Espectros Sísmicos de Riesgo Uniforme en Países de Latinoamérica

7/24/2019 Espectros Ssmicos de Riesgo Uniforme en Pases de Latinoamrica

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CAPTULO 8

ESPECTROS SSMICOS DE RIESGO UNIFORME PARAVERIFICAR DESEMPEO ESTRUCTURAL EN PAISES

LATINOAMERICANOS

RESUMEN

Se presenta una propuesta para encontrar formas espectrales para los sismosdenominados por el Comit VISION 2000, como frecuente, ocasional, raro y muy raro, paraVenezuela, Colombia, Ecuador, Per, Chile y Argentina. A excepcin de Colombia, lasnormativas ssmicas vigentes al 2003 en los pases mencionados establecen el espectro dediseo para el sismo raro que tiene 10% de probabilidad de excedencia en 50 aos. En laNorma de Colombia tambin se ha definido el espectro para el umbral de dao que tiene unaprobabilidad del 80% de ser excedido en 15 aos. En base al espectro para el sismo raro sepropone obtener formas espectrales para los tres restantes niveles de diseo ssmico:frecuente, 50% de probabilidad de excedencia en 30 aos; ocasional, 50% de probabilidad deexcedencia en 50 aos; y muy raro, 10% de probabilidad de excedencia en 100 aos. De estamanera se aporta al desarrollo del diseo ssmico por desempeo en Amrica Latina.

8.1 INTRODUCCIN

Uno de los pases con mayor conocimiento dentro del campo de la Ingeniera Ssmicaes los Estados Unidos de Norte Amrica; sin embargo de ello, dos sismos recientes demagnitud moderada, como el de Loma Prieta de 1989, con una magnitud de 7.1, y el deNorthridge de 1994, con una magnitud de 6.7, dejaron ocho mil millones y cuarenta mil millonesde dlares en prdida, respectivamente. El nmero de muertos en el sismo de Loma Prieta fue

de 63 y 51 en el sismo de Northridge. Cifras demasiadas altas que motivaron la revisin de lafilosofa de diseo, por parte del Comit VISION 2000.

Captulo publicado en el XI Seminario de Ingeniera Ssmica que se realiz en Mendoza,Argentina, en Agosto de 2003 . Publicado adems en la Revista Cimientos N. 3 delColegio de Ingenieros Civiles de Esmeraldas, en Agosto de 2003.


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Roberto Aguiar FalconCEINCI - ESPE

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En la nueva filosofa se da mayor importancia al diseo por desempeo que al diseopor resistencia, ya que este ltimo por si solo no garantiza un adecuado comportamiento de laedificacin ante sismos menores. Pases como Japn, Nueva Zelanda y algunos europeos hanacogido la iniciativa del diseo y anlisis ssmico por desempeo y es muy probable que, a

corto tiempo, presenten nuevas normativas ssmicas que incluyan esta nueva filosofa, encontraste con otros pases que estn agobiados por problemas polticos y econmicos, quetienen a sus pueblos sumidos en una pobreza que se agrava cuando se registra un sismo demoderada magnitud, como el que afect al eje cafetero de Colombia en 1999 y que dej un milochocientos millones de dlares en prdidas.

En la forma de diseo tradicional se garantiza que el edificio no va a colapsar ante unsismo mayor y se entiende que ante sismos menores la estructura va a responder en el rangoelstico o con ligero dao ante sismos moderados. Todos los controles que se realizan en eldiseo estn orientados exclusivamente al sismo mayor. Pero es importante cuantificar eldesempeo que va a tener la edificacin ante los sismos menores y moderados para saber sino se va a producir graves prdidas de capital e interrupcin del servicio (Flores 2002).

En el diseo ssmico por desempeo lo que se desea es conocer los desplazamientos,distorsiones de piso y el comportamiento de cada uno de los elementos, ante sismos depequea magnitud que se van a repetir varias veces durante la vida de la estructura, o sismosde mayor magnitud que probablemente se registren una sola vez en el tiempo de vida de laedificacin, o sismos ms fuertes en los cuales la probabilidad de ocurrencia es menor. Locierto es que lo que se persigue es ante diferentes eventos ssmicos de diferente intensidadconocer su desempeo en trminos de ndices de dao a nivel local y global de la edificacin,conocer las prdidas econmicas que se van a generar ante estos eventos y ver si sontolerables.

En definitiva con el diseo ssmico por desempeo lo que se persigue es conocer mssobre el comportamiento de la estructura ante diferentes acciones ssmicas, lo que todava no

est suficientemente claro es la variable que mejor define el nivel de desempeo, entre estastenemos el desplazamiento lateral mximo en el tope del edificio, la ductilidad, la deriva depiso, la energa disipada, los ndices de dao, etc.

VISION 2000 recomienda que se verifique el desempeo de las estructuras ante loscuatro eventos ssmicos que estn indicados en la tabla 8.1. En consecuencia, en lasnormativas ssmicas se deben establecer los espectros de diseo para cada uno de estoseventos, tema bastante difcil si se considera la poca informacin ssmica instrumental que sedispone en varios pases en vas de desarrollo; pero no por ello, debemos quedarnos con losbrazos cruzados a la espera de que un nuevo sismo cause nuevas prdidas humanas yeconmicas.

En Latinoamrica las redes ssmicas que existen tienen dos o tres dcadas de vida y la

mayor parte de sus registros corresponden, gracias a Dios, a sismos de pequea magnitud, enbase a esta informacin, en Ecuador por ejemplo, se han generado sismos de mayor magnitudy formas espectrales; las mismas que constan en el Cdigo Ecuatoriano de la Construccin,CEC-2000. Se sabe que conforme se tenga una mayor informacin ssmica se actualizarn losmapas de peligro ssmico y la forma de los espectros pero esto demanda su tiempo.

Tabla 8.1 Sismos recomendados por el Comit VISION 2000.Sismo Vida til

TProbabilidad de

Excedencia P

Perodo medio

de retorno, rt

Tasa Anual de

excedencia, 1p

Frecuente 30 aos 50% 43 aos 0.02310Ocasional 50 aos 50% 72 aos 0.01386

Raro 50 aos 10% 475 aos 0.00211

Muy raro 100 aos 10% 970 aos 0.00105


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ANLISIS SSMICO POR DESEMPEO 173

En la tabla 8.1, la tasa anual de excedencia se obtiene en funcin de la

probabilidad de excedencia

1p*

P , durante la vida til , mediante la siguiente ecuacin:t

( ) tPp /11 11 = ( 8.1 )

El perodo medio de retorno , se determina mediante la inversa de . Para cada

sismo de anlisis se espera un desempeo de la edificacin, de acuerdo al destino de lamisma; pero en trminos generales, ante el sismo frecuente, la estructura debe comportarseelsticamente, en consecuencia el coeficiente de amortiguamiento referido al crtico paraestructuras de hormign armado ser del 2%. Este coeficiente para el sismo ocasional,en quese espera dao en los elementos no estructurales estar alrededor del 3%. Para el sismo raro,todas las normativas ssmicas presentan el espectro elstico asociado a un 5%; finalmentepara el sismo muy raro el coeficiente de amortiguamiento es mayor.

rt 1p

En el apartado 8.11 se presenta la teora general con la cual se realizan los estudios depeligrosidad ssmica, su lectura ser de gran ayuda para entender la temtica que aqu seindica.

8.2 ZONIFICACIN SSMICA Y ESPECTRO ELSTICO

En la figura 8.1 se indica el mapa de zonificacin ssmica de Venezuela, Colombia,Ecuador, Per, Chile y Argentina, que ha sido obtenido para el sismo raroy que consta en: laNorma COVENIN 1756-98 (Rev. 2001) para el caso de Venezuela, en la Norma Sismo

Resistente NSR-98 de Colombia, en el Cdigo Ecuatoriano de la Construccin CEC-2000, enla Norma Tcnica de Per E030 de 1997, en la Norma de Chile NCh 433.Of 96 de 1996 y en elReglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes IMPRES-CIRSOC de 1982.

Ntese que a nivel de fronteras la aceleracin vara de un pas a otro. Por ejemplo, enla frontera entre Per y Chile se tiene en el primer pas 0.4 g., y en el segundo la aceleracinvara de 0.2 a 0.4 g., algo similar se tiene en las otras fronteras. Esto amerita que a futuro sepiense en tener un solo mapa de zonificacin ssmica de Amrica Latina y por qu no decirlo,una sola normativa ssmica.

Se define el espectro de amenaza uniforme como la curva que une las aceleracionesespectrales asociadas independientemente a cada perodo estructural con una probabilidad deexcedencia dada en un tiempo determinado y para un cierto factor de amortiguamiento con

respecto al crtico. Es decir que es la curva que une las aceleraciones espectrales asociadas almismo perodo medio de retorno, trabajando cada perodo estructural independientemente(Jaramillo 2002).

No es el objetivo del presente captulo comparar las formas espectrales de lasnormativas ssmicas vigentes al 2003 en Latinoamrica peor an comentar sobre ellas, seentiende que estas responden a la mejor informacin ssmica disponible en cada pas. Lo quese pretende es que a partir de las formas espectrales vigentes se determinen los espectrospara los sismos recomendados por VISION 2000. Se considera que los perodos de retorno decada uno de estos eventos que han sido determinados para el rea de California se mantienenen Latinoamrica.


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AmxZONA

0.10 g1

2

3

4

5

6

7

0.15 g

0.20 g

0.25 g

0.30 g

0.35 g

0.40 g

Figura 8.1 Zonificacin ssmica en Venezuela, Colombia, Ecuador, Per, Chile y Argentina al 2003.


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8.2.1 Normativa de Venezuela

En Venezuela se han determinado ocho zonas ssmicas que van desde la zona 0, en lacual no se esperan sismos, hasta la zona 7, que est caracterizada por una aceleracinmxima del terreno , igual a 0.4 g.; siendo g, la aceleracin de la gravedad. Las ecuaciones

que definen las tres ramas del espectro elstico, mostrado en la figura 8.2, son las siguientes:o

A

( )

p

od

odo

o

odo

T

TAATT

AATTT

T

TAATT

=>

=


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176

( )

2

2.1

5.2

0.50.1

*

o

d

o

d

odo

odo

AATT

T

SAATTT

AATTT

TAATT

=>

=


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Opcional paraAnlisis Dinmico

Ao

To0 T* Perodo, T(s)

Ao/2

T+

1.25 Ao S / T

Ad

Ao

S

Figura 8.4 Espectro Elstico del Cdigo Ecuatoriano de la Construccin CEC-2000

8.2.4 Norma de Per

En el Per, la Norma Tcnica de Edificaciones E30 de 1997 considera 3 zonasssmicas, la zona 1 que tiene un valor de 0.15 g ., la dos es la ms extensa con un valor

., y la de mayor peligrosidad es la 3 con 0.4gAo 20.0= g . En la figura 8.5, se indican los dossegmentos que definen el espectro elstico de la Norma Tcnica E 030 de Per, cuyas

ecuaciones son:

T*

2.5 Ao S

Ad

2.5 ( T* / T ) . Ao S1.25

T

Figura 8.5 Espectro Elstico de la Norma Tcnica de Edificaciones de Per de 1997.

25.1

5.2

5.2

=>

=

=

+=

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