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Libro de Analisis sismico. CIRSOC
Tipo: Apuntes
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a
de Bahía de Caráquez y con una profundidad focal de 37 km., causó el colapso del edificio Calipso de 6 pisos y dejó tres edificios más muy cerca del fallo, que posterior al sismo fueron derrocados por sus propietarios, estos son: edificio Karina de 4 pisos; edificio los Corales de 5 pisos y el edificio del Cuerpo de Bomberos. Los tres primeros edificios fueron construidos, máximo 10 años antes del sismo, de tal manera que se trataba de estructuras modernas y que fueron diseñadas de acuerdo a las normativas sísmicas vigentes en los años noventa del siglo pasado.
Otros edificios, como el Hospital Miguel H. Alcívar, el Hotel Italia, el edificio Mendoza, donde funcionaba una extensión de la Universidad Eloy Alfaro de Manta, tuvieron gran daño. Diez años después se aprecia que los dos primeros edificios han sido reforzados no así el tercero que está en venta.
Lo cierto es que el sismo del 4 de agosto de 1998, puso en evidencia la necesidad de seguir estudiando e investigando sobre como tener estructuras más seguras en el Ecuador, ante la acción de los terremotos, ya que los edificios modernos de hormigón armado de Bahía de Caráquez, en forma general no tuvieron un desempeño satisfactorio. El sismo de diseño, prescrito en el Código Ecuatoriano de la Construcción es más fuerte que el sismo del 4 de agosto de 1998 y ante el sismo de diseño del Código no puede colapsar ninguna estructura, se admite daño estructural pero no colapso.
Esta introducción es necesario realizarla ya que este libro se publica a los 10 años del sismo y quien escribe este texto todavía tiene presente las pérdidas dejadas en la hermosa ciudad de Bahía de Caráquez y desea que esto no vuelva a suceder. Para ello se ha escrito esta obra que trata sobre el análisis sísmico de estructuras y para facilitar su aprendizaje, en cada capítulo se incorporan dos o tres programas de computación en MATLAB con dos objetivos que son: el primero, que el lector pueda seguir con detalle el proceso de cálculo y el segundo, que tenga una herramienta que le facilite el trabajo profesional.
En el 2005, los primeros capítulos de este libro, con sus respectivos programas fueron entregados por el autor a sus estudiantes y paralelamente se estaba realizando el proyecto de investigación denominado: “Factor de reducción de las fuerzas sísmicas en edificios de hormigón armado”, los resultados que se obtenían en el proyecto se fueron incorporando al libro y a los programas, es así como en las primeras versiones de los programas se utilizaba la propuesta realizada por Aguiar y González para el cálculo del factor de reducción de las fuerzas sísmicas por ductilidad, conforme la investigación avanzaba y se obtenían mejores resultados se fueron presentando nuevas versiones de los programas. Por este motivo es que varios programas terminan con la palabra new.
me queda el compromiso de que en un futuro libro, tratar con detenimiento los temas de: simultaneidad de las acciones sísmicas, de la determinación del centro de resistencia, del análisis sísmico de estructuras con piso flexible, entre otros.
Por último pero en primer lugar, mi agradecimiento a Dios por que constantemente siento su presencia y su misericordia, sin su ayuda se que no podría pasar de la primera línea pero con su ayuda todo se puede. De igual manera a las autoridades de la ESPE y en especial al Crnl. de E.M.C. Carlos Rodríguez Arrieta, Vicerrector Académico, por el estímulo y apoyo permanente que recibo. Finalmente, a mi querida y adorada familia por permitirme aportar al desarrollo de la Ingeniería Estructural, con este nuevo libro.
Dr. Ing. Roberto Aguiar Falconí Director del Centro de Investigaciones Científicas Escuela Politécnica del Ejército
1 de Abril de 2008
presente apartado. Por otra parte, se indica los países cuya sismicidad está asociada al Cinturón Circunpacífico o Cinturón de Fuego del Pacífico.
Hace muchos millones de años todos los continentes estaban unidos en una sola masa, a la que se denominó Pangea , también llamada Pangaea. El único océano que le rodeaba era el Panthalassa, como se aprecia en la figura 1.1.
Figura 1.1 Pangaea o Pangea y el océano de Panthalassa. Dietz y Holden (1970).
Esta masa empezó a moverse en forma lenta y se fue rompiendo. La primera rotura se dio en el área de Groenlandia cuando se separa de Europa. Esta rotura originó dos continentes denominados Laurasia y Gondwana (Canet y Barbat, 1988) como se ilustra en la figura 1.2.
Figura 1.2 Rotura de Pangaea y formación de Laurasia y Gondwana. Dietz y Holden (1970).
La rotura se da en los perfiles que tienen los continentes actualmente, los mismos que se han desplazado y rotado, pero este movimiento continúa. Esta teoría fue formulada por Alfred Wegener (1912), con el nombre de Teoría de la deriva de los continentes.
Numerosos son los estudios que se han realizado para confirmar la teoría de Wegener, en las últimas décadas. Si se examina con detenimiento, el perfil del continente Americano con el de África y Europa, y si imaginariamente lo unimos, como un rompecabezas, se observa que existe una extraordinaria coincidencia, lo cual hace pensar que en un tiempo estuvieron unidos y luego se separaron quedando a la deriva cada uno de ellos.
Por otra parte, en las costas del Océano Atlántico de América y África, se ha visto que sus minerales son de la misma naturaleza, no existen regiones montañosas en estas regiones y lo más sorprendente es que su flora y fauna es muy parecida. Por ejemplo, las lombrices, caracoles y peces de aguas superficiales, viven en las costas de los dos continentes.
Es importante destacar que los continentes se han movido en forma muy lenta desde tiempos muy remotos y que actualmente continúan moviéndose. Para entender esto, es necesario analizar la composición de la tierra, la misma que tiene un radio que está alrededor de los 6400 Km.
Figura 1.3 Modelo de las corrientes de convención. Rikitake (1976).
En el centro se tiene un núcleo interno que es sólido pero el material que lo recubre es líquido y finalmente se tiene la corteza terrestre que es sólida, la misma que tiene un espesor variable. Es importante destacar que la corteza terrestre se encuentra sobre un manto líquido y que es más pequeña bajo el mar y más ancha bajo las montañas, todo ello con relación al grosor de la corteza en el resto del mundo.
en las cuales este movimiento es muy rápido con movimientos de más de 10 cm. al año. De igual forma, existen zonas en las que segmentos de la corteza chocan entre si y otras en que no existe este choque.
Las principales placas tectónicas, se indican en la figura 1.4 y son las placas de: Nazca, Sudamérica, Cocos, Norteamericana, Caribe, Africana, Euroasiática, Antártica, Pacífico, Filipinas, Arábica, Australiana y de la India. Estas placas a su vez contienen micro placas.
Estos movimientos llamados tectónicos son los responsables de la aparición de las montañas, de los volcanes, de los sismos, de la formación de plegamientos y fallas geológicas en la tierra.
Investigaciones desarrolladas entre los años 1950 y 1960, encontraron que en el lecho de los mares, existen largas y espectaculares cadenas montañosas con una forma muy similar a la columna dorsal de los reptiles, de ahí su nombre de dorsal marino. Por lo tanto, en la tierra existen dos tipos de montañas, las que se hallan en los continentes y las que se encuentran en los mares con características diferentes.
Al chocar dos placas, una de las dos cede y se va para abajo con dirección al manto; la región de la zona de choque se denomina zonas de subducción. Por otra parte, en la zona donde no existe el choque, que es en los dorsales marinos aparece, una nueva superficie terrestre. De esta forma se mantiene el equilibrio en el mundo, por las zonas de subducción desaparece la superficie creada y por los dorsales marinos aparece nuevas superficies.
En América del Sur, se tiene fundamentalmente el enfrentamiento de la Placa de Nazca o Placa Oceánica con la Placa de Sudamérica o Placa Continental. Este enfrentamiento produce el fenómeno de subducción, por el cual la placa de Nazca por ser más rígida y fuerte se introduce por debajo de la Placa Sudamericana y continua moviéndose hacia el manto. Como se indicó este choque genera los sismos que es lo que interesa en el presente capítulo. Sin embargo se debe manifestar que como consecuencia del movimiento continuo de las placas tectónicas se tienen las erupciones volcánicas y los sismos.
El fenómeno de subducción ha generado una fosa frente a las costas, la misma que alcanza grandes profundidades. Se puede apreciar en la figura 1.4 que esta fosa continúa por Centro América, México, Estados Unidos (California), Canadá, Alaska (Aleutian Trench), Península de Kamtchatka, Japón, Filipinas y Nueva Zelanda. Esta fosa bordea el Océano Pacífico a manera de un cinturón de ahí su nombre de Cinturón Circunpacífico y es una zona de alta sismicidad. Por otra parte, en esta zona existe una intensa actividad volcánica de ahí que también es conocida como Cinturón de Fuego del Pacífico.
En la figura 1.5 se indica con más detalle la fosa de subducción, en la zona de Colombia, Ecuador y parte de Perú. Nótese que en el fondo del Océano Pacífico existe una cordillera llamada Dorsal de Carnegie que sigue creciendo e introduciendose bajo el continente, esto es debido al movimiento de las placas. De igual manera se aprecia con una pequeña flecha negra la dirección en que se mueve la placa de Nazca frente a Ecuador, se estima que al año esta placa se mueve con respecto a la placa del continente de 5 a 7 cm.
Se aprecia también la Cordillera de los Andes que atraviesa el Ecuador en el sentido Norte Sur y con triángulos se indican los nevados activos y pasivos que en ella existen.
Figura 1.5 Dorsal de Carnegie y Cordillera de los Andes
En el cinturón circunpacífico y concretamente en el Ecuador, el proceso de subducción de la placa de Nazca, genera una alta sismicidad en su recorrido , buzamiento , hacia el Este. Por este proceso en la costa ecuatoriana, tienen un hipocentro superficial y en la región oriental los eventos sísmicos asociados con la subducción pueden tener profundidades focales mayores a 200 Km. A más de la actividad sísmica asociada a la zona de subducción, existen sismos que se generan por la activación de fallas geológicas locales.
El sismo que afectó a Bahía de Caráquez el 4 de agosto de 1998, tiene su origen en la zona de subducción , en cambio el sismo del 2 de octubre de 1995, que causó el colapso del puente sobre el río Upano tiene su origen en una zona de fallamiento local.
Por otra parte, es importante destacar que el buzamiento de la zona de subducción del sur del Perú, es diferente del buzamiento que se tiene en el centro y sur del Ecuador y a su vez es diferente del que se tiene en Colombia.
Por lo general los sismos superficiales son los que causan mayor daño. Por este motivo, se puede indicar que la Costa Ecuatoriana es la de mayor peligrosidad sísmica , seguida por la Sierra y finalmente el Oriente. Por lo tanto, desde el punto de vista sísmico no es lo mismo construir en la ciudad de Esmeraldas, donde la peligrosidad sísmica es muy grande que en el Tena que tiene una menor amenaza sísmica.