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Manual de Diseño para la Construcción con Acero · www.ahmsa.com 197


La incidencia sísmica a nivel mundial ha aumentado dramáticamente en los últimos años.

México se localiza en una de las zonas de mayor actividad sísmica a nivel mundial. Pro-bablemente en nuestro país ocurre alrededor del 4% de los temblores que se presentan en el mundo entero.

Aproximadamente dos terceras partes del territorio nacional están expuestas a riesgo símico apreciable. Los reportes disponibles sobre temblores, señalan que anualmente ocurren en México aproximadamente 1 240 sismos de intensidad menor y que la ma-yoría de los epicentros se ubican en la brecha sísmica de Guerrero. Durante el pasado siglo han ocurrido un poco más de 30 temblores de magnitud superior a siete grados en la escala de Ricther.

La historia de los temblores mexicanos ha demostrado que en un lapso promedio de quince años ocurre un sismo de gran magnitud que ocasiona grandes pérdidas de vidas humanas, daños materiales cuantiosos y el colapso de numerosos edificios e instalacio-nes estratégicas en la ciudad de México (1957, 1979 y 1985)

Varias ciudades de nuestro país: Guadalajara Acapulco, Colima y una gran multitud de poblaciones de los estados de Guerrero, Michoacán, Oaxaca, Jalisco y Colima, están propensas a los embates de sismos fuertes. La probabilidad de que en los próximos años ocurra un sismo de características similares a los de 1985, no es remota.

A lo largo de la zona de subducción se establecen segmentos denominados “Brechas sísmicas” que se definen por la recurrencia de grandes temblores, que representan un proceso de acumulación de energía que súbitamente se libera.

IntroducciónDebido a las características geomorfológicas e historia de desastres naturales, así como de la prospectiva, nuestro país está expuesto a las siguientes contingencias:

• Sismos o terremotos • Fallas geológicas • Hundimientos, fracturas y colapsos de suelos • Deslizamientos de taludes inestables • Derrumbes de túneles • Agrietamiento del suelo • Actividad volcánica • Lluvias torrenciales, deslizamientos de tierra, inundaciones • Fugas, incendios y explosiones • Contaminación ambiental • Derrames de sustancias tóxicas y radioactivas • Epidemias • Cambios climáticos, entre otros

V.1 REGIONALIZACIÓN SÍSMICA DE LA REPÚBLICA MEXICANA


La relativa cercanía de la ciudad de México con la Brecha de Guerrero, aunado a las características especiales del subsuelo de la zona lacustre, que se encuentra en condi-ciones de sobresaturación, funciona como un amplificador de las aceleraciones de las ondas sísmicas en algunas zonas de la ciudad. Esta es una de las principales causas de los daños observados durante temblores fuertes.

En la zona costera del Océano Pacífico se acumulan grandes cantidades de energía que viajan y afectan principalmente a la ciudad de México. De ello se desprende que el conocimiento de esta zona de subducción es fundamental para determinar la frecuencia de sismos en la ciudad de México.

Las placas que afectan al país son: la Placa Continental o de Norteamérica, la Placa del Pacifico, la Placa de Cocos, la Placa de la Rivera y la Placa del Caribe. Entre los límites de las placas se generan fuerzas de fricción, que mantienen inmovilizadas las placas adyacentes, produciendo grandes esfuerzos en los materiales, cuando sobrepasan la resistencia de la roca, o cuando vence la fuerza de fricción, se produce una ruptura violenta y liberación repentina de la energía acumulada, la que se propaga desde el epi-centro en forma de ondas, en todas direcciones, a través del medio sólido de la tierra, que son conocidas como ondas sísmicas.

El riesgo sísmico de un asentamiento humano depende de varios factores: concentra-ción de la población, uso del suelo, tipo de subsuelo y del tipo de construcción

Actualmente, la zona con mayor potencial sísmico en nuestro país es la Brecha de Gue-rrero, donde la placa de Cocos se desliza por debajo de la placa de Norteamérica, en un movimiento de subducción, lo que afecta la mayor parte del litoral del pacífico, sitio donde se pueden producir uno o más sismos mayores en un futuro cercano.

Los sismos son una amenaza para las personas y bienes mucho más grave de lo que se piensa. A través de los siglos, las pérdidas de vidas humanas y los daños originados por esta causa han sido incalculables.

De acuerdo con lo anterior, el territorio mexicano se encuentra clasificado según el peligro sísmico a que están sujetas las edificaciones y, en general, las construcciones que se planee realizar.

Se han establecido cuatro zonas: A, B, C y D, las que representan zonas de menor a mayor peligro. Estas se han definido, básicamente, en función de la sismicidad propia de cada región.

A esta clasificación se le conoce como regionalización sísmica y tiene como principal objetivo, junto con Manuales de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad al 2008, proporcionar la información necesaria de los parámetros de análisis sísmico de los valores con que se deben diseñar cualquier obra, de tal manera que ésta resulte razonablemente segura y su costo no sea excesivo.

Cabe señalar que la regionalización indicada es aplicable a estructuras construidas en terreno firme y toma en cuenta el fenómeno de amplificación del movimiento sísmico por efecto de suelos blandos. Este fenómeno puede ser decisivo para el peligro sísmico de algunos puntos, como la ciudad de México.


La mayor parte de los sismos de grandes magnitudes y que son los que ocasionan grandes daños a las edificaciones, tienen epicentros en la costa del Pacifico, a lo largo de Jalisco, Colima, Michoacán, Guerrero, y Oaxaca.

Sin embargo, también han ocurrido sismos en el centro y sur de Veracruz y Puebla, partes norte y centro de Oaxaca, Chiapas, Estado de México y la Península de Baja California. Especialmente en la zona fronteriza con los Estados Unidos.

En los Estados de Sinaloa, Zacatecas, Durango, Yucatán y Sonora la sismicidad es baja. Aunque en Sonora ocurrió un sismo de magnitud de 7.3 a fines del siglo pasado. En los estados restantes no se han originado sismos de importancia aunque algunos estados llegan a ser afectados por los grandes sismos que se originan en otras regiones, como es caso, de Nayarit, Guanajuato, Querétaro, Hidalgo, Tlaxcala y Tabasco.


V.1.1 Regionalización sísmica (2009 )

Fuente: Memoria del Seminario práctico de análisis de los efectos por viento y sismo, 16 al 18 de junio de 2010, Morelia, Mich., Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil.

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Zona sísmica Tipo de suelo ao c Ta (s) Tb (s) r

I 0.02 0.08 0.2 0.6 1/2 A II 0.04 0.16 0.3 1.5 2/3 III 0.05 0.20 0.6 2.9 1.0

I 0.04 0.14 0.2 0.6 1/2 B II 0.08 0.30 0.3 1.5 2/3 III 0.10 0.36 0.6 2.9 1.0

I 0.36 0.36 0.0 0.6 1/2 C II 0.64 0.64 0.0 1.4 2/3 III 0.64 0.64 0.0 1.9 1.0

I 0.50 0.50 0.0 0.6 1/2 D II 0.86 0.86 0.0 1.2 2/3 III 0.86 0.86 0.0 1.7 1.0

V.1.2 Espectros de diseño / Parámetros de espectros sísmicos

V.1.3 Antecedentes / Varación de los espectros con Ts

Terreno tipo II

Terreno tipo III

Parámetros de espectros sísmicos para estructuras del Grupo B.

= 0.64aT sT= 1.2bT sT ; 0.6 bT< 1.5 s<Zonas sísmicas A y B

= 1.2bT sT ; 0.6 bT< 1.4 s<Zona sísmica C

= 1.2bT sT ; 0.6 bT< 1.2 s<Zona sísmica D

= 0.35aT sT= 1.2bT sT ; 0.8 bT< 2.9 s<Zonas sísmicas A y B

= 1.2bT sT ; 0.8 bT< 1.9 s<Zona sísmica C

= 1.2bT sT ; 0.8 bT< 1.7 s<Zona sísmica D


V.1.4 Zonas sismogénicas

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V.1.5 Aceleración máxima del terreno (roca)

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V.1.6 Mapa de regionalización sísmica

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V.1.7 Aceleración máxima del terreno (roca) / Diseño óptimo



V.1.8 Peligro sísmico / C Óptimos, T= 0.3 seg, Grupo A

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V.1.9 Peligro sísmico / C (Grupo A ) / C (Grupo B )

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IntroducciónUna gran parte de nuestro país está sujeta de manera apreciable y recurrente a los efectos de las acciones inducidas por amenazas naturales, como el viento y sismo. Las pérdidas lamentables de vidas humanas, los graves daños que ocasionan estas amena-zas naturales en las edificaciones convencionales y en las estructuras especiales (naves industriales, torres de telecomunicaciones, anuncios espectaculares, silos y tanques de almacenamiento, etc.), así como la interrupción de los servicios de las instalaciones estratégicas, líneas vitales y de comunicación, sistema de transporte carretero, etc, han motivado la actualización de las técnicas empleadas para encaminarlas a optimizar el diseño y desempeño de las estructuras ante los efectos producidos por estas acciones.

En México, los ciclones tropicales se presentan entre los meses de mayo y noviembre, su desplazamiento todavía no es previsible.

Por otra parte, desde su primera publicación en 1969, el Manual de Diseño de Obras Civiles (MOC) de la Comisión Federal de Electricidad ha sido la referencia de consulta más importante y actualizada en México para los ingenieros estructuristas, en virtud de que en la mayor parte del país no se cuenta con una normatividad relativa sobre la evaluación de los efectos de las acciones del viento y sismo. En los nuevos Manuales de Diseño por Viento y Sismo (MOC-Sismo y Viento-2008), se ha efectuado una revisión exhaustiva en materia de investigación y estandarización a nivel internacional dando como resultado la actualización de los criterios de diseño por viento y sismo.

Los Manuales de Diseño por Viento y Sismo (2008), contienen las bases e hipótesis en que se basa su actualización, cuyas aportaciones técnicas, hechas por un grupo de expertos en la materia, enriquece el estado de la ingeniería de viento y sismo en México con el fin de lograr diseños estructurales más confiables y óptimos ante estas solicitaciones.

El efecto del viento se representa en el diseño de la mayoría de las estructuras por me-dio de presiones y fuerzas aplicadas en forma estática. Las construcciones se analizan suponiendo que el viento actúa por lo menos en dos direcciones horizontales, perpen-diculares entre sí.

Las acciones del viento que deben tomarse en cuenta en el análisis de la estructura son:

• Empujes medios. • Vibraciones generadas por ráfagas turbulentas en la dirección del viento. • Vibraciones transversales al flujo y torsión. • Inestabilidad aerodinámica.

Al definirse el viento como acción accidental deberá combinarse su efecto con los de las cargas muertas permanente y variables (carga muerta y carga viva) y aplicarse al efecto total un factor de carga de 1.1.

V.2 REGIONALIZACIÓN EÓLICA DE LA REPÚBLICA MEXICANA


En algunas formas estructurales se podrá predecir los efectos dinámicos del viento, pero en otras será necesario realizar ensayes experimentales con modelos físicos, en un túnel de viento.

Aún para las estructuras más flexibles en que los efectos dinámicos son importantes, éstos se toman en cuenta mediante factores de amplificación de los valores básicos de las presiones estáticas.

Las estructuras de acero localizadas en zonas sujetas a huracanes u otras condiciones extraordinarias, se diseñarán tomando en consideración tales condiciones. Se debe es-tudiar el efecto local de presiones interiores. Debe revisarse la estabilidad de la cubierta y sus anclajes, así como la posible inversión de esfuerzos en los diversos elementos estructurales.

Para el análisis de estructuras contra la acción del viento, se recomienda al usuario con-sultar el Manual de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad, (MOC-Diseño por viento, 2008). Este manual contiene los criterios para efectuar el análisis por viento, y especifica los procedimientos de análisis de las estructuras convencionales; quedan fuera algunas estructuras particularmente sensibles al efecto de viento, como las líneas de transmisión y los puentes colgantes, para los que deberá recurrirse a especificacio-nes, normas o literatura especializada.

Otra referencia importante de consulta para el análisis por viento son las Normas Técni-cas Complementarias para Diseño por Viento del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal 2004 (NTC-Viento-2004), que son de carácter obligatorio para edifica-ciones ubicadas en la ciudad de México y que contienen las bases y los procedimientos para la revisión de la seguridad y condiciones de servicio de las estructuras sujetas a los efectos de este agente natural.

En esta última edición de las NTC-Viento 2004, se actualizaron los capítulos de diseño, método estático de diseño por viento, diseño de elementos de recubrimiento, empujes dinámicos paralelos al viento, efecto de vórtices periódicos sobre estructuras principa-les.

Regionalización eólica de la República MexicanaLos fenómenos naturales que pueden representar riesgos potenciales para la población de nuestro país están asociados con fenómenos hidrometeorológicos, dentro de los que destacan los vientos fuertes, las lluvias intensas, los “downburst” y las altas y bajas temperaturas, que se suscitan en las diferentes épocas del año, que sumados a las características geográficas y climáticas de la región, tienen gran impacto en las activi-dades socioeconómicas de la sociedad.

El cambio climático global, desde hace varios años, ha incidido desfavorablemente so-bre las condiciones atmosféricas en todo el mundo y periódicamente en nuestro país, ha implicado la modificación de las características climáticas que controlan el medio ambiente, teniendo como consecuencia la presencia de ciclones, incendios, inundacio-nes, así como grandes avenidas y precipitaciones extraordinarias que han provocado el deslizamiento de taludes inestables.


Además de estas consideraciones, se presentan las afectaciones de las estructuras que se ven favorecidas por la presencia de vientos fuertes en las zonas costeras de nuestro país. Velocidades máximas de vientosEl efecto del viento sobre las construcciones se refiere a la acción accidental que produ-ce el aire en movimiento sobre los objetos que se le interpone, y consiste, de empujes y succiones.

Para establecer recomendaciones para el análisis por viento de estructuras es necesa-rio contar con información relativa a las velocidades máximas y la frecuencia con que pueden presentarse.

Esta información se obtiene haciendo estudios de los registros de las velocidades pro-porcionados por anemómetros de presión y de rotación, que son los instrumentos utili-zados actualmente para la medición de las velocidades del viento. Para estandarizar la información las velocidades suelen referirse a una altura de 10 m. Como los anemóme-tros pueden instalarse a diferentes alturas es necesario hacer ajustes de acuerdo con las leyes de variación del viento con la altura.

Las velocidades regionales del país y para edificaciones del grupo A, se indican en las siguientes figuras. Para la determinación de la velocidad básica, la velocidad de diseño, criterio de análisis y la determinación de las presiones de diseño por viento, se tomarán del Manual de Diseño de Obras Civiles (MOC 2008).

En el caso de acciones distintas a las señaladas en este capítulo, tales como empujes de tierra o de líquidos, efectos de contracción o cargas dinámicas producidas por equi-po o maquinaría, sus intensidades deben determinarse para cada caso en particular, tomando como base hipótesis congruentes con el problema particular que se presente.

Temperaturas máximas y mínimasLa presencia de bajas y altas temperaturas han impactado directamente a la población y modifican los patrones de dispersión de contaminantes, causando un efecto secun-dario de afectación.

Referencias:Memoria del Seminario práctico de análisis de los efectos por viento y sismo. Acciones por Viento en Estructuras, Colegio de Ingenieros Civiles de Michoacán y Centro Regio-nal de Desarrollo en Ingeniería Civil, 16 y 18 de julio, 2009, Morelia, Mich.

Manual de Diseño de Obras Civiles. Diseño de viento Comisión Federal de Electricidad e Instituto de Investigaciones Eléctricas, México, D.F. 2008.


V.2.1 Regionalización de vientos, UNAM, edición 1964



V.2.2 Isotacas 2008


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