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1. ANALISIS
SÍSMICO DE
ESTRUCTURAS
M.Sc. Ing. Marco Palma Cerrato
Docente Dpto. de estructuras, UNI FTC
cerratomarco0915@gmail.com
+505 86759003

2. “…A las personas no los mata el sismo, sino los edificios”

3. En la actualidad las normas sísmicas prescriben que una estructura sometida a
sismos moderados puede experimentar daño estructural, pero no definen
claramente el concepto de daño, ni la metodología para su cuantificación.
El proceso de evaluar e interpretar el daño es difícil, ya que son muchas las
variables que hacen complejo su modelamiento. Para los objetivos de esta
presentación el daño se referirá al deterioro físico de los distintos elementos que
conforman una estructura cuando ésta es sometida a una acción sísmica.

4. El daño de los materiales ocurre a través de un proceso continuo en los cuales ellos
se fracturan. El daño puede ser clasificado según el tipo de elemento que afecte, así:
Daño estructural
El daño estructural es el tipo
de daño que más importancia
tiene ya que está directamente
relacionado con el colapso de la
estructura o con una
reparación demasiado costosa.
La calidad de los materiales, la
configuración y tipo de sistema
resistente a cargas laterales y
las características del
movimiento sísmico (numero
de ciclos de carga, período,
duración) influirán en el grado
de daño de los distintos
elementos estructurales.
Comunidad Miralagos, La Paz
Centro. Cortesía DIEX-PEI

5. Daño no estructural
El sistema no estructural en un edificio comprende los componentes arquitectónicos
(particiones, ventanas, etc.), sistemas mecánicos (ductos, elevadores, etc.), sistemas
eléctricos (seguridad, comunicaciones, etc.) y contenidos (mobiliarios, computadores,
etc.).
Comunidad Miralagos, La Paz
Centro. Cortesía DIEX-PEI

6. CURVAS DE CAPACIDAD Y DE FRAGILIDAD
La caracterización del daño, obtenido mediante técnicas analíticas o como resultado de
la observación de los efectos de los terremotos sobre las estructuras ha contribuido a la
calibración de funciones de pérdidas o de vulnerabilidad. Sin embargo, en los últimos
años se han diferenciado dos tipos de curvas: de fragilidad y de capacidad.
CURVA DE FRAGILIDAD: se usan para estimar la probabilidad de alcanzar o exceder
estados de daño específicos para un determinado nivel de respuesta sísmica.
La probabilidad de alcanzar un estado de daño, mediante esta técnica, se calcula con la
diferencia entre las curvas de fragilidad (Kircher, Nassar, Kustu y Holmes et al. 1997).
Para el desarrollo de estas funciones, normalmente, se ha hecho primero una
clasificación de los edificios según su sistema estructural, su uso, altura, etc…

8.  CURVA DE CAPACIDAD: Las segundas se usan para estimar la respuesta de un
edificio ante un nivel dado de demanda sísmica. Las curvas de capacidad son
gráficas de la resistencia a carga lateral del edificio vs. desplazamiento lateral.
Mediante este tipo de curvas es posible identificar la capacidad a la fluencia y la
capacidad última de una estructura

9. Los niveles de daño indican la condición y la apariencia física de la estructura
después de un sismo. La determinación del nivel de daño para una estructura puede
hacerse en forma cualitativa o cuantitativa.
Estos modelos son referidos a índices de daño sísmicos, los cuales están basados en
diferentes parámetros de respuesta de la estructura. Actualmente no se cuente con
un criterio unificado para la elección de los parámetros bases de estos modelos, esto
es debido a la gran variedad de sistemas estructurales así como a las características
de la acción aplicada.

11. NIVELES DE DESEMPEÑO:
Operacional: se relaciona básicamente con la funcionalidad. Los daños en componentes
estructurales son limitados. Los sistemas y elementos no estructurales permanecen
funcionando. Cualquier reparación requerida no perturba ninguna Función.
Ocupación Inmediata: corresponde al criterio más usado para edificaciones esenciales.
Los espacios de la edificación, los sistemas y los equipamientos permanecen utilizables.
Se mantienen en funcionamiento los servicios primarios. Quizás algunos servicios
secundarios presenten pequeñas interrupciones de fácil e inmediata reparación. Se
mantiene la seguridad de los ocupantes.
Seguridad a la Vida: corresponde a un estado de daños que presenta una baja
probabilidad de atentar contra la vida. Constituye el nivel de desempeño de la
edificación que se espera alcanzar con la aplicación de los actuales códigos sísmicos; es
decir, que se corresponde a un desempeño equivalente al que se obtendría con la
aplicación sistemática de los códigos actuales de diseño sísmico. Se caracteriza por
presentar daños limitados en los componentes estructurales y el eventual fallo o
volcamiento de los componentes no estructurales, con posibilidad inclusive de fallo en
algún elemento peligrosos y en alguno de los elementos primarios (servicios de agua,
electricidad, etc.) y secundarios (acabados, fachadas, etc.), siempre que no atente contra
la vida de los usuarios.

12. Estabilidad Estructural; para este estado de daño prácticamente no queda reserva
alguna del sistema resistente a carga lateral que permita soportar una réplica, sólo
se mantiene cierta capacidad del sistema resistente a cargas verticales para
mantener la estabilidad de la estructura, de manera que el peligro para la vida es
muy alto.

13. La capacidad de una estructura depende de la resistencia y deformación máxima de
sus componentes individuales. Para determinar sus capacidades más allá del límite
elástico, es necesario utilizar algún tipo de análisis no lineal, como por ejemplo, el
análisis estático no lineal (análisis pushover). Este procedimiento usa una serie de
análisis elásticos secuenciales, que se superponen para aproximarse a un diagrama
conocido con el nombre de curva de capacidad. Esta curva relaciona las fuerzas en
la base (cortante basal, V) y los desplazamientos (D) en el nivel superior de la
estructura.

15. METODO DE LA
FUERZA
EQUIVALENTE

16. análisis modal espectral

17. El análisis modal espectral es un método para estimar los desplazamientos y
fuerzas en elementos de un sistema estructural. Su base metodológica radica en que
la vibración del suelo es transmitida a toda la estructura a través de sus elementos
y como consecuencia de ella, las principales masas se mueven o desplazan en forma
relativa respecto al suelo.
De una forma análoga la estructura se puede asimilar a una serie de péndulos
invertidos sometidos a una vibración en la base, cada uno de los cuales representa
el comportamiento de una de los modos de vibrar de la estructura. Por lo tanto,
todos los péndulos no responden del mismo modo ante una vibración en la base. De
hecho, cada estructura posee una frecuencia propia o natural, determinada
fundamentalmente por su rigidez y altura, a la que vibrará frente a cualquier
excitación a la que se someta.

20. METODO
PUSHOVER

21. Este procedimiento no lineal, también conocido como “pushover”, es una
simplificación del comportamiento dinámico no lineal, donde se asume que el primer
modo fundamental domina la respuesta.
La aproximación estática consiste en aplicar una distribución vertical de cargas
laterales a un modelo que capture la no linealidad de los materiales existentes, o
previamente diseñados; e incrementar monolíticamente esas cargas hasta obtener
el pico de respuesta de la estructura en la gráfica de corte basal vs desplazamiento.

22. La determinación del estado final de una estructura frente a un sismo es un problema
complejo.
Normativas de origen:
 ATC-40 (1996). Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings. Applied
Technology Council. California.
 FEMA (1997). Guidelines for the seismic rehabilitation of buildings. Federal
Emergency Management Agency. Washington.
La capacidad de una estructura se determina mediante un pushover con una
distribución de carga
similar a la del modo dominante.
La demanda se obtiene del espectro elástico de diseño para la ubicación de la estructura.

25. Los pórticos a momento con uniones precalificadas deben cumplir la hipótesis de
columna fuerte - viga débil para garantizar que frente a una acción sísmica
importante, la disipación de energía se produzca por medio de una deformación
plástica en las vigas, a una cierta distancia de la unión. Lo que se pretende es evitar
la formación de rótulas plásticas en las columnas, pues esto conduciría a la
estructura a un colapso prematuro. A pesar de esto, cuando la solicitación sísmica es
elevada, se produce también plastificación en los pilares.

27. El comportamiento de estas rótulas viene dado por
una relación fuerza - deformación. En FEMA 356 se
recoge una idealización de este comportamiento y se
muestra en la figura.
En el eje de ordenadas se tiene el esfuerzo, Q, el cual
está normalizado respecto al esfuerzo de fluencia, Qy
y en el eje de abscisas se tiene la deformación
absoluta (desplazamiento, Δ, o rotación θ). Los
parámetros a, b y c vienen dados por la normativa
FEMA 356 para diferentes casos.
El modelo fuerza - deformación anterior sirve también
para determinar en qué nivel de rendimiento se encuentra
el elemento (viga, columna,…) en función de su grado de
deformación. Los diferentes grados son: Ocupación
inmediata (IO), Seguridad de Vida (LS) y Prevención por
Colapso (CP). Estos están señalados en Figura y
tabulados en las tablas de FEMA 356.