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Ingeniería Sismoresistente.


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Sísmica.



Análisis Sísmico de Edificios.



CAPÍTULO 1

PELIGROSIDAD Y ZONIFICACIÓN
SÍSMICA

Cuarta Parte.



1.7 PERÍODO DE RETORNO

 

Dependiendo del tipo de obra civil se determina la vida útil de la estructura y la probabilidad de excedencia con las cuales se va a determinar los mapas de isoaceleración que definen la peligrosidad sísmica a escala regional. Es importante destacar que durante la vida útil de la edificación pueden ocurrir aceleraciones mayores que las especificadas en el diseño.

Para edificaciones los códigos de Venezuela(45,69) y Colombia(39) han considerado una vida útil t de 50 años y una probabilidad de excendencia p del 10%, valores recomendados por el ATC-3-05(46) y que estan asociados a un período medio de retorno de 475 años.

(1.26)

El período de retorno(47) se puede evaluar, en forma aproximada, con la ecuación (1.26) y es el tiempo promedio transcurrido entre dos movimientos sísmicos que tienen la misma aceleración del suelo, para el caso que nos interesa. En general, se puede considerar otra variable de movimiento del suelo y determinar el período de retorno.

T ~ 712 años.

 

 

1.8 MAPAS DE PELIGROSIDAD SÍSMICA

 

Existen algunas formas de cuantificar y presentar los mapas de zonificación sísmica de una determinada región. Una de ellas es en base al análisis de las curvas isosistas de eventos registrados en el pasado. Para ello, los daños o efectos, producidos por un sismo son evaluados en función de la Intensidad. Con esta variable, como base se han realizado algunas zonificaciones a nivel de País, como es el caso de la primera norma sísmica de Perú de 1971.

Otra forma, de zonificar un País, aunque un tanto más elaborada es por medio de los mapas sismotectónicos, que incluyen: información tectónica, geológica, geofísica, geotécnica y sísmica. Desde el punto de vista de Ingeniería Sismo resistente, esta zonificación no aporta con parámetros con los cuales se pueda determinar las fuerzas de diseño sísmico de la estructura. por esta razón, la corriente más utilizada para zonificar sísmicamente un País, es la que se indica a continuación.

En la tercera forma de cálculo, se procede a evaluar la peligrosidad sísmica en términos probabilísticos, como se indicó en el apartado 1.6 En esta corriente de evaluación, el ATC 3-06 plantea la construcción de espectros de aceleración elástica en base a la aceleración máxima del suelo en roca, la misma que se obtiene de mapas de regionalización sísmica originados en curvas de igual aceleración para una vida útil de la estructura de 50 años y con una probabilidad de excedencia del 10%.

Las zonificaciones sísmicas que se han realizado en Venezuela, Colombia, Ecuador y Perú, teniendo en cuenta la vida útil y probabilidad de excedencia indicados se indican a continuación.

 

1.8.1 Zonificación sísmica de Venezuela

 

En la figura 1.9, se indica lo que podría ser, el primer mapa de zonificación sísmica de Venezuela, que fue publicado en la Norma COVENIN 1756-82(53). Este trabajo fue realizado en el Instituto de Materiales y Modelos Estructurales por José Grases, para el efecto se implementó en un computador H.P. 1000 E., el programa "Seismic Risk analysis", desarrollado por Robin McGuire(44) en 1975.

Figura 1.9 Zonificación Sísmica de Venezuela, según COVENIN 1756-82

 

Se destaca que se han definido cuatro zonas sísmicas, cuya aceleración máxima del suelo en roca, varía desde 0.08 g (8% de la aceleración de la gravedad) para la zona uno, hasta 0.30 g, para la zona cuatro. Las zonas dos y tres están caracterizadas por aceleraciones de 0.15 g y 0.22 g, respectivamente.

En 1998, se publica la norma Covenin 1756-98(69) y en ella se presenta la nueva zonificación sísmica deVenezuela, que podría considerarse como la última publicada a nivel de normativa para edificaciones sismo resistentes, la misma que se indica en la figura 1.10

En la Norma Venezolana de 1998, se clasifica el País, con fines de Ingeniería Sísmica, en siete zonas, que van desde 0.10 g, en la zona uno hasta 0.40 g, en la zona de mayor peligrosidad sísmica, que es la siete.

Los cambios más significativos que se han dado en los dos mapas, indicados en las figuras 1.9 y 1.10, son que en la Norma Covenin 1756-98 la zona 1, está caracterizada por una aceleración máxima del suelo en roca de 0.35 g y 0.40 g, en la norma de 1982 estas dos zonas estaban definidas por una peligrosidad sísmica de 0.30g.

Otra diferencia que existe entre las dos normas de 1982 y 1998, en cuanto se refiere a la determinación de la aceleración máxima del suelo en roca, es la incorporación en la Norma Covenin 1756-98 del factor de corrección j , el cual modifica la aceleración, indicada en la figura 1.10, en función del tipo de suelo. En efecto, en suelos en los cuales hay menos probabilidad de amplificación de las ondas sísmicas, como se tiene en los suelos duros, se puede disminuir hasta en un 15%, la aceleración especificada en la figura 1.10.

Figura 1.10 Zonificación Sísmica de Venezuela, según COVENIN 1756-98

 

 

 

1.8.2 Zonificación Sísmica de Colombia

 

Cuando se habla de Peligrosidad Sísmica de Venezuela, es importante estudiar los trabajos desarrollados por José Grases(71,72), de igual forma cuando este tema es tratado sobre Colombia, se deben conocer las contribuciones realizadas por Alberto Sarria(39).

En efecto, en Colombia Alberto Sarria ha sido autor o coautor de destacados trabajos, uno de ellos fue el que dirigió a José Atuesta(73) en la Universidad de los Andes, como proyecto de grado, en 1972. Del resultado de esta investigación Colombia se clasifica en cuatro zonas definidas de cero a tres. Al analizar este trabajo con la Normativa Sismo Resistente NSR-98(58), se observa una buena similitud, la zona cero corresponde a la que en la normativa NSR-98 la denominan "baja" y la zona 3 a la que denominan "alta".

Antes de la aparición del primer código de construcciones sismo resistentes, en 1984, la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, publicó en 1981 la Norma ACIS 100-81(74) la misma que fue utilizada de manera voluntaria por una gran cantidad de profesionales de la ingeniería. en la figura 1.11, se indica la zonificación presentada en la Norma ACIS 100-81, se observa que al País se lo ha divido en 6 zonas, en la zona 1, la aceleración máxima en roca es nula y en la zona 6, la aceleración tiene un valor de 0.30 g.

En la Norma Colombiana de Diseño y Construcciones Sismo resistente NSR-98, se cosideran nueve zonas sísmicas, que van desde 0.05 g, para la región de menor sismicidad que es la zona uno, hasta 0.40 g, para la zona nueve, como se aprecia en la figura 1.12.

Figura 1.11 Zonificación Sísmica de Colombia, según ACIS 100-81

A nivel de frontera, con el Ecuador en el ACIS 100-81, la aceleración a partir de la longitud 77, hacia la costa era de 0.3 g, en este tramo en el NSR-98 hay cambios y ahora varía desde 0.25 g hasta 0.4 g. En la frontera con Venezuela, en el sector en que la aceleracion era 0.3 g, con ACIS 100-81, ahora varía entre 0.15 g y 0.30 g.

 

 

1.8.3 Zonificación Sísmica del Ecuador

 

El primer mapa de Zonificación Sísmica del Ecuador, fue elaborado en el Instituto de Materiales y Modelos Estructurales, de la Universidad Central de Venezuela, por Roberto Aguiar en 1982(26), bajo la dirección de José Grases. El resultado de la investigación se indica en la figura 1.13, en la que se aprecian cinco zonas sísmicas, la de mayor peligrosidad corresponde a la costa norte que está definida por 0.35 g, y la de menor peligrosidad es la regíon nororiental con 0.15 g.

En el mapa de zonificación sísmica indicado en la figura 1.13, a más de la aceleración máxima en roca Amax, se indica la aceleración más probable que se espera durante la vida útil de la estructura.

En la figura 1.14, se presenta la última versión del mapa de Zonificación sísmica del Ecuador, del Código Ecuatoriano de la Construcción CEC-2000(75). Se tienen cuatro zonas, que van desde 0.15 g, en la región nororiental a 0.40 g, en la costa norte.

 

Figura 1.12 Zonificación Sísmica de Colombia, según NSR-98

La diferencia que existe entre los dos mapas de zonificación sísmica, del Ecuador, se presenta en el callejón interandino. En efecto, de acuerdo al CEC-2000, la sierra está definida por una peligrosidad sísmica de 0.40 g. En cambio, en el mapa de Aguiar-1982 este valor es de 0.25 g.

La diferencia se debe a que en la evaluación de la peligrosidad sísmica, el CEC-2000 incorporó los sismos históricos. En cambio en el estudio realizado por Aguiar(26), los sismos históricos sirvieron de base únicamente para definir las áreas fuentes, no se consideró en la evaluación porque en las crónicas, algunos eventos importantes están sobredimensionados, como los sismos del 4 de febrero de 1797(68) que afectó a la antigua ciudad de Riobamba o el sismo del 22 de febrero de 1757 que afectó a Latacunga y Pujilí(70).

A más de lo indicado, existe una buena correlación entre los dos mapas de zonificación sísmica del Ecuador. En algunos lugares la aceleración máxima del suelo en roca coinciden y en otros el CEC-2000 presenta valores ligeramente mayores en 0.05g.

Figura 1.13 Zonificación Sísmica del Ecuador realizada por R. Aguiar en 1982

Figura 1.14 Zonificación Sísmica del Ecuador, del futuro Código Ecuatoriano de la Construcción, CEC-2000

 

 

 

1.8.4 Zonificación Sísmica del Perú

 

Julio Vargas, ha realizado importantes contribuciones científicas en el campo de la zonificación sísmica del Perú(4,36), uno de esos trabajos es el indicado en la figura 1.15, que corresponde a un trabajo presentado en el "II Seminario Latinoamericano de Ingeniería Sismo Resistente", realizado en Lima en 1980(36). En este trabajo, a decir de sus autores, Robin McGuire les orientó en la evaluación de la peligrosidad sísmica.

Figura 1.15 Zonificación Sísmica del Perú realizada por Casaverde y Vargas.

En la figura 1.15, se observa que se ha zonificado a Perú, en cuatro zonas, con un factor de zona Z, que varía desde 0.4 para la zona uno, hasta 1.6 para la zona cuatro. Del análisis del trabajo se puede inferir que la zona uno está caracterizada por una aceleración máxima de roca de 0.11 g y la zona cuatro por 0.43 g. En la figura 1.15, se indican los restantes valores.

En la figura 1.16, se indica la zonificación sísmica de Perú, de acuerdo a la Norma Técnica de Edificación E.030, editada en 1997(76). Se aprecia que existen tres zonas; en la zona uno la aceleración máxima del suelo es 0.15 g, en la dos 0.30 g y en la zona tres, la de mayor peligrosidad sísmica la aceleración es 0.4 g.

Figura 1.16 Zonificación Sísmica del Perú, de acuerdo a la Norma Técnica de

Edificación E.030

 

 

1.8.5 Zonificación Sísmica de la C.A.F.

 

En la figura 1.17, se presenta la Zonificación Sísmica de las normas vigentes, al año 2000, en algunos Paises de la Corporación Andina de Fomento, C.A.F. Del análisis de esta gráfica se desprende lo siguiente:

 

 

 

 

1.9 FILOSOFÍA DE DISEÑO SÍSMICO

Figura 1.17 Zonificación Sísmica de acuerdo a las normas vigentes en Venezuela, Colombia, Ecuador y Perú.

 

 

1.9.1 Filosofía de diseño tradicional

 

La filosofía de diseño tradicional establece tres niveles de desempeño estructural que son: i) Servicio, ii) Daño, y iii) Colapso. Ante tres sismos de análisis definidos como: i) Menor, ii) Moderado, y iii) Severo, como se indica a continuación.

Los códigos, normalmente presentan los estudios de peligrosidad sísmica para el Sismo Severo. Esto ha sucedido en el Código Ecuatoriano de la Construcción CEC-2000, en la Norma Sismoresistente Colombiana NSR-98(58) y en las Especificaciones Sismorresistentes de Venezuela COVENIN 1756-98(69), entre otros. En que se indica las zonificaciones sísmicas para una vida útil de 50 años y con una probabilidad de excedencia del 10%.

Para poder verificar el comportamiento que tendrá una estructura ante los sismos denominados Menor y Moderado, es necesario definir la aceleración de estos eventos, de una manera similar a la efectuada para el sismo severo. Caso contrario la filosofía clásica de diseño quedará como un simple enunciado estructural.

No basta indicar que el sismo Menor o sismo pequeño se va a presentar durante la vida útil de la estructura o que es probable que el sismo Moderado se registre alguna vez en el tiempo de vida medio de la edificación.

Tampoco se deben establecer valores generales, como indicar que la aceleración máxima del suelo en roca, para el sismo pequeño es menor a 0.06 g (6% de la aceleración de la gravedad) y que la aceleración para el sismo moderado es menor que 0.12 g. Estos valores pueden ser adecuados para un determinado lugar pero en términos generales no lo son, puesto que en el mundo existen zonas con diferente peligrosidad sísmica.

 

 

1.9.2 Sismos de análisis de acuerdo a VISION 2000

 

Tanto el SEAOC (Structural Engineers Association of California) 1995\ref{65} como el ATC-33\ref{49}, en sus documentos VISION 2000 y guía NEHRP, establecen claramente la manera de cuantificar las características de los sismos que deben considerarse en el análisis sísmico de estructuras. En primer lugar, se debe indicar que no son tres los sismos de análisis, como se tenía anteriormente, ahora son cuatro los mismos que están definidos de la siguiente manera:

El Sismo Ocasional es equivalente al Sismo Moderado y el Sismo

Frecuente es equivalente al Sismo Menor.

 

Para cada uno de estos eventos se define un nivel de desempeño de la estructura o un nivel de comportamiento global de la edificación, tema que será analizado posteriormente.

En el numeral 1.6.4, se determinó la aceleración máxima del suelo para una estructura cuya vida útil es de 75 años y con una probabilidad de excedencia del 10%, a partir de los valores b y k. Procediendo de igual manera, con las diferentes probabilidades de excedencia y vida útil de cada uno de los sismos de análisis de VISION 2000. Se obtienen los valores indicados en la tabla 1.12.