UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL.

TRABAJO MONOGRAFICO

CONSTRUCCIONES SISMORESISTENTES EN LA INGENIERIA CIVIL

PRESENTADO POR:

Arroyo Fernandez Baca, Gonzalo.

DOCENTE: Endara Vargas, Sonia

CUSCO – PERU

2015

DEDICATORIA

El presente trabajo va dedicado principalmente a mi familia, a todos mis familiares y

amigos, quienes han sido los que me han impulsado para seguir adelante en las buenas y

en las malas; además también de mis distinguidos profesores que siempre están ahí

apoyándome.

PRESENTACIÓN

PROFESORA DEL CURSO DE TALLER DE METODOS DE ESTUDIO

UNIVERSITARIO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE LA UNIVESIDAD

ANDINA DEL CUSCO.

SEÑORA PROFESORA:

SONIA ENDARA VARGAS

En cumplimiento al Contenido del curso y a las Directivas emanadas por su persona

pongo a su consideración el presente trabajo monográfico intitulado

“CONSTRUCCIONES SISMORESISTENTES EN LA INGENIERIA CIVIL”,

considero, que es un tema de actualidad, que merece un conocimiento y crítica por parte

de los estudiantes de la Ingeniera Civil

Cualquier sugerencia u observación al presente trabajo monográfico, será beneficiosa

para mi formación profesional.

GONZALO ARROYO FERNANDEZ BACA

INTRODUCCIÓN

La presente monografía, tiene el objetivo de conocer las Características de las

Construcciones Sismo resistentes, tomando en consideración que por nuestra formación

profesional, los ingenieros civiles debemos preveer e investigar la construcción de

diferentes obras sismo resistentes, de tal manera que minimicemos los Desastres

Naturales que ocasionan pérdidas materiales y humanas, tomando en consideración que

particularmente el Perú y especialmente la Región Cusco es una Zona altamente sísmica

y es necesario tomarlas providencias del caso de una manera técnica y científica.

La presente monografía es producto de la recopilación de Diversos Artículos sobre la

materia, que me permitirán hacer un análisis y critica, sobre este tema que debe ser de

conocimiento e investigación por parte de los Profesionales de la Ingeniería Civil.

Comprende las siguientes partes:

Presentación

Introducción

Contenido

Conclusiones

Bibliografía

Anexos

CONTENIDO

1. Estructuras Sismo Resistentes

En los últimos años el mundo ha sido sorprendido por distintos movimientos

sísmicos que han dado origen a una gran variedad de desastres estructurales,

como por ejemplo: la ruptura o desvanecimiento de ciertas edificaciones.  Por

esta razón es evidente que los edificios más resistentes contra movimientos

sísmicos son aquellos que tienen una verdadera planificación, con un diseño y

una configuración estructural, los cuales son propicios a obtener la resistencia

suficiente para soportar las fuerzas generadas por un sismo. 

2. Problemas Estructurales durante un terremoto

Los efectos que produce un terremoto son básicamente: temblor, rotura del

suelo y fuego.

Las condiciones de contorno son también parte básica delante del estudio de las

consecuencias de un movimiento del suelo:

Tipo de suelo: cuanto más rígido mejor

Topografía de la zona: cuanto más plana mejor

Hay otros factores que afectan a los daños producidos:

La configuración de la construcción del edificio

Las aberturas

La distribución de la rigidez en el edificio

La ductilidad

La cimentación

La calidad de la construcción.

Mecanismos de fallo de diferentes tipos de construcciones:

La Cubierta sostenida sobre dos paredes de cizalla

Un caso más habitual de cuatro paredes y una Losa en la parte superior:

Se ha de tener en cuenta, finalmente que las paredes acostumbran a tener

aberturas.

2.1. Los efectos que produce un terremoto

2.1.1. Temblor del suelo:

Hablamos del suelo sobre el cual está hecho la construcción y produce

aceleraciones, velocidades y desplazamientos que pueden afectar y pueden

llegar a destruir los edificios. Es el efecto que nos ayuda a diseñar los

edificios.

2.1.2. Rotura del suelo:

Evidentemente depende del tipo del suelo que tengamos, pero tanto la

rotura como el asentamiento o el derrumbamiento y también la licuefacción

del suelo tienen efectos no solo en la zona del edificio sino también en un

área de influencia que puede llegar a ser de kilómetros. La licuefacción es

muy peligrosa sobre todo para presas, puentes, cañerías enterradas o

edificios aguantados sobre suelos con muy poca densidad saturada.

2.1.3. Fuego:

El fuego es uno de los efectos más devastadores y menos tenidos en cuenta

en terremotos. Debe tenerse en cuenta que después de una primera sacudida

se corta el agua potable por lo que cuesta mucho mitigar el fuego.

2.2. Características elementales de una estructura sismo resistente.

Una estructura responde a un movimiento sísmico de diferentes maneras, según

su configuración y su diseño, las características más elementales de este tipo de

edificaciones son: el tipo de suelo donde se encuentra la edificación, los

materiales utilizados en la construcción del mismo, la resistencia de dichos

materiales, la forma de la estructura y su sistema de apoyo.

Mayormente cuando una edificación colapsa durante o después de un sismo, es a

causa de la carga vertical, la cual hace que el edificio caiga hacia abajo y no

hacia adelante, esto también ocurre porque las fuerzas laterales agotan cualquier

posibilidad de resistencia estructural y por efecto de la fuerza de gravedad la

estructura se debilita hacia abajo (Arnold, 1991).

Por esta razón se deben estudiar cada una de las características de un edificio

propicio para soportar las fuerzas de un sismo y no desvanecerse durante el

mismo.

Tomando en cuenta la forma de los edificios lo más probable es que durante un

movimiento sísmico cada una de las secciones se muevan de manera distinta, es

por esta razón que se recomienda que cada sección se construya por separado y

se unan por medio de pasillos que permitan cierta estabilidad al momento de un

sismo; también es recomendable construir edificios con una uniformidad tanto

en su planta y alzado como en su sistema constructivo y materiales, debido a que

en edificios de este tipo el cálculo contra sismos es mucho más fácil y concreto.

Tomando en cuenta los materiales de construcción, para obtener un mejor

resultado en cuanto a la resistencia de un edificio durante un sismo, se

recomienda que los materiales sean de buena calidad para garantizar una

resistencia suficiente por parte de la estructura, del mismo modo dicha esta

estructura podrá absorber las energías que las fuerzas sísmicas le otorgan a

edificio cuando estas actúan.

En las fachadas dan mejores resultados los recubrimientos integrales, se deben

usar elementos debidamente anclados para que las losas puedan sujetarse y les

permitan moverse gracias a un espacio que se deja entre ellas, esto se hace con la

finalidad de obtener un equilibrio entre el sismo y el edificio.

Basándonos en el tipo de estructura, una edificación tiene mayor resistencia

sísmica si su estructura es sólida, simétrica, uniforme y continua; se

recomiendan las estructuras de concreto armado o las de acero, construidas con

verdaderas armaduras que tengan mayor rigidez. La mayoría de las estructuras

sismo resistentes se caracterizan por las uniones de sus elementos, es decir, los

empotramientos de sus viguetas en cada una de sus columnas.

Es importante destacar que el edificio no se ve afectado por el movimiento del

suelo sino por las fuerzas de inercia generadas internamente, esas fuerzas se

generan a causa de la vibración del edificio durante un sismo. La masa es una

característica del edificio, sin embargo, la aceleración es una función de la

naturaleza del temblor, debido a que es una fuerza, por lo general, un aumento

de la masa produce un aumento de la fuerza.

Una edificación debe tener una planificación sismo resistente, la cual debe

someterse a una serie de pruebas para poder calcular de manera concreta las

diferentes respuestas del edificio al momento de un sismo; estas respuestas son

cada vez más favorables si la edificación posee las características más adecuadas

para una construcción sismo resistente, es decir, si se utilizan materiales de

buena calidad, se construyen los edificios por secciones, se construyen en

terrenos firmes con una buena cimentación y se construyen estructuras sólidas,

simétricas y uniformes.

Sin embargo, los sismos son impredecibles, por lo tanto, las edificaciones no

siempre respondes según los cálculos realizados, es por esto que siempre se debe

hacer un mantenimiento habitual en la edificación y así, ésta esté preparada para

propiciar la suficiente resistencia ante un sismo en cualquier momento.

3. Como es una construcción sismo resistente

Ahora que la naturaleza arremete contra las moles de concreto y peor aún, contra las

vidas de quienes las habitan, las personas se preguntan cómo es una construcción

sismo resistente.

Hay varios aspectos que conviene señalar y otros que por su carácter técnico,

competen más a los arquitectos e ingenieros; por eso, aunque hay una gama extensa

de materiales y de especificaciones, vale la pena reseñar algunos datos que no

sobran a la hora de adquirir vivienda.

Son importantes la preparación del terreno, las excavaciones, los cimientos, las

capas aisladoras, la mampostería, los techos, la electricidad, las obras hidráulicas y

sanitarias, los cielos rasos, la carpintería... en fin, una extensa lista de exigencias

cuya función, además de la apariencia estética final, es la de crear estructuras

capaces de soportar los sismos.

Actualmente, en este aspecto, las construcciones no se realizan por catálogo ; es

decir, para un arquitecto es obvio e indispensable el uso de mejores estructuras, atrás

quedó la construcción sismo resistente como un lujo más, todos son conscientes de

su necesidad.

Para ello, los expertos tienen un cuidado muy especial en el diseño, en la

construcción y en la interventoría; por ejemplo, para obras de más de 25 unidades de

vivienda o de más de 200 metros cuadrados hay que tener en cuenta la respuesta

sísmica del suelo, sus especificaciones y obviamente, la calidad real de los

materiales.

En ese caso, la supervisión técnica de profesionales (ingenieros civiles y arquitectos)

es muy importante.

Diseño estructural En el diseño estructural son básicos tres sistemas: el de pórtico,

que resiste cargas verticales y sísmicas; los muros estructurados, que resisten los

movimientos en un alto grado, y el sistema dual que combina los anteriores.

Hay muros de soporte tradicionales; están dispuestos para aguantar el peso del techo

y del entrepiso y de paso sirven como medio para transmitirlo al suelo.

Los mixtos, que son de otra clase, se utilizan como apoyo en los muros exteriores;

en los interiores de la planta se disponen columnas y en algunos casos se utilizan las

vigas de hormigón armado.

La tercera clase de sistemas estructurales la conforman los Independientes; son los

característicos de las construcciones contemporáneas. Un esqueleto monolítico

armado o una estructura de perfiles de hierro que soporta el peso de la casa, incluso

de las paredes.

También es importante informarse y asesorarse acerca de los sistemas de

cimentación, ya que las bases son las que soportan las cargas que si son óptimas

ayudan a contrarrestar, en mediana medida, los daños estructurales.

La idea es que resistan las fuerzas verticales y horizontales que se generan durante

un temblor, que soporten sismos de intensidad intermedia para que los acabados no

sufran, aunque se deterioren las estructuras; también es necesario que soporten

sismos de intensidad alta; en este caso, lógicamente se dañarían, entre otros, los

enchapados, pero pueden ser reparados dijo el ingeniero Telésforo Chacón.

Alto riesgo...

Dentro de las pautas que debe conocer el común de la gente, están los requisitos de

alto riesgo, que a la postre son indispensables para todas las construcciones.

Los arquitectos e ingenieros hacen énfasis en el concreto reforzado (con armadura

de hierro), en la calidad del acero estructural y en la mampostería.

Hay que tener en cuenta que las edificaciones requieren de una resistencia sísmica

adecuada en todas las direcciones; eso garantiza la estabilidad de las estructuras.

Para ello, es importante cerciorarse no solo de su resistencia total, sino de su rigidez;

así se establece el adecuado transporte de las cargas, aspecto clave para el diseño de

los cimientos.

No hay que alarmarse si dentro del proyecto de construcción de un edificio sismo

resistente, se plantea la posibilidad de utilizar materiales prefabricados; es una

opción válida, siempre y cuando el análisis arroje resultados óptimos de resistencia

y de capacidad.

Es importante saber sobre el tema; la situación es compleja, pero no alarmante si se

toman las medidas necesarias.

La responsabilidad es de todos; de los profesionales con obras óptimas y, en casos

eventuales, de los propietarios con una actitud solidaria.

4. Configuración de un edifico sismo resistente

Llamamos configuración a un conjunto de características que tiene toda estructura, y

que según como se ha diseñado será el comportamiento del edificio ante las cargas

gravitatorias o las cargas dinámicas.

La importancia de alcanzar una configuración adecuada se destaca haciendo un

sencillo análisis, para cargas estáticas una tonelada sobre una viga es soportada por

esta y trasmitida hasta llegar al terreno. El caso de las cargas sísmicas no es tan

simple, los sismos producen esfuerzos que fluctúan rápidamente, y para calcularlos

necesitamos conocer las características dinámicas del edificio. Inclusive conociendo

estas características, los movimientos de un sismo y la interacción con la estructura

son tan complejos que los valores exactos de las fuerzas del terremoto tiene un

grado de incertidumbre elevado.

4.1. Escala

Las solicitaciones sísmicas son función del tamaño del edificio. Las cargas que

actúan sobre una vivienda pequeña son resistidas por la estructura de la misma

sin grandes inconvenientes. Pero cargas proporcionales en un edificio generan

esfuerzos que no son directamente proporcionales, sino superiores. Las fuerzas

de inercia, que originan las solicitaciones sísmicas son mas elevadas mientras

más masa tiene el edificio.

El problema de la escala se visualiza analizando el comportamiento de un

péndulo. Sin conocer las dimensiones absolutas del péndulo es imposible

calcular el periodo de oscilación del mismo. Si el péndulo es una bolilla con un

hilo de unos centímetros de longitud el péndulo oscilará de un extremo a otro en

menos de un segundo, en cambio si el péndulo es una bola de demolición con

una soga de 20 metros, se visualiza un periodo de oscilación de mas de un

segundo.

4.2. Simetría

Con el término simetría describimos una propiedad geométrica de la

configuración del edificio. Un edificio es simétrico respecto a dos ejes en planta

si su geometría es idéntica en cualquiera de los lados de los ejes. Este edificio

será perfectamente simétrico. La simetría puede existir respecto a un eje

solamente. También existe simetría en elevación, aunque es más significativa

desde el punto de vista dinámico la simetría en planta. La simetría en altura no

es perfecta porque todo edificio tiene un extremo fijo al terreno y libre el otro.

La falta de simetría tiende a producir excentricidad entre el centro de masa y el

centro de rigidez, y por lo tanto provocará torsión en planta. A medida que más

simétrico es el edificio, disminuyen el riesgo de concentración de esfuerzos, el

momento torsor en planta y el comportamiento de la estructura es más

predecible.

La asimetría tiende a concentrar esfuerzos, el ejemplo más común es el caso de

las esquinas interiores. Aunque un edificio simétrico puede tener esquinas

interiores como es el caso de las plantas en cruz. En este caso la planta del

edificio es simétrica pero no es una planta regular.

Existe simetría estructural si el centro de masa y el centro de rigidez coinciden

en la planta. La simetría es conveniente también a la forma del edificio sino

también a la distribución de la estructura. La experiencia de edificios con daños

severos en terremotos mostró casos en que la asimetría estructural fue la causa

del daño severo o el colapso de la estructura.

4.3. Altura

La altura de un edificio influye directamente en el periodo de oscilación, si

aumenta la altura aumenta el periodo. Si un edificio alto tiene un periodo

cercano a 2 segundos es probable que su aceleración sea menor que un edificio

más bajo, de 5 a 10 pisos, con periodo de ½ segundo. Los registros de terremotos

indican que los sismos concentran su energía y mayores aceleraciones en

periodos cercanos a ½ segundo.

Algunos reglamentos limitaban la altura de los edificios en áreas sísmicas, pero

en las normas actuales, la tendencia es que la limitación sea un producto de la

calidad del diseño. El Código de Construcciones Sismo Resistentes de Mendoza

exige el análisis modal para edificios de gran altura.

4.4. Extensión en planta

Es fácil visualizar como un riesgo sísmico las fuerzas de vuelco en un edificio,

pero los edificios con gran desarrollo en planta presentan otros problemas para

su análisis. Cuando la planta es muy grande, aunque sea simétrica el edificio no

responderá como una unidad. Al calcular las fuerzas sísmicas, se supone que la

estructura vibra como un sistema en el que todos los puntos de una planta en el

mismo nivel y en el mismo lapso tienen el mismo desplazamiento, la misma

velocidad y la misma aceleración, con idéntica amplitud. Pero la propagación

de las ondas sísmicas no es instantánea y su velocidad de propagación depende

de la naturaleza del terreno y de las características de la estructura, por ello las

bases del edificio a todo lo largo de este vibran asincrónicamente con

diferentes aceleraciones, provocando esfuerzos longitudinales de tracción,

compresión y desplazamientos longitudinales.

Un aumento de la longitud del edificio incrementa los esfuerzos en un nivel que

funciona como un diafragma de distribución horizontal. La rigidez del piso

puede ser insuficiente para redistribuir la carga horizontal originada por un

sismo.

Los esfuerzos causados por variaciones de temperatura, preexistentes o

provocadas por sismos son mayores en edificios con grandes dimensiones en

planta.

La solución para este tipo de edificios es diseñar una planta con suficientes

elementos sismo resistentes para acortar las luces del diafragma.

4.5. Distribución y concentración de masas

La distribución de las masas debe ser lo más uniforme posible, en cada planta

como en altura. Es conveniente que la variación de las masas piso a piso

acompañe a la variación de la rigidez. Si la relación masa-rigidez varia

bruscamente de un piso a otro se producen concentraciones de esfuerzos.

Se debe evitar la presencia de masas superfluas, tales como rellenos excesivos

en terrazas, terrazas con jardín, etc.

Es conveniente solucionar la provisión de agua con sistemas que eviten la

construcción de una reserva de agua voluminosa en el nivel mas alto del

edificio.

4.6. Densidad de la estructura en planta

En edificios antiguos se observa una gran cantidad de muros de gran tamaño

con función estructural. También se comprobó que muchos de ellos han

funcionado bien a largo de siglos en zonas sísmicas. Llevando las cargas

gravitatorias y sísmicas hasta el terreno por vías directas.

Cuando tenemos la mayor presencia de estructura en planta baja el edificio está

mejor preparado para soportar la fuerza cortante de planta baja, la acumulada de

los pisos superiores y las cargas gravitatorias acumuladas. Muchos proyectos

modernos se alejan de esta configuración, y por razones estéticas la planta baja

tiene pocos elementos.

La configuración sísmica más eficiente es la que tiene la mayor cantidad de

elementos verticales en la base, que es donde más se necesitan.

Una medida estadística puede ser la “densidad de la estructura en planta” a

nivel del terreno, definida como el área total de todos los elementos

estructurales verticales dividida por el área bruta del piso.

4.7. Rigidez

La rigidez se confunde con resistencia, pero son dos conceptos diferentes, en

tanto la resistencia es la capacidad de carga que puede soportar un elemento

estructural antes de colapsar, la rigidez mide la capacidad que un elemento

estructural tiene para oponerse a ser deformado.

Se dice que un cuerpo es más rígido cuanto mayor sea la carga que es necesario

aplicar para alcanzar una deformación dada. Analíticamente la rigidez de un

elemento se expresa mediante el cociente entre la carga y la deformación que

esta produce.

En las estructuras modernas de edificios es común adoptar soluciones con

pórticos, que se construyen con vigas y columnas unidas en sus nudos,

constituyendo un elemento con continuidad estructural. La unión entre

diferentes componentes de una estructura tiene una influencia decisiva en su

rigidez, o lo que es lo mismo en su deformabilidad.

Matemáticamente la flexibilidad se define como la inversa de la rigidez, o sea

como el cociente entre la deformación y la carga que produce esa deformación.

4.8. Esquinas

Las esquinas de los edificios resistentes plantean problemas especiales. Las

esquinas exteriores pueden sufrir concentraciones de esfuerzos si el movimiento

sísmico tiene dirección diagonal respecto a la planta, aunque el resto de los

elementos esté menos solicitado.

La esquina interior o entrante es una característica muy común de la

configuración general de un edificio, que en planta tiene forma de L, H, U, T o

planta en cruz.

Estas formas plantean dos problemas. Por un lado tienden a producir

variaciones de rigidez y, por tanto, movimientos diferenciales entre las partes

del edificio, causando una concentración de esfuerzos en la esquina entrante.

El otro problema, y más importante, es la torsión. Esta se produce por a no

existir coincidencia entre el centro de masas y el centro de rigidez. Las fuerzas

del sismo provocan una rotación que distorsiona el edificio. La magnitud de las

solicitaciones que provoca el sismo depende las longitudes y alturas de las alas

y sus relaciones alto/ancho.

Para prevenir daños por esquinas interiores conviene separar la planta en dos

cuerpos mediante juntas sísmicas, o reforzar la estructura en la zona de la

esquina con elementos capaces de absorber los esfuerzos que se producen.

4.9. Resistencia Perimetral

Para resistir los efectos de la torsión en planta es conveniente tener elementos

resistentes en el perímetro del edificio, es decir, ubicar elementos resistentes al

sismo en las fachadas del edificio.

Cuanto más alejado del centro de rigidez de la planta se ubique un elemento,

mayor es el brazo de palanca respecto a ese centro, y mayor será el momento

resistente que pueda generar. Para este efecto la planta más eficiente es la planta

circular, aunque otras formas funcionan satisfactoriamente. Siempre es

conveniente colocar elementos resistentes al sismo en el perímetro, ya sean

tabiques, pórticos, pórticos con diagonales con capacidad para resistir corte

directo y por torsión.

5. Conclusión

5.1. Primera conclusión:

El presente trabajo monográfico nos da a conocer e informa acerca de las

construcciones sismo resistentes, sus características, su elaboración y su

configuración para que así una construcción que nosotros próximos ingenieros

civiles vayamos a tomar en cuenta para nuestras próximas construcciones.

5.2. Segunda Conclusión:

El presente trabajo monográfico también nos llama a reflexión debido a que

algunas construcciones en todo el Perú no brindan seguridad a las personas,

construyendo edificaciones que no sean sismo resistentes y que en un sismo o

peor aún un terremoto pueda no solo afectar el factor económico, sino tmbn

podría cobrar vidas humanas.

BibliografíaArnold, C. y. (1991). Ssmoresistencia. México: Grupo Noriega. Obtenido de Características

elementales de una estructura sismorresistente.