Fuerzas sismicas

INGENIERIA DE PUENTES
UNIVERSIDAD CATÓLICA LOS ÁNGELES DE CHIMBOTE 1
2017
“Año del buen servicio al ciudadano”
FUERZAS SISMICAS EN
EDIFICACIONES
FACULTAD : INGENIERÍA
ESCUELA : INGENIERÍA CIVIL
ASIGNATURA : INGENIERIA DE PUENTES
CATEDRÁTICO : ING. GUILLERMO JESUS TINTAYA
FLORES
INTEGRANTES : DOMINGUEZ LÀZARO THAIS

1 Contenido
INTRODUCCIÓN........................................................................................................................... 3
FUERZAS SISMICAS EN EDIFICACIONES......................................................................... 5
I. ¿CUÁL ES EL RIESGO SISMICO DE UNA EDIFICACION? ................................ 5
1.1. RIESGO SISMICO ................................................................................................. 5
1.2. PELIGRO SISMICO............................................................................................... 5
1.3. VULNERABILIDAD SISMICA.............................................................................. 5
II. ANTECEDENTES DE LA INGENIERIA SISMO RESISTENTE............................. 6
III. DISEÑO SISMO RESISTENTE ............................................................................... 6
3.1. DEFINICIÒN: .......................................................................................................... 6
3.2. Elementos y características que definen la estructura antisísmica de
un edificio........................................................................................................................... 7
3.3. CONFIGURACION DEL EDIFICIO ..................................................................... 8
3.4. ESCALA .................................................................................................................. 9
3.5. SIMETRÌA.............................................................................................................. 10
3.6. ALTURA ................................................................................................................ 13
3.7. EXTENSIÒN EN PLANTA.................................................................................. 13
3.8. DISTRIBUCIÒN Y CONCENTRACIÒN DE MASAS...................................... 14
3.9. DENSIDAD DE ESTRUCTURA EN PLANTA................................................. 15
3.10. RIGIDEZ............................................................................................................. 16
3.11. PISO FLEXIBLE (PLANTA LIBRE).............................................................. 17
3.13. RESISTENCIA PERIMETRAL....................................................................... 19
CONCLUSIÒN............................................................................................................................. 20
BIBLIOGRAFIA........................................................................................................................... 21

INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo se tratará sobre las fuerzas sísmicas en
edificaciones.
LA COSTA PERUANA SE ENCUENTRAN UBICADA ENTRE LAS PLACAS
DE NAZCA Y LA PLACA SUDAMERICANA (ZONA DE SUBDUCCION)

Las placas tectónicas se desplazan unas respecto a otras
con velocidades de 2,5 cm/año
–
CHIMBOT
E
CAÑET
E
NAZC
A
IC
A
AREQUIP
A
MOQUEGU
A

FUERZAS SISMICAS EN EDIFICACIONES
I. ¿CUÁL ES EL RIESGO SISMICO DE UNA EDIFICACION?
1.1. RIESGO SISMICO
Se define como el grado de perdida, destrucción o daño esperado
debido a la ocurrencia de un determinado sismo.
1.2. PELIGRO SISMICO
Se define como la probabilidad de que ocurra un sismo
potencialmente desastroso durante cierto periodo de tiempo en un
sitio dado. El Perú se encuentra en la zona sísmica más activa del
mundo, en el llamado "Cinturón de Fuego del Pacífico". La placa
de Nazca se mueve aproximadamente 10 cm por año contra la
placa sudamericana que se mueve 4 cm por año en sentido
contrario, lo cual genera una gran acumulación de energía,
liberándose en forma de actividad sísmica.
1.3. VULNERABILIDAD SISMICA
Es una propiedad intrínseca de la estructura, una característica de
su comportamiento, que puede entenderse como predisposición
intrínseca de un elemento o grupo d elementos expuesto a ser
afectado o ser susceptible a sufrir daño, ante la ocurrencia de un
evento sísmico determinado.

II. ANTECEDENTES DE LA INGENIERIA SISMO RESISTENTE
 1963: ACI introduce el Diseño a la Rotura.
 1964: Primer proyecto de Norma Peruana, basada en la de SEAOC
(Structural Engineers Association of California).
 1970: Primera Norma Peruana de nivel nacional.
 1977: Segunda Norma Peruana.
 1997: Tercera Norma Peruana.
 2003: Actualización de la Tercera Norma Peruana
 Los códigos actualmente introducen la ductilidad (con otros
factores) en la estimación de las fuerzas sísmicas
 Diseño límite usado en Nueva Zelandia y Japón.
III. DISEÑO SISMO RESISTENTE
3.1. DEFINICIÒN:
Elementos y características que definen la estructura antisísmica de
un edificio. Configuración del edificio. Escala. Simetría. Altura.
Tamaño horizontal. Distribución y concentración de masas.
Densidad de estructura en planta. Rigidez. Piso flexible. Esquinas.
Resistencia Perimetral. Redundancia. Centro de Masas. Centro de
Rigideces. Torsión. Periodo propio de oscilación. Ductilidad.
Amortiguamiento. Sistemas resistentes.

3.2. Elementos y características que definen la estructura
antisísmica de un edificio.
La estructura de un edificio ubicado en un área sísmica difiere solo
que en su análisis considera la acción de las cargas que genera
el sismo. Por ello es necesario erradicar el concepto erróneo que
un edificio es sostenido por una estructura destinada a resistir las
cargas gravitatorias a la que se le agrega otra destinada a resistir
las cargas sísmicas. La estructura de un edificio, o de cualquier
otra obra civil, sometida a la acción de un sismo sufre
deformaciones, se haya previsto la estructura para resistir un sismo
o no. Los movimientos del terreno provocan arrastran al edificio,
que se mueve como un péndulo invertido. Los movimientos del
edificio son complejos, dependen del tamaño, las cargas o pesos
en cada piso, características del terreno de fundación, geometría
del edificio, materiales estructurales y no estructurales usados,
etc. Por estos motivos el diseño de una estructura sismo resistente
debe arrancar desde el instante en que nace el proyecto,
acompañando la evolución del proyecto, integrarse en el edificio
como los nervios y tendones de un organismo vivo. Desde una
megaestructura hasta una vivienda barrial se cuenta con elementos
estructurales, que necesarios para la estabilidad a cargas
gravitatorias, pueden ser usados para asegurar la capacidad
resistente a cargas sísmicas.

Toda construcción tiene elementos verticales y horizontales,
lineales o planos, que pueden ser integrados en la estructura y que
serán capaces de absorber cargas sísmicas.
Una clasificación de estos elementos puede ser:
 DIAFRAGMAS
 PORTICOS
 TABIQUES DE HORMIGÓN ARMADO RESISTENTES AL
CORTE.
 MAMPOSTERÍA PORTANTE ARRIOSTRADA.
 PÓRTICOS CON TRIANGULACIONES.
 COLUMNA EMPOTRADA EN LA BASE.
 TIPO CAJÓN
3.3. CONFIGURACION DEL EDIFICIO
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 esta 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.
En su libro “Diseño de Estructuras Sismo – Resistentes”, el Ing.
Hugo Giuliani señala: “.. el carácter vibratorio caótico de los
movimientos sísmicos, como también las deficiencias de los
métodos de cálculos utilizados en el análisis estructural sismo-
resistente. Nos obliga a aconsejar el máximo cuidado en la elección
de la estructura y la evaluación exhaustiva de cada uno de los
parámetros que gobiernan el real comportamiento de las mismas,
durante la acción sísmica.”
La configuración se refiere a la forma del edificio en su conjunto, a
su tamaño, naturaleza y ubicación de los elementos resistentes y
no estructurales.
3.4. 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.
El ejemplo del péndulo debe hacernos reflexionar que establecer
analogías entre edificios similares, pero con diferentes números de
pisos puede conducir a errores graves en el diseño de la estructura.
Veamos un ejemplo:
PERIODOS DE OSCILACION DE UN PENDULO DE DIFERENTES LONGITUDES
Longitud Periodo To
Cm seg
20 0.8971
100 2.0061
1000 6.3437
2000 8.9714
3.5. SIMETRÌA
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
por que 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.
Los núcleos de las circulaciones verticales, pueden producir
también asimetrías si su ubicación o solución constructiva genera
elementos estructurales rígidos en la distribución estructural.

3.6. 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 mas 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.
3.7. EXTENSIÒN 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, por
asentamiento preexistentes o provocados 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.
3.8. DISTRIBUCIÒN Y CONCENTRACIÒN 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 más alto del edificio.
3.9. DENSIDAD DE 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. En un edificio moderno esa área es de 1%, en edificios con
pórticos y tabiques asciende al 2%.
Las plantas densamente rellenas de edificios antiguos alcanzan
valores tales como: Taj Mahal, 50%; San Pedro, 25%; Panteón
20%; catedral de Chartres 15%.
3.10. 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.
3.11. PISO FLEXIBLE (PLANTA LIBRE)
Este nombre se usa generalmente para describir un edificio cuya
planta baja es más débil que las plantas superiores. Pero puede
presentarse el caso de piso flexible en cualquier nivel. En general,
como las mayores solicitaciones se presentan en planta baja, una
variación brusca de rigidez entre planta baja y el piso siguiente
produce una variación de esfuerzo que exige previsiones especiales
en el diseño de la estructura.
Existe piso flexible cuando hay una gran discontinuidad en la rigidez
y la resistencia en los elementos verticales de la estructura en un
nivel y los de los otros pisos. En la mayoría de los casos esta
discontinuidad se produce debido a que un piso, generalmente la
planta baja, es más alto que el resto de los pisos.
También puede haber discontinuidad por un tipo de diseño muy
frecuente, en el cual no todas las columnas descargan en el terreno,
algunas columnas se interrumpen en pisos superiores. En estos

casos, las cargas no son conducidas directamente al suelo y hay un
cambio brusco de rigidez y resistencia.
Otro caso de piso flexible muy frecuente, pero menos evidente, es
el de planta baja libre y pisos superiores con cargas elevadas o muy
rígidos. En estos casos, si los vanos se han rellenado con
mampostería la estructura funciona como si en los pisos superiores
existieran tabiques trasmitiendo los cortes a una estructura de
columnas.
3.12. 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.
3.13. 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.

CONCLUSIÒN
El presente trabajo de las fuerzas sísmicas en edificaciones espero les ayude
mucho con sus dudas.

BIBLIOGRAFIA
 http://www.um.edu.ar/um/fau/estructura5-anterior/DISENO.htm
 https://es.slideshare.net/marcoantoniodelgadosepulveda5/11-norma-
e030-diseo-sismorresistente?qid=1f77b9af-25b5-4c00-ac2e-
bfa11f735fd4&v=&b=&from_search=1

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