Efectos de los Sismos sobre los edificios

Capıtulo 3

Efectos de los sismos sobre las

construcciones

3.1 Caracterısticas de los terremotos

Los terremotos son movimientos que se producen en la corteza terrestre y, en el contexto delpresente estudio, interesan por las acciones que inducen sobre las construcciones. El movimientosısmico puede deberse a diversos fenomenos: explosiones, actividad volcanica, derrumbe decavernas, etc. Sin embargo los sismos de importancia en ingenierıa estan generalmente asociadosa la actividad tectonica.

Si se observa un mapa de la ocurrencia de terremotos durante un cierto perıodo, se puede verque los mismos se situan preferentemente en lıneas que demarcan placas tectonicas (La figura3.1 indica los sismos registrados en el perıodo 1961-1967). El trazado de esas lıneas resultaconsistente con la teorıa de deriva de los continentes. Las principales zonas de actividad sısmicason:

• El Cinturon de Fuego del Oceano Pacıfico: que se extiende a lo largo de las costas ameri-canas y asiaticas;

• El Cinturon Trans-Asiatico y Alpino: que se extiende desde el Himalaya, pasando por elAsia Menor hasta el Oceano Mediterraneo.

• Una lınea de norte a sur por el medio del Oceano Atlantico.

Si bien no se conoce el mecanismo preciso por el cual se originan los terremotos, una teorıaaceptada es que durante los movimientos de las placas tectonicas se producen deformaciones delas mismas en las fallas geologicas. Se acumula ası una gran cantidad de energıa bajo la formade una energıa de deformacion elastica. Cuando las tensiones superan la resistencia del materialse produce una ruptura y una subita liberacion de energıa. El lugar donde esto se produce sedenomina foco, centro o hipocentro. La proyeccion vertical de foco sobre la superficie de latierra se denomina epicentro. La distancia desde un lugar donde se percibe el terremoto hastael epicentro se conoce como distancia epicentral.

La perturbacion producida en el foco del terremoto se propaga en forma de diversas ondaspor la roca y el suelo. Las ondas que viajan mas rapido corresponden a un mecanismo dedeformacion de compresion (traccion) y se denominan ondas P (por Primarias). Este tipo deondas puede visualizarse si se golpea axialmente el extremo de un resorte: las ondas producidas

37

38 CAPITULO 3. EFECTOS DE LOS SISMOS SOBRE LAS CONSTRUCCIONES

Figura 3.1: Zonas de actividad sısmica en el mundo

son ondas P. La velocidad de propagacion de las ondas P en un medio elastico homogeneo es

vP =

√

(λ+ 2G)

ρ(3.1)

siendo λ y G las constantes elasticas de Lame y ρ la densidad del medio.Otro tipo importante de ondas son las ondas S (por Secundarias). Estas son ondas de

deformacion de corte (como las que se observan cuando se toma una cuerda y se la hace vibrartransversalmente). La velocidad de propagacion de estas ondas es:

vS =

√

G

ρ(3.2)

Las ondas S viajan mas despacio que las ondas primarias, pero llegan con amplitudes mayoresy son las que producen los mayores danos a las construcciones. Finalmente hay otros tipos deondas como las ondas superficiales (ondas de Rayleigh y ondas de Love).

Para cuantificar el poder destructivo de los sismos se utilizan diversas medidas. La magnitud

es una medida de la energıa del sismo. Hay varias escalas para medirla. La mas utilizada es laescala de Richter, donde la magnitud M es el logarıtmo de la energıa liberada por el terremoto.La magnitud por sı sola no sirve para representar la severidad de los danos producidos por unterremoto en un lugar determinado. Otras medidas tales como la intensidad se utilizan para ello.Tambien hay varias escalas de intensidad y estan basadas en cuantificaciones subjetivas de losefectos del sismo. La mas extendida en nuestro medio es la intensidad de Mercalli Modificada. Enesta escala se representan con grados de I a XII la severidad del sismo en un lugar determinado.La figura 3.2, tomada de una publicacion del INPRES (Instituto Nacional de Prevencion Sısmica)

3.1. CARACTERISTICAS DE LOS TERREMOTOS 39

resume la escala de Mercalli Modificada. En esa figura se han clasificado las construcciones en4 tipos:

• Tipo A: Construcciones antisısmicas buenas;

• Tipo B: Construcciones convencionales (no antisısmicas) de buena calidad;

• Tipo C: Construcciones convencionales (no antisısmicas) de calidad ordinaria;

• Tipo D: Construcciones sin estructura y muy debiles para resistir cargas horizontales (comoconstrucciones de adobe).

Hay varios fenomenos que pueden estar asociados al sismo. Entre ellos se pueden citar:

1. Movimientos en la superficie terrestre: Estos son los movimientos que interesan a lasconstrucciones a traves de aceleraciones en su base. Seran discutidos en este capıtulo;

2. Desplazamientos relativos del suelo: En las zonas de falla geologica se producen desplaza-mientos relativos del suelo a ambos lados de la falla. Este fenomeno es tıpico en la regionoeste de los Estados Unidos, en la falla de San Andreas, con quiebres de vıas ferreas, dealambrados, etc.

3. Deslizamientos y derrumbes

4. Rodados de rocas

5. Aludes de nieve, barro y agua: Este caso, como los dos anteriores, de importancia enregiones montanosas;

6. Seiches y Tsunamis: Son los nombres con que se conoce internacionalmente a los mare-motos. Tsunami es una palabra japonesa formada por tsu=bahıa y nami=ola. Seiches sedenomina este fenomeno cuando se produce en lagos.

7. Incendios: Este es un desastre que suele estar ligado a los terremotos en areas urbanas.Puede adquirir gran importancia superando en vıctimas y danos economicos a los delterremoto propiamente dicho. Se produce generalmente debido a la rotura de canerıasde gas, depositos de combustible, cables, etc. Al terremoto de San Francisco, en 1906,siguieron 3 dıas de incendios. En Tokio, en 1923, hubo 38.000 muertos por asfixia yquemaduras.

8. Asentamiento de suelos: Se pueden producir en terrenos de alta compresibilidad, en ter-renos sueltos, o en terrenos de relleno;

9. Liquefaccion de arenas saturadas: En suelos arenosos saturados, al llegar la onda sısmica, lapresion de poros aumenta hasta separar los granos de solido. Este ultimo pierde capacidadportante al desaparecer las fuerzas de friccion y se transforma en “arenas movedizas”. Estefenomeno se manifesto en San Juan durante el sismo de Caucete, en 1977.

En los que sigue se estudiara el primero de los fenomenos enumerados, ya que la ingenierıaantisısmica trata de dotar a la construccion de capacidad para resistir los movimientos dinamicosinducidos en ella por el sismo.


Figura 3.2: Escala de Intensidades de Mercalli Modificada

3.2. ACCION SOBRE UNA ESTRUCTURA 41

0 10 20 30 40 50 60−0.15

−0.1

−0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2Acelerograma

Tiempo

Ace

lera

cion

es d

el r

egis

tro

Figura 3.3: Acelerograma del terremoto de Taft (EEUU,1952)

3.2 Accion sobre una estructura

El movimiento que llega a la fundacion de una construccion debido al sismo es un movimientotransitorio, que forma parte de un proceso estocastico (es decir que no puede ser descripto enforma determinıstica) y tiene las seis componentes del movimiento en el espacio. En generalse consideran las tres componentes de traslacion: una vertical y dos horizontales. Las trestienen importancia ingenieril, si bien para edificios en altura la componente vertical no inducesolicitaciones de peligro, y sı lo hacen las componentes horizontales. Por este motivo las normasantisısmicas consideran un movimiento horizontal del sismo para el diseno. No obstante, paradeterminadas construcciones o partes de una construccion debe considerarse en el calculo elmovimiento vertical.

Las aceleraciones del suelo durante un terremoto pueden registrarse por medio de un aparatollamado acelerografo. Este consiste en una masa conectada con un resorte muy flexible a la basedel aparato. La masa posee una pluma que registra sobre una cinta los movimientos relativosmasa-base. El grafico obtenido se denomina acelerograma y su eje horizontal representa eltiempo mientras que el eje vertical representa las aceleraciones del suelo. La figura 3.3 muestraun acelerograma tıpico. En este caso particular se trata del registro del sismo de Taft, ocurridoen Kern County, California (EEUU), el 21 de julio de 1952.


Las ondas predominantes del registro como el de la figura 3.3 son ondas S. En todo acele-rograma se reconocen tres zonas:

• Una zona de crecimiento;

• Una zona de movimiento fuerte; y

• Una zona de decrecimiento.

La aceleracion media es nula. La duracion del movimiento es muy variable: desde pocossegundos hasta casi un minuto. La amplitud de las aceleraciones es tambien muy variable. Engeneral los sismos fuertes tomados para elaborar las normas de construccion tienen duracionesentre 10 y 60 segundos y amplitudes del orden de 0, 3G a 1, 0G (G es la aceleracion de lagravedad).

La forma de los acelerogramas es muy variable. En lo que hace a su peligrosidad para lasestructuras los sismos pueden clasificarse en dos grupos:

• Sismos de tipo vibratorio: Estos son los sismos mas habituales. El acelerograma de ellos escomo el de la figura 3.3 y su peligrosidad para las construcciones depende de las amplitudesde aceleracion y de las frecuencias predominantes en el mismo. La duracion tambien tieneimportancia en este aspecto. El peligro de estos sismos para las construcciones es que seproduzca una suerte de resonancia entre las frecuencias del sismo y las frecuencias propiasde la construccion.

• Sismos de tipo impulsivo: Estos sismos presentan un pulso largo de aceleracion (o mas deuno), como el de la figura 3.4. Esto quiere decir que durante un lapso la construccion estaraempujada por una “fuerza dinamica” en un mismo sentido. Evidentemente esto puedeproducir el colapso de la estructura, o al menos la ocurrencia de grandes deformacionesplasticas irrecuperables.

La respuesta de una estructura frente a un sismo determinado dependera de las caracterısticasdinamicas de la misma. Estas son basicamente sus frecuencias propias de vibracion y su amorti-guamiento. Para comprender mejor esto puede analizarse un sistema con un grado de libertad.Este oscilador simple puede representarse como una masa unida a la base a traves de un resortey un amortiguador (figura 3.5).

Las propiedades del oscilador son su masa m, su rigidez elastica k y su constante de amorti-guamiento c (que en este caso se considera de tipo viscoso). La frecuencia propia del osciladores:

f =1

2π

√

k

m(3.3)

expresada en ciclos por unidad de tiempo. La inversa de la frecuencia es el perıodo propio:

T =1

f= 2π

√

m

k(3.4)

expresado en unidades de tiempo.Si este oscilador se somete a un acelerograma el valor maximo de aceleracion (o de velocidad,

o de desplazamiento) que sufrira la masa depende de su frecuencia y de su amortiguamiento.Variando estas caracterısticas del oscilador, varıa la respuesta. Si se grafica el valor maximo dela respuesta obtenida, en funcion de la frecuencia del oscilador, se obtiene lo que se denominaespectro de respuestas. Las ordenadas del espectro de respuesta pueden ser aceleraciones, velo-cidaes o desplazamientos de la masa. Las abcisas seran frecuencias, o bien su inversa: perıodos,

3.2. ACCION SOBRE UNA ESTRUCTURA 43

0 5 10 15 20 25−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8Acelerograma

Tiempo

Ace

lera

cion

es d

el r

egis

tro

Figura 3.4: Terremoto de tipo impulsivo: acelerograma del Loma Prieta (EEUU,1989)

Figura 3.5: Oscilador simple


Figura 3.6: Espectro de respuesta en desplazamientos de un oscilador simple, para el acelero-grama de la figura 3.3

del oscilador. En la figura 3.6 se muestra el espectro de respuestas de un oscilador lineal simplecon un 5% del amortiguamiento crıtico1, para el movimiento de la figura 3.3.

La respuesta de una construccion, puede estimarse a partir de espectros simples como elde la figura 3.6. Para ello se considera que cada modo natural de vibracion de la estructurase comporta como un oscilador simple, con su frecuencia propia. Combinando las respuestasde cada modo, puede estimarse la respuesta global. Este es uno de los procedimientos que seutilizan para evaluar la respuesta sısmica estructural y se lo denomina analisis modal espectral.

Otros tipos de analisis se basan en utilizar directamente el acelerograma en vez del espectrode respuestas. Con la historia de aceleraciones de la base (que representa el acelerograma), secalcula paso a paso la respuesta de la estructura. Este procedimiento denominado analisis paso

a paso es mas general que el anterior permitiendo el estudio de respuestas nolineales.

Finalmente hay procedimientos practicos simplificados que se utilizan para el calculo, segunlas normas antisısmicas, y que se basan en aplicar a la construccion un estado de fuerzas sısmicasestaticas que producen en la estructura deformaciones equivalentes a las del movimiento sısmico.Este procedimiento, de fuerza estatica equivalente, puede ser aplicado solamente a casos muyparticulares que – no obstante – contemplan el caso de edificaciones comunes.

1El amortiguamiento crıtico se define como ccr = 2√

mk y la relacion cccr

se usa para cuantificar el amortigua-

miento estructural. Para construcciones esta relacion suele estar en el orden del 1 al 5 %

3.3. DISENO ANTISISMICO 45

3.3 Diseno antisısmico

En esta seccion se hara referencia al diseno de una construccion antisısmica en forma global,incluyendo las etapas de diseno arquitectonico, calculo estructural y construccion. Esto es asıpues el comportamiento sısmico del edificio depende de todas ellas. En efecto, un edificio conun buen diseno arquitectonico para ser antisısmico, resultara mas facil de calcular, mas baratopara construir, y mas seguro. Inversamente, un edificio mal concebido arquitectonicamente paraser antisısmico sera dificil para calcular su estructura, caro para construir e inseguro. Deci-siones iniciales tales como la forma o materiales del edificio seran determinanes de su condicionantisısmica.

Un resumen de los principios basicos a observar en el diseno antisısmico (tomados del Prof.V.V. Bertero) se brinda a continuacion.

1. El edificio y su estructura deben ser livianos. Esta es la regla numero uno, pues las fuerzassolicitantes seran proporcionales a la masa del edificio (y a la aceleracion que experimenta).

Son numerosos los ejemplos (o contraejemplos) observados. Uno de ellos: enel Hospital Olive View, en California, durante el terremoto de San Fernandoen 1971, las cocheras de ambulancias estaban formadas por una losa pesada dehormigon sostenida por columnas. Su derrumbe anulo la flota de ambulancias.

2. El edificio debe ser simple, simetrico y regular tanto en planta como en altura. Estascaracterısticas ayudan a reducir los efectos indeseables de torsion global en el edificio.

3. La estructura debe tener suficiente rigidez inicial y suficiente tenacidad. Aquı se plan-tea ya la necesidad de verificar el comportamiento del edificio para diferentes niveles desolicitacion. Para sismos debiles (pero frecuentes), la estabilidad del mismo no se veracomprometida, pero debe reducirse los danos a los elementos no estructurales (revesti-mientos, vidrios, etc.). Esto se logra si la estructura posee suficiente rigidez para reducirlas deformaciones que pueden danar (fisurar) los elementos no estructurales. Para simosmoderados o fuertes, debe garantizarse la estabilidad de la construccion aun cuando seproduzcan danos que precisen reparaciones posteriores. En este estado ultimo, la estruc-tura incurrira en deformaciones plasticas y allı se pide tenacidad a la misma. Esto es, quepueda soportar algunos ciclos de deformacion sin que se degrade demasiado su resistenciay rigidez.

4. La estructura debe tener una distribucion continua y uniforme de: resistencia, rigidez

y ductilidad. La discontinuidad en estas propiedades de la estructura, conllevan a laconcentracion de deformaciones y de danos. La uniformidad debe ser tanto en planta comoen altura. Un excelente trabajo del Ing. L. Decanini (Jornadas de Ingenierıa Estructural,1982) ilustra sobre estos aspectos el diseno antisısmico.

Algunas patologıas del diseno tienen nombre en la jerga de la ingenierıa sısmica.Tal son los casos de “piso flexible” o de “columna corta” (figura 3.7). El pri-mero se da cuando en un piso cambia bruscamente la rigidez y resistencia deledificio. Este caso se presento, por ejemplo, en la ENET de San Juan duranteel terremoto de Caucete en 1977. La planta baja contenıa unicamente colum-nas, mientras que las restantes eran rellenas com mamposterıa. Esto atrae lasdeformaciones inelasticas al piso flexible, produciendo danos y grandes deforma-ciones permanentes. El caso de columna corta se produce cuando una columna


Figura 3.7: Defectos del diseno antisısmico: a) Piso flexible; b) Columna corta

de hormigon armado es rigidizada parcialmente por un relleno de mamposterıa.La longitud deformable queda ası reducida y aparecen esfuerzos de corte muyimportantes que provocan rotura por corte en las columnas. Este caso tambienfue observado en una escuela de Caucete durante el mismo terremoto.

5. La estructura debe tener la mayor cantidad posible de lıneas de defensa. Por ejemplo variossubsistemas ductiles conectados entre sı por elementos muy ductiles. Estos ultimos actuancomo “fusibles” estructurales, concentrando allı las deformaciones y los danos, evitandoque esten repartidos en la estructura. Un ejemplo de esto podrıa ser el caso de tabiquesacoplados, donde los dinteles se ven sometidos a altas deformaciones plasticas.

6. Debe detallarse el armado de modo tal que las deformaciones se produzan en los lugaresdeseados. Un caso como este es el del concepto de “columna fuerte-viga debil” que utilizanlas normas antisısmicas. La formacion de rotulas plasticas durante un terremoto moderadoo fuerte es admisible siempre que no conduzca a la formacion de un mecanismo que colapse.En ese sentido las rotulas se permiten en las vigas, pero no en columnas. Para forzar estoel dimensionamiento refuerza la resistencia de las columnas en un nudo, debilitando la delas vigas que concurren a ese nudo.

7. La resistencia y la rigidez deben estar equilibradas entre elementos estructurales, unionesy vınculos.

3.4 Reglamentos antisısmicos argentinos

Los reglamentos de construcciones antisısmicas en la Argentina, al igual que en el mundo, hanevolucionado en la medida en que se produjeron avances en el conocimiento teorico de la in-genierıa estructural antisısmica y en que se ponıa a prueba el estado del arte en cada desastre

3.5. CALCULO ESTATICO EQUIVALENTE SEGUN EL INPRES-CIRSOC 103 47

producido por terremotos. Esto es ası pues la cantidad de sismos fuertes que han podido ser re-gistrados y estudiados en el corto tiempo de vida de la ingenierıa antisısmica es pequeno (cuantomas fuerte es el sismo, mayor es su perıodo de recurrencia). Un hito importante en Argentinafue el terremoto de San Juan, de 1944. Sobre la Comision de Reconstruccion de San Juan secreo el Instituto Nacional de Prevencion Sısmica (INPRES), con sede en esa misma ciudad. Lasnormas de construcciones antisısmicas estaban limitadas a codigos municipales (como el codigode la Ciudad de Mendoza). En 1970 el INPRES elabora el CONCAR 70, reglamento nacionalde construcciones antisısmicas. Ese reglamento fue actualizado convirtiendose en las NAA-80(Normas Argentinas Antisısmicas) en los anos 80. En esa decada el comite CIRSOC del INTIelaboro una serie de reglamentos de construcciones, entre los cuales esta el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 (de redaccion conjunta entre ambos organismos). Este reglamento es de aplicacionnacional. Existen otros reglamentos, tales como nuevas versiones del codigo de construccionesde la ciudad de Mendoza, y normativas en elaboracion en el marco del Mercosur.

3.5 Calculo estatico equivalente segun el INPRES-CIRSOC 103

El metodo estatico equivalente, ya mencionado, puede ser aplicado solamente para construccionescorrientes y que presenten las siguientes caracterısticas:

• Edificios de vivienda, oficinas, comercios, etc. cuya altura no supere un valor maximodefinido segun la zona sısmica y la importancia de la obra. Para la zona de mayor riesgoy edificios corrientes es del orden de 40 m.

• Que el perıodo propio del edificio sea menor que 3T2 donde T2 es un perıodo caracterısticodel suelo y de la zona (ver mas adelante).

• Que la estructura sea simetrica en planta (para evitar torsion), o bien que los centros demasa y rigidez se encuentren alineados verticalmente, con excentricidades limitadas (verReglamento).

• Que tenga regularidad en la distribucion de masas y rigideces, tanto en planta como enaltura.

Observacion: En la Zona 0 definida por el reglamento, que es aquella de menorriesgo sısmico, el procedimiento reglamentario de calculo debe aplicarse para obrasvitales o cuya falla resulte catastrofica (centrales nucleares, depositos de materialestoxicos, etc.). Para las construcciones comunes basta con dotarlas de una estructuraresistente a cargas horizontales, en dos direcciones ortogonales, que sea capaz deresistir fuerzas horizontales iguales al 1, 5% del peso de la construccion, aplicadas ensu centro de gravedad.

El calculo de las fuerzas sısmicas equivalentes segun el Reglamento INPRES-CIRSOC 103se realiza en los siguientes pasos:

1) Coeficiente sısmico de diseno (C):

Se calcula con la formula

C =Sa γdR

(3.5)

donde:


Figura 3.8: Zonas sısmicas segun el INPRES-CIRSOC 103


Figura 3.9: Espectro de seudoaceleraciones para diseno, segun INPRES-CIRSOC 103. a) Formadel espectro; b) Espectro para la Zona 4


• Sa: es el espectro de seudoaceleraciones.

El valor espectro de seudoaceleraciones depende de la ubicacion geografica de la construccion;del tipo de suelo de fundacion; y de las caracterısticas dinamicas de la construccion. Estasultimas son: su perıodo propio y su amortiguamiento. El perıodo a considerar para unaedificacion es el perıodo fundamental del edificio, es decir el mayor de los perıodos propiosde vibracion (o bien el de menor frecuencia). Si se realiza un analisis modal, para cadaperıodo propio se obtiene una ordenada espectral. Las curvas dadas por el Reglamento sonpara 5% de amortiguamiento crıtico, pero proporciona formulas para modificar el espectropara otros valores de amortiguamiento.

– Ubicacion geografica: El paıs esta dividido en 5 zonas numeradas de 0 a 4 (figura3.8).

– Tipo de suelo: El reglamento considera tres tipos de suelo:

∗ Suelos tipo I: son suelos muy firmes y compactos: rocas, gravas y arenas muyduras con poca profundidad de manto (< 50 m), suelos cohesivos muy densos.

∗ Suelos tipo II: son suelos intermedios: gravas y arenas compactas con profundidadde manto > 50 m sobre roca, o suelos intermedios con profundidades de manto> 8 m. Tensiones admisibles σs adm > 0, 1MN/m2.

∗ Suelos tipo III: son suelos blandos: suelos granulares poco densos, suelos cohesivosblandos o semiduros. Tensiones admisibles σs adm < 0, 1MN/m2.

Para cada zona y para cada tipo de suelo el reglamento da una curva de seudoace-leraciones. En la figura 3.9 se muestra la forma generica de las curvas, ası como elespectro de seudoaceleraciones para la zona 4 y los tres tipos de suelo. Allı estanindicado los parametros as, b, T1 y T2 que identifican las curvas. as es la aceleraciondel suelo: para perıodos muy pequenos (frecuencias muy altas) las aceleraciones de lamasa del oscilador son practicamente iguales a las del suelo. Para perıodos interme-dios hay una amplificacion de las aceleraciones, siendo maximas para perıodos entreT1 y T2. Para perıodos muy altos la aceleracion decrece.

– Perıodo fundamental de la construccion: El perıodo propio de vibracion de unaconstruccion puede calcularse mediante: formulas aproximadas; metodos dinamicos;o formulas empıricas. Estas ultimas pueden ser adecuadas en el caso de edificiosdonde hay una serie de elementos no estructurales (muros,etc.) que influyen en elperıodo. Una formula empırica propuesta por la norma es:

T0 =H

100

√

30

L+

2

1 + 30∆(3.6)

en esta expresion H es la altura total del edificio; L es su dimension en planta en ladireccion del movimiento sısmico; y ∆ es la relacion entre el area de muros (en esadireccion) y el area total en planta. La formula no es adimensional: H y L debenestar en metros y T0 resulta en segundos.

Hay diversas formulas aproximadas propuestas para estimar el perıodo de la construccion,una muy sencilla (no es dada por el Reglamento INPRES-CIRSOC 103) es:

T = α N (3.7)


donde N es la cantidad de pisos del edificio y α un coeficiente segun el tipo deconstruccion: para estructura de muros de mamposterıa α = 0.05, para porticos dehormigon armado α = 0.064, para porticos de acero α = 0.08, etc.

• γd: es un factor de riesgo, que vale para:

– Construcciones esenciales o cuyo colapso serıa catastrofico: γd = 1.4;

– Construcciones de interes publico o donde puede conglomerarse personas: γd = 1.3;

– Construcciones corrientes (viviendas, oficinas, etc.): γd = 1.0;

• R: es un factor de reduccion de las fuerzas sısmicas, por capacidad de disipacion de energıaa traves de deformaciones plasticas. Se calcula como:

R =

{

1 + (µ− 1) TT1

para T ≤ T1

µ para T ≥ T1(3.8)

µ es la ductilidad global de la estructura y T1 un perıodo propio de la zona y del suelo (figura3.9). La ductilidad global µ depende del tipo estructural y su detallamiento constructivo:El Reglamento propone:

– Para porticos de acero ductil o tabiques acoplados de hormigon armado sismorresis-tente: µ = 6;

– Para porticos de hormigon armado sismorresistentes: µ = 5;

– Para porticos de hormigon armado junto con tabiques : µ = 5;

– Para porticos de acero convencional o tabiques de hormigon armado: µ = 4;

– Para sistemas portico-tabique de hormigon armado, tabiques o muros de mamposterıaarmada o reforzada: µ = 3.5;

– Para muros de mamposterıa de ladrillos macizos encadenada o estructuras tipo penduloinvertido con especial diseno del soporte: µ = 3;

– Para muros de mamposterıa de ladrillos huecos o estructuras tipo pendulo invertidoen general, o estructuras colgantes, o columnas de hormigon armado sin vinculacion:µ = 2;

– Para estructuras que deban permanecer elasticas: µ = 1;

2) Esfuerzo de corte en la base (Q0):

Se calcula con la formula

Q0 = C W (3.9)

donde:

• Q0 es la fuerza de corte horizontal en la base del edificio, paralela a la direccion consideradadel movimiento;

• C es el coeficiente sısmico de diseno, calculado en el paso anterior;


Figura 3.10: Distribucion de fuerzas sısmicas con la altura

• W es la fuerza gravitatoria total:

W = G + η L (3.10)

en esta expresion G son las cargas permanentes y L la sobrecarga. η es un factor de simul-taneidad que para el caso de viviendas u oficinas toma el valor η = 0.25; para cines,escuelas,etc. η = 0.50, para depositos η = 0.75; y para tanques η = 1.0.

3) Distribucion en altura de la fuerza sısmica:

Habiendo calculado la fuerza de corte en la base, se calcula la distribucion de las fuerzassısmicas equivalentes mediante la expresion:

Fn =Wn Hn

N∑

i=1

Wi Hi

Q0 (3.11)

Fn es la fuerza sısmica en el piso n; Wn la carga vertical de ese piso; y N la cantidad de pisosdel edificio. Puede verse que esta formula produce un estado de cargas variables linealmente conla altura (figura 3.10).

Si el perıodo del edificio es T > T2 entonces la distribucion de fuerzas es diferente, agregandosea la distribucion triangular invertida una fuerza concentrada en el ultimo nivel.

4) Analisis de la estructura con las cargas sısmicas:

El tema del analisis estructural del edificio sera tratado en el proximos capıtulos. Basteahora considerar que el mismo se comporta globalmente como un voladizo y en cada piso puedecalcularse:

El esfuerzo de corte:

Qn =N∑

i=n

Fi (3.12)

3.6. DIMENSIONAMIENTO Y DETALLES CONSTRUCTIVOS 53

El momento flector:

Mn =N∑

i=n

Fi (Hi −Hn−1) (3.13)

El momento torsor:

Mt n =

{

(1.5e+ βB)Qn

(e− βB)Qn(3.14)

aquı B es la dimension en planta perpendicular al movimiento y β depende de las condicionesde simetrıa y regularidad de la estructura, un valor tıpico es β = 0.10.

5) Fuerza equivalente sobre componentes de la construccion:

Aquellas componentes de la construccion que no forman parte de la estructura principaldeben ser calculadas con una fuerza dada por:

Fp = cpn Wp (3.15)

donde

• Fp es la fuerza estatica aplicada en el baricentro de la componente considerada;

• Wp es el peso de la componente considerada;

• cpn un coeficiente dado por;cpn = γpγras

• as es la ordenada al origen del espectro de seudo aceleraciones (figura 3.9);

• γp es un coeficiente segun el tipo de componente. Por ejemplo vale para:

– muros o tabiques (perpendicularmente a su plano) γp = 1;

– cornisas o balcones γp = 3;

– tanques, antenas, etc., cuyo perıodo sea T < 0.4T0 o bien T > 1.6T0 γp = 1.5;

– tanques, antenas, etc., cuyo perıodo sea 0.4T0 < T < 1.6T0 γp = 3;

• γr es un coeficiente segun la ubicacion: depende tambien del tipo de componente y tienedistintos valores ya sea que implique riesgo para las personas o no. Por ejemplo: parabalcones:

– si implica riesgos para personas γr = 1.5;

– si no implica riesgos para personas γr = 1.0;

3.6 Dimensionamiento y detalles constructivos

Las solicitaciones sısmicas en la estructura, calculadas con las fuerzas estaticas equivalentesdeben ser agregadas a las solicitaciones provenientes de las cargas permanentes. Ello se haceconsiderando la combinacion mas desfavorable de las dos siguientes:

{

Su = 1.3 SG ± SSSu = 0.85 SG ± SS

(3.16)

En esa expresion SG son las solicitaciones debidas a las cargas gravitacionales, definidas comoen la expresion 3.10, y SS son las solicitaciones debidas al sismo. Las solicitaciones combinadas


Su son solicitaciones ultimas, vale decir deben utilizarse para comprobar la estructura frente aestados lımites ultimos. Los sismos de diseno dados por el Reglamento corresponden a valoresultimos, por ese motivo no estan afectados por coeficientes de seguridad en la expresion anterior.Esto corresponde a un caso particular de combinacion de estados de carga, como los discutidosen el capitulo I.

El dimensionamiento de estructuras antisısmicas debe seguir reglas especıficas. Por este mo-tivo las partes II y III del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 tratan el dimensionamiento deestructuras sismorresistentes de hormigon armado y pretensado, y de mamposterıa, respectiva-mente. Estas partes del Reglamento complementan las normativas generales del ReglamentoCIRSOC 201.

En construcciones sismorresistentes resulta crucial poder dotar a las estructuras de suficienteductilidad. Para ello hay una serie de directivas de dimensionamiento de hormigon armado quetienden a aumentar el estribado en los extremos de vigas y columnas, que concurren a un nudo.Los conceptos de “columna fuerte-viga debil”, ya mencionados, son tambien introducidos en eldimensionamiento. Los muros poseen encadenado a nivel de fundacion, a nivel de losa superiory a nivel de dintel, por dar algunos ejemplos.

No se discutira en detalle aquı el dimensionamiento sismorresistente, sino que se referira alas respectivas partes de la norma INPRES-CIRSOC 103.

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Efectos de los Sismos sobre los edificios