Recorrido por el titulo A: Los sismos y su espectro (¿porque y para qué?)
Dando inicio a la serie de escritos que pretenden ilustrar de manera mas sencilla el contenido de nuestra norma, que mejor punto para empezar que hablando de los sismos (de allí que la norma contenga el término “Sismorresistente”).
En el numeral A.3 de la norma NSR/10, se brinda los ingenieros las recomendaciones mínimas y herramientas para dar inicio al diseño sismorresistente. En este escrito daré respuesta a las siguientes preguntas que, una vez sean resueltas, permitan a lector entender los aspectos mas importantes del diseño sismorresistente:
¿Por qué la importancia de la sismo resistencia?
La respuesta es sencilla, se busca que los edificios resistan los efectos de un sismo. Con este simple objetivo se busca evitar las consecuencias (y eventuales desgracias) observadas en sismos ocurridos hasta el día de hoy. Repasemos algunos de ellos:
Chile, Valdivia en 1960: magnitud 9.5 en escala de Richter, causo cerca de 1600 víctimas fatales
Haití, Port-au-prince, 2010, un sismo de magnitud 7.0 en Escala Richter, seguido de 2 replicas de magnitudes 5.9 y 5.5, 316.000 víctimas fatales, 350.000 heridos y mas de 1.5 millones de personas sin hogar
México, Ciudad de México, 2017, Un sismo de magnitud 7.1 azoto al país, causando graves daños a las edificaciones, a pesar del daño que represento este sismo, aun se encuentra por debajo de aquel que golpeo la misma ciudad en 1985, cuya magnitud fue de 8.1
Colombia, Armenia, 1999, sismo de magnitud 6.9, acabó con aproximadamente el 75% de la zona y dejo cerca de 25.000 víctimas fatales
Casas afectadas por sismo de Valdivia (fuente:https://www.latercera.com/tendencias/noticia/costa-osorno-valdivia-energia-acumulada-capaz-generar-nuevo-terremoto/210133/)
Como los anteriores casos, se pueden mencionar muchos más, y sus resultados siempre han sido devastadores.
¿Cuál es el objetivo de una edificación sismorresistente?
Como su nombre lo indica, el objetivo de una edificación sismo resistentes por supuesto, que resista los efectos producto de un sismo, sin embargo, hay que ir más allá de esa simple descripción y preguntarnos lo siguiente:
¿Qué tan resistente quiero que sea mi edificación?
Frente a esta pregunta, es muy posible que muchos de ustedes, así como cualquier otra persona, responda que la edificación debe resistir la totalidad de un sismo y seguir funcionando (es decir… a quien no le gustaría eso), sin embargo, lograr construir una edificación que logre lo anterior daría como resultado una estructura excesivamente robusta, excesivamente costosa, que se mantendría en pie cuando ocurra un sismo de gran magnitud que, en el caso más probable, ocurrirá cada 50 años. Dicho lo anterior, ya no parece tan buena idea lograr nuestro cometido inicial.
Sin embargo, no os preocupéis querido lector, ya que varios códigos internacionales, incluida nuestra norma, ha pensado en un punto medio que es lo que se conoce como la filósofa de diseño sismorresistente y esta dice lo siguiente:
Cuando ocurran sismos leves o de intensidad reducida (Hasta escala Mercalli modificada V), la estructura del edificio deberá resistir sin daños
Cuando ocurran sismos de intensidad moderada (Hasta escala Mercalli modificada VII), la estructura del edificio deberá resistir con daños menores como fisuras y deflexiones leves, que puedan se reparadas de manera rápida y eficiente.
Cuando ocurran sismos de alta intensidad (escala Mercalli modificada VIII o superior), la estructura del edificio deberá resistir todo el evento sísmico, admitiendo daños significativos, sin colapsar, y en caso de ser una edificación vital para la supervivencia de la comunidad (hospitales, plantas de agua potable, etc.), deberá seguir en operación incluso después del sismo.
¿Cómo lo hacemos los ingenieros estructurales?
Para poder cumplir con las expectativas de la filosofía de diseño sismorresistente, todos los ingenieros procedemos a determinar las fuerzas sísmicas máximas que se pueden esperar en un eventual evento sísmico.
Es muy importante dejar en claro lo que subraye anteriormente, es claro que debemos prepararnos para un sismo, pero la verdad es que no sabemos con certeza cuando puede ocurrir, en que sitio puede ocurrir ni con que magnitud se puede presentar (¿complicada verdad?). Sin embargo, Gracias a George W. Housner y Maurce Biot, todos los ingenieros tenemos acceso a una gran herramienta llama Espectro Sísmico, de la cual hablare un poco más adelante.
Con la ayuda de este espectro, y haciendo uso de los principios de la dinámica, los ingenieros podemos estimar una fuerza sísmica que será la base de todo el diseño sismorresistente de nuestra edificación
¿Qué es el espectro sísmico?
El espectro sísmico, puesto en palabras simples, es una grafica en la cual se resumen las aceleraciones de oscilación máxima que puede tener una edificación, en función de su periodo natural de vibración. Para dar más claridad a lo anterior, desglosemos un poco los conceptos.
Cada sismo que ha ocurrido en la tierra esta descrito como una señal que, al ser aplicada sobre una edificación, causa que esta vibre, oscile o se mueva de manera particular, si reunimos varias señales sísmicas conocidas, podemos sacar una curva “promedio”, esta curva es el espectro sísmico
Espectro de diseño como “promedio” de otros espectros para señales sísmicas conocidas (fuente: Structure magazine https://www.structuremag.org/?p=886)
Ahora, mencione hace poco que esta aceleración estará en función del periodo natral de vibración de mi edificio, este periodo natural, o fundamental, es el tiempo que tardara una edificación en realizar una oscilación (es decir, moverse de un lado para el otro) al verse sometida a una fuerza externa… como la de un sismo
Con esta breve explicación de algunos de los conceptos mas fundamentales de diseño sísmico me despido por ahora, pero no sin antes invitar a otros lectores a dejar sus comentarios, sugerencias, preguntas y recomendaciones.
Referencias:
BBC News Mundo (11 enero 2020), 10 años del terremoto de Haití: 5 cosas que devastaron al país caribeño antes del sismo de 2010, https://www.bbc.com/mundo/noticias-america-latina-51067830
Rafferty, J. P. The 6 Deadliest Earthquakes since 1950. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/list/6-deadliest-earthquakes
El tiempo Noticias (24 de noviembre de 2021), Así fue el terremoto más poderoso que se ha registrado en el mundo , https://www.eltiempo.com/mundo/latinoamerica/terremoto-de-valdivia-de-1960-chile-ha-vivido-el-mas-fuerte-de-la-historia-634051
BBC News Mundo (19 de septiembre de 2018), Sismo 2017 en México: las lecciones no aprendidas que dejó el terremoto del 19 de septiembre, https://www.bbc.com/mundo/noticias-america-latina-45544734
BBC News Mundo (16 de agosto de 2007), Los peores terremotos desde 1906, http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/international/newsid_6423000/6423277.stm
Anil K. Chopra, (2012), Dynamics of Structures, Prentice Hall
Roberto Rochel Awad (2012), Análisis y diseño sísmico de edificios, Fondo editorial Universidad EAFIT
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (2010) Reglamento Colombiano de construcción sismorresistente NSR-10
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