Introducción Los terremotos son las catástrofes naturales que han cobrado más vidas humanas y pérdidas de infraestructura tanto pública como privada a lo largo de la historia. En el año 1910 la Sociedad Sismológica de América identificó los tres aspectos principales del problema sísmico. - el terremoto e n sí ; cuando , donde y como o curren los sismos. - el movimiento del terreno asociado. - el efecto sobre las construcciones. Los dos primeros representan la peligrosidad sísmica de un determinado lugar, mientras que el último aspecto se relaciona con la vulnerabilidad, vulnerabilidad, es decir, la predisposición de de las construcciones a sufrir daño ante la ocurrencia de terremotos. A partir de la experiencia adquirida en el último tiempo,
hemos visto que
los
daños
producidos por los sismos pueden ser controlados y reducidos, aunque no totalmente, por parte de las edificaciones debido al avance y mejoramiento de las construcciones sismorresistentes sismorresistentes. En el análisis de este tipo de estructuras debe prevalecer el aspecto conceptual sobre las formulaciones matemáticas y cálculos numéricos, A pesar de que son instrumentos que nos facilitan la comprobación del efecto sísmico, no son totalmente confiables, ya que no es posible conocer detalladamente su comportamiento. Además, hay que tener en cuenta los detalles constructivos adecuados y más importantes aún desarrollar un buen criterio de estructuración. Los objetivos de este trabajo será definir los conceptos que conlleva la estructuración sísmica conjunto a sus elementos participantes ante el actuar de las solicitaciones y ver las aplicaciones de la normativa vigente, NCh 433-1996.
Conceptos de Estructuración en zona sísmica. El concepto de Estructuración Sísmica viene dado por una representación de los planos arquitectónicos y los elementos que tienen una mayor relevancia en la estabilidad de un edificio (sistema estructural) frente a solicitaciones externas que será sometido a cargas a lo largo de su vida útil, según la normativa vigente. En este caso particular a solicitaciones sísmicas, las cuales producen esfuerzos (en forma de vibraciones u ondas horizontales y verticales) que cambian de dirección e intensidad muy rápidamente y para calcularlos es necesario conocer las características dinámicas del edificio. La base del edificio tiende a seguir
el movimiento del suelo, mientras que, por inercia, su masa se opone a ser desplazada y a seguir dicho movimiento.
1 Fuerza de inercia generada por la vibración de la estructura
Las fuerzas que se inducen en la estructura son proporcionales a las propiedades de la estructura, es decir a la masa y además, a propiedades dinámicas o intensidad del movimiento del suelo. La flexibilidad de la estructuras frente a esta fuerza llamada inercial hace que ésta vibre de forma distinta a la del suelo. Los movimientos del suelo pueden amplificar la vibración de la estructura, en la cual esta amplificación depende del amortiguamiento propio de la edificación y de los periodos tanto del suelo como del edificio. De esta manera, cuando los movimientos del suelo son bruscos con ondas de periodo corto resultan afectadas las construcciones rígidas y pesadas. Y cuando el movimiento de terreno es lento con periodos largos se afectan a las estructuras altas y flexibles. Las fuerzas de inercia producidas por vibración donde se encuentran las masas del edificio se transmiten a través de la estructura, generando esfuerzos y deformaciones que hacen peligrar la estabilidad de la construcción. Las uniones entre los elementos estructurales, las fuerzas cortantes en las columnas y el contacto con la c imentación son puntos críticos de transmisión.
2 Flujo de fuerzas en la estructura debido a la vibración
Condiciones de Diseño Para el diseño de estas estructuras se debe considerar la resistencia adecuada de los elementos, la rigidez aceptable (dentro de los rangos permitidos en la norma) y la durabilidad, a través de la calidad de la propiedad mecánica que ofrecen los materiales. Para que una obra sea capaz de resistir las sacudidas del terreno, la configuración y la forma estructural deben verse sanas y adecuadas. A pesar de que no existe una forma estructural ideal , existen principios básicos que rigen en el diseño sismo resistente que conducen a esa idealización.
1.-Forma simple 2.-simetría en planta 3.-uniformidad en altura 4.-uniformidad de distribución de rigideces y resistencia 5.-esbeltez limitada 6.-forma no muy elongada
En cuanto a su estructura, los edificios deben tener una forma sencilla, regular y simétrica, sin formas alargadas y estrechas, ni formas irregulares y complejas. Un edificio cuadrado y simple es lo mejor. Igualmente debe ser uniforme, es decir todo el edificio tiene que estar hecho con los mismos materiales y estructura, así la respuesta del edificio al terremoto será integral. Porque el edificio tiene que ser un todo, una unidad: sus partes tienen que estar bien fusionadas y unidas, para que no se deforme.
7.-selección y uso adecuado de materiales de c onstrucción:
Se deben utilizar materiales resistentes (hormigón, acero, etc.) y de buena calidad. Materiales como el adobe tienen poca resistencia.
8.-peso mínimo, especialmente en los pisos altos:
Otro factor importante es el peso. Conforme más ligera sea la edificación menor será la fuerza que soporte cuando tiemble la tierra. En este sentido la madera vuelve a ser recomendada por ser poco pesada. En los edificios altos se recomienda una forma piramidal, con menos peso y más estrecho en las alturas, algo además más eficaz frente al viento en el caso de los rascacielos.
9.-consideraciones de las condiciones locales, por ejemplo el t ipo de suelo y cimientos:
La edificación en zonas sísmicas debe producirse sobre suelos adecuados, deben ser estables y sólidos, no blandos ni arenosos. Cuando un terremoto llega a un terreno arenoso puede provocar que el terreno fluya y se comporte como un líquido, derribando edificio.
Hay que evitar las laderas y zonas de fuerte erosión, que pueden sufrir corrimientos de tierra con los temblores, así como las zonas bajas ce rcanas, que pueden quedar enterradas.
Los cimientos tienen que estar bien hechos. Es importante una cimentación especial que permita que el edificio vibre, incluso que se mueva ofreciendo menos resistencia a los temblores.
Elementos Estructurales Principales Dentro de los elementos Verticales de la supraestructura se encuentran:
Columnas: Son las encargadas de otorgar apoyo a vigas y losas, forman marcos rígidos y así transmitir las cargas a los cimientos.
Muros: son los que otorgan rigidez y estabilidad ante solicitaciones externas, y transmiten sus cargas a los cimientos.
Dentro de los elementos horizontales de la supraestructura se encuentran:
Losas: Elementos horizontales de grandes dimensiones que soportan cargas de ocupación estática y actúa como un diafragma rígido e n su plano.
Vigas: Son elementos que forman marcos rígidos con columnas, trabajando como elemento de transferencia de carga, dando apoyo a las losas.
Zonas sísmicas: Cada zona presenta diferentes tipos de singularidades geomorfológicas y topográficas lo que se refleja en las distintas condiciones de estructuración. Las condiciones del suelo más el tipo de estructuras están orientadas a que sean capaces de resistir sin daños en sismos moderados, sean mínimos los daños a los elementos no estructurales en sismos de mediana intensidad y si es que presentan daños, evitar el colapso de la estructuras en sismos de intensidad severa. Según la NCh 433 - 1996 se definen tres zonas sísmicas en el territorio nacional: - Zona 1 equivalente a la zona co rdillerana de los andes, - Zona 2 la cual describe principalmente la depresión intermedia y
- Zona 3 que reflejan las costas de Chile.
Norma NCh433-1996, Zonificación sísmica
El diseño de las estructuras para que resistan este tipo de solicitaciones está basado en el comportamiento elástico lineal, teniendo en cuenta las dimensiones de cada elemento estructural de acuerdo a la norma específica de cada uno. Hay que mencionar que al basarse en un comportamiento lineal - elástico los efectos causados por otro tipo de solicitaciones, además de la sísmica, pueden sumarse. Espectro de respuesta. La aceleración es el parámetro más importante desde el punto de vista estructural, por esto se ha definido el espectro de aceleración, en el cual se precisa la amenaza sísmica de una zona a los afectos del diseño sismorresistente. Corresponde a un gráfico que entrega la respuesta máxima (desplazamiento, velocidad o aceleración) que produce una acción dinámica en una estr uctura. Representa el efecto de un solo registro de aceleración y no puede utilizarse para el diseño. Para ello se utiliza el espectro de diseño. Espectro de diseño. Teniendo en cuenta la actividad sísmica de la región, las condiciones locales de respuesta de suelo y las características de la estructura, podemos diseñar un edificio de manera de definir la fuerza sísmica que debería aguantar, de acuerdo a datos obtenidos probabilísticamente a través de la historia sísmica. Se podría decir que es una combinación de dos factores:
La amenaza, la cual depende de la zona y es la intensidad de movimiento asociada a cierta probabilidad de ser excedida en un periodo de tiempo.
La amplificación espectral, la cual proviene de un análisis probabilístico de espectros de respuesta en una región sísmica.
Así se puede decir que el espectro de diseño sería: S diseño= Amenaza x Amplificación Espectral
Diseño y construcción de fundaciones. Hablando generalmente se debe lograr que las deformaciones inducidas a la estructura, ya sea por la carga estática, por la carga sísmica o por alguna solicitación externa, sean aceptables. Esto es verificando la presión de contacto entre suelo y fundación. Para el caso de fundaciones superficiales se debe tratar de que al menos el 80% del área bajo la fundación actuara a compresión, que las zapatas aisladas restrinjan el movimiento lateral y si no es posible deberán ser unida por cadenas de amarre debidamente diseñadas y que si se usa algún tipo de relleno entre fundaciones este debe ser compactado y controlado según los procedimientos especificados. En el cálculo de fuerzas sísmicas desarrolladas en las fundaciones se podrán despreciar las fuerzas de inercia de las masas de estructura bajo el nivel del suelo natural, esto siempre que exista una restricción lateral de acuerdo a lo ya mencionado. En el caso de pilotes estos podrán considerarse aislados o como un grupo de pilotes. Para el caso de pilotes aislados estos deben tener hasta dos veces el diámetro del pilote por debajo de la cota punta, y para un grupo de pilotes se considera el diámetro o ancho de grupo. Considerando que los pilotes deban quedar conectados satisfactoriamente a cabezales. Los pilotes ya sea individual o en grupo deben conectarse mediante vigas de amarre diseñadas para resistir compresión y tracción. Y teniendo en cuenta la perdida de resistencia que podrían sufrir los pilotes por el aumento de la presión de poros, licuefacción o deformación plástica del suelo (Todos los pilotes deben tener un diseño de armadura).
Conclusión En cuanto a estructuración sísmica, Chile se encuentra dentro de los países con el más alto estándar. Esto definitivamente por ser mayormente una zona sísmica. Gracias a esto el concepto al cual es referido el trabajo es ampliamente utilizado en toda estructura a diseñar los elementos de una estructura, para soportar las solicitaciones, todo de acuerdo a espectros de respuesta que por ser un país sísmico son altamente consistente. Aunque según lo investigado y resultado del terremoto del 2010 deberían ser un poco modificado (referente al espectro de diseño).
Bibliografía Bazán, E. Meli, R. Diseño sísmico de edificios. México. Burgos, L. Estructuración Sísmica. Cajamarca. 2011 Instituto Nacional de Normalización. Norma chilena NCh 433 of 1996 Modificada en 2009. Diseño Sísmico de Edificios. 1996
Linkografía Crisafulli, F. Diseño sismorresistente de construcciones de acero. 2da edición [En línea] Santiago de Chile [consulta: 26 de mayo 2014]
Sauter, F. Aspectos Conceptuales del diseño Sismorresistente. [En línea] San José de Costa Rica [Consulta: 26 de mayo 2014] Riddell R, visto en 27 mayo 2014.