Unidad No. 1 Peligro Sísmico.docx

**UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR** **FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS** **CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL** **DISEÑO SISMORRESISTENTE** **UNIDAD NO. 1** **PELIGRO SÍSMICO** 1. **Origen de los sismos** Un sismo es un movimiento del terreno causado por la liberación repentina de energí...

**UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR** **FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS** **CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL** **DISEÑO SISMORRESISTENTE** **UNIDAD NO. 1** **PELIGRO SÍSMICO** 1. **Origen de los sismos** Un sismo es un movimiento del terreno causado por la liberación repentina de energía en la corteza terrestre. Esta energía puede provenir de distintas fuentes. Éstas se clasifican principalmente en dos grupos: - Perturbaciones continuas - Perturbaciones discontinuas 1. **Perturbaciones continuas** Las perturbaciones continuas se clasifican como: 1. **Perturbaciones continuas artificiales** 1. **Tráfico** 2. **Maquinaria** 2. **Perturbaciones continuas naturales** 3. **Meteorológicas** 1. **Tormentas** 2. **Viento** 3. **Tormentas de nieve** 4. **Agua en movimiento** 4. **Superficial** 5. **Arroyos y ríos** 6. **Cascadas y cataratas** 5. **Temblores volcánicos continuos** 2. **Perturbaciones singulares** 3. **Perturbaciones singulares artificiales** 6. **Excavación por medio de explosivos** 7. **Pruebas de explosivos** 8. **Demoliciones** 9. **Bombas** 10. **Armas de fuego** 11. **Detonaciones accidentales artificiales** 4. **Perturbaciones singulares naturales** 12. **Causas menores** 13. **Perturbaciones volcánicas** 14. **Perturbaciones tectónicas** - Profundidad menor a 60 km. - Profundidad entre 60 y 300 km. - Profundidad entre 300 y 700 km. **Teoría de tectónica de placas** En base a las observaciones que se han realizado a lo largo de los siglos, se ha podido notar que ciertas zonas del planeta son altamente susceptibles a la ocurrencia de sismos. De igual forma se ha evidenciado movimientos relativos del terreno con el paso del tiempo. Estas evidencias son el fundamento de la teoría de tectónica de placas.  Las placas tectónicas tienen las siguientes denominaciones: Map Description automatically generated **Placas tectónicas** Las placas tectónicas son porciones de roca que poseen un espesor aproximado de 100 km. Se ubican entre la corteza terrestre o litósfera y el manto superior de la Tierra. **Corteza o litósfera** La corteza es una capa exterior que posee un espesor de 25 a 60 km en zonas continentales, y de 4 a 6 km en zonas oceánicas. **Manto** El manto es una porción que se ubica aproximadamente a una profundidad entre 30 y 2900 km. **Astenósfera** La astenósfera forma parte del manto y es una capa que se encuentra a una profundidad aproximada de 50 km y que posee un espesor de 400 km. La corteza se desplaza sobre esta capa.  **Tipos de límites de placas** - Límites divergentes o de ruptura: Cresta del Océano Atlántico - Límites convergentes o de subducción: Zona de subducción entre la Placa de Nazca y la Placa Sudamericana: - Límites transformantes o de deslizamiento. Falla de San Andrés, California, Estados Unidos. **Tipos de fallas** ▷ Fallas geológicas \[ Tipos \] Características y Ejemplos **Ondas sísmicas relacionadas a eventos sísmicos** **Ondas primarias u Ondas P** Se conocen también como temblores preliminares. Son comúnmente la primera parte de los eventos sísmicos que se pueden detectar. Estas ondas producen fenómenos de compresión y de tensión en el terreno. Poseen en general un potencial de daño pequeño.  **Ondas secundarias u Ondas S** Se conocen también como ondas de corte (shear). Estas ondas producen movimientos verticales y horizontales. 2. **Sismicidad del Ecuador**  El Ecuador se ubica en una zona de subducción entre la placa de Nazca y la placa Sudamericana. La cercanía a esta zona de subducción es el motivo de la constante ocurrencia de sismos. Cabe destacar que el fenómeno de subducción dio origen a la cordillera de los Andes. El fenómeno de subducción se produce a una velocidad de 7 cm por año en dirección hacia el este-noreste. Esta zona de subducción posee una caída o pendiente general de 25° a 30°. Existen irregularidades en esta zona de subducción debido a la presencia de la dorsal de Carnegie. La dorsal de Carnegie es una plataforma oceánica que se formó cuando la placa de Nazca se desplazó sobre el punto caliente de las Galápagos. La interfaz de la placa encima de la parte subducida de la dorsal tiene una caída menos profunda que la zona inmediatamente al norte y al sur, cuyos límites probables son marcados por dos grandes fisuras en la placa de Nazca subducida. **Sismicidad** Los terremotos que afectan al Ecuador pueden dividirse en aquellos que resultan del movimiento en la interfaz de subducción a lo largo del borde de las placas, los que resultan de la deformación dentro de las placas de Nazca y de Sudamérica, y los que están asociados con volcanes activos. **Terremotos interplacas** Los terremotos interplacas (en inglés: megathrust earthquakes) se producen a lo largo de la interfaz de subducción y suelen ser los terremotos más fuertes, a menudo provocando tsunamis destructivos, como el terremoto de Ecuador y Colombia de 1906. **Terremotos intraplacas** Los terremotos más dañinos que afectaron a Ecuador son los asociados con las fallas dentro de la placa sudamericana, como el terremoto de Ambato de 1949. Los terremotos dentro de la placa de Nazca subducida, como el terremoto de Ecuador de 2010 con una magnitud de 7.1 Mw, son generalmente demasiado profundos como para causar un daño significativo en Ecuador, a pesar de que son perceptibles en una región muy amplia. **Terremotos volcánicos** Enjambres de sismos relativamente pequeños son comúnmente asociados con la actividad volcánica, como el enjambre de Quito en el período 1998-1999 que estaba vinculado con el volcán Guagua Pichincha. **Terremotos Notables** **Lugar** **Fecha** **Hora (UTC)** **Magnitud** **Profundidad** **Muertes** ------------------------------------------ ------------------------- ---------------- -------------- ----------------- ------------- Terremoto de Riobamba de 1797 4 de febrero de 1797 12:30:00 PM 8,3 Ms \- 6000-40.000 Terremoto de Ambato de 1949 5 de agosto de 1949 7:08:00 PM 6,8 ML 40 km 5050 Terremoto de Ecuador y Colombia de 1958 19 de enero de 1958 9:09:00 AM 7,6 Ms 60 km 111 Terremoto de Tumaco de 1979 12 de diciembre de 1979 2:59:00 AM 7,6 Ms 33 km 300-600 Terremotos de Ecuador de 1987 5 de marzo de 1987 1:54:00 AM 6,1 Ms 10 km 300 Terremoto de Bahía de Caráquez de 1998 4 de agosto de 1998 1:59:00 PM 7,2 Mw 33 km 3 Terremoto de Quito de 2014 12 de agosto de 2014 7:57:00 PM 5,1 Mw 11.9 km 4 Terremoto de Manabí y Esmeraldas de 2016 16 de abril de 2016 6:58:00 PM 7,8 Mw 20 km 660 Terremoto de Esmeraldas de 2016 19 de diciembre de 2016 2:11:00 AM 5,8 Mw 10 km 3 Terremoto de la Amazonía 2017 18 de abril de 2017 12:50:00 PM 6,1 Mw 16.84 km 0 Terremoto de Bahía de Caráquez de 2017 30 de junio de 2017 6:58:00 PM 6,0 Mw 9 km 0 Terremoto de Macas de 2019 22 de febrero de 2019 5:17:00 AM 7,5 Mw 65.29 km 1 Terremoto de Guayaquil de 2019 22 de febrero de 2019 5:40:00 AM 6,0 Mw 34.41 km 1 Terremoto de Salinas de 2019 31 de marzo de 2019 1:04:00 AM 6,2 Mw 27 km 0 3. **Fallas ciegas de Quito** Existen dos grandes sistemas de fallas activas que afectan a la capital del país, cada una muestra patrones cinemáticos distintos en relación con su geomorfología. Estas son el sistema de fallas de Quito (QFS) y el sistema de fallas Guayllabamba (GFS). El sistema de fallas de Quito es un plano de fractura conformado por 3 grandes segmentos tectónicos que en longitud alcanzan los 60 kilómetros. Está formado por fallas inversas o ciegas, es decir, fallas con ángulos menores o iguales a 45° y genera en la ciudad de Quito eventos ocasionales de magnitudes superiores a los 4 grados (escala de Richter) pero que se estima podrían alcanzar magnitudes de hasta 7 grados (escala de Richter). Por otro lado, se tiene el sistema de fallas Guayllabamba ubicado a 20 Km al noroeste de Quito, por lo cual su influencia en la ciudad es considerablemente menor.  4. **Definición de Peligro sísmico** El peligro sísmico (o peligrosidad sísmica) de una región se denomina a la probabilidad de que se produzcan en ella movimientos sísmicos de una cierta importancia en un plazo determinado. El peligro sísmico es una magnitud geofísica que da la probabilidad de ocurrencia de sismos en un área geográfica específica durante un intervalo de tiempo determinado e involucrando aceleraciones del suelo por encima de cierto valor dado. Da idea por tanto de la probabilidad de que se produzcan determinadas aceleraciones del suelo. Las estimaciones de peligro sísmico están frecuentemente basadas en análisis estadísticos de la historia sísmica (catálogo) del área de interés. Una fórmula empírica de uso frecuente para determina la probabilidad de ocurrencia de algunos terremotos en un período T es: Chart, diagram Description automatically generated Donde: T~r~ (M~0~) es el período de retorno sísmico, para terremotos de intensidad M~0.~ **Definición de Riesgo sísmico** En el riesgo sísmico influyen la probabilidad de que se produzca un evento sísmico o terremoto, los posibles efectos locales de amplificación de las ondas sísmicas, directividad, etc., la vulnerabilidad de las construcciones (e instituciones) y la existencia de habitantes y bienes que puedan ser perjudicados. **Cuantificación del riesgo sísmico** No existe una única manera de evaluar el riesgo sísmico, por lo que diferentes normas y diferentes autores trabajan con diferentes índices de riesgo. Un índice de riesgo (Rs) es una función computable a partir de la peligrosidad sísmica (P), la vulnerabilidad sísmica (V) y el daño sísmico potencial (D), algo como: R~s~ = ϕ ( P , V , D ) Donde: **P**, o peligrosidad depende de la región donde está ubicada una determinada construcción o infraestructura, y es una medida relacionada con la probabilidad de ocurrencia de sismos de cierta intensidad. **V**, o vulnerabilidad depende de la tipología y características geométricas de una construcción, así como de los materiales con que fue fabricada. **D**, o daño es una medida de los daños materiales o el número de víctimas potencial en caso de fallo estructural de la construcción o infraestructura. El riesgo se ve potenciado cuando la peligrosidad aumenta, o aumenta la vulnerabilidad o aumenta el daño potencial, por esa razón la función ϕ ( ⋅ , ⋅ , ⋅ ) se toma como una función monótona creciente en todos sus argumentos. Si la función es diferenciable eso implica:  Sr. Flores Frank 5. **Zonificación Sísmica de la NEC.** Durante los eventos sísmicos se registra la máxima aceleración del terreno, PGA por sus siglas en inglés (Peak Ground Acceleration). Este se constituye como uno de los parámetros fundamentales para definir el peligro sísmico de un lugar en particular. Teniendo en consideración que un lugar determinado puede tener cualquier tipo de suelo, esta aceleración se mide teniendo en cuenta un perfil de roca. La Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15 ha definido la zonificación sísmica del Ecuador considerando un 10% de excedencia en 50 años, lo cual corresponde a un periodo de retorno de 475 años. Considerando la expresión anteriormente tratada: Chart, diagram Description automatically generated \ [\$\$1 - \\left\\lbrack 1 - \\frac{1}{475} \\right\\rbrack\^{50} = 0.10 = 10\\%\$\$]{.math.display}\ El valor de la aceleración en roca se indica como una fracción de la aceleración de la gravedad. La Norma Ecuatoriana de la Construcción define a este valor como el factor Z. En esta norma se señalan los siguientes valores de Z  1 Zonificación Sísmica del Ecuador. Fuente: NEC-11. Es importante tener\... \| Download Scientific Diagram 6. **Efectos de Sitio** La aceleración que se presenta en un lecho rocoso no es la misma que va a experimentar una estructura. Debido a varios factores va a existir una diferencia entre la aceleración que se produce en el lugar de origen de un sismo, y el lugar donde se va a ubicar una estructura. Estos factores se conocen como efectos de sitio. **Efectos de sitio por direccionalidad** Los terremotos de magnitud reducida son frecuentemente generados por fuentes que pueden ser aproximadas como un punto, debido a que la fuente posee solamente unos pocos kilómetros de longitud. Por el contrario, los terremotos de gran magnitud poseen una fuente que puede poseer varios cientos de kilómetros de longitud. Para este caso, la propagación de las ondas sísmicas está influenciada por el tamaño de la fuente. De forma general las ondas sísmicas se propagan, en la dirección de la falla más intensamente que en otras direcciones. Esta característica afecta la distribución de la intensidad de las vibraciones y por lo tanto la distribución de los parámetros de vibración del terreno, y consecuentemente la distribución de los daños. Los efectos de direccionalidad ocurren debido a que las rupturas de las fallas mueven fuentes de ondas que viajan a una velocidad finita. Esto implica que ubicaciones equidistantes de una fuente están sujetas a grados variables de vibración que provienen del mismo evento sísmico. Esto es fundamentalmente una manifestación del efecto Doppler.  **Efectos de sitio por suelo** El suelo donde se ubica una edificación es uno de los factores que afecta de manera notable la magnitud de la aceleración que se origina en una fuente sísmica. El suelo, como todo objeto, posee una frecuencia de vibración natural. Si esta frecuencia coincide con la de una estructura, se va a producir lo que se conoce como fenómeno de resonancia. Este fenómeno amplifica las aceleraciones, velocidad y desplazamientos inducidos por el terreno, lo cual se constituye como una de las principales causas asociadas al colapso de estructuras. El periodo de sitios T~s~ para una capa uniforme de suelo que se ubica sobre un lecho rocoso se puede estimar con la siguiente relación empírica: A picture containing schematic Description automatically generated En esta ecuación: H = Es la profundidad de la capa de suelo (en metros). v~s~ = Es la velocidad de onda de corte del suelo (en m/s). Algunas velocidades de onda de corte de suelos se detallan a continuación:  Se observa que la roca y suelos de gran dureza poseen velocidades de onda de corte elevadas, mientras que los suelos blandos poseen velocidades de onda de corte reducidas. Considerando la velocidad de onda de corte del suelo, la Norma Ecuatoriana de la Construcción clasifica a los suelos en el Ecuador (y en la ciudad de Quito) de la siguiente forma:  Text, application Description automatically generated with medium confidence 7. **Filosofía de diseño sismorresistente considerando fuentes sísmicas** **Consideraciones a nivel de elemento** - **Calidad de materiales de construcción** Se debe tener presente que se debe disponer de materiales de construcción que cumplan con normas técnicas de calidad. Se debe verificar esta calidad en materiales como: - Hormigón (Comité ACI 211) - Acero de refuerzo para hormigón armado (ASTM A955) - Perfiles de acero estructural (A36, A572, A992) - **Dimensionamiento de elementos estructurales** Se debe considerar los que indican los códigos de construcción para realizar: - El dimensionamiento y el detalle del refuerzo transversal y longitudinal en estructuras de hormigón armado. - La selección o el dimensionamiento de perfiles de acero en estructuras de acero. - **Ductilidad** Se debe asegurar que los elementos de una estructura posean capacidad suficiente para disipar energía a través de deformaciones. Este principio es fundamental para evitar fallas frágiles las cuales se producen de forma casi inmediata e impiden notar signos de falla en el caso de eventos destructivos como sismos. Para el caso de estructuras de hormigón armado - Se debe procurar colocar una cantidad de acero que asegure un comportamiento dúctil. Es decir, lograr una condición en la que el acero fluya y pueda someterse a deformaciones considerables antes de que el hormigón falle a compresión. - Se debe procurar escoger elementos estructurales y conexiones que permitan la formación de rótulas plásticas. Estos elementos permiten redistribuir deformaciones y disipar energía en estructuras de acero. **Consideraciones a nivel de sistema** **Procurar regularidad, sencillez y simetría en planta**  WINSTON 3 CAR 5241 - 3 Bedrooms and 2 Baths \| The House Designers Cuando existe irregularidad en la estructura se presenta un problema conocido como torsión en planta.  Por esta razón se prefiere separar a la planta en bloque regulares que se unen por medio de juntas de construcción. **Centro de masa:** Corresponde a la ubicación donde se podría concentrar de forma equivalente toda la masa de un piso de una estructura. Comúnmente debido a que se tienen losas de espesor regular, este centro de masa coincide con el centroide de este elemento. **Centro de rigidez:** Corresponde a la ubicación donde se puede concentrar la rigidez de los elementos verticales que soportan a un piso de una estructura. El centro de rigidez por lo tanto se va a encontrar de forma más cercana a los elementos verticales. Se debe tener en cuenta que lo que define a este centro de rigidez está relacionado con la inercia de las secciones de estos elementos verticales (La inercia forma parte de la rigidez a flexión de un elemento estructural, que se define como EI) Nuevo catálogo de juntas de dilatación de Emac® \| Construnario.com **Procurar regularidad, sencillez y simetría en elevación** Es necesario evitar cambios bruscos de las dimensiones en elevación de las edificaciones.  Vertical geometric irregularity in stepped building frames \...  Irregular exterior elevation - GharExpert  DOF - Diario Oficial de la Federación Los cambios bruscos de rigidez en elevación inducen distribuciones de fuerza irregulares en los elementos estructurales que conectan cada una de las secciones de la edificación. Lo cual constituye un factor de riesgo durante eventos sísmicos. Lo más conveniente en estos casos es separar cada una de las secciones de la edificación (que poseen una elevación diferente) por medio de juntas de construcción. **Los elementos verticales tales como columnas y muros de corte deben ser continuos desde la cimentación hasta el último piso**  1 criterios estructuracion  Un criterio de estructuración importante es no ubicar columnas sobre voladizos. **Evitar pisos débiles o blandos** El piso débil o blando es un nivel de la estructura que posee una rigidez lateral menor que el resto de los pisos. Comúnmente esta condición genera una distribución irregular de fuerzas en las estructuras durante eventos sísmicos. Si bien las paredes de mampostería no se consideran como elementos estructurales, éstas efectivamente afectan las rigideces laterales de los niveles de la edificación. Fundamentos para la Mitigación de Desastres en Establecimientos de \...  Criterios fundamentales para el diseño sismorresistente  **Es preferible evitar configuraciones alargadas en planta** Existen dos desventajas de las configuraciones en planta alargadas: - La rigidez es insuficiente para resistir acciones sísmicas en la dirección transversal - Existe una distribución de momentos inadecuada en la dirección longitudinal. El Telégrafo - Noticias del Ecuador y del mundo - Quito recibe \...  En estos casos es preferible dividir a la estructura en bloques regulares y utilizar juntas de construcción. **Evitar columnas cortas** Las columnas cortas se presentan en estructuras irregulares, así como en construcción donde hay muros de mampostería a la mitad de la altura de la columna Las columnas cortas tienden a concentrar esfuerzos de corte lo cual incrementa la susceptibilidad de la estructura al colapso. El Efecto de columna corta en edificaciones  C:\\Users\\carlo\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.MSO\\4F9DF7B1.tmp Para evitar estos tipos de falla es preferible cubrir totalmente a una sección de la pared con mampostería. Es conveniente utilizar métodos para separar la mampostería de la estructura Se aconseja también utilizar morteros con una dosificación adecuada para que la pared no sea demasiado rígida. En muchos casos es preferible utilizar sustitutos a la mampostería de bloque tradicional como el gypsum.  Vertical Expansion Joints \| Abbot Building Restoration Co., Inc.  **Diseñar adecuadamente las juntas de construcción en edificios adyacentes.** En algunas ocasiones un grupo de estructuras adosadas, no poseen la misma altura en cada uno de sus pisos, lo cual genera puntos de contacto entre vigas y columnas, que podrían ocasionar el colapso de las estructuras. Por lo tanto, es necesario prever los máximos movimientos que se pueden presentar en las estructuras para diseñar adecuadamente las separaciones y las juntas de construcción. El Metro está pasando y Solanda se está hundiendo - La Barra \...  Separación entre Edificios, su Importancia