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Ingeniería Sismoresistente.


Sismilogía en
Ecuador.
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Sísmica.



Análisis Sísmico de Edificios.



CAPÍTULO 1

PELIGROSIDAD Y ZONIFICACIÓN
SÍSMICA

Segunda Parte.



1.3 INTENSIDAD SÍSMICA Y MAGNITUD.

 

La Intensidad Sísmica y la Magnitud Sísmica, son dos definiciones completamente diferentes, que en muchas ocasiones se confunden, razón por la cual se presentan los aspectos más relevantes de estas definiciones:

 

 

 

1.3.1 Intensidad Sísmica

 

Los efectos producidos por los terremotos en las estructuras y en las personas, se mide por medio de la Intensidad Sísmica, describiendo de una manera subjetiva el potencial destructivo de los sismos. Existen varias escalas de Intensidad, una de ellas es la denominada ``Mercalli Modificada'', que se indica en forma resumida en la Tabla 1.2, la misma que fue desarrollada por Wood y Newman en 1931 y es una modificación del trabajo desarrollado por Mercalli en 1902 .

 

Tabla 1.2 Escala de intensidad Mercalli Modificada IMM(15).

 

IMM

 

 

DEFINICIÓN

 

I

II

III

IV

V

VI

 

VII

 

VIII

 

IX

 

X

 

XI


XII

 

Detectado solo por instrumentos.

Sentido por personas en reposo.

Sentido por personas dentro de un edificio.

Se siente fuera del edificio.

Es notado por todos. Los objetos inestables se caen.

Las personas andan con dificultad. Las ventanas y objetos de vidrio

se quiebran. Las estructuras con mampostería débil se agrietan.

Daños moderados en estructuras bien diseñadas, y

daños severos en malas construcciones.

Daños ligeros en estructuras bien diseñadas, considerables

en regulares y severos en las mal diseñadas.

Pánico general. Las estructuras con diseño sismo resistente

son seriamente dañadas. Daño en los cimientos.

Destrucción grande en edificios bien construidos.

Grandes deslizamientos del terreno.

Casi nada queda en pie. Fisuras en el piso.

Tubeías subterráneas fuera de servicio.

Destrucción casi total. Catástrofe.

Grandes masas de roca desplazadas.

 

 

Goula(29) presenta una comparación de las diferentes escalas de intensidad macrosísmica, desde la escala Rossi-Forel aparecida en 1873 hasta la escala IMSK propuesta por Medvedev, Sponheuer y Karnik(51) muy utilizada a nivel mundial. Por otra parte, se observa que existe una buena aproximación entre las escalas IMM y la IMSK. La Intensidad sísmica depende de los siguientes factores:

Se han obtenido algunas relaciones entre la intensidad y la magnitud en base a los catálogos sísmicos. Para el Ecuador, por ejemplo, se ha encontrado(50):

(1.3)

 

 

 

1.3.2 Magnitud Sísmica

 

En forma general se puede decir que durante un sismo se propagan ondas internas, y ondas superficiales. Desde el hipocentro salen dos tipos de ondas internas conocidas con el nombre de ondas S y ondas P, las mismas que son convertidas en la superficie en ondas L y ondas R. La propagación de las ondas L de Love y R de Rayleigh se realiza desde el epicentro, como se indica en la figura 1.6

Figura 1.6 Propagación de ondas sísmicas.

La velocidad de las ondas P es superior a la velocidad de las ondas S por ese motivo llegan primero a una estación sismológica. De otro lado, las ondas P tienen menos intensidad que las ondas S. Por eso cuando hay un sismo se inicia con movimientos suaves los mismos que se van incrementando. A las ondas P y S también se les denomina ondas de cuerpo.

Las ondas R consisten en movimientos elípticos verticalmente y horizontalmente; en cambio las ondas L son movimientos en el plano horizontal.

Los sismógrafos son los equipos que miden la amplitud del movimiento de la tierra y el registro en papel se llama sismograma. En base a estos registros se determina la Magnitud de un sismo.

La magnitud de un evento sísmico mide la energía liberada en el hipocentro. Este concepto se fundamenta en el hecho de que la amplitud de las ondas sísmicas es una medida de la energía liberada en el foco o hipocentro. Fue Richter, en 1935, quien introdujo el concepto de magnitud, con el objeto de poder comparar la energía liberada por distintos sismos registrados en el sur de California. Es así como se definió la magnitud local ML.

Existen otras escalas de magnitud, una de ellas es la desarrollada por Gutenbergh, quien obtiene la magnitud en base a la amplitud de las ondas internas. A esta magnitud se denomina Mb.

Gutenbergh y Richter, en 1945, desarrollaron otra escala de magnitud en base a la amplitud de las ondas superficiales, a la que se denomina magnitud Ms, la misma que es muy utilizada actualmente.

Kanamori ha desarrollada otra escala, denominada Magnitud de momento sísmico Mw, que no tiene el problema de lo que se llama saturación de la magnitud. La saturación se da en otras escalas en el sentido de que por más grande que sea el sismo siempre tienen la misma magnitud. Esta saturación no se da con la escala Mw.

Los sismólogos también utilizan otra escala para definir la magnitud de un sismo y es la denominada Md, la misma que es función de la duración de la señal sísmica y la distancia hipocentral.

 

 

 

1.3.3 Atenuación de la Intensidad Sísmica.

 

Como se indicó en el apartado 1.3.1 cuando se produce un sismo, mientras más lejos se está del epicentro la intensidad del movimiento disminuye, a esto se denomina Atenuación del movimiento del suelo.

Existen relaciones empíricas entre la intensidad IMM, la magnitud M y la distancia focal R en Km, que han sido establecidas del análisis de isosistas de terremotos que han afectado a determinadas regiones. En la tabla 1.3 se presentan algunas de éstas relaciones:

Tabla 1.3 Relaciones de atenuación del movimiento del suelo

 

LUGAR

 

LEY DE ATENUACIÖN

 

AUTOR

 

 

Chile y Perú

Ecuador

California-México

 

 

 

Saragoni(16)

Aguiar(17)

Esteva(18)

 

 

 

1.4 ACELERACIÓN MÁXIMA DEL SUELO

 

Para el diseño sísmico de estructuras se necesita conocer la aceleración máxima del suelo, fundamentalmente, pero también es necesario conocer la velocidad y desplazamiento máximo del sismo para el cual se diseña la estructura. Estos datos se obtienen de los estudios de peligrosidad sísmica.

 

 

 

1.4.1 Valores máximos registrados de algunos sismos

 

Con el objeto de correlacionar magnitud con los parámetros máximos de movimiento del suelo, se indican a continuación algunos valores para los eventos indicados en la tabla 1.1, presentados en referencia (19). Es importante destacar que en la tabla 1.4, hace falta indicar la distancia focal a la cual se obtuvo el registro. Sin embargo de ello es importante que el proyectista estructural tenga en cuenta los valores de aceleración máxima, especialmente, de terremotos que se han registrado.

Tabla 1.4 Aceleración, Velocidad y Desplazamiento, máximos registrados(19).

 

ESTACÍON Y COMPONENTE

 

AÑO

 

M

 

A

(g)

 

V

(cm/s)

 

D

(cm)

 

 

El Centro, S00E

Eureka, N97E

Kushiro-Japón, N90E

Tokachi-Oki-Hachinoe, N00E

Pacoima-San Fernando, S16E

Bucarest-Rumanía, S00E

San Juan-Argentina, S90E

La Ligua-Chile, Long

Llolleo-Chile, N10E

Coralito-USA, N00E

Sylmar-Northridge, N00E

Santa Mónica-Northridge, N90E

 

 

1940

1954

1962

1968

1971

1977

1977

1981

1985

1989

1994

1994

 

6.3

6.5

7.0

7.9

6.6

7.1

7.4

6.8

7.8

7.1

7.1

7.1

 

-0.348

0.258

0.478

0.269

1.171

0.206

0.193

-0.469

-0.712

0.630

0.843

-0.883

 

-33.45

-29.38

-20.01

-35.43

113.23

-25.12

-20.60

-18.83

-40.29

-55.20

-128.88

41.75

 

-12.36

-12.55

5.22

-9.68

-41.92

-19.93

6.33

4.49

-10.49

12.03

-30.67

-15.09

 

 

 

 

1.4.2 Amplificación del Suelo.

 

Con relación a los datos de la tabla 1.4, es necesario indicar que los valores corresponden a los registros obtenidos a nivel de superficie de suelo. En los estudios de peligrosidad sísmica, tendientes a la obtención de espectros de diseño, los valores de aceleración máxima del suelo son a nivel de basamento rocoso. Concretamente, se puede indicar que las aceleraciones máximas de los registros indicados en la tabla 1.4 si se habrían medido a nivel de roca reportarían valores menores a los anotados.

En efecto, las condiciones locales del sitio tienen un papel fundamental en la amplitud y contenido de frecuencias del evento. En la figura 1.7, se compara el acelerograma del sismo de Urayasu(20,21), obtenido en el mismo sitio, tanto en el subsuelo como en la superficie.

Figura 1.7 Acelerogramas del sismo de Urayasu(20,21)-Japón, registrado en la superficie y a una profundidad de 37m.

Al observar los dos acelerogramas de la figura 1.7, se puede pensar que no fueron registrados en el mismo sitio, la diferencia es notable. En términos generales se puede indicar que el factor de amplificación para los dos registros es del orden de 2.2. Para el sismo de México de 1985 (M=8.1) el factor de amplificación fue del orden de 4 a 5 veces(22). Para el sismo de Loma Prieta(23) de 1989 (M=7.1) este factor varía entre 2 y 4. Para el de Colombia(61) de 1999 está entre 3 y 4.

 

1.4.3 Aceleración en función de la distancia.

 

En la tabla 1.5, se indican aceleraciones máximas de algunos eventos sísmicos considerando la distancia hipocentral pero sin clasificar el tipo de suelo en el cual se obtuvo el registro.

Tabla 1.5 Aceleración Máxima y distancia del registro sin clasificar el tipo de suelo.

LUGAR

AÑO

M

A

(g)

DISTANCIA

(Km)

 

San Juan-Impres(8)

Perú-Geofísico(8)

Perú-Geofísico(8)

Perú-Geofísico(8)

Macas-Ecuador(24)

Baeza-Ecuador(25)

Pomasqui-Ecuador(25)

 

 

1977

1966

1970

1974

1995

1987

1990

 

7.4

7.5

7.75

7.5

5.9

6.9

5.0

 

0.202

0.371

0.120

0.250

0.092

0.074

0.027

 

100.0

206.0

370.0

87.0

150.0

80.0

17.0

 

 

1.4.4 Aceleraciones en roca del sismo del 25-01-99.

 

El sismo registrado el 25 de enero de 1999, en el departamento del Quindío y que causó gran daño en Armenia(61), que se encuentra aproximadamente a 16 Km. del epicentro, donde la Intensidad Sísmica IMM fue de 8, tuvo una magnitud ML = 5.9 En la tabla 1.6, se presentan las acelaraciones de este evento registradas en roca, en función de la distancia epicentral.

Del análisis de la tabla 1.6, se observa que la aceleración máxima en roca registrada es menor a 0.09 g, valor bajo y sin embargo causó gran daño en Armenia y considerable en Pereira que está más distante del epicentro. En la zona epicentral, se estima que la aceleración máxima en roca estuvo alrededor de 0.35 g, valor alto. En base a toda esta información es importante realizar los siguientes comentarios:

Tabla 1.6 Aceleraciones máximas en roca del sismo del 25 de enero de 1999, en Colombia(64).

 

CIUDAD

 

ESTACIÓN

 

ACELERACIÓN

HORIZONTAL

 

DISTANCIA

(Km)

 

 

Filadelfia

Riosucio

Andes

Toche

Prado

Calima

Bogotá

Pereira

Pereira

Arbelaez

Betania

Bogotá

Bogotá

Colombia

Dagua

Guaduas

Norcasia

Pensilvania

Villahermosa

 

 

Filadelfia

Riosucio

Andes

Toche

Hidroprado

Calima

Ingeominas

Altolibare

Cper1

Cande

Cbeta

Cnsba

Crosa

Ccol

Cdagu

Cguad

Cnorc

Cpens

Cvill

 

0.008g

0.008g

0.006g

0.004g

0.007g

0.002g

0.001g

0.085g

0.079g

0.006g

0.005g

0.002g

0.003g

0.015g

0.003g

0.006g

0.007g

0.021g

0.012g

 

101.62

113.39

148.44

95.35

118.25

113.41

184.61

30.99

45.33

144.92

192.18

184.61

162.73

154.24

138.91

146.25

158.34

126.44

98.05