1
PRIMER TRABAJO DE INGENIERIA SÍSMICA 1. ¿Qué Qué es es un un sis sismo mo? ?
Los sismos, terremotos o temblores de tierra, son vibraciones de la corteza terrestre, generadas por distintos fenómenos , como: • • •
La actividad volcánica. La caída de techos de cavernas subterráneas. Por explosiones.
2. Explique Explique la teoría teoría de placas placas y su fundament fundamento o científico científico (evidenc (evidencias, ias, etc.) etc.)
La idea básica es que la parte superior de la tierra (llamada litosfera) está constituida por varios bloques amplios y bastante estables llamados placas. Cada placa se extiende a una profundidad de 80 km aproximadamente; la placa se mueve horizontalmente en relación a las placas vecinas, sobre una capa de roca más más viscosas que se encuentran inmediatamente debajo. En el borde de una placa, donde existe el contacto entre placas adjuntas, actúan grandes esfuerzos deformantes (o tectónicos) tectónicos) sobre las rocas, causando causando cambios cambios físicos e incluso químicos químicos en ellas. En estos bordes de las placas la estructura geológica de la tierra es la más afectada por las fuerzas de reacción entre placas, y es aquí donde tienen lugar los cambios geológicos masivos y radicales Las evidencias geofísicas sugiere que la estructura de las placas, tal como se muestra en la figu figura, ra, no es perm perman anen ente, te, sino sino que que expe experim rimen enta ta camb cambio ioss cons consta tant ntes es y graduales. La lava fluye continuamente hacia fuera en las dorsales centro oceánicas. Esta roca se mueve lentamente sobre la superficie de la tierra formando un nuevo suelo submarino a ambos lados de la dorsal. (*) Los sismos más severos y los más importantes desde el punto de vista de la ingeniería, son los de origen tectónico .
EVIDENCIAS:
2
Mapa con la distribución de volcanes activos (triángulos) y sismos (puntos pequeños). Nótese su distribución a lo largo de fajas largas y angostas. Estas fajas de actividad sísmica y volcánica definen los límites entre placas.
Mapa que muestra los límites entre las placas tectónicas principales de la Tierra
3. ¿A qué se denomina Sismo intra-placa? De algunos ejemplos de lugares donde se presentaron estos sismos.
Se denominan sismos intra-placas a los terremotos que tienen lugar en el interior de las placas. Un cierto número de estos han tenido lugar en los Estados unidos. Lugares que se presentaron: • Nuevo Madrid en Missouri en 1811 – 1812 (es el mas importante). • Chile en 1960. • Alaska en 1964.
3
4. Desde el punto de vista tectónico, ¿cómo debe interpretarse el fenómeno de isostaticidad que se presentan en los Andes?
La teoría de flotación dice que todo cuerpo de menor densidad que el agua este flota a ello se llama el principio de ISOSTATICIDAD, bajo este principio posiblemente los Andes que tuvieron grandes masas debajo del nivel de mar, se formaron. Este principio dice que dos fuerzas se han juntado generando montañas suponiendo que son fondos marinos, “los Andes es muy complejo de estudiar”. Andes
F2 ρ
F1
5. ¿A qué se denomina profundidad focal? y ¿cómo se clasifican los sismos desde este punto de vista?
La distancia focal es la profundidad a la que se considera se inicio el movimiento sísmico. Se clasifican desde este punto de vista: • Focos intermedios. Los terremotos con foco entre 70 y 300 km. • Focos Profundos. Los de mayor profundidad. 6. ¿A qué se denomina discontinuidad de Mohorovich, en que lugares se encuentra y a que profundidad aproximadamente?
Se denomina discontinuidad de Mohorovich a las sucesiones o roturas de las secuencias estratigráficas. También se le conoce cuando viajan las ondas por las rupturas teutónicas pasan por un sistema de filtro entre la corteza y manto. 7. ¿Qué lugares abarca y que nombre tiene la zona sísmica mas activa de la tierra?
La zona mas activa es:
CINTURÓN CIRCUMPACIFICO
abarca
Lado Pacífico del Sur., Centro y Norteamérica. Islas Aleutianas. Península de Kamchatka. Japón. Indonesia. Nueva Zelandia.
8. ¿Explicar e ilustrar con esquemas el fenómeno de subducción de la placa Nazca?
4
Un borde en el encuentro de dos placas por inmersión es un borde destructivo internamente. Cuando la placa oceánica de Nazca se desplaza hacia el este baja la zona sur oriental del Océano Pacífico encuentra un borde continental como américa del Sur, la corteza oceánica mas densa y pesada se introduce debajo de la placa continental y se fusiona parcialmente. 9. ¿A qué se denomina sismo superficial, que relación tiene este sismo con la cantidad de energía liberada y con el daño en las estructuras?
Definición Son los terremotos de foco superficial , que se hallan justo debajo de la superficie de la tierra.
SISMOS SUPERFICIALES Relación de Energía Liberada
Daño en Estructuras
A las tres cuartas partes de Son los que producen la energía total liberada por mayor devastación. terremotos en todo el mundo.
10. ¿A qué se denomina sismo profundo, que relación tiene este sismo con la cantidad de energía liberada y con el daño en las estructuras?
Definición
SISMOS PROFUNDOS Relación de Energía Liberada
Daño en Estructuras
Son los terremotos de foco La energía total liberada es El daño a estructuras no es profundo, ubicados a más pequeña en comparación a tan grave. de 300 kilómetros de la de un sismo superficial. profundidad. 11. Describa las características principales de las ondas de cuerpo en cuanto a su velocidad, transmisión de esfuerzos y efectos destructivos.
Ondas P (principales o dilatación) ONDAS DE CUERPO
Movimiento paralelo a la dirección de propagación Viaja a 7 km/seg
Velocidad:
Ondas S (secundarias o cortante)
Ondas P > Ondas S
Movimiento transversal a la dirección de propagación Es la que ocasiona más daños.
12. En relación a su profundidad focal ¿Qué tipo de sismos son los mas destructivos y por que?
Son los Sismos de foco superficial, por que estas tiene mas intensidad que las ondas de cuerpo.
5
13. Describa las características principales de las ondas de superficie en cuanto a su velocidad, transmisión de esfuerzos y efectos destructivos.
Ondas de Superficie, se propagan en la superficie de la tierra y se manifiestan con más frecuencia en sismos poco profundos, se clasifican en: •
Ondas L (love) Tiene lugar en las formaciones estratificadas. Vibra en un plano paralelo a la superficie a la tierra y perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Los efectos de las ondas l son devastadores.
•
Ondas R (Rayleigh) Vibra en un plano perpendicular a la superficie de la tierra y presenta un movimiento elíptico. Su velocidad es muy menor, aunque es muy semejante a las ondas S.
14. ¿Qué onda símica es la que registra primero en un sismógrafo y por que?
Las Ondas P , llegan primero que las Ondas S por que este tiene mas velocidad de propagación. 15. ¿Qué fenómeno sucede con una onda sísmica que se propaga desde estratos profundos hasta llegar a la superficie?
Este fenómeno producido se llama temblor o sismo o terremoto, a medida que las ondas se propagan por las rocas de la tierra estas las deforman y las hacen vibrar. 16. Explique que sucederá con una onda sísmica cuando esta atraviesa un estrato arcilloso blando? ¿En que relación esta basada?, exprese dicha relación e ilústrela con un esquema sencillo. El tamaño de las ondas sísmicas pueden incrementar al pasar hacia la superficie arcillosa blanda desde una roca más rígida. Esta basada en la relación de ondas de un terremoto y condiciones del suelo y topografía. 17. Explicar por que la Ingeniería Sísmica tiene carácter probabilística.
Se dice que tiene carácter probabilística por que esta en función de la Intensidad que esta tiene una probabilidad preestablecida de ser excedida en un lapso comparable a la vida útil esperada de las edificaciones.
6
18. Explicar cuales son las medidas cuantitativas y cualitativas para evaluar los sismos y las Escalas respectivas que en cada caso se utilizan.
La Magnitud La Intensidad
es la medida es la medida
Cualitativa. Cuantitativa.
Las escalas de Intensidades son. • La Escala de Mercalli – Cancani – Iceberg, que fue modificada a la Escala Modificada de Mercalli (MM) de 12°. • Escala de Intensidad de 12° de Medvedev – Sonhever – Karnik (MSK). • Escala de Intensidad de 8° de Agencia Metereologica Japonesa (IMA). • Escala de Richter. 19. Explique brevemente y compare los conceptos de Intensidad y magnitud Sísmica. ¿Existirá relación entre ambos? ¿si o no? y ¿por qué?
Magnitud: es una medida cualitativa del tamaño sísmico y está determinada por la amplitud de las ondas elásticas generadas por el sismo.
Intensidad: es una medida subjetiva de la violencia de un sismo en un lugar determinado según la forma que fue percibido por las personas, por el grado de destrucción que causan sobre las construcciones y por el efecto que tiene sobre la naturaleza. No, no existe relación directa entre estos dos parámetros en razón de que se pueden tener sismos de gran magnitud pero de poca intensidad y contrariamente se pueden tener sismos de moderada magnitud pero de gran intensidad; por lo que para que haya correlación entre ambos se necesita otros parámetros. 20. La relación entre energía “E” y la magnitud “M” de un sismo esta dada por la formula semi-empírica log E = 4.8 +1.5 M , al respecto, establezca la relación aproximada de liberación de energía entre dos sismos que difieren en cuatro grados de magnitud (Richter) log E
4.8 +1.5 M ,
Se tiene. Si M = 4
⇒ E 1
=
63095734448
Si M = 8
⇒ E 1
=
63095734448 x 10
=
entonces asumiendo 6
Por lo tanto , la relación de energía entre estos 2 sismos es: E 1
6309573444 8 =
E 2
6
6309573444 8 x10
⇒
E 1
−6
= 10
E 2
21. ¿Qué energía liberara un sismo de magnitud cero en la escala de Richter? Dar una explicación coherente
Se tiene. Si M = 0
log E ⇒
E
=
=
4.8 +1.5 M ,
63095 julios
entonces asumiendo
7
Para una magnitud cero en la escala de Richter hay poco movimiento del terreno, se entiende en una distancia epicentral mayor a 600 kilómetros aproximadamente y profundidad focal mayor a 30 kilómetros, en conclusión la energía liberada es muy pequeña para que pueda vibrar las estructuras. 22. ¿Qué nivel de daños le permitiría a Usted clasificar un sismo como de intensidad VI y otro de intensidad VIII en la Escala MM (Mercalli Modificada)? Escala Modificada de Intensidad Mercalli Modificada (MM)
GRADO
DESCRIPCIÓN
Sentido por todas las personas, muchos sufren pánico y corren hacia el exterior, se tiene dificultad en caminar establemente, vidrios y vajillas se VI quiebran, libros y objetos son lanzados de los anaqueles y estantes, los muebles son desplazados o volcados, el revoque y enlucido de mortero de baja calidad y mampostería tipo D se fisuran, campanas pequeñas tañen. La conducción de vehículos se dificulta, daños de consideración y colapso parcial de mampostería tipo C, algún daño en mampostería tipo B; algún daño en mampostería tipo A; caída del revoque de mortero y de algunas VIII paredes de mampostería, caída de chimeneas de fábricas, monumentos y tanques elevados, algunas ramas de árboles se quiebran, cambio en el flujo o temperatura de pozos de agua, grietas en terreno húmedo y en taludes inclinados. 23. ¿A qué se denomina isosistas de un sismo, ¿Qué uso tiene en la Ingeniería Sísmica? Ilustre su respuesta con un esquema. • •
Son líneas que unen puntos en que se realizaron los sismos, generalmente se hace con encuestas. Son las líneas de los mapas de igual intensidad sísmica estas tienen una trayectoria irregular que difiere mucho de la forma circular que predicen las leyes de atenuaciones teóricas. La diferencia de estas intensidades es debida a las irregularidades geológicas y topográficas.
USO: el uso que se da a los isosistas es determinar regiones sísmicas o peligros sísmicos de un determinado lugar o se conoce como micro zonificación.
8
24. ¿Qué tipo de falla activa se ha presentado en la falla Tambomachay y Qoricocha (Cusco) en el sismo 1986?
Nombre de falla Tipo de falla Tambomachay Qoricocha
Normal
25. Concibiendo un sismo como un fenómeno dinámico vibratorio ¿cuál es el parámetro mas importante que se necesita conocer de él y por que?
La Aceleración de Sismo, por que durante un sismo se originan esfuerzos y desplazamientos en la estructura por efecto de la perturbación dinámica en su base, la que generalmente se introduce al problema en forma de pulsos de aceleración en una orientación determinada. 26. Para estudiar sismicidad de una zona, A ¿a qué tipo de información recurriría, en caso de no disponer de registros instrumentales?
Cuando no se tiene registros instrumentales del movimiento del terreno durante un sismo, se puede describir la serenidad de las vibraciones en la superficie por medio de alguna escala de intensidad, determinando un mapa de isostaticidad, por tanto es recomendable estimar la intensidad de un sismo mediante una encuesta adecuadamente diseñada, que tome en cuenta los diferentes sistemas constructivos así como su calidad de ejecución para la zona de estudio. 27. ¿A qué se denomina Movimiento fuerte del terreno y por que es importante su estudio en la Ingeniería Sísmica?
Se denomina Movimiento fuerte del terreno a un sismo, terremoto o temblor, y es importante su estudio en la Ingeniería Sísmica por que se puede proteger las vidas humanas d los peligros y las estructuras de daños que puedan ser causados por sismos destructivos. 28. Defina brevemente e indique el algoritmo de la Intensidad Espectral de Potencia propuesto por HOUSNER.
Se utiliza con frecuencia a fin de expresar el efecto de movimiento del terreno en una estructura. Está es el área de un espectro de respuesta de velocidades dentro de un período prescrito para un valor específico del amortiguamiento.
9
La Intensidad del Espectro representa una escala promedio de la intensidad del movimiento del terreno respecto a la influencia en un sistema elástico. 29. ¿Qué expresa la densidad espectral de potencia de un sismo y como se relaciona con el espectro de amplitud de Fourier?
La Densidad Espectral de Potencia, expresa el contenido de la energía y es proporcional al cuadrado del espectro de amplitud de Fourier. 30. Señale y explique dos condiciones básicas que deben considerarse como parte de la concepción estructural sismorresistente, según la Norma E.030
El comportamiento sísmico de las edificaciones mejora cuando se observa las siguientes condiciones: • •
Simetría, tanto en la distribución de masas como en las rigideces. Peso mínimo, especialmente en los pisos.
•
Selección y uso de adecuado de los materiales de construcción. Resistencia adecuada. Continuidad en la estructura, tanto en planta como elevación. Ductilidad. Deformación limitada. Inclusión de líneas sucesivas de resistencia. Consideración de las condiciones locales. Buena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa.
•
La Simetría; para tener fuerzas cortantes iguales y poder determinar con
• • • • • • •
facilidad los momentos torso y las fuerzas de traslación, así como también determinar rigideces equitativas a la estructura. PARA QUE LA FUERZA BASAL SE DISTRIBUYA EN LA ESTRUCTURA. • Determinar bien la carga muerta y viva de acuerdo a reglamento en esta última para evitar sobre cargas que en el futuro traerían consecuencias lamentables. 31. ¿A qué se llama fuerza basal y de que factores depende?
La Fuerza Basal (V) también se le conoce como Fuerza Sísmica (V) o Fuerza cortante en la Base de la estructura, correspondiente a la dirección considerada.
La Fuerza Basal (V) , es una fuerza hipotética, es fuerza cortante fundamentada en el sitio (ciudad, distrito, etc.), tipo de suelo, uso, periodos de vibración y una supuesta reducción por ductibilidad de eso sale un coeficiente cortante que multiplicado por el peso y por el criterio de la 2 da Ley de Newton se determina la Fuerza Basal, que se detalla en la siguiente fórmula V =
ZUCS R
. P ,
10
(*) debiendo considerarse para C/R el siguiente valor mínimo:
C R
≥ 0,1
FACTORES Z U C S R P
Factor de Zona Factor de Uso e importancia Coeficiente de amplificación sísmica Factor de Suelo Factor de R educción de solicitaciones sísmicas Peso total de la edificación
32. ¿Qué criterio usa la Norma E.030 para evaluar la distribución de cargas laterales en lo alto de edificios?
Si el periodo fundamental T, es mayor que 0,7 segundos, una parte de la fuerza cortante V, denominada F , deberá aplicarse como fuerza concentrada en la parte superior de la estructura . Esta fuerza F se determinará mediante la expresión: a
a
F a
0,07.T .V ≤ 0,15.V =
donde el periodo T en la expresión anterior será el mismo que el usado para la determinación de la fuerza cortante en la base. El resto de la fuerza cortante, es decir (V − F ) se distribuirá entre los distintos niveles, incluyendo el último, de acuerdo a la siguiente expresión: a
F i =
P i .hi
.(V − F a )
n
∑ P .h j
j
j =1
33. En relación a las juntas de separación sísmica,¿Qué requisitos establece la Norma E.030 y con que objetivo?
Toda estructura debe estar separada de las estructuras vecinas una distancia mínima s con el objetivo de evitar el contacto durante un movimiento sísmico. Esta distancia mínima no será menor que los 2/3 de la suma de los desplazamientos máximos de los bloques adyacentes ni menor que: s = 3 + 0,004.(h − 500) (h y s en cm) , s > 3cm donde h es la altura medida desde el nivel del terreno natural hasta el nivel para evaluar s. El edificio se retirará de los limites de propiedad adyacentes a otros lotes edificables, o con edificaciones, distancias no menores que 2/3 del desplazamiento máximo calculado según artículo 16 (16.4) ni menores que s/2.
