INGº CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST
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DISEÑO SISMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO INGº CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST
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TEMAS • INTRODUCCION • LOS TERREMOTOS Y SUS LEYENDAS • ASPECTOS SISMOLOGICOS • ANALISIS SISMICO • NORMA E-030-2003 • DISEÑO SISMICO • DETALLES ESTRUCTURALES
ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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INTRODUCCION AL ANALISIS SISMICO El hombre ha aprendido desde que tiene uso de razón a temer los movimientos telúricos, apreciando su intensidad en forma cualitativa con relación a los daños y pánico que estos causan. Un elevado porcentaje de los centenares de miles de víctimas cobradas por los sismos, se debe al derrumbe de construcciones hechas por el hombre; el fenómeno sismo se ha ido transformando así en una amenaza de importancia creciente en la medida en que las áreas urbanas han crecido y se han hecho más densas.
Una de las características del presente siglo es la constante migración de las poblaciones de la vida rural y campestre, a otra urbana y bulliciosa, que se concentra en las grandes ciudades, con necesidades cada vez mayores de recursos para cubrir las demandas de alimentación, vivienda, servicios, etc.
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*Esta tendencia obliga a la inversión de grandes capitales en áreas relativamente pequeñas o ciudades muy populosas, que de producirse un sismo intenso, las pérdidas de vidas humanas y recursos económicos pueden ser cuantiosos.
*Una de la características de los terremotos, es su ocurrencia súbita y sorpresiva; como son eventos muchas veces de periodos de retorno largo, el hombre muy rápido se olvida de la ocurrencia, y un nuevo sismo, es prácticamente una nueva tragedia desconocida, con consecuencias impredecibles *El efecto de un sismo sobre una estructura puede incluirse en uno de los siguientes conceptos: a) Daños Imperceptibles b) Daños ligeros en acabados c) Daños ligeros en las estructuras d) Daños graves en las estructuras e) Falla de la estructura. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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LOS TERREMOTOS Y SUS LEYENDAS Africa Occidental:
Un gigante transporta la Tierra en su cabeza. Todas las plantas que crecen en la Tierra son su pelo, y la gente y los animales son los insectos
que pululan en ese pelo. Generalmente el gigante se sienta con su rostro hacia el Este, pero de vez en cuando mira por un momento hacia el Oeste y vuelve a su posición original, con un movimiento brusco que es sentido
como un terremoto
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Africa Oriental:
Un pez gigante lleva una roca sobre su espalda. Sobre la roca hay una vaca que equilibra la Tierra en uno de sus cuernos. De vez en cuando
comienza a dolerle el cuello, por lo que alterna el globo terráqueo de un cuerno a otro. Entonces tiembla. América Central:
La Tierra es cuadrada y está sostenida por cuatro dioses que sujetan cada esquina. Cuando ellos deciden que la Tierra está sobrepoblada, la sacuden para retirar la gente sobrante
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Bélgica: Cuando la gente de la Tierra es muy, muy pecadora, Dios envía un ángel furioso a golpear el aire que rodea el planeta. Estos golpes de vientos producen un tono musical que en la Tierra es sentido como una serie de temblores.
Colombia: Cuando la Tierra fue hecha por primera vez, descansaba apoyada firmemente en tres largas vigas de madera. Pero un día el dios
Chibchacum decidió que podría ser divertido ver el plano de Bogotá bajo el agua. Inundó, entonces, las tierras, por lo que fué castigado obligándose a llevar al mundo sobre sus hombros. De vez en cuando siente ira por ello y patea el suelo, sacudiendo la Tierra. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Grecia: De acuerdo a Aristóteles, y también a William Shakespeare en su obra llamada Henry IV, unos vientos enormes y salvajes son atrapados y mantenidos en cavernas bajo la Tierra. Estos se esfuerzan por liberarse y de estos forcejeos resultan los terremotos.
Japón: Un gran pez-gato o namazu, yace enroscado bajo el mar con las islas de Japón descansando sobre su espalda. Un semidiós o daimyojin mantiene sobre la cabeza del namazu una gran roca para impedir que se mueva. De vez en cuando el daimyojin se distrae, el namazu se mueve y la Tierra tiembla ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Nueva Zelandia: La madre Tierra tiene un niño dentro de su vientre, el pequeño dios Ru. Cuando éste se estira y patea, como suelen hacer todos los bebés,
provoca los terremotos
India:
La Tierra es sostenida por cuatro elefantes parados sobre el dorso de una tortuga. La tortuga, a su vez, está equilibrándose sobre una cobra. Cuando cualquiera de estos animales se mueve, la tierra tiembla.
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I.- ASPECTOS SISMOLOGICOS ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA La Tierra está formada por tres capas concéntricas: corteza, manto y núcleo, con propiedades físicas distintas. Núcleo, con un radio de 3470 Km., constituido por núcleo interior , y núcleo exterior . Manto, con un espesor de 2900 Km, y está dividido en manto inferior, manto superior , y zona de transición . Corteza o Litosfera , es la capa exterior de la Tierra, es de elevada rigidez (roca) y anisotropía, sabemos que es de espesor variable, que en algunos casos puede ser de 60 Km ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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EVOLUCION DE LOS CONTINENTES PERÍODO PALEOZOICO, LA TIERRA ESTABA FORMADA POR UN ÚNICO CONTINENTE LLAMADO PANGEA Y UN ÚNICO MAR DENOMINADO PANTHALASSA
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Al final del Mesozóico, los Continentes tenían ya la forma y posición de la figura
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ORIGEN Y MECANISMO DE LOS SISMOS.Las causas y orígenes de los terremotos han tenido diversas explicaciones a través de la historia; en muchos casos, se les ha relacionado a costumbres y creencias religiosas de cada pueblo, a castigo de los Dioses, pero también se le ha tratado de dar una explicación científica, como la de Aristóteles, que consideraba que los terremotos eran producto de masas de aire caliente, que presionaban para escapar del interior de la tierra, o la de Hooke que consideraba que era una respuesta elástica a fenómenos geológicos .
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En el estudio de las vibraciones producidas en una Estructura por efecto de un Terremoto, son de interés los factores que influyen en el campo de los desplazamientos, velocidades y aceleraciones. Entre éstos factores están los parámetros que definen el mecanismo de los terremotos; la primera representación del mecanismo, fue la Teoría del Rebote Elástico enunciada por
H. F. Reid (1911). Reid, propuso ésta Teoría después del terremoto de San Francisco de 1906 en el que a lo largo de una longitud de unos 400 km. se pudo observar la fractura de la falla de San Andrés con desplazamientos de
hasta 6.5 m,
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Empleando las palabras de Reid, la Teoría fue expresada de esta forma “Es imposible para la roca romperse sin haber estado sujeta anteriormente a deformaciones elásticas mayores a las que puede soportar". De éste enunciado se concluye que la corteza en muchas partes de la tierra esta siendo desplazada lentamente y la diferencia entre los desplazamientos
de regiones vecinas trae deformación elástica que pueden llegar a ser mayores que lo que la roca puede soportar, por tanto, la falla geológica es la causa de la mayoría de los sismos y no una consecuencia de ellos. La
generación de un sismo consta, de dos etapas : una de acumulación lenta de energía elástica, y otra de relajación súbita. Mientras que la primera puede prolongarse por años, la segunda dura únicamente decenas de segundos.
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Cuando los esfuerzos rebasan cierto límite se produce el fallamiento en un punto y se propaga en ambas direcciones. En tiempos recientes el conocimiento del origen de los sismos y los mecanismos geológicos involucrados han avanzado mucho en su investigación, explicándose en la actualidad que los sismos de gran magnitud están encuadrados en la teoría de la Tectónica de Placas.
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TECTONICA DE PLACAS En términos muy simples, la tectónica de placas mostró que la capa más superficial de la tierra está formada por una serie de fragmentos rígidos llamados "placas" que se desplazan sobre la superficie de la tierra flotando, por así decirlo, sobre un estrato de material viscoso llamado la astenosfera. Habitualmente
estos
movimientos
son
lentos
e
imperceptibles, pero en algunos casos estas placas chocan entre sí como
gigantescos témpanos de tierra sobre un océano de magma, en las profundidades de la Tierra, impidiendo su desplazamiento.
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Entonces una placa comienza a desplazarse sobre o bajo la otra originando lentos cambios en la topografía. Pero si el desplazamiento es dificultado, comienza a acumularse una energía de tensión que
en algún momento se liberará y una de las placas se moverá bruscamente contra la otra rompiéndola y liberándose entonces una cantidad variable de
energía que origina el Terremoto.
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Estas placas o cascarones rígidos, de aproximadamente 100
km de espesor, varían en dimensiones, desde la enorme placa del Pacífico, por ejemplo, hasta pequeñas placas como la de Rivera, frente a las costas de Jalisco. La figura, muestra la subdivisión de placas que conforman la superficie de la tierra, así como sus direcciones relativas de movimientos sobre la astenosfera.
Debido a estos movimientos los continentes han variado su
posición relativa a través del tiempo geológico y se cree que estuvieron todos reunidos en un gran continente llamado Pangea. Esto nos explica el ajuste que existe entre, por ejem., las costas de Sudamérica y África. Las fig. nos muestra la distribución geográfica de estas placas.
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C RAMOS CH/09
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La corteza continental tiene una capa granítica sobre la basáltica y el espesor total oscila entre 20 y 24 Km en las zonas costeras y 40 – 50 Km bajo las grandes cadenas montañosas. Los terremotos superficiales ( profundidad < 30 Kms ), se generan en la esquizósfera; los intermedios ( 30 < h < 200 Km ) y los profundos ( h > 200 Kms ), se producen en zonas internas con suficiente rigidez, originadas, bien porque el material rígido se ha introducido en el manto conservando sus características mecánicas ( zonas de subducción ), o bien por que se han producido cambios en las fases mineralógicas ( profundos ). Las principales placas se pueden reducir a seis; mientras que el interior de las placas son zonas estables, sus bordes son inestables, dándose en ellas varios tipos de procesos dinámicos que pueden reducirse a tres : ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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-
Generación de corteza oceánica en las cordilleras Centro
Oceánica - Subducción de corteza oceánica en las zonas de arcos de
islas, dónde la corteza oceánica se continental,
introduce por debajo de la
siendo éste el lugar de terremotos intermedios -
profundos.
- Fallas de transformación o deslizamientos dos placas contiguas en las zonas de
horizontales
de
grandes fracturas, de
la que es ejemplo clásico la falla de San Andrés en California lugar
de frecuentes
terremotos de gran magnitud.
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C RAMOS CH/09
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La actividad sísmica más frecuente y de mayor magnitud tiene lugar en las fronteras de placa donde éstas se mueven en direcciones contrarias a las otras, como ocurre a lo largo de la costa del Pacífico. Como la superficie del planeta esta cubierta por las placas, el movimiento relativo entre ellas solo se logra si en algunos de los márgenes de las mismas se está creando nueva litosfera mientras que en otros márgenes algunas de ellas "cabalgan" o se deslizan por debajo de la otras.
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TECTONICA DE PLACAS EN EL PERU.Los Andes es un claro ejemplo de cordillera formada como el resultado
del proceso de subducción de una placa oceánica bajo un continente. La cordillera andina se extiende a lo largo
del continente
sudamericano, desde Venezuela hasta el sur de Chile, con un ancho
minimo de 200 km en la región central del Perú y máximo de 500 km en el límite entre Perú y Chile. Como resultado de la evolución de la cordillera andina se han formado diferentes unidades estructurales cómo : Zona costera ( ZC ), Cordillera Occidental ( COC. ), Cordillera Oriental ( C.OR ) , Altiplano y la zona Sub andina.
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C RAMOS CH/09
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FALLA SISMICA. Se entiende por falla a una estructura tectónica a lo largo de la cual se ha producido una fractura y un desplazamiento diferencial de los materiales adyacentes . Las fallas se clasifican en activas e
inactivas; dependiendo si se han registrados varios movimientos en tiempos recientes . En Ingeniería sísmica, interesan las fallas activas . Se dice que una falla es sísmicamente activa cuando hay constancia de que en un tiempo determinado, se han producido por lo menos un terremoto; este tiempo suele extenderse entre los 10,000 y 35,000 últimos años. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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DISTRIBUCION DE LOS SISMOS SOBRE LA TIERRA Los sismos se agrupan en largas y no muy anchas franjas , a lo largo de las fosas o zonas de subducción, muy especialmente a lo largo del llamado Cinturón de Fuego del Pacifico, que se inicia al sur de Sur América, se prolonga hasta la Alaska en Norte América y pasa hasta Japón para continuar hasta bien al sur de Nueva Zelandia. En promedio el 85% de la energía sísmica liberada anualmente en el mundo corresponde al mencionado cinturón.
Otra notable franja se asocia con cadenas montañosas de Europa y Asia, pasando por Turquía ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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CINTURON DE FUEGO DEL PACIFICO
C RAMOS CH/09
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C RAMOS CH/09
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LOS TERREMOTOS MÁS DESTRUCTIVOS REGISTRADOS EN EL MUNDO (SOBRE 50.000 MUERTES)
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TERREMOTOS MAS GRANDES OCURRIDOS EN EL PERU
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SISMOS OCURRIDOS EN LA ZONA DE LAMBAYEQUE ( 1,598 –2002 ) FECHA
H. ORIGEN
LAT. LON. PROF MAG INTENS.
aaaa/mm/dd
hh:mm:ss
øS
1598/06/25
22:00:00.0 06.90 79.60
4 PE Saña
1606/03/23
20:00:00.0 07.00 80.30 40.0
5 PE Saña
1619/02/14
16:30:00.0 07.94 79.03 40.0
7.7
7 Saña
1906/09/28
15:24:54.0 06.17 77.49 150.0
*6.7
6 Eten
1907/06/20
11:33:00.0 06.98 80.49 58.0
1937/06/21
15:13:04.0 08.26 79.23 60.0
5.8
1937/06/22
05:34:03.0 09.00 79.00 60.0
5.5
1937/06/24
14:57:18.0 07.80 80.30
5.4
1938/01/16
21:41:47.0 06.00 75.00 100.0
5.6
1938/07/07
04:50:00.0 05.69 80.04 80.0
øW
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km
mb
MM
6 Chiclayo 6 Lambay.
4 Lambay. 39
FECHA H. ORIGEN
LAT.
LON.
1938/09/09 17:27:12.0
07.20
80.30
1939/11/26 06:26:18.0
08.50
77.50
1940/05/05 02:03:42.0
07.00
80.00
1941/01/24 05:44:03.0
03.25
76.75
120.0
5.8
1942/11/06 13:31:10.0
06.00
77.00
130.0
5.9
1943/04/05 03:08:58.0
06.50
76.00
140.0
5.8
1945/08/02 09:10:00.0
07.80
80.20
70.0
1948/04/18 00:05:00.0
07.00
80.30
40.0
1949/05/22 15:25:35.0
07.00
81.50
1950/08/08 03:35:00.0
07.00
80.30
40.0
1951/01/26 02:51:00.0
05.79
79.75
30.0
6 Olmos
1951/05/08 20:00:51.0
08.30
79.80
64.0
5 Chiclayo
1955/04/25 00:24:00.0
07.10
80.00
30.0
4.7
3 Chiclayo
1963/08/29 15:30:31.0
07.10
81.60
23.0
*7.0
5 Chiclayo
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PROF
MAG
INTENS
5.8 130.0
5.4 5.6
3 Chiclayo
4.8
4 Chiclayo 3 Chiclayo
4.8
4 Chiclayo
40
FECHA H. ORIGEN
LAT.
LON.
PROF
MAG
1965/08/13 00:54:45.3
04.34
81.08
38.0
5.3
1965/11/29 17:07:02.7
06.07
78.71
28.0
5.3
1965/12/28 22:04:54.3
03.19
77.15
18.0
5.4
1966/08/20 07:43:28.8
03.21
77.23
113.0
5.5
1969/02/04 04:10:19.0
08.11
80.08
46.0
6.0
1983/02/28 13:54:51.2
07.33
76.39
39.0
5.1
1991/10/28 18:55:02.6
06.72
79.83
107.0
4.6
2002/02/05 9:31:59.6
04.03
80.70
44.0
3.5
2002/02/08 13:14:19.3
03.60
79.72
215.0
3.6
2002/02/10 0:50:38.1
05.04
77.78
226.0
4.5
2002/02/18 14:55:47.3
04.05
77.85
261.0
3.7
2002/02/18 15:45:15.7
08.79
80.31
53.0
4.7
2002/02/24 23:53:55.0
04.69
78.13
149.0
4.1
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INTENS
5 Chiclayo 4 Chiclayo
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MAPAS DE REGISTROS SISMICOS EN EL PERU Y EN LAMBAYEQUE
C RAMOS CH/09
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EL TERREMOTO DE JAPON
• EL terremoto de Miyagi
Marzo 11,2011 – 14:46 hora local • Magnitud Mw = 9.00
• 1500 muertos y desaparecidos. • 40,000,000,000 Dólares en perdidas • Quinto terremoto mas potente desde 1900 ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Distribución de la energía del maremoto producido por el terremoto (fuente: NOAA) ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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El terremoto de Japón desató una potencia mil veces mayor a la del sismo de haití, de 7.0 grados, de enero de 2011.
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Aeropuerto de Sendai
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Iwaki Fukushima
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Souma
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Rio Naka
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EL TERREMOTO DE NORTHRIDGE
• EL terremoto de Northridge Enero 17,1994 - 4:31 AM hora local • Magnitud Mw=6.7
• Aceleraciones a=1.8g, a=0.65g y 0.3g • 51 muertos, 9000+ heridos
• 40,000,000,000 Dólares en perdidas ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Tienda Bullocks
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ESTACIONAMIENTO EN CAL STATE UNIVERSITY
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SISMO EN MEXICO
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TSUNAMI EN INDONESIA
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TERREMOTO EN INDONESIA MARZO DEL 2005 •
El fuerte terremoto de 8,7 grados de magnitud en la escala abierta de Richter que se ha
registrado en la costa de la isla indonesia de Sumatra puede haber causado unos 2.000 muertos, aunque el temor de que provocara un "tsunami" similar al de diciembre se eliminó pasadas varias horas del sismo.
•
Las víctimas se han registrado en la remota isla indonesia de Nias, frente a la costa occidental de Sumatra y muy cerca del epicentro. En la devastada provincia de Aceh (norte de Sumatra) el terremoto causó pánico entre sus traumatizados habitantes, que se lanzaron a las calles, y hubo cortes de luz provocados al caer el tendido eléctrico.
•
El sísmo se sintió en países vecinos como Tailandia, Malasia y Singapur, y las autoridades elevaron alarmas de "tsunami" dada la magnitud del movimiento telúrico, que pasadas varias horas fueron desactivadas
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SISMO DE CHILE Mw = 8.80 Fecha :
27/02/2010 – 03:34:14
Profundidad:
30.10 km.
Epicentro:
150 km al noroeste de Concepción
Duración:
3 min. y 25 seg.
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Amplitud del Tsunami a lo largo del pacifico ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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SISMO DE NAZCA
Mb = 6.5, Ms = 7.3 y Mw = 7.7 14 personas murieron. Profundidad focal = 33 km ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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SISMO EN EL SUR DEL PERU(CAMANA)
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MOQUEGUA
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200
C RAMOS CH/09
201
TACNA
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205
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PISCO 15 DE AGOSTO 2007 - MW 7.0
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ENSEÑANZAS DEL SISMO DEL SUR EN LAS EDIFICACIONES SE OBSERVA : • Gran destrucción en viviendas y locales construidos de adobe como material estructural. • Daños importantes en tabiques de ladrillo existentes en viviendas y locales de dos o mas pisos, pues han trabajado como muros de corte, debido a la poca rigidez lateral de los pórticos de concreto armado. • Daños reducidos en tarrajeos y en algunos tabiques de ladrillo, en el caso de
edificaciones con mayor rigidez lateral. • Daños en tabiques y columnas de concreto armado en edificaciones que tenían ventanas altas (columnas cortas); en los casos donde se había independizado los tabiques (para evitar la columnas corta), también hay daños por defectos constructivos en las juntas de separación o por haberse dejado juntas insuficientes. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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• Daños en edificaciones con muros de sillar, con fisuras y grietas importantes en los muros, sea en la unión de bloques de sillar o en los propios bloques. • Caída de parapetos de azoteas o pisos intermedios y fallas en tabiques de ladrillo, por no tener elementos de refuerzo y por estar dentro de edificaciones con pórticos de concreto armado flexibles. • Daños en muros de ladrillo pandereta usados como portantes de losas aligeradas. • Daños en columnas que soportan tanques de agua de edificaciones (viga fuerte columnas débiles).
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CAUSAS QUE HAN CONTRIBUIDO A AUMENTAR
LOS
DAÑOS:
• La mayoría de edificaciones afectadas han sido construidas por los propios pobladores(Adobe, sillar, albañilería y concreto) sin dirección ténica y sin cálculos. En algunos casos, de edificaciones de concreto, sí han tenido diseño y construcción a cargo de profesionales, pero en ellos no se ha considerado la importancia de la rigidez lateral. • La gran mayoría de edificaciones de lotes urbanos tiene muros abundantes en la dirección perpendicular a la fachada (muros que limitan con lotes vecinos y probablemente algunos muros en algún eje intermedio) los que
trabajan sísmicamente (a pesar que los pobladores creen que los elementos importantes son las columnas) permitiendo resistir las acciones sísmicas. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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• La población hace casas de 2 y 3 pisos, colocando columnas de 25 x 25 cm con 4f1/2” o 4f5/8”, las une con vigas chatas de 25x20 o 25x25 cm con 4f1/2”, sin realizar cálculo alguno. Simplemente se repiten patrones de diseño muy comunes en el Perú y no se toma en cuenta la importancia de los muros de ladrillo, como
elementos resistentes de cargas de gravedad y de sismo. Si esas viviendas hubieran tenido una densidad adecuada de muros de ladrillo, en las dos direcciones de la planta estructural, no se
hubieran tenido daños.
ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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• En relación al adobe y al sillar se comprueba una vez más las malas características sismorresistentes de estos
materiales. En el caso del adobe, se observa además que se le usa en viviendas tipo “Costa”, es decir, con ambientes de mayores dimensiones y con ventanas más grandes que los usados en edificaciones tipo “Sierra” y con espesores de muros insuficientes.
ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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218
• El problema de las “Columnas cortas” es un problema nacional, presente
en
locales
escolares,
en
pabellones
de
aulas
universitarias y en edificaciones de uso institucional, comercial e industrial. Los nuevos colegios de INFES, construidos luego de la
implementación
de
la
actual
norma
peruana
de
diseño
sismorresistente, de octubre de 1997, han tenido muy buen comportamiento, pues ya incluían columnas de mayor rigidez
lateral en la dirección longitudinal, no habiéndose registrado daños en ninguno de ellos.
ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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221
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EDIFICACIONES TIPO “C” – NO SUFRIERON DAÑO ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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ESTADO DEL ARTE DE LAS CONSTRUCCIONES EN LIMA
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ESTADO DEL ARTE DE LAS EDIFICACIONES EN CHICLAYO
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CARACTERISTICAS DE LOS SISMOS .Considerando a la tierra cómo un cuerpo elástico, las perturbaciones que se originan en el foco sísmico tenderán a propagarse en forma de ondas a través de la tierra dando origen a los movimientos vibratorios del suelo que son las manifestaciones características de los terremotos. El terremoto se manifiesta en la superficie cómo un movimiento muy irregular; la trayectoria descrita por un punto forma una curva espacial determinada por su proyección sobre tres ejes ortogonales. Un eje vertical y dos horizontales normales entre si que suelen ser las direcciones N-S y E-O.
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Al generarse un sismo sobre la corteza terrestre, se producen:
a) Ondas de Cuerpo .- Que se propagan a través del interior de la tierra y se clasifican en - Ondas Longitudinales (P).
- Ondas Transversales (S). b) Ondas de Superficie ú Ondas dirigidas , que se propagan a lo largo de la superficie de la tierra y son : - Ondas Rayleihg - Ondas Love - Ondas Stoneley - Ondas Channel ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Objetivos:
INSTRUMENTACIÓN SISMICA
Conocer los instrumentos que se utilizan para medir la forma cuantitativa del movimiento del suelo (desplazamiento, velocidad y aceleración)
debido a la ocurrencia de un sismo o la vibración ambiental del terreno. SISMÓGRAFO ACELERÓGRAFO. MICROTREMOR. Los datos obtenidos por estos instrumentos nos permite conocer las características dinámicas del suelo y como el movimiento del suelo afecta a las estructuras.
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SISMÓGRAFO Utilizado para medir el movimiento del suelo relativamente no tan fuerte causado por el paso de las ondas sísmicas, los registros se llaman SISMOGRAMAS.
Estos
instrumentos
registran
desplazamientos
o
velocidades del suelo. Su funcionamiento se puede representar mediante un simple modelo un solo grado de libertad.
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SISMÓGRAFO Es necesario que el sistema de 1 grado de libertad (masa, resorte y amortiguador) presenten ciertos valores de rigidez y amortiguamiento para que pueda registrar el movimiento.
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SISMÓGRAFO La existencia de los sismógrafos data de los siglos VIII-XI y fueron ampliamente utilizados en la Republica China. Estos sismógrafos consistían básicamente de una figura de dragón de cuatro cabezas en cuyas bocas se colocaban bolas metálicas en equilibrio inestable. Al producirse un sismo y la llegada de las ondas sísmicas, la bola correspondiente a la dirección de llegada caía, indicando así la ocurrencia de los sismos y la dirección de la cual procedían. En las figuras siguientes se muestran una seria de fotografías de los varios tipos de sismógrafos construidos por los chinos.
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SISMÓGRAFOS CHINOS
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SISMÓGRAFOS CHINOS
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SISMÓGRAFOS CHINOS
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SISMÓGRAFOS CHINOS
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SISMÓGRAFOS CHINOS
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SISMÓGRAFOS CHINOS
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A la mitad del siglo XIX, se inició la construcción de los primeros sismógrafos basados en el principio simple de oscilación de UN PENDULO. En general, estos péndulos eran de oscilación vertical y consistían en una masa pendiente de un muelle que registra su movimiento usando un estilete adosado a la masa y que dejaba una
huella sobre una placa de cristal ahumado. A este tipo de instrumentos se les llamó SISMOSCOPIO debido a que no contaban con control del tiempo.
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Para obtener el registro del movimiento del suelo es necesario tener como referencia un punto fijo al cual tendríamos que referirlo, lo cual sería imposible por cuanto el punto fijo se movería junto con el suelo. A fin de salvar esta dificultad habría que recurrir al principio de inercia de cualquier cuerpo y por el cual todos los cuerpos tienden a
resistirse al movimiento o variar su velocidad. Por lo tanto, el movimiento del suelo puede ser medido en función de una masa suspendida por algún elemento que le permita
mantenerse en reposo con respecto al suelo.
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El mecanismo más simple considera una masa suspendida de un resorte que esta atado a un soporte anclado al suelo. Cuando el resorte se agita al paso de las ondas sísmicas, la inercia de la masa hace que ésta permanezca un instante en el mismo punto de reposo y cuando sale del mismo, tiene a oscilar. Es lógico pensar que la oscilación posterior del péndulo no reflejaría el real movimiento del suelo; por lo tanto, hay que amortiguarlo.
Antiguamente
el
amortiguamiento
era
realizado
utilizando aceite y hoy en día se logra con el uso de bobinas o imanes que amortiguan la oscilación libre de la masa.
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LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA Y MONITOREO VOLCÁNICO CENAPRED – MEXICO D.F.
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SISMÓGRAFO DIGITAL - VIBRACORD
Sismógrafo digital para el control de vibraciones producidas por voladuras. Equipo compacto, para la medición de vibraciones y onda aérea. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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ACELEROGRAFO Utilizado para medir el movimiento FUERTE del suelo causado por el paso de las ondas sísmicas, loas registros se llaman ACELEROGRAMAS. Estos
instrumentos registran la aceleración del terreno. Su funcionamiento se puede representar mediante un simple modelo de un solo grado de libertad.
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ACELEROGRAFO Es necesario que el sistema de 1 grado de libertad (masa, resorte y amortiguador) presenten ciertos valores de rigidez y amortiguamiento para que pueda registrar el movimiento.
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ACELERÓGRAFO RION – TIPO SM-10B
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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS DE LA RED ACELEROGRÁFICA DEL CISMID.
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PANEL DE CONTROL PARA LA DIGITALIZACION DE LAS SEÑALES SÍSMICAS
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REGISTRO DE UN EVENTO SÍSMICO DIGITALIZADO
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REGISTROS OBTENIDOS
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RED NACIONAL DE ACELEROGRAFOS DEL CISMID
A partir de 1988, gracias a diversos convenios, se dio inicio a la instalación de 15 acelerógrafos RION en las principales ciudades del país.
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ACELERÓGRAFO MODELO ETNA, KINEMETRICS
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MICROTREMORES Los microtremores también son conocidas como microtrepidaciones, microsismos, ruido sísmico de fondo, campo natural, vibración o ruido
ambiental, oscilaciones omnipresentes o microtemblores (Flores, 2004) Están conformadas básicamente de ondas superficiales Rayleigh y Love que están afectadas por la estructura geológica del sitio donde se
mide, las fuentes se encuentran distribuidas al azar y en un gran área, las cuales se clasifican en: -) A baja frecuencias (por debajo de 0.3 Hz a 0.5 Hz) son causados
por las ondas oceánicas que ocurren a grandes distancias.
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MICROTREMORES
-) A frecuencias Intermedias (0.3 Hz - 0.5 Hz y 1 Hz) los microtremores son generados por las olas del mar cercanas a las costas. -) Para altas frecuencias (mayores a 1Hz), las fuentes están ligadas a la actividad humana.
Lermo(1992) y Chávez-Garcia (1994) definen los microtremores como vibración o ruido ambiental.
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EQUIPO MICROTREMOR
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EQUIPO MICROTREMOR
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EQUIPO MICROTREMOR
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RESPUESTA ESPECTRAL La respuesta espectral, puede definirse como un diagrama de la
máxima respuesta ( max. Desplaz., max. Velocidad, max. Aceleración ) a una función especifica de la excitación, para todos los sistemas posibles con un grado de libertad.
Los terremotos consisten esencialmente en una serie aleatoria de vibraciones del terreno, en la que generalmente se registran las componentes norte-sur, este-oeste, así cómo también la componente vertical de la aceleración del terreno.
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PREMONICIONES Y REPLICAS PREMONICIONES
Sismos de magnitudes pequeñas a moderadas que
anteceden a un sismo destructor, se ha observado que para algunos eventos el número de sismos premonitores por unidad de tiempo aumenta conforme se aproxima la fecha de ocurrencia del evento principal. No todos los sismos destructores son precedidos por sismos premonitores. En algunas oportunidades se suelen presentar premoniciones, correspondientes a sismos de magnitud menor que el sismo principal, que suele ocurrir meses o días antes que éste. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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REPLICAS
Sismos de magnitudes menores que la del sismo principal que se inician inmediatamente después del sismo principal y duran por varios meses o años, dependiendo del tamaño y clase del sismo principal En cuanto a las premoniciones, es conocido que generalmente corresponden a sismos de pequeña magnitud; por ejem. En el sismo de Murindó ( Colombia 1992 ), el primero que sería la premonición tuvo una magnitud de 6.8 , mientras que la réplica al día siguiente, llego a una magnitud de 7.2 . Este caso anómalo muestra una premonición correspondiente a un sismo de elevada magnitud, con gran poder destructor.
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DEFINICIONES.SISMOLOGIA.- Es una de las ramas más desarrolladas de la Geofísica que estudia los sismos y los fenómenos relacionados con ellas. SISMO.- Es una vibración ú oscilación de la superficie terrestre ocasionada por una perturbación transitoria del equilibrio elástico o gravitacional de las rocas en o bajo la superficie. HIPOCENTRO O FOCO .- Es el lugar de la corteza terrestre, en el cual se originan los sismos ;también se le denomina Hipocentro EPICENTRO o EPIFOCO.-
Es la proyección del foco en la superficie
terrestre.
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DISTANCIA EPICENTRAL .- Es la distancia entre la estación sismológica dónde se registra un sismo y el epicentro del mismo. PROFUNDIDAD FOCAL .- Es la distancia vertical entre el foco de un sismo y
su epicentro SISMICIDAD .- Es el grado de incidencia de sismos en una región, siendo la Costa Peruana la zona de mayor sismicidad en nuestro país. SISMICIDAD ACTIVA.- Es la zona o región dónde los sismos y temblores se presentan con mayor frecuencia. ESTACION ú OBSERVATORIO SISMOLOGICA .- Es el lugar dónde se instalan los instrumentos de precisión para registrar los movimientos de determinada zona ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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SISMOGRAMA .- Son los registros obtenidos en un sismógrafo durante un evento sísmico . ISOSISTAS .- Líneas que unen sitios en la superficie de la Tierra con
intensidades macro sísmicas de igual valor . GAL.- Aceleración de un centímetro por segundo por segundo . MAREMOTOS ó TSUNAMIS .- Son ondas marinas de gran longitud generadas en su gran mayoría por desplazamientos súbitos de los fondos Oceánicos causados por sismos de tipo tectónico. Los Tsunamis, palabra Japonesa que significa “ grandes olas en el puerto” ; consisten en una secuencia de 5 á 10
olas de gran altura que llegan a las costas cada 10 á 15 minutos, si el origen del Tsunami es cercano ; el intervalo puede incrementarse hasta unos 60 minutos si el origen es lejano ( miles de kilómetros ) .
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MAGNITUD SISMICA .La magnitud de un sismo es una medida del tamaño del mismo que es independiente del lugar dónde se hace la observación y que se relaciona en forma aproximada con la cantidad de energía que se libera durante el evento . En 1935 Richter definió la magnitud de un terremoto cómo :
M = log 10 (
A/Ao ) M .- magnitud del sismo A .- amplitud máxima registrada por un Sismógrafo Wood - Anderson a una distancia de 100 Km. del centro
de perturbación.
Ao .- amplitud registrada para un terremoto seleccionado cómo patrón.
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Un sismo de magnitud 5.2 , equivale a una explosión de 20,000 tn. de TNT , que es la energía desarrollada por la bomba atómica lanzada sobre las ciudades de Hiroshima y Nagasaki en la Segunda Guerra
Mundial y un sismo de magnitud 8 , equivale a una explosión simultánea de 12,000 bombas atómicas de 20 kilotones de TNT.
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INTENSIDAD SISMICA Es una medida de los efectos que éste produce en un sitio dado, y que describe los daños ocasionados en edificios y estructuras, sus consecuencias sobre el terreno y los efectos sobre
las personas, por lo que su utilización en la evaluación de daños esta muy extendida. Se observa claramente la diferencia entre magnitud e intensidad sísmica, ya que mientras la primera es una
característica propia del sismo, la segunda depende del lugar y forma en que se realiza su evaluación . Existen dos procedimientos para
determinar la intensidad; una subjetivo ( perceptibilidad ) ,
y otro analítico ( determinación del grado de destructibilidad ).
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ESCALAS SISMICAS La escala sísmica racional esta al alcance de cualquier ser humano y esta basada en la apreciación de los daños que el movimiento causa en las edificaciones. En la literatura y documentos históricos se habla de sismos suaves, fuertes, muy fuertes y catastróficos. No hasta principios del siglo pasado, fueron ampliadas las escalas de intensidad y definiciones relativas, con objeto de poder precisar mas acertadamente la intensidad de los sismos, tratando en lo posible de efectuar la apreciación de intensidad en forma de que no intervenga en lo posible el factor humano del miedo. Así también fue introducido recientemente el concepto de magnitud del sismo o intensidad sísmica en las cercanías del foco, precisando el foco por su
localización superficial; en epicentro y por su profundidad en hipocentro. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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ESCALAS DE INTENSIDADES Parámetros que clasifican los sismos en grados discretos de acuerdo a los efectos observables en un sitio. Las escalas vigentes son la internacional MSK y la MM (Mercalli Modificada) de 12 grados, Rossi-Forel de 10 grados, JMA (Japón) de 7 grados, entre otras. Las escalas sísmicas de Intensidades se basan en dos conceptos : ( 1 ) La Perceptibilidad .- que depende básicamente de la ubicación del observador y (2) La Destructibilidad .- que puede estimarse correcta y objetivamente de acuerdo a los efectos destructores producidos.
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ESCALAS DE MAGNITUDES SISMICAS Parámetros que clasifican los sismos de acuerdo a las amplitudes y períodos, y duración de las ondas registradas en los sismógrafos . Este parámetro da una idea del tamaño del sismo: dimensión de la zona de ruptura y la cantidad de energía liberada en
la zona hipocentral. Las escalas más comunes son la de Richter (ML), ondas corpóreas (mb), ondas superficiales (Ms), momento sísmico (Mw),
duración (Md), etc.
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ESCALA DE RICHTER .Llamada Escala de Magnitud Local ( ML ), fue definida por Richter, como el logaritmo decimal de la máxima amplitud expresada en micrones del registro obtenido en un sismógrafo Wood Anderson a una distancia de 100 Kms. : ML = log A – log A0
A : Amplitud máxima registrada en un sismógrafo Wood Anderson A0 : Amplitud correspondiente a calibración ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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ESCALA DE ONDAS CORPÓREAS ( mb ) .Basada en las amplitudes de las ondas internas
mb = log (A/T) + (A) T : periodo (seg). A : amplitud reducida al movimiento del suelo en micras de la onda “ P “ ó “ S“ (A) : función de calibración La Escala ( mb ) , es utilizable para terremotos regionales y lejanos de magnitud inferior a 6.5.
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ESCALA DE ONDAS SUPERFICIALES ( Ms ).- Basada en las amplitudes de las ondas superficiales, se satura para valores de 7.5 Ms = log (A/T) + 1.66 A + 3.3 Relación entre Magnitudes : mb = 2.5 + 0.63 Ms
Las Escalas de Magnitudes se saturan a partir de determinados valores debido entre otros motivos a que la respuesta del sismógrafo es limitado tanto en amplitudes cómo
para frecuencias. La saturación tiene lugar aproximadamente hacia 6.5 para mb y 7.5 para Ms.
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ESCALA DE MOMENTO SISMICO ( Mw ) .- Es el mejor parámetro para estimar el tamaño de un sismo por relacionarse directamente con las dimensiones de la fuente; y esta referido a establecer de manera cualitativa el tamaño de un terremoto midiendo la dislocación de los materiales terrestres que intervienen en la generación del mismo. Mw = (2/3) log Mo – 10.70 Mo : Se determina a partir de espectros de amplitudes para bajas frecuencias y es igual : u u S u : Valor de la dislocación S : area de la fractura u : coeficiente de rigidez
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RELACIÓN ENTRE LA INTENSIDAD Y LA MAGNITUD SEGÚN CHARLES RICHTER (1958) I .-Hasta 2,5 Instrumental
: Sismo débil sólo registrado por sismógrafos.
II .-2,5 a 3,1 Muy débil : Percibido sólo por personas en reposo.
III .-3,1 a 3,7 Ligero
: Percibido en áreas densamente pobladas por una
parte de la población. IV .-3,7 a 4,3 Moderado
: Sentido por personas en movimiento, algunas
personas dormidas se despiertan. V .-4,3 a 4,9 Algo fuerte
: Sentido en el exterior, se despiertan las personas.
VI .- 4,9 a 5,5 Fuerte : Percibido por todos, caminar inestable, árboles y materiales
se agitan por el efecto del sismo. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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VII .5,5 a 6,1 Muy fuerte : Dificultad para mantenerse en pié, objetos colgantes se caen, se puede producir pequeños derrumbes y deslizamientos. VIII .6,1 a 6,7 Destructivo : Colapso parcial de estructuras, daños considerables en edificios ordinarios. IX .-6,7 a 7,3 Ruinoso: Daño considerable en estructuras especialmente construidas, completo colapso de edificaciones y casas,daños generales en los cimientos presas y diques. X .7,3 a 7,9 Desastroso : Destrucción de la mayoría de las edificaciones, derrumbe de puentes, daños serios en presas y embarcaderos. XI .7,9 a 8,4 Muy desastroso: Pocas estructuras quedan en pié fisuras grandes en el terreno. XII .8,4 a 9 Catastrófico : Destrucción total, grandes masas de roca desplazadas, objetos lanzados al aire.
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ESCALA DE INTENSIDAD M.S.K. Efectos que definen los grados de intensidad M.S.K. a.
Los efectos sentidos por las personas y percibidos en su medio ambiente.
b.
Los daños producidos en las construcciones según sus diversos tipos.
c.
Los cambios advertidos en la naturaleza. Efectos sobre el terreno.
Tipos de construcciones Tipo A: Con muros de mampostería en seco o con barro, de adobes, o de tapial.
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Tipo B: Con muros de fábrica de ladrillo, de bloques de mortero, de mampostería con mortero, de sillarejo, entramados de madera. Tipo C: Con estructura metálica o de hormigón armado. Términos de cantidad. Los términos de cantidad utilizados en la definición de los grados de intensidad corresponden aproximadamente a los siguientes porcentajes: Algunos ................5%
Muchos.................50% La mayoría............75%
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CLASIFICACIÓN DE LOS DAÑOS EN LAS CONSTRUCCIONES Clase 1- Daños ligeros: Fisuras en los revestimientos, caída de pequeños trozos de revestimiento. Clase 2- Daños moderados: Fisuras en los muros, caída de grandes trozos de revestimiento, caída de tejas, caída de pretiles, grietas en las chimeneas e incluso derrumbamientos parciales en las mismas.
Clase 3- Daños graves: Grietas en los muros, caída de chimeneas
de
fábrica
o
de
otros
elementos
exteriores. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
302
Clase 4- Destrucción: Brechas en los muros resistentes, derrumbamiento
parcial,
pérdida
de
enlace
entre
distintas partes de la construcción, destrucción de tabiques y muros de cerramiento. Clase 5- Colapso: Ruina completa de la construcción. Descripción de los grados de intensidad MSK
Grado I: La sacudida no es percibida por los sentidos humanos, siendo detectada y registrada solamente por
los sismógrafos Grado II: La sacudida es perceptible solamente por algunas personas en reposo,
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en particular en los pisos superiores de los edificios. Grado III: La sacudida es percibida por algunas personas en el interior
de los edificios y solo en circunstancias muy favorables en el exterior de los mismos. La vibración percibida es semejante a la causada por el paso de un camión ligero. Observadores muy atentos pueden notar
ligeros balanceos de objetos colgados, mas acentuados e los pisos altos de los edificios. Grado IV: El sismo es percibido por personas en el interior de los edificios y por algunas en el exterior.
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Algunas personas se despiertan, pero nadie se atemoriza. La vibración es comparables a la producida por el paso de un camión pesado con carga. Las ventanas, puertas y vajillas vibran. Los pisos y muros producen chasquidos. El mobiliario comienza a moverse. Los líquidos contenidos en recipientes abiertos se agitan ligeramente.
Grado V: El sismo es percibido en el interior de los edificios por la mayoría de las perso nas y por muchas en el exterior. Muchas per sonas que duermen se despiertan y algunas huyen. Los animales se ponen nerviosos. Las construcciones se agitan con una vibración
general.
Los
objetos
colgados
se
balancean
ampliamente.
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Los cuadros golpean sobre los muros o son lanzados fuera de su emplazamiento. En algunos casos los relojes de péndulo se paran. Los objetos ligeros se desplazan o vuelcan. Las puertas o ventanas abiertas baten con violencia. Se vierten en pequeña cantidad los líquidos contenidos en recipientes abiertos y llenos. La vibración se siente en la construcción como la producida por un objeto pesado arrastrándose. En las construcciones de tipo A son posibles ligeros daños (clase 1). En ciertos casos modifica el caudal de los manantiales. Grado VI: Lo siente la mayoría de las personas, tanto dentro como fuera de los edificios. Muchas personas salen a la calle atemorizadas. Algunas personas llegan a perder el equilibrio. Los animales domésticos huyen de los establos. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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En algunas ocasiones, la vajilla y la cristalería se rompen, los libros caen de sus estantes, los cuadros se mueven y los objetos inestables vuelcan. Los muebles pesados pueden llegar a moverse. Las campanas pequeñas de torres y campanarios pueden sonar. Se producen daños moderados (clase 2) en algunas construcciones del tipo A. Se producen daños ligeros (clase 1) en algunas construcciones de tipo B y en muchas del tipo A. Grado VII: La mayoría de las personas se aterroriza y corre a la calle. Muchas tienen dificultad para mantenerse en pie. Las vibraciones son sentidas por
personas que conducen automóviles. Suenan las campanas grandes. Muchas construcciones del tipo A sufren daños graves (clase 3) y algunas incluso destrucción (clase 4). Muchas construcciones del tipo B. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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sufren daños moderados (clase 2). Algunas construcciones del tipo C experimentan daños ligeros (clase 1).
En algunos casos, se producen deslizamientos en las carreteras que transcurren sobre laderas con pendientes acusadas; se producen daños en las juntas de las canalizaciones y aparecen
fisuras en muros de piedra. Se aprecia oleaje en las lagunas y el agua se enturbia por remoción del fango. Cambia el nivel de agua de los pozos y el caudal de los manantiales. En algunos casos,
vuelven a manar manantiales que estaban secos y se secan otros que manaban. En ciertos caos se producen derrames en taludes de arena o de grava. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Grado VIII: Miedo y pánico general, incluso en las personas que conducen automóviles. En algunos casos se desgajan las ramas de los árboles. Los muebles, incluso los pesados, se desplazan o vuelcan. Las lámparas colgadas sufren daños parciales. Muchas construcciones de tipo A sufren destrucción (clase 4) y algunos colapso (clase 5). Muchas construcciones de tipo B sufren daños graves (clase 3) y algunas destrucción (clase 4). Muchas construcciones de tipo C sufren daños moderados (clase 2) y algunas graves (clase 3). En ocasiones, se produce la rotura de algunas juntas de canalizaciones. Las
estatuas y monumentos se mueven y giran. Se derrumban muros de piedra.
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Pequeños deslizamientos en las laderas de los barrancos y en las trincheras y terraplenes con pendientes pronunciadas. Grietas en el suelo de varios centímetros de ancho. Se enturbia el agua de los lagos. Aparecen nuevos manantiales. Vuelven a tener agua pozos secos y se secan pozos existentes. En
muchos casos cambia el caudal y el nivel de agua de los manantiales y pozos. Grado IX: Pánico general. Daños considerables en el mobiliario. Los animales corren confusamente y emiten sus sonidos peculiares. Muchas construcciones del tipo A sufren colapso (clase 5). Muchas construcciones de tipo B sufren destrucción (clase 4) y algunas colapso (clase 5). Muchas construcciones del tipo C sufren daños graves (clase 3) y algunas destrucción (clase 4). ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Caen monumentos y columnas. Daños considerables en depósitos de líquidos. Se rompen parcialmente las canalizaciones subterráneas. En
algunas casos, los carriles del ferrocarril se curvan y las carreteras quedan fuera de servicio. Se observa con frecuencia que se producen extrusiones de agua, arena y
fango en los terrenos saturados. Se abren grietas en el terreno de hasta 10 centímetros de ancho y de más de 10 centímetros en las laderas y en las márgenes de los ríos. Aparecen además, numerosas grietas pequeñas
en el suelo. Desprendimientos de rocas y aludes. Muchos deslizamientos de tierras. Grandes olas en lagos y embalses. Se renuevan pozos secos y se secan otros existentes. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Grado X La mayoría de las construcciones del tipo A sufren colapso (clase 5). muchas construcciones de tipo B sufren colapso (clase 5). Muchas
construcciones de tipo C sufren destrucción (clase 4) y algunos colapso (clase 5). Daños peligrosos en presas; daños serios en puentes. Los carriles de las vías férreas se desvían y a veces se ondulan. Las canalizaciones subterráneas son retorcidas o rotas. El pavimento de las calles y el asfalto forman grandes ondulaciones. Grietas en el suelo de algunos decímetros de ancho que pueden llegar a un metro. Se producen anchas grietas paralelamente a los cursos de los ríos . Deslizamientos de tierras sueltas en las laderas con fuertes pendientes. En los ribazos de los ríos y en las laderas escarpadas se producen considerables deslizamientos ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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Desplazamientos de arenas y fangos en las zonas litorales. Cambio del
nivel de agua en los pozos. El agua de canales y ríos es lanzado fuera de su cauce normal. Se forman nuevos lagos. Grado XI Daños importantes en construcciones, incluso en las bien realizadas, en puentes, presas y líneas de ferrocarril. Las carreteras importantes quedan fuera de servicio. Las canalizaciones subterráneas quedan destruidas. El
terreno
queda
considerablemente
deformado
tanto
por
desplazamientos de terrenos y caídas de rocas. Para determinar la intensidad de las sacudidas sísmicas se precisan investigaciones
especiales.
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Grado XII Prácticamente se destruyen o quedan gravemente
dañadas todas las estructuras, incluso las subterráneas. La topografía cambia. Grandes grietas en el terreno con importantes desplazamientos horizontales y verticales. Caída de rocas y hundimientos en los escarpes de los valles, producidas en vastas extensiones. Se cierran valles y se transforman en lagos. Aparecen cascadas y se desvían los ríos.
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CLASIFICACION DE LOS SISMOS . Los más importantes sismos son ocasionados principalmente por el desplazamiento repentino de una distorsión de la corteza terrestre en
aquellos lugares donde se encuentran fallas de importancia, sin embargo, pueden provocarse sismos por erupciones volcánicas, producidos por la liberación explosiva de gases, deslizamientos, derrumbes de cavidades subterráneas u otros acomodamientos de la superficie de la corteza terrestre, diferentes a los de la energía potencial acumulada por los desplazamientos relativos de la corteza en la zona de las grandes fallas
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Desde el punto de vista genético pueden ser : ARTIFICIALES .- son aquellos producidos por el hombre , por ejm. las explosiones atómicas en el Atolón de Muroroa. TECTONICOS .- Producidos por desplazamientos internos en la corteza terrestre, se presentan en zonas dónde existen importantes fallas y plegamientos geológicos, son los más destructores. VOLCANICOS.- Provocados por la expulsión volcánica de lava y los derrumbamientos que la acompañan, son de intensidad reducida. POR DERRUMBAMIENTOS.- provocados por el hundimiento de
huecos
existentes en rocas solubles o grandes mov. superficiales del terreno.
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Por sus efectos en las edificaciones : SISMOS LEVES
: Intensidad menor o igual a V I
( Escala de MM )
SISMOS MODERADOS MM )
: Intensidad entre VI I y VIII
( Escala de
SISMOS SEVEROS MM )
: Intensidad de grado IX
( Escala de
SISMOS CATASTROFICO : con Intensidades de grado X o más MM )
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( Escala de
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FUENTES SISMOGENETICAS. Se entiende así, a las fuentes de terremotos con características sísmicas y tectónicas homogéneas, pueden estar constituidas por una o varias estructuras tectónicas; sus límites geográficos quedan definidos por la distribución de epicentros; que si corresponden a la
época no instrumental, éstas estarán casi siempre mal determinadas.
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IDENTIFICACIÓN Y EVALUACIÓN DE LAS FUENTES SISMOGENETICAS
-
Evidencias geológicas
- Evidencias tectónicas
- Sismicidad histórica - Sismicidad instrumental - Distribución de intensidades
- Tiempo de llegada de las ondas “ P “ y “ S “
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PREDICCION Resulta demasiado presuntuoso decir "predicción" al hablar de terremotos con el nivel actual de conocimientos sobre el tema. Es más realista referirse al "riesgo" de terremotos ya que no existe una certeza mayor que decir que en cierta zona
hay una probabilidad estadística de que se registre un evento sísmico de magnitud variable desconocida. Variaciones en el comportamiento del clima o conductas anormales en algunos
animales
no
tienen
solidez
científica
como
para
ser
considerados "predictivos" .
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El objetivo, entonces, de asignar un grado de riesgo no es otro que atenuar los efectos de un terremoto. Si nosotros presumimos la ocurrencia de un sismo y nos imaginamos cuál sería su peor consecuencia podremos tomar las precauciones adecuadas para evitar un daño mayor . ¿Cómo determinar una zona de riesgo? Primero, por el registro de los eventos pasados. Si una zona ha sufrido
muchos terremotos de gran intensidad en el pasado, lo más probable es que tal cosa ocurra de nuevo .
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Segundo, por el análisis geológico de la corteza terrestre. La ubicación y el monitoreo de las fallas de la corteza terrestre nos dan las zonas de mayor vulnerabilidad geológica y podemos reducir
nuestro territorio de riesgos.
Tercero: los modelos. Existen estudios de modelos de computador en base a información satelital que nos pueden "mostrar" aquellos puntos en que la corteza terrestre se está moviendo (aceleración) o está acumulando cierta " tensión".
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EN RESUMEN, PODRÍAMOS DECIR CON ABSOLUTA CERTEZA QUE: - Cada año hay varios millones de temblores en el mundo. - Sobre el 80% de ellos ocurren en áreas despobladas. - Algunos miles son registrados por los sismógrafos a lo ancho y largo del mundo. - Algunos cientos son percibidos por la población general. Algunas decenas provocan daño en ciudades (población o construcciones ). - Menos de una decena son de magnitud suficiente como para ser considerados terremotos y llamar la atención de los medios de comunicación y sólo uno o dos serán de magnitud mayor a 8 en Escala de Richter
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- La mayoría (81%)ocurrirá dentro del "Cinturón de Fuego" (Océano Pacífico y sus márgenes, comenzando por Chile, subiendo hacia el norte por la costa sudamericana hasta llegar a Centroamérica, México, Costa Oeste de EE.UU., Alaska, Japón, Filipinas, Nueva Guinea, Islas del Pacífico Sur hasta Nueva Zelandia). - Otro porcentaje importante (17%) ocurrirá en Los Alpides, zona que nace en Java y se extiende hacia Sumatra, Los Himalayas, el Mar Mediterráneo y se
pierde en el Océano Atlántico. Turkía e Irán están en esta zona. - No existe ningún lugar que se pueda considerar completamente libre de temblores (aunque la Antártida registra pocos y de baja magnitud). - Desde el punto de vista práctico, los conocimientos sobre los Terremotos nos deben servir para tomar medidas que atenúen sus efectos: ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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-Establecer normas arquitectónicas y de ingeniería que sean adoptadas responsablemente por los constructores en el momento de diseñar viviendas
e
infraestructura.
Estas
deberán
ser
fiscalizadas
rigurosamente por las autoridades ya que a los muertos y heridos de nada les sirve que se tome experiencia cuando ya la desgracia ha
ocurrido.
-Realizando simulacros para actuar responsablemente acudiendo a los
sitios de menor riesgo usando las vías adecuadas y evitar caos y pánico.
- Implementando equipos de rescate con personal entrenado que sepa actuar con presteza en los momentos posteriores a un desastre. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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CAPACIDAD DE PREDICCIÓN La idea prevalente sobre el vocablo predicción es el de un pronunciamiento determinístico sobre un evento futuro de naturaleza no
determinística tal como la magnitud, sitio, día y hora de un futuro sismo. Una revisión sobre este aspecto y sus implicaciones de prevención, permite afirmar lo siguiente: ( a ) No se poseen aún teorías generales en
base a las cuales se puedan hacer predicciones confiables sobre futuros sismos. De una manera general, la predicción debe verse como una probabilidad condicional a ser revisada a medida que se produce nueva
información. a) Para ello se requiere como mínimo: ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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(i) identificar las áreas en las cuales se considere más probable la ocurrencia de un sismo importante, en un plazo corto de tiempo. (ii) seleccionar los parámetros o indicadores que resulten más confiables. (iii) contar con los medios adecuados para medirlos u observarlos sistemáticamente durante lapsos de tiempo que suelen ser de varios años.
b) La capacidad de hacer una predicción confiable, en el sentido de poder
efectuar un anuncio público de un próximo sismo, no permite intervenir con el fin de reducir sustancialmente las pérdidas materiales directas en zonas densamente poblada
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c) La experiencia demuestra que una vez admitida una predicción, es posible
tomar
medidas
de
defensa
civil
que
reduzcan
sustancialmente el riesgo de pérdidas de vidas así como de cierto tipo de pérdidas indirectas. A los fines de la Ingeniería Estructural interesa centrar nuestra atención en la capacidad de pronosticar la respuesta y el desempeño
de edificaciones existentes bajo la acción de sismos. Es decir, dada una edificación ubicada en cierto escenario sísmico, evaluar las consecuencias de esa exposición.
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PELIGROSIDAD SISMICA La peligrosidad sísmica se entiende a la probabilidad de que un parámetro elegido para medir el movimiento del suelo ( desplazamiento, velocidad, aceleración, magnitud, intensidad, etc. ), supere un nivel dado a lo largo del tiempo que se considere de interés. Se ha observado que al ocurrir un terremoto de determinadas características focales ( profundidad focal, magnitud, mecanismo focal etc. ); una parte de la energía de deformación que es disipada se transforma en ondas sísmicas, las cuales se propagan a través de la tierra, reflejándose, refractándose, atenuándose o amplificándose hasta llegar al basamento rocoso, por encima del cual se asienta una estructura, con una señal de excitación E1.
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Las ondas se filtran a través de las capas de suelo que se encuentran entre el basamento y la superficie, transformándose en la señal E2. Debido a la interacción suelo estructura, la señal sufre nuevos cambios hasta obtenerse la señal E3 que será la excitación de la base del edificio. La estructura responderá a través de la señal E4 .
La evaluación de las señales E3 Ingeniería
Estructural,
mientras
las
y E4, es un problema de la
señales
E1
y
E2
requieren
investigaciones detalladas en los campos de la Geofísica, Geología y Geotecnia . La señal E2, se puede identificar cómo el factor “Z . La señal E3, corresponde al factor “ S . La señal E4, que representa la respuesta de la estructura, esta definida por el valor “ ZSC ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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La peligrosidad sísmica es evaluada por los métodos : Determinísticos ó probabilísticos. Ambos consideran la sismicidad como un fenómeno estacionario y supone que los sismos que ocurrirán en el futuro serán de las mismas características que los sucedidos en el pasado.
Los métodos probabilísticos parten del conocimiento de la sismicidad pasada para deducir leyes estadísticas que regirán la actividad sísmica
futura. Con ello se estima la probabilidad de que los distintos niveles del movimiento del suelo sean superados en un plazo dado.
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VULNERABILIDAD SÍSMICA .Se define como la respuesta de una estructura determinada ante una carga sísmica. Su evaluación corresponde sobre todo a ingenieros FACTORES QUE INFLUYEN LA VULNERABILIDAD.- Selección del sitio y tipo de proyecto:
- Amplificación de intensidades sísmicas - Susceptibilidad de licuefacción - Efectos de sitio
- Terrenos inestables - Vulnerabilidad estructural por configuración arquitectónica : - Sencillez y simetría arquitectónica ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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- Compatibilidad, uniformidad y proporcionalidad
Vulnerabilidad de elementos estructurales - Columnas cortas - Fallas por insuficiente adherencia o anclaje de los refuerzos - Fallas frágiles por cortante o por flexión Vulnerabilidad global de la estructura Piso débil
Torsión en planta - Juntas de dilatación sísmicas Mala práctica constructiva Mal mantenimiento Holgura insuficiente
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Interacción entre los elementos estructurales y los no estructurales. Estructura flexible Mampostería mal confinada y/o mal arriostrada.
Deformaciones, ductilidad global y mecanismo de falla deseable - Deformaciones deseables : Distorsiones de entrepiso con máximos admisibles. Para el diseño de hospitales es deseable niveles más conservadores.
- Mecanismo de falla deseable: Lo deseable es el denominado mecanismo de falla dúctil y el sistema denominado columna fuerte, viga débil.
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RIESGO SISMICO .Constituye la consideración conjunta de la peligrosidad sísmica en el emplazamiento, la vulnerabilidad de las edificaciones y el valor económico.
RIESGO SISMICO =
PELIGRO SISMICO X VULNERABILIDAD
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CONCLUSIONES • Estamos lejos de conocer a nuestro planeta, la Tierra, a pesar del gran desarrollo alcanzado por las diversas disciplinas que se encargan de su estudio . • El hombre se ha vuelto más vulnerable a las catástrofes naturales. No porque éstas vayan en aumento, sino por la misma actividad humana que provoca el crecimiento de las ciudades, la creación de obras gigantescas de ingeniería y la alteración del equilibrio de la naturaleza . • Los sismos, las erupciones volcánicas y otros fenómenos naturales catastróficos se seguirán produciendo como parte de la actividad o vida de la Tierra. Todavía no se pueden predecir los primeros y las segundas se pueden
detectar con semanas o días de anticipación, aunque el resultado final sigue siendo impredecible. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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• Es posible, en cambio, definir las regiones de la superficie terrestre vulnerables a fenómenos naturales como los mencionados, y agregar ciclones, tornados, inundaciones, hundimientos, etc.
• Ante los fenómenos catastróficos, mientras no sea posible evitarlos ni predecirlos, sólo queda la solución de estudiarlos en forma exhaustiva. Es una etapa para llegar a lo que se pretende en el futuro, algo tan importante como la predicción.
• En general, se conocen los sismos por la historia y las leyendas y con mayor detalle se empiezan a estudiar desde el siglo XX. Cada terremoto aporta nueva información, pero seguramente tendrá que haber muchos más para que los
especialistas se acerquen más al conocimiento de estos problemas. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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• Muchos estudios detallados y modernos, geofísicos, geográficos y geológicos que se han hecho en los países más avanzados no serían fácilmente realizables en el Perú, mientras no se cubran las etapas principales de estudio. El mejor parámetro para valorar el grado de
conocimiento de un territorio son los mapas existentes sobre el mismo, tanto los básicos topográficos o batimétricos, como los temáticos .
• El mundo está cambiando a un ritmo que nunca se había visto: crecimiento demográfico, modificación al ecosistema global, agotamiento de recursos. Por esto también muchas disciplinas, en especial la geografía, serán distintas a finales del siglo XXI y los especialistas tendrán mucho que hacer . ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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ANALISIS ESTATICO FALLAS COMUNES OBSERVADAS DESPUES DE UN SISMO 1.- Edificaciones colapsadas por su poca capacidad de resistencia lateral en una dirección. Es costumbre orientar la mayor dimensión de columnas y colocar vigas peraltadas en la llamada dirección principal y desatender la otra dirección; colocando vigas chatas, con dimensión de columnas menores.
2.- Daños en elementos no estructurales
( tabiquerías, cornizas, vidrios... etc. ), al estar conformadas las edificaciones con sistemas aporticadas que por su naturaleza son muy flexibles y con poca rigidez lateral.
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3.- Daños en edificaciones aporticadas, como consecuencia que las vigas son mucho más rígidas que las columnas. Al tener columnas más débiles que las
vigas la formación de rótulas plásticas se inicia en el extremo de éstas, antes que en las vigas, formándose mecanismos con gran deformación lateral, que causan graves daños.
4.- Edificaciones con asimetría en planta, debido a la mala ubicación de los elementos resistentes, o por la presencia de tabiquerías que no se tuvieron en cuenta en el análisis y cambiaron el comportamiento de la estructura.
5.- Falla de columnas por la presencia de ventanas altas sobre la tabiquería que forman las denominadas columnas cortas.
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6.- Aberturas grandes en las losas de pisos que no aportan rigidez, para ser consideradas como diafragmas rígidos que garanticen un comportamiento
unitario de la edificación. 7.- Edificaciones con poca rigidez en el primer nivel, en comparación con los niveles superiores, conformando el denominado piso blando. 8.- Edificaciones con geometrías en planta en forma de “ L “, “ H “ ó “ T “, que generan asimetrías , con la consecuente generación de giros o efectos de torsión. 9.- Edificaciones con elementos verticales ( columnas o muros de corte ), que no tienen continuidad en los pisos superiores, o cambian de rigidez o de dirección, ocasionando concentración de esfuerzos, y cambios bruscos de la
rigidez lateral de la estructura. ING° CARLOS EDUARDO RAMOS BRAST EGRESADO DE LA ESCUELA DE POST-GRADO UNI – MSC ESTRUCTURAS.
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