La seguridad sísmica se prueba para estructuras en áreas con riesgo de terremotos. Además, estructuras importantes como presas, edificios altos, etc. están probados y diseñados para resistencia a terremotos independientemente de si están ubicados cerca del límite de una placa o no.
¿Qué es un terremoto?
Movimiento del suelo en dirección vertical y horizontal debido al movimiento entre placas, eventos volcánicos, etc.
Este movimiento del terreno se transmite directamente a la estructura de soporte. El diseño estructural es el factor crucial que determina si esta estructura puede soportar las cargas que se presentan durante este tipo de eventos.
En general, depende de la relación entre capacidad y carga aplicada.
¿Qué sucede durante un terremoto?
Como se mencionó anteriormente, los movimientos del suelo hacen que las estructuras se muevan en la dirección en que se mueven las ondas sísmicas.
La mayor parte del tiempo las olas son horizontales.
Debido al movimiento lateral del terreno, el edificio tiembla. Este movimiento produce dos deformaciones en la estructura, a saber, deformación por flexión y deformación por corte.
Además, la sacudida somete la estructura a diferentes etapas de movimiento. Éstas se denominan formas propias. Estas formas modales básicas se tienen en cuenta durante el diseño.
¿Cuál es la diferencia entre cargas de viento y cargas sísmicas?
Ambos tipos de carga hacen que la estructura vibre. Además, ambos tipos de cargas se pueden aplicar de forma estática o dinámica y continuar con la construcción.
La principal diferencia entre este tipo de cargas es la magnitud y el intervalo de tiempo en el que actúan sobre la estructura. Además, la variación de las cargas aplicadas no es de naturaleza similar.
¿Cómo ocurre un terremoto?
Un terremoto es un desplazamiento repentino a lo largo de una falla.
Las placas tectónicas están en constante movimiento. Sus bordes se forman por la fricción entre los dos planos. El alivio que supone superar la fricción es como un terremoto para nosotros.
Los eventos sísmicos se observan en los límites de las placas. Se encontraron los siguientes límites de placas. Básicamente, hay siete placas tectónicas.
- plato africano
- placa antártica
- Placa Euroasiática
- Placa Indio-Australiana - (Placa Australiana y Placa India)
- plato norteamericano
- Placa del Pacífico
- plato sudamericano
El movimiento de la placa Tiptronic se puede ilustrar en la siguiente figura.
Provoca movimiento del suelo. A veces se producen deformaciones permanentes en el suelo después de un terremoto.
¿Qué es el diseño sísmico?
Diseñar una estructura que pueda soportar las tensiones de un terremoto. La carga es de naturaleza dinámica y tanto el análisis de diorama como el análisis estático se pueden utilizar para el análisis y el diseño.
Los códigos de diseño sismorresistentes brindan a los ingenieros estructurales una guía integral sobre los parámetros a considerar dependiendo de la magnitud del terremoto, tipo de estructura, condiciones del suelo, etc.
Hay tres métodos principales para diseñar una estructura.
- Análisis estático
- Análisis del espectro de respuesta: análisis dinámico
- Análisis de historia del tiempo – Análisis dinámico
Análisis estático en diseño sísmico
El análisis estático es el método más sencillo para calcular y analizar cargas. Es un método comparativamente simple y sin complicaciones.
Los siguientes pasos se realizan en el análisis estático:
- Seleccionar la aceleración máxima del suelo (PGA) de la estructura a diseñar. Este valor se puede encontrar en normas locales o internacionales según la zona sísmica en la que se ubica la estructura.
- Si el sitio está lejos del límite de una placa, se puede utilizar el valor mínimo de PGA o el valor especificado en la intención del diseño.
- Calcule el corte base basado en PGA y otros parámetros.
- Con este método tenemos en cuenta que la masa de la estructura se concentra en cada planta. La base se basa en la masa de cada piso y la altura de cada piso desde el suelo, el empuje de la base se distribuye en cada piso.
- Entonces podemos continuar con el análisis normalmente.
- Sin embargo, debemos definir las propiedades de los materiales teniendo en cuenta sus efectos no lineales, ya que esperamos que las estructuras se comporten fuera del rango lineal durante un terremoto.
- Dependiendo del resultado del análisis, se podrá crear un borrador.
El ejemplo resuelto Ejemplo de diseño resistente a terremotos de la UBC 1997 Para obtener más información sobre el método de cálculo del corte de base, consulte.
Se podrían obtener más aclaraciones del artículo Principios de construcción resistente a terremotos sobre los antecedentes.
Además, el artículo Diseño orientado al rendimiento para obtener más información sobre el análisis no lineal de estructuras de este tipo, consulte lo siguiente.
Análisis del espectro de respuesta.
Este es uno de los métodos de análisis dinámico en el diseño de terremotos. Primero, necesitamos encontrar el espectro de respuesta apropiado para nuestro proyecto.
Además, se utiliza principalmente en el análisis de edificios en diseños sismorresistentes.
Con respecto al método del espectro de respuesta se puede destacar lo siguiente. – Fuente: Internet
- El análisis del espectro de respuesta permite estimar la respuesta máxima de una estructura en forma de desplazamiento, velocidad o aceleración.
- Este método se utiliza a menudo para determinar la respuesta de la estructura en el diseño sísmico.
- Además, es un método que mide la contribución de cada período natural de vibración para indicar la respuesta sísmica máxima probable de una estructura sustancialmente elástica.
Análisis del curso del tiempo
El análisis de la historia del tiempo es también uno de los métodos de análisis dinámico utilizados en el diseño resistente a terremotos.
El análisis de la historia del tiempo es una evaluación lineal o no lineal de la respuesta dinámica de una estructura sometida a una carga que varía en función del tiempo.
Esta característica puede estar relacionada con un evento sísmico previo.
Factores importantes a considerar en la planificación de la seguridad contra terremotos
Se deben tener en cuenta varios factores al diseñar la resistencia a los terremotos.
Deflexiones o desplazamientos posteriores, amortiguamiento, detalles de ductilidad, configuraciones estructurales, etc. son algunos factores importantes a considerar al diseñar estructuras para cargas sísmicas.
Deformaciones laterales
El tipo de deformación más preferido es el movimiento de traslación. Si no se forman modos de torsión en los dos primeros modos, estamos satisfechos.
Si los modos de torsión no alcanzan sus modos iniciales, la deformación torsional de la estructura es mínima.
Sin embargo, esto no siempre es posible para nosotros porque nuestras estructuras no siempre son simétricas. Puede haber desviaciones en el centro de gravedad y el centro de rigidez.
En los casos en los que no podamos evitar los modos de torsión, debemos diseñar la estructura para torsión. Se debe prestar atención a las fluctuaciones de los elementos débiles y a las fuerzas de corte en la estructura.
Siempre se debe intentar evitar los modos de torsión dentro de los modos iniciales cambiando la rigidez estructural. Ajustes de rigidez del muro de corte, cambio de ubicación, etc. se podría hacer para solucionar este problema.
Historial Desviación/Índice de Desviación
Este es un requisito para la operatividad del edificio y también representa una especie de limitación a la deformación lateral de la estructura.
Las restricciones deben establecerse en función del estándar relevante utilizado para el diseño sísmico.
En caso contrario, componentes no estructurales como revestimientos, techos, equipos mecánicos, etc. puede resultar dañado por una deformación lateral excesiva.
El límite se proporciona en UBC 1997. Para obtener más información sobre este tema, consulte el artículo UBC 1997 Earthquasistent Design Could Be Forwarded.
mojadura
La amortiguación es un fenómeno en el que la energía de un objeto que vibra disminuye con el tiempo. Esto reduce la amplitud de la oscilación con el tiempo.
La siguiente figura muestra la disipación de entrada debido a la atenuación.
La propia estructura tiene una propiedad amortiguadora. La vibración provocada por un terremoto es disipada por la propia estructura sin necesidad de dispositivos externos de absorción de energía.
Sin embargo, a medida que aumenta la amplitud de la vibración, se forman grietas en la estructura y se pierden las propiedades de amortiguación.
En la construcción moderna se utilizan muchos métodos para mejorar el confort de los edificios mediante la colocación de amortiguadores.
Para reducir la vibración en un edificio con construcción resistente a terremotos, se utilizan los siguientes métodos.
- Amortiguador de viscosa
- Amortiguadores viscoelásticos
- Amortiguador de fricción
- Amortiguador de vibraciones (amortiguador de vibraciones)
- Amortiguadores compatibles
- Amortiguadores magnéticos
Este tipo de método de amortiguación se utiliza en edificios altos. Los edificios más pequeños no suelen estar equipados con este tipo de sistemas.
Naturalmente, las propiedades de amortiguación de los edificios pequeños son inferiores y no pueden disipar su energía mediante deformaciones laterales, ya que hay edificios que son más rígidos ante las deformaciones laterales.
Además, esto se evita con los muros de relleno en este tipo de estructuras.
Por lo tanto, los edificios pequeños están expuestos a daños importantes en un terremoto.
Detalle de ductilidad
Es uno de los métodos más utilizados en la construcción, independientemente de si el edificio se encuentra en zona sísmica o no.
Incluso si la estructura no está diseñada para soportar cargas sísmicas, el detalle del refuerzo de estas estructuras se lleva a cabo de acuerdo con los requisitos del detalle de ductilidad.
Se podría enviar más información sobre el refuerzo en detalle en el artículo Detalles sísmicos de vigas y columnas .
Además, en el artículo Principios de construcción sismorresistente puedes encontrar más información sobre la ductilidad de una estructura aquí.
Configuración de construcción
La configuración del edificio es muy importante en la construcción sismorresistente.
Los edificios irregulares están sujetos a torsiones debido a la desviación del centro de gravedad y la rigidez. Para evitar movimientos de torsión se deben prever juntas de dilatación, cambiar la rigidez lateral, insertar muros de corte, etc.
Sistema de transporte de carga lateral
El Sistema de Resistencia a Cargas Transversales soporta la carga horizontal que actúa sobre el edificio durante un terremoto.
La rigidez de los elementos que soportan cargas laterales determina la magnitud del daño a la estructura.
Se podrían utilizar otras formas estructurales diferentes contra cargas laterales para un mejor rendimiento.
Aislamiento básico
Uno de los métodos más famosos de la construcción moderna para proteger los edificios contra los terremotos.
Como sabemos, los edificios altos están sujetos a cargas sísmicas muy elevadas, lo que conlleva importantes costes adicionales para el sistema de absorción de cargas laterales. Por lo tanto, fue muy difícil construir edificios altos en una zona donde los terremotos son comunes.
Esto fue posible gracias al uso de métodos básicos de aislamiento. El aislamiento de la base limita, pero no previene, el movimiento lateral del edificio. Habrá una cierta fuerza para la cual se deberá diseñar la estructura.
El método básico de aislamiento requirió más estudios para desarrollar materiales adecuados y el costo de un proyecto de este tipo podría ser elevado.
Se debe monitorear el estado del material en el sistema ya que puede deteriorarse con el tiempo. Si es necesario, se debe reemplazar.
Además, los materiales aislantes de base pueden reemplazarse después de un terremoto dependiendo de la evaluación del estado del material.
