1575 (Valdivia) .................................................. 30
3.2.3 Terremoto de 13 de Mayo de 1647 (Santiago) ......................................................... 30
3.2.4 Terremoto del 19 de Noviembre de 1822 (Copiapó) ................................................ 30
3.2.5 Terremoto del 20 de febrero de 1835 (Concepción) ................................................ 31
3.2.6 Terremoto del 13 de agosto de 1868 (Arica) ............................................................ 31
3.2.7 Terremoto del 16 de agosto de 1906 (Valparaíso).................................................... 31
3.2.8 Terremoto del 24 de Enero de 1939 (Chillán) ........................................................... 32
3.2.9 Terremoto del 22 de mayo de 1960 (Valdivia) .......................................................... 32
3.2.10 Terremoto del 28 de marzo de 1965 (La Ligua) ........................................................ 32
3.2.11 Terremoto del 08 de julio de 1971 (Illapel) ............................................................... 33
3.2.12 Terremoto del 03 de marzo de 1985 (Algarrobo) ..................................................... 33
3.2.13 Terremoto del 13 de junio de 2005 (Tarapacá) ........................................................ 33
3.2.14 Terremoto del 27 de febrero de 2010 ....................................................................... 34
4 CAPITULO III. RESUMEN DE NORMATIVA CHILENA 433.Of1996 DISEÑO SISMICO DE
EDIFICIOS ............................................................................................................................... 35
4.1 Alcance de la NCH 433 Diseño Sísmico de edificios .......................................................... 35
4.2 Disposiciones de aplicación general .................................................................................. 35
4.2.1 Zonificación Sísmica .................................................................................................. 35
4.3 Clasificación de edificios y estructuras de acuerdo a su importancia, uso y riesgo de falla
43
4.4 Disposiciones generales sobre diseño y métodos de análisis ........................................... 44
4.4.1 Principios e hipótesis básicas .................................................................................... 44
4.4.2 Método de análisis .................................................................................................... 44
4.5 Diseño y construcción de fundaciones .............................................................................. 44
4.5.1 Especificaciones generales para el diseño ................................................................ 44
4.5.2 Fundaciones superficiales ......................................................................................... 45
4.5.3 Pilotes ........................................................................................................................ 45
4.6 Elementos secundarios ..................................................................................................... 46
4.6.1 Generalidades ........................................................................................................... 46
4.6.2 Fuerzas para el diseño de elementos secundarios y sus anclajes ............................. 46
4.6.3 Tabiques divisorios .................................................................................................... 46
5 CAPITULO IV. ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS EN ALTURA ............................................... 49
5.1 Elementos que conforman la estructura........................................................................... 49
5.1.1 Elementos principales ............................................................................................... 49
5.1.2 Elementos de distribución ......................................................................................... 50
5.2 Sistemas de estructuración ............................................................................................... 51
5.2.1 Sistema de Pórticos ................................................................................................... 51
5.2.2 Sistema de muros en voladizo y muros acoplados ................................................... 52
5.2.3 Sistema de pórticos y muros ..................................................................................... 53
5.2.4 Sistema de tubos estructurales ................................................................................. 53
5.2.5 SISTEMAS TUBO EN TUBO TUBOS EN PAQUETE ....................................................... 54
5.2.6 Sistema de megacolumnas con muros ...................................................................... 55
6 CAPITULO V. ANALISIS DEL USO DE ESTRUCTURA MIXTA EN EDIFICACIONES ..................... 55
6.1 Definición de estructura mixta .......................................................................................... 55
6.2 Utilización .......................................................................................................................... 56
6.2.1 Aspectos a Considerar ............................................................................................... 56
6.2.2 Aspectos Arquitectónicos .......................................................................................... 56
6.2.3 Aspectos Económicos ................................................................................................ 57
6.2.4 Funcionalidad ............................................................................................................ 57
6.2.5 Flexibilidad y servicios ............................................................................................... 57
6.2.6 Ensamblaje ................................................................................................................ 58
7 CAPITULO VI. EJERCICIO PRACTICO: CÁLCULO CARGAS SISMICAS EN EDIFICACION
MULTIFAMILIAR ..................................................................................................................... 59
7.1 Desarrollo ejercicio práctico.............................................................................................. 59
7.2 Determinación peso sísmico ............................................................................................. 59
7.3 Esfuerzo de cortante basal Qo .......................................................................................... 61
7.4 Distribución de las fuerzas Sísmicas en altura .................................................................. 61
7.5 Distribución de las fuerzas sísmicas en planta .................................................................. 62
7.6 Cálculo del centro de rigidez ............................................................................................. 66
7.7 Cálculo del Centro de masa ............................................................................................... 69
7.8 Excentricidad ..................................................................................................................... 71
7.9 Momento torsor (dirección x e y) ..................................................................................... 72
7.10 Determinación de fuerzas indirectas (dirección x e y) ...................................................... 73
7.11 Cálculo de fuerzas directas e indirectas ............................... ¡Error! Marcador no definido.
8 CONCLUSIONES ............................................................................................................... 79
9 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 80
1
1 INTRODUCCIÓN
Este trabajo se ha realizado como parte de los requisitos exigidos por la Facultad de
Arquitectura y Urbanismo de la Universidad de Chile para hacer la reválida del título de
Arquitectos titulados en el extranjero.
Chile, por ser este un país altamente sísmico exige que los arquitectos tengan una mayor
sensibilización por este problema para ejercer la profesión en su territorio, por esto se ha
desarrollado el presente trabajo que involucra la elaboración de un ensayo de Sismología que
permitirá tener mayor información del fenómeno sísmico en general, la cronología e historia de
los sismos en Chile, los diferentes tipos de estructuración conocidos para edificios en altura, y un
ejercicio práctico de Diseño Sísmico de edificaciones que incluye el cálculo de una edificación de
no más de 5 pisos de uso habitacional que dejará en evidencia los factores que influyen en el
diseño sismoresistente.
Los cálculos que se realizaron sobre esta edificación hipotética se hicieron por el método de
análisis estático simplificado, facilitado por el Prof. Arquitecto Leopoldo Dominichetti, e incluyeron
realizar cálculos simplificados de los esfuerzos sísmicos producidos en la edificación por corte
basal y por torsión.
El objetivo del ejercicio era que el diseño que se planteara diera un problema de asimetría,
hablando en términos de análisis estructural, lo que consiste en que el Centro de Masa de la
planta no coincida con el Centro de Rigideces de la misma, generando así un problema de torsión
de la estructura. Luego de haber cumplido con el requisito de la asimetría se procedió a realizar la
corrección de la misma, realizando cambios en las dimensiones de los muros que permitieron
equilibrar las rigideces de la planta logrando que el Centro de Masas y Centro de Rigideces se
aproximaran tanto como fuera posible.
Se describe en este documento todo el proceso de cálculo y las ecuaciones utilizadas para
cada uno de los pasos, así como los planos del proyecto del edificio hipotético.
2
2 CAPITULO I. CONCEPTOS BASICOS, CAUSAS Y CARACTERISTICAS DE LOS SISMOS
2.1 Definición de sismo
Un seísmo o sismo (del griego σεισμός [seismós] es una serie de vibraciones de la superficie
terrestre generadas por un movimiento brusco y repentino de las capas internas de esta (corteza y
manto). También llamados terremotos (del latín “terra” tierra y ”motus“ movimiento”) y temblor.
Todos los términos mencionados son sinónimos, aunque en algunas regiones geográficas este
término “temblor” se utiliza para hacer referencia a vibraciones de menor intensidad que un
terremoto.
Cuando se produce un sismo, la zona de ruptura entre las placas alcanza cierta extensión. Se
denomina foco o hipocentro de un sismo el lugar en el interior de la corteza en que se inicia la
ruptura. Se llama epicentro el lugar en la superficie más cercano al foco. Se dice entonces que la
ruptura que se inicia en el foco se propaga a través del contacto interplacas y mientras mayor es la
zona de comprometida en la ruptura, mayor será la magnitud del terremoto. En el gran terremoto
de Chile del 22 Mayo de 1960, el cual afecto la ciudad de Valdivia, se estimó que la placa de Nazca
se desplazó bajo la placa de Sudamericana más de 1 metro en por lo menos una extensión de
1.000 Km. Su epicentro se localizó en las cercanías de Lumaco, provincia de Malleco, Región de la
Araucanía, y tuvo una magnitud de 9,5 MW, una intensidad XII en la escala de Mercalli, una
duración de 10 minutos y una profundidad de 35.3 Km, siendo así el más potente registrado en la
historia de la humanidad.
El grado de daño que producen los sismos depende en gran medida de la profundidad de
ocurrencia del foco, básicamente porque las ondas que genera la energía liberada se atenúan con
la distancia y el paso de estas por las diferentes capas y sustratos de la corteza terrestre. De
acuerdo con esto los sismos se clasifican en:
Sismos de foco superficial: con una profundidad que oscila entre los 0 y 70 Km de
profundidad.
Sismos de foco intermedio: con una profundidad comprendida entre los 70 y 300 Km
Sismos de foco profundo: con una profundidad que excede los 300 Km.
3
Otro factor que influye en el grado de destrucción de los sismos es la cantidad de energía
liberada y su duración.
Un sismo de importancia siempre va acompañado de otros sismos menores que anteceden o
son posteriores al evento principal, a lo largo de un lapso de tiempo que dura varios meses e
incluso años en el caso de sismos de gran severidad. Los sismos anteriores al principal se
denominan precursores, mientras que los posteriores a este se denominan réplicas. A ubicar en un
plano todos los epicentros de sismos precursores, los sismos principales y las réplicas, se puede
determinar la zona de ruptura de la placa o falla que dio origen a este conjunto de sismos. Esto
indica que la ruptura entre las placas se produce como una secuencia o reacción en cadena en el
tiempo, hasta que la energía que se ha acumulado por la interacción entre las placas en la zona en
cuestión termina de liberarse.
Cabe mencionar que un maremoto es una onda generada por un sismo ocurrido en el fondo
del océano e implica el desplazamiento de una gran extensión del fondo marino motivado por el
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colapso de una zona de falla. En este orden, los maremotos son causados generalmente por
terremotos, menos comúnmente por derrumbes submarinos, infrecuentemente por erupciones
volcánicas submarinas y muy rara vez por el impacto de un gran meteorito en el océano. Se
producen cuando ocurren sismos extraordinariamente grandes de magnitudes que exceden los 8
grados en la escala de Ritcher. La onda u ola es capaz de viajar largas distancias sin perder energía
o amortiguarse por lo que los sismos Chilenos han producido maremotos en Japón, y viceversa
como ocurrió en Marzo de 2.011 después de un gran terremoto en Sendai Japón. El mismo
fenómeno de un maremoto, pero en un lago recibe el nombre de Seiche. Al llegar las ondas a la
costa hace que las longitudes de onda se acorten por lo que la velocidad de la masa de agua en la
dirección de desplazamiento se hace más grande y la amplitud de la onda o altura de la ola se hace
mayor.
Las erupciones volcánicas submarinas tienen el potencial de producir ondas de tsunami
verdaderamente poderosas. La gran erupción volcánica de Krakatoa, Estrecho de la Sonda,
Indonesia, en el año 1.883 generó ondas gigantescas que alcanzaron alturas de 40 metros sobre el
nivel del mar, matando más de 30.0000 personas y destruyendo numerosas aldeas costeras.
Todas las regiones oceánicas del mundo pueden experimentar tsunamis, pero en el Océano
Pacífico y en sus mares marginales hay mucha mayor ocurrencia de grandes tsunamis
destructores, debido a los muchos grandes sismos a lo largo de los márgenes de Océano Pacífico.
5
2.2 Ondas de cuerpo (primarias y secundarias)
Las internas u ondas de cuerpo, llamadas así porque se transmiten a través del volumen más
profundo de la tierra se dividen a su vez en dos tipos de ondas primarias y secundarias.
Las ondas primarias o de compresión y dilatación de la corteza (ondas P) hacen
oscilar a las partículas desde atrás hacia adelante en la misma dirección en la que se
propagan, similarmente a como lo hacen las ondas sonoras.
Las ondas secundarias o de cizalla (ondas S) producen vibraciones perpendiculares a la
propagación de las ondas P o primarias e implican deformaciones por esfuerzo de
corte del material de la corteza debido a la deformación que genera la amplitud de
onda.
Las ondas P siempre viajan a velocidades mayores que las de las ondas S; así, cuando se
produce un sismo, son las primeras que llegan y que se registran en las estaciones de investigación
geofísica distribuidas por el mundo. Las Ondas S son más lentas, es decir tienen una longitud de
onda más amplia. No se propagan en los líquidos.
2.3 Ondas superficiales u Ondas L “Love” y R “Rayleigh”
Además de las ondas que viajan a través del terreno (ondas de cuerpo) existe un tercer tipo de
ondas, llamadas “Ondas Superficiales” debido a que solo se propagan por las capas más
superficiales de la Tierra generando un movimiento de estas, haciendo que su amplitud en la
superficie sea máxima y nula en las grandes profundidades. Las ondas superficiales son generadas
por reflexión de las ondas S y/o P en la superficie libre, encontrándose básicamente de dos tipos:
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Ondas Love: de movimiento de lado a lado del suelo perpendicular a la dirección de
propagación de la onda las cuales se originan por la llegada de las ondas S.
Ondas de Rayleigh: las partículas del suelo se mueven en una forma circular o elíptica
contenidas en el plano vertical orientado en la dirección que se propaga la onda.
Similares a las ondas de las superficies de un líquido. Estas se originan a causa de la
llegada de las ondas P a la superficie.
Estas ondas pueden explicarse como causadas por la interferencia de las ondas de cuerpo
(interacción de muchas de estas ondas que viajan en diferentes direcciones), y son más lentas que
éstas. En el caso de los telesismos (los que ocurren a más de 1000 km de distancia del observador)
las ondas superficiales llegan mucho después que las de cuerpo, y podemos apreciar que
presentan dispersión; esto se debe a que las ondas de diferentes frecuencias viajan con diferentes
velocidades.
Las ondas superficiales son análogas a las ondas de agua y viajan sobre la superficie de la Tierra,
desplazándose a menor velocidad que las ondas de cuerpo. Debido a su baja frecuencia provocan
resonancia en edificios con mayor facilidad que las ondas de cuerpo y son por ende las ondas
sísmicas más destructivas.
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2.4 Clasificación de los Sismos
2.4.1 Tipos de sismos y Causas
La principal causa de la ocurrencia de los terremotos es la interacción entre las placas que
conforman la corteza terrestre, las que están en permanente movimiento, fenómeno conocido por
la tectónica de placas. Otras causas no tectónicas, que producen temblores generalmente
moderados y de efecto más local, son el volcanismo, los desplazamientos de masas al interior de la
corteza debido a cambios de volumen por efectos térmicos, el colapso de cavernas subterráneas,
los cambios de presión de fluidos en la corteza y los desplazamientos debidos al estado tensional
de la corteza.
2.4.2 Terremotos tectónicos
Estos terremotos de producen a partir de una falla tectónica. Esta se produce a partir del
escape o liberación de energía proveniente de zonas profundas y que se eleva en el interior de
dicha falla. De esta forma, a partir del proceso espontáneo o del periódico se produce el
hipocentro.
2.4.3 Terremotos volcánicos
Estos son terremotos originados al interior de un volcán tras el escape o concentración de
energía surgida de las profundidades o conformadas en la estructura volcánica, no es necesario
que exista una erupción volcánica para que se produzcan. Es en el área de la chimenea que se
libera dicha energía ya sea por el proceso periódico o el espontáneo.
Los sismos volcánicos son de magnitudes pequeñas y raras veces ocurren en sitios alejados
del volcán. Cuando un sismo es de origen volcánico, el movimiento de la tierra es rápido. Los
daños producidos por ellos son insignificantes. Pero es importante destacar que muchas zonas
volcánicas también son zonas sísmicas. Los efectos dañinos de los sismos volcánicos generalmente
se detectan en las áreas aledañas, cerca de 10 km del cráter. Sin embargo estos pueden tener
como consecuencia eventos tales como avalanchas de escombros, o contribuir en eventos como el
colapso estructural del volcán mismo.
2.4.4 Terremotos de colapso
Los terremotos de colapso constituyen una tercera categoría de sismos. Son movimientos
usualmente muy pequeños que ocurren en regiones de cavernas subterráneas y minas. La causa
inmediata de estos temblores de tierra es el colapso del techo de la mina o caverna produciéndose
el desplazamiento brusco de volúmenes de tierra y vibraciones a consecuencia de esto.
Una variedad interesante de terremotos de colapso pero a nivel superficial es el que se
produce por el deslizamiento de grandes masas de tierra, como por ejemplo ocurrió en Perú el 25
de abril de 1975, cuando a lo largo del Río Mantaro hubo un deslizamiento de tierra de
proporciones espectaculares que produjo ondas sísmicas comparadas con un terremoto leve o
moderado (4.5 en la escala de Richter) y el deslizamiento tuvo un volumen de 1,6 x 109 m3
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2.4.5 Terremotos ligados por Causas antrópicas
Se refiere a movimientos en las capas de la tierra causados por el hombre como lo pueden
constituir la llamada “voladura de minas”. Esto ocurre cuando las tensiones inducidas alrededor de
las excavaciones de la mina, hace que grandes masas de roca desaparezcan con la explosión de la
superficie de la mina, produciendo ondas sísmicas.
También se han producido en otra escala más grande ondas sísmicas o terremotos
causados por el hombre como lo son pruebas nucleares. Algunas explosiones nucleares
subterráneas han sido lo bastante grandes como para ser registradas en estaciones sismográficas
lejanas con magnitudes equivalentes a 7 en la escala de Ritchter. Un ejemplo bien recordado fue
una prueba de un artefacto nuclear al que se llamó Boxcar, en la que se liberó una energía
equivalente a la detonación producida por 1.2 millones de toneladas de TNT, en un lugar de
pruebas nucleares en Nevada, Estados Unidos, el 26 de abril de 1968. La explosión se sintió en
ciudades cercanas como las Vegas ubicada a 50 Km de distancia y tuvo una duración aproximada
de 10 a 12 segundos.
Las ondas sísmicas pueden ser generadas también artificialmente como por ejemplo el uso
de explosivos o camiones (vibroseis). La sísmica es la rama de la sismología que estudia estas
ondas artificiales por ejemplo la exploración del petróleo.
2.5 Sismos tectónicos
2.5.1 Teoría de las placas
La principal causa de la ocurrencia de terremotos es la interacción de entre las placas que
conforman la corteza terrestre, las que están en permanente movimiento, fenómeno conocido
como la tectónica de placas.
La teoría tectónica o de la deriva de los continentes, establece que la litósfera, constituida
por la corteza más la parte superior del manto de la tierra, esta divida en un número de
segmentos rígidos de aproximadamente 100 Km de espesor denominados placas, que han
experimentado desplazamientos desde hace millones de años. El material ígneo o lava que existe
en la estenósfera, parte del manto que subyace a la litósfera, de aproximadamente 150 Km de
espesor, el cual se encuentra en estado plástico fundido, sale en ciertos puntos y al solidificarse se
incorpora a estas placas. Este fenómeno, y las corrientes de convección térmica en el manto,
hacen que las placas se muevan en su afán de devolver, en otros puntos, una cantidad equivalente
del material al interior de la tierra; esto produce una tensión entre las placas en los puntos de
contacto. Cada iniciación de una ruptura es el origen de un movimiento sísmico por la energía que
se libera al producirse la ruptura y que se transmite a través de ondas en todas direcciones.
Una teoría que dio pié a la teoría de la tectónica de placas fue la que propuso el geólogo
de Nacionalidad Austriaca Eduard Suess en el año 1885, basándose en la coincidencia de la
distribución de las floras fósiles y sedimentos de origen glacial en diferentes continentes, propuso
la existencia de un supercontinente que incluía India, África y Madagascar, añadiéndose
9
posteriormente a Australia y a Sudamérica al cuál denominó Gondwana.
Para el año 1915 el astrónomo y meteorólogo alemán Alfred Wegener (1880-1930) fue
quien propuso en su libro La Formación de los Continentes y Océanos (Entstehung der Kontinente
und Ozeane) que los continentes en el pasado geológico estuvieron unidos en un supercontinente
de nombre Pangea rodeado de un mar único llamado Panthalassa, que posteriormente se habría
comenzado a disgregar hace 200 millones de años por deriva continental en dos continentes,
Gondwana (que comprendía lo que ahora es Sudamérica, África , Australia, Antárctica y la India) y
Laurasia (que comprendía Norteamérica, Europa y Asia) y entre estos existió lo que llamó el Mar
Tethys y que posteriormente se dividió en la distribución continental que tenemos en la
actualidad.
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Existe la hipótesis que Pangea a su vez se habría formado inicialmente de la unión de masas de
tierra distintas a los continentes actuales y habría durado algunos cientos de millones de años.
Tales masas provendrían a su vez de otro supercontinente que anteriormente se fragmento, de
modo que procesos similares de reunión, escisión y dispersión de continentes podrían haber
ocurrido en forma continua en los últimos 3.500 millones de años, período que corresponde
aproximadamente a la mitad de la edad de la tierra.
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Actualmente existen un total de 28 placas en nuestro planeta, las dividimos en cuatro grupos:
Placas mayores, placas medianas microplacas y el restante de las placas las cuales mencionamos a
continuación:
Placas mayores
1. Placa Pacífica: Esta abarca la mayor parte del Océano Pacífico. Es la mayor del planeta
2. Placa Antártica: Cubre absolutamente toda la Antártida y su océano circundante.
3. Placa Africana: Está conformada por África en su totalidad.
4. Placa Norteamericana: Cubre Norteamérica, Groenlandia, parte del Caribe y partes del
Atlántico, Glaciar Ártico y parte de Siberia.
5. Placa Sudamericana: Abarca toda Sudamérica y parte del Atlántico Sur.
6. Placa Euroasiática: Abarca Eurasia menos India, Arabia y Siberia.
7. Placa Indoaustraliana: Cubre la India, Australia y su océano circundante.
Placas medianas o secundarias:
8. Placa de Cocos: abarca toda América Central y limita al sur con la placa de Nazca.
9. Placa de Nazca: abarca todo el continente suramericano en su lado oeste colinda con la placa
de cocos.
10. Placa Filipina
11. Placa Arábiga
12. Placa Escocesa
13. Placa de Juan de Fuca
14. Placa del Caribe:
Microplacas
15. Birmania (sudeste asiático)
16. Yangtze (china)
17. Timor (indonesia)
18. Cabeza de Pájaro
19. Panamá
El restante de las placas
20. Rivera
21. Farallón
22. Ojotsk
23. Amuria
24. del Explorador
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25. Gorda
26. Kula
27. Somalí
28. Sunda
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2.5.2 Tipos de placas
Las placas litosféricas son esencialmente de dos tipos, según la clase de corteza que forma
la superficie. Hay dos clases de corteza: la oceánica y la continental.
Las Placas oceánicas: Están cubiertas íntegramente por corteza oceánica, delgada, de composición
básica: hierro y magnesio dominantes. Aparecen sumergidas en toda su extensión, salvo por
existencia de edificios volcánicos intraplaca, de los cuales los destacados por altos aparecen
emergidos, o por arcos insulares (de islas) en alguno de sus bordes. Los ejemplos más notables se
ubican en el Pacífico: la del Pacífico, la placa de Nazca, la placa de Cocos y la placa Filipina.
Las Placas mixtas: Son placas parcialmente cubiertas por corteza continental y así mismo en parte
por corteza oceánica. La mayoría de las placas es de estas características. Para que una placa sea
íntegramente continental tendría que carecer de bordes de tipo divergente (dorsales) en su
contorno. En teoría esto es posible en fases de convergencia y de colisión de fragmentos
continentales. Así pueden interpretarse algunas subplacas que constituyen los continentes. Valen
como ejemplos de placas mixtas la placa Sudamericana y la placa Euroasiática.
Solo existe una placa que pueda llamarse continental, y es la microplaca iraní, que carece
totalmente de bordes divergentes (dorsales).
2.5.3 Limites de las placas
Las diferentes placas tectónicas llegan a tener contacto entre sí, y muchos de estos
contactos son los culpables de terremotos, sismos, erupciones volcánicas y otro tipo de
fenómenos naturales. Existen tres tipos de límites entre placas tectónicas:
Límites divergentes o de extensión: Cuando dos placas tectónicas se alejan estas comienzan
a dejar un espacio que es luego rellenado por contenido como magma proveniente de las
capas inferiores de la Tierra.
Límites convergentes o de subducción: Cuando los límites de dos placas chocan pueden
suceder diferentes cosas. Por ejemplo: si choca una placa oceánica con una terrestre se
forma una fosa sobre el agua y una cadena montañosa en la tierra, un ejemplo de esto es la
cordillera de los Andes. Por otro lado si chocan dos placas oceánicas se forman islas, como el
caso de Japón. Y en el caso de que choquen dos placas tectónicas terrestres el resultado son
las cadenas montañosas como la del Himalaya. Además de esto cuando hay choque de placas
la presencia de sismos y terremotos es bastante notoria.
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Límites de deslizamiento horizontal o transcursión: Formada por fallas con movimiento
totalmente horizontal y cuyo ejemplo, más común, es la falla de San Andrés en California
(EEUU). En este tipo de Fallas, el desplazamiento horizontal se termina súbitamente en los
dos extremos de la misma, debido a que conectan zonas en extensión y subducción entre sí o
unas con otras. Estas fallas son necesarias para explicar el movimiento de las placas, que no
sería posible sin este tipo de margen.
Sin embargo no todos los eventos sísmicos se pueden es por un mecanismo de extensión,
subducción o transcursión. Existen también los llamados sismos intraplaca que corresponden a
fallas que se producen dentro de una placa debido a fenómenos como los inicialmente
mencionados.
2.5.4 Fallas geológicas
Cuando se habla de falla se trata de una fractura en el terreno a lo largo de la cual hubo
movimiento de uno de los lados respecto del otro. Las fallas se forman por esfuerzos tectónicos o
gravitatorios actuantes en la corteza. La zona de ruptura tiene una superficie ampliamente bien
definida denominada plano de falla, aunque puede hablarse de banda de falla cuando la fractura y
la deformación asociada tienen una cierta anchura. La formación de fallas es uno de los procesos
geológicos importantes durante la formación de montañas. Asimismo, los bordes de las placas
tectónicas están formados por fallas de hasta miles de kilómetros de longitud.
Desde el punto de vista del desplazamiento relativo de los lados o bloques implicados de la
falla bloques, las fallas se clasifican en:
15
Falla normal, directa o de gravedad: cuando el bloque colgante o de techo se desplaza
hacia abajo respecto al bloque yaciente o de muro. El plano de falla es inclinado.(ver figura B)
Falla inversa: cuando el bloque colgante se mueve hacia arriba respecto del yaciente. Se
denominan cabalgamientos a las fallas inversas de bajo ángulo de buzamiento. El plano de falla es
inclinado. (Ver figura A)
Falla transcurrente o de desgarre: cuando el desplazamiento es horizontal y paralelo al
rumbo de la falla. El plano de falla puede ser inclinado o vertical. Un tipo particular de fallas en
dirección son las fallas transformantes, que desplazan segmentos de bordes constructivos de
placas y el plano de falla suele ser vertical. (Ver figura C)
Falla oblicua o mixta: cuando el desplazamiento es oblicuo tanto al rumbo como a la
dirección de buzamiento. Se describen simplemente como una combinación de la terminología de
las anteriores, resultando cuatro casos posibles: sinistral inversa, sinistral normal, dextral inversa y
dextral normal.
Falla rotacional: cuando ha habido una componente de rotación en el desplazamiento
relativo entre los dos bloques separados por la falla. A su vez se pueden dividir en:
o Falla en tijera, cuando el eje de rotación es perpendicular al plano de falla. (ver
figura D)
o Falla cilíndrica, cuando el eje de rotación es paralelo al plano de falla. El plano de
falla suele ser curvo.
o Falla cónica, cuando el eje de rotación es oblicuo al plano de falla. El plano de falla
suele ser curvo.
16
2.6 Medición y Registro de sismos
Los sismos pueden medirse según su magnitud o su intensidad. Lo primero que hay que
entender es que Magnitud e Intensidad no es el mismo término, son palabras que no tienen el
mismo significado. El primer término, magnitud se refiere a una propiedad física o cualidad
medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como
resultado de una medición o una relación de medidas. El segundo término se refiere, cuando se
trata de sismos, a una evaluación de los daños causados por el sismo lo cual da como resultado un
número en una escala determinada, pero el análisis de los daños es vulnerable a subjetividades.
La intensidad de los sismos se miden con distintas escalas, siendo las más comunes la de
“Magnitud Local” (o también llamada Richter) y la de “Intensidad Mercalli Modificada”.
La Magnitud mide la energía liberada en el hipocentro del sismo, que es el lugar donde se
produce el choque de las placas o la ruptura de ellas. Esta se mide con instrumentos
especializados que aunque estén ubicados en lugares diferentes registrarán el mismo rango de
magnitud.
Los sismos son medidos a través de sismógrafos, se puede decir que la ciencia de la sismología
que nace con la invención del dispositivo que convierte la vibración de los movimientos de tierra,
incluso aquellos que son demasiado débiles para que el ser humano los sienta, en un registro
visible. Este instrumento, consiste en un sensor que detecta y amplifica los movimientos del suelo,
y una aguja con tinta fijada a un péndulo sencillo con una masa que ofrece inercia ante los
movimientos del sismo produce un registro visible del movimiento en un papel, llamado
sismograma.
Los sismógrafos están diseñados para reaccionar ante el movimiento del suelo en una
dirección dada. Dependiendo del diseño, pueden responder a los movimientos verticales u
horizontales.
El principio de funcionamiento mecánico de un sismómetro de movimiento horizontal es
idéntico a uno de movimiento vertical como se puede observar en la imagen anterior.
17
El sismograma es la conversión de la señal sismógrafo a un registro temporal del evento
sísmico. En los primeros días de la sismología moderna, la forma más común de obtener
directamente un registro visible es utilizar un tambor de papel que gira a velocidad constante a fin
de proporcionar una escala de tiempo en el registro.
La invención del sismógrafo electromagnético permite la conversión de señal sísmica en una
señal eléctrica, que se registra.
Existen sismógrafos aun más modernos convierten la señal eléctrica en una señal digital, que
se registra en medios magnéticos. Además de los registros digitales que tienen una mayor
fiabilidad que la analógica, tienen la gran ventaja de ofrecen una información digital lista para el
procesamiento numérico.
El sismograma de un terremoto lejano contiene numerosas llegadas de ondas sísmicas que
viajaban a través de diferentes vías a través de la Tierra desde la fuente hasta el receptor. Debido
a este hecho, la interpretación de un sismograma suele ser bastante complejo y requiere de una
experiencia considerable. Cada tren de ondas que se registra en el sismograma es nombrado por
el término de fase.
Las ondas P se mueven más rápido y a consecuencia son las primeras en llegar. Por lo tanto, la
primera etapa corresponde a un sismograma llegada de este tipo de ondas. Luego vienen las
ondas S, que normalmente tienen una amplitud mayor que la de las ondas P. Luego vienen los
trastornos asociados con las ondas de superficie (ondas con mayor longitud de onda), que también
se caracteriza por tener una amplitud mayor que las ondas de cuerpo. Las ondas más largas, las
ondas Love se mueven casi con la misma velocidad de las ondas S en la superficie ya que son
consecuencia de las ondas P y así llegan más rápido que las ondas de Rayleigh.
Las fases detectadas en los sismogramas dependen del tipo de sensor utilizado y de la
orientación relativa de la estación sismográfica, con respecto a la dirección de llegada de las ondas
sísmicas. Por ejemplo, un sismómetro componente vertical puede detectar las ondas P, SV (S
verticales) y R pero no las ondas SH (S horizontales) y L, mientras que un sismómetro componente
horizontal se puede detectar fases P, SH (S horizontal), R y L. Los dos sismogramas representan en
la Figura ilustran claramente lo que se dice. Observe que en el componente horizontal del
18
sismograma es prácticamente imposible distinguir la llegada de las ondas P ondas. Esto es debido
al hecho de que la estación estaba orientada casi en paralelo a la dirección de propagación del
rayo sísmico.
Una estación sismográfica debe tener tres sismómetros diferentes: uno sensible a las
vibraciones de norte a sur, la otra de este a oeste, y un tercero para detectar de las vibraciones
verticales. Con los datos registrados por este equipo puede determinar la distancia y la dirección
del epicentro, la magnitud y el tipo de falla que originó el sismo. Actualmente utilizar redes
sismográficas que unen varias estaciones, permite más precisión para determinar la ubicación del
epicentro e hipocentro y producir mejores estimaciones de otros parámetros.
Con respecto a la intensidad de los sismos y su registro, se trata de una medida subjetiva ya
que es decidida por una persona en base a los daños y efectos observados de un sismo en las
construcciones, objetos, terreno y el impacto que provoca en las personas luego de haber
sucedido el sismo. . Su valor depende de la distancia del epicentro, tipo de construcción, calidad
del suelo o roca de la localidad y del lugar que ocupan las personas. La escala más usada en el
mundo para determinar la intensidad es la Escala de Mercalli Modificada. En esta se establecen
doce grados en números Romanos, para no dar cabida a números que no sean enteros. Un
determinado evento sísmico puede tener varias intensidades en las diferentes ciudades y pueblos,
lo cual permite determinar las líneas isosistas o líneas que separan áreas de igual intensidad
sísmica.
19
La imagen muestra las
intensidades sísmicas y mapa
de isosistas dentro de la zona
de daños del terremoto del
27 de febrero del 2.010. Los
números romanos
corresponden al valor de la
intensidad sísmica en la
escala MSK (Medvedev -
Sponheuer – Karnik) y los
números son los sitios que se
visitaron para hacer la
evaluación y determinar la
intensidad del sismo.
2.6.1 Richter: Magnitud = causa
La escala de Richter mide la magnitud de un sismo. A través de ella se puede conocer la
energía liberada en el hipocentro o foco, que es aquella zona del interior de la tierra donde se
inicia la fractura o ruptura de las rocas, la que se propaga mediante ondas sísmicas. Es una escala
logarítmica, no existiendo límites inferior ni superior. De acuerdo a esta escala, un sismo tiene un
único valor o grado Richter.
La magnitud Richter se calcula mediante una expresión matemática, cuyos datos se obtienen
del análisis de los registros instrumentales. Debido a su carácter logarítmico, cuando la amplitud
del movimiento o energía liberada por el sismo varía por un factor de 10, la magnitud cambia en
una unidad. Así, un sismo de magnitud 7 será diez veces más fuerte que un evento de magnitud 6,
y cien veces más fuerte que uno de magnitud 5.
Debido a ciertas limitaciones en la escala de Richter, esta ha sido sustituida en la actualidad
por la escala de magnitud de momento (MW), la cual es completamente independiente del tipo de
instrumento. La escala de Richter sigue siendo ampliamente usada debido a que se puede calcular
rápidamente.
20
El sismo más grande, registrado instrumentalmente en el mundo, alcanzó una magnitud
momento (MW) de 9.5 Richter el 22 de mayo de 1960 en Chile.
La clasificación de la magnitud (Richter) no se hace al azar, de hecho Servicio Geológico de
Estados Unidos (USGS) tiene una lista oficial para determinar a qué tipo pertenece cada una y qué
tanto daño podrían generar.
2.0-3.0 Micro Magnitud – No son perceptibles.
3.0-3.9 Menor Magnitud – Perceptibles con poco movimiento y sin daño.
4.0-4.9 Ligera Magnitud – Perceptibles con movimiento de objetos y rara vez produce
daño.
5.0-5.9 Moderada (o Mediana) Magnitud – Puede causar daños mayores en
construcciones débiles o mal construidas.
6.0-6.9 Fuerte Magnitud – Pueden ser destructivos.
7.0-7.9 Mayor Magnitud – Pueden ser destructivos en zonas extensas.
8.0-9.9 Gran Magnitud – Catastróficos, provocando destrucción total en zonas cercanas al
epicentro.
10 o + Magnitud Épica – Jamás registrado, puede generar una extinción local.
El daño del sismo también depende de la profundidad a la que se produzca el hipocentro, ya
que un sismo magnitud 6 a 50 kilómetros bajo tierra será muy leve con respecto a uno de la misma
magnitud ocurrido sólo a 4 kilómetros del suelo.
2.6.2 Mercalli: Intensidad=efecto
Los sismólogos usan un método diferente para estimar los efectos de un sismo, conocido
como su intensidad. La intensidad no debe confundirse con la magnitud. Aunque cada sismo tiene
un solo valor de magnitud, sus efectos varían de un lugar a otro, y habrán muchos estimados
diferentes de intensidad.
La intensidad es la violencia con que se siente un sismo en diversos puntos de la zona
afectada. La medición se realiza de acuerdo a la sensibilidad del movimiento, en el caso de sismos
menores, y, en el caso de sismos mayores, observando los efectos o daños producidos en las
construcciones, objetos, terrenos y el impacto que provoca en las personas. El valor de la
intensidad de un sismo en un cierto lugar se determina de acuerdo a una escala previamente
establecida.
Se han desarrollado varias escalas para medir la intensidad de un sismo pero la más usada es
la escala de Mercalli, que ha estado en uso desde 1931. Debe su nombre al vulcanólogo italiano
Giuseppe Mercalli. Ha sido modificada varias veces y en la actualidad la escala se conoce como la
Escala de Mercalli Modificada, abreviada comúnmente como MM.
Es una escala cualitativa, mediante la que se mide la intensidad de un sismo. Constituye la
percepción de un observador entrenado para establecer los efectos de un movimiento telúrico en
21
un punto determinado de la superficie de la tierra. La escala modificada de Mercalli va desde el
grado I hasta el XII.
A un mismo sismo, con un único grado Richter, se le pueden otorgar distintos grados en la
Escala de Mercalli, de acuerdo a la percepción o efectos de ese movimiento en cada punto donde
se ha percibido. Esto explica el por qué a un mismo sismo sensible, con un único grado Richter, se
le otorgan distintos grados Mercalli en los distintos puntos geográficos donde se ha dejado sentir.
(Se expresan en los números romanos del I al XII)
Por lo tanto, el uso de la Escala de Mercalli requiere:
Tener en cuenta los efectos que distorsionan la percepción de la intensidad (percepción
personal), que depende del lugar en que uno se encuentra: altura, tipo de edificación, tipo de
suelo, modalidad de construcción, entre otros factores.
Junto con tener presente lo anterior, al momento de precisar la Intensidad, se sugiere
consultar a otras personas con qué intensidad percibieron el sismo. De preferencia no deben
encontrarse en el mismo lugar.
Esta medición cualitativa es la que orienta directamente las acciones de protección civil frente
a la ocurrencia de sismos mayores o destructores (terremotos).
Con respecto a las Intensidades Mercalli Modificadas, éstas se representan con números
romanos, existiendo una tabla común recogida desde el USGS y el SHOA.
Grado I. Intensidad no perceptible No se advierte sino por unas pocas personas y en
condiciones de perceptibilidad especialmente favorables.
Grado II. Débil Intensidad Se percibe sólo por algunas personas en reposo,
particularmente las ubicadas en los pisos superiores de los edificios.
Grado III. Débil Intensidad Se percibe en los interiores de los edificios y casas. Sin
embargo, muchas personas no distinguen claramente que la naturaleza del fenómeno es
sísmica, por su semejanza con la vibración producida por el paso de un vehículo liviano. Es
posible estimar la duración del sismo.
Grado IV. Ligera Intensidad Los objetos colgantes oscilan visiblemente. Muchas personas
lo notan en el interior de los edificios aún durante el día. En el exterior, la percepción no es
tan general. Se dejan oír las vibraciones de la vajilla, puertas y ventanas. Se sienten crujir
algunos tabiques de madera.
Grado V. Moderada Intensidad La mayoría de las personas lo percibe aún en el exterior. En
los interiores, durante la noche, muchas despiertan. Los líquidos oscilan dentro de sus
recipientes y aún pueden derramarse.
Grado VI. Intensidad fuerte Lo perciben todas las personas. Se atemorizan y huyen hacia el
exterior. Se siente inseguridad para caminar. Se quiebran los vidrios de las ventanas. Los
22
muebles se desplazan o se vuelcan. Se producen grietas en algunos estucos. Se hace visible
el movimiento de los árboles, o bien, se les oye crujir.
Grado VII. Intensidad muy fuerte Los objetos colgantes se estremecen. Se experimenta
dificultad para mantenerse en pie. El fenómeno es percibido por los conductores de
automóviles en marcha. Se producen daños de consideración en estructuras de albañilería
mal construidas o mal proyectadas. Sufren daños menores (grietas) las estructuras
corrientes de albañilería bien construidas. Se dañan los muebles. Caen trozos de estucos,
ladrillos, parapetos, cornisas y diversos elementos arquitectónicos.
Grado VIII. Severa Intensidad Se hace difícil e inseguro el manejo de vehículos. Se
producen daños de consideración y aún el derrumbe parcial en estructuras de albañilería
bien construidas. En estructuras de albañilería bien proyectadas y construidas sólo se
producen daños leves. Caen murallas de albañilería. Caen chimeneas en casa e industrias;
caen igualmente monumentos, columnas, torres y estanques elevados. Las casas de
madera se desplazan y aún se salen totalmente de sus bases. Aparecen grietas en el suelo
húmedo, especialmente en la superficie de las pendientes escarpadas.
Grado IX. Violenta Intensidad Se produce pánico general. Las estructuras de albañilería
mal proyectadas o mal construidas se destruyen. Las estructuras de albañilería bien
construidas se dañan y a veces se derrumban totalmente. Las estructuras de albañilería
bien proyectadas y bien construidas se dañan seriamente. Los cimientos se dañan. Las
estructuras de madera son removidas de sus cimientos. Sufren daños considerables los
depósitos de agua, gas, etc. Se quiebran las tuberías (cañerías) subterráneas. Aparecen
grietas aún en suelos secos. En las regiones aluviales, pequeñas cantidades de lodo y arena
son expelidas del suelo.
Grado X. Extrema Intensidad Se destruye gran parte de las estructuras de albañilería de
toda especie. Se destruyen los cimientos de las estructuras de madera. Algunas
estructuras de madera bien construidas, incluso puentes, se destruyen. Se producen daños
en represas, diques y malecones. Se producen grandes desplazamientos del terreno en los
taludes. El agua de canales, ríos, lagos, etc. sale proyectada a las riberas. Cantidades
apreciables de lodo y arena se desplazan horizontalmente sobre las playas y terrenos
planos. Los rieles de las vías férreas quedan ligeramente deformados.
Grado XI. Extrema Intensidad Muy pocas estructuras de albañilerías quedan en pie. Los
rieles de las vías férreas quedan fuertemente deformados. Las tuberías (cañerías
subterráneas) quedan totalmente fuera de servicio.
Grado XII. Extrema Intensidad El daño es casi total. Se desplazan grandes masas de roca.
Los objetos saltan al aire. Los niveles y perspectivas quedan distorsionados.
23
2.7 Ecuación del Movimiento
Se llaman ecuaciones de movimiento a las expresiones matemáticas que definen
características de la respuesta dinámica de una estructura; las soluciones de estas ecuaciones
representan la respuesta estructural. Las ecuaciones de movimiento de una estructura se pueden
escribir utilizando los siguientes principios de la mecánica clásica:
Principio de Hamilton
Principio de D’alembert
2.8 Principio de Hamilton
Se llama funcional de Hamilton a la cantidad:
Donde Ep es la energía potencial y Ec es la energía cinética que se desarrolla en el sistema
analizado.
El principio variacional de Hamilton afirma que un sistema se halla en equilibrio dinámico si:
Donde representa la variación funcional del funcional en el intervalo de tiempo (t1, t2)
2.9 Principio de los desplazamientos virtuales
Si un sistema que está en equilibrio bajo la acción de todas las fuerzas que lo solicitan,
incluso las fuerzas de inercia, se actúa por desplazamientos virtuales, entonces el trabajo
mecánico efectuado por las fuerzas de dichos desplazamientos, debe ser nulo. En concordancia
con este principio las ecuaciones de movimiento se pueden obtener expresando el trabajo
mecánico virtual de las fuerzas con los desplazamientos virtuales introducidos según cada grado
de libertad dinámica del sistema e igualando con cero la expresión que resulta.
24
2.10 Principio de D’Alembert
El principio de D’Alembert según su enunciado original publicado en su tratado de la
dinámica de 1.743, establece que el equilibrio dinámico de un sistema de fuerzas está asegurado si
a cada instante todas las fuerzas que actúan sobre el sistema incluyendo las fuerzas de inercia,
están en equilibrio estático.
El principio de D’Alembert viene siendo una extensión o generalización de la segunda ley de
Newton o ley de la acción y la reacción desde los cuerpos fijos a los que se mueven libremente.
También lleva su nombre la fuerza de inercia, que es igual al producto de la masa por la
aceleración de un cuerpo.
2.11 Vibración y conceptos básicos relativos
Se llama vibración libre al movimiento que se produce en ausencia de una fuerza perturbadora
luego de ser esta aplicada.
El período de vibración es el tiempo que tarda un elemento o estructura en estado de
oscilación en completar un ciclo completo de oscilación y volver a su posición inicial. Este valor
depende de la masa y rigidez de la estructura o elemento.
La frecuencia es el número de ciclos completos en un segundo. Al igual que el período y
depende de la masa y de la rigidez de la estructura. Conociéndose la frecuencia de la estructura se
puede hallar su período.
La amplitud de la vibración se trata del desplazamiento máximo del movimiento oscilatorio de
la estructura desde su posición inicial o neutra. Los desplazamientos laterales en cada nivel de una
estructura deben ser limitados y estudiados por varios motivos: prevenir daños en elementos
estructurales y no estructurales, prevenir choques entre estructuras cercanas, reducir el pánico de
los ocupantes, etc.
Amortiguamiento es la propiedad que posee una estructura para disipar la energía sísmica,
disminuyendo así los movimientos a que está siendo sometida. El grado de amortiguamiento de
un edificio depende del material que este hecha su estructura y del tipo de vínculo que existe
entre sus elementos estructurales además de la interacción de la estructura con otros elementos
no estructurales como tabiques.
La resonancia es un efecto amplificador del movimiento que se produce en la estructura o
elemento que oscila cuando el período de vibración de estos coincide con el período de vibración
de la fuerza sísmica a la que está siendo sometido ya que esto hace que la amplitud del
movimiento aumente.
25
2.12 Espectros de Respuesta
2.12.1 Espectro Elástico de respuesta
El concepto de espectro está asociado a la respuesta máxima que está dispuesta a soportar
una estructura con respecto a las solicitaciones sísmicas.
Cuando las bases de un edificio comienzan a vibrar, esta vibración se transmite a la estructura
del edificio la cual también comienza a vibrar. Como todas las estructuras poseen cierta elasticidad
el periodo de vibración y el período de vibración de la base no son los mismos de la estructura.
El espectro elástico de respuesta representa el valor máximo absoluto de vibración de una
estructura específica, tiene por lo tanto unidades de aceleración. Esta depende de dos factores:
La aceleración de la vibración a la que se somete la base: aunque la aceleración de la
base y la estructura del edificio sean diferentes no quiere decir que sean
independientes, están estrictamente ligadas, el aumento de una implica el incremento
de la otra, por lo general de una forma lineal. Esto hace que el espectro elástico de
respuesta no sea expresado a veces como una aceleración con sus correspondientes
unidades, sino como el cociente entre el tiempo de respuesta y la aceleración de la
base.
El período de oscilación de la estructura: un período de oscilación muy corto significa
una estructura muy rígida, por lo que en periodos muy cortos el periodo de vibración
de la base es muy similar a la del resto de la estructura, ósea prácticamente vibran a la
par. En una estructura con períodos muy largos de respuesta hace que la estructura
tome una vibración mucho más lenta que la de la base por lo que la estructura del
edificio se independiza de la vibración recibida y el espectro elástico de respuesta es
muy reducido.
26
3 CAPITULO II CRONOLOGIA DE LOS TERREMOTOS Y MAREMOTOS EN CHILE
3.1 Listado histórico de terremotos y tsunamis en Chile
Se incluye un listado histórico con los terremotos más importantes en la historia de Chile. La
lista posee datos importantes como las coordenadas de su epicentro, Magnitud en Ms o Mw,
profundidad del foco y número de víctimas fatales. Los datos se obtuvieron de la página del Centro
Sismológico Nacional y fueron complementadas ampliando su espectro considerando Sismos
superiores a Magnitud Ms 6 (los datos del CSN consideraban desde Ms 7). En los siguientes incisos
se hace una breve reseña de los sismos más importantes por Magnitud, víctimas fatales y porque
quedaron grabados en la memoria de los Chilenos por sus efectos desastrosos, muchos de estos
asociados a Tsunamis.
Terremotos en Chile
Magnitud Ms mayor o igual a 6.0
Epicentro
Fecha local Zonas afectadas Efecto Nombre Año Hora local
Latitud Longitud Mag.Ms
Mag. Mw
Victimas fatales
Prof. [km]
- Región Metropolitana - Santiago 1552 - 7,00
12
08-02-1570 VI, VII, VIII regiones y R. M. TD Concepción 1570 9:00 -36.800 -73.000 8,37 -
2.000 -
17-03-1575 Región Metropolitana - Santiago 1575 10:00 -33.400 -70.600 7,37 -
35 -
16-12-1575 X y XIV regiones TD Valdivia 1575 14:30 -39.800 -73.200 8,57 -
200 -
24-11-1604 XV y I regiones TD Arica 1604 12:30 -18.500 -70.400 8,57 -
120 30
16-09-1615 XV y I regiones TM Arica 1615 23:30 -18.500 -70.350 8,87 -
- -
13-05-1647 Región Metropolitana - Santiago 1647 22:30 -35.000 -72.000 8,57 -
600 -
15-03-1657 VIII, IX, XIV y X regiones TD Concepción 1657 19:30 -36.830 -73.030 8,07 -
34 -
10-03-1681 XV y I regiones - Arica 1681 S/I -18.500 -70.350 7,37 -
133 -
12-07-1687 - 1687 2:00 -32.750 -70.730 7,30 -
-
08-07-1730 IV, V, VI, VII regiones y R.M. TD Valparaíso 1730 4:45 -33.050 -71.630 8,77 8,78
3.000 -
24-12-1737 VIII, IX, XIV y X regiones T Valdivia 1737 S/I -39.800 -73.200 7,77 -
212 -
25-05-1751 VIII Región TM Concepción 1751 1:00 -36.830 -73.030 8,57 -
65 -
30-03-1796 III, IV y V regiones - Copiapó 1796 6:45 -27.350 -70.350 7,77 -
12 -
11-04-1819 III, IV y V regiones TD Copiapó 1819 10:00 -27.350 -70.350 8,37 -
133 -
19-11-1822 III, IV y V regiones TM Copiapó 1822 22:30 -33.050 -71.630 8,57 -
76 -
26-09-1829 - Valparaíso 1829 14:00 -33.050 -71.630 7,00 -
-
08-10-1831 XV y I regiones - Arica 1831 6:00 -18.500 -71.000 7,87 -
- -
18-09-1833 XV y I regiones - Arica 1833 5:45 -18.500 -70.400 7,77 -
18 60
20-02-1835 VIII Región TD Concepción 1835 11:30 -36.830 -73.030 8,57 8,28 30-120
-
07-11-1837 VIII, IX, XIV y X regiones TM Valdivia 1837 8:00 -39.800 -73.200 8,07 -
12 -
08-10-1847 - La Serena 1847 11:30 -31.610 -71.180 -
-
27
17-12-1849 III, IV y V regiones TM Coquimbo 1849 6:00 -29.950 -71.370 7,57 -
23 -
06-12-1850 V Región y Metropolitana - Santiago 1850 6:52 -33.810 -70.220 7,37 -
105 -
02-04-1851 II, III y IV regiones - Copiapó 1851 6:48 -33.320 -71.420 7,17 -
43 -
26-05-1851 II, III y IV regiones - Huasco 1851 S/I -33.863 6,50
3
05-10-1859 III y IV regiones TM Copiapó 1859 8:00 -27.350 -70.350 7,67 -
44 -
13-08-1868 XV y I regiones TD Arica 1868 16:45 -18.500 -70.350 8,57 9,08
500 -
24-08-1869 TM 1869 13:30 -19.600 -70.230 -
-
05-10-1871 T 1871 5:00 -20.200 -70.170 7,30 -
-
07-07-1873 V, VI regiones y R.M. - La Ligua 1873 S/I -32.765 -73.726 8,90
106
11-11-1876 III, IV y V regiones - Illapel 1876 S/I -32.510 -71.212 7,50
20
09-05-1877 I y XV regiones TD Iquique 1877 21:16 -19.600 -70.230 8,57 8,38
34 -
23-01-1878 - Tarapacá 1878 8:00 -20.000 -70.300 7,90 -
40
02-02-1879 - Punta Arenas 1879 6:30 -53.000 -70.670 7,30 -
-
15-08-1880 IV y V regiones - Illapel 1880 8:48 -31.620 -71.180 7,77 -
25 -
XII Región - Punta Arenas 1890 -52.560 -69.000 6,60
16
18-08-1906 V Región TM Valparaíso 1906 19:48 -33.000 -72.000 7,97 8,28
3.000 25
08-06-1909 - Copiapó 1909 1:00 -26.500 -70.500 7,60 -
-
04-10-1910 - 1910 19:00 -22.000 -69.000 7,30 -
-
15-09-1911 - Iquique 1911 8:10 -20.000 -72.000 7,30 -
-
29-01-1914 - Talca y Curicó 1914 23:30 -35.000 -73.000 8,20 -
-
14-02-1917 - 1917 20:48 -30.000 -73.000 7,00 -
-
20-05-1918 - 1918 12:57 -28.500 -71.500 7,90 -
-
04-12-1918 II, III y IV regiones TM Copiapó 1918 7:47 -26.000 -71.000 8,27 -
6 60
01-03-1919 - Chiloé 1919 23:37 -41.000 -73.500 7,20 -
40
02-03-1919 - Talca 1919 7:45 -41.000 -73.500 7,30 -
40
10-12-1920 - 1920 0:25 -39.000 -73.000 7,40 -
-
07-11-1922 - 1922 19:00 -28.000 -72.000 7,00 -
-
10-11-1922 III Región TM Vallenar 1922 23:53 -28.500 -70.000 8,40 8,58
800 25
04-05-1923 - Copiapó 1923 17:47 -28.750 -71.750 7,00 -
60
15-05-1925 - 1925 7:18 -26.000 -71.500 7,10 -
50
28-04-1926 - 1926 7:13 -24.000 -69.000 7,00 -
180
21-11-1927 XI Región TM Aysén 1927 19:17 -44.500 -73.000 7,17 -
- -
20-11-1928 - 1928 16:35 -22.500 -70.500 7,10 -
25
01-12-1928 VII Región T Talca 1928 0:06 -35.000 -72.000 8,37 7,68
300 -
19-10-1929 - 1929 16:18 -23.000 -69.000 7,50 -
100
18-03-1931 - 1931 4:02 -32.500 -72.000 7,10 -
-
23-02-1933 - Iquique 1933 4:09 -20.000 -71.000 7,60 -
40
01-03-1936 - 1936 17:45 -40.000 -72.500 7,10 -
120
28
13-07-1936 - Taltal 1936 7:12 -24.500 -70.000 7,30 -
60
24-01-1939 VII y VIII regiones - Chillán 1939 23:32 -36.200 -72.200 8,37 7,88 5.648
60
18-04-1939 - Copiapó 1939 2:22 -27.000 -70.500 7,40 -
100
06-09-1942 II y III regiones - Caldera 1942 S/I
11-10-1940 - 1940 14:41 -41.500 -74.500 7,30 -
5 -
08-07-1942 - 1942 1:55 -24.000 -70.000 7,00 -
140
14-03-1943 - 1943 14:37 -20.000 -69.500 7,20 -
150
06-04-1943 IV Región T Ovalle 1943 12:07 -30.750 -72.000 8,37 8,28
12 55
01-12-1943 - 1943 6:34 -21.000 -69.000 7,00 -
100
13-07-1945 - 1945 7:17 -33.250 -70.500 7,10 -
100
02-08-1946 III Región - Copiapó 1946 15:19 -26.500 -70.500 7,97 -
8 50
19-04-1949 VIII y IX regiones - Angol 1949 23:29 -38.000 -73.500 7,37 -
35 70
25-04-1949 - 1949 9:54 -19.750 -69.000 7,30 -
110
29-05-1949 - 1949 21:32 -22.000 -69.000 7,00 -
100
17-12-1949 XII Región - Tierra del Fuego 1949 2:53 -54.000 -71.000 7,87 -
6 -
17-12-1949 - 1949 11:07 -54.000 -71.000 7,80 -
-
29-01-1950 - 1950 20:56 -53.500 -71.500 7,00 -
-
09-12-1950 - Antofagasta 1950 17:38 -23.500 -67.500 8,30 -
100
06-05-1953 VII y VIII regiones - San Carlos 1953 13:16 -36.500 -72.600 7,67 -
12 60
06-12-1953 I y II regiones - Calama 1953 22:05 -22.100 -68.700 7,47 -
3 128
08-02-1954 - 1953 - -29.000 -70.500 7,70 -
-
19-04-1955 T Norte Chico 1955 16:24 -30.000 -72.000 7,10 -
-
08-01-1956 - 1956 16:54 -19.000 -70.000 7,10 -
11
17-12-1956 - 1956 22:31 -25.500 -68.500 7,00 -
-
29-07-1957 - 1957 13:15 -23.500 -71.500 7,00 -
-
04-09-1958 Región Metropolitana - Las Melosas 1958 S/I -73.667 7,09 6,61
4
13-06-1959 - 1959 20:12 -20.420 -69.000 7,50 -
83
21-05-1960 VIII y IX regiones - Concepción 1960 6:02 -37.500 -73.500 7,37 7,98
125 -
22-05-1960 VIII, IX, X y XIV regiones TD Valdivia 1960 15:11 -39.500 -74.500 8,57 9,58
2.000 -
19-06-1960 - 1960 22:01 -38.000 -73.500 7,30 -
-
01-11-1960 - 1960 4:45 -38.500 -75.100 7,40 -
55
13-07-1961 - 1961 17:19 -41.700 -75.200 7,00 -
40
14-02-1962 - 1962 2:36 -37.800 -72.500 7,30 -
45
03-08-1962 - 1962 4:56 -23.300 -68.100 7,10 -
107
23-02-1965 II región - Taltal 1965 18:11 -25.670 -70.630 7,07 7,08
1 36
28-03-1965 IV, V y VI regiones y R.M. - La Ligua 1965 12:33 -32.418 -71.100 7,47 7,48
280 68
28-12-1966 II y III regiones - Taltal 1966 4:18 -25.510 -70.740 7,87 -
6 23
13-03-1967 - 1967 12:06 -40.120 -74.680 7,30 -
33
29
21-12-1967 II Región - Tocopilla 1967 22:25 -21.800 -70.000 7,57 -
10 33
17-06-1971 - Taltal 1971 17:00 -25.402 -69.058 7,00 -
76
08-07-1971 IV y V regiones y R.M. TM Illapel 1971 23:03 -32.511 -71.207 7,57 7,58
85 40
18-08-1974 - 1974 6:44 -38.453 -73.431 7,10 -
36
13-03-1975 III y IV regiones - Coquimbo 1975 11:34 -37.425 -72.333 6,91
3
29-11-1976 - Pozo Almonte 1976 21:40 -20.520 -68.919 7,30 -
82
03-08-1979 - 1979 14:11 -26.518 -70.664 7,00 -
49
16-10-1981 V región - La Ligua 1981 0:25 -33.134 -73.074 7,57 -
33
04-10-1983 II y III regiones - 1983 14:52 -26.535 -70.563 7,30 -
14
03-03-1985 V, VI, VII regiones y R.M. T Algarrobo 1985 19:46 -33.240 -71.850 7,87 8,07
178 33
08-04-1985 Metropolitana y VI Región - Lago Rapel 1985 21:56 -34.131 -71.618 7,57 -
13 37
05-03-1987 T 1987 6:17 -24.388 -70.161 7,30 -
62
08-08-1987 I y II regiones - Tarapacá 1987 11:48 -19.000 -70.000 7,17 -
3 42
30-07-1995 II Región T Antofagasta 1995 1:11 -23.360 -70.310 7,37 8.0
3 47
15-10-1997 IV, V regiones y R.M. - Punitaqui 1997 1:03 -30.773 -71.315 7,11
8 56
20-06-2003 IV y V regiones - Coquimbo 2003 09:30 -30.653 -71.533 6,88
-
13-06-2005 I Región - Tarapacá 2005 18:44 -19.895 -69.125 7,87 7.8
11 108
21-04-2007 XI Región - Aysén 2007 -45.266 6,213
10
14-11-2007 I y II regiones - Tocopilla 2007 12:40 -22.314 -70.078 7,57 7.7
2 47.7
27-02-2010 IV, V, VI, VII, VIII, IX, X,XIV regiones y R.M. TD Cauquenes 2010 3:34 -36.290 -73.239 8,57 8.8
521 30
11-03-2010 V, VI, VII y VIII regiones y R.M. - Pichilemu 2010 11:39 -34.259 -71.929 6,91 6,315
2
02-01-2011 VIII y IX regiones - Tirúa 2011 17:20 -38.350 -73.27 6,92 7,017
-
25-03-2012 V a VIII regiones - Constitución 2012 19:37 -35.120 -72.13 6,82 7,019
2
30-01-2013 III a VIII regiones - Vallenar 2013 17:15 -28.060 -70.84 6,72 6,821
22
1
16-03-2014 XV, I y II regiones - Iquique 2014 18:16 -19.960 -70.81 6,72 7,024
-
01-04-2014 XV, I y II regiones T Iquique 2014 20:46 -19.572 -70.908 8,225
7 38.9
01-04-2014 XV, I y II regiones - Iquique 2014 20:49 -20.080 -70.38 7,526
-
01-04-2014 XV, I y II regiones - Iquique 2014 20:57 -19.910 -71.11 7,027
-
02-04-2014 XV, I y II regiones - Iquique 2014 23:43 -20.510 -70.43 7,63 7,729
-
23-08-2014 IV, V, R.M., VI, VII, VIII yIX regiones - Valparaíso 2014 18:32 -32.730 -71.49 6,43 6,431
-
08-10-2014 V Región - Isla de Pascua 2014 21:14 -32.110 -110.77 7,132
-
18-03-2015 VI, VII, VIII y IX regiones - Cobquecura 2015 15:27 -36.100 -74.13 6,333
-
23-03-2015 XV, I y II regiones - Arica 2015 01:51 -18.410 -69.26 6,434
-
T : Tsunami
TM: Tsunami moderado.
TD: Tsunami destructor y mayor.
-: Sin información.
Fuente: GUC - NEIC
30
3.2 Terremotos de mayor relevancia en la historia de Chile
3.2.1 Terremoto del 08 de febrero de 1570 (Concepción)
El 8 de Febrero de 1570, alrededor de las nueve de la mañana, la celebración del miércoles
de ceniza fue interrumpida en Concepción por un fuerte terremoto que derrumbó la mayor parte
de la ciudad a sólo veinte años de su fundación. Las crónicas relatan que la tierra se habría abierto
en varios lugares emanando desde su interior un agua negra con olor a azufre. Un violento
maremoto destruyó, al cabo de algunos momentos, lo poco que quedaba en pie. Se reportaron
2.000 víctimas fatales y se informó de intentos de saqueo de parte de la población indígena, los
que habrían resultado infructuosos a pesar de la vulnerabilidad en que había quedado el
asentamiento.
3.2.2 Terremoto del 16 de diciembre de 1575 (Valdivia)
Luego de un terremoto ocurrido el 17 de Marzo de 1575 a las 10 de la mañana hubo en
Santiago un sismo que agrietó las casas y causó alarma en la población. Casi exactamente nueve
meses después, el 16 de diciembre de 1575 se produjo el terremoto de Valdivia, que fue un sismo
registrado a las 2:30 pm (hora local), con un epicentro ubicado en las cercanías de la recién
fundada ciudad. El sismo se sintió en la totalidad del llamado Reino de Chile, una gobernación
colonial del Imperio español, afectando principalmente a las ciudades de Valdivia, Santiago,
Concepción y los fuertes y ciudades al sur del río Biobío. Se estima que el terremoto tuvo una
magnitud cercana a los 8,5 MS, y generó un maremoto devastador.
3.2.3 Terremoto de 13 de Mayo de 1647 (Santiago)
El terremoto de Santiago de 1647 fue un sismo registrado el lunes 13 de mayo de 1647 a
las 10:30 pm hora local. El sismo se sintió en la totalidad del Reino de Chile, por entonces
gobernación colonial del Imperio español, afectando principalmente a su capital, la ciudad de
Santiago de Chile. El terremoto, conocido como el Terremoto Magno, tuvo una magnitud estimada
de 8,5 grados en la escala sismológica de Richter.
Se estima que unas 600 personas fallecieron producto del movimiento sísmico, que arrasó
con casi la totalidad de las construcciones coloniales existentes en las ciudades afectadas. Debido
a estas cifras, este terremoto es el quinto más mortífero en la historia de Chile aunque afectó a
un porcentaje mucho mayor de la población total del país, puesto que los eventos que lo superan
en cifra de fallecidos ocurrieron durante el siglo XX, cuando la población nacional era muchas
veces superior a la del Chile colonial.
3.2.4 Terremoto del 19 de Noviembre de 1822 (Copiapó)
Hubo un terremoto previo con una magnitud de 8.2 grados en la escala de Richter, ocurrió
el 5 de noviembre de 1822. Luego en fecha 19 de noviembre se registró un segundo sismo de 8.5
MS (MS = magnitud de onda superficial), el cual se sintió en Valparaíso a las 10:30 pm.
31
Con respecto al último, afectó la zona comprendida entre las regiones de Atacama y del
Maule; sin embargo, es probable que el movimiento telúrico haya sido percibido desde
Antofagasta hasta Concepción. Este terremoto provocó marejadas que ocasionaron cierta
destrucción en puertos, documentándose en Quintero y en Valparaíso. Se contabilizaron 170
réplicas, pero es posible que este mismo sismo haya sido réplica a su vez del terremoto que dos
semanas antes había afectado la misma zona.
3.2.5 Terremoto del 20 de febrero de 1835 (Concepción)
El Terremoto de Concepción de 1835 fue un terremoto de 8,5 MS que azotó a la ciudad de
Concepción, Chile, a las 11:30 del día 20 de febrero de 1835. El maremoto posterior arrasó la zona
centro-sur del país, específicamente entre los ríos Cachapoal y Valdivia. Destruyó totalmente la
ciudad de Concepción.
Es famoso por haber sido documentado por Charles Darwin y aportar una cuota sobre el
efecto de los cambios geológicos a las teorías de este científico. Si bien afectó fuertemente la
actual Región del Biobío, probablemente se sintió en todo el territorio de Chile centro-sur, ya que
Darwin lo percibió estando en la ciudad de Valdivia.
3.2.6 Terremoto del 13 de agosto de 1868 (Arica)
El terremoto de Arica de 1868 fue un sismo registrado el 13 de agosto de 1868 cerca de las
16:00 hora local. Su epicentro se localizó frente a las costas de Tacna, Perú, y se estima que liberó
una energía de magnitud de 9,08 MW.
El evento telúrico afectó gran parte del sur del Perú, especialmente las ciudades de
Arequipa, Moquegua, Tacna, Islay, Arica e Iquique (estas dos últimas actualmente en Chile). El
sismo además fue percibido de forma distinta entre Lambayeque por el norte y Valdivia por el sur,
e incluso hasta Cochabamba en Bolivia. Seguido al movimiento principal, un tsunami arrasó las
costas peruanas entre Pisco e Iquique y cruzó el océano Pacífico, llegando incluso a California, las
islas Hawaii, las Filipinas, Australia, Nueva Zelanda y Japón.
La cifra de muertos estimada alcanzaría las 30 personas en Chala, 10 en Arequipa, 150 en
Moquegua, 3 en Tacna, 300 en Arica y 200 en Iquique.
3.2.7 Terremoto del 16 de agosto de 1906 (Valparaíso)
El terremoto de Valparaíso de 1906 fue un poderoso sismo que sacudió principalmente a
la ciudad de Valparaíso (Chile) el jueves 16 de agosto de 1906 a las 19:48 hora local. Su epicentro
32
se localizó en la frente a las costas de la Región de Valparaíso y se estima que tuvo magnitudes de
8,28 MW y de 7,97 MS.
Antes de este evento sísmico del siglo 20, los registros revelan grandes terremotos
causaron daños a Valparaíso en 1647, 1730 y 1822.
3.2.8 Terremoto del 24 de Enero de 1939 (Chillán)
El terremoto de Chillán de 1939 fue un sismo que sacudió a esa ciudad chilena y a todas las
ciudades colindantes, el martes 24 de enero de 1939, con magnitudes estimadas de 7,88 MW y
8,37 MS.
Ostenta el récord de la mayor cantidad de muertos en un sismo en la historia de Chile.
Datos de prensa elevaron a más de 30.000 las víctimas fatales, basándose en la gran destrucción
que se percibía en la ciudad; sin embargo, la cifra oficial resultó ser mucho más baja: 5.648
muertos.
3.2.9 Terremoto del 22 de mayo de 1960 (Valdivia)
El megaterremoto de Valdivia de 1960, conocido también como el Gran terremoto de
Chile, fue un sismo ocurrido el domingo 22 de mayo de 1960 a las 15:11 hora local (UTC-4). Su
epicentro se localizó en las cercanías de Lumaco, provincia de Malleco, Región de la Araucanía, y
tuvo una magnitud de 9,58 MW, siendo así el más potente registrado en la historia de la
humanidad. Junto con el evento principal, se produjo una serie de movimientos telúricos de
importancia entre el 21 de mayo y el 6 de junio que afectó a gran parte del sur de Chile y
costándole la vida a 2.000 personas.
El sismo fue percibido en diferentes partes del planeta y produjo tanto un maremoto, que
afectó a diversas localidades a lo largo del Océano Pacífico, como Hawái y Japón, como la erupción
del volcán Puyehue, que cubrió de cenizas el lago homónimo.
Se estima que esta catástrofe natural costó la vida de entre 16.554 y 20.005 personas, y
dejó damnificados a más de 2 millones.
3.2.10 Terremoto del 28 de marzo de 1965 (La Ligua)
Se conoce como el terremoto de 1965 de la zona central de Chile, o terremoto de La Ligua
de 1965 a un movimiento sísmico de 7,47 Ms, ocurrido el 28 de marzo de 1965, a las 12:33 locales,
cuyo epicentro se ubicó en las cercanías de La Ligua, Chile, al norte de Santiago. Fue percibido
desde Copiapó hasta Osorno, y por el oriente hasta Mendoza y Buenos Aires.
33
Debido a que el material de construcción predominante de la época en la zona era el
adobe, fueron dañadas gravemente una gran cantidad de las viviendas. El porcentaje de casas con
daños estructurales de las ciudades y poblados más afectados fue el siguiente:
Illapel 65%.
Salamanca 90%.
Caimanes 100%.
Guangualí 100%.
Petorca 80%.
La Ligua 80%.
Cabildo 80%.
Uno de los hechos más lamentables debidos al sismo, fue que un tranque de relaves de la
mina El Soldado, a unos 10 km de la ciudad de La Calera, cedió y liberó unos 10 millones de metros
cúbicos de fangos industriales. Esto provocó un aluvión, que descendió sobre un pequeño poblado
minero de unos 150 habitantes, llamado El Cobre. Hubo 10 sobrevivientes, y se encontraron unos
35 cadáveres (280 Víctimas fatales).
3.2.11 Terremoto del 08 de julio de 1971 (Illapel)
El terremoto de 1971 tuvo su epicentro en la ciudad de Illapel, pero pudo ser percibido
desde Antofagasta hasta Valdivia. Su intensidad fue de X grados en la escala de Mercalli y su
magnitud de 7,57 en la de Richter. Dejó 85 víctimas fatales, 245 heridos y 284.000 damnificados
3.2.12 Terremoto del 03 de marzo de 1985 (Algarrobo)
El terremoto de 1985 fue un sismo registrado el domingo 3 de marzo de 1985 a las 19:46
hora local (22:46 UTC). Su epicentro se localizó en la costa central de la Región de Valparaíso,
Chile, cercanas a la localidad de Laguna Verde, a unos cuantos kilómetros al sur de Valparaíso, y
tuvo una magnitud de 8.07 MW y de 7.87 MS. Fue percibido entre la II y IX Región y dejó 178
víctimas fatales y cerca de un millón de damnificados.
3.2.13 Terremoto del 13 de junio de 2005 (Tarapacá)
El terremoto de Tarapacá de 2005 o el terremoto de Iquique de 2005 fue un sismo
ocurrido el 13 de junio del año 2005 a las 18:44 hora local (22:44 UTC) y abarcó a gran parte de las
regiones del Norte Grande de Chile, especialmente la zona de Tarapacá.
Tuvo una magnitud de 7,87 grados en la escala sismológica de magnitud de momento y
alcanzó los VII grados en la escala sismológica de Mercalli, su epicentro se ubicó a 115 kilómetros
al noreste de la ciudad de Iquique, en el interior de la Región de Tarapacá, Chile. El origen del
sismo tuvo una profundidad de 108 km. Este sismo fue sentido en todo el Norte Grande, desde la
Región de Tarapacá hasta la Región de Coquimbo, en varias partes del sur del Perú, Bolivia e
incluso en zonas del Brasil, como São Paulo.
34
3.2.14 Terremoto del 27 de febrero de 2010
El terremoto de Chile de 2010 fue un sismo ocurrido a las 03:34:08 hora local (UTC-3) del
sábado 27 de febrero de 2010, que alcanzó una magnitud de 8,8 MW. El epicentro se ubicó en el
mar chileno, frente a las localidades de Curanipe y Cobquecura, aproximadamente a 150
kilómetros al noroeste de Concepción y a 63 kilómetros al suroeste de Cauquenes, y a 30,1
kilómetros de profundidad bajo la corteza terrestre. El sismo tuvo una duración máxima de 4
minutos en las zonas cercanas al epicentro, y más de 2 minutos en la capital. Fue percibido en gran
parte del Cono Sur con diversas intensidades, en lugares como Buenos Aires y São Paulo por el
oriente.
Las zonas más afectadas por el terremoto fueron las regiones chilenas de Valparaíso,
Metropolitana de Santiago, O'Higgins, Maule, Biobío y La Araucanía, que acumulan más de 13
millones de habitantes, cerca del 80% de la población del país. En las regiones del Maule y del
Biobío, el terremoto alcanzó una intensidad de IX en la escala de Mercalli, arrasando con gran
parte de las ciudades como Constitución, Concepción, Cobquecura y el puerto de Talcahuano.
Gran parte del centro de las ciudades de Curicó y Talca colapsó y su casco histórico quedó
destruido en su totalidad. En las regiones de La Araucanía, O'Higgins y Metropolitana, el sismo
alcanzó una intensidad de VIII provocando importante destrucción en la capital, Santiago, en
Rancagua y en las localidades rurales. Las víctimas fatales llegaron a un total de 525 fallecidos.
Cerca de 500 mil viviendas están con daño severo y se estiman un total de 2 millones de
damnificados, en la peor tragedia natural vivida en Chile desde 1960. La presidenta Michelle
Bachelet declaró el estado de excepción constitucional de catástrofe» en las regiones del Maule y
del Biobío.
Un fuerte tsunami impactó las costas chilenas como producto del terremoto, destruyendo
varias localidades ya devastadas por el impacto telúrico. Debido a errores e indecisiones por parte
de los organismos encargados de enviar la alarma de tsunami, no se alertó a la población acerca
del evento que ocurrió 35 minutos después del terremoto. El archipiélago de Juan Fernández, pese
a no sentir el sismo, fue impactado por el violento tsunami que arrasó con el único poblado, San
Juan Bautista. El Centro de Alerta de Tsunamis del Pacífico generó pocos minutos después del
terremoto una alerta de tsunami para el océano Pacífico, que se extendió posteriormente a 53
países ubicados a lo largo de gran parte de su cuenca, llegando a Perú, Ecuador, Colombia,
Panamá, Costa Rica, Nicaragua, la Antártida, Nueva Zelanda, la Polinesia Francesa y las costas de
Hawái.
El sismo es considerado como el segundo más fuerte en la historia del país y el sexto más
fuerte registrado por la humanidad. Sólo es superado a nivel nacional por el cataclismo del
terremoto de Valdivia de 1960, el de mayor magnitud registrado por el ser humano mediante
sismómetros. El sismo chileno fue 31 veces más fuerte y liberó cerca de 178 veces más energía
que el devastador terremoto de Haití ocurrido el mes anterior, y la energía liberada es cercana a
100.000 bombas atómicas como la liberada en Hiroshima en 1945.
35
4 CAPITULO III. RESUMEN DE NORMATIVA CHILENA 433.Of1996 DISEÑO SISMICO DE
EDIFICIOS
4.1 Alcance de la NCH 433 Diseño Sísmico de edificios
La norma NCh433-1996 establece los requisitos mínimos para el diseño sísmico de edificios,
también regula las exigencias sísmicas que deben cumplir los equipos y otros elementos
secundarios de edificios, así como incluye recomendaciones para la evaluación del daño sísmico y
su reparación.
Esta norma no aplica para el diseño sísmico de otras obras civiles tales como puentes, presas,
túneles, acueductos, muelles y canales así como tampoco para edificios industriales ni a
instalaciones industriales ya que existen para todos los temas anteriores una norma
correspondiente.
4.2 Disposiciones de aplicación general
4.2.1 Zonificación Sísmica
Se han determinado tres zonas sísmicas en el territorio nacional las cuales son paralelas a la
falla del Pacífico correspondiente al desplazamiento por subducción de la Placa del Pacífico bajo la
placa Sudamericana. Como se puede apreciar en las figuras de las páginas 36, 37 y 38.
36
37
38
39
Para la zonificación sísmica de las regiones IV, V, VI, VII, VIII, IX y Metropolitana debe
prevalecer la zonificación basada en la división política por comunas de la siguiente tabla.
40
41
42
43
4.3 Clasificación de edificios y estructuras de acuerdo a su importancia, uso y riesgo de falla
Para los efectos de la aplicación de NCh433-96, los edificios se clasifican de la forma
siguiente:
Categoría A: edificios gubernamentales, municipales, de servicios públicos o de utilidad
pública (como cuarteles de policía, centrales eléctricas y telefónicas, correos y telégrafos,
radioemisoras, canales de televisión, plantas de agua potable y de bombeo, etc.), y aquellos cuyo
uso es de especial importancia en caso de catástrofe (como hospitales, postas de primeros
auxilios, cuarteles de bomberos, garajes para vehículos de emergencia, estaciones terminales,
etc.)
Categoría B: edificios cuyo contenido es de gran valor (como bibliotecas, museos, etc.) y
aquellos donde existe frecuentemente aglomeración de personas. Entre estos últimos se incluyen
los siguientes edificios:
Salas destinadas a asambleas para más de 100 personas.
Estadios y graderías al aire libre para 2.000 o más personas.
Escuelas, parvularios y recintos universitarios.
Cárceles y lugares de detención.
Locales comerciales con una superficie igual o mayor que 500 m² por piso o de altura
superior a 12 m.
Centros comerciales con pasillos cubiertos, con un área total superior a 3.000 m² sin
considerar la superficie de estacionamientos.
Categoría C: edificios destinados a la habitación privada o al uso público que no
pertenecen a ninguna de las categorías A o B, y construcciones de cualquier tipo cuya falla puede
poner en peligro otras construcciones de la categoría A, B o C.
Categoría D: construcciones aisladas o provisionales no destinadas a habitación, no
clasificables en ninguna de las categorías anteriores.
Estas clasificaciones de las edificaciones se utilizan para determinar el coeficiente de
importancia de la edificación a diseñar para los efectos de calcular los esfuerzos por corte
basal.
44
4.4 Disposiciones generales sobre diseño y métodos de análisis
4.4.1 Principios e hipótesis básicas
La NCh433-96, aplicada en conjunto con las normas de diseño para cada material (NCh 1537,
NCh427, NCh430, NCh1928, NCh2123 y NCh1198) está orientada a lograr el diseño de estructuras
que:
a) Resistan sin daños movimientos sísmicos de intensidad moderada.
b) Limiten los daños en los elementos no estructurales durante sismos de mediana
intensidad.
c) Aunque presenten daños, eviten el colapso durante sismos de intensidad
excepcionalmente severa.
Particularmente las disposiciones para edificios de muros de hormigón armado están
inspiradas en el satisfactorio comportamiento que tuvieron durante el sismo de marzo de 1985,
los edificios de este tipo que fueron diseñados de acuerdo a la NCh433.Of72.
4.4.2 Métodos de análisis
Por la NCh433-96 existen dos tipos de análisis a aplicarse: el análisis modal espectral y el
análisis estático. Para el desarrollo de este proyecto se utilizó un análisis estático simplificado, que
se considera suficientemente explicado con el ejercicio práctico anexo.
4.4.3 Generalidades
Cualquiera que sea el método de análisis usado, se debe considerar un modelo de la
estructura con un mínimo de tres grados de libertad por piso: dos desplazamientos horizontales y
la rotación del piso en torno a la vertical.
Se pueden despreciar los efectos de la torsión accidental en el diseño de los elementos
estructurales si, al realizar el análisis por torsión accidental se obtienen variaciones de los
desplazamientos horizontales en todos los puntos de las plantas del edificio iguales o inferiores al
20%, respecto del resultado obtenido del modelo con los centros de masas en su ubicación
natural.
4.5 Diseño y construcción de fundaciones
4.5.1 Especificaciones generales para el diseño
Las solicitaciones transferidas al suelo por las fundaciones se deben verificar para la
superposición de efectos indicada en 5.2.1 a).
Se debe comprobar que las fundaciones tengan un comportamiento satisfactorio tanto
ante la acción de cargas estáticas como ante la acción de cargas sísmicas, verificando que la
presión de contacto entre el suelo y la fundación sea tal que las deformaciones inducidas sean
aceptables para la estructura.
45
4.5.2 Fundaciones superficiales
Por lo menos el 80% del área bajo cada fundación aislada debe quedar sometida a
compresión. Porcentajes menores del área en compresión deben justificarse de modo que se
asegure la estabilidad global y que las deformaciones inducidas sean aceptables para la estructura.
Las disposiciones anteriores no rigen si se usan anclajes entre la fundación y el suelo.
Las fundaciones sobre zapatas aisladas que no cuenten con restricción adecuada al
movimiento lateral, deben unirse mediante cadenas de amarre diseñadas para absorber una
compresión o tracción no inferior a un 10% de la solicitación vertical sobre la zapata.
Se puede considerar la restricción lateral del suelo que rodea la fundación siempre que las
características de rigidez y resistencia de dicho suelo garanticen su colaboración y que la fundación
se haya hormigonado contra suelo natural no removido. En caso de colocar rellenos en torno a las
fundaciones, la restricción lateral que se considere debe justificarse adecuadamente y la
colocación de dichos rellenos debe hacerse siguiendo procedimientos de compactación y de
control claramente especificados.
Para calcular las fuerzas sísmicas que se desarrollan en la base de fundaciones enterradas
en terreno plano, se pueden despreciar las fuerzas de inercia de las masas de la estructura que
queden bajo el nivel de suelo natural y los empujes sísmicos del terreno, siempre que exista la
restricción lateral de acuerdo a lo dispuesto en el inciso anterior.
El nivel basal del edificio debe considerarse en la base de sus fundaciones. La
consideración de otra posición del nivel basal debe justificarse mediante un análisis.
La presión de contacto admisible debe definirse en el nivel de contacto entre el terreno y
la base del elemento de fundación utilizado. En el caso de rellenos de hormigón pobre bajo las
fundaciones, la presión de contacto debe definirse en la base de dicho relleno; deben
comprobarse las presiones de contacto y las deformaciones, tanto en la base del hormigón pobre
como en el contacto entre fundación y hormigón pobre.
4.5.3 Pilotes
En la evaluación de la posibilidad de deterioro temporal o permanente de las
características de resistencia o de deformación de los suelos de fundación como resultado de la
acción sísmica, deben incluirse los suelos que pueden ser afectados por pilotes aislados o grupos
de pilotes, de acuerdo con las siguientes pautas mínimas:
a) pilotes aislados: hasta dos veces el diámetro del pilote por debajo de la cota de la
punta del mismo;
b) grupo de pilotes: hasta dos veces el diámetro o ancho del grupo por debajo de la
cota de la punta del mismo.
Los pilotes deben quedar adecuadamente conectados a cabezales.
46
Los pilotes individuales o los cabezales de grupos de pilotes deben conectarse mediante
vigas de amarre diseñadas para resistir una fuerza en compresión o tracción no inferior a un 10%
de la mayor carga vertical que actúa sobre el pilote o sobre el conjunto.
En el cálculo de la resistencia lateral de pilotes o grupos de pilotes debe considerarse que
ésta puede verse disminuida por aumento de presión de poros o licuefacción del suelo, o por
pérdida de contacto entre el suelo y parte de la longitud del pilote debida a deformación plástica
del suelo.
No deben aceptarse pilotes de hormigón sin armadura. En el diseño de los pilotes deben
considerarse, entre otros, los estados de carga correspondientes al traslado, instalación, hinca y
operación del pilote.
Se requiere inspección especializada durante el hincado o construcción de pilotes.
4.6 Elementos secundarios
4.6.1 Generalidades
El objetivo de este capítulo de la norma es establecer las condiciones y solicitaciones para
el diseño y anclaje de elementos secundarios y la interacción de estos con la estructura resistente,
tomando en cuenta el uso del edificio y la necesidad de continuidad de operación del mismo si
fuera el caso.
4.6.2 Fuerzas para el diseño de elementos secundarios y sus anclajes
Para el diseño de los elementos secundarios se deben considerar las siguientes fuerzas
sísmicas en conjunto con otras solicitaciones:
La componente horizontal debe calcularse con la siguiente fuerza sísmica horizontal
actuando en cualquier dirección:
En la que es el esfuerzo de corte que se presenta en la base del elemento de acuerdo
con el análisis del edificio en que el elemento secundario se ha incluido en la modelación. El
coeficiente y el factor de desempeño se obtienen de la tabla de la página que sigue.
La componente vertical debe tener una magnitud igual a 0,67 y debe considerarse
hacia arriba o hacia abajo según cual unas de estas situaciones sea la más desfavorable.
4.6.3 Tabiques divisorios
Para los efectos de interacción de la estructura del edificio y los tabiques divisorios estos
se clasifican como sigue:
Solidarios: si deben seguir la deformación de la estructura
Flotantes: si pueden deformarse independientemente de la estructura
47
La interacción entre tabiques solidarios y la estructura resistente del edificio debe ser
analizada prestando especial atención especial atención a la compatibilidad de las deformaciones;
para tal efecto estos elementos deben ser incorporados en el modelo utilizado en el análisis
sísmico del conjunto, a menos que el desplazamiento relativo del entrepiso medido en el punto
que está el tabique sea igual o menor que 0,001 veces la altura de entrepiso.
48
49
5 CAPITULO IV. ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS EN ALTURA
5.1 Elementos que conforman la estructura
5.1.1 Elementos principales
Vigas:
Elementos horizontales que reciben las cargas de las losas y las transmiten a los pilares.
Trabajan principalmente a esfuerzos de tracción en su parte inferior y compresión en su parte
superior. Los materiales más utilizados para su construcción son el acero, hormigón armado y la
madera, es decir aquellos materiales que funcionan muy bien a esfuerzos de tracción.
Pilares:
Un pilar o columna es un elemento resistente vertical que recibe las cargas transmitidas
por las vigas y las transmite hacia las cimentaciones. Trabajan principalmente a esfuerzos de
compresión. El material más resistente a la compresión es el hormigón armado pero estas se
pueden construir de acero, piedra, ladrillo o fundición.
Cimentaciones:
Son las bases de un edificio, las cuales pueden ser zapatas aisladas, zapatas corridas o
pilotes vaciados o hincados, estos elementos se encargan de transmitir las cargas de transmitidas
por vigas y pilares al suelo de fundación. Las zapatas funcionan transmitiendo los esfuerzos de
compresión de las columnas al suelo, mediante el aumento de la superficie de repartición se
reducen estas cargas presiones menores que transmiten al terreno, por lo cual son superficies de
hormigón armado, mucho más amplias que las columnas. Los pilotes funcionan aumentando la
superficie de roce entre el terreno y estos elementos de acuerdo a la longitud de ellos. En los
pilotes hincados es el mismo principio con el que funciona un clavo hincado en una madera.
Muros:
Son aquellos que soportan las losas y techos además de su propio peso y resisten las
fuerzas horizontales causadas por un sismo o el viento.
Es común que se denomine a los muros de concreto reforzado como "muros de corte "muros
de cortante" porque resisten un alto porcentaje de la fuerza cortante lateral total. Sin embargo,
50
estos calificativos no son muy precisos y no tan ciertos puesto que la mayoría de los muros se
pueden diseñar de manera que tengan un comportamiento dominado por flexión, y que, por
tanto, exhiban un modo de falla dúctil. Se considera que el término adecuado debe ser “muros
estructurales de concreto” para referirnos a los muros que deberán resistir las fuerzas inducidas
por las aceleraciones sísmicas. Los muros estructurales bien diseñados y detallados ofrecen varias
ventajas para su uso en zonas sísmicas:
1. Poseen una mayor rigidez que los sistemas de pórticos de concreto armado ante
solicitaciones sísmicas
2. Dada su alta rigidez, exhiben un comportamiento adecuado ante sismos moderados.
3. Poseen una buena capacidad de deformación (ductilidad) que les permite resistir sismos
intensos. Los muros estructurales deben diseñarse para resistir la variación del cortante en
la altura (que es máximo en la base), del momento, que produce compresión en un
extremo y tensión en el extremo opuesto, así como las cargas gravitacionales que
producen compresión en el muro.
Las cimentaciones para muros estructurales deben diseñarse para resistir el cortante y los
momentos máximos que pueden desarrollarse en sus bases. EI refuerzo en la base debe detallarse
cuidadosamente para que las fuerzas puedan transferirse entre el muro y la cimentación. En
particular, se debe enfatizar la unión y el anclaje de varillas. Aunque es difícil satisfacer todos los
requisitos de funcionamiento de un edificio, los muros estructurales deben colocarse de manera
que la distribución de rigidez en planta sea simétrica y que la configuración sea estable
torsionalmente. Al diseñarse se debe observar que la cimentación pueda resistir el momento de
volcamiento de la base. Es preferible la colocación de un mayor número de muros estructurales en
el perímetro como sea posible. Otro aspecto a considerar es que mientras mayor es la carga
gravitacional resistida para un muro, menor será la demanda por refuerzo de flexión y más fácil
será la transmisión de momentos de volcamiento a la cimentación. Por tanto, a menor cantidad de
muros, mayores son las fuerzas que deben ser transmitidas a la cimentación.
5.1.2 Elementos de distribución
Los elementos de distribución son aquellos que se encargan de transmitir las cargas a
elementos principales como vigas y columnas. Algunos de estos elementos son:
Viguetas:
Son las vigas que están colocadas de forma cercana entre ellas para soportar el techo y el
piso de un edificio.
Dinteles: Los dinteles son las vigas que se pueden ver sobre las aberturas en una pared de
mampostería, tales como ventanas y puertas.
51
Diafragmas:
Son elementos rígidos que se ubican en los entrepisos y techos de los edificios en altura,
los cuales pueden ser: losas macizas, losas aligeradas y losas nervadas en una o dos direcciones.
Estas suelen ser construidas monolíticamente con otros elementos de transmisión de cargas como
vigas y viguetas. El diafragma debe tener la capacidad de transmitir las fuerzas horizontales sin
deformarse evitando el alabeo y pandeo, para ello no pueden tener longitudes demasiado largas.
Las funciones de los diafragmas son:
Resistir las cargas de gravedad para transmitirlas a los componentes resistentes verticales
del sistema estructural.
Unificar los desplazamientos de las componentes resistentes verticales del sistema
estructural. De este modo cada piso es tratado como una placa plana rígida (indeformable)
en el plano horizontal. Este movimiento puede descomponerse en tres componentes
independientes: dos traslacionales horizontales (en el sentido x e y) y una rotación
alrededor del eje vertical (centro de rigidez) denominados “grados de libertad”
Resistir las fuerzas de inercia generadas en su propio plano horizontal para distribuirlas a
los componentes resistentes verticales proporcionalmente a sus rigideces laterales.
5.2 Sistemas de estructuración
5.2.1 Sistema de Pórticos
Sistema conformado por la unión de vigas y columnas conectadas a través de nodos
rígidos lo cual permite la transferencia de los momentos flectores y las cargas axiales hacia las
columnas, conformando pórticos resistentes en dos direcciones, vertical (columnas), horizontales
(vigas), donde la mampostería o tabiques son independientes del sistema. Este sistema es uno de
los más comunes actualmente y ha sido un sistema que se ha vuelto muy tradicional en el medio
de la construcción. Su origen viene de las construcciones clásicas como las de los griegos y
romanos.
La resistencia a las cargas laterales de los pórticos se logra principalmente por la acción de
flexión de sus elementos.
Ventajas: Permite mejor distribución de los espacios internos del edificio pudiendo
hacerse útiles aberturas rectangulares entre pisos para la conformación de espacios más
funcionales y áreas más libres. Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones
sísmicas. Disipan grandes cantidades de energía gracias a la ductilidad que poseen los elementos y
la gran hiperestaticidad del sistema.
Desventajas: El sistema en general presenta una baja resistencia y rigidez a las cargas
laterales. Su gran flexibilidad permite grandes desplazamientos lo cual produce daños en los
elementos no estructurales. Es difícil mantener las derivas bajo los requerimientos normativos.
52
Por su alta flexibilidad, el sistema da lugar a períodos fundamentales largos, lo cual no es
recomendable en suelos blandos. El uso de este sistema estructural está limitado a estructuras
bajas o medianas. Ya que a medida que el edificio tenga más pisos, mayores tendrían que ser las
dimensiones de las columnas, lo cual puede hacer el proyecto inviable económica y
arquitectónicamente. Para los edificios con sistemas de pórticos rígidos se estima que en zonas
poco expuestas a sismos el límite puede estar alrededor de 20 pisos, y para zonas de alto riesgo
sísmico alrededor de 10 pisos.
Este sistema permite que por medio de la unión de una serie de marcos rectangulares, se
realice un entramado de varios pisos, con esta combinación de marcos en 2 planos se logran hacer
entramados especiales que permiten dar más estabilidad a diferentes tipos de proyectos.
5.2.2 Sistema de muros en voladizo y muros acoplados
Los sistemas de muros de hormigón armado consisten básicamente en la conformación de
formaletas ensambladas monolíticamente en un espacio determinado, generando un conjunto
estructural en muros, quedando sólidamente enlazados formando una sola unidad de concreto.
Existen dos tipo se sistemas de muros: los muros en voladizo y muros acoplados. A diferencia del
sistema de los muros en voladizo, los muros acoplados quedan conectados por dinteles de
acoplamiento que le dan más rigidez al sistema porque absorben momentos de corte que ayudan
a contrarrestar el momento volcante resultando una estructura total monolítica tipo cajón, más
estable, rígida y eficiente (ver figuras b y c)
También llamado como sistema tipo túnel se conoce a los arreglos entre placas verticales
(muros), las cuales funcionan como paredes de carga, y las placas horizontales (losas). Este sistema
genera gran resistencia y rigidez lateral, pero si la disposición de los muros se hace en una sola
53
dirección o se utiliza una configuración asimétrica en la distribución de los muros, se generan
comportamientos inadecuados que propician la posibilidad del colapso.
Ventajas: Es un sistema que constructivamente es rápido de ejecutar, ya que se utilizan
encofrados de acero con forma de “U Invertida” que dispuestos en el sitio permiten vaciar los
muros y las losas de manera simultánea. Se puede llegar a construir un nivel de 1.200 m2 cada 3
días, es decir tiene un alto rendimiento. Comparado a un sistema aporticado tradicional, el
sistema Tipo Túnel puede costar entre un 25 a 30% menos. Además de su rápida ejecución, el
hecho de ya tener muros permite un ahorro en costos en la construcción de las paredes de
bloques y el friso de las mismas. Es un sistema que bien configurado es poco propenso al colapso,
ya que ofrece gran resistencia a los esfuerzos laterales. Como es un sistema muy rígido, donde casi
no se producen desplazamientos laterales, los elementos no estructurales no sufren daños
considerables. Termina siendo una estructura mucho más liviana que el sistema aporticado, y
gracias a su rigidez lateral se pueden llegar a construir edificios de más de 30 pisos de altura
Desventajas: Por ser un sistema que posee gran rigidez, estará expuesto a grandes
esfuerzos sísmicos, los cuales tienen que ser disipados por las fundaciones, esto significa que debe
estar sustentado por un suelo con gran capacidad portante. Por poseer losas de delgado espesor,
la longitud de los ramales de instalaciones de aguas servidas es limitada. En algunos casos se tiene
que llegar a aumentar el espesor de la losa donde van ubicados los baños para poder cumplir con
las pendientes o utilizar cielos falsos. Ya que los muros son continuos dificulta la distribución de los
espacios internos, porque su uso es limitado a viviendas y hoteles. Generalmente se requiere en la
planta baja mayores espacios libres, ya sea para estacionamientos o en el caso de un hotel para el
lobby. Como no se puede aumentar el espesor de la losa, debido al moldaje, se tiene que
implementar el uso de losas post-tensadas. Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la
configuración estructural no posee líneas de resistencias en las dos direcciones ortogonales. Por lo
cual es muy importante que exista una interacción entre Arquitecto-Ingeniero al momento de
realizar el proyecto.
5.2.3 Sistema de pórticos y muros
También llamados sistemas duales o mixtos, poseen las ventajas y desventajas de los dos
sistemas, muros y pórticos. Con esta combinación se logra niveles adecuados de rigidez y
ductilidad.
5.2.4 Sistema de tubos estructurales
La estructura tubo podría definirse como una gran viga cajón perforada por las ventanas y
que constituye la fachada del edificio. Podría también definirse como una estructura aporticada
espacial dispuesta en las fachadas del edificio, en la que la separación entre pilares es muy
pequeña, del orden de 1,2 a 3 m como máximo, y las vigas horizontales, dispuestas en cada planta
del edificio, con un canto variable entre 0,6 m y 1,2 m, con anchuras variables entre 0,25 m y 0,9 m
(dimensiones según F. Khan)
54
La utilización del tubo, como estructura resistente a los efectos de las cargas horizontales,
libera al interior del edificio de las exigencias del viento y son exclusivamente las cargas
gravitatorias las que condicionan su diseño. Sin embargo conviene ordenar la estructura horizontal
de los pisos para que la máxima carga posible sea recogida por las paredes del tubo.
Se basan en crear una estructura con columnas poco separadas las cuales se unen con
vigas en cada piso. Este sistema combina la fachada resistente con un núcleo rígido de concreto
reforzado. Este sistema permite aprovechar todas las columnas interiores que en el caso del
sistema de tubo, en grandes áreas de pisos no serian eficaces. Debido a la altura de los edificios y
las acciones horizontales de viento y sismo, su estabilidad lateral es una de las características
principales de este tipo de estructuración. Para el soporte de las cargas y su estabilidad se requiere
una masa considerable en la sección de los apoyos o columnas, que reduce la disponibilidad
arquitectónica de la planta del edificio.
5.2.5 Sistemas de tubos estructurales y paquete de tubos
Este sistema también es llamado ¨fachada resistente¨, los elementos arquitectónicos de
tipo vertical de las fachadas se vuelven estructurales, creando un sistema que actúa como un tubo
perforado. Las columnas trabajarán básicamente a tensión o compresión. En las estructuras de
acero las columnas se pueden colocar más separadas que en los sistemas en tubo, pero
conectándolas con miembros diagonales en la fachada, para hacer que trabajen en conjunto. Los
dos sistemas se unen mediante un conjunto de vigas en cada piso. Un ejemplo son: La planta de
cada una de las Torres Petronas, tienen este sistema en concreto reforzado de gran resistencia
conformado con 16 columnas circulares de concreto reforzado de alta resistencia ubicadas en el
polígono cerrado exterior, asi como también la Torre Sears de Chicago ahora llamada Torre Willis.
(El edifico más alto de E.U.A)
55
5.2.6 Sistema de megacolumnas con muros
Este sistema de utiliza en edificios que superan los 40 pisos, por lo cual se recurre a
sistemas estructurales especiales, con el objetivo de mantener las deformaciones laterales dentro
de los límites establecidos, consiste en emplear armaduras cuyo peralte es igual a la altura de
entrepiso. Estas armaduras se ubican generalmente en el último piso del edificio y se conectan con
el núcleo interior, localizado en la zona de elevadores y escaleras donde existen marcos
Contraventeados que actúan como mega columnas. Las armaduras se pueden colocar también en
otros pisos de la estructura, formando unos cinturones. El efecto que se logra con este sistema es
reducir la deformación lateral del marco contraventeado, pues las armaduras de gran peralte,
ligadas a las columnas perimetrales reducen el giro del núcleo interior. También se suele colocar la
armadura de gran peralte en todo el perímetro del edificio y al contraventear algunas crujías en
los marcos exteriores, estos se transforman en macromarcos.
6 CAPITULO V. ANALISIS DEL USO DE ESTRUCTURA MIXTA EN EDIFICACIONES
6.1 Definición de estructura mixta
Antes de definir lo que significa una estructura mixta debemos definir lo que sería un
elemento estructural compuesto, que no es más que la utilización de diferentes materiales
constructivos que se asocian a estructuras tradicionales en una misma solución.
Por mucho tiempo los edificios construidos con acero, eran protegidos por su seguridad en
contra de incendios empleando concreto. Así es como nació la composición de construir con estos
elementos compuestos, aunque en sus inicios la contribución del concreto se despreciaba.
Posteriormente, a esto se empezó a utilizar este tipo de diseño en sistemas de piso, ligues de
trabes y armadura de acero con losa mediante conectores de cortante. Entonces los sistemas
estructurales mixtos pueden definirse como aquellos en los cuales se tiene la presencia de
elementos estructurales compuestos diseñados a resistir las cargas laterales, como ejemplo de
ellos debemos mencionar a los muros, las trabes y las columnas como todo el sistema.
56
Hace unos 20 años se empezó a utilizar en la construcción este sistema estructural mixto,
principalmente en las columnas. El cual consiste en encamisar a las columnas de acero con
concreto reforzado, varillas y estribos. Para esto se aprovecha la rigidez de la sección compuesta.
Las normas que vigilan este tipo de sistemas son dadas por el reglamento del ACI. En la cual se
aplica un criterio similar al de columnas de concreto reforzado.
En algunos casos se señala que una columna compuesta también puede solucionarse,
vertiendo concreto en un perfil tubular de acero y con ello se aplica el concepto de sistema mixto.
En algunos casos se pueden colocar placas de cortante y con ellas el relleno de concreto, para que
funcionen como cimbra permanente y aumenten la rigidez y resistencia del muro. En general el
principal propósito de un sistema mixto en incrementar la rigidez de las estructuras,
especialmente para evitar el efecto de deformaciones por cargas laterales.
6.2 Utilización
La combinación de materiales de construcción más importante y más frecuentemente
empleada tanto en edificaciones como en la construcción de puentes es la de acero y hormigón.
A pesar de ser muy diferentes en su naturaleza, estos dos materiales se complementan dado que:
El hormigón es eficiente en compresión y el acero en tracción.
Los componentes de acero son relativamente delgados y propensos a pandear, el
hormigón puede arriostrar dichos componentes evitando su pandeo.
El hormigón también proporciona protección contra la corrosión y aislamiento térmico a
altas temperaturas provocadas por incendios.
El acero proporciona mayor ductilidad a la estructura.
6.2.1 Aspectos a Considerar
El diseño de estructuras no solo se trata de presentar soluciones que cumplan las normas
necesarias de cada uno de los países como lo son la optimización de la resistencia para las cargas
máximas, su rigidez y su ductilidad, sino también requerimientos de tipo arquitectónico,
económico, constructivo o de utilización de las vigas, losas y pilares.
6.2.2 Aspectos Arquitectónicos
Diseñar con estructuras mixtas ofrece flexibilidad en el diseño y soluciones arquitectónicas
pudiendo combinar diferentes tipos de elementos mixtos. Entre las prestaciones de estructuras o
elementos estructurales mixtos se encuentran:
Reducción de las dimensiones de vigas
Luces más amplias entre apoyos.
Losas o diafragmas más delgados y eficientes.
57
Pilares o columnas con una mayor capacidad de esbeltez ya que poseen más flexibilidad
ofreciendo así las características necesarias para algunos espacios arquitectónicos como
lobbys de hoteles y otros.
6.2.3 Aspectos Económicos
A consecuencia de que con las estructuras mixtas se puede disponer de menores
dimensiones en los elementos estructurales, ya que la combinación de hormigón y acero permite
una buena combinación entre rigidez y flexibilidad. Algunas ventajas económicas que ofrecen las
estructuras mixtas son:
Disminución de las superficies a revestir con otros acabados en la edificación.
Permiten luces más amplias entre apoyos comparado con otros métodos constructivos, lo
que se traduce en espacios con menos columnas siendo más flexibles en su utilización.
Las estructuras mixtas son fáciles de montar y precisan menores tiempos de ejecución.
Menor costo de financiamiento.
Algunos elementos pueden prefabricarse y reducir tiempos de ejecución
Menor peso global de la estructura y como consecuencia bases o cimentaciones mas
económicas y así como de los pilares o muros.
Si se utilizan elementos metálicos como moldajes perdidos se puede ahorrar este
componente de la obra y el tiempo de colocación y retiro del moldaje.
6.2.4 Funcionalidad
En comparación con las estructuras de acero convencionales, en las que hay que emplear
alguna protección de los elementos estructurales contra el fuego para aislarlos del calor, por su
parte las estructuras mixtas alcanzan una resistencia al fuego igual que las estructuras de
hormigón armado en las que el hormigón protege al acero debido a su mayor masa y
relativamente inferior conductividad térmica.
6.2.5 Flexibilidad y servicios
Las estructuras mixtas son remodelables o adaptables, pueden modificarse durante la vida
de la edificación. Esto es especialmente cierto cuando se utiliza losas creadas con planchas de
acero y hormigón sobre con estructuras porticadas, ya sea de hormigón armado o metal, por
ejemplo. En ese caso siempre es posible crear una perforación en la losa sin mayores
inconvenientes y generar si es necesaria una nueva caja de escalera entre dos plantas
simplemente añadiendo el entramado necesario de vigas haciéndose el estudio estructural
respectivo.
Recientes desarrollos y cambios en las comunicaciones y las tecnologías de la información
han puesto de manifiesto la importancia de ser capaces de modificar rápidamente la disposición
de los servicios del edificio, sobre todo si se trata de edificios de uso comercial o propiedades
58
multi-compartidas, donde ha sido posible modificar los servicios sin violar la privacidad de los
otros ocupantes del edificio con el fin de resolver este problema.
6.2.6 Ensamblaje
Los elementos estructurales mixtos son hoy día la propuesta preferida para un amplio
rango de estructuras, proporcionando al diseñador y clientes las siguientes ventajas:
Superficie de trabajo: Antes de hormigonar, la superficie metálica proporciona una
superficie de trabajo segura, que permite acelerar el proceso constructivo en su conjunto.
Encofrado permanente: La superficie metálica que discurre de viga a viga, constituye un
encofrado permanente para el hormigón y habitualmente no son necesarios los
apuntalamientos.
Armadura de refuerzo: La armadura dispuesta en la sección transversal de un elemento
estructural de tipo mixto es normalmente suficiente por sí misma para soportar los
momentos positivos.
Velocidad y simplicidad de construcción: Las propiedades que presentan las planchas de
acero para construir las losas de piso poseen elevada rigidez y bajo peso, facilitando
considerablemente el transporte y almacenaje del material en el lugar de montaje.
Productos de calidad controlada: Los componentes de acero de las estructuras mixtas son
elaborados bajo condiciones controladas de fábrica. Esto permite el establecimiento de
procedimientos más estrictos de calidad, lo que conduce a una mayor precisión y calidad
en la construcción.
59
7 CAPITULO VI. EJERCICIO PRACTICO: CÁLCULO CARGAS SISMICAS EN EDIFICACION
MULTIFAMILIAR
7.1 Desarrollo ejercicio práctico 7.2 Determinación peso sísmico
60
Se realizó una tabla con las estimaciones de la cubicación de algunas partidas del edificio y
se calculo la sobre carga de uso para estimar el peso total del edificio
CARGA MUERTA (PESO DEL EDIFICIO)
LARG
O ANCHO AREA
ESPESOR/ ALTURA
VOLUMEN UNIDAD PESO X
UNIDAD PESO / kg
PLANTAS TIPO
PAREDES 30 2,6 78
m2 270 21.060,00
CALCULO DEL PESO DE LA ESTRUCTURA
PESO LOSA PLANTA TIPO
154,48 0,2 30,90 m3 2.500 77.240,00
PESO DE LOS MUROS EN DIRECCION X
Muro X1 0,20 3,50 0,70 2,60 1,82 m3 2.500 4.550,00
Muro X2 0,20 0,75 0,15 2,60 0,39 m3 2.500 975,00
Muro X3 0,20 0,95 0,19 2,60 0,49 m3 2.500 1.235,00
Muro X4 0,20 3,50 0,70 2,60 1,82 m3 2.500 4.550,00
Muro X5 0,20 3,50 0,70 2,60 1,82 m3 2.500 4.550,00
Muro X6 0,20 3,50 0,70 2,60 1,82 m3 2.500 4.550,00
8,16 m3
PESO DE LOS MUROS EN DIRECCION Y
Muro Y1 0,20 3,80 0,76 2,60 1,98 m3 2.500 4.940,00
Muro Y2 0,20 3,80 0,76 2,60 1,98 m3 2.500 4.940,00
Muro Y3 0,20 2,45 0,49 2,60 1,27 m3 2.500 3.185,00
Muro Y4 0,20 3,40 0,68 2,60 1,77 m3 2.500 4.420,00
Muro Y5 0,20 3,40 0,68 2,60 1,77 m3 2.500 4.420,00
Muro Y6 0,20 2,45 0,49 2,60 1,27 m3 2.500 3.185,00
Muro Y7 0,20 1,75 0,35 2,60 0,91 m3 2.500 2.275,00
Muro Y8 0,20 2,40 0,48 2,60 1,25 m3 2.500 3.120,00
Muro Y9 0,20 2,70 0,54 2,60 1,40 m3 2.500 3.510,00
13,60 m3
152.705,00
SOBRECARGA DE USO
AREA INTERNA
150,37 Se utiliza 25% sobrecarga m2 50 7.518,50
BALCONES Y TERRAZAS
4,10 Se utiliza 25% sobrecarga m2 62,50 256,25
7.774,75
TOTAL 160.479,75
# DE PISOS 5
PESO
TOTAL kg
802.398,75
61
7.3 Esfuerzo de cortante basal Qo
7.4 Distribución de las fuerzas Sísmicas en altura
62
7.5 Distribución de las fuerzas sísmicas en planta
Se comenzó realizando el cálculo del momento de inercia de la sección de los muros según
el eje x de análisis:
Se utiliza la ecuación:
63
Luego se calculó la flexibilidad de cada uno de los elementos según la ecuación:
Donde:
Flexibilidad del muro
Altura del muro (distancia de entrepisos)
Modulo de elasticidad del hormigón utilizado
La inercia de la sección del muro
Luego se calcula la rigidez ( ) con la ecuación:
Donde:
Rigidez del muro en el eje x
Flexibilidad del muro en el eje x
Luego se utilizó la ecuación siguiente para repartir la fuerza cortante o fuerza directa del nivel en
los diferentes muros de la planta: según su rigidez:
Donde:
= La fuerza directa de un muro determinado en el eje x
= La rigidez del muro determinado en el eje x
= Cortante del nivel en estudio
= Sumatoria de las rigideces de todos los muros en el eje x del nivel de estudio
Según las ecuaciones antes mencionadas se realizaron los siguientes cuadros para ordenar los
datos de los cálculos en el eje x y en el eje y.
64
65
66
7.6 Cálculo del centro de rigidez
Para el cálculo del centro de rigidez se utilizaron las siguientes ecuaciones:
Donde:
Coordenada x del centro de rigidez calculada en base al eje referencial
Distancia entre el muro y el eje referencial medida en dirección y
= Rigidez de los muros ubicados en dirección y
Coordenada y del centro de rigidez calculada en base al eje referencial
Distancia entre el muro x el eje referencial medida en dirección y
= Rigidez de los muros ubicados en dirección x
67
68
69
7.7 Cálculo del Centro de masa
Se procedió a dividir en partes la planta para manejar formas regulares de acuerdo a las
ecuaciones para hallar su centroide.
70
Se utilizaron las siguientes formulas para hallar el centroide o centro de masa de las diferentes
formas que están presentes en la planta:
71
7.8 Excentricidad
72
7.9 Momento torsor (dirección x e y)
Se calcula el momento torsor de cada nivel en x de acuerdo a la ecuación:
Donde:
Momento torsor en x
Cortante del nivel
Excentricidad en el eje y
Longitud de la planta en el eje y
Se calcula el momento torsor de cada nivel en y de acuerdo a la ecuación:
Donde:
Momento torsor en y
Cortante del nivel
Excentricidad en el eje x
Longitud de la planta en el eje x
73
7.10 Determinación de fuerzas indirectas (dirección x e y)
74
75
76
7.11 Análisis de las fuerzas indirectas ejes x e y
Análisis de fuerzas indirectas en el eje x
Análisis de fuerzas indirectas en el eje y
77
7.12 Corrección al ejercicio Práctico
Realizando el ajuste de los muros marcados en rojo (X1, X2, X3, X4, X5, X6 y Y3, Y4, Y5, Y6,
Y7 y Y9), se logra desplazar el Centro de Rigidez prácticamente coincidiendo con el Centro Masa.
78
79
8 CONCLUSIONES
Debe procurarse que la distribución de las rigideces asociadas a los elementos
estructurales de las plantas de los edificios, en este caso muros de hormigón armado, sea lo más
homogénea posible procurándose que la estructura sea simétrica para así evitar esfuerzos de
corte adicionales en los elementos por los efectos de torsión producidos en la planta,
entendiéndose como el término simetría a la coincidencia del centro de rigideces de la planta con
su centro de gravedad. Al actuar un sismo en una planta la fuerza del sismo actúa en el centro de
masas y la respuesta del edificio es oponerse a este esfuerzo en el centro de rigideces, al existir un
desfase entre estos es cuando se producen esfuerzos de torsión y fuerzas indirectas adicionales
sobre los elementos estructurales de la planta. Las elementos portantes más afectados en un
edificio asimétrico este caso son los elementos más alejados del centro de rigideces ya que son los
sometidos a mayores esfuerzos por el brazo de la torsión es más grande.
Las configuraciones de las plantas con formas de C, T, L, H, U o cruz no son aconsejables
para la torsión de las plantas ya que estas formas se comportan en edificios en altura como
perfiles abiertos y las alas de los edificios tienen comportamientos diferentes ante una misma
dirección de un sismo. En el caso de utilizarse estas formas es aconsejable fragmentar la planta en
cuerpos rectangulares independientes mediante juntas de construcción para crear formas
rectangulares independientes que permitan un comportamiento más estructural más adecuado y
predecible en su análisis.
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9 BIBLIOGRAFÍA
LIBROS
ARNOLD, Christopher y REITHERMAN, Robert. "Building Configuration and Seismic design", John Wiley & Sons, New York, 1982. ARROYO, Juan Carlos. "Números gordos en el proyecto de estructuras", Editorial Cinter, Divulgación técnica, 2001 BRAJAS M. Das. "Principios de Ingeniería de Cimentaciones", Thomson Editores, México. 2004 ENGEL, Heino. "Sistemas estructurales", Blume Ediciones, Madrid, 2002 GALLO, Gabriel. "Diseño estructural de casas habitación" Editorial Mc Graw- Hill, México, 2005. GUEVARA, Teresa. "Arquitectura moderna en zonas sísmicas", Editorial Gustavo Gili, Barcelona, 2009. PERLES, Pedro. "Temas de Estructuras Especiales", Editorial Kliczkowski, Buenos Aires, sin fecha RIDELL, Rafael - HIDALGO, Pedro. "Fundamentos de Ingeniería Estructural para Estudiantes de Arquitectura", Ediciones Universidad Católica de Chile, 2001 TERZAGHI, Karl y PECK, Ralph. "Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica" Editorial El Ateneo, España, 1982. WAKABAYASHI, Minoru. "Diseño de estructuras sismoresistentes" Editorial Mc Graw- Hill, México, 1988 ALEX H BARBAT” Calculo sísmico de las estructuras”, Editores Técnicos Asociados SA, Barcelona, España, 1982 NORMAS ORDENANZA GENERAL DE URBANISMO Y CONSTRUCCIONES NORMAS CHILENAS DEL INSTITUTO DE NORMALIZACIÓN Nch 433 Of96 "Diseño sísmico de edificios" Nch 1537 0f86 "Diseño estructural de edificios - Cargas permanentes y sobrecargas de uso" NTM 007 2010 "Diseño estructural para edificaciones en zonas inundables por tsunami" NTM 001 2010 " Diseño sísmico de componentes no estructurales"