Ing Antisismica Introduccion y Cap i 2015

7/25/2019 Ing Antisismica Introduccion y Cap i 2015

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I ng. Jorge Rosas EspinozaI ngeniero Civil - Un iversidad Nacional de San Agustin Ar equipa Peru

MSc. Earthquake Engineeri ng - Un iversity at Buff alo, The State Uni versity of New York - USA

INGENIERIA

ANTISISMICA

INTRODUCCIONContenido del Curso.-1.1 Introduccin y Caractersticas de los Terremotos:

1.1.1 La ingeniera Sismorresistente, Actividad Multidisciplinaria.

1.1.2 Las Enseanzas de Sismos Pasados y la Investigacin.

1.1.3 Causas de los Terremotos.

1.1.4 Medidas de los Terremotos.

1.1.5 Fuente a Efectos de Sitio.

1.2 Fundamentos de Sismologa y Riesgo Ssmico:

1.2.1 Tectnica de Placas.

1.2.2 Terremotos.

1.2.3 Ondas Ssmicas.

1.2.4 Medicin de los Sismos.

1.2.5 Leyes de Atenuacin.1.2.6 Riesgo Ssmico.

1.3 Dinmica de Sistemas de 01 Grado de Libertad:

1.3.1 Sistemas de 01 Grado de Libertad: Formulacin de la ecuacin de Movimiento.

1.3.2 Vibracin Libre de Sistemas de 01 GDL.

1.3.3 Respuesta a Cargas Dinmicas Armnicas.

1.3.4 Respuesta a Cargas Impulsivas.

1.3.5 Respuesta a Cargas Dinmicas Arbitrarias.

1.3.6 Problemas de Aplicacin.


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INTRODUCCIONContenido del Curso.-

2.1 Dinmica de Sistemas de Varios Grados de Libertad:

2.1.1 Propiedades Elsticas.2.1.2 Vibracin Libre No Amortiguada.

2.1.3 Modos de Vibracin y sus Propiedades.

2.1.4 Anlisis Modal.

2.1.5 Problemas de Aplicacin.

2.2. Sismo de Diseo.

2.1.1. Ocurrencia y Periodo de Retorno de un Sismo.

2.1.2. Modelos de Movimiento del Suelo y Atenuacin.

2.1.3. Espectros de Diseo.

2.1.4. Registro Ssmico.

2.1.5. Duracin y Numero de Ciclos del Movimiento del Suelo.

INTRODUCCIONContenido del Curso.-

3.1. Respuesta Inelstica ante Sismos Severos.

3.1.1. Comportamiento inelstico ante cargas incrementales.

3.1.2. Comportamiento Dinmico Inelstico.

3.1.3. Respuesta Inelstica de Estructuras de un grado de libertad.

3.1.4. Espectros de Respuesta Inelstica.

3.2. Ingeniera Sismorresistente.

3.2.1. Lecciones de Sismos Pasados.

3.2.2. Evolucin de los Criterios de Diseo Sismorresistente.

3.2.3. Representacin de las solicitaciones ssmicas.3.2.4. Criterios de diseo para sismos severos.

3.3. Normas para Diseo Sismorresistente.

3.3.1. Fuerzas de Diseo y Factores de Mejoramiento para Resistencia Ultima.

3.3.2. Norma Peruana de Diseo Sismorresistente.

3.3.3. Anlisis Ssmico Esttico y Dinmico de un Edificio de Concreto Armado.

3.3.4. Introduccin al Aislamiento Ssmico y Sistemas de Disipacin de Energa.


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INTRODUCCIONBibliografa.-

- Anil k. Chopra, DYNAMICS OF STRUCTURES, THEORY AND APPLICATIONS TO

EARTHQUAKE ENGINEERING, PEARSON PRENTICE HALL, 2007. USA.- Gmez, ANALISIS SISMICO MODERNO, TRILLAS 2007. MEXICO.

- Roberto Villaverde, FUNDAMENTAL CONCEPTS OF EARTHQUAKE ENGINEERING.

USA.

- Yousef Bozorgnia and Vitelmo Bertero, EARTHQUAKE ENGINEERING FROM

ENGINEERING SEISMOLOGY TO PERFORMANCE-BASED ENGINEERING. 2004. USA.

- Ray W. Clough and Joseph Pienzen, DYNAMICS OF STRUCTURES. 1975. USA.

- Enrique Bazan y Roberto Meli, DISEO SISMICO DE EDIFICIOS. 1994. MEXICO.

- Mario Paz, DINAMICA ESTRUCTURAL, TEORIA Y CALCULO. 2009. USA, ESPAA.

- Luis Miguel Bozzo y Alex H. Barbat, DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICIOS. 2000.

ESPAA.

- J. Pique y H. Scaletti, ANALISIS DINAMICO DE EDIFICIOS. 1991. PERU.

- Antonio Blanco Blasco, ESTRUCTURACION Y DISEO DE EDIFICACIONES DECONCRETO ARMADO. 1990. PERU.

- SENCICO, NTE-E030 DISEO SISMORRESISTENTE. 2003. PERU.

CAPITULO I : I ntroduccin y Caractersticas delos Terremotos

Antecedentes.- Con el invento de la mquina a vapor realizadopor James Watt en 1769 se inicia la llamada revolucin industrialen el mundo, esta revolucin trae como consecuencia la migracinde la gente del campo a las ciudades donde se encontraban lasfbricas.

Las poblaciones que en aquellos tiempos estaban conformadas por

unos cuantos cientos de personas, pasan a tener miles depobladores, la necesidad de vivienda se acrecienta, y comorespuesta se empiezan a construir grandes edificaciones.


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Antecedentes.- La vida citadina que comienza a desarrollarse enel mundo con mucha fuerza a fines del siglo XIX, no previ, ni

por asomo, los enormes daos que podan causar los sismos, tantoa la propiedad como a la vida humana.

La primera exper iencia vivida, para el mundo occidental , fue el

terremoto de San Francisco en 1906 l cual se vio agravado por

un incendio que dejo 3000 muertos y la ciudad devastada. Este

desastre fue la campanada de alerta y el comienzo de la hi stor ia

de la ingeniera sismor resistente.

Era claro que ninguna sociedad poda vivir con este riesgo y porlo tanto era impostergable plantear una normatividad para eldiseo y la construccin de edificios.

Introduccin y Caractersticas de los Terremotos

Introduccin y Caractersticas de los TerremotosAntecedentes.- Es as que nacen los cdigos de diseosismorresistente, los cuales pretenden reducir la vulnerabili dadssmi ca de los edif icios en base a disposicionesque tienen que vercon la fuerzas ssmicas mnimas de diseo, sistemas estructural (atravs de la estructuracin), detallado de las armaduras, materialesy sistemas constructivos. La final idad es impedir el colapso de lasedificaciones.

San Francisco 1906


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San Francisco 1906


La respuesta a este problema por parte de la comunidad deingenieros fue que los edificios deban disearse para resistirfuerzas ssmicas.

Por tal razn es que de inmediato se da una reglamentacin deemergencia por la que los edificios en California deban disearsepara soportar una presinlateral uniforme de 30 lbs/pie2.

Luego, en 1927 se redacta el primer cdigo UBC el cual incluyeun apndice de diseo ssmico en el que se estipula que lasedificaciones deben ser diseadas para una fuerza lateral por

sismo de: V = CW (C=0.075 a 0.10).


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Resea Histrica de la Ingeniera Sismorresistente

en el Mundo

Creemos que el nacimiento formal de la Ingeniera Sismorresistenteen Occidente fue a partir del terremoto de San Francisco en 1906.

1906 -Luego del terremoto de San Francisco en 1906, se dicta unaordenanza para el diseo ssmico de edificaciones la cualprescriba que los edificios deban ser diseados para resistir unapresin lateral de 30 libras/pie.

1927 -Se redacta el primer cdigo UBC el cual incluye un apndicede diseo ssmico en el que se estipula que las edificaciones deben

ser diseadas para una fuerza lateral por sismo de: V = CW(C=0.075 a 0.10). Se disea el primer sismgrafo.


en el Mundo

1933 - Se publica el libro Continuous Frames of ReinforcedConcrete de Hardy Cross, donde expone su mtodo de anlisis paraprticos de concreto armado.

1940 -Se produce el terremoto de Imperial Valley donde se registra elprimer acelerogarma denominado acelerograma El Centro. Sedesarrolla la metodologa del Espectr o de Respuestapara el clculode la fuerza ssmica.

1949 - La Prtland Cement Association publica un trabajo deinvestigacin titulado Anlisis of Small Monolithic ConcreteBuildings for Earthquake forces, en el que se plantea elcomportamiento de diafragma rgido de los techos y la distr ibucin

del cor tante smico en proporcin a la rigidez de los elementos

estructurales verticales.


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en el Mundo

1952 -Se publica el reporte realizado por ASCE y SEOAC, en el que se

propone que el coeficiente ssmico C se calcule en funcin del perodode la estructura y que la fuerza ssmica basal se distribuya en funcinde la altura de los pisos.

1956 -Se realiza la 1ra Conferencia Mundial de Ingeniera Antissmica.Se publica el cdigo ACI 318-1956, en el que en uno de sus apndicesse introduce el Diseoa la Rotura

1959 -SEOAC publica su cdigo ssmico en el que se prescribe que lafuerza ssmica basal para un edificio debe calcularse con la siguienteexpresin: V = K C W (C = 0.05/ T1/3 C


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en el Mundo2. Preveni r el dao estructur al y minimizar el dao no estructur al

dur ante movimientos ssmicos de intensidad moderada, que puedanocur ri r ocasionalmente.

3. Evi tar el colapso o dao serio durante los movimientos ssmicos

severos que raramente pueden ocurr ir.

1971 -Se publica el libro Fundamentalsof Earthquake Engineeringde Newmark y Rosenblueth. Se publica el ACI 318-1971 en el que seincluye un apndice para diseo ssmico de edificios.

1974 - Se modifica el cdigo SEOAC, el cual prescribe la siguienteexpresin para el clculo del cortante ssmico: V = Z I K S C W dondeC = 1/(15 T1/2) C


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en el Mundo

Beichuan, China Earthquake Beichuan, China Earthquake

Beichuan, ChinaEarthquake


en el Mundo

1982 - En un esfuerzo conjunto entre USA-JAPON se ensaya unedificio de 7 pisos de concreto armado a escala natural.

1988 - Los cdigos del UBC y SEOAC, prescriben la siguienteexpresin para el clculo del cortante ssmico: V = Z I S C W / Rwdonde C = 1.25 S/T2/3 C= 0.075.

1992 - Se realiza la 10ma Conferencia Mundial de Ingeniera

sismorresistente, en la que el profesor Bertero de la Universidad deBerkeley cuestiona seriamente el formato de los cdigos de diseosismorresistente y plantea el llamado Diseopor Desempeo.- El desempeo mostrado por las edificaciones diseadas con los

reglamentos actuales no concuerdan con la filosofa de desempeo

especificada por los mismos........


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en el Mundo

- La fuerza ssmica de diseo a permanecido prcticamente invariable

desde la establecida por el cdigo UBC de 1927........- Se ha confiado exageradamente en la ductilidad que pueden

desarrollar la edificaciones.......

- No se ha prestado la debida importancia al estudio del riesgo

ssmico..........

- Se plantea la necesidad de disear las edificaciones, por lo menos,

para dos niveles de sismos...........

- Se plantea la necesidad que los cdigos de diseo sismorresistente

tengan un formato transparente y comprensible..........

La Ingeniera Sismorresistente en el Peru

Para poder realizar una opinin crtica, lo mas completa posible, deldesarrollo de la ingeniera sismorresistente en el Per, creemosadecuado recorrer el tiempo citando en cada poca: el tipo deestructuras existentes, sus materiales, el estado del conocimiento delcomportamiento de dichos materiales, el estado del conocimiento delcomportamiento de las estructuras frente a movimientos ssmicos, elestado del conocimiento de las demandas ssmicas y las herramientasde anlisis.

1900-1930 - A comienzos del siglo XX, las edificaciones en el Per(Lima, Arequipa, Trujillo), eran esencialmente las edificaciones queheredamos de la colonia..............La llegada del cemento y la invencin del concreto armado comienzana ser paulatinamente utilizados en las construcciones: edificaciones dealbailera y concreto armado................


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La Ingeniera Sismorresistente en el Per

En este tiempo el estado del conocimiento de los materiales eraincipiente y la mayora de las construccin estaba en manos del Gremio

de Albailes y normadas por laregla de la buena prctica.

Solo las construcciones importantes estaban en manos de los ingenierosquienes en el diseo solo consideraban las cargas de gravedad..........

La Ingeniera Sismorresistente en el Per1930-1940 - El gobierno de Legua da un gran impulso a lasconstrucciones para modernizar el pas, y comienza la era de lasconstrucciones en concreto armado normadas por cdigos de diseoamericanos, franceses, ingleses y alemanes.........

Se empieza a disear algunas estructuras de mediana altura parasoportar cargas de sismo. La prctica era disear la estructura para unafuerza lateral entre el 2% y el 5% del peso del edificio. La distribucinde esta fuerza en la altura del edificio era uniforme y se distribua enproporcin al peso que reciban los elementos estructurales

La arquitectura de las edificaciones tenan una fuerte influenciaeuropea, sobre todo francesa............

En el ao de 1940, se produce un sismo de moderada intensidad que

afecta la ciudad de L ima. Se reconoce la necesidad de contar con una

entidad dedicada al estudio y registro de los movimientos ssmicos

con fines de aplicacin al diseo sismorresistente.


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La Ingeniera Sismorresistente en el PerOctubre de 1940 aparece en la revista de la Pontificia UniversidadCatlica del Per un articulo titulado ElTerremoto del 24 de mayo de1940, sus Efectos y Enseanzas escrito por el Ingeniero RicardoValencia, quien, en la poca era uno de los mas prestigiados ingenierosestructurales en el Per. En mi concepto, el artculo, refleja fielmente elestado del arte del diseo sismorresistente en el Per....................

La Ingeniera Sismorresistente en el Per1940-1960- En este periodo el estado sigue en su afn demodernizacin del pas. Durante el gobierno de Odra se construyen lasllamadas unidades escolares as como muchos hospitales.

Las edificaciones de este tiempo tenan una estructura conformada porprticos de concreto armado con cerramientos de albailera adosada ala estructura.....................


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La Ingeniera Sismorresistente en el Per

En esta poca se nota un avance notable en la comprensin delcomportamiento del concreto armado. El ACI 318-1956 introduce, en

forma de apndice, el diseo a la rotura..................Se difunde la idea de la necesidad de disear las estructuras para resistirsismos. Los clculos se realizan utilizando regla de clculo o simplescalculadoras. Los anlisis, en general, son realizados con mtodosaproximados................

Aparecen las edificaciones de albailera confinada.............

1960-1970 Esta dcada es muy importante para el desarrollo de laingeniera sismorresistente en el Per, pues se empieza a preparar lasnorma de diseo sismorresistente para el pas

El Primer Cdigo Sismorresistente en el PerEl primer cdigo de diseo sismorresistente en el Per comienza aprepararse en el ao 1962 en la Universidad Nacional de Ingeniera.

Por aquella poca regresaban al pas varios ingenieros que fueron a laUniversidad de California a realizar estudios de postgrado, entre ellosel ingeniero Julio Kuroiwa quien le dio un gran impulso a esta tarea.(El ingeniero Kuroiwa Publica en 1963 Recomendaciones para elDiseo Sismorresistente de Edificaciones en el Per y en 1964Proyectode Normas Peruanas de Diseo Antissmico)

Resulta claro que una de las primeras tareas para la preparacin delcdigo fue establecer una zonificacin ssmica para el pas; dichazonificacin se realiz en base a los trabajos de peligro ssmicoelaborados por los ingenieros Ocola, Huaco y Castillo. En este punto nose debe soslayar el hecho que para la poca no se contaba con ningnregistro acelerogrfico.


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El Primer Cdigo Sismorresistente en el Per

En 1963 se realiza la medicin del perodo de vibracin de los 60edificios mas importantes de Lima, para as establecer formulas que

permitan calcular los perodos de los edificios en funcin de su altura,longitud de la edificacin en la direccin de anlisis y la densidad deelementos rigidizantes.

En Octubre de 1966 se produce en Lima un sismo que permite calcularla aceleracin del suelo. El registro se hizo con un acelergrafo ubicadoen el Parque de la Exposicin.

Este acelerograma fue procesado por miembros de la UNI en elInstituto Tecnolgico de California, obtenindose el correspondiente

espectro de respuesta de aceleraciones. La aceleracin mxima delsuelo se cal cul a travs del picoefectivo de aceleracinel cual fue

de 0.26g.

El Primer Cdigo Sismorresistente en el PerCon esta base de datos se redacto el primer reglamento de diseosismorresistente en el Per, el cual fue aprobado para su aplicacinenla ciudad de Limapor la Comisin Tcnica Metropolitana de la ciudadde Lima en 1971.

Por esta poca varias ciudades del Per comienzan un crecimientosostenido, lo cual hacia imprescindible la dacin de un reglamentonacional de diseo sismorresistente.

1970-1980 -Las lecciones aprendidas en los sismos de Lima: 1970 y1974, as como el desarrollo de la ingeniera sismorresistente en elmundo permite la preparacin de una norma nacional de diseosismorresistente que fue aprobada en 1977.


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El Primer Cdigo Sismorresistente en el Per

Para esta poca ya se contaba con la mayora de los conocimientos quehoy rigen el diseo sismorresistente:

- Conocimientos en cuanto a comportamiento ssmico de lasestructurales.........- Mejor conocimiento del riesgo ssmico en Lima............- Herramientas de anlisis (uso de computadores) que permitan el usode mtodos racionales del anlisis estructural, vedados anteriormentejustamente por la falta de herramientas de diseo................

La Norma Peruana de Diseo Sismorresistente de 1977

La norma sismorresistente del 77, adopta una filosofa de desempeosismorresistente para las edificaciones, la cual fue planteada en laedicin de 1967 del Libro Azul de la SEAOC, y que en la actualidadsigue vigente y rige en la mayora de cdigos sismorresistentes delmundo:

1.- prevenir todo tipo de daos en movimientos ssmicos de baja

intensidad, que pudieran ocur r ir frecuentemente durante la vida ti l

de la estructur a.

2.- Prevenir el dao estructur al y minimizar el dao no estructur al

dur ante movimientos ssmicos de intensidad moderada, que puedan

ocur ri r ocasionalmente.

3.- Evitar el col apso o dao serio durante los movimientos ssmicos

severos que raramente pueden ocur r ir.


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Dicho de otra forma, esta filosofa especifica que las estructuras debenmantenerse dentro del rango elstico para sismos frecuentes ymoderados; y para sismos severos la estructura ingresar al rango

inelstico lo cual significa dao.Esta filosofa se basa en la no factibilidad, tcnica y econmica, dedisear una edificacin para que se comporte elsticamente en un sismosevero.La norma del 77 plantea la siguiente expresin para calcular el cortantebasal de diseo:

Z U S CH = ----------------- P

Rd0.8

Donde : C = ---------------- C = 0.16T

1 + ------Ts


C es la expresin que define el espectro de aceleraciones.

La forma del espectro de diseo (espectro de aceleraciones) seobtuvo de promediar los espectros de 20 registros de sismosnormalizados a la mxima aceleracin espectral; as la ordenadaespectral para el periodo T=0 corresponde a la mxima aceleracin delsuelo, la cual fue establecida en 0.26g. Dicha aceleracin mxima fuela obtenida en el sismo de Lima de 1966.

ESPECTRO ELASTICO DE

ACELERACIONES. NORMA 1977

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.0

0

0.1

5

0.3

0

0.4

5

0.6

0

0.7

5

0.9

0

1.0

5

1.2

0

1.3

5

1.5

0

1.6

5

1.8

0

2.0

0

2.1

5

2.3

0

2.4

5

Peridos (segundos)

ZUSC


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Considerando que la mxima amplificacin espectral de los 20 sismosconsiderados fue de 1.9, para un amortiguamiento del 7%; entonces elvalor del coeficiente ssmico mximo, para condiciones de trabajo, es:

C = (0.26g*1.9)/1.25 = 0.4g

ESPECTRO ELASTICO DE

ACELERACIONES. NORMA 1977

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.0

0

0.1

5

0.3

0

0.4

5

0.6

0

0.7

5

0.9

0

1.0

5

1.2

0

1.3

5

1.5

0

1.6

5

1.8

0

2.0

0

2.1

5

2.3

0

2.4

5

Peridos (segundos)

ZUSC

Esta norma prescribe que los desplazamientos ltimos sean

calculados as: Dmx= 0.75*Delas.

Se limita los desplazamientos laterales a un mximo de 1% o de 1.5%la altura del entrepiso.


Las norma de diseo sismorresistente del 77 incluyen un apndice parael diseo en concreto armado de las estructuras sometidas a fuerzasssmicas.

1980-1990.- En 1982 se publican la norma peruana de albailera E -070, cuyos primeros ensayos comienzan el los 70s en la PontificiaUniversidad Catlica del Per.En esta dcada la albailera confinada tiene gran aplicacin en losprogramas de vivienda emprendidos por el gobierno de Belaunde.

En 1985 ocurre un hecho inusual: se producen dos terremotos: uno enmarzo en Via del Mar-Chile, y el otro en Septiembre en Ciudad deMxico- Mxico.

Es a partir de estos sismos es que se comprende la calidadsismorresistente intrnseca que tienen las estructuras rgidas.


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1990-2005.- En esta poca, ya era de conocimiento las enormesventajas sismorresistente que tenan las estructuras rgidas sobres las

flexibles.


Se conoca perfectamente la falla por columna corta.

A comienzos de los 90s se forma un comit para actualizar lasnormas de diseo sismorresistente, l cual presenta en el 92 eldocumento base, no hay consenso para su aprobacin y el proyectode modificatoria queda dormido hasta noviembre de 1996 cuandoocurre el sismo de Nazca de ese ao. Este sismo moderadocausagraves daos en los colegios del Infes recientemente construidos einaugurados.


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Se conforma el comit especializado de actualizacin de la norma y enNoviembre de 1997 es publicada con el nombre de NormaPeruana de

diseo sismorresistente E -030.

Historia de los Terremotos

La palabra Seismo viene del griego Seiein que significa Mover. Seconoce como Temblor a un sismo pequeo, generalmente local,mientras que a un sismo grande se le da el nombre de Terremoto.

En Japn antiguamente se ligaba el origen de los terremotos al pezgato, que realmente era un bagre, el cual habitaba en las profundidadesde los mares.

Origen de los Terremotos en el Japn Antiguo


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Historia de los TerremotosLos Aztecas pensaban que existan calamidades con frecuenciasperidicas al fin de cada era llamada sol (Terremoto en Nahuatlsignifica Ollin).

Oll in = Terr emoto

Anaxmedes, en el siglo V a. C., se lo atribuyo ahundimientos de cavernas subterrneasoriginados por movimientos de agua.

Anaxagoras y Demcrito creyeron que en elinterior de la tierra exista agua, fuego y aire,que al encontrar salidas al exterior producanerupciones volcnicas y movimientos telricos.

Despus de muchas investigaciones y estudios sobre el origen de losterremotos es que se empiezan a plantear teoras modernas, entre lascuales sobresale por su aceptacin la teora de la Tectnica de Placas.

Historia de los TerremotosEs a partir del siglo XX, que se instalaron bastantes estacionessismogrficas a nivel mundial, que se empieza a profundizar el estudiode la sismologa. En la siguiente figura se muestra los registrosssmicos y la sismicidad mas frecuente en la tierra.


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Historia de los Terremotos

Es muy frecuente que los terremotos que se catalogan entremoderados y grandes sean seguidos por otros terremotos en los

prximos das, semanas o meses, a los cuales se les llama replicas. Elfenmeno de Rebote Elstico es caracterstico en los sismos quedenotan importantes deformaciones en la superficie terrestre.

Efectos de los TerremotosEn general, un terremoto puede daar una estructura en 03 diferentesmaneras:a) Causando una falla en el terreno.b) Produciendo otros efectos que pudieran afectar la estructura de

manera indirecta.c) Produciendo un movimiento violento del terreno sobre el cual

descansa la estructura.

Fall as producidas en el Terreno.-

Las posibles fallas del terreno se dividen generalmente en 05 tipos:1.- Falla en la Superficie.2.- Agrietamiento del terreno.3.- Hundimiento del terreno.4.- Deslizamientos de Terreno.5.- Licuefaccin del Suelo.


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Efectos de los Terremotos

1.- Falla en la Superf icie.-Este tipo de fenmeno no es muy usual, en la siguiente fotografa se

puede apreciar un claro ejemplo de este caso.

Terr emoto de Montana (1959)

Efectos de los Terremotos2.- Agr ietamiento del terreno.-Este tipo de fenmeno ocurre como una consecuencia, muchas veces,del hundimiento del terreno.

3.- Hundimiento del terr eno.-Una determinada extensin de terreno se asienta con respecto a sunivel natural.

Terremoto de M ichoacn (1985)


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Efectos de los Terremotos4.- Desl izamiento de terreno.-Usualmente ocasionados por terremotos violentos. Estosdeslizamientos representan la falla de pendientes o zonas montaosas

que son estables marginalmente antes de la ocurrencia del terremoto.

Terr emoto de Alaska (1964)Terremoto de Nor thr idge (1994)

Efectos de los Terremotos4.- Desl izamiento de terreno.-La figura presenta la desaparicin de un hotel completo cerca delpuerto de Hokkaido, Japn en el terremoto de Hokkaido en 1993.

Terr emoto de Hokkaido (1993)

En este tipo de falla, no se puede ignorar la desaparicin completa dela poblacin de Yungay, el 31 de Mayo de 1970, debido al terremotode ese ao en el Per.


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Efectos de los TerremotosLas figuras siguientes intentan representa la desaparicin completadel poblado de Yungay, cerca de la ciudad de Chimbote. Este eventoOcasion aproximadamente la desaparicin de 18000 personas.

Poblado de Yungay antes del evento (1970) Poblado de Yungay despus del evento (1970)

5.- Licuefaccin de terreno.-Fenmeno por el cual los suelos granulares saturados cambiantemporalmente de un estado slido a un estado lquido.


Como resultado de esto, el terreno pierde la capacidad de resistircargas y permanecer estable.

Terr emoto de Ni igata Japn (1964)

Marina D istri ct, San Fr ancisco California(Terr emoto de Loma Pri eta 1989)


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Efectos de los TerremotosEn la siguiente figura se muestra la falla de un complejo de Viviendaen Japn debido a licuefaccin del terreno.

Terr emoto de Ni igata Japn (1964) Terr emoto de Hokkai doJapn (1993)

En el Terremoto de Kobe, tambin se pudo apreciar el fenmeno de

Licuefaccin del terreno en muchas reas de la ciudad, lo cualconllevo la deshabilitacin de muchas de las vas terrestres.


En la siguiente figura se muestra la falla de un complejo de Viviendaen Japn debido a licuefaccin del terreno.

Terremoto de Kobe,Japn (1995)


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Efectos I ndi rectos de los Terremotos.-

Los efectos indirectos mas comunes que pueden daar una estructurase pueden generalizar en 03:

a).- Tsunamis.b).- Seiches.c).- Incendios.

a).- Tsunamis.- Se define como grandes olas ocasionadas en elocano por una repentina depresin en el suelo o terreno marinousualmente ocasionado por una falla o dislocacin de la corteza

submarina.


En la siguiente figura se muestra como se origina un Tsunami.

Ori gen de un Tsunami

Debido a la geologa de los pases asiticos, se puede afirmar que loseventos mas catastrficos en lo referente a Tsunamis se hanproducido en esta zona de la tierra.


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Tsunami de Japn (2010)

Despus del Tsunami

de Japn (2010)


c).- I ncendios.- La mayora de Eventos ssmicos violentos han sidosolamente el inicio de grandes incendios. El mas famoso correspondoal Terremoto de California en 1906 pero tambin cabe destacar elincendio producido en el terremoto de Kobe.

Mas de 100 incendios se produjeron en elTerremoto de Kobe Japn (1995).


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Produciendo un movimiento violento del terreno sobre el cual

descansa la estructura.-

El movimiento violento del terreno de fundacin puede considerarsecomo el efecto mas severo de los 03 efectos sealados previamente(Especialmente para las estructuras).

Durante un terremoto, como usualmente se conoce, el terreno tiene 02tipos de movimiento, un movimiento vertical y un movimientohorizontal los cuales son el causante del colapso de los edificios si esque no se realizo un adecuado anlisis y diseo de la estructura.

Se cree que cuando la componente vertical del sismo es considerable,el terremoto es de carcter trepidatorio y por lo tanto es mas severo.


Terr emoto de Mxico (1985)

Terremoto de Chi -Chi Taiwn (1999)

Colapso de un edificio de 22pisos de acero en el complejode Pino Suarez en Ciudad deMxico. El edificio colapsadoera idntico al que se puede vertodava en pie.

Colapso de un edificio de 12pisos de concreto armado enTaiwn.


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Terr emoto de Guatemala (1976)

Terremoto de Chi -Chi Taiwn (1999)

Colapso de un puente de 03paos (Puente de Agua

Caliente) en Guatemala.

Falla del pilar que sostiene a la

losa puente en el terremoto deChi-Chi en 1999.


Terremoto de Kobe - Japn (1995)

Colapso de una va expresa en Kobe ytambien se muestra la depresin delterreno causado por el violentoterremoto en algunas de las areas dela ciudad.

Terremoto de Kobe - Japn (1995)


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Teoras ModernasLa teora principal que explica el origen de los sismos es la Tectonicade Placas. Esta teora se basa en que la corteza terrestre esta formadapor varias placas, las cuales estan unidas entre si. Las placas se muevenunas con otras sobre las capas de rocas que son mas viscosas y que seencuentran por debajo de ellas. La corteza terrestre es como unrompecabezas donde cada una de las piezas son las placas, que semueven unas con respecto a otras y flotan sobre un material viscoso enmovimiento (Magma).

Tectnica de Placas

La 1ra figura presenta la posicionde los continentes hace 200millones de aos.La 2da figura muestra la direccionde movimiento en la teora de lasplacas tectnicas.

Se puede apreciarclaramente la proximidadde las placas de nazca y laplaca sudamericana.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Placas_tectonicas_es.svg


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En la figura se muestra la tectnica de placas y las zonas masssmicas en la tierra.

Tectnica de Placas

La siguiente figura muestra los llamados cinturones ssmicos de latierra.1. La primera zona se define como la que se extiende desde las

islas aleutianas a travs de Alaska, la zona del pacfico deCanad, los Estados Unidos, Mxico, Centro Amrica, la zonadel pacifico de Colombia, Ecuador, Per y toda la costa chilena.

2. La segunda zona se extiende desde Kanchatka Pennsula deRusia a travs de las Islas Kuril, Japn, Taiwn, Las Filipinas,

Nueva Guinea, Indonesia y Nueva Zelanda.

3. Una tercera zona Este-Oeste transasitica que va desde Burma atravs de los Himalayas y el Medio Este hasta las montaasCaucsicas y el Ocano Mediterrneo.

Tectnica de Placas


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4. Una cuarta zona submarina la cual se extiende a travs de toda lalongitud del ocano Atlntico.

Tectnica de Placas

Las 02 primeras zonas constituyen el llamado Cinturn SsmicoCircum Pacifico o mejor conocido como Cinturn de Fuego o Anillode Fuego donde aproximadamente se presenta el 80% de losterremotos mas violentos del planeta.

Los tipos mas importantes de movimientos de placas se puedensintetizar en 03.

1.- Movimiento Fr iccionante. Consiste en que las placas se desplazanrelativamente una de otra, la cual es el caso de la falla de San Andrsubicada en el Golfo de Cortes y en el estado de California en EstadosUnidos. Las magnitudes de este tipo de sismo no rebasan un promediode 7.0.

2.- Movimiento Di vergente.Consiste en que 02 placas se separan unarespecto de la otra, por lo que aflora lava que sustituye a la cortezaanterior. Un ejemplo es la fosa ocenica ubicada en el fondo delOcano Atlntico.

Tectnica de Placas


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3.- Movimiento Convergente (Subduccin).Consiste en que una placasubyace sobre la vecina, o sea, se introduce debajo de ella. Este es elcaso de la placa de Nazca que esta enfrente de la costa peruana la cualsubyace a la Placa Sudamericana. La Mayora de eventos ssmicos en lacosta peruana se deben a este fenmeno de subduccin.

Tectnica de Placas

1.- Estructura Interna de la Tierra. La siguiente figura intentaesquematizar la estructura de la tierra donde se puede distinguirprincipalmente 03 capas. El Ncleo, el Manto y la Cascara o Corteza.

CAPITULO I I : Fundamentos de Sismologa yRiesgo Ssmico

Estructura In terna de la Tierra.


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La teora de la Tectnica de Placas postula que la capa superior(Cascara) o Corteza esta fracturada y en consecuencia dividida en un

numero determinado, a los cuales los denomina placas tectnicas ycomo se vio previamente estan en constante movimiento.

Ubicacin de la Corteza Terrestre o Cascara.

Fundamentos de Sismologa y Riesgo Ssmico

La siguiente figura grafica una seccion transversal de la cascara ocorteza exterior de la tierra en donde se puede apreciar la cortezacontinental as como la corteza ocenica ubicada en el fondo de losocanos.

Seccion Transversal de la estructur a interna de la ti er ra.



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1.- Interaccion entre las Placas (Fall as).La siguiente figura detalla lamecnica en la formacin o generacin del movimiento Friccionante de

placas, caracterstica de la falla de San Andrs.

Movimiento Desli zante o Fri ccionante


1.- Interaccion entre las Placas (Fall as).La siguiente figura detalla lamecnica en la formacin o generacin del movimiento divergente elcual genera el afloramiento de lava.

Movimiento D ivergente.



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1.- Interaccion entre las Placas (Fall as).La siguiente figura detalla lamecnica en la formacin o generacin del movimiento divergente

inverso lo cual genera la formacin de cadenas montaosas.


Movimiento Divergente Inverso.

1.- Interaccion entre las Placas (Fall as).La siguiente figura detalla lamecnica en la formacin o generacin del movimiento de Subduccinde placas, caracterstica de la falla de Nazca y Sudamericana.


Movimiento Convergente o de Subduccin.


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1.- Interaccion entre las Placas (Fallas). La figura muestra elfenmeno de subduccin de una placa continental y una placa

continental.


Movimi ento Convergente o de Subduccin.

1.- Interaccion entre las Placas (Fallas). Como se mencionopreviamente, las placas interaccionan entre si y en consecuenciageneran movimientos de la corteza denominados temblores oterremotos dependiendo de su intensidad.



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1.- Interaccion entre las Placas (Fall as).- Algunos autores consideranvariaciones con respecto al movimiento de las placas. En el siguiente

esquema se puede notar que en esencia el movimiento de las placas esel mismo que se menciono previamente.


Un fenmeno muy estudiado en Sismologa es la formacin devolcanes en las zonas de subduccin. La siguiente figura intentarepresentar la formacin de estos en la corteza terrestre de las placascontinentales.


Formacin de Volcanes en las zonas de Subduccin.


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1.- Interaccion entre las Placas (Fallas). En la siguiente figura sepuede apreciar la deformacin de la corteza terrestre previa a un sismo.


En el esquema se puede notar como la superficie empieza a deformarsepara luego generar el movimiento que finalmente ocasiona el terremoto.

En las 02 siguientes figuras se muestra la superficie completamentedeformada o desfasada.

La Falla de San Andrs, como se pudo comentar previamente, presentael tipo de falla Friccionante o deslizante. En la siguiente figura se puedeapreciar claramente la falla en el Terremoto de El Centro.



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En la figura, correspondiente a un campo de sembro se puede notar eldesfase de la corteza.


Terr emoto El Centro Cali fornia (1979)

En la figura, correspondiente al terremoto de Armenia en 1988 se puedeapreciar el tipo de falla Normal.


Terr emoto de Armenia (1988)


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El estudio de los terremotos abarca tambien un mbito importante en elestudio de la Sismologa. El esquema siguiente introduce la

nomenclatura bsica utilizada en Sismologa.

Fundamentos de Sismologa

Sismologa Bsica en Sismologa


Sismologa Bsica en Sismologa

La figura intenta graficar un esquema tridimensional de los parmetrosde Epicentro e Hipocentro en un terremoto.


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Reportes del USGS.

Sismo de Tacna en Peru.


Reportes del USGS.

Sismo de Tarapac en Chile.


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Tipos de Ondas Ssmicas

En general existen 03 tipos de ondas que son las importantes.

Ondas P.- Ondas Primarias u Ondas P, que consisten en un movimientolongitudinal que ocasiona dilatacin y compresion en el sentido en elque viaja. Se transmiten a travs del granito y materiales lquidos comoel magma volcnico o el agua de los ocanos. Su naturaleza essemejante a la del sonido y esto hace que cuando lleguen a la superficiede la tierra, una parte se transmite a la atmosfera como ondas sonorasque pueden ser audibles a las personas y animales.


Ondas S.- Ondas Secundarias u Ondas S. Su nombre tambien obedecea la palabra Shear o Cortante. Este tipo de onda es de cizalla o de corte.Este tipo de onda viaja mas lentamente. Cuando viaja se deformatransversalmente en la roca por lo que no puede viajar a travs de loslquidos, por lo tanto no viaja a travs de los ocanos. Primero llega laonda P y seguidamente llega la Onda S.


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El tercer tipo de onda, son las ondas superficiales, las cuales viajan enla superficie de la corteza terrestre.

Ondas Love u Onda L.- Ondas similares a las ondas S pero sindesplazamiento vertical, por lo tanto estas ondas mueven el suelolateralmente en un plano horizontal, y producen sacudidas en loscimientos de las estructuras lo que causa danos.


Ondas Rayleigh- Es el segundo tipo de ondas superficiales. Semejantesa las olas del mar, sus particulas se mueven vertical y horizontalmente.En un plano vertical forman un movimiento elptico.

En general las ondas superficiales viajan mas lento que las ondasinternas.


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Medicin de los TerremotosUn primer instrumento para registrar terremotos lo utiliz en el ao 132d. C el chino Chang Heng. Este consista en un sismocopio quecapturaba la direccin en que provenan las ondas ssmicas.

Los sismgrafos actuales se disean para registrar movimientos fuertes,y registran tanto los desplazamientos como las velocidades yaceleraciones del terreno en 03 sentidos (Norte-Sur, Esto-Oeste y elsentido vertical).

Medicin de los Terremotos

En general se disponen de varios instrumentos para la medida delmovimiento del suelo. Los sismgrafos son usados para medirmovimientos dbiles del suelo y sus registros son denominadossismogramas.

Los movimientos de suelo fuertes son medidos por acelergrafos y susregistros son los acelerogramas.

Si se analiza detenidamente

un sismograma o unacelerograma se podrencontrar los 03 tipos deondas, Ondas P, Ondas S ylas Ondas Superficiales.


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Como se puede apreciar en la grafica, cuando se cambia de un tipo deonda a otro, en el sismograma se nota que los trazos pueden ser maslentos o rpidos o cambian de amplitud o frecuencia.

En general se puede notar que las ondas P y ondas S pierden energa ensu trayecto mas rpidamente que las ondas superficiales, por lo queestas ultimas pueden abarcar grandes distancias.

Todos los sismogramas se marcan en trminos del tiempo medido de

Greenwich y no en la hora local. La altura de una determinada onda porencima de la posicin cero se llama amplitud de onda, y el tiempo quetarda en completar un ciclo de movimiento se llama periodo de onda.

Para localizar el origen de un terremoto recurrimos a estudiar lossismogramas y nos basamos en el tiempo que tardan en llegar las ondasP, las ondas S y las ondas Superficiales.


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Medicin de los TerremotosPara llevar a cabo la localizacin de un foco, se requiere de laintervencin de 03 estaciones sismolgicas, ubicadas en diferenteslocalizaciones geogrficas; cada una tendr su propio registro del sismo y

cada una localizar la distancia del foco hasta dicha estacin sismolgica.Esta distancia formar el radio de un circulo, por lo que se formaran 03crculos los cuales al intersecarse entre ellos darn la ubicacin del foco.


La onda P llega primero a una estacin de observacin, luego arriba laonda S. El intervalo entre la llegada de una onda P y una onda S sedenomina Duracin de Temblores Preliminares Ts-p; en el caso que lasondas viajen a lo largo de la misma ruta y tengan una velocidad constantese puede definir lo siguiente:

= (

)

= distancia del Foco al Puntode Observacin.


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Medicin de los TerremotosLa distancia desde el foco hasta el punto de observacin ubicada en unaestacin se puede definir con la siguiente expresin:

=

(

)

En la expresin, Ri define ladistancia desde la estacin deobservacin hasta el epicentrodel evento ssmico.

Como conclusin se puede afirmar que los sismos estn

caracterizados por una serie de parmetros, los cuales pueden sermedidos.


Con fines aplicativos, al Ingeniero Civil le interesar las caractersticasde los sismos que tiene influencia directa con el dao a las Estructuras(Edificaciones).Se ha podido establecer que de todas las caractersticas que se tienen enun sismo, una de las mas importantes es la aceleracin del suelo.

Se conoce actualmente que la aceleracin de un sismo, no solo tieneuna relacin directamente proporcional con el dao a las edificaciones,sino tambin con la energa liberada por este. Es as que en este

contexto surgen 03 tipos de Escalas que miden directa o indirectamenteel potencial destructivo de un sismo:

1.- Intensidad.2.- Magnitud.3.- Momento Ssmico.


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1.-Intensidad.-Las escalas de Intensidades miden la fuerza con la queun sismo llega a una localidad determinada (Capacidad Destructiva);

por ello esta escala es netamente subjetivapues su medicin se basa enla Descr ipcin del Dao.En general se conocen muchas escalas que miden la intensidad:- Gastaldi (1564).- Pignafaro (1783).- Rosi-Forel (1883) Europa, escala de 10 Grados.- Mercalli - Cancari Sieberg (1902).- Mercalli Modificada (1956), escala de 12 Grados.- MSK (1964).- TMA (escala de 8 grados).

La escala de Intensidad mas conocida es la escala de MercalliModificada (MMI).



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2.-Magnitud.- La escala de Magnitud mas conocida es la Escala deRichter. Esta escala mide de forma indirecta la Energa Liberada por unsismo.

Richter defini la magnitud de un terremoto local como el logaritmobase 10 de la amplitud mxima de la onda ssmica, en milsimas demilmetro, registrada en un sismgrafo patrn del tipo Wood-Andersona una distancia de 100 Km. del epicentro del terremoto.

La diferencia en una unidad en la magnitud significa un aumento de 10veces en su amplitud en las ondas ssmicas. El sismgrafo debe tenerun periodo natural de 0.8 seg, una amplificacin de 2800 y uncoeficiente de amortiguamiento del 80%. Para calibrarlo se tomo Ml=3para un terremoto a 100 km que provoca una amplitud A=1 mm. en elaparato.


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Aunque matemticamente la magnitud Ml no tiene lmites, fsicamenteno ha rebasado el grado 9 en la escala Richter debido a las

caractersticas de los materiales, entre ellas la resistencia finita alcortante de las rocas.

La relacin de Richter es la siguiente:

=

= Amplitud mxima registrada en un sismgrafo de torsinWood-Anderson.Ao = Funcin de Atenuacin.

Sin embargo la idea original corresponde a la expresin conocida comola ecuacin de Richter - Gutemberg.

= -2 92


= Amplitud de las ondas S en (mm) medido directamente en unSismograma por un sismgrafo de torsin Wood-Anderson.T = Diferencia entre el tiempo de una onda P con una onda S.

Un problema que tiene la escala de Magnitud de Richter original es queno puede medir sismos con magnitudes mayores a 6.8.Por este motivo se han creado las escalas de Magnitudes Ms y Mb, las

cuales conservan los conceptos originales pero miden otro tipo deondas.

Actualmente se utilizan 02 escalas para medir la magnitud; ambas sondiferentes a la escala original de Richter. El motivo de esto es que lossismos de foco profundo y de foco superficial tienen sismogramas muydiferentes aun cuando liberan la misma cantidad de energa.

= -2 92


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La modificacin consiste en lo siguiente:Se consideran 02 magnitudes, una es la magnitud mb que determina lamagnitud de las ondas primarias, y la Ms que proporciona la magnitudde las ondas superficiales.

Existen relaciones empricas que permiten la conversin de un tipo demagnitud en otro para terremotos de tamao medio. Entonces lamagnitud Ms ofrece medidas mas razonables cuando son terremotossuperficiales, mientras mas lejos viajen las ondas mayor es laatenuacin de sus ondas de alta frecuencia en comparacin con las debaja frecuencia.

Magnitud de las ondas de Cuerpo mb: = . + . ( < < )


= . + . ( < < )

= Amplitud de las ondas S en micrones (10E-6 mm).T = Periodo de la Onda Ssmica en segundos.= Distancia al epicentro en Grados.

Magnitud de las ondas de Superf icie Ms:

= + . . ( < < )

Con las escalas previamente descritas solo se pueden medir sismos demagnitud menores a 8.4 (de all que surge la escala de MomentoSsmico).Por otro lado, una de las grandes virtudes de las escalas de magnitudeses el poder clasificar a los sismos en Frecuentes (0@4); Moderados (4@ 6.5); Severos (6.5@ mas)


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= . .

3.-Momento Ssmico.- La escala de Momento Ssmico se basa en elconocimiento de las caractersticas de las Fallas Sismogenticas.

Esto permite medir Di rectamente la energa liberada.

= Rigidez del Material de la Falla.A = Area de Ruptura a lo largo de la Falla.= Desplazamiento medio de la falla.

= / (

. )

Determinacin de las Caractersticas de los Sismos

Futuros en una Regin

Peligro Ssmico.-Se define al Peligro ssmico como la probabilidad deque algn parmetro utilizado para medir el movimiento del suelo(Desplazamiento, Velocidad, Aceleracin, Intensidad, Magnitud) supereciertos niveles dados en un tiempo de exposicin determinado.El punto de partida de un estudio de Peligro Ssmico es el Estudio de laSismicidad de la zona.

El estudio de la sismicidad de una zona tiene por finalidad determinar

las caractersticas del Sismo Mximo que se pueda dar en ella duranteun tiempo de exposicin. El Estudio de la Sismicidad de una zonapuede hacerse desde 02 puntos de vista:

- Mtodo Determinstico.- Mtodo Probabilstico.


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Determinacin de las Caractersticas de los Sismos

Futuros en una Regin

Mtodo Determinstico.- En lo referido al estudio de la Sismicidad

desde un punto de vista Determinstico, ste se basa en la suposicin deque los sismos futuros tendrn las mismas caractersticas (en tamao yrecurrencia) que los sismos pasados.

Los pasos para establecer la sismicidad de una zona de maneradeterminstica son:

1.- Determinar las fuentes Sismogenticas de la zona.2.- Para cada fuente sismo gentica se determinan los sismos histricos(Paleosismicidad), Sismos Instrumentados.

3.- Con esta informacin determinamos para cada fuente sismogenticael mayor sismo que pueda generarse (en un tiempo de exposicindado).

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Ing Antisismica Introduccion y Cap i 2015