Características Que Definen La Acción Sísmica

ANÁLISIS ESTRUCTURAL I
ORIGEN DE LA ACCIÓN SÍSMICA

Resumen
Ing. Daniel Sarcinella
Profesor UTN
CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN LA ACCIÓN SÍSMICA
DEFINICIÓN y CLASIFICACIÓN
Se define a un SISMO como un movimiento vibratorio, más o menos rápido y violento de la superficie terrestre.
Cuando es leve, se lo suele llamar “Temblor” , cuando es más fuerte y causa daños se lo denomina “Terremoto”
Los sismos pueden ser provocados por distintas causas:
a) Desplazamientos relativos entre las distintas placas que forman la corteza terrestre. Estos son los de mayor
interés en la ingeniería. A los de este tipo se los llaman tectónicos
b) Erupciones volcánicas, a estos se los llaman volcánicos
c) Provocados por derrumbes, estos son de menor magnitud
d) Los provocados por explosiones o voladuras, también los provocados por el llenado de presas hídricas,
estos sismo son de origen artificial.
SISMOS DE ORIGEN TECTÓNICOS

Como dijimos, estos son los que más le interesan a la ingeniería estructural, y son los provocado por el
movimiento relativo de las placas tectónicas.
De acuerdo a esto, la corteza terrestre se encuentra sometida a esfuerzos asociados a deformaciones
cortantes, cuando se sobrepasa la resistencia de la falla, la corteza tiende a recuperar su configuración no
deformada, es ahí cuando se libera toda la energía acumulada en la deformación elástica, provocando un
sismo.
Como consecuencia de lo anterior, es muy difícil prevenir cuando se va ha producir un sismo.
ONDA SÍSMICA
Los sismos o terremotos, se originan en un cierto volumen de la corteza terrestre, no obstante se denomina FOCO
al punto donde se considera que emana la primera onda sísmica.
La proyección de éste punto sobre la superficie terrestre se la denomina EPICENTRO
Del foco se emiten los distintos tipos de ondas vibratorias que componen a un sismo, las que se transmiten por las
distintas capas rocosas que constituyen la corteza terrestre hasta llegar al lugar de emplazamiento del edificio.
Los terremotos son de escasa duración, hablamos de segundos, y rara vez sobrepasan el minuto.
Durante un sismo se presentan con frecuencia uno o más picos de gran magnitud en el movimiento, los que
representan el máximo efecto del terremoto.
Si bien la intensidad de un sismo se mide en función de la cantidad de energía liberada en el foco, el efecto crítico
sobre una estructura dada, se determina por los movimientos del terreno por debajo de dicha estructura.
La magnitud de estos movimientos es afectada principalmente por la distancia que hay entre el epicentro y la
ubicación propiamente dicha de la estructura.
MAGNITUD e INTENSIDAD
La magnitud es una medida de la energía liberada durante un sismo
A todo sismo le corresponde una sola magnitud, la que se expresa en la escala de RICHTER.
La intensidad es una medida de la severidad de un terremoto en cierto lugar
Un cierto temblor tiene distintas intensidades en diferentes lugares.
La escala para medir dichas intensidades es la de MERCALLI MODIFICADA, es una escala de tipo subjetiva, y
asigna un valor en grados que va desde I a XII.
El criterio para asignar un determinado grado, es de como se sintió en un determinado lugar el sismo.
REGITROS y SU EMPLEO EN EL DISEÑO

Entre los aparatos con que se dispone para medir el movimiento de la superficie del terreno, están los acelerógrafos,
estos miden la historia de las aceleraciones en el lugar donde fueron colocados. Los registros así obtenidos se
llaman acelerogramas, en los que se llevan en ordenadas los valores de las aceleraciones que experimenta el
terreno, expresadas en un porcentaje de la aceleración de la gravedad (g), y en absisas se coloca el tiempo en
segundos
Los datos así obtenidos, se llevan a laboratorios y a través de modelos matemáticos, experimentaciones y
formulaciones empíricas, se van confeccionando las normas que rigen el Análisis de las Estructuras.
Luego, cuando se produce un gran terremoto, se envían los ingenieros investigadores al lugar del hecho, y con las
mediciones obtenidas, se van corrigiendo los códigos.
RESPUESTA ESTRUCTURAL FRENTE A LA ACCIÓN SÍSMICA

Ductilidad y Resistencia
Como ya dijimos, los sismo son provocados por ondas vibratorias que se propagan en todas direcciones
provocando desplazamientos del terrenos. Estos movimientos son erráticos y pueden producirse en todas las
direcciones incluso en dirección vertical. Como consecuencia de ello, las construcciones en su conjunto y sus
partes experimentan aceleraciones y desplazamientos, lo que trae como consecuencia esfuerzos y deformaciones
en sus distintos elementos, estructurales o no, cuya magnitud dependerá de la energía recibida por el edificio.
Esta energía recibida, es función del tipo de suelo en que se apoya, y de las características dinámicas de la
construcción.
Es función del Análisis estructural, determinar la energía probable que recibirá el edificio, a fin de proporcionarle
los mecanismos adecuados para poder absorber y disipar dicha energía.
La ductilidad es la propiedad más importante de las estructuras, incluso más que la resistencia
Se dice que un sistema estructural es dúctil cuando es capaz de experimentar deformaciones considerables bajo
cargas sensiblemente constantes sin sufrir daños excesivos o pérdida de resistencia.
Las curvas a) y b), de la figura muestran la relación típica entre cargas P, y deformaciones D, aplicadas a
estructuras dúctiles y rígidas respectivamente
Podríamos definir la ductilidad como la capacidad que tiene una estructura de absorber energía potencial de
deformación.
Para que la ductibilidad sea significativa, la deformación plástica previa a la falla debe ser considerablemente
mayor a la deformación elástica en el punto de fluencia.
Por otra parte, la resistencia es la propiedad de soportar un determinado esfuerzo sin que se produzca la rotura.
Se mide el esfuerzo máximo que es capaz de soportar la pieza hasta la rotura.
Es importante poder entender, que una estructura cuyo comportamiento responde a la curva a), tiene mayor
posibilidad de subsistir ocurrido un terremoto.
RIGIDEZ y DEFORMACIONES
La RIGIDEZ de una estructura es la capacidad que tiene la misma a oponerse a las deformaciones. La carencia de
rigidez implicaría una estructura muy FLEXIBLE.
Por otra parte la RIGIDEZ RELATIVA es la comparación de la deformación de dos o más elementos estructurales
sometidos a la misma acción de carga.
Con el diseño sismo-resistente y con el análisis estructural debemos no solo dotar de un cierto grado de seguridad
a las estructuras, si no que también controlar las deformaciones ya que estas son directamente responsables de los
daños de los elementos estructurales y no estructurales.
ANALISIS ESTRUCTURAL SISMORESISTENTE

Consideraciones Básicas
Frente a la acción sísmica tenemos dos consideraciones básica:
a) Las fuerzas de origen sísmicos aplicadas a las estructuras tiene dirección horizontal, o sea actúan en forma
perpendicular a las cargas gravitatorias. Por tal motivo, a los elementos dispuestos para absorber las cargas
gravitatorias, se les debe también conferir resistencia para absorber cargas laterales, o sea sísmicas.
b) La Naturaleza de la fuerza sísmica es DINÁMICA, o sea son cargas que implican movimiento. El análisis de sus
efectos requiere considerar las propiedades dinámicas de la estructura, las que se determinan por el tamaño,
peso, rigidez, período fundamental, tipo de vinculación, grado de elasticidad de sus materiales y
amortigüamiento de la misma.-
Las cargas dinámicas de origen sísmicos no actúan sobre los edificios con una fuerza, si no más bien, una
consecuencia del movimiento inducido en la estructura, en cuyo caso la masa del edificio en realmente la fuente de
carga.
Los efectos de una carga dinámica sobre una estructura, están determinados tanto por la respuesta de esta, como
por la naturaleza de la carga. Esto implica que la misma acción dinámica puede producir efectos diferentes sobre
estructuras distintas.
ANALISIS BASADO EN EFECTOS ESTÁTICOS EQUIVALENTES
Éste método se basa en transformar a términos estáticos los efectos de las cargas y la respuesta de la estructura.
De esta manera se eliminan los complicados métodos de análisis dinámicos.
La transformación fundamental consiste en establecer una hipotética fuerza estática horizontal que se aplica a las
estructuras para simular los efectos de los movimientos laterales durante un sismo. El valor de esta fuerza se
calcula como un cierto porcentaje del peso del edificio, el que constituye la fuente real de la carga de energía
cinética, una vez que aquel está en movimiento.
Este método tiene sus limitaciones en cuanto a su aplicación, ya que con él no se puede evaluar algunos aspectos
fundamentales de estructuras de cierta envergadura.
En los códigos sismo-resistente, se encuentra perfectamente aclarado en que caso se puede aplicar y en que caso
no.
ELEMENTOS DE LOS SISTEMAS RESISTENTES A CARGAS LATERALES
Estos están compuestos por una combinación de elementos verticales con elementos horizontales. Dentro de los
elementos verticales encontramos muros de mampostería, tabiques de hormigón, pórticos, marcos, columnas
aisladas y combinaciones de los mismos.
Los elementos horizontales son las cubiertas y los entrepisos. Cuando estos últimos conforman planos con la
suficiente rigidez y resistencia se los denominan “diafragmas horizontales” y su misión es recolectar las fuerzas
horizontales de un determinado nivel y distribuirlas en los elementos verticales del sistema lateralmente
resistente.
COMPORTAMIENTO DE LOS DIAFRAGMAS RÍGIDOS
Su rigidez deber ser suficiente coma para poder distribuir las acciones horizontales entre los elementos verticales
sismo-resistentes.
Si por el contrario, estos no tienen la rigidez necesaria, se transforman en diafragmas flexibles, por lo que los
elementos verticales, deberán soportar las acciones horizontales por si solos (cubiertas de madera)
EFECTOS DE TORSIÓN
Si el punto de aplicación de la acción sísmica (centro de masa del nivel considerado), no coincide con el centroide
de las rigideces de los elementos sismo-resistente verticales, se produce un efecto de torsión en la estructura,
dicho efecto se debe sumar a los efectos de fuerza directa.
Para que esto ocurra, el diafragma deber ser rígido
COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMETOS VERTICALES
Según los distintos códigos vigentes, los elementos verticales son
a) Muros: Generalmente planos, soportan acciones en su plano, tanto verticales como horizontales
b) Tabiques: Muros o placas de hormigón armado, soportan acciones verticales y horizontales. Su deformación por
corte y flexión son comparables
c) Pórticos: Sistema resistente formado por múltiples elementos cuya deformación predominante es por flexión.
d) Columnas aisladas: Su rigidez en ambos direcciones son comparables
Los requisitos estructurales que deben cumplir los elementos sismo-resistentes son:
a) Resistencia al corte directo:
b) Resistencia al momento de vuelco, considerando al elemento sismo-resistente como ménsula
c) Resistencia al deslizamiento
La solicitación debida al esfuerzo de corte se considera en forma independiente de las demás acciones que
puedan estar sometiendo al elemento. De esta manera se verifica que las dimensiones otorgadas al elemento
sismo-resistente, sea capaz de soportar el máximo esfuerzo de corte, el cual surge de la suma del corte directo y
del corte rotacional.

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