1.7 Efectos sísmicos en las Estructuras
Summary
TLDREl guion del video trata sobre el efecto sísmico en estructuras, explicando las características de la acción sísmica y cómo se miden. Se discute la importancia de la transformada de Fourier para analizar la composición de las ondas sísmicas y se mencionan los espectros de aceleración y diseño sísmico. Además, se exploran las respuestas lineales y no lineales de las estructuras ante sismos, y se presentan ejemplos de daños comunes en edificios, como grietas y fallas en uniones y muros. El guion también destaca la influencia de factores como la intensidad, duración del sismo, tipo de suelo y características de los edificios en la magnitud de los daños.
Takeaways
- 🌟 La acción sísmica en estructuras se analiza a través de programas que miden la propagación de ondas durante un terremoto, como el modelo matemático mostrado para el sismo de 1985 en Michoacán.
- 📊 Se utilizan señales de aceleración del suelo registradas para entender las características de la acción sísmica, como la duración y magnitud de la aceleración horizontal.
- 🔍 La Transformada de Fourier es una herramienta clave para analizar señales sísmicas, pasando de la representación en el dominio del tiempo al dominio de la frecuencia.
- 📈 El espectro de Fourier ayuda a identificar las frecuencias con mayor amplitud en las señales sísmicas, lo que es crucial para entender las excitaciones a las que están sujetas las estructuras.
- 🏗️ Los espectros de diseño sísmico son esenciales para el diseño de nuevas estructuras, basándose en los análisis de espectros de aceleración y respuesta.
- 🏢 Los periodos estructurales son importantes en la respuesta de las estructuras a los sismos, y varían según la rigidez y el tipo de construcción.
- 📉 La respuesta lineal y no lineal de las estructuras a los sismos es fundamental para entender el comportamiento estructural y predecir daños potenciales.
- 🔨 Los daños en estructuras de concreto reforzado después de sismos de alta intensidad son influenciados por factores como la intensidad del sismo, su duración, el tipo de suelo y la característica de la construcción.
- 🏚️ Los daños comunes en edificios post-sísmico incluyen fallas en cimentaciones, grietas en muros y lazos, y fallas en uniones entre vigas y columnas.
- 📌 La rigidez de una estructura puede influir en la magnitud del daño: las estructuras rígidas cerca de zonas sismogénicas y con suelos blandos suelen sufrir más daños.
- 🏛️ Ejemplos del sismo de 1985 muestran daños significativos en edificios, incluyendo colapso de pisos, inclinación de estructuras y daños en elementos estructurales no dúctiles.
Q & A
¿Qué características principales tiene una señal sísmica registrada en el eje horizontal?
-La señal sísmica registrada en el eje horizontal muestra la duración del sismo en segundos y la aceleración del suelo, que puede alcanzar hasta 150 centímetros por segundo al cuadrado.
¿Qué es la transformada de Fourier y cómo se relaciona con el análisis de señales sísmicas?
-La transformada de Fourier es un método matemático que convierte una señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. Permite descomponer la señal sísmica en una serie de funciones de frecuencia constante y amplitud, lo que ayuda a identificar las frecuencias con mayor energía en la señal.
¿Cuál es el propósito de los espectros de Fourier en el análisis de señales sísmicas?
-Los espectros de Fourier ayudan a conocer la composición de la señal sísmica, identificando las frecuencias que tienen mayor amplitud y son importantes para entender las excitaciones a las que están sujetas las estructuras.
¿Qué son los espectros de respuesta y cómo se relacionan con la aceleración del suelo en un sismo?
-Los espectros de respuesta son herramientas que miden la respuesta de una estructura a una excitación sísmica dada, usualmente la aceleración del suelo. Ayudan a entender cómo se comportará una estructura ante diferentes frecuencias y amplitudes de vibración durante un sismo.
¿Cómo se clasifican las estructuras según su rigidez y su periodo estructural?
-Las estructuras se clasifican según su periodo estructural y rigidez. Por ejemplo, las estructuras rígidas con un periodo de cero a un segundo suelen ser de mampostería o muros de concreto, mientras que las flexibles con un periodo de 1 a 3 segundos pueden ser edificios de mayor altura y otros tipos de construcción.
¿Qué son los espectros de diseño sísmicos y para qué sirven?
-Los espectros de diseño sísmicos son herramientas que representan las demandas sísmicas que una estructura tendría que soportar. Son útiles para diseñar nuevas estructuras de manera que puedan resistir los efectos de un sismo.
¿Qué es una respuesta lineal y cómo se relaciona con el comportamiento de los materiales elásticos?
-Una respuesta lineal se refiere a un comportamiento proporcional entre esfuerzos y deformaciones en un material. Los materiales elásticos se comportan de esta manera hasta llegar a su punto de弹性 limit, manteniendo una relación lineal directa entre la carga aplicada y la deformación resultante.
¿Qué es una respuesta no lineal y cómo se relaciona con el comportamiento de los materiales más allá de su punto elástico?
-Una respuesta no lineal ocurre cuando los materiales se desplazan más allá de su punto elástico, lo que significa que la relación entre esfuerzos y deformaciones deja de ser proporcional y puede mostrar un comportamiento más complejo.
¿Cuáles son algunos de los daños comunes que pueden ocurrir en estructuras de concreto reforzado durante un sismo?
-Algunos de los daños comunes incluyen grietas en las latas y muros, fallas en las uniones entre vigas y columnas, y problemas en la cimentación y suelo que pueden causar la pérdida de verticalidad o incluso colapso de la estructura.
¿Cómo influye la intensidad, duración y tipo de suelo en los daños causados por un sismo en estructuras?
-La intensidad del sismo, su duración y el tipo de suelo afectan directamente a la magnitud y el tipo de daños. Suelos blandos y arenosos, por ejemplo, pueden amplificar los efectos del sismo y causar daños más severos en estructuras rígidas y cerca de las zonas sísmicas.
¿Qué fenómenos se observaron en los edificios durante el sismo de 1985 en Michoacán y cómo afectaron las estructuras?
-Durante el sismo de 1985, se observó la pérdida de verticalidad en algunos edificios, colapso parcial de pisos y daños en la cimentación y suelo. Estos fenómenos afectaron la integridad y la seguridad de las estructuras, dejando a algunos edificios inclinados o con daños estructurales significativos.
Outlines
🏗️ Características de la acción sísmica y análisis de señales
El primer párrafo explica cómo se manifiesta la acción sísmica en las estructuras y cómo se utilizan programas para medir las ondas sísmicas. Se menciona un ejemplo del sismo de 1985 en Michoacán y cómo se propagó hasta la Ciudad de México. Se describe la grabación de una señal de terremoto, destacando su duración y la aceleración del suelo. La importancia de la transformada de Fourier para analizar la señal en el dominio de la frecuencia se destaca, permitiendo la identificación de frecuencias con mayor amplitud. Además, se introduce el concepto de espectros de acciones sísmicas y espectros de respuesta, esenciales para entender las excitaciones a las que están sujetas las estructuras y para el diseño de nuevas estructuras.
🔨 Comportamiento lineal y no lineal de estructuras en sismo
El segundo párrafo se enfoca en el comportamiento de las estructuras durante un terremoto, diferenciando entre respuestas lineales y no lineales. Se describe cómo los materiales elásticos se comportan en comparación con los materiales no lineales, y cómo esto se refleja en el nivel de daño estructural. Se utiliza un ejemplo de un gráfico que muestra la relación entre esfuerzos y deformaciones, y cómo la línea recta indica un comportamiento lineal hasta un punto crítico. Se menciona el daño moderado y el colapso como ejemplos de comportamiento no lineal, y se discuten los daños comunes en edificios de concreto reforzado después de sismos de alta intensidad, influenciados por la intensidad y duración del sismo.
🏚️ Daños estructurales causados por sismos
El tercer párrafo explora los factores que influyen en los daños causados por los sismos, como la intensidad, la duración, el tipo de suelo y la característica de los edificios. Se resaltan los efectos de suelos blandos y arenosos, que pueden causar licuación y amplificación dinámica. Se describen los tipos de daños, incluyendo la cimentación, muros, uniones entre vigas y columnas, y daños en elementos rígidos como muros y columnas. Se presentan fotografías de daños en la cimentación y estructuras, y se discute cómo los edificios rígidos cerca de las zonas sismogénicas suelen ser los más dañados.
📸 Ejemplos de daños en la Ciudad de México post-1985
El cuarto y último párrafo presenta casos específicos de daños en la Ciudad de México después del sismo de 1985. Se mencionan ejemplos de colapso de pisos, inclinación de edificios y agrietamientos en varios elementos. Se destaca el fenómeno de 'efecto sándwich', donde la falla de columnas en sistemas de pisos deja a los pisos intactos sin soporte, resultando en su colapso. Se incluyen fotografías de edificios dañados y secciones de la ciudad que aún muestran los efectos de ese sismo, como edificios inclinados y con daños estructurales evidentes.
Mindmap
Keywords
💡Efecto sísmico
💡Aceleración del suelo
💡Transformada de Fourier
💡Espectro de Fourier
💡Espectro de respuesta
💡Período estructural
💡Estructuras rígidas y flexibles
💡Comportamiento lineal y no lineal
💡Daño estructural
💡Suelo blando
Highlights
Explicación de las características de la acción sísmica y cómo se miden.
Uso de programas para medir la propagación de las ondas sísmicas durante el terremoto de 1985 en Michoacán.
Visualización de cómo se propaga un sismo y su impacto en la ciudad de México.
Descripción de la señal registrada durante el sismo, incluyendo duración y aceleración del suelo.
Importancia de la transformada de Fourier para analizar la composición de la señal sísmica.
Descomposición de la señal en funciones de frecuencia para reconstruir la señal original.
Identificación de las frecuencias con mayor amplitud en el espectro de Fourier.
Construcción de espectros de aceleración para la respuesta de estructuras a los sismos.
Importancia del periodo estructural en la respuesta de las estructuras a los sismos.
Diferenciación entre estructuras rígidas y flexibles y su vulnerabilidad a los sismos.
Creación de espectros de diseño sísmicos para el diseño de nuevas estructuras resistentes.
Concepto de respuestas lineales y no lineales en la respuesta de las estructuras a los sismos.
Importancia del comportamiento material elástico y no elástico en la respuesta estructural.
Ejemplos de vulnerabilidad estructural y daño en edificios durante sismos.
Factores que influyen en la cantidad de daños en edificios después de un sismo.
Tipos de daños comunes en edificios de concreto reforzado después de sismos de alta intensidad.
Efectos de la cimentación y el suelo en la estabilidad de los edificios durante los sismos.
Daños en las uniones entre vigas y columnas y su importancia en la resistencia estructural.
Impacto de los fallos en columnas no dúctiles y la necesidad de refuerzos estructurales.
Consecuencias del terremoto de 1985 en la Ciudad de México y daños en edificios.
Transcripts
en el siguiente tema el efecto sísmico
en las estructuras
bueno empezamos hablando de las
características de la acción sísmica
aquí voy a explicar un poco de cómo es
que nos sirven los programas que medimos
cuando ocurre un sismo
entonces recuerda este vídeo tenemos una
animación de un modelo matemático para
la propagación de las ondas cuando
ocurrió el sismo de 1985 en las costas
de michoacán entonces nosotros tenemos
un punto aproximadamente por ahí que es
donde se ubicaría la ciudad de mexico y
lo que vamos a ver es cómo
si voy creando
el sismo se va propagando y cuando llega
al lugar donde es también salero metro
lo que hace es grabar una señal de este
tipo ahora una vez grabada esa señal sus
características principales son que en
el eje horizontal
yo tengo tiempo en segundos si ven este
es el haz el programa para la estación
sct
en la dirección este-oeste de 1985
entonces y yo veo en la duración de
casi más de tres minutos y en el eje
vertical yo veo la aceleración del suelo
entonces contamos hasta más o menos 150
centímetros sobre segundo al cuadrado
ahora esta información de la celebra ma
nos sirve de varias formas una de ellas
sin entrar en los efectos desde la
estructura es conocer cuál es la
composición de esa señal para eso está
es la transformada de fourier de lo que
nos hace es pasar del dominio del tiempo
al dominio de la frecuencia en palabras
simples lo que hace el espectro de
fourier que yo tengo en ésta
en esta parte en la función del tiempo
yo tengo mi acelero grama registrado y
lo que voy a hacer es descomponer esa
señal en muchas funciones se no son
conocidas son constantes en frecuencia y
lo que va a encontrar es amplitud a la
que funciona a cada frecuencia de tal
forma de cuando yo sumo para cada mismo
instante de equipo la amplitud de cada
una de esas funciones se no voy a
reconstruir
se reconstruye la misma función en el
tiempo original que en este caso es el
acerado graba prácticamente
descomponerlo en 100 300 defunciones en
2
para diferentes frecuencias entonces en
este lado derecho yo tengo frecuencias
que puedo tener igual miles de
frecuencias y lo que me va a servir es
identificar cuál es la las frecuencias
que tienen mayor amplitud que se ven
aquí en
los picos azules ahora a partir de eso
este es un tema de maestría se
construyen lo que son los espectros de
pies que me dan a conocer cómo es que
está compuesta esta señal entonces esa
es una de las características podemos
saber de las señales sísmicas de las
excitaciones a las que van a estar
sujetas los edificios otra es los
espectros de
en respuesta en este caso respuesta a la
aceleración es este si es un tema de
licenciatura que lo vamos a ver si es
chinos a causa del tiempo en el curso
entonces este existe en el niño del
tiempo yo tengo hasta cinco segundos que
corresponde más que nada el periodo
estructural el periodo que va a durar la
estructura a esto también sólo que más
adelante
la intención es mencionar que aquí
nuevamente yo puedo conocer las
aceleraciones
a las que contiene este este sismo
digamos por lo alguna alguna manera
simple para cada tipo de estructura
entonces en cada estructura en
específico tiene su
periodo estructural bien definido pero
vamos a ver lo vamos a analizar entonces
para crear el tipo de estructura
correspondería a un periodo por ejemplo
las estructuras que son entre cero y un
segundo y son estructuras que son
rígidas y entonces hablamos de
estructuras hechas de mamposterías
estructuras a base de muros de concreto
y estructuras que son de alturas muy
cortas un solo nivel son altamente
regidas por ejemplo y se ven en la
facultad el laboratorio de
no recuerdo que está en frente del
postgrado eso
el ing 2 es un laboratorio que es una
estructura pequeña sumamente rígida y
una estructura flexible sería él
ing 4 perdón en la estructura rigidez el
ing 3
ing 12 grado ligero 4
el edificio principal de 0 que es una
estructura que puede clasificarse como
más flexible se vería en un periodo
entre 1 y 3
y a otro tipo de estructuras tienen
otros de utilidad éste precisamente es
el espectro de aceleraciones para la
línea de la sct y a partir de este tipo
desde de espectros de respuesta por
aceleraciones lo que se hace es
construirlo proponer los espectros de
diseño sísmicos que eso ya son útiles
para diseñar nuevas estructuras
bueno en respuesta de los edificios ante
las acciones sísmicas esto
principalmente vamos a ir dando un
ejemplo de lo que es una respuesta
lineal y una respuesta no lineal para
empezar entonces al que se refiere
cuando hablamos de respuestas lineales
esto principalmente lo vemos también
desde el nivel material cómo se comporta
un material elástico en elástico un
material en este caso no lineal y lineal
sería por ejemplo si yo tengo mis
esfuerzos contra deformaciones del
material cómo se deforma a medida que yo
aplico carga por unidad de aire entonces
cuando hablamos de la respuesta lineal
hablamos de materiales que pueden
comportarse de esta forma
recta precisamente a lo que se le llama
no lineales entonces responde a
materiales que pueden hacer
comportamientos de este tipo esto se le
llama no lineales ahora este también
puede presentarse ya nivel general
dentro de las estructuras como es en
este caso en este caso este es una
diapositiva que se más usada para
explicar la vulnerabilidad estructural
de los edificios yo lo que quiero
mostrarles en este caso es que el
comportamiento en línea está hasta el
punto 2
la etapa donde solamente hay daño
eligieron las estructuras ya que se
sigue esta tendencia de una línea recta
que las en este caso la importante basal
que se refiere a la suma de las fuerzas
que dan en la cimentación durante un
sismo es proporcional es muy
proporcional tiene una rigidez
muy establecida con respecto al
desplazamiento en la azotea del edificio
en qué parte es el comportamiento no
lineal pues sería a partir del punto 2
hasta el punto 4 todo este
comportamiento ya es el que se llama el
comportamiento lineal igualmente en la
derecha ya nosotros tenemos el
comportamiento lineal hasta el punto 2 y
hasta el punto 5 que es lo que nos marca
el colapso
comportamientos lineales en este caso
aquí se sobreponen los espectros de
diseño por aceleraciones para bajas
demandas sísmicas y para altas demandas
sísmicas estos vamos a ver más adelante
cómo se crean cuando se podemos analizar
sistemas de un grado de libertad
y bueno ya como un complemento un estado
de daño moderado pondré la estructura en
comportamientos no lineales así como
daños extensos o colapsos obligan a la
estructura estar en rangos de
comportamiento no lineal
ahora
cuáles son los daños más comunes que
aparecen durante un sismo entonces esta
presentación bueno esta aparece en
inglés debido porque principalmente el
empleo de una maestría el tipo de daños
que se pueden observar en edificios de
concreto reforzado después de sismos de
alta intensidad entonces
puntualizando en primero
lo que influye
en la cantidad de daños que aparecen en
los edificios después de un sismo es
primero la intensidad misma del sismo
aquí es como la
el poder de la sacudida aquí en el
segundo punto sería la duración del
sismo que como vimos en
las el programa de sct es uno de los
programas más largos que se pueden
encontrar a nivel global esto debido
precisamente a las características del
sitio donde se grabó que es el suelo
blando de la ciudad méxico que tiene
nuevamente frecuencias
de vibrar del suelo de dos segundos que
son muy largas y lo que hacen es
precisamente la amplificación dinámica
en tercero el tipo de suelo que se
encuentra que pueden ser precisamente
suelos blandos suelos y arenosos que
producen por ejemplo también los efectos
de licuación
y el tipo de edificio que también
influye mucho como les comentaba si los
edificios son pequeños a base de muros
son edificios rígidos entonces
un fenómeno que siempre los edificios
rígidos cerca de las zona sismogénica
son los más dañados y los sismos
altos de periodos blandos son más
dañados en son las de suelos blandos
entonces eso afecta mucho
ahora el tipo de daño que se puede
producir ahora tenemos primero la
cimentación y el suelo
pueden ser también a todos los elementos
placas que son muros y cosas
a las uniones entre las vigas y las
columnas
a las vigas de claro corte y las
columnas que son no dúctiles
en el caso de fallas
en suelos y cimentación es lo que
tenemos son por ejemplo estos casos
donde lo que se ve es que durante el
sismo
lo que ocurre es que parece que el
edificio se levanta es precisamente la
falla del suelo lo que hace es
reacomodar el suelo y compactarse o
licuarse de tal forma que ocurre este
fenómeno que estamos viendo que todo
este nivel de asfalto estaba a nivel del
del edificio el cero del edificio y que
durante el sismo lo que ocurre es
condimentos en la parte externa del
edificio
otro daño por ejemplo aquí en lo que
ocurrió es que parece que la cimentación
sobresalió lo que ocurre es precisamente
la falla del suelo la compactación la
licuación que hace que todo el suelo
circundante el edificio disminuya baje
su nivel
otro efecto que puede ocurrir
precisamente por la falla de suelo es
que los edificios ya pierden su
verticalidad entonces este edificio
vemos por aquí en el centro las dos
líneas blancas como ya están desviadas
debido a que uno de los edificios sufre
hundimiento de la cimentación y con ello
aparecen la pérdida de verticalidad
como es el daño en los muros bueno por
ejemplo los daños en las losas pueden
ver que aparecen grietas después de
estos últimos sismos del 2017
específicamente que vino de morelos y
fue más observado el daño en losas
que en algunos otros sismos
y
en el caso también de los muros yo puedo
observar como en esta parte aparecen
grietas en diagonal a 45 grados este
elemento en arriba de la puerta pues
resultaba ser más rígido de lo que
ocurre es que empiezan a formarse más
fisuras más daño
siempre las partes más rígidas son las
que tienden a absorber más energía jalar
más energía del sismo y son las que
resultan dañadas vamos a ver otro
ejemplo este es un muro un muro de
mampostería si pueden aparecen grietas
55 grados
importante también observamos cómo se
acaba completamente en concreto en los
castillos de confinamiento que son los
que se encuentran a las orillas del
del muro y otros años por allá atrás
este es algo también que ocurre mucho en
las casas pequeñas los muros lo que
ocurre es que se agrietan generalmente
por cortante y las esquinas de las
ventanas son las que también mandan
muchos esfuerzos precisamente por su
forma ahora fallas en las uniones vigas
y columnas
este se observan está toda esta es una
columna y estas son las través del
entrepiso y lo que ocurre es que
empiezan a fallar en este caso aquí
esto anteriormente se pensaba que se
consideraba que los nodos en las
estructuras eran la parte más rígida que
que existía sin embargo pues a la mala
se aprendió que también se tiene que
reforzar con un acero transversal
para poder hacerlo resistente se
observan esta fotografía el cuerpo de la
columna está íntegro sin fisuras también
el cuerpo a través sin embargo es el
nodo que reciente mayores daños
igualmente este es otro caso donde
aparece en fisuras ya en la unión en
columna a la trabe
fallas precisamente en vigas de claro
corto éstas resultan ser elementos muy
rígidos yo tengo una columna de este
lado y otra columna extra lado de las
ventanas y entre ellos un muro de
concreto que resulta ser muy rígido
entonces muchas veces el daño tiende de
esa forma
esto ocurre generalmente también entre
muros las vigas que llegan a ver entre
muros por ejemplo los que están pegados
a los elevadores son elementos rígidos
que jalan mucha fuerza
aquí hay otro caso otra vez entre
columnas lo que ocurre es daño
únicamente en esa zona
y ya no en las columnas en las trabes o
los sistemas de piso ahora para columnas
que no son dúctiles este es una falla
compresión en todas las que tengo aquí
son fuesen compresión si ven en la
decisión no colapso sin embargo tuvo que
haber reforzado con columnas de acero
este es otro caso donde es unas columnas
que fallan por compresión de un anti un
sismo y se puede observar que está no
desarrollo de utilidad lo que hace es
que las varillas longitudinal expander
la diferencia de las demás columnas que
realmente se mantienen integradas
solo por conocimiento general como de
recibir debe tener le voy a presentar
algunas fotografías de lo ocurrido en el
sismo de 1985 aunque el sismo no fue el
primero que alertó a mexico si fue el
primero que produjo produjo más
entonces uno de los fenómenos que se
presentaron fue precisamente que algunos
de los pisos colapsaron no completamente
el edificio simplemente algunos y un
algo que ocurrió después es que algunos
de los propietarios simplemente
prefirieron demoler los pisos que se
cayeron
y dejar el resto del edificio como esta
y esos edificios en ciudad de méxico
pues siguen funcionando siguen
trabajando
a pesar de que sufrieron este tipo de
daños en 1985
si usted yo visito hacia méxico o
realmente en la zona del centro usted
puede observar como muchos edificios se
encuentran ya no sobre la vertical sino
que se encuentran inclinados y muchos de
estos edificios todavía siguen allí y se
pueden observar y agrietamientos en
varios elementos
este es el edificio nuevo león también
fue una falla icónica porque fue un
conjunto habitacional que realmente
causó muchas muchas pérdidas un edificio
en la sts de misiones en la primera
imagen vemos el lado derecho como se
encontraba originalmente y en el lado
izquierdo después del sismo cuando se
pierde los últimos dos sistemas de piso
otro edificio fue el lotero
regis entre el centro aquí vamos
la terror y latinoamericana con todos
los problemas que hubo en su alrededor
otro de los problemas comunes en 1985
fue la penetración de las columnas en
sistemas de piso lo que hace es que las
columnas fallaron el sistema de pisos
que quedaron íntegros
y ocurrió lo que le llaman el efecto
sándwich en los edificios nuevamente la
división a unión
y su colapso
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