Este documento discute la vulnerabilidad sísmica de las estructuras de acero. Explica que los terremotos han causado billones de dólares en daños a nivel mundial y que las estructuras tradicionales como la mampostería y el concreto armado de mala calidad son vulnerables. También destaca que las decisiones de diseño e ingeniería pueden afectar negativamente la resistencia sísmica de las construcciones de acero.

1. VULNERABILIDAD SÍSMICA EN ESTRUCTURAS DE ACERO
Prof. Dr. Juan Carlos Vielma Pérez
Becario Prometeo

2. Resumen
En esta conferencia se presenta a los estudiantes de la
Universidad de las Fuerzas Armadas (ESPE) algunos
aspectos relevantes sobre la vulnerabilidad sísmica de las
estructuras metálicas.
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3. Resumen
Algunos de los conceptos que se presentan son de tipo
general, pero se procura mostrar algunos avances de la
investigación como becario Prometeo que pueden ilustrar
cómo algunas decisiones de tipo ingenieril pueden incidir
desfavorablemente sobre las construcciones,
convirtiéndolas en vulnerables.
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4. 1. Introducción
La ocurrencia de los fenómenos sísmicos es inevitable debido a
su naturaleza física. Daniell (2011) reseña que los terremotos de
los siglos XX y XXI han causado aproximadamente 1,8 trillones
de dólares en daños globales, y que los daños en edificios
ocasionados por terremotos históricos evidencian la
vulnerabilidad en las construcciones tradicionales de las
poblaciones, tales como la construcción con mampostería,
adobe y concreto armado de mala calidad.

5. 1. Introducción

6. 1. Introducción
También es notable que un número considerable de estas
edificaciones dañadas por terremotos fueron proyectadas con
normativas de diseño y construcción vigentes. Este
comportamiento deficiente en viviendas y edificios es lo que
ocasiona las perdidas de vidas humanas, materiales y los daños
económicos que en el primer caso es irreparable.

7. 1. Introducción
Nuestro continente no ha escapado de esta terrible realidad. En
la Tabla siguiente se puede observar un conjunto de eventos
sísmicos que han causado daños a la infraestructura y un
número considerable de pérdidas humanas.

8. 1. Introducción

9. Efecto de los terremotos sobre las estructuras
De forma general, cuando un terremoto sacude un
determinado lugar, las estructuras sufren consecuencias
derivadas de la aceleración del terreno. De esta forma las
aceleraciones tienen un efecto que se asimila al de fuerzas
de piso que actúan sobre las estructuras.

11. Investigaciones realizadas luego de la ocurrencia de
terremotos catastróficos señalan que el fallo de los edificios
ocurre esencialmente por el fallo de los nodos. En el caso
particular de las estructuras metálicas este es un tema que
deber tratarse con especial cuidado, a fin de evitar el
incremento de la vulnerabilidad.

12. Otro de los desafíos importantes que afrontan los
proyectistas de estructuras tiene que ver con la estabilidad
de los elementos que conforman la estructura de acero y
que van a estar sometidos a la compresión.

13. Los fenómenos de inestabilidad pueden agruparse en dos tipos
principales. El primero comprende aquellos fenómenos de
inestabilidad que abarcan todo o gran parte de un miembro de
acero, por lo que se de- nomina pandeo global. En este grupo
se incluyen varios estados límites, como el pandeo flexional,
torsional y flexo-torsional en miembros comprimidos y el
pandeo lateral-torsional en miembros flexionados.

14. El segundo grupo de problemas de inestabilidad se
relaciona con el pandeo localizado de las placas o
componentes de las secciones metálicas, y se denomina
pandeo local o abollamiento. El abollamiento puede
suceder en las alas o en el alma de los perfiles que no son
compactos.

15. En la siguiente figura se puede apreciar ejemplos de
pandeo flexional, pandeo torsional, pandeo flexo-torsional y
el pandeo local.

16. Para el diseño de miembros flexionados las
especificaciones ANSI/AISC 360-10 consideran que la
plastificación de la sección se logra sólo en el caso de
secciones compactas.

17. Los efectos de segundo orden son aquellos inducidos por
las cargas de gravedad actuando en la configuración
deformada de la estructura, es decir que se trata de un
problema de no linealidad geométrica. En el caso particular
de cargas de gravedad a medida que la estructura se
deforma por la acción del sismo, estas inducen un momento
adicional que es proporcional al desplazamiento lateral δ. A
este caso particular de efecto de segundo orden se lo
denomina efecto P-Delta

20. El acero es el material más dúctil entre aquellos de uso
estructural. Sin embargo, es un error grave considerar que
esta propiedad inherente al material se puede asumir
directamenteal sistema estructural. Recientes
investigaciones han señalado que para asegurar el
comportamiento dúctil de las estructuras es necesario
suministrar adecuada ductilidad no sólo a nivel del material,
sino también a nivel seccional y de los miembros que
componen el sistema (columnas, vigas, riostras,
conexiones).

21. Los terremotos de Northridge (1994) y Kobe (1995)
pusieron en evidencia fallos relativos a unos componentes
esenciales del sistema estructural: las conexiones.
El diseño y detalle de las conexiones entre los distintos
componentes estructurales es un aspecto de fundamental
importancia para alcanzar una estructura con una ductilidad
adecuada para soportar las acciones sísmicas.

24. Los resultados obtenidos del programa SAC indican que las
causas que llevaron a la ocurrencia de las fallas
observadas son múltiples. Entre las más importantes,
puede mencionarse:
• El uso de electrodos inadecuados
• La práctica constructiva de dejar elementos de
respaldo (steel backing)
• La presencia de defectos en la raíz de la soldadura,
• El uso de prácticas constructivas no recomendadas,
• Otros efectos adversos

25. El diseño sismo resistente procura en todo momento
reducir la vulnerabilidad de las estructuras frente a la
acción de los terremotos. Para ello se adoptan una serie de
recomendaciones que van desde un nivel global
(recomendaciones de diseño conceptual) pasando por un
nivel de elementos, hasta llegar a un nivel de detallado
(conexiones).

26. Uno de los principales preceptos del diseño conceptual lo
constituye el criterio de columna fuerte viga débil, que
prescribe que la plastificación deberá ocurrir siempre antes
en estas últimas.

27. A nivel normativo esto se controla mediante la aplicación de
la siguiente expresión:
푀∗
푝푐
푀푝푣
∗ ≥ 1,0

28. Para el caso de los pórticos especiales resistentes a
momentos, es necesario garantizar una protección
adecuada de la zona de panel y producir una conexión que
sea capaz de disipar energía de forma estable. En la Figura
siguiente se puede apreciar una conexión típica de pórtico
resistente a momentos.

30. 1 2

31. 3 4

32. 5 6

33. Conclusiones:
La vulnerabilidad sísmica de las estructuras sólo puede ser
controlada por los ingenieros que las proyectan, construyen
y mantienen. Es por tanto perentorio mantenerse
actualizados en los avances técnicos que van ocurriendo,
para incorporarlos a las nuevas construcciones y usarlos
para la actualización y reforzamiento de las existentes.

34. Conclusiones:
Debemos ser capaces de traducir los avances técnicos a
las condiciones constructivas propias del medio en el que
nos desempeñamos, ya que:
“Las estructuras se comportan tan bien como son
diseñadas, pero no mejor de como son construidas”.

35. Gracias!