tesis víctor carvajal talamilla revjop

8/16/2019 Tesis Víctor Carvajal Talamilla RevJOP

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UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE

FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA Y CONSTRUCCION

Departamento de Ingeniería Civil

COMPARACIÓN DE EFECTOS ESTRUCTURALES ENTRE

ACELERACIONES VERTICALES MANIFESTADAS EN EL SISMO

DE NORTHRIDGE (1994) Y LAS DEL SISMO INTRAPLACA DE

TARAPACÁ (2005)

Memoria para optar al grado de Licenciado en Ciencias de la Ingeniería y al

Título de Ingeniero Civil

VÍCTOR MANUEL CARVAJAL TALAMILLA

Profesor Guía: Ingeniero Civil Jorge Omerovic Pavlov

Antofagasta, Chile

2016

"Comparación de efectos estructurales entre aceleraciones verticalesmanifestadas en el sismo de Northridge (1994)

y las del sismo intraplaca de Tarapacá (2005)"



II

TABLA DE CONTENIDO

I. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 1

1.1. Generalidades ................................................................................. 1

1.2. Problemáticas a Estudiar ................................................................ 2

1.3. Justificación .................................................................................... 4

1.4. Objetivos ........................................................................................ 5

1.4.1. Objetivos generales .................................................................. 5

1.4.2. Objetivos específicos ............................................................... 5

1.5. Metodología .................................................................................... 6

II. DISCUSIÓN BIBLIOGRÁFICA .......................................................................... 7

2.1. Parámetros Sísmicos....................................................................... 7

2.2. Caracterización Geológica ........................................................... 12

2.2.1. Región de Tarapacá, Chile ..................................................... 12

2.2.2. Northridge, Estados Unidos de América ............................... 14

2.3. Antecedentes Sísmicos ................................................................. 16

2.3.1. Norte de Chile ........................................................................ 16

2.3.2. Northridge, Estados Unidos ................................................... 18

2.4. Daños estructurales....................................................................... 20

2.4.1. Terremoto de Tarapacá (2005), Chile .................................... 21

2.4.2. Terremoto de Tocopilla (2007), Chile ................................... 24



III

2.4.3. Terremoto de Northridge (1994), Estados Unidos ................ 27

2.5. Cambios en el Diseño Sísmico ..................................................... 32

2.6. Normativa Chilena ....................................................................... 37

2.7. Registros Digitales ....................................................................... 39

2.7.1. Registros Nacionales .............................................................. 39

2.7.2. Registros Norteamericanos .................................................... 41

III. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 44

3.1. Eventos sísmicos disponibles ....................................................... 44

3.1.1. El Terremoto de Northridge ................................................... 44

3.1.1.1. Acelerogramas de Sylmar ................................................. 46

3.1.1.2. Acelerogramas de Tarzana ............................................... 48

3.1.2. El Terremoto de Tarapacá ...................................................... 49

3.1.2.1. Acelerogramas de Pica...................................................... 50

3.2. Caracterización de Suelos ............................................................ 52

3.2.1. El suelo de la localidad de Pica (I Región) ............................ 52

3.2.2. Los suelos de Tarzana y Sylmar ............................................ 53

3.3. Estructuras a analizar.................................................................... 55

3.3.1. Descripción de Estructura de Acero ...................................... 55

3.3.1.1. Parámetros de Diseño ....................................................... 59

3.3.2. Descripción de Estructura de Albañilería .............................. 61

3.3.2.1. Parámetros de Diseño ....................................................... 64



IV

3.4. Programas de modelación ............................................................ 65

3.4.1. Características ........................................................................ 66

3.4.2. Ventajas .................................................................................. 67

3.5. Análisis Tiempo – Historia .......................................................... 68

IV. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 70

INDICE DE FIGURAS

Figura II.1 Ejemplo de un Espectro de Respuesta ....................................... 11

Figura II.2 Fosa de Nazca ............................................................................ 12

Figura II.3 Mapa del área del Terremoto (EERI, 1994) .............................. 15

Figura II.4 Zonas afectadas por sismos importantes en Chile ..................... 17

Figura II.5 Zona de ocurrencia de sismos en los Estados Unidos ............... 19

Figura II.6 Magnitudes del Sismo en localidades cercanas al Epicentro .... 21

Figura II.7 Grietas diagonales debido a falla al corte producido en muros . 22

Figura II.8 Grietas debido a fallas por flexión o defectos constructivos ..... 23

Figura II.9 Fallas debido a carencia de juntas y vaciamiento ...................... 24

Figura II.10 Epicentro del Sismo del 14 de noviembre del 2007 ................ 25

Figura II.11 Grieta escalonada y Grietas en muro por falta de mortero ...... 26

Figura II.12 Daños por esfuerzo de corte en albañilería .............................. 27

Figura II.13 Fallas en conexiones Viga-Columna (Northridge,1994) ......... 29

Figura II.14 Daños en placas bases de estructuras de acero ........................ 30

Figura II.15 Evidencia de daños en estructuras de albañilería .................... 31



V

Figura II.16 Portada de la publicación del FEMA en el año 2000 .............. 33

Figura II.17 Deformación de la zona panel ................................................. 34

Figura II.18 Marco Especial a Momento y su deformada ........................... 36

Figura II.19 Marco STMF (izquierda) y Marco SCBF (derecha) ............... 37

Figura II.20 Formato de registro de aceleraciones por RENADIC ............. 40

Figura II.21 Formato de registro de aceleraciones por COSMOS ............... 43

Figura III.1 Registros en tres componentes en Estación Sylmar ................. 47

Figura III.2 Registros en tres componentes en Estación Tarzana ................ 49

Figura III.3 Estación de registros ubicada en Pica (I Región) ..................... 51

Figura III.4 Registros en tres componentes en Estación Pica ...................... 52

Figura III.5 Estructura de Acero a utilizar ................................................... 55

Figura III.6 Planta principal de la Estructura ............................................... 56

Figura III.7 Elevación de Marco Longitudinal SMF ................................... 57

Figura III.8 Elevación de Marco Transversal tipo SCBF ............................ 57

Figura III.9 Elevación de Marco Transversal no perteneciente al SFRS .... 58

Figura III.10 Elevaciones Frontal y Posterior de las viviendas ................... 61

Figura III.11 Planta de Techumbre de Estructura de Albañilería ................ 62

Figura III.12 Elevación Lateral de la estructura de Albañilería .................. 63

FiguraIII.13Esquema de modelación de cargas sísmicas en Análisis

Tiempo-Historia ........................................................................................... 68



1

I.

INTRODUCCIÓN

1.1. Generalidades

La principal causa de ocurrencia de los terremotos es la interacción entre las

placas que conforman la corteza terrestre, las que están en permanente

movimiento, fenómeno conocido como la tectónica de placas. El eventotelúrico se produce cuando la presión entre las placas origina la ruptura o

deslizamiento lo que da lugar a desplazamientos abruptos entre las

mencionadas.

En este contexto ocurrió el terremoto de Northridge (EEUU – 1994), que

ostenta ser el movimiento con las mayores aceleraciones verticales de las

que se tenga registro; produciendo severas fallas en las conexiones sismo-

resistentes de la época. En consecuencia, importantes instituciones

realizaron investigaciones para detectar las causas de los daños

estructurales.

De manera similar, ocurre el terremoto en la localidad de Pica (Chile –

2005), presentando similares características al suceso producido en los

Estados Unidos. Es por ello que hoy en día se utiliza la experiencia dejada

por el sismo de Northridge para crear normativas de diseño con el fin de

que las estructuras de todo tipo puedan resistir grandes solicitaciones

sísmicas.



2

1.2. Problemáticas a Estudiar

En la confección de normativas para diseño y construcción de estructuras de

albañilería o acero, se presentan como antecedentes aquellos estudios y

lecciones que han dejado eventos sísmicos históricos a lo largo del tiempo.

Estos documentos son revisados constantemente por profesionales

calificados y con alta experiencia en el desarrollo de estructuras sismo

resistente.

Las normas de diseño en Chile consideran, de manera importante, las

aceleraciones horizontales que genera un terremoto desde el punto de vista

del suelo. Sin embargo, los fenómenos sísmicos también presentan

aceleraciones verticales, cuyas magnitudes son menores en comparación

con las horizontales. Es por esto que actualmente los manuales oficiales de

diseño sugieren no considerar totalmente la componente vertical. Noobstante, en el último tiempo se han producido terremotos con elevadas

aceleraciones verticales como Kobe (1995), Northridge (1994) o Tarapacá

(2005).

Debido a estos antecedentes, surge la necesidad de estudiar los efectos de

las aceleraciones verticales en estructuras desde el enfoque de lasconsecuencias que podrían ser generadas por la baja importancia que tienen

estas componentes comparadas con las horizontales.

que ponen de manifiesto la necesidad de incorporar más adecuadamente lasaceleraciones verticales en la Normativa de diseño sísmico.

Japón EEUUChile

Christchurch, Nueva Zelandia (septiembre 2010, febrero 2011, junio 2011)



3

El efecto de los parámetros mencionados se evidencia en las distintas fallas

que se encuentran en construcciones de las localidades dañadas. Por ello esimportante comprender como se originan las irregularidades y si son

producidas por el tipo de conexiones empleadas en construcciones de acero

o el método constructivo utilizado en viviendas de albañilería.

Para llevar a cabo lo mencionado anteriormente, se pueden generar modelos

representativos de estructuras mediante un programa computacional y

someterlos a comportamientos similares a los terremotos intraplaca

producidos en Chile y Estados Unidos, con el fin de estudiar y comparar sus

efectos producidos en los miembros estructurales.

Los resultados que se obtengan del análisis computacional pueden entregar

conclusiones muy representativas de las condiciones reales, y además

constituir un válido argumento capaz de cuestionar la normativa sísmica denuestro país, que es el fin principal de este trabajo.



4

1.3. Justificación

En enero del año 1994 en la localidad de Northridge, estado de California,

Estados Unidos, ocurrió un terremoto de gran intensidad que registró las

mayores aceleraciones verticales jamás antes vistas en la historia sísmica

norteamericana. Esto trajo como consecuencia la generación de enormes

fuerzas de impacto que evidenciaron diferentes falencias en las conexiones

sísmicas para estructuras de la época, originando numerosas investigaciones

en terreno para verificar los daños producidos, así como el re-estudio de la

normativa para la estructuración sísmica y el diseño de las conexiones

resistentes a sismo.

Debido a las grandes aceleraciones verticales observadas en la localidad de

Pica, ubicada la Zona de Depresión Intermedia de Tarapacá-Chile,

originadas por el terremoto intraplaca del año 2005, es de interés estudiar elcomportamiento de estructuras de acero y albañilería enfrentadas a dichas

solicitaciones y compararlas con el resultado de enfrentarlas a las del sismo

de Northridge. Cabe destacar que el mecanismo de generación de sismos

intraplaca en Chile, así como los rasgos geomorfológicos de la depresión

intermedia, se mantienen a lo largo de una gran extensión, existiendo en ella

algunas de las ciudades de mayor población y desarrollo arquitectónico,urbano e industrial.



5

1.4. Objetivos

1.4.1. Objetivos generales

Contribuir a la seguridad del diseño sísmico de la normativa nacional

incorporando la experiencia sísmica internacional.

1.4.2. Objetivos específicos

• Caracterizar los principales cambios en el diseño de las conexiones

sísmicas, que se produjeron en la normativa norteamericana, debido a los

daños originados por el sismo de Northridge (EEUU-1994).

• Comparar los parámetros sísmicos del sismo de Northridge (EEUU-1994) con los del sismo intraplaca de Tarapacá (Chile-2005).

• Verificar la hipótesis:

“Los daños sísmicos en estructuras de acero originados por las

aceleraciones verticales del sismo de Northridge (EEUU-1994), pueden ser

similares a los originados por sismos intraplaca como el de Tarapacá

(Chile-2005).



6

1.5. Metodología

Este trabajo de investigación busca, en primer lugar, recopilar información

sobre los daños que se produjeron en construcciones de acero y albañilería

debido a movimientos sísmicos caracterizados por presentar grandes

aceleraciones verticales; casos de interés son los producidos en Northridge,

Estados Unidos, y Tarapacá en Chile.

Posteriormente, se estudian los principales cambios realizados a la

normativa sísmica norteamericana y su influencia en manuales de diseño

sismoresistentes ocupados en nuestro país actualmente.

Se investiga sobre los principales parámetros del sismo de Northridge

(1994) y se comparan con los del terremoto de Tarapacá (2005), a través de

un análisis computacional que considera el comportamiento de lasestructuras en un período de tiempo determinado.

Los resultados obtenidos buscan contribuir a la normativa chilena de diseño

sísmico desde el punto de vista de la importancia otorgada a la componente

vertical del sismo.



7

II. DISCUSIÓN BIBLIOGRÁFICA

2.1. Parámetros Sísmicos

La historia sobre la ocurrencia de terremotos es variada. Los países de Chile

y la costa oeste de los Estados Unidos no están ajenos a estos fenómenos,

pues se encuentran situados en la zona geológica denominada por los

expertos “Cinturón de Fuego del Pacífico”, caracterizada por el constantedesarrollo de eventos sísmicos que en gran parte de las ocasiones, dejan

víctimas fatales.

Debido a la gran cantidad de eventos ocurridos, surge el interés y necesidad

de cuantificar la energía que es capaz de producir un terremoto, con el fin

de contar con suficiente información que permita influir en la configuración

de manera segura de las obra.

Existen dos formas de medir los movimientos terrestres: la Intensidad y la

Magnitud de acuerdo a la publicación de los autores Riddell R. e Hidalgo P.

en el año 2001.

La Intensidad es una medida del daño provocado por un sismo en las

construcciones y de las perturbaciones en la superficie. La escala utilizada

en el mundo para determinar la intensidad es la Escala de Mercalli

Modificada, que presenta un intervalo de valores I a X. Un evento sísmico



8

puede tener diversas intensidades dependiendo del lugar donde se ubique la

construcción y la calidad de los materiales componentes.

La Magnitud consiste en una medición objetiva del tamaño de un sismo,

pues no depende de la población, calidad del suelo o construcción. Existe

una medida de magnitud para cada evento sísmico, la cual es propuesta por

Richter como el logaritmo en base 10 de la amplitud máxima de la traza

registrada por un sismógrafo Wood-Anderson ubicado a 100 kilómetros del

epicentro. La Magnitud también es una medida de la energía liberada al

producirse la ruptura entre placas, conceptos relacionados de la siguiente

forma:

Log E = 11,8 + 1,5M

En que “E” es la energía liberada y “M” la magnitud de Richter.

Existen diversas formas de calcular la magnitud de un sismo, todas ellas

derivadas a partir de técnica desarrollada por Richter. En primer lugar, la

magnitud local de Richter (1935), depende del valor máximo de amplitud

de la onda sísmica y de la diferencia de tiempo entre el arribo de ondas

primarias (P) y ondas secundarias (S); ambos valores se relacionan en la

ecuación siguiente:

= log +3log[8 Δ−] ∗2.92



9

Esta ecuación se utiliza para calcular magnitudes de sismos superficiales

con distancia epicentral menor a 2.000 km.

La magnitud de ondas superficiales (B. Gutemberg y Richter C., 1956)

idearon este concepto para terremotos superficiales con distancia epicentral

entre 2.000 km y 17.000 km aproximadamente, la cual se expresa como

sigue:

= log +1.66log + 2 . 0

Para la determinación de sismos profundos con distancias epicentrales

mayores a 2.000 km y menores a 11.000 km, B. Gutemberg (1945)

desarrolla la magnitud de ondas de cuerpo (), que se obtiene de esta

forma:

= log log +0.01+5.9

En que el valor “T” corresponde al período de la onda “p”.

Por último, en 1979 M. Hanks y H. Kanamori desarrollan el cálculo para la

magnitud de un sismo denominada Magnitud de Momento ( , que

puede ser determinada a partir de un espectro de desplazamientos obtenido

a partir de sismogramas o basada en el momento sísmico (Mo), quedepende de la resistencia a la ruptura del material, su área y cantidad de

desplazamiento. Se expresa finalmente de la siguiente forma:

= log 1.5 10.7⁄



10

Dentro del ámbito de la sismología, existen parámetros que permiten medir

el comportamiento del suelo. Uno de los más empleados es la aceleraciónmáxima (PGA), que corresponde a la aceleración máxima del terreno

registrado durante algún suceso sísmico, por lo tanto, el PGA de un registro

es la aceleración máxima experimentada por una partícula de suelo en el

transcurso del movimiento (Carrasco, F. 2009).

La velocidad máxima (PGV) corresponde al mayor valor absoluto de la

velocidad horizontal. Se encuentra ligado a frecuencias medias y del mismo

modo que la aceleración máxima, se le puede relacionar con las

intensidades. Este valor tiene mejor correlación con la respuesta de

estructuras de período intermedio, alrededor de un segundo (Riddell, 2007).

Además de lo señalado anteriormente, existen otros parámetros de medición

de importancia. La Intensidad de Arias (IA) es una medida que representa lacapacidad de producir daño a un terremoto específico mediante un valor

escalar. La expresión que lo representa es:

= ∫

Donde

A(t) = La aceleración a lo largo del registro

tr = La duración total del sismo

g = Aceleración de gravedad



11

Araya y Saragoni (1985) modificaron la Intensidad de Arias para tener en

cuenta el contenido de frecuencia, definiendo el poder destructivo PDcomo:

=

En esta expresión, “vo” es el número de cruces por cero por unidad de

tiempo; en otras palabras, corresponde a la cantidad de cambios de signo

que puede presentar el desarrollo de un acelerograma.

Desde el punto de vista de registros, existen herramientas que permiten

relacionar las respuestas que presentan las estructuras en función del

tiempo, y que se denominan espectros de respuesta. Este concepto provee

de información sobre el potencial efecto sobre una estructura debido por

ejemplo al movimiento del suelo (Riddell, 2007).

Figura II.1 Ejemplo de un Espectro de Respuesta



12

2.2. Caracterización Geológica

2.2.1. Región de Tarapacá, Chile

La región de Tarapacá se encuentra situada dentro de una zona de

acoplamiento, que consiste en la constante convergencia entre las placas

Sudamericana y de Nazca. Éste sector da origen a los grandes terremotos

registrados en la historia de Chile, caracterizados por ser en su mayoríadestructivos, generando pérdidas humanas.

El Ingeniero Civil Antonio Álvarez (Informe de Tesis – 2009) afirma que la

extensión de la zona sismogénica va desde la Fosa de Nazca hasta 50

kilómetros de profundidad en un plano inclinado hacia el Este, y abarca

unos 150 kilómetros en la misma dirección.

Figura II.2 Fosa de Nazca



13

Estudios realizados por Marquardt, Naranjo y Lavenu de la UniversidadCatólica del Norte en 2006, hacen mención a efectos geológicos que fueron

consecuencias del terremoto de Tarapacá. Se afirma que en la depresión

intermedia de la región, se observaron grietas a lo largo de los bordes de

terraplenes carreteros sin relleno adecuado; tampoco se encuentran indicios

de deformaciones del terreno, pero todo indica que los efectos del sismo

tienen relación con un aumento de vibración de las ondas sísmicas, las que

se amplificaron como consecuencia de la refracción al pasar desde un

sustrato rocoso a los depósitos de grava menos consolidados presentes en el

suelo.

Las características de deformación observadas y asociadas a un terremoto

profundo intraplaca de Nazca, como el del 13 de junio 2005, indican que en

las áreas costeras no son comparables las observaciones con lo que se podría producir durante un terremoto de interplaca de igual magnitud.

Debido a esto, la zona del norte grande de Chile sigue teniendo un alto

potencia de activación sísmica.



14

2.2.2. Northridge, Estados Unidos de América

La ocurrencia de eventos sísmicos en el territorio norteamericano se asocia

a la presencia de la falla de San Andrés, de carácter geológica y

transformante. Presenta zonas de deslizamiento donde la energía acumulada

se disipa en temblores de efectos variados.

Las investigaciones sobre cómo se produce el terremoto de Northridge,

presenta tres interpretaciones de mecanismos focales. La primera se refiere

a la extensión de la falla de Oak Ridge, situada al oeste de la cuenca de

Ventura, hasta la zona del terremoto de Northridge. Otra opción apunta a

que el sismo fue causado por una inmersión al sur de una rampa de empuje

por debajo del Valle de San Andrés. Finalmente, una tercera teoría apunta a

la activación de fallas situadas al norte, la más importante la falla de Hilster

según la EERI en su publicación de 1994.

El sismo principal es seguido de varias réplicas que se concentran en dos

zonas diferenciadas, una de las cuales está asociada con el impacto

principal, describiendo un área rectangular de aproximadamente 16

kilómetros de extensión al oeste-noroeste desde el epicentro, y la misma

distancia hacia el norte-noreste. La segunda zona se sitúa por debajo de lasmontañas de Santa Susana hacia el noroeste y cuyas extensión es de 16 por

9.6 kilómetros.



15

La ruptura de falla asociada al terremoto, según inferencias tele sísmicas y

de campo disponibles, parece ser un empuje de un plano de ángulo inferior.Este se sumerge a una magnitud menor a 40º en dirección sur-suroeste,

cerca de la superficie y va aumentando con la profundidad. La mencionada

ruptura puede haber llegado a la superficie en forma de pausas difusas o a

través de un impulso en un horst situado en las montañas de Santa Susana.

Esto implicaría que el terremoto de Northridge se asoció a un plano de

ruptura horizontal que se forma debajo de las montañas que se extiende en

dirección sur-suroeste. En síntesis, la vibración del suelo es debido a las

rupturas de falla a pocos kilómetros de distancia del epicentro.

Figura II.3 Mapa del área del Terremoto (EERI, 1994)



16

2.3. Antecedentes Sísmicos

2.3.1. Norte de Chile

Durante los últimos 110 años, han ocurrido varios eventos sísmicos que se

han caracterizado por presentar una gran cantidad de daños estructurales,

como el ocurrido en Arica, en el año 1987, sismo moderado de 6.9 de

magnitud en Escala de Richter cuyos efectos se apreciaron en viviendas deadobe, llegando incluso a la destrucción total; sin embargo, las

construcciones de albañilería en bloque no fueron afectadas (Santander,

2007).

Otro evento importante fue el ocurrido el 24 de julio de 2001en la localidad

de Iquique, de magnitud 6.3 en la Escala de Richter y con una profundidad

focal de 10 kilómetros; presentando similares características al sismo de

2005, fenómeno que es estudiado en este trabajo.

De igual forma, en la Región de Antofagasta, se han presentado sucesos

sísmicos con importantes consecuencias estructurales en construcciones de

ciudades como Tocopilla, María Elena y Mejillones (Omerovic J., 2010).

Debido a estos y otros sucesos, la zona norte de Chile es reconocida

internacionalmente como una brecha sísmica próxima a la ruptura,

comenzando en el sur de Arica y terminando en la península de Mejillones

(Santander, 2007).



17

Para mostrar lo anterior, en la siguiente imagen se aprecia la zona de

ruptura de los sismos más destructivos en la historia de Chile.

Figura II.4 Zonas afectadas por sismos importantes en Chile



18

2.3.2. Northridge, Estados Unidos

La localidad de Norhtridge se encuentra en el Valle de San Fernando,

ubicado al noroeste de la ciudad de Los Ángeles en el estado de California,

Estados Unidos. Es una zona que presenta una alta tasa de desarrollo,

incluyendo complejos residenciales, industriales, centros comerciales y una

Universidad Estatal (Broderick B.M., 1994).

Los antecedentes sísmicos que se encuentran en esta zona del país del norte

son varios y muy similares. Durante los sucesos telúricos de 1978 (Tabas),

1979 en el Valle Imperial y 1992 (Landers), ya se habían evidenciado

efectos producidos por los grandes pulsos de velocidad, los mismos

presentados en el sismo de Northridge. El terremoto de San Francisco en el

año 1906, fue el antecedente más importante debido a la gran magnitud del

movimiento, produciendo colapsos en estructuras (Naeim F. 2004).

Lo anterior se convirtió en el inicio de estudios geomorfológicos del

territorio norteamericano con el fin de establecer normativas que

permitieran registrar una menor cantidad de daños en futuros sucesos.

Otros eventos importantes que han ocurrido en el estado de Californiatambién se han caracterizado por su intensidad y violencia. El terremoto de

Loma Prieta, ocurrido en 1989, es causado por el deslizamiento de la Falla

de San Andrés. También ocurre el terremoto de San Fernando en 1971,



19

presentando una magnitud de 6.6 en la Escala de Richter, caracterizado por

el rompimiento de un segmento de la zona de la falla del mismo nombre.

En menor escala, en 2008 se produce el terremoto de Los Ángeles que

registra 5.4 en la Escala de Richter y cuyo epicentro fue en el área de

“Chino Hills”, al sudeste de la gran ciudad. En particular, se trató de un

movimiento sísmico con pocas víctimas fatales y de buen comportamiento

de las estructuras en comparación con los eventos de San Francisco y

Northridge.

Figura II.5 Zona de ocurrencia de sismos en los Estados Unidos



20

2.4. Daños estructurales

Las evidencias de un fenómeno sísmico son observables en las estructuras a

través de los daños producidos que pueden ser de tipo grietas o colapsos de

miembros estructurales.

En el caso de Chile, encontramos viviendas de albañilería confinada de

bloques o armada con bloques de cemento en general, por lo que es

frecuente encontrar tipos de fallas como grietas, vaciamiento o colapsos.

Del mismo modo, en Northridge se detectaron similares problemas en las

construcciones de albañilería, que son pocas en comparación con la Región

de Tarapacá.

Los daños en las construcciones de acero estructural pueden encontrarse en

las conexiones sísmicas, de tipo viga-columna o en las placas bases;también evidenciarse como fallas de tipo grietas, soldaduras, aplastamiento

o levantamientos en fundaciones.

Debido a esto, es importante la determinación de las causas que las

generaron. Para ello, se cuenta con estudios y apoyo fotográfico del lugar de

los hechos, que son presentados en esta sección.



21

2.4.1. Terremoto de Tarapacá (2005), Chile

El sismo de Tarapacá ocurrido el día lunes 13 de junio de 2005 registró una

7.9 en la Escala de Richter, con epicentro en la alta cordillera a una

profundidad de 111 Km (Santander, 2007). La intensidad alcanzó, en

localidades de la zona, el grado de VIII M.M (Escala de Mercalli

Modificada).

Figura II.6 Magnitudes del Sismo en localidades cercanas al Epicentro



22

Los daños se concentran en una zona localizada entre la quebrada de

Camarones por el Norte y Pozo Almonte por el Sur, reportándose 72viviendas destruidas de acuerdo al estudio presentado por la Universidad de

Chile mediante sus autores R. Boroschek, D. Comte, P. Soto y R. León en

el 2006.

Bajo la acción del sismo se observa el mal comportamiento sísmico de la

mayoría de las viviendas (Santander, D. 2007). La inspección visual dejó al

descubierto reiteradas fallas estructurales debido al corte como el

agrietamiento diagonal de muros de fachadas en la parte principal o

posterior de los primeros pisos de las construcciones.

Figura II.7 Grietas diagonales debido a falla al corte producido en muros



23

En otras construcciones se presentaron fallas por flexión fuera del plano,

sobre todo en muros ubicados en los segundos pisos, fallas por defectosconstructivos y fallas por inexistencias de juntas.

Figura II.8 Grietas debido a fallas por flexión o defectos constructivos

En construcciones donde se utiliza la albañilería armada y confinada por

pilares y cadenas, se encontraron daños de tipo vaciamiento total y fallas

debido a carencia de junta de dilatación entre estructuras (Santander, D.

2007).



24

Figura II.9 Fallas debido a carencia de juntas y vaciamiento

Cabe destacar que los daños presentados se vieron disminuidos por

autoconstrucciones, las que a pesar de sufrir daños importantes y no contar

con requisitos de diseño de la Norma Chilena NCh 1928.Of93 ( Albañilería

armada – Requisitos para el diseño y cálculo) ayudaron a resistir el sismo,

siendo atribuible al aumento de la densidad del elemento estructural.

2.4.2. Terremoto de Tocopilla (2007), Chile

El epicentro del terremoto se produjo al Sureste de la ciudad de Tocopilla

con una magnitud de Mw=7.7, con una profundidad de 38.9 km según datos

del GUC y una duración de 50 seg según la National Earthquake

Information Center (NEIC).



25

De acuerdo a datos otorgados por la ONEMI, la mayor intensidad se

alcanza en Tocopilla (VIII), causando daños importantes tanto aquí comoen Quillagua, Mejillones y María Elena.

Figura II.10 Epicentro del Sismo del 14 de noviembre del 2007

El comportamiento sísmico de las viviendas ha evidenciado daños

estructurales como errores constructivos, debido a falta de armaduras de

amarre o la mala colocación de mortero de pega, causando grietas en forma

escalonada, ya evidenciadas en el terremoto de Tarapacá (Álvarez, 2009).



26

Figura II.11 Grieta escalonada y Grietas en muro por falta de mortero

Las inspecciones visuales también han evidenciado daños por esfuerzo de

corte en la albañilería, esto puede ser explicado por la baja densidad de

muros, además existe ausencia de armadura horizontal, elemento importante

para aumentar la resistencia al corte. Cabe mencionar que existe falta de

confinamiento de la albañilería por parte de pilares o refuerzo vertical en los

vanos de puertas.

Por otro lado, existen edificaciones cuyos pisos presentan comportamientos

diferentes, esto es debido a la ausencia de losa en el cielo del último piso,

por lo que los daños corresponderían a flexión por sobre corte. Además, se

observa la presencia de agua en la base, pues el movimiento telúrico ha producido filtración, produciendo desagregación de muros en las

construcciones (Álvarez, 2009).



27

Figura II.12 Daños por esfuerzo de corte en albañilería

2.4.3. Terremoto de Northridge (1994), Estados Unidos

El día 17 de enero de 1994, ocurre un terremoto con epicentro a 1,610

kilómetros (1 milla) en dirección suroeste de la localidad de Northridge y a

32,187 kilómetros (20 millas) en dirección noroeste de la ciudad de Los

Ángeles. Este evento tuvo una profundidad focal de 19,312 kilómetros (12

millas) y su magnitud en la escala de Richter fue de 6.7 de acuerdo al

documento publicado por la ESEE en junio de 1994 y cuyos autores son

B.M Broderick, A.S. Elnashai, N.N. Ambraseys, J.M. Barr, R.G

Goodfellow y E.M. Hizagy.



28

Un gran número de instrumentos de movimientos fuertes, que pertenecen a

grupos de investigación, son utilizados para la medición del suceso. De particular interés son los aparatos de campo libre en la zona del epicentro a

pesar de tratarse de un terremoto ocurrido en una zona de falla de inmersión

superficial de un área grande.

El rendimiento de las estructuras de construcción durante el terremoto fue

satisfactorio. Sin embargo, se evidenciaron extensos daños en algunos tipos

de estructuras como hormigón, madera y armazones construidas antes del

suceso.

Un aspecto significativo del terremoto es que ocurre en una zona en la que

el acero es el material estructural comúnmente empleado. No hay

antecedentes de colapsos de edificios, produciéndose como daño mayor un

derrumbe parcial en un centro deportivo. Posteriormente, existenantecedentes de daños en marcos diseñados a momento, refiriéndose a la

falta de conexiones viga-columna soldadas debido a la fractura evidenciada

en la soldadura (Broderick, B.M., 1994).

El autor Sthepen A, Mahin afirma en su estudio realizado en 1997, que el

sismo norteamericano evidenció daños en construcciones de acero, comofracturas frágiles generalizadas y no anticipadas en las vigas soldadas a

conexiones de columna. El daño más frecuente ocurre cerca de la unión

soldada en un ala inferior de conexiones viga-columna, produciendo



29

fracturas quebradizas. El daño fue tan severo en algunos edificios que se

produjeron desplazamientos laterales permanentes importantes.

Fuente: www.nexus.globalquakemodel.org

Figura II.13 Fallas en conexiones Viga-Columna (Northridge,1994)

Los resultados de estudios contribuyentes a la publicación mostraron que

los daños en las estructuras de baja altura se distribuyen uniformemente

sobre ésta, mientras que los edificios altos mostraron un daño mayor en la

mitad superior.

Las posibles causas de los daños en conexiones de momento, se categorizan

en tres: los factores relacionados con la soldadura, el diseño y los

materiales.



30

Figura II.14 Daños en placas bases de estructuras de acero

Del mismo modo que las estructuras de acero, se evidencian daños en

construcciones de albañilería no reforzada, mostrando varios modos de

fallo. Se encuentran muros inclinados fuera del plano a media altura,

fallando por flexión en los primeros pisos de los edificios de dos plantas(Broderick, B.M., 1994); también se encuentran fallas por cizallamiento en

el plano, observándose grietas a la altura de las ventanas en la parte de la

pared frontal de los edificios, del mismo modo ocurre esta falla en

elementos que soportan balcones. Este hecho puede explicarse debido al

poco progreso de adaptación estructural que en ese entonces ocurría en la

ciudad de Los Ángeles (EEIR, 1994).



31

Figura II.15 Evidencia de daños en estructuras de albañilería

La figura anterior corresponde a un edificio ubicado cerca del centro de Los

Ángeles y que fue gravemente dañado. Las líneas de pernos ubicadas en la

parte superior probablemente evitaron un colapso mayor en la estructura.



32

2.5. Cambios en el Diseño Sísmico

Luego de ocurrido el terremoto de Northridge en 1994, se desarrollan

investigaciones con el fin de desarrollar y verificar métodos fiables para la

inspección, evaluación, reparación y rehabilitación de edificios existentes y

para la construcción de otros nuevos (Mahin, 1997).

Cierto es que cada movimiento telúrico deja lecciones para los ingenieros

sísmicos. Northridge evidencia daños generalizados en estructuras de acero

soldadas, diseñadas para resistir momentos y también numerosas fracturas

detectadas en vigas soldadas a conexiones de columna; invalidando los

enfoques históricos para el diseño.

De este modo, se han cuestionado las prácticas históricas utilizadas en el

diseño y construcción de conexiones sísmicas, creando inseguridad en suutilización, y por lo tanto los métodos de diseño en los códigos de

construcción de Estados Unidos son rescindidos y deben justificarse

mediante ensayos o cálculos de prueba con el fin de restaurar la confianza

profesional en la forma de construir.

Las primeras investigaciones fueron realizadas por la asociación deingenieros estructurales de California (SEAOC), el Consejo de Tecnología

Aplicada (ATC) y el Consorcio de Universidades para la Investigación en

Ingeniería Sísmica (CUREE); quienes trabajan en el Proyecto SAC, que



33

busca conocer el comportamiento de las conexiones sísmicas en estructuras

de acero de la época (Beltrán J., Herrera R., 2007).

Siguiendo la misma línea, en el año 2005 el AISC publica la última versión

de las disposiciones sísmicas que recogen la experiencia y conocimientos

adquirido luego de ocurrido los terremotos de Northridge (1994) y Kobe

(1995). Éstos postulados son contenidos en informes publicados por la

Agencia Federal de Manejo de Emergencias (FEMA), particularmente

FEMA 350 en el año 2000.

Figura II.16 Portada de la publicación del FEMA en el año 2000

Las nuevas disposiciones sísmicas se enfocan en el desarrollo de laductilidad en las estructuras, es decir, en la capacidad de soportar

deformaciones inelásticas sin pérdida significativa de ésta. Todas las

estructuras en zonas sísmicas deben incorporar un grado de ductilidad, que

es representado por el factor de reducción “R”, el cual indica la resistencia



34

de la estructura sin colapsar; para el caso de los Estados Unidos, se restringe

su aplicación a un “R” mayor a 3.

Desde el punto de vista de los materiales, es necesario que estos presenten

una buena ductilidad. En el caso del acero, las nuevas disposiciones

restringen la tensión de fluencia a un máximo de 50 ksi en aquellos

elementos que van a desarrollar un comportamiento inelástico, exceptuando

columnas donde se espera ductilidad en la base.

Se introducen los conceptos de “tensión de fluencia esperada” y “tensión

última esperada” con el fin de evitar deformaciones en zonas panel de las

conexiones viga columna, ya que se forman grietas que son perjudiciales

para la resistencia. Mediante la inclusión de factores, se determinan las

tensiones de fluencia y última esperadas.

Figura II.17 Deformación de la zona panel



35

Las nuevas disposiciones se limitan a la utilización de secciones compactas

de vigas, columnas y arriostramientos para sistemas estructurales queresistan solicitaciones sísmicas, debido a que éstas no sufren pandeo local y

mantienen su capacidad para un rango de deformación inelástica antes de

llegar a fallar. A esto, cabe agregar la nueva clasificación de elementos

compactos, denominado “sísmicamente compactos” en el que la esbeltez

del elemento debe ser menor o igual a un valor límite, y en consecuencia

puede soportar deformaciones inelásticas mayores a 6 o 7 veces la

deformación de fluencia (Beltrán J., Herrera R., 2007).

Desde el punto de vista de las conexiones, zonas donde se encuentran los

puntos más críticos de una estructura, se exige que el estado límite que

defina la capacidad sea dúctil o que se asegure que la falla ocurrirá en el

elemento. Lo mismo se busca lograr en las conexiones apernadas, utilizando

pernos pretensados de acuerdo a requisitos de conectores en fricción;además, se limita la utilización de perforaciones sobredimensionadas. Para

uniones soldadas, se debe presentar resistencia a la fractura, a través de

certificados de procedimientos de calidad con electrodos adecuados. Por

último, no se permite el diseño de uniones de modo que soldaduras y pernos

resistan en conjunto una misma fuerza.

Las nuevas disposiciones cubren distintos sistemas estructurales con

requisitos de diseño y limitaciones correspondientes. El primero

corresponde a Marcos Especiales (SMF) cuyo fin es el desarrollo de una

importante cantidad de deformación inelástica al someterlos a fuerzas



36

sísmicas, observando la mayor parte en las vigas con la formación de

rótulas. Luego, se presentan los Marcos Intermedios (IMF) donde se esperaun desarrollo limitado de deformación inelástica al someterlos fuerzas

sísmicas. Finalmente, los Marcos Comunes (OMF) que presentan una

cantidad mínima de deformación inelástica.

Figura II.18 Marco Especial a Momento y su deformada

Otros sistemas estructurales diferentes que se tienen, son los Marcos en

Base a Enrejados (STMF) y Marcos Especiales Arriostrados

Concéntricamente (SCBF) que deben desarrollar cantidades significativas

de deformación inelásticas.



37

Figura II.19 Marco STMF (izquierda) y Marco SCBF (derecha)

2.6. Normativa Chilena

Las modificaciones que se han realizado a las normativas de diseño en los

Estados Unidos luego de ocurrido el terremoto de Northridge en 1994, ha

significado que aquellos documentos utilizados en países sísmicos, que

tienen sus bases en el criterio establecido en la nación del norte, considerennuevas disposiciones.

En Chile, se utilizan las normas de diseño NCh 427 y NCh 428 para diseño

y fabricación de estructuras de acero, las que son antiguas y obsoletas de

acuerdo lo indica el Manual de Diseño ICHA. Por esta razón, normalmente

en los proyectos se aplican las especificaciones norteamericanas AISC para

estructuras pesadas y AISI para estructuras livianas con modificaciones

para cumplir los requisitos de las normas sísmicas chilenas NCh 433 para

edificios y NCh 2369 para estructuras industriales (Hasbún, 2013).



38

La normativa chilena hace mención a la componente vertical del sismo en la

NCh 2369 of 2003 en su sección 5.5 denominada Acción sísmica vertical.Dependiendo del caso de utilización, se aplica un coeficiente sísmico

vertical. Para elementos soportantes de vigas de acero en construcción

soldada, laminada o plegada, se aplica el valor de Ao/g. De este modo la

fuerza vertical sísmica debe ser = ±( ), en que “P” es la suma de las

cargas permanentes y sobrecargas (NCh 2369 of 2003). De la misma forma,

para los casos de fundaciones o elementos en voladizo se considera 2/3 de

Ao/g. Alternativamente se puede desarrollar análisis dinámico vertical con

espectro de aceleraciones.

Para las construcciones de albañilería confinada, la norma NCh 2123 of

1997 modificada en 2003 presenta requisitos de diseño y cálculo. En el

punto 6.2 se describe el esfuerzo de corte admisible para solicitaciones

contenidas en el plano del muro y se presenta una ecuación que relaciona el

área bruta de la sección transversal, la resistencia básica de corte de la

albañilería y la tensión media de compresión. Ésta última es producida por

el esfuerzo axial que actúa sobre la sección, es decir, se encuentra vinculada

con una posible aceleración sísmica.

Las consideraciones estipuladas en las normativas vigentes, buscan sercuestionadas en el desarrollo de este documento con el fin de contribuir a la

seguridad sísmica de la normativa nacional.



39

2.7. Registros Digitales

Para caracterizar los terremotos ocurridos en el Norte de Chile como en la

costa Oeste de Estados Unidos, se debe contar con información sobre la

energía liberada en las zonas cercanas al epicentro del evento.

2.7.1. Registros Nacionales

En Chile se encuentra la Red Nacional de Acelerógrafos (RENADIC) que

pertenece al Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Ciencias

Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, que opera desde los años

70 registrando los terremotos que se producen en el país.

La RENADIC posee instrumentos en campo libre y en estructuras, cuyos

objetivos son establecer características de movimientos sísmicos, identificar

y establecer la demanda sísmica sobre estructuras y monitorear tanto la

respuesta sísmica de los suelos como de sistemas estructurales (Boroschek

R., Comte D., Soto P. y Leon R., 2006).

Los equipos de campo libre registran eventos sísmicos en distintas

condiciones de suelo, conformando una red de 50 acelerógrafos distribuidos

desde Arica (I Región) a Valdivia (X Región), que en conjunto con las

redes existentes en el Edificio de la Cámara Chilena de la Construcción son

operadas por RENADIC.



40

Los registros son presentados en un formato establecido para contribuir en

la interpretación de los valores. Las primeras líneas de la información serefieren a datos de los acelerogramas, fecha, nombre del evento y la hora

del siniestro. Posteriormente, prosiguen las coordenadas de la estación, su

nombre, número de serie, de canal y sentido. Lo siguiente corresponde a

los valores numéricos de período, amortiguamiento y sensibilidad del canal,

número de puntos del registro y su duración. Los datos de aceleraciones son

presentados con su tiempo respectivo, debiendo leerse de izquierda a

derecha. Al finalizar los datos registrados, la información se organiza de la

misma manera pero para un siguiente canal. Lo descrito se presenta en el

siguiente recuadro.

Figura II.20 Formato de registro de aceleraciones por RENADIC



41

El evento registrado de mayor magnitud en el año 2005 fue el terremoto de

Tarapacá con una magnitud de Mw=7.9. Este evento se obtuvo la mayoraceleración registrada durante el año y fue en la estación de Pica con 757

cm/seg2 (0,77 g).

2.7.2. Registros Norteamericanos

Los registros que corresponden al evento sísmico de Northridge sonobtenidos de una base de datos que almacena información para varios

sucesos telúricos ocurridos alrededor del mundo. Ésta plataforma se

denomina Consortium of Organizations for Strong Motion Observation

Systems (COSMOS)1 y presenta registros de Estados Unidos junto a otros

catorce países. Es flexible desde el punto de vista de búsqueda de

información, incluyendo mapas, parámetros de entrada, terremotos y

estaciones. Ésta institución cuenta con el apoyo de fondos de la Encuesta

Geológica de California (CGS), el Servicio Geológico de Estados Unidos

(USGS) y la Fundación Nacional de Ciencia (NSF).

La fuente de información, posee datos de todas las estaciones de medición

colocados en la zona oeste de Los Ángeles, California. Esta disposición, se

organiza presentando en primeras líneas, si el acelerograma se encuentra o

no corregido, el nombre del canal y su orientación. Posteriormente, se tiene

el nombre del evento sísmico, la fecha de ocurrencia, la hora, el inicio de

1 Fuente: www.cosmos-eq.org



42

las mediciones, el modelo del apartado recolector y su posición. Lo

siguiente contiene características del sismo en si, como las coordenadas delhipocentro y las magnitudes de momento, período instrumental,

amortiguamiento, sensibilidad y tiempo del suceso. La siguiente sección

corresponde a la cantidad de puntos registrados por el instrumento y sus

valores máximos de aceleración, velocidad y desplazamiento; terminando la

sección de información con los puntos iniciales de cada parámetro.

Los datos son presentados en orden para su interpretación de izquierda a

derecha, su cantidad de puntos y sus unidades. Primero son datos de

aceleración, luego de velocidad y finalmente desplazamiento. La siguiente

imagen ilustra la organización de información de los datos norteamericanos.



43

Figura II.21 Formato de registro de aceleraciones por COSMOS

Los registros extraídos de la base de datos corresponden a las estaciones

ubicadas en las localidades de Tarzana y Sylmar. Ambas son cercanas al

epicentro del terremoto de Northridge. Además, presentan valores altos de

aceleración vertical.



44

III. MARCO TEÓRICO

3.1. Eventos sísmicos disponibles

La recopilación de antecedentes sísmicos de los terremotos para la

investigación, es la base para confeccionar un modelo que permita observar

y cuantificar el comportamiento estructural de las construcciones al ser

sometidas a fuertes aceleraciones verticales.

Se procede a trabajar con registros cercanos a los epicentros respectivos

para obtener sus componentes en tres direcciones e ingresarlas a un modelo

computacional.

3.1.1. El Terremoto de Northridge

La elección del evento sísmico ocurrido en Estados Unidos, se debe a la

importancia desde el punto de vista del desarrollo de criterios para el diseño

estructural de la época y por los enormes registros de aceleraciones

verticales.

Una gran cantidad de instrumentos de medición, representados en

estaciones pertenecientes a agencias y grupos de investigación, registraron

el terremoto de Northridge en 1994. Cada una situada a distancias



45

diferentes, por lo tanto, la elección los registros debe ser representativa

desde el punto de vista numérico.

Durante el evento sísmico, los registros de campo y estructurales mostraron

aceleraciones verticales tan altas como un 85% (Bozorgnia Y., et al, 1998).

La tabla siguiente muestra registros del terremoto, la distancia al área de

ruptura y los peaks de aceleración.

Fuente: The Northridge (California) Earthquake of 17 January 1994: Observations, Strong Motion and

Correlative Response Analyses. !994.

Tabla III-1 Estaciones Norteamericanas con registros de Northridge (1994)

La estación de Tarzana registra la mayor aceleración vertical del terremoto

de Northridge con un valor de 1,18g, encontrándose a 6,437 kilómetros del

epicentro.

Distancia (Km) V/H

6,44 1.82H 1.18V 0.64

9,66 0.35H 0.59V 1.68

14,48 0.91H 0.60V 0.65

14,48 0.29H 0.16V 0.55

17,70 0.44H 0.19V 0.43

17,70 0.44H 0.20V 0.45

19,31 0.63H 0.62V 0.98

19,31 0.27H 0.15V 0.55

19,31 0.39H 0.17V 0.44

22,53 0.41H 0.19V 0.46

24,14 0.93H 0.25V 0.26

Peak de Aceleración (g)

Pacoima Reservoir, Pacoima Dam

Newhall, LA Country Fire Station

Century City, LACC North

Wadsworth, VA Hospital

Los Angeles, Hollywood Storange Bldg.

Santa Monica, City Hall Grounds

Nombre de la Estación

Tarzana, Cedar Hill Nursery

Arleta, Nordhoff Avenue Fire Station

Sylmar, County Hospital

Santa Susana, Building 462

Pacoima, Kagel Canyon Fire St. No.74



46

La siguiente Estación en cercanía es Arleta, ubicada a 9.66 kilómetros del

epicentro; sin embargo, a pesar del alto registro de aceleración vertical, su proporción de componentes de aceleraciones no es representativa, ya que no

se parece a las proporciones que si entregan las demás, por lo que es

descartado para el análisis. La Estación de Sylmar aparece como tercera

opción, pues presenta un peak alto en componente vertical y su valor de

proporción es representativo.

Una vez seleccionada las estaciones, se obtiene una representación gráfica

de los datos obtenidos de la base de datos COSMOS.

3.1.1.1. Acelerogramas de Sylmar

Sylmar es un distrito del Valle de San Fernando, región de la ciudad de Los

Ángeles, California. Ubicada al norte de la ciudad de San Fernando, en

donde durante el terremoto de Northridge de 1994, ocurrieron serios daños

como el colapso de la Autopista Golden State y la Autopista Antelope

Valley.

Los registros de aceleraciones en tres componentes del sismo fueron

adquiridos en County Hospital y se presentan en las siguientes ilustraciones.



47

Figura III.1 Registros en tres componentes en Estación Sylmar

-320

-120

80

280

480

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

A c e l e r a c i ó n ( c m / s 2 )

Período (seg)

SYLMAR Dirección 90 deg

-345

-145

55

255

455

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00


Período (seg)

SYLMAR Dirección UP

-580

-80

420

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00


Período (seg)

SYLMAR Dirección 360 deg



48

3.1.1.2. Acelerogramas de Tarzana

Tarzana es un distrito ubicado en el Valle de San Fernando, región de la

ciudad de Los Ángeles, California.

Los registros de aceleraciones en tres componentes del sismo fueron

adquiridos en Cedar Hill Nursery y se presentan en las siguientes

ilustraciones.

-1540

-540

460

1460

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

A

c e l e r a c i ó n ( c m / s 2 )

Período (seg)

TARZANA Dirección 90deg

-1020

-20

980

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00


Período (seg)

TARZANA Dirección UP



49

Figura III.2 Registros en tres componentes en Estación Tarzana

3.1.2. El Terremoto de Tarapacá

La elección de un sismo en la zona Norte de Chile posterior a la ocurrencia

del terremoto de Tarapacá (2005), se basa en el registro de altas

aceleraciones verticales y la cercanía que tiene la estación con el epicentro

determinado.

La zona norte de Chile distribuye por toda la región los aparatos de

medición de movimientos de suelo pertenecientes a RENADIC.

La tabla siguiente muestra los valores de las aceleraciones verticales

máximas obtenidas en las estaciones disponibles.

-890

-390

110

610

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00


Período (seg)

TARZANA Dirección 360deg



50

Localidad Estación Aceleraciones Máximas (g)Arica (I Región) 2 - Etna V 0.130

3 - SMA-1 V 0.1574 - SMA-1 V 0.077

Poconchile (I Región) 1 - Etna V 0.222

2 - SMA-1 V 0.206

Putre (I Región) SMA - 1 V 0.068

Cuya (I Región) SMA - 1 V 0.254

Pisagua (I Región) 2 - SMA-1 V 0.286Iquique (I Región) 1 - Etna V 0.255

2 - SMA-1 V 0.114

3 - SMA-1 V 0.157

Pica (I Región) Etna V 0.792El Loa (I Región) SMA - 1 V 0.052

Tocopilla (II Región) 1 - Etna V 0.067

Mejillones (II Región) Etna V 0.016

Calama (II Región) Etna V 0.040

Fuente: Red Nacional de Acelerógrafos Norte (RENADIC). Junio de 2006.

Tabla III-2 Estaciones Nacionales con registros de Tarapacá (2005)

De lo anterior se aprecia el alto valor de registro que presenta la localidad

de Pica, en la primera región. La componente vertical cuantificada

corresponde a 0,792 g, siendo la magnitud mayor en comparación con las

demás estaciones.

3.1.2.1. Acelerogramas de Pica

Pica es un pueblo y comuna de Chile perteneciente a la Provincia del

Tamarugal, Región de Tarapacá. Ubicada a 117 kilómetros de la ciudad de



51

Iquique, el lugar cuenta con un instrumento que mide aceleraciones del

suelo en tres componentes. A continuación se muestra el lugar donde seregistraron los datos.

Figura III.3 Estación de registros ubicada en Pica (I Región)

La obtención de los acelerogramas en tres componentes es posible

utilizando los datos de registro de RENADIC.

-5,5

-0,5

4,5

0 50 100 150 200 250

A c e l e r a c i ó n ( g / 1 0 )

Período (seg)

Pica Dirección NS



52

Figura III.4 Registros en tres componentes en Estación Pica

3.2. Caracterización de Suelos

En la presente sección se busca caracterizar los suelos en donde fueron

obtenidos los registros de los terremotos de Tarapacá y Northridge en sus

dos estaciones.

3.2.1. El suelo de la localidad de Pica (I Región)

La región de Tarapacá cuenta con cuatro morfo estructuras principales:

Principal Cordillera, Pre cordillera, Depresión Intermedia y Cordillera de la

-6,5

-1,5

3,5

0 50 100 150 200 250

A c e l e r a c i ó n ( g / 1 0 )

Período (seg)

Pica Dirección V

-6,5

3,5

0 50 100 150 200 250 A c e l e r a c

i ó n

( g / 1 0 )

Período (seg)

Pica Dirección EW



53

Costa; ubicándose la localidad de Pica entre la Pre cordillera y la Depresión

Intermedia.

La componente material más reciente en la zona, es de aluvión de la edad

cuaternaria, que conforman suelos finos intercalados con capas de suelo de

grano grueso delgado; y de depósitos fluviales en los valles formando

arenas limosas y arenas con grava.

3.2.2. Los suelos de Tarzana y Sylmar

La obtención de datos relativos a la superficie, condiciones de subsuelo y

geología local de la localidad de Tarzana, se obtuvieron de estudios

geotécnicos y geofísicos previos al sismo de Norhtridge, de informes de

investigaciones independientes y de geotécnicos que realizaron pruebas en

laboratorios que pertenecen a una asociación llamada Rosrine.

Como parte de las investigaciones en 1992, se excavaron pozos a

profundidades que varían entre los 1.7 metros y los 18.3 metros. Se

confirma que los estratos superficiales están sustentados por una fina capa

de arcilla limosa, limolitas y suaves diatomeas; además de una fina capa de

arenisca en formación en profundidades exploradas.



54

Otras investigaciones incluyen datos por parte de la USGS2 que datan del

año 1979, en el que se obtuvo información del suelo mediante perforacionesa 30 metros y en donde se registran condiciones de sub suelo con 5,5 metros

de grosor de capa arcillo limosa muy dura, y a mayor profundidad aparecen

estratos de pizarra con recubrimiento de esquistos.

Las porciones de Granada y Sylmar están sustentas por materiales

aluvionales, que incluyen arenas y gravas de grano grueso realizadas

predominantemente en el valle de los complejos cristalinos de las montañas

de San Gabriel. Por último, las capas de rocas sedimentarias en la cuenca de

Los ängeles y el Valle de San Fernando contienen esquistos, limolita,

arenisca y conglomerados, así como algunas rocas volcánicas.

2 United State Geological Service (USGS). Organización científica que provee de información en la ayudade el desarrollo y preservación del ecosistema, catástrofes naturales o impactos climáticos.



55

3.3. Estructuras a analizar

Una vez determinado los sismos que serán representados en el modelo y las

características del suelo de los registros, se procede a la configuración de

estructuras típicas de las zonas donde han ocurrido los terremotos.

3.3.1. Descripción de Estructura de Acero

Dentro del marco de la investigación, se busca determinar comportamientos

en las estructuras de acero, específicamente en los diseños de las

conexiones sísmicas. Para llévalo a cabo, se utiliza una estructura diseñada

por el memorista Javier Hasbun, que contiene los sistemas de marcos a

momento y arriostrados.

Figura III.5 Estructura de Acero a utilizar



56

La estructura a analizar es un edificio de oficinas de ocho pisos que consta

de una planta regular que en su centro contiene una caja de escaleras y pozo para ascensor. Presenta un primer nivel de 4.6 metros de altura, luego posee

seis niveles de 3.4 metros de alto y finaliza con una techumbre liviana

elevada en 4.2 metros.

La estructura se configura en base a acero estructural y presenta vanos de

7.6 metros en ambas direcciones. Se compone de cuatro marcos que tienen

cinco vanos en sentido longitudinal y seis marcos con tres vamos en sentido

transversal. Lo anterior se representa como una planta de dimensiones 38 x

22.8 metros.

Figura III.6 Planta principal de la Estructura

La disposición del sistema resistente en el sentido longitudinal es de marcos

resistentes a momento, ubicados en la fachada; mientras que en sentido



57

transversal, es de marcos concéntricamente arriostrados (SCBF). Para

ambas descripciones, la altura de prolongación es total.

Figura III.7 Elevación de Marco Longitudinal SMF

Figura III.8 Elevación de Marco Transversal tipo SCBF



58

Figura III.9 Elevación de Marco Transversal no perteneciente al SFRS

Finalmente la disposición de los elementos estructurales resistentes resulta

en que el centro de rigidez de todos los niveles coincide con el centro de

masa de los mismos, los que al mismo tiempo se ubican en el centro

geométrico de la planta de la estructura, por lo tanto, no presenta

irregularidades desde el punto de vista de la torsión.

La elección de esta estructura se debe a la distribución de cada uno de los

miembros que la conforman. Esta distribución ha sido empleada con el

objetivo de diseñar eficientemente conexiones sísmicas, por lo tanto, es

esperable apreciar un buen comportamiento de la estructura ante el

sometimiento de los diferentes terremotos que conforman esta

investigación.



59

3.3.1.1. Parámetros de Diseño

Los apoyos de las columnas son ingresados según restricciones que

responden al tipo de solicitaciones que los elementos de los distintos

sistemas estructurales deben traspasar a las fundaciones.

En cuanto al edificio, es estructurado en base a Marcos Especiales

Resistentes a Momento (SMF) en la dirección longitudinal del edificio, y en

la otra con Marcos Especiales Arriostrados Concéntricamente (SCBF),

haciendo presentes los sistemas de dos grandes grupos de marcos, lo que

permite de igual modo observar el comportamiento de las conexiones

sísmicas.

Los materiales a utilizar en los elementos estructurales del edificio a

analizar, son:

Acero Estructural NCh 203 A270ESP, para las secciones IN, HN,

HSS Rectangulares y planchas de conexiones que pertenecen a

SFRS.

o Fy = 2753,2 Kgf/cm2, tensión de fluencia mínima

o

Fu = 4180,8 Kg/cm2, tensión de rotura mínimao E = 2100000 Kgf/cm2, módulo de elasticidad

Pernos ASTM A325 para montaje.



60

Losa colaborante compuesta por placa acanalada e=0,8mm, ormigón

H-30 e=100mm y malla electro soldada.Finalmente, los principales documentos a aplicar para el análisis estructural

del edificio son:

NCh 433. Of1996 Mod. 2009 “Diseño sísmico de edificios” en

conjunto con el D.S. 61 de Diciembre de 2011.

NCh 1537. Of2009 “Diseño estructural – Cargas Permanentes y

Cargas de Uso.

NCh 3171. Of2010 “Diseño estructural – Disposiciones generales y

combinaciones de carga.

En cuanto al diseño en acero, se utilizan los códigos AISC360-10,

AISC341-10 y AISC358-10.



61

3.3.2. Descripción de Estructura de Albañilería

Las viviendas de tipo social poseen en general grandes aberturas en las

líneas resistentes (elevación principal y posterior) para conformar las

puertas y ventanas que se extienden hasta la cadena de coronación.

Figura III.10 Elevaciones Frontal y Posterior de las viviendas

La estructura a modelar corresponde a una vivienda de dos pisos,

contemplando diafragma rígido en el cielo del primer nivel a través de una

losa de 10 centímetros de espesor y diafragma flexible en el cielo del

segundo nivel, el que se encuentra conformado por una techumbre de

madera. Ésta se estructura en base a madera soportadas por cadenas

perimetrales y una viga central que sostiene el cordón superior de dicha

techumbre.



62

El primer piso mide 2.3 metros y el segundo presenta una altura de 1.8

metros en eje longitudinal, en tanto se tiene una altura variable desde los 1.8metros hasta 2.3 metros en el eje transversal para dar pendiente a la madera

que sostiene la techumbre.

Esta construcción se estructura en base a muros de albañilería confinada, sin

embargo, en los ejes longitudinales no se produce confinamiento por parte

de los pilares. A continuación, se muestran las plantas de techumbre y

elevaciones laterales de la estructura.

Figura III.11 Planta de Techumbre de Estructura de Albañilería



63

Figura III.12 Elevación Lateral de la estructura de Albañilería

La configuración estructural de la vivienda presentada en esta sección es

elegida para su modelación debido a que es el tipo de vivienda de

albañilería confinada más frecuente en la zona donde ocurre el evento

sísmico de Tarapacá, de las cuales en su totalidad resultaron dañadas.Además, es esperable evidenciar tipos de fallas ya descritas en la sección

2.4.1 pues la normativa Chilena influye en el comportamiento que podría

tener la estructura en el corte.



64

3.3.2.1. Parámetros de Diseño

Los hormigones para vigas, pilares y losas del edificio corresponden al tipo

H-20, lo que implica una resistencia a compresión en probetas cilíndricas de

f´c = 160 (Kg/cm2). En cuanto al módulo de elasticidad “E” se determina

con la ecuación siguiente:

= 1 5 1 0 0 ∗ √ ` (Kg/cm2)

Del mismo modo, el módulo de corte “G” se relaciona con el parámetro

anterior más el coeficiente de Poisson mediante la expresión lineal

siguiente:

= 21+

Por lo tanto, quedan definidos los valores de las propiedades del hormigón

armado para la modelación como sigue:

Peso específico del hormigón ( γ) = 2.5 (T/m3)

Módulo de Elasticidad (E) = 2.100.000 (T/m2)

Coeficiente de Poisson (ν) = 0.2

Las propiedades de la albañilería se fundamentan en la norma NCh2123

Of.97. De este modo, la determinación del módulo de elasticidad € y de



65

corte (G) es a partir de la resistencia prismática del material mediante la

expresión:

=1000∗` (Mpa)

En donde f´m equivale a 4.5 (Mpa) debido a que se utilizan bloques del

Tipo A en la modelación de la estructura. Finalmente, los parámetros para

la albañilería quedan definidos de la siguiente forma:

Peso específico ( γ) = 1.8 (T/m3)

Módulo de Elasticidad (E) = 450.000 (T/m2)

Coeficiente de Poisson (ν) = 0.3

3.4. Programas de modelación

En el medio existen herramientas esenciales para la ingeniería civil, como

son los softwares para el análisis y diseño de edificaciones. Estos programas

permiten modelar representando las características de los materiales,

secciones, conexiones y apoyos, con el fin de obtener respuestas de las

estructuras a las condiciones ingresadas. A continuación, se describen dos

programas que son utilizados actualmente en nuestro país:

ETABS, Computers and Structures Inc.

SAP2000, Computers and Structures Inc.



66

Ambos programas son herramientas usadas por ingenieros para llevar a

cabo análisis estructurales de edificaciones que pueden ser de concreto,acero o de albañilería con limitantes, siendo tan simples como una viga

hasta una construcción compleja como una presa.

3.4.1. Características

El programa ETABS es una aplicación completamente integrada en entornoWindows para el modelamiento, análisis y diseño de edificaciones y que en

la actualidad se encuentra disponible en dos niveles: Plus (P) y Nonlinear

(N). Es ideal para trabajar pues tiene herramientas orientadas al desarrollo

de diferentes tipos de estructuras.

El programa SAP2000 está completamente integrado para el modelamiento

y análisis. Se encuentra disponible en tres niveles: Basic (B), Plus (P) y

Advanced (A).

Ambos programas computacionales presentan opciones extras que

simplifican el diseño, como las siguientes:

Cálculo automático de coordenadas de centros de masas (Xm, Ym).

Cálculo automático de coordenadas de centros de rigideces (Xt, Yt).

Cálculo automático de fuerzas sísmicas, sus excentricidades y

aplicación en el centro de masas.



67

Cálculo automático de masas del edificio a partir de los casos de

carga elegidos. División automática de elementos (Auto-Mesh) que permiten definir

elementos que se cruzan; el programa los divide automáticamente en

su análisis interno, o se puede dar el comando de que divida los

elementos en el mismo modelo.

Plantillas predefinidas de sistemas de losas planas, losas en una

dirección, losas reticulares o con nervaduras, cubiertas, etc.

3.4.2. Ventajas

Antiguamente realizar un análisis de una estructura tomaba bastante tiempo;

sin embargo, hoy los softwares ofrecen una reducción importante para

obtener resultados.

El ahorro de tiempo en procesos de cálculo, da mayor espacio a observar

detalles como la simetría, irregularidades, diseño de estructura o procesos

constructivos.

Finalmente, la capacidad de los programas a realizar cambios por el

proyectista, ya sea por detalles arquitectónicos o procesos de optimización,

es una de las grandes potencialidades pues permite la toma de decisiones en

un menor tiempo.



68

3.5. Análisis Tiempo – Historia

El análisis dinámico de tiempo-historia es usado para predecir la respuesta

de una estructura sujeta a cargas sísmicas, de modo de poder representar el

comportamiento real que tendría una estructura excitada durante un

terremoto.

El modelamiento de las acciones sísmicas en el análisis tiempo-historia, se

logra aplicando un determinado registro de aceleraciones en los apoyos, de

acuerdo a la figura siguiente. Del mismo modo es posible introducir

diferentes registros en cada apoyo, lo que permitiría la representación de

una excitación asincrónica.

Figura III.13 Esquema de modelación de cargas sísmicas en Análisis Tiempo-Historia



69

Los programas ETABS y SAP2000 permiten la definición de la función

para el análisis tiempo-historia. Se presentan los acelerogramascorrespondientes a los eventos de los sismos expuestos en este trabajo. Se

debe expresar el archivo con su número respectivo de registros en la

componente a analizar, el intervalo de separación y las unidades. Los demás

parámetros son ingresados en la etiqueta “Definición de Función” como el

número de líneas de cabecera a saltar y la cantidad por línea. Es posible

realizar el análisis en las tres dimensiones de la estructura, por lo tanto, para

efectos de este trabajo, la componente en Z es de importancia. Finalmente,

luego de haber ingresado el registro al programa, es posible visualizar

resultados específicos como el desplazamiento de nudos, cortantes en la

base, fuerzas en elementos u obtener el espectro de pseudoaceleraciones de

un nudo.



70

IV. BIBLIOGRAFIA

1. ALVAREZ VASQUEZ, ANTONIO. 2009. Análisis de daños de un

conjunto habitacional provocado por el terremoto del 14 de

Noviembre de 2007 en Tocopilla. Memoria de Titulación.

Departamento de Ingeniería Civil. Universidad Católica del Norte.

Antofagasta. Chile.

2. AMBRASEYS, J.M., BARR, R.G., BRODERICK, B.M.,

ELNASHAI, N.N., GOODFELLOW, R.G. y HIZAGY E.M. 1994.

The Northridge (California) Earthquake of 17 January 1994

Observations, Strong Motion Correlative Response Analyses. ESEE

Research Report Nº 94/4 Earthquake Enginnering.

3. ASTROZA, M. 2005. Intensities and Damage Distribution in the

June 2005 Tarapacá, Chile, Earthquake. EEII Special Earthquake

Report: 1-8.4. BELTRÁN J. y HERRERA, R. [s.a]. Las nuevas disposiciones

sísmicas para edificios de acero estructural de la AISC.

Construcción Metálica en América Latina. Diseño Antisísmico.

<http://www.construccionenacero.com/Paginas/PrincipalDisenoAntis

ismico.aspx>

5. BOROSCHEK, R., COMTE, D., LEÓN, R. y SOTO, P. 2006.Registros del Terremoto de Tarapacá 13 de Junio de 2005. Informe

Red Nacional de Acelerógrafos Zona Norte. Departamento

Geofísica. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de

Universidad de Chile, Santiago de Chile.



71

6. BOZORGNIA, Y., BRADY, A. G. y MAHIN, S. A. 1998. Vertical

Response of Twelve Structures Recorded during the Northridge Earthquake. Earthquake Spectra, Volumen 14 (3).

7. CARRASCO, F. 2009. Efectos de la duración de los terremotos en

la respuesta inelástica de estructuras. Memoria de Titulación.

Concepción, Chile. Universidad Católica de la Santísima

Concepción. P119.

8. COMTE, D. 2013. Cap 5: Estimando el movimiento del Suelo

Godinho (2007). [Diapositivas] Universidad de Chile. Diapositivas

conceptuales. GF757-1 Seminario.

9. CONAF. 1997. Reserva Nacional Pampa del Tamarugal. República

de Chile. Ministerio de Agricultura. Corporación Nacional Forestal.

Región de Tarapacá. Chile.

10. CONSORTIUM OF ORGANIZATIONS FOR STRONG MOTION

OBSERVATION SYSTEMS [en línea]<www.strongmotioncenter.org/vdc/scripts/earthquakes.plx>

[consulta: 10 Agosto 2015]

11. HASBUN STROBEL, JAVIER. 2013. Conexiones en Sistemas

Sismo resistentes de Acero. Memoria de Titulación. Departamento de

Ingeniería Civil. Universidad Católica del Norte. Antofagasta.

Chile.12. MAHIN, S. A. 1994. Lessons from Steel Buildings Damaged by

the Northridge Earthquake. National Information Service for

Earthquake Enginnering, NISEE. Department of Civil and

Environmental Engineering. University of California, Berkeley.



72

13. NCh 2123 (1997) Albañileria Confinada – Requisitos de diseño y

cálculo. Instituto Chileno de Normalización.14. NCh 2369 (2003) Diseño Sísmico de estructuras e instalaciones

industriales. Instituto Chileno de Normalización.

15. OMEROVIC, JORGE. 2010. Singularidades de los principales

daños sísmicos en ciudades de la segunda región. En: CONGRESO

CHILENO de sismología e ingeniería antisísmica. Valdivia-

Santiago. Chile. Facultad de ciencias físicas y matemáticas

Universidad de Chile y Asociación Chilena de Sismología e

Ingeniería Antisísmica.

16. OMEROVIC, J. y SANTANDER, D. 2010. Análisis de daños de un

conjunto habitacional provocado por el sismo del 13 de junio de 2005

en Pozo Almonte, Iquique. En: CONGRESO CHILENO de

sismología e ingeniería antisísmica. Valdivia-Santiago. Chile.

Facultad de ciencias físicas y matemáticas Universidad de Chile yAsociación Chilena de Sismología e Ingeniería Antisísmica.

17. QUIROZ, L. 2011. Análisis y Diseño de Edificaciones con ETABS.

Lima – Perú. Empresa Editora Macro E.I.R.L 389p.

18. QUIROZ, L. 2012. Análisis y Diseño de Edificaciones con SAP200

v.15. Lima – Perú. Empresa Editora Macro E.I.R.L 499p.

19. RIDDELL, C. e HIDALGO, P. 2011. Medición, Predicción yRegistros de los Sismos. En: Fundamentos de Ingeniería Estructural

para estudiantes de Arquitectura. Tercera Edición. Pontificia

Universidad Católica de Chile. Ediciones UC. pp. 375-380.



20. SANTANDER HIDALGO, DANIELA. 2007. Análisis de daños de

un conjunto habitacional provocado por el sismo del 13 de Junio de2005 en Pozo Almonte, Iquique. Memoria de Titulación.

Departamento de Ingeniería Civil. Universidad Católica del Norte.

Antofagasta. Chile.

21. TAPIA, P. 2010. Diseño Sismoresistente, Unidad II Sismología.

[Diapositiva] Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile. 3

diapositivas de conceptos sísmicos.

22. VAHDANI, S. y WIKSTROM, S. 2002. Response of the Tarzana

strong motion site during the 1994 Northridge earthquake. Soil

Dynamics and earthquake engineering (22). P 837-848.

tesis víctor carvajal talamilla revjop

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