Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 1
Diseño sismorresistente
Profesor: Dr. Juan Carlos Vielma Pérez
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 2
Diseño sismorresistenteClase 2
RealidadRealidadInvestigaciónInvestigaciónNormativasNormativas
Clase 2/JCVP-20102
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 3
Diseño sismorresistenteClase 2
Código MAC353
Clase 2/JCVP-20103
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 4
Diseño sismorresistenteClase 2
“ l d d b l li d “… un solo sendero no puede abarcar el amplio campo de la mecánica. Al escalar una montaña, algunos senderos son seguros y otros son peligrosos de recorrer Algunos seguros y otros son peligrosos de recorrer. Algunos conducen a la cima, otros a diferentes vistas interesantes. Algunos senderos han sido muy transitados, otros casi no lo g yhan sido.”
TY.C.Fung y P. TongPrefacio de:
Classical and computational solid mechanicsClase 2/JCVP-20104
Classical and computational solid mechanics
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 5
Diseño sismorresistenteClase 2
E t l l t En esta clase se repasan algunos conceptos sencillos relativos a la naturaleza de esos fenómenos tan complejos conocidos como fenómenos tan complejos conocidos como terremotos o sismos.
Clase 2/JCVP-20105
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 6
Diseño sismorresistenteClase 2
T bié i t d t ti También se introducen nuevos conceptos que tienen que ver con algunas características que es necesario incorporar en el proceso de proyecto necesario incorporar en el proceso de proyecto sismorresistente de estructuras.Finalmente, se presentan algunos conceptos que , p g p qinvolucran las pérdidas que pueden causar los terremotos.
Clase 2/JCVP-20106
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Clase 1 7
Diseño sismorresistenteClase 2
Terremotos destructivos con pérdidas de vidas entre 1900 y 2000
Posición PaísNº de terremotos
con pérdidas humanas
Nº de fallecidos
1 China 170 6194882 Japón 84 1695253 Italia 45 1280314 Irán 89 1215135 Turquía 111 993916 Perú 62 760167 Antigua URSS 44 758138 Paquistán 14 659849 Indonesia 66 4399210 Chile 35 3633211 India 21 3332912 Venezuela 16 3079513 Guatemala 16 2534514 Afganistán 15 2331215 México 48 1762516 Nicaragua 4 13718
C S ( )Clase 2/JCVP-20107
Fuente: Coburn y Spence (2002)
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Clase 1 8
Diseño sismorresistenteClase 2
Pl ó iClase 2/JCVP-20108
Placas tectónicas
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Clase 1 9
Diseño sismorresistenteClase 2
Parámetros de la fuente de un terremoto
E iSite
Epicentral DistanceEstructura
Distancia epicentral
EpicentroEpicentre
Dep
th
Epicentro
poce
ntro
Focus
FaultFoca
l DPr
ofun
dida
d hi
p
Foco o hipocentroFalla
Clase 2/JCVP-20109
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Clase 1 10
Diseño sismorresistenteClase 2
Tipos de terremotosTipos de terremotosSegún Newmark y Rosenblueth (1990) los terremotos pueden ser clasificados de la siguiente manera:p gTerremotos de una sola sacudidaTerremotos de duración moderada y vibraciones
irregularesTerremotos de larga duración y grandes períodos
predominantespredominantesTerremotos que producen deformaciones permanentes
en el terreno
Clase 2/JCVP-201010
en el terreno
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Clase 1 11
Diseño sismorresistenteClase 2
Tipos de terremotos
Terremotos de una sola sacudida, que se originan a cortas distancias epicentrales y con focos de poca profundidad, generalmente en terrenos rocosos o
l dsuelos duros.
Clase 2/JCVP-201011
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Clase 1 12
Diseño sismorresistenteClase 2
Tipos de terremotos
Terremotos de duración moderada y vibraciones irregulares, son los que se producen a distancias epicentrales intermedias y sobre suelos duros.
Clase 2/JCVP-201012
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Clase 1 13
Diseño sismorresistenteClase 2
Tipos de terremotos
Terremotos de larga duración, son los terremotos cuyas ondas son filtradas por los suelos blandos, se caracterizan por ser terremotos con período
d i t l gpredominante largo.
Clase 2/JCVP-201013
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Clase 1 14
Diseño sismorresistenteClase 2
Tipos de terremotos
Terremotos que producen deformaciones permanentes, son los terremotos cuyo efecto puede apreciarse directamente sobre el terreno ya que a
b l d d l f ll d d l i tambos lados de la falla se producen desplazamientos.
Clase 2/JCVP-201014
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Clase 1 15
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicas
Las ondas sísmicas se originan a partir de movimientos telúricos naturales o también por perturbaciones producidas por la actividad humana. P d t l g d d g l d d Pueden se catalogadas en dos grupos: las ondas de cuerpo y las ondas superficiales.
Clase 2/JCVP-201015
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Clase 1 16
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicasOndas sísmicas
Una vez ocurrido un terremoto, las primeras ondas que se registran son las ondas P son ondas longitudinales o se registran son las ondas P. son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección p yde la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material.
Clase 2/JCVP-201016
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Clase 1 17
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicasOndas sísmicas
Una vez ocurrido un terremoto, las primeras ondas que se registran son las ondas P.que se registran son las ondas P.
Clase 2/JCVP-201017
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 18
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicasOndas sísmicas
La velocidad de las ondas P se puede estimar a partir de la siguiente expresión:partir de la siguiente expresión:
D d λ G l fi i t d L éDonde λ y G son los coeficientes de Lamé yρ es la densidad.
Clase 2/JCVP-201018
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Clase 1 19
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicasOndas sísmicas
Los coeficientes de Lamé son funciones del módulo elástico del material y del coeficiente de módulo elástico del material y del coeficiente de Poisson:
Clase 2/JCVP-201019
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Clase 1 20
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicas
Las ondas S (secundarias) son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la dirección de ppropagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, éstas aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las que producen durante el movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños.
Clase 2/JCVP-201020
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Clase 1 21
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicasLas ondas S se propagan más lentamente que las ondas P. Su amplitud es mayor que la de p y qlas ondas P y suelen producir el daño en las estructuras.
Clase 2/JCVP-201021
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Clase 1 22
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicasLa velocidad de las ondas S se puede calcular a partir de:p
Clase 2/JCVP-201022
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Clase 1 23
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicas
Las ondas de Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie. La velocidad de las ondas Love es un 90% d l l id d d l d S 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas RayleighRayleigh.
Clase 2/JCVP-201023
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Clase 1 24
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicas
Una vez ocurrido un terremoto, las primeras ondas que se registran son las ondas P.
Clase 2/JCVP-201024
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Clase 1 25
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicas
Las ondas Rayleigh, también denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. Son ondas más lentas
l d d l id d d g ió que las ondas de cuerpo y su velocidad de propagación es casi un 70% de la velocidad de las ondas S.
Clase 2/JCVP-201025
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Clase 1 26
Diseño sismorresistenteClase 2
Ondas sísmicas
Las ondas Rayleigh son ondas superficiales con un movimiento similar al de las olas del agua.
Clase 2/JCVP-201026
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 27
Diseño sismorresistenteClase 2
Dentro del proceso de proyecto sismorresistente es Dentro del proceso de proyecto sismorresistente es necesario formular soluciones que permitan satisfacer que la capacidad de la estructura satisfacer que la capacidad de la estructura proyectada sea mayor que la demanda que imponen las acciones de la naturaleza.
Clase 2/JCVP-201027
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 28
Diseño sismorresistenteClase 2
Tanto la sismología, como la ingeniería sismorresistente enfrentan la fundamental limitación que implica la naturaleza impredecible de los t t l i li ibl bt terremotos, lo que implica que no es posible obtener la demanda mediante métodos deterministas, siendo necesario aplicar procedimientos siendo necesario aplicar procedimientos probabilistas.Seguidamente se exponen algunos aspectos de los g p g pterremotos y cómo se incorporan en las normas de proyecto sismorresistente.
Clase 2/JCVP-201028
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Clase 1 30
Diseño sismorresistenteClase 2
Directividad de los terremotos
La directividad ocurre por que las fallas son fuentes móviles de ondas sísmicas, que viajan a una móviles de ondas sísmicas, que viajan a una velocidad finita a lo largo de la falla y más allá de estas.La implicación de la directividad de los terremotos sobre la ingeniería sismorresistente se encuentra en
l i t idi t t l t que para emplazamientos equidistantes a la ruptura de la falla, se pueden alcanzar diferentes intensidades producidas por el mismo terremoto
Clase 2/JCVP-201030
intensidades producidas por el mismo terremoto.
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 31
Diseño sismorresistenteClase 2
La directividad puede originar también la polarización La directividad puede originar también la polarización de un terremoto.El efecto de polarización consiste en que los efectos El efecto de polarización consiste en que los efectos de un terremoto se concentran en la dirección ortogonal al plano de ruptura de la falla, haciendo que la acción en esta dirección sea más destructiva que en las otras direcciones.
Clase 2/JCVP-201031
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Clase 1 32
Diseño sismorresistenteClase 2
Como la ruptura de la falla se mueve desde el Como la ruptura de la falla se mueve desde el epicentro, este genera movimientos del terreno en todos los segmentos de la falla. El terremoto se todos los segmentos de la falla. El terremoto se irradia en todas las direcciones, propagándose la energía del sismo en la dirección de avance de las ondas.Todo esto trae como resultado la magnificación del terremoto en la dirección de propagación de éste lo terremoto en la dirección de propagación de éste, lo que además lo hace de menos duración
Clase 2/JCVP-201032
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Clase 1 34
Diseño sismorresistenteClase 2
DirectividadDirectividadDada la incapacidad de predecir adecuadamente la directividad de un sismo laadecuadamente la directividad de un sismo, la mayoría de las normas sismorresistentes adoptan la superposición del efecto de la acción p p psísmica combinada de dos direcciones ortogonales.
Clase 2/JCVP-201034
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Clase 1 35
Diseño sismorresistenteClase 2
Directividad
A B
100% 30%
A B
100% 30%
y
30%
100%
y
x
Clase 2/JCVP-201035
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Clase 1 36
Diseño sismorresistenteClase 2
DirectividadDirectividadTambién es frecuente encontrar prescrita la acción sísmica en la dirección vertical superpuesta a las sísmica en la dirección vertical, superpuesta a las dos direcciones en planta.
Clase 2/JCVP-201036
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 37
Diseño sismorresistenteClase 2
DirectividadDirectividadQué se indica en la Norma Covenin 1756?
Clase 2/JCVP-201037
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 38
Diseño sismorresistenteClase 2
DirectividadDirectividad
Clase 2/JCVP-201038
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 39
Diseño sismorresistenteClase 2
DirectividadDirectividadTanto en el Eurocódigo como en las normas norteamericanas se ha adoptado la combinación norteamericanas, se ha adoptado la combinación que contempla la participación en todas las direcciones:
Clase 2/JCVP-201039
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Clase 1 40
Diseño sismorresistenteClase 2
DirectividadDirectividad
C λ 0 3Con λ=0,3.
Clase 2/JCVP-201040
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 41
Diseño sismorresistenteClase 2
DirectividadEn el caso particular del Eurocódigo 8, este prescribe espectros elásticos de diseño especiales para la d t i ió d l ió ti ldeterminación de la acción vertical:
Clase 2/JCVP-201041
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Clase 1 43
Diseño sismorresistenteClase 2
“Los edificios cimentados en roca no sufrieron Los edificios cimentados en roca no sufrieron mayores daños, como los que sufrieron aquellos edificios cuyas fundaciones no alcanzaban el fondo edificios cuyas fundaciones no alcanzaban el fondo del suelo”
Observaciones realizadas por MacMurdo durante el terremoto que sacudió Cutch (India) durante el año
1819
Clase 2/JCVP-201043
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Clase 1 44
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitioEfecto de sitioEl efecto de sitio tiene que ver con la capacidad que poseen los suelos de amplificar o reducir el efecto poseen los suelos de amplificar o reducir el efecto de un terremoto
Clase 2/JCVP-201044
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 45
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitio
Clase 2/JCVP-201045
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 46
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitioEfecto de sitioUn terremoto cuyo período predominante coincida con el período predominante del suelo que lo filtra con el período predominante del suelo que lo filtra, reproducirá el efecto de la resonancia, amplificándose los desplazamientos, las velocidades p p ,y las aceleraciones en la superficie.
Clase 2/JCVP-201046
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Clase 1 48
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitioEfecto de sitioEn el caso que el suelo esté formado por un solo estrato el período se puede calcular mediante la estrato, el período se puede calcular mediante la expresión siguiente:
Clase 2/JCVP-201048
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Clase 1 49
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitioEfecto de sitio
H
Clase 2/JCVP-201049
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Clase 1 50
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitioEfecto de sitioEl período asociado con un modo superior se calcula aproximadamente mediante:aproximadamente mediante:
donde n es el número del modo superiordonde n es el número del modo superior.
Clase 2/JCVP-201050
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 51
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitioEfecto de sitioLa consideración del efecto de sitio conduce a reproducir la amplificación dinámica en los reproducir la amplificación dinámica en los espectros elásticos de diseño. Por ejemplo, en la norma Covenin se pueden apreciar los cambios en p plas ordenadas espectrales dependiendo de la amplificación introducida por el efecto de sitio.
Clase 2/JCVP-201051
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Clase 1 52
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitioEfecto de sitioLa consideración del efecto de sitio conduce a reproducir la amplificación dinámica en los reproducir la amplificación dinámica en los espectros elásticos de diseño. Por ejemplo, en la norma Covenin se pueden apreciar los cambios en p plas ordenadas espectrales dependiendo de la amplificación introducida por el efecto de sitio.
Clase 2/JCVP-201052
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Clase 1 53
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de sitioEfecto de sitioLa respuesta en superficie indica el valor de la amplificación dinámica La respuesta en superficie amplificación dinámica. La respuesta en superficie se obtiene mediante la modelización del suelo considerando las diferentes características geotécnicas de los estratos que lo conforman.
Clase 2/JCVP-201053
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 54
Diseño sismorresistenteClase 2
Material Profundidad, H (m)(t ) 1 H 6 7 H 15 H ≥ 15(type) 1< H < 6 7 < H < 15 H ≥ 15
Arena saturada 60 - -
Arcilla arenosa 100 250 -
Arena fina saturada 110 - -Arena fina saturada 110 - -
Arcilla/arena mezclada 140 - -
Arena densa 160 - -
Grava con roca 180 - -
Grava media 200 - -
Arcilla arenosa con gravas - 330 -
Grava media - - 780
Roca fuerte - - 1200
Velocidad de ondas de corte típica para diferentes materiales y profundidades
54 Clase 2/JCVP-2010
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Clase 1 55
Diseño sismorresistenteClase 2
A cada estrato le corresponde
diferentes características características geotécnicas
Modelización de los estratos del suelo mediante sistemas de múltiples grados de libertad con masas concentradas
Clase 2/JCVP-201055
p g
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Clase 1 56
Diseño sismorresistenteClase 2
Vs ν P. específico Gmax E Cohesión A.FricciónPROPIEDADES ELÁSTICAS DEL SUELO
DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL p
(m/s) (Poisson) (ton/m3) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) φ (º)
Roca medianamente sana, con familiasde diaclasas 1000 0,2 2,4 24465 58716 6 40Roca fisurada con muchas familias
DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL
de diaclasas 700 0,25 2,2 10989 27472 3 30
Suelo granular denso a muy denso 500 0,26 1,8 4587 11560 0 40Suelo arcillo-arenoso rígido a muy rígido (IP=20) 400 0,25 1,8 2936 7339 1,5 20
Suelo granular medio denso 300 0,28 1,8 1651 4228 0 38S l l di d 250 0 3 1 8 1147 2982 0 35Suelo granular medio denso 250 0,3 1,8 1147 2982 0 35Suelo arcillo- arenoso medio rígido (IP=40) 250 0,3 1,8 1147 2982 0,8 20Suelo granular medio denso 200 0,32 1,8 734 1938 0 32
Suelo cohesivo blando (IP=60) 150 0,4 1,8 413 1156 0,5 0Suelo granular suelto 100 0,35 1,6 163 440 0 27gSuelo cohesivo muy blando (IP=60) 100 0,45 1,6 163 473 0,2 0Suelo granular muy suelto 70 0,36 1,4 70 190 0 25
Propiedades geotécnicas utilizadas para determinar los espectros elásticos de
Clase 2/JCVP-201056
diseño
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Clase 1 57
Diseño sismorresistenteClase 2
3
.
2
2.5
S3
S4
A.E
.N.
1
1.5
S1
S2
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 40
0.5
T(seg)0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4
Espectros elásticos de diseño obtenidos a partir de los perfiles geotécnicos considerados en la norma Covenin 1756
Clase 2/JCVP-201057
considerados en la norma Covenin 1756
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 58
Diseño sismorresistenteClase 2
Espectros elásticos de diseño Eurocódigo 8
Clase 2/JCVP-201058
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 59
Diseño sismorresistenteClase 2
Espectros elásticos de diseño ASCE-7
Clase 2/JCVP-201059
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 60
Diseño sismorresistenteClase 2
En suelos aluvionales las vibraciones en superficie En suelos aluvionales, las vibraciones en superficie son amplificadas por el efecto de reflexión de las ondas en múltiples superficies .ondas en múltiples superficies .La amplificación en superficie se puede obtener aplicando la siguiente expresión:
Clase 2/JCVP-201060
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 61
Diseño sismorresistenteClase 2
E l ió t i l i d i d En la expresión anterior α es la impedancia de propagación de ondas, dada por:
Donde son el ρ la densidad y v la velocidad de onda de corte, respectivamente., tanto del suelo (s) como del manto rocoso (b).
Clase 2/JCVP-201061
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Clase 1 62
Diseño sismorresistenteClase 2
Por todo lo anteriormente expuesto es altamente Por todo lo anteriormente expuesto, es altamente recomendable que la razón de frecuencias del edificio y del suelo sea lo más lejana posible de la unidad.La respuesta de los suelos durante un terremoto d d á d l li d l f i l d ió dependerá de la amplitud, la frecuencia y la duración de este.
Clase 2/JCVP-201062
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 63
Diseño sismorresistenteClase 2
Los terremotos con grandes amplitudes provocan Los terremotos con grandes amplitudes provocan generalmente respuesta inelástica de los suelos. Si la duración del terremoto es prolongada, puede llegar a producirse el fenómeno de licuefacción de suelos si estos están saturados o parcialmente
dsaturados.
Clase 2/JCVP-201063
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 64
Diseño sismorresistenteClase 2
Siempre y cuando la respuesta de los suelos se Siempre y cuando la respuesta de los suelos se mantenga en rango elástico, la amplificación que ocurre en la superficie será proporcional al terremoto que ocurre en el lecho rocoso.Si la respuesta del suelo es inelástica, este absorbe
id d d l í d l E gran cantidad de la energía del terremoto. Esto se produce generalmente cuando el terremoto tiene grandes amplitudes originando deformaciones grandes amplitudes, originando deformaciones permanentes en el terreno.
Clase 2/JCVP-201064
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 65
Diseño sismorresistenteClase 2
Generalmente las ondas sísmicas que se transportan a Generalmente las ondas sísmicas que se transportan a través de un medio inelástico exhiben bajas aceleraciones y grandes desplazamientos, siendo su periodo largo.
Clase 2/JCVP-201065
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 67
Diseño sismorresistenteClase 2
Dispersión e incoherenciaDispersión e incoherencia
La dispersión y la incoherencia de un terremoto puede deberse a la combinación de los siguientes factores:deberse a la combinación de los siguientes factores:
•Efecto de desfase de ondas•Efecto extendido de fuenteEfecto extendido de fuente•Efecto de patrón de ondas
Clase 2/JCVP-201067
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 68
Diseño sismorresistenteClase 2
Dispersión e incoherenciaDispersión e incoherencia
Efecto de desfase de ondas tiene que ver con el desfase del arribo de las ondas de un terremoto a diferentes del arribo de las ondas de un terremoto a diferentes estaciones o sitios ubicados en superficie.
Clase 2/JCVP-201068
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 69
Diseño sismorresistenteClase 2
Dispersión e incoherenciaDispersión e incoherencia
El efecto extendido de fuente se produce por el diferente tamaño y la cantidad de las fuentes que diferente tamaño y la cantidad de las fuentes que original un terremoto, que pueden causar el desfase en el arribo de las ondas superficiales. p
Clase 2/JCVP-201069
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 70
Diseño sismorresistenteClase 2
Dispersión e incoherenciaDispersión e incoherencia
Los diferentes patrones de ondas se pueden llegar a producir por efecto de la refracción y la reflexión de las producir por efecto de la refracción y la reflexión de las mismas en los diferentes estratos del suelo. También pueden ser afectados por las discontinuidades o p panomalías en los suelos.
Clase 2/JCVP-201070
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 71
Diseño sismorresistenteClase 2
Dispersión e incoherenciaDispersión e incoherencia
La coherencia de dos terremotos es la correlación que existe entre sus amplitudes y ángulos de fase a existe entre sus amplitudes y ángulos de fase a diferentes frecuencias.
La incoherencia depende fuertemente de la frecuenciaLa incoherencia depende fuertemente de la frecuencia.
Clase 2/JCVP-201071
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 72
Diseño sismorresistenteClase 2
Dispersión e incoherenciaDispersión e incoherencia
La incoherencia de los terremotos no afecta significativamente las estructuras de vanos cortos tales significativamente las estructuras de vanos cortos, tales como viviendas y edificios regulares, por el contrario, afecta a aquellas de vanos largos, tales como puentes o q g , ptramos elevados.
Clase 2/JCVP-201072
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 73
Diseño sismorresistenteClase 2
Dispersión e incoherenciaDispersión e incoherencia
La incoherencia de los terremotos puede afectar a aquellas construcciones con grandes dimensiones en aquellas construcciones con grandes dimensiones en planta y con significativas incoherencias en los estratos de suelo en lo que se encuentran fundadas.q
Clase 2/JCVP-201073
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 75
Diseño sismorresistenteClase 2
Di t i i t lDistancia epicentralComo se ha visto, el efecto de sitio puede amplificar o reducir la respuesta es superficieamplificar o reducir la respuesta es superficie.También la distancia epicentral, que es la distancia entre la fuente del terremoto y el sitio en el que se y qpercibe o se registra, tiene una importante influencia sobre la amplificación.
Clase 2/JCVP-201075
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 76
Diseño sismorresistenteClase 2
Distancia epicentralEn todo su recorrido las frecuencias altas fueron filtradas, manteniéndose las frecuencias bajas, que
i idi l f i d l ill lá ti coincidieron con las frecuencias de las arcillas plásticas de ciudad de México, produciéndose gran amplificación del movimiento que no fue verificada en puntos más del movimiento, que no fue verificada en puntos más próximos al epicentro.
Clase 2/JCVP-201076
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 77
Diseño sismorresistenteClase 2
Distancia epicentralEn todo su recorrido las frecuencias altas fueron filtradas, manteniéndose las frecuencias bajas, que
i idi l f i d l ill lá ti coincidieron con las frecuencias de las arcillas plásticas de ciudad de México, produciéndose gran amplificación del movimiento que no fue verificada en puntos más del movimiento, que no fue verificada en puntos más próximos al epicentro.
Clase 2/JCVP-201077
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 78
Diseño sismorresistenteClase 2
Distancia epicentralE l i i t fi d i d i t d En la siguiente figura pueden apreciarse dos registros de terremotos de fuente cercana y de fuente lejana.
Kobe(1995), Station: JMA Kobe
Acc
. (cm
/s2 )
-800
-400
0
400
800
t(s)0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150
-1200
-800
Michoacán (1995), Station: Ocotito 1,
30
45
Acc
. (cm
/s2 )
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-30
-15
0
15
30
Clase 2/JCVP-201078
t(s)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
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Clase 1 79
Diseño sismorresistenteClase 2
Distancia epicentralLas normativas de proyecto sismorresistente consideran la distancia epicentral a la hora de d fi i l ió í i di t t d definir la acción sísmica mediante espectros de diseño.Tanto en el Eurocódigo-8 como en el ASCE-7 se Tanto en el Eurocódigo-8 como en el ASCE-7 se presentan recomendaciones en este sentido para emplazamientos a distancias menores de p p15 km de la fuente sismogénica.
Clase 2/JCVP-201079
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 80
Diseño sismorresistenteClase 2
Distancia epicentralEn el Eurocódigo-8 se impone la aplicación completa de los valores normativos en la d t i ió d l t d di ñ i determinación de los espectros de diseño, sin embargo no se proporcionan valores específicos de la amplificación empleada dejándola a juicio de la amplificación empleada, dejándola a juicio del proyectista.
Clase 2/JCVP-201080
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Clase 1 81
Diseño sismorresistenteClase 2
Distancia epicentralEn cambio en las normas norteamericanas, se fijan explícitamente los valores de amplificación
ll l i t lt para aquellos emplazamientos con alta amenaza sísmica, que se pueden observar en la tablas siguientessiguientes.
Clase 2/JCVP-201081
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 84
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de los terremotosEfecto de los terremotos
El fenómeno de la licuefacción llamó poderosamente la atención de los investigadores en sismología e atención de los investigadores en sismología e ingeniería sismorresistente por los efectos de los terremotos Good Friday (Alaska) y Niigata (Japón)y ( ) y g ( p )
Clase 2/JCVP-201084
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Clase 1 85
Diseño sismorresistenteClase 2
Clase 2/JCVP-201085
Efecto de licuefacción de suelos durante el terremoto de Good Friday (Mw=9,2)
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 86
Diseño sismorresistenteClase 2
Clase 2/JCVP-201086
Efecto de licuefacción de suelos durante el terremoto de Niigata (Ms= 7,5)
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Clase 1 87
Diseño sismorresistenteClase 2
LicuefacciónLicuefacción
El término fue utilizado por primera vez por Mogami y Kubo (1953) para identificar fenómenos asociados con Kubo (1953) para identificar fenómenos asociados con la deformación de suelos causadas por perturbaciones repetidas de suelos no cohesivos bajo condiciones no p jdrenadas.
Clase 2/JCVP-201087
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Clase 1 88
Diseño sismorresistenteClase 2
LicuefacciónLicuefacción
La generación de excesiva presión de poros es la característica que distingue el fenómeno de la característica que distingue el fenómeno de la licuefacción.
Clase 2/JCVP-201088
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Clase 1 89
Diseño sismorresistenteClase 2
LicuefacciónLicuefacción
Si bien es bien sabido que los suelos no cohesivos secos tienden a densificarse bajo la acción de cargas secos tienden a densificarse bajo la acción de cargas estáticas y dinámicas, bajo condiciones de saturación la tendencia a densificarse produce excesiva presión de p pporos, reduciendo el descenso de la presión efectiva y dando origen al fenómeno de la licuefacción.
Clase 2/JCVP-201089
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Clase 1 90
Diseño sismorresistenteClase 2
LicuefacciónLicuefacción
En el Eurocodigo-8 el fenómeno de la licuefacción tiende a ser evitado negándose el emplazamiento de tiende a ser evitado, negándose el emplazamiento de edificios en sitios susceptibles a sufrir licuefacción, a menos que se realicen estudios especiales que q p qpermitan controlar los máximos valores de los asentamientos permanentes que puedan llegar a producirse.
Clase 2/JCVP-201090
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Clase 1 91
Diseño sismorresistenteClase 2
LicuefacciónLicuefacción
En las normas de diseño sismorresistente norteamericanas los suelos susceptibles a alcanzar norteamericanas, los suelos susceptibles a alcanzar licuefacción, se clasifican como tipo F, lo que permite incorporar consideraciones especiales en el proyecto.p p p y
Clase 2/JCVP-201091
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Clase 1 92
Diseño sismorresistenteClase 2
LicuefacciónLicuefacción
En la norma Covenin 1756 se considera el efecto de la licuefacción en el proyecto de las cimentaciones y los licuefacción en el proyecto de las cimentaciones y los muros (Cap. 11). Se dan indicaciones para la consideración de la resistencia degradada por carga g p gdinámica de los suelos.
Clase 2/JCVP-201092
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Clase 1 94
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de los terremotosEfecto de los terremotos
La determinación de los impacto de un terremoto requiere del trabajo multidisciplinario que coordine requiere del trabajo multidisciplinario que coordine adecuadamente la definición de la peligrosidad, el daño físico y las consecuencias por las pérdidas y p psociales y económicas.
Clase 2/JCVP-201094
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Clase 1 95
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de los terremotosEfecto de los terremotos
El daño físico debe ser evaluado para el conjunto de las edificaciones caracterizadas según sus tipologías edificaciones, caracterizadas según sus tipologías, regularidades, años de construcción, adecuación a las normas, etc. También es muy importante evaluar las , y plíneas vitales: acueductos, cloacas, telefonía, electricidad, vías de comunicación, telecomunicaciones, etc. Debe prestarse una especial atención a aquellos servicios o edificios esenciales.
Clase 2/JCVP-201095
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Clase 1 96
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de los terremotosEfecto de los terremotos
Las consecuencias sociales y económicas de un terremoto deben ser cuantificadas en un término medio terremoto deben ser cuantificadas en un término medio y largo, para poder apoyar las decisiones tanto de los organismos de planificación, como los encargados de g p , ggestionar el riesgo.
Clase 2/JCVP-201096
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Clase 1 97
Diseño sismorresistenteClase 2
Riesgo amenaza y vulnerabilidadRiesgo, amenaza y vulnerabilidadEstos tres conceptos que tienen que ver con los terremotos son frecuentemente confundidos y mal terremotos son frecuentemente confundidos y mal empleados incluso por profesionales calificados en el área.Seguidamente se presenta la definición de cada uno de estos conceptos.
Clase 2/JCVP-201097
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Clase 1 98
Diseño sismorresistenteClase 2
RiesgoRiesgoEl riesgo sísmico es la probabilidad de que se pierda un valor determinado por causas de un evento un valor determinado por causas de un evento sísmico de determinadas características. Depende de tres aspectos:p p
•La amenaza sísmica•La vulnerabilidad sísmica•El costo del bien expuesto
Clase 2/JCVP-201098
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Clase 1 99
Diseño sismorresistenteClase 2
Amenaza sísmica Amenaza sísmica Es la probabilidad de ocurrencia de una acción sísmica de una determinada magnitud en un sitio gespecífico y dentro de un período determinado. Para determinarla es necesario conocer la sismicidad local
úy regional. Para conseguir esto último es necesario conocer no solo la sismicidad instrumental y la sismicidad históricasismicidad histórica.
Clase 2/JCVP-201099
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Clase 1 100
Diseño sismorresistenteClase 2
Amenaza sísmicaAmenaza sísmicaSe puede definir mediante métodos deterministas y probabilistasprobabilistas.
Clase 2/JCVP-2010100
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Clase 1 101
Diseño sismorresistenteClase 2
Amenaza sísmicaAmenaza sísmicaLos métodos deterministas proponen que el máximo sismo histórico de cada falla se produce en la zona sismo histórico de cada falla se produce en la zona más próxima al emplazamiento, empleándose funciones de atenuación para obtener la ppropagación hasta el sitio de estudio.
Clase 2/JCVP-2010101
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Clase 1 102
Diseño sismorresistenteClase 2
Amenaza sísmicaAmenaza sísmicaDesde un punto de vista probabilista, la amenaza sísmica se define mediante aproximaciones sísmica se define mediante aproximaciones probabilistas partiendo de la información macrosísmica reciente, histórica y paleosísmica. Con , y pesto se originan mapas de probabilidad de ocurrencia anual.
Clase 2/JCVP-2010102
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Clase 1 103
Diseño sismorresistenteClase 2
La amenaza sísmica se determina aplicando La amenaza sísmica se determina aplicando métodos deterministas y probabilistas.Los métodos deterministas postulan que el máximo p qevento sísmico se produce en la zona más próxima al emplazamiento del sitio de estudio, aplicando ó ó ófórmulas de atenuación para obtener la propagación
hasta el sitio objeto del estudio
Clase 2/JCVP-2010103
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Clase 1 104
Diseño sismorresistenteClase 2
Los métodos probabilistas definen la amenaza Los métodos probabilistas definen la amenaza mediante aproximaciones probabilistas que hacen uso de la sismicidad reciente, histórica y ypaleosísmica. Los resultados de los estudios probabilistas suelen expresarse mediante intensidades.
Clase 2/JCVP-2010104
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Clase 1 105
Diseño sismorresistenteClase 2
Vulnerabilidad sísmicaVulnerabilidad sísmicaEs la incapacidad que tiene un objeto o estructura de soportar los efectos que le impone un sismo Está de soportar los efectos que le impone un sismo. Está asociada con el daño sísmico, que se define como el deterioro, destrucción o disfunción del objeto o , jestructura por causa de un sismo.
Clase 2/JCVP-2010105
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Clase 1 106
Diseño sismorresistenteClase 2
Vulnerabilidad sísmicaVulnerabilidad sísmicaEn la determinación de la vulnerabilidad sísmica deben emplearse herramientas de análisis deben emplearse herramientas de análisis adecuadas con el comportamiento de las estructuras frente a acciones tan intensas como lo son los terremotos.
Clase 2/JCVP-2010106
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Clase 1 107
Diseño sismorresistenteClase 2
Vulnerabilidad sísmicaVulnerabilidad sísmicaEntre las herramientas disponibles se encuentra el análisis no lineal en el que se considera la no análisis no lineal, en el que se considera la no linealidad geométrica y constitutiva de los elementos que conforman la estructura.q
Clase 2/JCVP-2010107
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Clase 1 108
Diseño sismorresistenteClase 2
Vulnerabilidad sísmicaTipos de análisis
Clase 2/JCVP-2010108
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Clase 1 109
Diseño sismorresistenteClase 2
Vulnerabilidad sísmicaTipos de análisis
PORTICO A=D PORTICO B=C
0 5
0.6
0.7
0.8
aliz
ado
(V/W
)
0.2
0.3
0.4
0.5
en la
bas
e no
rma
0
0.1
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5Cor
tant
e e
Deriva global ∆/H (%)
Clase 2/JCVP-2010109
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Clase 1 110
Diseño sismorresistenteClase 2
Vulnerabilidad sísmicaTipos de análisis
Clase 2/JCVP-2010110
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Clase 1 111
Diseño sismorresistenteClase 2
Vulnerabilidad sísmicaVulnerabilidad sísmicaLa vulnerabilidad sísmica suele expresarse en términos de índices de vulnerabilidad Estos índices términos de índices de vulnerabilidad. Estos índices se determinan mediante procesos de análisis avanzados de distintas configuraciones y tipologías g y p gestructurales. Un ejemplo lo constituyen las curvas de fragilidad.
Clase 2/JCVP-2010111
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Clase 1 112
Diseño sismorresistenteClase 2
Curvas de fragilidadg
Sin ddaño
Ligero
Reparable ExtensivoEstabilidad
Colapso
Clase 2/JCVP-2010112
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 113
Diseño sismorresistenteClase 2
Matrices de probabilidad de daño
0 8
1
y
0.2
0.4
0.6
0.8
eed
ance
pro
babi
lit
5 s
6 s
0Ece
3 s
4 s
Clase 2/JCVP-2010113
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 114
Effects of Earthquakes (continued)Physical Damage
Social and EconomicConsequences
Hazard Event
Assessmentof Impact
Building Stock
Damage Consequences
HousingEmergency Shelter, Temporary Housing
EventShort Term Long Term
Relocation, Displacement
of Impact
Transportation Systems
EconomicLoss
Direct Damage, Price Increases, Business Interruption, Supply
Disruption
Fiscal Impacts, Business Failure,
Job Loss, Reconstruction
Infrastructure S t
HealthCasualties, Fatalities, Psychological ulne
rabi
lity
ulne
rabi
lity
Systems Health Care Disruption
S i l
Distress, Chronic Injury
Soc
ial V
uS
ocia
l Vu
Critical Facilities
Social DisruptionEmergency Supplies,
Family SeparationFamily Stress, Neighborhood
Disruption
Integrated view of Hazard, Physical, Social and Economic Consequences114 Clase 2/JCVP-2010
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 115
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de los terremotosEfecto de los terremotosLos aspectos fundamentales de la estimación de las pérdidas debidas a los terremotos son:pérdidas debidas a los terremotos son:
Amenaza o exposiciónI t i d biInventario de bienesFragilidad o vulnerabilidad
Clase 2/JCVP-2010115
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 116
Diseño sismorresistenteClase 2
Efecto de los terremotosEfecto de los terremotosLos aspectos fundamentales de la estimación de las pérdidas debidas a los terremotos son:pérdidas debidas a los terremotos son:
Amenaza o exposiciónI t i d biInventario de bienesFragilidad o vulnerabilidad
Clase 2/JCVP-2010116
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 117
Effects of Earthquakes (continued)
Fundamental components for earthquake loss estimations117 Clase 2/JCVP-2010
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 118
Diseño sismorresistenteClase 2
El t d l bi t ti l El costo del bien expuesto tiene que ver con el inventario de las edificaciones y estructuras en un emplazamiento determinado que pudieran verse emplazamiento determinado, que pudieran verse afectados por la acción destructiva de un terremoto.
Clase 2/JCVP-2010118
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Clase 1 119
Diseño sismorresistenteClase 2
Últi t h i l id d t d l l ió Últimamente se ha incluido dentro de la evaluación de pérdidas la estimación de los costos sociales y ambientales como consecuencia de los terremotosambientales como consecuencia de los terremotos.
Clase 2/JCVP-2010119
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 120
Diseño sismorresistenteClase 2
Se estima que un promedio de 10.000 personas hanmuerto por causa de los terremotos entre 1900 y 1999.E 1900 2007 l l dEntre 1900 y 2007, las muertes acumuladasalcanzaron la cantidad de 1,8 millones, originadospor 1 250 terremotospor 1.250 terremotos.Entre 1990 y 2000 las pérdidas anuales porterremotos se han estimado por encima de los terremotos se han estimado por encima de los 20.000 millones de dólares.
120 Clase 2/JCVP-2010
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Clase 1 121
250000
300000 10Kansu, China (MS=8.5)
200000
250000
6
8
(MS)
(No.
)
100000
150000
4Deaths Magnitude M
agni
tude
Dea
ths
`
0
50000
0
2
1906
1915
1923
1939
1948
1950
1960
1963
1964
1970
Year
Death toll due to earthquakes: 1900-1970 (left) and 1971-2005 (right)
121 Clase 2/JCVP-2010
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Clase 1 122
Pérdidas humanas y financieras
250000
300000
8
10Tangshan, China (MS=7.8)
150000
2000006
de (M
S)
s (N
o.)
100000
150000
4Deaths Magnitude
Mag
nitu
d
Dea
ths
0
50000
6 8 0 3 7 9 0 2 4 8 5
0
2
1971
1976
1978
1980
1983
1987
1989
1990
1992
1994
1998
2001
2005
Year
Death toll due to earthquakes: 1900-1970 (left) and 1971-2005 (right)
122 Clase 2/JCVP-2010
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Clase 1 123
Diseño sismorresistenteClase 2
Varios de los reportes de campo han verificado quecerca del 75% de las muertes que se producendurante un terremoto se deben al colapso de lasedificaciones Los ingenieros estructurales somosedificaciones. Los ingenieros estructurales somospor tanto los responsables directos de minimizaresta cantidad de pérdidas humanas. esta cantidad de pérdidas humanas.
123 Clase 2/JCVP-2010
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Clase 1 124
Diseño sismorresistenteClase 2
Otro de los daños importantes que originan los terremotos, son los que afectan a los munumentos y construcciones históricas, cuyo valor esirremplazable La pérdida de estos onumentosirremplazable. La pérdida de estos onumentospuede redundar incluso en la pérdida del productointerno bruto de una nación que dependa del interno bruto de una nación que dependa del turismo.
124 Clase 2/JCVP-2010
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Clase 1 125
Diseño sismorresistenteClase 2
Son evidentes las pérdidas económicas que un terremoto trae asociadas, tienen que verfundamentalmente con los costos de reconstrucción. Sin embargo otras pérdidas menos evidentes no Sin embargo, otras pérdidas menos evidentes no dejan de ser importantes: tienen que ver con laspérdidas que genera la destrucción de los medios de pérdidas que genera la destrucción de los medios de producción, que pueden sumir en la pobreza a regiones enteras.
125 Clase 2/JCVP-2010
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Clase 1 126
Diseño sismorresistenteClase 2
Otro de los daños importantes que originan los terremotos, son los que afectan a los munumentos y construcciones históricas, cuyo valor esirremplazable La pérdida de estos onumentosirremplazable. La pérdida de estos onumentospuede redundar incluso en la pérdida del productointerno bruto de una nación que dependa del interno bruto de una nación que dependa del turismo.
126 Clase 2/JCVP-2010
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Clase 1 127
Diseño sismorresistenteClase 2
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Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 128
Diseño sismorresistenteClase 2
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Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 129
Diseño sismorresistenteClase 2
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Clase 2/JCVP-2010129
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Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 130
Diseño sismorresistenteClase 2
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Clase 2/JCVP-2010130
Dinámica de estructuras 03/05/2011
Clase 1 131
Diseño sismorresistenteClase 2
Bibliografía:
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Clase 2/JCVP-2010131