Estructura 3 1S2020: Clase 4 Sismología

Asignatura	Estructura 3
Del Curso	Estructura 3 - Primer Semestre 2020
Nº	S4
Fecha	27/04/2020

Terremotos en Chile

5 Disposiciones generales sobre el diseño y métodos de análisis

5.1 Principios e hipótesis básicos

5.1.1 Esta norma, aplicada enconjunto con las normas de diseño específicos para cada material enumeradas en 5.3, está orientada a lograr estructuras que:

a) resistan sin daños movimientos sísmicos de intensidad moderada;

b) limiten los daños en elementos no estructurales durante sismos de mediana intensidad;

c) aunque presenten daños, eviten el colapso durante sismos de intensidad excepcionalmente severa.

La conformidad con las disposiciones de estas normas no asegura, en todos los casos, el cumplimiento de los objetivos antes mencionados.

Particularmente, las disposiciones para edificios de muros de hormigón armado están inspiradas en el satisfactorio comportamiento que tuvieron durante el sismo de marzo de 1985, los edificios de este tipo diseñados de acuerdo con NCh433.Of72.

Clasificación de los daños

	Niveles de funcionamiento de la edificaciones
	Peligro de Colapso	Poca seguridad para ocupantes	Ocupación Inmediata	100% Operacional
Daño	Severo (S)	Moderado (M)	Leve (L)	Muy leve (VL)
General	Grandes deformaciones permanentes. Poca resistencia y rigidez residual, pero las columnas y muros están funcionando. Falla o comienzo de falla en estructuras no soportantes. Edificio cerca de colapsar.	Existen deformaciones permanentes menores. Existe resistencia y rigidez residual en todos los sectores. Elementos soportantes funcionando. No hay muros desaplomados. Reparar puede ser no viable económicamente.	No hay deformaciones permanentes. Se mantiene casi toda la resistencia y rigidez original. Grietas menores en muros, divisiones, cielos y elementos estructurales. Elevadores pueden ser arreglables.	No hay deformaciones permanentes. Se mantiene toda la resistencia y rigidez original. Grietas menores en muros, divisiones, cielos y elementos estructurales. Todos los sistemas importantes operando

Terremoto de Valparaíso 1906

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  Fig.IVa

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  Fig.IVb

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  Fig.IVc

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  Fig.IVd

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  Fig.IVe

Terremoto de Valdivia 1960

En Chile hubo 9 terremotos entre el 21 de Mayo y el 6 de Junio de 1960. Fue destruido el 60% de las viviendas de Chiloé, el 55% de Valdivia, el 50% de Angol y el 45% de Concepción.

	Epicentro	Fecha y Hora	Magnitud Richter
1	Concepción y Lebu	Mayo 21          06,02 horas	7.25
2	Concepción	Mayo 21          06,33 horas	7.25
3	Concepción	Mayo 22          14,58 horas	7.5
4	Valdivia	Mayo 22          15,10 horas	7.5
5	Valdivia	Mayo 22          15,40 horas	8.75
6	Península de Taitao	Mayo 25          04,37 horas	7.0
7	Isla Wellington (Puerto Edén)	Mayo 26          09,56 horas	7.0
8	Península de Taitao	Junio 2             01,58 horas	6.75
9	Península de Taitao	Junio 6             01,55 horas	7.0

Fig.IVf: Energía liberada en el terremoto de Valdivia. Nótese que supera con creces la asismicidad anual del planeta, entre otras varias referencias.

Los grandes terremotos de Chile en Mayo 1960 han aportado otra primicia mundial. En la ocasión, fue la primera vez en la historia que fue registrada la vibración de la totalidad de la tierra, fenómeno ya predicho por Poisson en 1813.

En efecto fueron perceptibles los modos normales de vibrar: en torsión según el plano del ecuador y en elongación y achatamiento de la distancia entre los polos.

Para estos movimientos los tiempos fueron respectivamente de 54 y 44 minutos. A partir de entonces se miden estos períodos para los grandes terremotos, ya que tienen importancia para la comprensión del interior de la tierra. Las medidas de 1960 confirmaron el modelo de estructura general ya desarrollado e inferido de las trayectorias, espacio-tiempo, de las ondas P y S. 

• Registro de estructuras dañadas
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  Fig.IVg

• Estr:figIV h.jpg

  Fig.IVh: Licuefacción de suelos

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  Fig.IVi: Asentamientos diferenciales del terreno

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  Fig.IVj

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  Fig.IVk: Vaciamiento, o desprendimiento de albañilería mal confinada.

• Estr:figIV l.jpg

  Fig.IVl: Asentamiento diferencial en puente

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  Fig.IVm: Licuefacción de suelos II

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  Fig.IVn

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  Fig.IVo

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  Fig.IVp

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  Fig.IVq

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  Fig.IVr: Comportamiento dúctil. La línea se dobla y queda inservible, pero no colapsa.

Terremoto de Valparaíso 1985

El 3 de Marzo de 1985 a las 19:47 hrs, nuevamente la tierra hizo sentir su poder en la zona central de Chile. La zona más afectada fue San Antonio, así como sus vecinos pueblos de Alhué, Melipilla y el no tan vecino Rengo.

El sismo se sintió entre la II y la IX regiones del país y tuvo una Intensidad máxima del grado VIII en la escala modificada de Mercalli, y Magnitud Richter 7,8.

El epicentro se ubicó en el mar entre Valparaíso y Algarrobo, a 20km de la costa y 15km de profundidad. 

• Registro de daños
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  Fig.IVs: Pérdida de fachada por poco anclaje

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  Fig.IVt: Grieta producida por momento volcante

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  Fig.IVu: Grieta producida por momento volcante II

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  Fig.IVv: Pérdida de hormigón y pandeo de armadura

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  Fig.IVw: Pérdida de fachada y vaciamiento

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  Fig.IVx: Apoyo insuficiente de las vigas del puente, el desplazamiento fue mayor de lo tolerado

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  Fig.IVy:

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  Fig.IVz: Edificio inhabitable

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  Fig.IVaa: Estructuras bajas y frágiles I

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  Fig.IVab: Estructuras bajas y frágiles II

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  Fig.IVac

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  Fig.IVad

Sismo del 27 de febrero de 2010. Comportamiento y daños en edificios de hormigón armado de mediana altura en Viña del Mar

Contexto general

Terremoto

• Magnitud Mw=8.8.
• Gran daño focalizado en edificios construidos hace 10 a 15 años.
• Se observó una gran cantidad de daños en suelos blandos.
• La falla predominante fue compresión y no corte como el año 1985.

Normativa vigente

• No se requería confinar elementos de borde en muros (hasta mayo de 2008).
• Se modificó la norma de Diseño Sismo-resistente, NCh433, y la norma de diseño en Hormigón Armado, NCh430 .

• Antecedentes
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  Fig.IVae: Epicentro. Es atípico ya que se propaga hacia el norte en un inicio, y luego se devuelve hacia el sur.

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  Fig.IVaf: Distancia de Viña del Mar con el epicentro. Toda esta es una zona de falla

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  Fig.IVag: Zona de falla en que se produce la subducción de las placas

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  Fig.IVah: Infografía de comparación terremotos 1960-2010 I

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  Fig.IVai: Infografía de comparación terremotos 1960-2010 II

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  Fig.IVaj: Ondas de propagación del tsunami y su alcance

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  Fig.IVaj: Efectos del tsunami en Juan Fernández

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  Fig.IVam: Efectos del terremoto en Av. San Martín, Viña del Mar

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  Fig.IVan: Profundidad a la que se encuentra la roca madre y correlación con los daños: A mayor profundidad de la roca, suelo más blando, se amplifica la demanda de deformación.

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  Fig.IVao

• Daños
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  Fig.IVap: Pandeo de armadura y pérdida de hormigón

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  Fig.IVaq: Pandeo de armadura y pérdida de hormigón II

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  Fig.IVar: Compresión del elemento por pérdida de hormigón

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  Fig.IVas: Falla frágil. Pérdida de hormigón, armadura a la vista

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  Fig.IVat: Falla frágil. Pérdida de hormigón, armadura a la vista II

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  Fig.IVau: Falla frágil. Pérdida absoluta de hormigón, pandeo de armadura

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  Fig.IVav: Rotura de armadura

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  Fig.IVaw: Daño en todos los muros, sobretodo por compresión.

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  Fig.IVax

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  Fig.IVay

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  Fig.IVaz

Estudio de caso Edificio en Viña del Mar

Características principales

• 10 pisos más un subterráneo, Altura: 26.5 m.
• Estructuración:
  • Muros de H.A. de espesor 20cm, calidad fc=225 kg/cm²
  • Losas de H.A. e=13cm.
• El área de muros en sentido Norte-Sur 1.83% aprox. y en sentido Este – Oeste 1.63% aprox.
• Período agrietado: 0.81 s.
• R=9.4, R_efectivo=V_elástico/V_diseño=5.6

• Estudio de caso Edificio en Viña del Mar
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  Fig.IVba: Antecedente. Espectro de aceleraciones para distintos tipos de suelo en Viña del Mar

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  Fig.IVbb: Antecedente. Espectro de desplazamientos inducidos en estructuras en Viña del Mar en el sismo del 2010. Curva roja corresponde a las demandas esperadas según la norma, para tipo de suelo II, que era la clasificación que tenía Viña. Curva azul corresponde a demandas esperadas para un tipo de suelo III. Curva celeste fue la demanda real. El peak corresponde a deformaciones de casi 22 cm, muy por encima de los 7 cm esperados por la norma.

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  Fig.IVbc

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  Fig.IVbd: Planta de cielo piso 1 edificio estudiado (concentra el daño)

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  Fig.IVbe: Fotografía de elementos piso 1 y sus daños.

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  Fig.IVbf: Daños muro A1 I

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  Fig.IVbg: Daños muro A1 II

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  Fig.IVbh: Daños muro A1 III

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  Fig.IVbi: Daños muro A3 I

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  Fig.IVbj: Daños muro A3 II

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  Fig.IVbk: Daños muro A3 III

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  Fig.IVbl: Daños muro A5 I

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  Fig.IVbm: Daños muro A5 II

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  Fig.IVbn: Daños muro A5 III

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  Fig.IVbo: Demanda de deformación en los muros. Considerar que el δu que provocó el sismo fue del orden de 30 cm. Los muros más dañados tenían sólo la posibilidad de deformarse 17 cm, lo que explica que colapsen.

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  Fig.IVbp: Anexo. Otro problema corresponde a las "columnas cortas", aquellas que quedan entre las ventanas al perforar un muro. Estas columnas reducen la capacidad de deformación en ese horizonte, lo que induce fallas frágiles. En este ejemplo se perdió todo un nivel producto de esto

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  Fig.IVbq: Anexo. Esquema explicativo de la reducción de la capacidad de deformación. El ideal es que sólo exista Δc, pero las columnas cortas hacen aparecer Δp1 y Δp2.

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  Fig.IVbr: Anexo. Caso de colapso durante el terremoto.

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  Fig.IVbs: Anexo. Caso de colapso durante el terremoto.

Conclusiones

• Respuesta observada: R="Ductilidad""

"Sobresistencia"

• Se debe evitar la falla frágil, especialmente de las cabezas de compresión en secciones tipo “T”, “L”…. Mayor espesor y/o dilatar (ver Fig.IVbv)
• El aumento de la carga axial produce una disminución de la curvatura última.
• El distanciamiento de las amarras horizontales y sus ganchos deben impedir el pandeo de las armaduras.

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  Fig.IVbt

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  Fig.IVbu

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  Fig.IVbv

Anexo: Mega-sismo de Tohoku, Japón (2011)

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  Fig.IVbw: Intensidad en Japón

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  Fig.IVbx: Japón tiene diversos centros de estudios sísmicos en su territorio, lo que les permitió levantar muchos antecedentes al respecto, como los presentados aquí

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  Fig.IVby: Corte esquemático del tsunami

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  Fig.IVbz: Imagen del tsunami

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  Fig.IVca: Tsunami sobrepasó las defensas costeras. En la imagen, un rompeolas

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  Fig.IVcb: Tsunami sobrepasó las defensas costeras. En la imagen, una compuerta

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  Fig.IVcc: Tsunami sobrepasó las defensas costeras. En la imagen, una línea defensiva de pinos

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  Fig.IVcd: La evacuación horizontal no fue muy efectiva

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  Fig.IVce: La evacuación vertical , en contraste , estuvo eficaz. Esta escuela se inundó hasta el segundo piso

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  Fig.IVcf: Los daños estructurales fueron menos evidentes. Ejemplo de daño estructural en una área no inundada

• 11 de marzo 2011 , 14:46:23 hora local
• Mw = 9.0
• > 27,000 muertos o desaparecidos
• $ 300 mil millones USD de daños

Observaciones

• Severidad extraordinaria
  • Tres roturas distintas
  • Duración total de más de 3 minutos
  • Aceleraciones picos de tierra mayores de 1.5 g
• Daños por tsunami (maremoto)
  • Altura de tsunami fue 3 veces mayor de lo esperado
  • Una altura máxima de 38.9 m fue grabada en Aneyoshi ( Miyako )
  • Alturas en la costa llegaron a 10 m
• Daños a líneas vitales
• Daños a la red social
• Daños geotécnicos (licuación)
• Daños estructurales

Se pone en tela de juicio las predicciones estadísticas, frente a las determinísticas. Las tres zonas de falla que se activaron eran conocidas, y se había pronosticado eventos para una rotura en cada zona individual. No se había contemplado una rotura casi simultánea de las tres zonas, por ser muy poco probable estadísticamente. Sin embargo, lo muy poco probable sí ocurrió.

Lecciones que deja el sismo de Japón

• En el campo de la estructura, hay que seguir haciendo lo que funciona
• Hay que contemplar lo peor que pudiera pasar determinísticamente
• Lo que pueda pasar, va a pasar