DISEÑO SISMORRESITENTE

7/31/2019 DISEO SISMORRESITENTE

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LAS ACCIONES Y SUS EFECTOS EN LAS ESTRUCTURAS

Alcance

La accin de las fuerzas externas sobre las estructuras, edificaciones y obras en general esde gran importancia, por la magnitud de los daos y fallos que ocasionan, las grandesprdidas econmicas, y sobre todo, por el gran nmero de vctimas humanas, tanto enmuertos como en lesionados.

Cargas Muertas

Las cargas muertas incluyen el peso del mismo edificio y de los elementos mayores delequipamiento fijo. Siempre ejercen una fuerza descendente de manera constante yacumulativa desde la parte ms alta del edificio hasta su base.

Son aquellas que se mantienen en constante magnitud y con una posicin fija durante lavida til de la estructura; generalmente la mayor parte de las cargas muertas es el peso

propio de la estructura. Es que puede calcularse con buena aproximacin a partir de laconfiguracin de diseo, de las dimensiones de la estructura y de la densidad del material.Para edificios, por lo general se toman como cargas muertas, rellenos, acabados deentrepisos y cielos rasos, y se deja un margen para tener en cuenta cargas suspendidascomo conductos, aparatos y accesorios de iluminacin, etc. Consisten en los pesos de losdiversos miembros estructurales y en los pesos de cualesquiera objetos que estnpermanentemente unidos a la estructura, entre otros:


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Columnas

Vigas

Trabes

Losas

Muros

Ventanas

Plomera

Instalaciones elctricas y sanitarias

Incluye el peso de todos los elementos estructurales basados en las dimensiones dediseo (peso propio) y el peso permanente de materiales o artculos, tales como: paredesy muros, cielos rasos, pisos, cubiertas, escaleras, equipos fijos y todas las cargas que noson causadas por la ocupacin del edificio. Son cargas que tendrn invariablemente elmismo peso y localizacin durante el tiempo de vida til de la estructura.

La carga muerta causada por las fachadas en la edificacin debe evaluarse como unacarga por metro lineal sobre el elemento estructural que sirva de soporte en el borde de lalosa, o como una carga concentrada en el extremo exterior cuando se trate de elementos

en voladizo.


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Cargas Vivas

Aspectos Generales

Las cargas vivas comprenden la fuerzas originadas por movimientos ssmicos, lasvibraciones producidas por la maquinaria, mobiliario, materiales y mercancasalmacenadas y por mquinas y ocupantes.

Carga Viva en Edificios

Las cargas vivas son cargas no permanentes producidas por materiales o artculo, einclusive gente en permanente movimiento. Cabinas, particiones y personas que entran ysalen de una edificacin pueden ser consideradas como carga vivas.

Las cargas vivas son producidas por el uso y ocupacin de la edificacin y no deben incluircargas ambientales tales como viento, sismo, ni la carga muerta.

Consta principalmente de cargas de ocupacin en edificios, estas pueden estar aplicadastotal o parcialmente o no estar presentes y tambin es posible cambiarlas de ubicacin. Sumagnitud y distribucin son inciertas en determinado momento, y adems sus mximasintensidades a lo largo de la vida til de la estructura no se conocen con precisin. Soncargas variables en magnitud y posicin debidas al funcionamiento propio de la estructura.

Pueden ser causadas por los pesos de los objetos colocados temporalmente sobre unaestructura, por ejemplo:

Personal.

Mobiliario.

Empujes de cargas de almacenes.

Usualmente esas cargas incluyen un margen para tener una proteccin contra deflexionesexcesivas o sobrecargas repentinas. Se supone que los pisos de edificios estn sometidosa cargas vivas uniformes, que dependen del propsito para el cual el edificio es diseado.

Estas cargas estn tabuladas en cdigos locales, estatales o nacionales. Un ejemplorepresentativo de esas cargas mnimas uniformes, tomadas del American Standard


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Building Code, se muestran en la tabla. Estos valores se determinaron con base en lahistoria de carga de varios edificios. Ellos incluyen mrgenes contra la posibilidad desobrecarga debido a cargas de construccin y requisitos de servicio. Adems de las cargasuniformes, algunos cdigos especifican cargas vivas concentradas mnimas, causadas porcarretillas, automviles, etc. Por ejemplo, cargas vivas, tanto uniformes como

concentradas deben considerarse en una losa de un estacionamiento para automviles.

Las cargas vivas en las cubiertas son aquellas causadas por:

a. Materiales, equipos y trabajadores utilizados en el mantenimiento de la cubierta y

b. Durante la vida de la estructura las causadas por objetos mviles y por las personasque tengan acceso a ellas. Para simplificar los clculos las cargas vivas son expresadascomo cargas uniformes aplicadas sobre el rea de la edificacin.


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Carga Viva en Puentes

Generalmente especificada mediante camiones y trenes de

carga idealizados, o cargas distribuidas equivalentes con eje de cargas

concentradas; adems existen las cargas vivas provenientes de la presencia de

peatones.

Cargas Vivas en estructuras Industriales

Las estructuras de acero deben disearse para soportar el total de las cargas vivas ymuertas, con una combinacin adecuada de cargas de gras (si hubiere puentes gra omontacargas), fuerzas ssmicas, cargas de viento y con los mrgenes apropiados paraimpactos, cargas de inercia, vibraciones, etc., como efectos secundarios de cargas vivas,temperatura, etc.


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Empujes de Lquidos, Tierras y Materiales a Granel

Aspectos Generales

Se trata de la accin debida al empuje esttico de diversos materiales retenidos por laestructura. En algunos casos, como el empuje de tierras o de aguas friticas sobre murosde subsuelo o muros de contencin, las cargas actan con su intensidad mxima durantelapsos muy grandes, y deben considerarse como permanentes. En cambio, en recipientes,depsitos o piletas de natacin, estas acciones tienen variaciones importantes en eltiempo y deben tratarse como cargas variables. Cuando son variables y su efecto esfavorable para la estabilidad de la estructura, deben considerarse con intensidad reducida.

Empuje esttico de Lquidos

En todo recipiente y cualquier forma y lleno de un lquido que est en reposo, la presinque este ejerce en cualquier parte de las paredes de tal recipiente, es igual al peso de unacolumna del mismo lquido que tiene por base el rea donde se investiga su presin y poraltura la distancia vertical entre el centro de gravedad de tal rea y el nivel superior dellquido.En los recipientes, figs. 13, 14, 15, 16, 17 en los que el lquido conserva el mismo nivel, lapresin es absolutamente igual. Lo mismo sucede con la presin P. En todas estasFiguras, P=al, siendo a el rea donde se investiga la presin P, y P=bl, si b es el rea es

el lugar donde se busca la presin P.

Empuje de Materiales a Granel

En este caso se considera todos los casos de los diversos tipos de parametros y superficiesdel terreno, con las construcciones graficas de triangulos y trapecios, para la obtencion delempuje y de su punto de aplicacin; pero como lo que tratamos es de calcular un muro


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que soporte el empuje de diferentes materiales, de los cuales, por otra parte, no tenemos,en la mayora de los casos demasiados datos experimentales.Sobre estudios de la mecnica del terreno, para aplicarlas, es necesario poseer primero losdatos experimentales del mismo, sobre sus condiciones fsicas y pruebas de la misma, queen dicha teora precisan.Si no tenemos dichos datos y experiencias en extensin suficiente, no vamos a hacer elclculo sobre algo tan heterogneo y variable como es un terreno, cuya resistencia ycohesin pueden variar por la accin de causas exteriores, muchas veces conposterioridad al levantamiento del muro.

Empuje de tierras

El empuje de tierras o Presin lateral del suelo es la presin que el suelo ejerce en elplano horizontal. Las aplicaciones ms comunes de la teora de presiones laterales ensuelos son el diseo de estructuras cimentadas como muros de tierras, zapatas, tneles ypara determinar la friccin del terreno en la superficie de cimentaciones profundas. Paradescribir la presin que un suelo puede ejercer se usa un coeficiente de presin lateral, K.K es el ratio de presin lateral u horizontal respecto a la presin vertical (K = h/v).

Esta frmula est asumida por ser directamente proporcional y se cumple en cualquierpunto del suelo.

K puede depender de las propiedades mecnicas del suelo y de la historia tensional delsuelo. Los coeficientes de presin lateral puede variar dentro de tres categoras: presinen reposo, presin activa y presin pasiva.

Los coeficientes de presin son usados en anlisis de ingeniera geolgica dependiendo delas caractersticas de su aplicacin. Existen muchas teora para predecir la presin lateral,algunas empricas y otras analticas.


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Hundimientos Diferenciales

El origen de los hundimientos diferenciales se asocia con la reactivacin de sistemas defallas y fracturas producto del fenmeno de extraccin de agua del subsuelo, lo queproduce hidrocompactacin.

Las tuberas enterradas son vulnerables cuando estn en contacto con un terreno fangoso,particularmente, si ocurre un asentamiento diferencial. Esto representa un gran problemacuando las estructuras estn soportadas por pilotes y las tuberas se encuentranenterradas directamente. Se debe brindar flexibilidad en los puntos de contacto medianteacoplamientos flexibles dobles en series o uniones flexibles patentadas.

Las tuberas descubiertas soportadas por varillas se balancean y pueden romperse en suspuntos dbiles, tales como conexiones roscadas y vlvulas de hierro fundido. En losEstados Unidos, las tuberas descubiertas se deben apoyar en tres direcciones ortogonalesen conformidad con los requisitos del Cdigo Uniforme de Construccin y de la SheetMetal and Air Conditioning Contractors National Association (SMACNA).


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Se deben proporcionar conexiones flexibles porque el equipo y las conexiones de lastuberas se mueven en relacin con cada componente y pueden hacer que el sistema serompa en sus puntos dbiles. Tambin se debe dar flexibilidad a las conexiones y tuberasque atraviesan juntas de expansin o estructuras que se encuentran sobre diferentescimientos.

Los accesorios de los tubos, tales como vlvulas de descarga de aire, responden comopndulos invertidos, que se rompen cuando los movimientos del terreno se amplificanDeben tener un soporte lateral.

Deslave en puente genera caos

El puente que une la avenida Oriental con el Valle de los Chillos, y el norte con el sur deQuito y viceversa, en El Trbol, sector La Marn, est a punto de colapsar.

Un gran hoyo se empez a formar en la tarde de ayer a un costado del intercambiador,debido a las fuertes lluvias.

Las lluvias cadas en la zona obligaron a acordonar desde las 16:00 de ayer la circulacinal trnsito de vehculos y peatonal para preservar la integridad de las personas.

Juan Neira, representante del Municipio de Quito, manifest que el colector

de embaulamiento (desfogue) del ro Machngara, sobre el que se asienta el rellenodonde estn un parque, los puentes y todo el complejo vial, ha sido afectadoseveramente.

El cierre de la circulacin vehicular gener el congestionamiento del trnsito normal desdela av. 6 de Diciembre, Patria, 12 de Octubre y 10 de Agosto.

Ante esto las autoridades recomendaron tomar rutas alternas como el tnel Guayasamn(que no cobr peaje para llegar al Valle de los Chillos), la avenida de los Conquistadores(camino a Gupulo), la antigua va a Conocoto, la va del Trole, Metrobs y la 5 de Junio.

Luis Llumiquinga, del Cuerpo de Bomberos, dijo que el hueco que comenz a formarseayer aumentara su dimetro: Era un orificio pequeo de 20 metros, ahora (18:00) tieneaproximadamente 75 metros de dimetro con una profundidad que puede llegar hasta loscien metros.

Llumiquinga indic que las aguas originadas por la fuerte lluvia que soport el sur y centrode Quito en das anteriores fueron recolectadas por el ro Machngara y alberg una grancantidad de escombros que el colector no pudo soportar, lo que produjo el hundimiento.


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Unos 50 metros de la va Simn Bolvar (Nueva Oriental), a la altura del kilmetro 12,quedaron bajo tierra tras un derrumbe la madrugada de ayer.Fausto Noboa, jefe de la Brigada de Mantenimiento Vial de la Emop-Q, indic que variosdeslaves bloquearon la va en ambos sentidos.

El alcalde de Quito, Paco Moncayo, dijo anoche que esperar a que descienda el nivel delas aguas a fin de hacer una evaluacin para determinar la naturaleza del problema y lassoluciones.

Hasta ayer la va Oriental, de alto trfico, estuvo cerrada por varias horas por losderrumbes en ese lugar.

Otro de los efectos de las precipitaciones fue que un bus con unos 60 pasajeros en suinterior qued atrapado en el agua en los tneles que unen el norte con el sur,

afortunadamente sin dejar vctimas.

Debido a la fuerte estacin invernal, que provoc el colapso de una parte delintercambiador de trnsito en el sector de El Trbol y en otras vas de la capital. SegnTeleamazonas, el ministro de Educacin, Ral Vallejo, suspendi las clases para hoy ymaana por el colapso en algunas calles por la temporada invernal.

Segn Ecuavisa, el dao en el colector de aguas se origin por su antigedad, pues datadel ao 1970.


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Cargas de Nieve, Lluvia, Granizo y Hielo

Cargas de nieve:

Es el peso de la nieve que puede acumularse sobre la cubierta, dependiendo de lalocalizacin geogrfica y de la elevacin sobre el nivel del mar del sitio considerado.

Cargas de lluvia:

La cantidad de agua que se puede acumular sobre una cubierta debido al bloqueo delsistema de desage primario est determinada. La cubierta se debe disear para soportarla carga generada por aquella cantidad de agua, ms la carga uniforme causada por elagua que se eleva por encima de la boca de entrada al sistema de desage secundariocalculada con el caudal de diseo. Si paredes tipo parapeto, vigas invertidas, cordones,

juntas de expansin y otros elementos de estas caractersticas crean la posibilidad deaguas profundas en un rea, es aconsejable instalar en dicha rea secundaria desages desobrecaudal independientes, a efectos de reducir la magnitud de la carga de la lluviade diseo. Donde la geometra lo permite, la descarga libre es la forma preferida dedesage de emergencia.

Cuando se determinan estas cargas de agua, se supone que la cubierta no se deforma.Esto elimina las complejidades asociadas con determinar la distribucin de cargas de agua


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dentro de la depresin originada por la flecha. Sin embargo, es importante consideraresta agua cuando se evala la inestabilidad por acumulacin de agua

Cargas de granizo:

La cantidad de granizo que se puede acumular sobre una cubierta debido al bloqueo delsistema de desage primario est determinada. La cubierta se debe disear para soportarla carga generada por aquella cantidad.

Para calcular la carga de granizo asumimos una altura de acumulacin de granizo de 15mm.

G = Peso especifico del granizo * altura de acumulacin

= 1000(Kg/m3)*0.015m

SNOW = 15 Kg/m2.


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Cargas de hielo:

Las siguientes definiciones son utilizadas en el diseo y estudio de cargas de hielo:

Cencellada Blanca: Hielo blanco u opaco con aire atrapado.

Componentes y Elementos Accesorios: Elementos no estructurales que pueden estar

expuestos a congelamiento atmosfrico. Por ejemplo: escaleras, barandas, antenas, guas

de ondas, lneas de transmisin de radio (RF), caeras, conductos elctricos, y bandejas

para cables.

Congelamiento dentro de Nubes: Proceso que se desarrolla cuando las gotitas

subfundidas de una nube o niebla llevadas por el viento, se congelan por el impacto con

objetos. El congelamiento dentro de las nubes forma habitualmente cencellada blanca,

pero tambin puede producir hielo liso.

Escarcha: Una acumulacin de cristales de hielo formado por la deposicin directa de

vapor de agua del aire sobre un objeto.

Estructuras Sensibles al Hielo: Estructuras para las cuales el efecto de la carga de

congelamiento atmosfrico gobierna el diseo de parte o toda la estructura. Esto incluye,

pero no est limitado, a estructuras reticuladas, mstiles atirantados, lneas tendidas alaire, iluminacin suspendida y puentes suspendidos por cables, sistemas de cables

areos, por ejemplo ascensores para esques y operacin de correderas, paseos de

entretenimiento, pasarelas, escaleras y plataformas abiertas, mstiles para banderas y

carteles de sealizacin.


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Hielo Liso: Hielo claro de alta densidad

Lluvia Congelante: Lluvia o llovizna que cae dentro una capa de aire muy fro sobre la

superficie de la tierra y se congela al contacto con el terreno o con un objeto expuesto,

formando hielo liso.


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Efectos de cambios Volumtricos

Aspectos generales

Hormign Armado

El anlisis de esta propiedad del hormign endurecido debe dividirse en dos aspectos: lasdeformaciones que experimenta el material sin que intervengan solicitaciones mecnicasde ninguna especie y las que derivan de las tensiones que aqul pueda estar soportando.

No se consideran los cambios volumtricos resultantes de su contraccin plstica, porcuanto stos tienen lugar mientras el hormign an no ha endurecido.

a) Deformaciones independientes de las cargas actuantes

Por el solo echo de la existencia de vacos dentro de la pasta endurecida y en los propiosagregados, los hormigones presentan variaciones volumtricas que pueden llegar a sersignificativas. Para algunos tipos de estructuras estas variaciones de dimensiones soninadmisibles y es entonces cuando se producen las fisuras.

A las expansiones y contracciones que pueden experimentar los hormigones comoconsecuencia de la ganancia o prdida d agua de su masa, y a las provocadas porcambios de temperatura, deben agregarse otros cambios volumtricos como el autgeno yla contraccin por carbonatacin.

La contraccin autgena adquiere importancia en las estructuras masivas, mientras que lacontraccin por carbonatacin puede ser significativa en estructuras de poca seccin,como ser los elementos premoldeados que deban permanecer en ambientes industriales ocontaminados, con elevada concentracin de anhdrido carbnico en el aire.

Con relacin a los cambios volumtricos por temperatura, el hormign posee uncoeficiente de dilatacin trmica positivo, dependiendo su valor tanto de las caractersticasde sus componentes como de su contenido de humedad en el momento del cambio de latemperatura.

b) Deformaciones motivadas por las cargas actuantes

Como es sabido, las cargas actuantes sobre el hormign provocan dos tipos dedeformaciones: las instantneas y las diferidas.

Las deformaciones diferidas estn principalmente gobernadas por el efecto de creep, ycomo esta deformacin puede llegar a ser sustancialmente superior a la deformacininstantnea cuando la carga se mantiene aplicada durante un largo tiempo, el efecto de


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creep, que es importante para la mayora de las estructuras, lo es particularmente paralas estructuras esbeltas, especialmente en las de hormign precomprimido.

Al realizar cargas y descargas repetidas se reduce el efecto de creep, se reduce lacurvatura de la curva tensin-deformacin, y los mdulos de elasticidad secante paracargas pequeas respecto de la rotura y tangente inicial, van adquiriendo valoressimilares.

De lo resumido precedentemente se puede apreciar que la resistencia del hormign es unbuen ndice de su calidad, ya que en forma directa o inversa refleja la mayora de las otraspropiedades del material.

Por ltimo, no debe dejarse de tener presente aquellos hormigones que, adems decumplir con las propiedades mencionadas, tienen que satisfacer determinados requisitosde terminacin y aspecto superficial, lo cual es particularmente importante cuando se losutiliza como recurso arquitectnico.


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Acero

Los cambios dimensionales y los cambios en la forma pueden ocurrir separadamente, pero

en general, ocurren simultneamente y se sobreponen los unos a los otros.

La deformacin inevitable, es el resultado de cambios volumtricos producidos porcambios estructurales durante el calentamiento y el enfriamiento, as como por tensionestrmicas causadas por variaciones de temperatura al interior de la pieza (diferencias dedilatacin entre la superficie y el ncleo durante el calentamiento y contraccin diferentedurante el enfriamiento). La deformacin puede compensarse o controlarse si los factoresque la gobiernan han sido precisamente considerados en las etapas de diseo yproduccin.


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Cambios de temperatura y Efectos de Contraccin

Los cambios de temperatura producen dilataciones o contracciones en la estructura

general y en sus elementos componentes. Estos cambios pueden producir o no fuerzasadicionales dependiendo del grado de restriccin de la estructura y de sus elementos.

Como ejemplo podemos analizar el efecto sobre un elemento simple articulado en sus dosextremos. Para un ascenso de la temperatura el elemento trata de estirarse pero comosus apoyos restringen el movimiento lateral es imposible su deformacin axial. Paracontrarrestar el efecto de alargamiento por temperatura se generan unas fuerzas dereaccin que causan compresin del elemento y cuya magnitud es tal que produzcan lamisma deformacin axial que produce el ascenso de temperatura. De esta manerapodemos concluir que los efectos de temperatura dependen de las restricciones alalargamiento y acortamiento de la estructura en general y de sus elementoscomponentes.

Deformacin unitaria por temperatura: = a*Dt

Deformacin por cambios de temperatura en un elemento de longitud L:

DL = a*Dt*L

a : coeficiente de dilatacin trmica que depende del material analizado.

Para el acero = 6,5x10-6

Para concreto = 5,5 a 7,0 x10-6


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Efectos del Viento

Aspectos Generales

Son cargas dinmicas pero son aproximadas usando cargas estticas equivalentes. Lamayor parte de los edificios y puentes pueden utilizar este procedimiento cuasi-esttico ysolo en casos especiales se requiere un anlisis modal o dinmico.

La distribucin y el valor de las presiones que ejerce el viento sobre un edificio y lasfuerzas resultantes dependen de la forma y de las dimensiones de la construccin, de lascaractersticas y de la permeabilidad de su superficie, as como de la direccin, de laintensidad y del racheo del viento.

En general, los edificios ordinarios no son sensibles a los efectos dinmicos del viento.Esto no cubre las construcciones de esbeltez superior a 6, en las que s deben tenerse en

cuenta dichos efectos.

Las disposiciones anteriores no son aplicables a los edificios situados en altitudessuperiores a 2.000 m. En estos casos, las presiones del viento se deben establecer a partirde datos empricos disponibles.

Velocidad de Viento de Diseo

La presin ocasionada por el viento es proporcional al cuadrado de la velocidad y debe sercalculada, principalmente, en las superficies expuestas de una estructura. Debido a larugosidad de la tierra, la velocidad del viento es variable y presenta turbulencias. Sinembargo, se asume que la edificacin asume una posicin deformada debido a unavelocidad constante y que vibra a partir de esta posicin debido a la turbulencia.

El procedimiento analtico para evaluar los efectos producidos por la fuerza del vientoinvolucra el anlisis simple, si los efectos producidos por la fuerza del viento no sonfundamentales en el diseo, o el anlisis completo, si por el contrario, las fuerzas de

viento en algn sentido resultan determinantes en el diseo.Estas cargas dependen de la ubicacin de la estructura, de su altura, del rea expuesta yde la posicin. Las cargas de viento se manifiestan como presiones y succiones. En lasNTC-Viento del RCDF-87 se especifica el clculo de estas presiones de acuerdo a lascaractersticas de la estructura.


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En general ni se especifican normas de diseo para el efecto de huracanes o tornados,debido a que se considera incosteable el diseo contra estos efectos; sin embargo, sesabe que el detallado cuidadoso del refuerzo, y la unin de refuerzos en los sistemas depiso con muros mejora notablemente su comportamiento.

Cuando las estructuras impiden el flujo del viento, la energa cintica de ste reconvierteen energa potencial de presin, lo que causa la carga de viento.

El efecto del viento sobre una estructura depende de la densidad y velocidad del aire, delngulo de incidencia del viento, de la forma y de la rigidez de la estructura y de larugosidad de su superficie.


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Acciones Accidentales

Son aquellas que no se deben al funcionamiento normal de la construccin y que puedetomar valores significativos solo durante algunos minutos o segundos, a lo ms horas

en toda la vida til de la estructura.Se consideran las siguientes

Sismos Vientos Oleajes Explosiones

Para evaluar el efecto de las acciones sobre la estructura requerimos modelar dichasacciones como fuerzas concentradas, lineales o uniformemente distribuidas.

Si la accin es de carcter dinmico podemos proponer un sistema de fuerzas equivalenteso una excitacin propiamente dinmica.


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Acciones durante la Construccin

Construccin de estructuras de concreto. Las estructuras de concreto reforzado tienenciertas caractersticas, derivadas de los procedimientos constructivos usados en una

fabricacin, que las distinguen de las estructuras de otros materiales. El concreto sefabrica en estado plstico, lo que obliga a utilizar moldes que lo sostengan mientrasadquiere resistencia suficiente para que la estructura sea autosoportante. Estacaractersticas exigen ciertas restricciones, pero al mismo tiempo aporta algunas ventajas.Una de estas es su maleabilidad, propiedad que brinda al proyectista gran libertad en laeleccin de formas. Gracias a ello, es posible construir estructuras, como los cascarones,que en otro material seran muy difcil de obtener.

Otra caracterstica importante es la facilidad con que puede lograrse la continuidad en laestructura, con todas las ventajas que esto supone. Mientras que en estructuras metalizasel logro de continuidad en las conexiones entre los elementos implica serios problemas en

el diseo y en la ejecucin, en las de concreto reforzado el monolitismo es consecuencianatural de las caractersticas de construccin.

Existen dos procedimientos principales para construir estructuras de concreto. Cuando loselementos estructurales se forman en su posicin definitiva, se dice que la estructura hasido colada in situ o colada en el lugar. Si se fabrican en un lugar distinto al de su posicindefinitiva en la estructura, el procedimiento recibe el nombre de prefabricacin. El primerprocedimiento obliga a una secuencia determinada de operaciones, ya que para iniciarcada etapa es necesario esperar a que se haya concluido la anterior. Por ejemplo, nopuede procederse a la construccin de un nivel en un edificio hasta que el nivel inferiorhaya adquirido la resistencia adecuada. Adems, es elaborada, y transportar el concretofresco del lugar de fabricacin a su posicin definitiva, operaciones que influyendecisivamente en el costo. El segundo procedimiento se economiza tanto en la obra falsacomo en el transporte del concreto fresco y se pueden realizar simultneamente variasetapas de construccin. Por otra parte, este procedimiento presenta el inconveniente delcosto adicional de montaje y transporte de los elementos prefabricados y, adems, elproblema de desarrollar conexiones efectivas entre los elementos.


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Acciones en estructuras Martimas

Descripcin del Problema

1.-

El clculo del rebase se realiza tradicionalmente mediante un mtodo determinista. Esdecir, las variables consideradas en el clculo del rebase (excepto la altura de ola) seconsideran como un valor concreto y no como una variable aleatoria. Este proceso declculo queda reflejado en la ROM 0.2-90 (1990), y la nica incertidumbre se refleja en laaltura de ola. Actualmente la Recomendacin de Obras Martimas en vigor es la ROM 0.0(2001), que aborda la verificacin de los modos de fallo de una manera probabilista. Estosignifica que todas las variables que intervienen en el proceso son aleatorias y, por tanto

representables por una funcin de distribucin. La ROM 0.0 (2001) incluye los mtodos declculo de Nivel II para la verificacin de los modos de fallo y de parada operativaadscritos a unos estados lmite y sometidos a unas condiciones de trabajo que puedenocurrir durante un intervalo de tiempo. El resultado de la aplicacin de este mtodo es unnmero y la probabilidad asociada a ese nmero es una medida del nivel de seguridad queel tramo de obra tiene frente al modo de fallo en el intervalo de tiempo .En esta tesina seaplica el diseo probabilstico de Nivel II, el cual supone que las variables aleatorias delproblema siguen una distribucin normal, a las principales ecuaciones de diseodeterministas asociadas al rebase en diques en talud y diques verticales. El mtodo deNivel II se aplica en dos versiones: la que incluye la ROM 0.0 (2001), en la cual se realizaun proceso iterativo cuya aproximacin inicial son los valores medios de las variablesaleatorias normales consideradas (FMA), y la que se incluye en el CEM (2006), en la cualse realiza un proceso iterativo cuya aproximacin inicial es el llamado punto de diseo(FDA

2.-

El diseador debe considerar la disponibilidad de materiales y de equipamiento para laconstruccin. En casos de obras de gran envergadura, el problema de la disponibilidad demateriales y equipos se traspasa al contratista que ejecutara la construccin, ya que estemovilizar los recursos necesarios. Claro est que sin existir alguna alternativa en lautilizacin de materiales o equipos se deber tomar la que est disponible aunqueencarezca el proyecto.


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Efectos del Oleaje.

La energa erosiva es funcin del perfil de la playa y de la altura y perodo de las

oscilaciones. El ataque es ms fuerte si el agua profunda est cerca a la orilla o a laestructura considerada.

La erosin se produce por dos efectos principales:

Accin del oleaje que suelta las partculas

Transporte litoral que mueve las partculas en forma

semiparalela a la playa.

Accin del oleaje

Cuando las olas se acercan a la playa y llegan a zonas de aguas bajas, la parte inferior dela ola tropieza con la superficie del fondo del mar, lo cual hace que la ola pierda velocidady se frene, rompindose en forma rpida generando una gran turbulencia. Este fenmenoproduce abrasin y levantamiento de las partculas, en un proceso de accin de fuerzatractiva de la ola sobre el fondo de la playa.

En este proceso diferentes partes de la ola tropiezan con el fondo a diferentes tiempos,frenando el movimiento y cambiando la direccin. La ola se tuerce o refracta en forma

aproximadamente paralela a la playa.El material erosionado parcialmente, se mueve en la direccin de la pendiente,acumulndose en las partes ms bajas de la playa por debajo del nivel de agua para sernuevamente erosionada por la ola siguiente.

Cuando sobre la playa hay una estructura, la turbulencia es mayor y se puede generar unamayor erosin junto a la cara de la estructura hacia el lado del mar. Las estructurasnaturales o artificiales debilitan el ataque en proporcin al nmero de veces que las olasrompen y se modifican. El ataque es tambin una funcin de la direccin. Si el frente de laola no es paralelo a la playa, el rompimiento se inicia antes, en una parte de la ola y se

retarda en otra.

El frente de la ola es refractado y se reduce su oblicuidad. El movimiento de la ola terminacuando la energa cintica ha sido disipada o convertida en energa potencial a lo largo dela playa. Despus el agua baja por gravedad, formando una reflexin.


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DISEO SISMORRESISTENTE

ASPECTOS BASICOS

Se entiende por Construccin Sismorresistente, aqulla que posee una estructuraresistente, en cuyo proyecto y ejecucin se han considerado, adems de las cargaspermanentes y las sobrecargas de servicio, las acciones provocadas por el sismo. Son, enconsecuencia, construcciones capaces de resistir adecuadamente los efectos provocadospor un terremoto.

Se considera sismorresistente a toda construccin proyectada y construida de acuerdo conlos reglamentos; esto no significa que la misma no vaya a sufrir daos ante sismosseveros.

SISMOLOGIA

La sismologa o seismologa (del griego sesmos = sismo y logos= estudio) es una rama dela geofsica que se encarga del estudio de terremotos y la propagacin de las ondasmecnicas (ssmicas) que se generan en el interior y la superficie de la Tierra.

La sismologa es la rama de la geofsica que estudia el fenmeno de los temblores queocurren en nuestro planeta Tierra. Sus principales objetivos son:

1) El estudio de la propagacin de las ondas ssmicas por el interior de la Tierra a fin deconocer su estructura interna.

2) El estudio de las causas que dan origen a los temblores.

3) la prevencin de dao.

La sismologa incluye, entre otros fenmenos, el estudio de maremotos y marejadasasociadas (tsunamis) y vibraciones previas a erupciones volcnicas. En general losterremotos se originan en los lmites de placas tectnicas y son producto de laacumulacin de tensiones por interacciones entre dos o ms placas.

La interpretacin de los sismogramas que se registran al paso de las ondas ssmicaspermiten estudiar el interior de la tierra.


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SISMICIDAD

Sismicidad es el estudio de la cantidad de sismos que ocurren en algn lugar enespecifico. Un lugar puede tener alta o baja sismicidad y eso significa que ocurrenfrecuentemente sismos en ese lugar. Sismicidad es el nombre tcnico que usamos ensismologa para decir "cantidad de sismos en un lugar".

Un estudio de sismicidad es aquel que muestra un mapa con los epicentros y el nmero desismos que ocurren en algn perodo. La sismicidad adems tiene ciertas leyes, una de lasms usadas es la ley de Gutemberg Richter que relaciona el nmero de sismos con lamagnitud. (Existe una relacin logartmica que los relaciona)...

RIESGO SISMICO

Se llama riesgo ssmico de una medida que combine la peligrosidad ssmica, con lavulnerabilidad y la posibilidad de que se produzcan en ella daos por movimientosssmicos en un perodo determinado.

En el riesgo ssmico influyen la probabilidad de que se produzca un evento ssmico oterremoto, los posibles efectos locales de amplificacin de las ondas ssmicas, directividad,etc., la vulnerabilidad de las construcciones (e instituciones) y la existencia de habitantes ybienes que puedan ser perjudicados.1

El riesgo ssmico depende fuertemente de la cantidad y tipo de asentamientos humanosdel lugar. Aunque el peligro potencial ssmico es muy alto en Yakutat (Alaska), el riesgossmico es pequeo porque es una regin muy deshabitada. En cambio, el peligro ssmicono es tan grande en Managua, porque all los grandes sismos no suelen ser tan frecuentescomo en Yakutat, pero la cantidad de personas que viven all, la cercana a las fallas,2 y el

tipo de construccin, hacen que el riesgo ssmico sea muy grande; esto es claro alcomparar el nmero de vctimas, para uno y otro lugar.

CUANTIFICACIN DEL RIESGO SSMICO

No existe una nica manera de evaluar el riesgo ssmico, por lo que diferentes normas ydiferentes autores trabajan con diferentes ndices de riesgo. Un ndice de riesgo (Rs) esuna funcin computable a partir de la peligrosidad ssmica (P), la vulnerabilidad ssmica(V) y el dao ssmico potencial (D), algo como:

Donde:

o peligrosidad depende de la regin donde est ubicada una determinadaconstruccin o infraestructura, y es una medida relacionada con la probabilidad deocurrencia de sismos de cierta intesidad.

o vulnerabildad depende de la tipologa y caractersticas geomtricas de unaconstruccin as como de los materiales con que fue fabricada.


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o dao es una medida de los daos materiales o el nmero de vctimas potencialen caso de fallo estructural de la construccin o infraestructura.

El riesgo es ve potenciado cuando la peligrosidad aumenta, o aumenta la vulnerabilidad oaumenta el dao potencial, por esa razn la funcin se toma como una funcin montonacreciente en todos sus argumentos.

RESPUESTA SSMICA DE LAS ESTRUCTURAS


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SISTEMA LINEAL DE UN GRADO DE LIBERTAD

La respuesta dinmica ade una estructura depende de la variacin en el tiempo de lascoordenadas que representan sus grados de libertad.

El sistema de ecuaciones que permite determinar los desplazamientos en estos casos, seconoce por ecuaciones de movimiento o ecuaciones de desplazamiento. La figura 4.2.muestra un sistema formado por una sola masa rigida concentrada a nivel de dintel de unprtico elemental de un piso.

La masa m puede moverse segn la componente horizontal en translacin simple. Elmovimiento en esa direccin es resistido por la rigidez de las columnas, las cuales secomportan como resortes de constante K, y por el amortiguamiento del sistema,representado por un mbolo a friccion con una constante de amortiguamiento C.

El amortiguamoento representa el mecanismo de absorcin de energa del sistema y sesupone aqu del tipo viscoso, donde la fuerza de amortiguamiento es proporcional a lavelocidad de la masa. El factor de amortiguamiento es una medida de la capacidaddisipativa de energa de la estructura.


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El sistema esta excitado por una fuerza exterior P(t) y todo el conjunto de furzas actuandosobre la masa se indica en la figura. La ecuacin del equilibrio dinamico permite escribir:

Un prtico simple de un solo nivel, como el mostrado en la figura 1.9. puede analizarsecomo en el esquema b), con la masa concentrada en el tope infinitamente rigido. Si sedesprecia la deformacin axial de las columnas, el sistema resulta de un grado de libertaddinmica, con los desplazamientos indicado en el esquema c)

El modelo dinmicode la estructura consiste en una columna de rigidez flexional K quesoporta una masa m, comportndose como un pndulo invertido . Si la maasaa de esteoscilador simple se somete a un desplazamiento inicial y luego se suelta, sin fuerzasexteriores actuantes, se producen vibraciones libres alrededor de su posiucion estaticainicial.


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SISTEMA DE VARIOS GRADOS DE LIBERTAD

Los criterios expuestos previamente permiten evaluar la respuesta de un sistemaestructural con un grado de libertad, para cualquier tipo de impulso aplicado, o excitacinssmica.

Este es el caso de una nica ms concentrada, que solo tiene la posibilidad dedesplazamiento segn una direccin. La masa de un edificio de varios pisos, por elcontrario, se halla distribuida en toda la altura y puede ser capaz de desplazarse en formaindependioente en los diferentes niveles.

La respuesta dinmica de este tipo de estructuras puede expresarse en la practicamediante coordenadas de desplazamiento independientes y la validez de los resultados,comparados con los obtenidos con el sistema de un solo grado de libertad slo se admitesi se realiza un estudio comparativo con el sistema de multiples grados de libertad.

En general, las ecuaciones de movimientos de las estructuras multiples, se refieren asistemas con masas concentradas a nivel de pisos, en puntos discretos del conjunto y sesupone que los desplazamientos pueden expresarse mediante el anlisis de formaspreestablecidas.

Sea por ejemplo el prtico de tres pisos de la figura 4.14. para el cual en la forma usual,se suponen las masa de la estructura concentrados a nivel de los dinteles y con posibilidadnicamente de desplazarse segn direcciones horizontales.

Basndose en estos criterios, el anlisis del prtico bajo una excitacin ssmica se reduce ahallar los mximos desplazamientos Ua, Ub y Uc de los diferentes niveles.


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La ecuacin del desplazamiento de cualquier piso resulta en consecuencia la ecuacin deequilibrio dinamico de todas las fuerzas actuando sobre la masa de ese nivel, que incluyenlas fuerzas exteriores aplicadas, las fuerzas inerciales y el amortiguamiento.

EFECTOS DEL SUELO LOCAL

En la propagacin de las ondas a travs de la capa ms superficial del terreno, seproducen distintos fenmenos fsicos que dan lugar a una composicin final delmovimiento formado por: ondas directas y reflejadas P y S, un grupo de ondas que son elproducto de la dispersin y difraccin de las anteriores donde se incluye la coda, y, lasondas superficiales. A todas estas modificaciones al movimiento ondulatorio que llega a labase rocosa, contribuyen muchos aspectos del terreno, que vamos a clasificar en tresgrupos:

- Propiedades geolgicas y dinmicas del material en el emplazamiento.

-Topografa superficial.-Composicin y direccin de la radiacin incidente en la base rocosa.

Un estudio completo del efecto local o de empla zamiento supone considerar todos losaspectos descritos. Sin embargo, dada la complejidad del problema, en muchas ocasioneslos estudios se realizan considerando solamente alguno de los apartados anteriores, o unacombinacin de ellos. As, el efecto local se puede enfocar abordndose slo desde elpunto de vista de la geologa superficial (en muchas ocasiones se denomina el problema1D). En otros trabajos se analiza exclusivamente el efecto debido a irregularidades sobrela superficie libre de un medio homogneo. Por ltimo, en cualquiera de los dos casos

anteriores se pueden considerar las caractersticas de la radiacin incidente. Los efectosde todas estas condiciones locales que se acaban de exponer se manifiestan en elmovimiento ssmico registrado de formas distintas:

-Se producen amplificaciones, deamplificaciones del movimiento ondulatorio.

-El contenido frecuencial se ve afectado.

-Varan los parmetros caractersticos del movimiento del suelo, como pueden ser: lasamplitudes mximas, la duracin,...

-En ciertas condiciones puede haber un comportamiento no lineal del suelo.-Puede haber una gran variabilidad del movimiento en lugares muy prximos entre s.

Es difcil delimitar hasta qu punto estos comportamientos son debidos a una determinadaestratigrafa geolgica o a una topografa del terreno. En algunos trabajos se infierenresultados debidos, a distintos tipos de suelo y a la geometra de la superficie, porseparado. Estos anlisis se realizan a partir de modelos de suelos y de accidentes


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topogrficos que reflejen, en la medida de lo posible, las situaciones reales msinteresantes. El desarrollo de stos se realiza sobre la base de distintas clasificaciones, detipo de suelos e irregularidades topogrficas, a las que posteriormente se har referencia.Mientras la obtencin de datos para el establecimiento de estas clasificaciones resultarelativamente asequible en el caso de la topografa, el conocimiento de la geologa

superficial es un objetivo difcil en la mayora de los casos, debido a que el coste delconocimiento de la misma, en general es elevado. En los siguientes apartados sepresentan algunos de estos modelos.

Los fenmenos fsicos que contribuyen al movimiento del suelo a travs del efecto deemplazamiento son de muy diversa ndole, la raz de los mismos est ntimamenterelacionada con las caractersticas geolgicas, geomtricas, y dinmicas del terreno. Sepresentarn ms adelante algunos de los resultados ms relevantes en funcin de lasdistintas situaciones estudiadas.

Efecto de la Topografa Superficial

Los estudios relacionados con el efecto local debido a las irregularidades topogrficas delterreno se han desarrollado posteriormente a los dedicados al estudio de la geologasuperficial. En parte este desfase puede ser debido a que una de las lneas de estudioimportante de este problema, como es la de la simulacin numrica, se ha desarrolladoparalelamente a la evolucin de la capacidad de clculo de los ordenadores.

Existen algunos resultados hasta la fecha que estiman, cualitativa y cuantitativamente, elefecto local de las irregularidades topogrficas ms interesantes que se pueden encontraren la naturaleza. Para obtener estos resultados se han realizado estudios sobre distintos

modelos que intentan reflejar estos accidentes del terreno. En la actualidad, estosmodelos se pueden clasificar en:

-Topografas convexas: cualquier elevacin sobre la superficie libre como dorsales ymontaas.

- Topografas cncavas: como valles y caones.

Dentro de las distintas topografas, la situacin del emplazamiento es importante,destacando por las peculiaridades del efecto que se produce: los bordes y el fondo de loscaones o valles, las cimas y los pies de las montaas.

Las distintas geometras que se han aplicado para estos estudios estn caracterizadas poralgunos parmetros. Por ejemplo, en el caso de las topografas convexas, el contorno dela superficie libre sobre un medio homogneo, ha sido descrita frecuentemente medianteel modelo de Sills (1978), (figura 1):


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Por otro lado, en la figura 2 se ilustra la geometra de algunos estudios realizados entopografas cncavas, como es el caso de los caones semielpticos sobre un mediohomogneo.

Pero no slo afecta la forma de la irregularidad de la superficie a la hora de evaluar elefecto local. Se ha comprobado que el efecto de la topografa es sensible a la radiacinincidente en cuanto a: tipo de onda, ngulo de incidencia y azimut de la misma. Esta


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nueva componente del problema suele estar contemplada en los estudios, realizando losanlisis para distintos tipos de onda: P, SV, SH y ondas superficiales, as como, paradistintos ngulos de incidencia, y azimut. En la figura 3 se describe un modelo deirregularidad topogrfica y el movimiento ondulatorio implicado en el estudio.

Los fenmenos fsicos que se han detectado en la incidencia del movimiento de las ondassobre irregularidades topogrficas se pueden clasificar, segn su naturaleza, en tres tipos:

- Difraccin de las ondas de volumen y superficiales, producindose interferencias entrelas ondas directa y difractada. Las amplitudes de estas ltimas son inferiores a lasprimeras, por lo menos en el caso de topografas de pendiente suave.

- Focalizacin o desfocalizacin (focusing o defocusing) de las ondas ssmicas reflejadas alo largo de la superficie topogrfica.

- Variaciones del movimiento en funcin de la pendiente de la topografa, debido a laanteriormente mencionada sensibilidad del mismo, respecto del ngulo de incidencia. Estefenmeno es especialmente importante en el caso de las ondas SV cuando inciden con unngulo cercano al crtico.

Aunque los trabajos dedicados a este problema, presentan un panorama muy complejo ydisperso debido, por un lado, a las muchas variables que toman parte en el fenmeno,(desde las distintas geometras y representaciones en los dominios temporal y espectral,hasta los diversos parmetros caractersticos de la radiacin implicada) y por otro, a lavariedad de la metodologa empleada, se pueden destacar algunos resultados cualitativosde tipo general donde la observacin y la teora presentan una cierta convergencia. En larevisin que realizan Geli et al. (1988) y Bard (1995) sobre el estudio del efecto de latopografa, se resaltan algunos de los rasgos caractersticos que han sido analizados pordistintos autores como son:


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-Se produce una amplificacin del movimiento en las cimas de las montaas (en general,de las topografas convexas), y una deamplificacin en el fondo de los valles, (en generalde las topografas cncavas). Estas amplificaciones se ven afectadas por el tipo de onda,siendo mayor el efecto para las ondas S que para las ondas P. Es ms, en general, cuandola componente horizontal del movimiento es perpendicular al eje de las dorsales, la

amplificacin es mayor que en el caso de ser paralelo al mismo. Las amplificaciones sonsensibles a la pendiente de la topografa en una relacin directa.

- Se observa que la mxima amplificacin es sensible a la razn entre la semianchura yaltura de la elevacin; cuanto mayor es la pendiente mayor es la amplificacin.

-El fenmeno depende del contenido frecuencial de la onda, producindose las mayoresamplificaciones para las longitudes de onda del movimiento comparables con lasdimensiones horizontales de la topografa.

-En general, existe un acuerdo entre la frecuencia correspondiente a la mximaamplificacin predicha terica y experimentalmente.

-Existe discrepancia entre la cuantificacin de la amplitud terica y observada. Confrecuencia las amplificaciones observadas son superiores a las predicciones tericas.

En Geli et al. (1988) se analizan algunos estudios tericos en los que se consideranmodelos topogrficos 2D ms complejos para intentar explicar las discrepancias entre losresultados cuantitativos tericos y observados. En estos modelos se contemplanirregularidades topogrficas cercanas al accidente en estudio y/o estratificaciones

irregulares subsuperficiales, bajo la incidencia de ondas SH, (figura 4)


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Algunas de las conclusiones destacadas son:

-En el caso de modelos con estratigrafa subsuperficial, (figura 4), se observa unasistemtica amplificacin en bajas frecuencias, independientemente de la estructurageolgica y los valores de velocidad superficiales, as como, una tendencia general a ladeamplificacin en altas frecuencias. Las comparaciones entre los resultados de losmodelos b) y c), ponen de relieve que la estructura subsuperficial profunda, que engeneral no corresponde a fuertes discontinuidades, no juega un papel relevante en estetipo de modelos.

-La presencia de irregularidades prximas entre s, induce a un aumento en lasamplificaciones y deamplificaciones, que es superior en la elevacin central que en laslaterales. En presencia adems de una estratificacin geolgica subsuperficial, estasamplificaciones son mayores que en caso de considerar un medio homogneo.

Efecto de la Geologa Superficial

La respuesta local, en la mayora de las ocasiones, no se puede explicar a travs demodelos basados en superficies con una geometra superficial concreta, sobre un mediohomogneo. En los registros ssmicos influye de forma muy importante la estructurageolgica local, en cuanto a su composicin, geometra, propiedades dinmicas, etc. . .

Los primeros estudios, donde se considera la composicin y propiedades dinmicas de lageologa local en el emplazamiento, apuntan hacia el fenmeno de la resonancia, como


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principal causa de la variabilidad del movimiento del suelo en funcin de los distintosemplazamientos.

En estos ltimos aos, algunos mtodos numricos han resaltado la importancia que tienela denominada topografa subsuperficial en valles o cuencas sedimentarias, por la posible

generacin de ondas superficiales locales que son atrapadas en las capas mssuperficiales del suelo. Esta contituye un nuevo factor que aadido a los modelostopogrficos anteriormente discutidos, puede ayudar a explicar algunos rasgos observadosen el movimiento del suelo. En algunos estudios asociados a grandes estructuras de estetipo, se han observado ciertos efectos inducidos por la difraccin de estas ondaslocalmente generadas, como: una duracin ms larga del movimiento, fases generadas enel borde de la cuenca con amplitudes mayores que las de la onda S directa, etc.

En el anlisis del movimiento del suelo en funcin de la clasificacin del mismo, sonmuchos los parmetros utilizados. Entre ellos estn algunos directamente observables enel registro, como pueden ser: los valores pico de aceleracin, velocidad o desplazamiento(tanto en el dominio del tiempo, como en el de la frecuencia), la frecuencia predominantedel movimiento del suelo... En otros estudios se estiman parmetros caractersticos comola duracin, la intensidad de Arias, etc. Tambin se ha dedicado un gran esfuerzo a ladeduccin de modelos de atenuacin del movimiento, donde se combinan lascaractersticas del sismo, del movimiento del suelo, y, el tipo de suelo.

Para acometer, por tanto, el estudio del movimiento del suelo, considerando la influenciadel tipo de suelo se requiere en primer lugar, una caracterizacin del mismo en losdistintos emplazamientos. En el siguiente apartado se presentan algunas de lascaracterizaciones ms utilizadas en la literatura.

Caracterizacin local del suelo

A medida que se ha ido avanzando en el conocimiento geolgico, geotcnico, geofsico, yen el estudio del efecto de emplazamiento, las clasificaciones de los distintos tipos desuelo han evolucionado introduciendo nuevos parmetros cualitativos y cuantitativos.

Las primeras clasificaciones, se establecieron en funcin de la composicin y espesores delos estratos. As en general se distinguen tres tipos de suelo: suelo duro o roca, suelointermedio y suelo blando. Por ejemplo en Seed et al. (1976a) se establece la clasificacin:

-Roca - caracterizada por una velocidad de cizalla superior a 750 m/s.- Suelo medio compuesto por arcilla, arena o lava, de espesor aproximado de 45 m.,yaciendo sobre roca similar a la anterior.

- Deposito cohesional profundo de al menos 75 m. de espesor sobre roca.


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Este tipo de clasificaciones se siguen usando a veces por motivos de falta de informacinms detallada que permita una clasificacin ms fina, o bien, porque la escala delproblema no requiere un conocimiento ms detallado.

La relacin sistemtica entre amplificacin local y geologa subyacente queda reflejada enla clasificacin reseada en el trabajo y establecida por Philips y Aki (1986) que consisteen cuatro tipo de suelos: grantico, formaciones mesozoicas, sedimentos en zonas defallas y fuera de ellas.

Cuanto ms fina sea la clasificacin, ms se podr ahondar en el conocimiento del efectode emplazamiento. Por ejemplo en el trabajo de Su et al. (1992) donde se analiza elefecto local a travs del estudio de la coda de microterremotos, registrados por una redssmica localizada en la regin central de California, se establece una clasificacin msdetallada que la anterior debido a un mejor conocimiento de la geologa del

emplazamiento. En este trabajo se seala, de nuevo, la relacin inversa entreamplificacin local y edad geolgica, que se ve afectada por el contenido frecuencial; enlas condiciones en las que se desarrolla el trabajo se infiere que la razn de decrecimientode la amplificacin con el aumento de la edad geolgica, en las frecuencias bajas es msrpida que en las altas (el anlisis se realiza entre 1.5 y 12 Hz).

Otro ejemplo puede ser la descripcin geotcnica del suelo de Ligorra y Atakan (1997),donde se realiza un estudio de estimacin emprica de la respuesta local en la ciudad de

Guatemala, ver tabla 1:

Sin embargo, en una misma unidad geolgica se pueden observar variaciones en el efectode emplazamiento. El comportamiento de distintos tipos de suelo no puede caracterizarseslo por su composicin o los espesores de los estratos. Se requieren otros parmetros detipo geotcnico y geofsico, asociados a stos, que nos permitan conocer mejor elproblema, como son: la velocidad de las ondas de compresin y de cizalla, el mdulo derigidez o de elasticidad transversal, el coeficiente de Poisson, la densidad, elamortiguamiento del medio, etc. El conocimiento de estos nuevos parmetros permiteestablecer nuevas clasificaciones sobre la base de ellos.

La clasificacin publicada en el estudio de Borcherdt (1994) es un buen ejemplo. En el

trabajo propone un mtodo emprico, estructurado en cuatro fases, para la estimacin delespectro de respuesta en funcin del emplazamiento. La segunda de estas fases consisteen la caracterizacin de las condiciones locales del emplazamiento en funcin de laspropiedades fsicas del material, espesor mnimo de los estratos, y, la velocidad media delas ondas de cizalla. Esta ltima definida como:

v= 30 m/tiempo de llegada (seg) de la onda S a una profundidad de 30 m


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La clasificacin propuesta se describe en la tabla 2. Para la realizacin de dicha tabla se harecopilado la informacin existente en mapas o en perfiles locales en distintosemplazamientos, de las propiedades de los materiales ms superficiales, la velocidadmedia y la amplificacin del movimiento del suelo. El autor define las cuatro clases desuelo: CS-I, CS-II, SC-III y SC-IV, compatibles con otras clasificaciones existentes.

Respecto al proceso de caracterizacin local, se sugieren tres opciones segn sea elestudio a realizar, o la informacin conocida. La primera se basa en el conocimiento de laspropiedades fsicas de los materiales ms superficiales. Se asigna una clase determinadaen funcin de esas propiedades segn se describe en la tabla 2. Con este tipo decaracterizacin se puede sobrestimar la amplificacin ya que, como es sabido, sta engeneral disminuye con la profundidad.


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Aumentando la informacin del emplazamiento obtendremos clasificaciones msdetalladas, como es el caso de la segunda opcin de caracterizacin que se propone. Apartir del conocimiento de las propiedades fsicas, espesores de las capas, y algn otroparmetro geotcnico ms, se establecen clasificaciones en funcin de la informacin delas velocidades medias medidas en otros perfiles conocidos con materiales similares y

profundidades comparables. La tercera tcnica consiste en la medicin de la velocidadmedia en el emplazamiento. Esta opcin permite estimar la amplificacin con menorincertidumbre.


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CRITERIOS DE DISEO

Las fuerzas de sismo que actan sobre una estructura consisten en fuerzas inerciales demasa que se originan por la exaltacin de sus fundaciones durante un movimientotelrico.

El diseo sismo resistente de edificios se basa principalmente en el anlisis de las fuerzasde inercia translacionales, cuyo efecto sobre una estructura es en general ms notableque las componentes verticales o rotacionales.

Un sismo puede producir adems otros efectos, como por ejemplo deslizamiento detaludes, activacin de fallas existentes, ubicadas debajo de las construcciones, olicuefaccin de suelos, como consecuencia de las vibraciones.

En zonas ssmicas, la intensidad de los temblores es generalmente inversamenteproporcional a la frecuencia de ocurrencia de los ismos. Por ello, los terremotos fuertes

son poco frecuentes, los moderados son ms comunes, y los leves, relativamentefrecuentes.

Si bien es posible disear estructuras que no sufran dao alguno an durante losterremotos ms severos, no es usual este tipo de diseo, pues no es justificable elexagerado costo que ello representa.

Por ello, las estructuras se disean para que no sufran daos en los sismos leves, pocosdaos reparables en sismos de mediana magnitud, y si bien es posible que se deteriorendurante un fuerte terremoto, deben permanecer en pie salvaguardando la vida de losocupantes del edificio. El colapso terminal del mismo debe ser drsticamente evitado en

todos los casos.

Para ello se exige que toda estructura posea la suficiente reserva de energa potencialpara incursionar en rango inelstico. Sin embargo an en situaciones extremas deinusuales solicitaciones ssmicas, debe mantenerse estable, con adecuada capacidad demetstasis.

Otro parmetro de importancia en el comportamiento dinamico de una estructura es eltipo de suelo en que se apoya. Entre las caractersticas geosismicas de mayor inters estel periodo dominante del suelo, el cual en general es complejo de determinar por laheterogeneidad propia de los diferentes estratos del subsuelo.

Cuando el periodo de vibracin propio del terreno se aproxima al del edificio o coincidecon el, se produce el fenmeno de resonancia o sincronizacin de los impulsos, quemagnifica los efectos destructivos de un sismo y puede producir el colapso de unaestructura, en especial cuando el amortiguamiento es limitado.

En general, sin embargo, existen atenuantes naturales de la resonancia, que amortiguanlas vibraciones evitando que se incrementen. Son los llamados factores de


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amortiguamiento que neutralizan en parte la amplificacin de las oscilaciones debida a laresonancia.

En otros casos, se debe dotar a la estructura de amortiguamiento mecnico adicional, deltipo viscoso o de friccion.

La magnitud de las fuerzas de sismo son el resultado de la respuesta dinmica de laestructura a la excitacin del suelo. Para poder estimar las cargas de sismo en unaestructura se usan dos criterios admitidos en la mayora de las normas antissmicas:

- aproximacin esttica- anlisis dinamico

el anlisis estatico es el ms comnmente usado y permite analizar los edifios regulares dehasta 20 pisos o 60 m de altura, con suficiente aproximacin cuando el modo fundamentalde vibracin es el primero. En este caso, la distribucin de las fuerzas de sismo tiene una

configuracin como la indicada en la figura 1.11. con una fuerza de tope Ft adicional, querepresenta los modos superiores de vibracin.

Sin embargo, cuando los elementos resistentes a las cargas laterales de sismo son muyirregulares, o la distribucin de las masas es aleatoria en la altura del edificio, como porejemplo sucede en construcciones con distribuciones internas variables entre los pisos odiseos arquitectnicos con huecos o entrantes asimtricos, se debe analizar la estructura

con los criterios dinmicos.Usualmente en estos casos, es apropiado realizar un anlisis modal, el cual se basa en lasuperposicin modal donde las acciones ssmicas se relacionan a un espectro de diseo.


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METODOS DE ANALISIS SISMICO


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RECOMENDACIONES SOBRE ESTRUCTURACIN.

RECOMENDACIONES GENERALES.

La forma de la construccin, el tipo y arreglo de los elementos estructurales y ladistribucin de las masas tienen una influencia decisiva en a bondad del diseosismorresistente; mucho ms que para el diseo ante otras acciones.

La sencillez, uniformidad y simetra de la construccin son aspectos bsicos quecontribuyen a reducir drsticamente los riesgos de un mal comportamiento ante la accinde un sismo. Se enumeran unas recomendaciones generales.

a) Sencillez en la estructura para entender claramente la forma en que se resisten lascargas laterales.

b) Es necesario proporcionar una estructura con rigidez y resistencia en 2 direccionesortogonales, es un requisito obvio, ya que el movimiento del terreno induce fuerzas en

cualquier direccin.

c) La distribucin simtrica en planta de los elementos estructurales evita los problemasde incremento de fuerzas por torsin. Los mayores problemas los dan los elevadores y lasescaleras debido a su alta rigidez y dificultad de colocarlos en una posicin estructuralconveniente.

d) Formas regulares en planta. No formas alargadas, ni las formas L o T, ni fuerzasentrantes o salientes, por la torsin. Se puede dividir la construccin en unidadesaproximadamente cuadradas con una estructura independiente, pero dejan holgura entre

los elementos para evitar su choque durante la vibracin.e) Forma regular de la construccin en elevacin, tanto en geometra como en ladistribucin de las masas. Las fuertes reducciones del tamao de la planta despus decierto nmero de pisos provocan amplificaciones locales del movimiento que no cubrencon los procedimientos normales de diseo y habra que emplear mtodos de clculo msrefinados. Las concentraciones de masas importantes a gran altura es poco adecuada, yaque se incrementan notablemente las fuerzas de inercia.

f) Poco peso. Reconociendo que las fuerzas de inercia F=ma, son proporcionales a lamasa, y en consecuencia, al peso del edificio, debe procurarse que la estructura y los

elementos no estructurales tengan el menor peso posible. Adems los voladizos y vigascon grandes luces, el peso excesivo puede producir fuerzas de inercia verticales demagnitud apreciable que se suman a las fuerzas de gravedad.

g) Uniformidad de resistencia y rigidez y ductilidad es un punto esencial. Hay que recordarque las fuerzas laterales estn reducidas (Coeficiente Rd=1.5 - 6.0) por considerar lahabilidad de la estructura para disipar energa en el intervalo inelstico. La capacidad de


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disipacin de energa de la estructura depende del nmero de secciones y elementos quepueden llegar simultneamente

a la fluencia: mientras mayor sea esta, habr ms disipacin de energa y menosdeformacin inelstica en las secciones individuales. Por ello deben cuidarse

particularmente los puntos siguientes:1. Lograr la mxima hiperestaticidad posible. Mientras mayor nmero de rtulas plsticasmayor ser la disipacin inelstica de inercia.

2. Que las columnas y tmpanos estn distribuidos uniformemente y sean continuos desdela cimentacin hasta el ltimo nivel.

3. Que las luces entre vigas tengan dimensiones similares, lo que facilita el detalle de lasuniones.

4. Que las vigas y las columnas estn en el mismo plano y que sus ejes se intercepten.

5. Es recomendable que ningn elemento estructural importante cambie bruscamente dedimensiones o de refuerzos.

6. Evitar zonas o elementos sobrediseados. En el caso de sismos sobredisear seccionesest mal, ya que estas secciones no participan en la deformacin inelstica y dejarn soloaun nmero reducido de secciones la funcin de disipar energa.

7. Deben evitarse zonas dbiles. El efecto ssmico tratar de localizar las zonas msdbiles de la estructura para disipar all su energa, con lo cual provocar fallas localesdifciles de reparar, como por ejemplo huecos, cambios bruscos de seccin, juntas de

hormigonado, las juntas entre elementos, todos son lugares que deben detallarse conparticular cuidado para evitar fallas locales.

h) Los entrepisos sern suficientemente rgidos y resistentes para absorber las fuerzas ensu plano y poder distribuir las fuerzas en funcin de su rigidez en columnas y tmpanos.Las losas de H.A. hormigonadas in situ cumplen bien esta funcin. Los entrepisos ycubiertas de perfiles de acero o de madera, o elementos ligeros, necesitan arriostramientoen su plano para tener suficiente rigidez.

i) La cimentacin debe trasmitir a la estructura los movimientos del suelo como una

unidad monoltica y as los apoyos de la estructura se muevan de manera uniforme y nohaya desplazamientos relativos entre ellos.


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VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL USO DE PRTICOS (MARCOS RGIDOS) OTMPANOS (MUROS DE RIGIDEZ).

Existe siempre una polmica de que es mejor una estructura de marcos posibles quetienen una gran capacidad de disipacin de energa inelstica o una estructura detmpanos de alta rigidez y resistencia ante cargas laterales, pero con ductilidad baja.

En general, una estructura rgida (muros) es ms conveniente en suelos compresibles(arcillas) cuando el espectro tiene ordenadas bajas para perodos cortos (T < T1),mientras que en terrenos duros (rocas) una estructura flexible estar sujeta asolicitaciones menores ya que caer en la rama descendente del espectro, donde laordenada es menor (T > T2). Adems, hay que tener en cuenta que el aprovechamiento

de la ductilidad est limitado por el control de las deformaciones laterales, as en edificiosde mediana o gran altura es poco econmica la estructuracin a base de marcos dctilesnicamente, ya que el tamao necesario de las columnas y vigas para cumplir con losrequisitos de desplazamiento lateral es mayor que el necesario por resistencia resulta engeneral antieconmico, convienen emplear en estos edificios tmpanos para proporcionarla rigidez necesaria.

DIMENSIONAMIENTO Y DETALLES DE LA ESTRUCTURA. MATERIALES UTILIZADOS.

ASPECTOS GENERALES.

El dimensionamiento y detallado de los elementos estructurales y de sus conexiones esuno de los aspectos fundamentales que hay que tener en cuenta en el diseo. Los puntosms importantes son los relativos a que las secciones individuales sean capaces dedesarrollar e grado de ductilidad implcito en el diseo, y que en conjunto la estructurapueda desarrollar mecanismos de deformacin inelstica que le permiten disipar la energadel sismo sin llegar al colapso.

Los requisitos de estructuracin se hacen ms rigurosos a medida que aumenta el valor dereduccin (Q) por ductilidad.

ESTRUCTURAS DE HORMIGN.

Para estructuras de concreto los factores de reduccin por ductilidad aceptados son delorden de 4 para estructuras a bases de marcos, y en general, menores para estructurascuya resistencia a cargas laterales se debe fundamentalmente a muros de concreto.Se comentaran brevemente los principales aspectos que deben cuidarse para eldimensionamiento de los diferentes elementos estructurales para poder adoptar factoresde reduccin elevados.


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a) Materiales:

Exigir un control de calidad del hormign estricto para evitar variabilidad de suspropiedades que sea dosificado por peso y con conversiones por humedad y absorcin delos agregados con respecto al acero de refuerzo, emplear aceros con fluencia definida ycon alta ductibilidad.

b) Vigas:

Se tiende a limitar la relacin ancho a peralto y longitud a peralto para evitar que laexcesiva esbeltez de la seccin provoque pandeo lateral que limitan que la ductibilidad

pueda desarrollarse.

Se limita la excentricidad que puede tener el eje de la viga con respecto al de la columna,para asegurar que la transicin de momentos entre viga y columna pueda realizarse sinque aparezcan esfuerzos importantes por cortante y torsin.

Debe colocarse una cuanta mnima de refuerzo longitudinal y transversal.

Colocacin de cantidades elevadas de refuerzo para las fuerzas cortantes cuando seforman articulaciones plsticas en los extremos de las vigas.

c) Columnas:Revisar que la capacidad de las columnas sea suficiente para permitir la formacin dearticulaciones plsticas en los dos extremos de la viga.

Colocar zunche de refuerzo helicoidal que restrinja la expansin lateral del hormign, paraevitar la falla por flexocompresin en lose extremos de las columnas.

d) Uniones vigas - columnas:

Para columnas interiores con vigas en sus cuatro costados, se acepta que la separacin deestribos aumente al doble.

Para columnas exteriores, usar barras de dimetros menores en la barra de anclaje delrefuerzo longitudinal, evitando la falla por anclaje.

e) Losas planas:


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Se usa como generalidad la losa nervada o aligerada, debe considerarse efectivo para elanlisis y para la colocacin del refuerzo por sismo, un ancho igual al lado de la columnams una longitud a cada lado de la columna igual a 1 1/2 veces el peralte de la losa.

Se recomienda colocar el refuerzo especial por cortante y adoptar factores de carga 1.4

para revisar en la losa y por flexocompresin en los extremos de la columna.

f) Muros de rigidez:

Se especifica refuerzo mnimo vertical y horizontal (p=0.0025), colocar dos capas derefuerzo. Esto es para evitar grietas y de haberlas sean pequeas.

Observar segn normas de hormign armado que el ancho del muro sea el adecuado paraevitar problemas de pandeo lateral, procurar un anclaje eficiente del refuerzo transversaldel muro en los extremos y reforzar adecuadamente los huecos del mismo.

ESTRUCTURAS DE ACERO.

Estas estructuras poseen caractersticas muy favorables de capacidad de disipacin deenerga, que las hacen muy idneas para resistir sismos.

ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERA.

Buscar en su diseo simetra y uniformidad tanto en planta como en elevacin. Con unadecuado refuerzo y confinamiento se pueden superar las desventajas de este tipo deestructura, ante la accin de cargas ssmicas.

ESTRUCTURAS DE MADERA.

Comportamiento excelente ante dichas cargas, los daos sufridos en las mismas se debenal deterioro de la madera por efectos interperismo o ataques de eventos. Conexionesinadecuadas de los elementos entre si o falta de anclaje con la cementacin tambin hasido motivo de fallo.

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES

Los elementos no estructurales son aquellas partes del edificio y su contenido distintos alos estructurales, siendo los ms comunes: falsos techos, ventanas, equipos de oficina,estantera y bienes almacenados, gabinetes de archivo, instalaciones de calor, ventilacin,aire acondicionado, instalaciones mecnicas, elctricas, sanitarias, mobiliario, luces yotros.


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Importancia

Los riesgos asociados a los daos ssmicos en componentes no estructurales, se agrupanen: seguridad de vida, prdida de propiedades, e interrupcin o prdida de funcionalidad.

La cada de luces, vidrios, ornamentos, falsos techos, ruptura de tuberas de gas, cada depaneles, o colapso de muros, daos en ascensores, interrupciones de energa, provocacinde incendios, pueden ocasionar heridos y an muertos.

La prdida de bienes se aprecia mejor considerando que los equipos mecnicos, elctricosy de arquitectura pueden tener un valor del 80% de la construccin, o ms dependiendodel tipo de edificacin. De ah que el dao de los elementos no estructurales (y suscontenidos) puede significar una prdida importante para los ocupantes o propietarios.Como gasto adicional pueden considerarse daos derivados por los elementos noestructurales afectados como incendios o inundaciones, cuyo monto tambin depende deltipo de edificacin.

La prdida de funcionalidad de los componentes no estructurales afectados se evidenciaen la imposibilidad de su operacin o reduccin de su productividad. Se incluye el hechode que fallas comunicacin, energa y abastecimiento de agua, pueden afectar seriamenteel trabajo, operaciones mdicas, de transporte, de comunicaciones, que no pueden serresueltos por los usuarios.

Causas del dao no estructural

La gua considera los siguientes tres principales causas del movimiento ssmico encomponentes no estructurales: la fuerza de inercia y sacudida de los propios elementos,

las distorsiones en stos provocados por el movimiento del edificio, y la separacin ogolpes con las estructuras adyacentes.

Al ocurrir el sismo, la base se mueve en unsono con el suelo, pero el resto del edificiodesarrolla fuerzas de inercia (similar al caso de un pasajero en un vehculo acelerando ofrenando), que lo impulsa hacia adelante o hacia atrs. Este impulso, de acuerdo a laprimera ley de Newton es proporcional a la magnitud de la masa. Por ello, sus efectos sonms notorios en componentes no estructurales pesados como archivadores, plantas degeneracin, armarios, equipos de oficina, o tems especficos guardados dentro de otros.Un error de apreciacin importante es creer que los componentes muy pesados son ms

estables.Ante un sismo, el edificio se distorsiona o flexiona de un lado a otro en respuesta a lasfuerzas del mismo. La distorsin est relacionada con la altura de cada piso, en unalongitud que depende del sismo y de las caractersticas de la estructura. Los componentescomo ventanas o paneles cercanos a los elementos estructurales acompaan estadistorsin. Los vidrios y otros elementos frgiles pueden no soportarla y colapsar. Es elcaso de paneles de vidrio, particiones o enchapes que se rompen por esta distorsin. Sin


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embargo, si el componente no estructural es muy rgido, puede ocasionar dao prematuroa la viga o columna con la cual interacta.

Los movimientos en juntas de separacin pueden ocasionar choques entre estructurasadyacentes. El otro caso es el de edificios cuyas bases estn asentadas en absorbentes de

energa. Aqu la separacin y sus efectos ocurren al nivel del terreno entre la cimentaciny la base de la superestructura. Esta situacin puede afectar la seguridad de diferenteslneas de abastecimiento que atraviesan las juntas y no son capaces de acomodarse anteel movimiento ssmico. Adems, los choques entre edificaciones cercanas pueden causardao a elementos estructurales y a los componentes no estructurales, como en parapetos,enchapes o cornisas en la fachada.

BILIOGRAFIA CONSULTADA:

1. Bazn Enrique y Meli Roberto; "Diseo Ssmico de Edificios", Editorial LIMUSA,Mxico, 1998.

2. Negrin Alexis; "Comportamiento de Estructuras de Concreto", Monografa paracurso de Diseo Estructural, UNITEC, Tegucigalpa, Honduras, 2007.

3. Frias A. Moreno G. (1988) Ingeniera de Costas. LIMUSA - Mxico.4. Meli Roberto Diseo Estructural, Editorial Limusa S.a. De C.v. Mexico5. Maria Graciela Fratelli;Estructuras Sismo-Resistentes, Universidad de Buenos

Aires Argentina.6. Norma Venezolana Estructurasde Concreto armado, Analisis y Diseo,

COVENINMIDUR 1753-87, Caracas, Venezuela, 1987.7. Gallegos H., Albaileria Estructural, Pontificia Universidad Catlica del Per,

Fondo editorial, 1989.

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DISEÑO SISMORRESITENTE

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