Dinámica Estructural

Publicado por Fernando Arancibia Carvallo

1.1 Aspectos Generales
La Sismología es la ciencia que estudia las causas que producen los terremotos, el mecanismo por el cual se producen y propagan las ondas sísmicas, y la predicción del fenómeno sísmico. Desde el punto de vista de la Ingeniería, lo más importante es la definición y cálculo de las acciones que el movimiento sísmico aporta a la estructura.
1.1.1 Causas y efectos de los sismos
Los sismos, terremotos o temblores de tierra, son vibraciones de la corteza terrestre, generadas por distintos fenómenos, como la actividad volcánica, la caída de techos de cavernas subterráneas y hasta por explosiones. Sin embargo, los sismos más severos y los más importantes desde el punto de vista de la ingeniería son los de origen tectónico que se deben a desplazamientos bruscos de las grandes placas en que está subdividida la corteza terrestre.
Las presiones que se generan en la corteza por los flujos de magma desde el interior de la tierra llegan a vencer la fricción que mantiene en contacto los bordes de las placas y producen caídas de esfuerzos y liberación de enormes cantidades de energía almacenada en la roca (Ver figura 1.1). La energía se libera principalmente en forma de ondas vibratorias que se propagan a grandes distancias a través de la roca de la corteza.
Figura 1.1 Creación y reciclaje de la corteza
terrestre

Esta vibración de la corteza terrestre es la que pone en peligro a las edificaciones que sobre ella se desplantan, al ser éstas solicitadas por el movimiento de su base. Debido a esta actividad, las vibraciones de las masas de los edificios, generan fuerzas de inercia que inducen esfuerzos importantes en los elementos de la estructura y que pueden conducirla a la falla.
Además de la vibración, hay otros efectos sísmicos que pueden afectar a las estructuras, principalmente los relacionados con fallas del terreno, como son los fenómenos de licuación, de deslizamiento de laderas y de aberturas de grietas en el suelo. En el presente curso no se tratarán estos fenómenos que corresponden a condiciones muy particulares de subsuelo que requieren estudios especializados.
En la figura 1.2 se muestra de manera muy esquemática las principales características de este fenómeno tectónico. El sismo se genera por el corrimiento de cierta área de contacto entre placas. Se identifica un punto, generalmente subterráneo, que se denomina foco o hipocentro, donde se considera se inició el movimiento: a su proyección sobre la superficie de la tierra se le llama epicentro.
Figura 1.2
Características de un terremoto
Aunque prácticamente toda la corteza terrestre está afectada por fallas geológicas, se ha observado que la actividad sísmica se concentra en algunas zonas donde los movimientos a lo largo de estas fallas son particularmente severos y frecuentes. Una visión global de la distribución espacial de los grandes sismos se muestra en la figura 1.3, de la que se aprecia cómo estos se presentan principal, pero no exclusivamente, en los bordes de las grandes placas tectónicas.
Figura 1.3
Mapa que muestra la relación entre las principales placas tectónicas

La zona donde se libera la mayor parte de la energía sísmica es un gran arco conocido como Cinturón Circumpacífico, un tramo del cual está constituido por la zona de subducción entre la placa de Cocos y la placa de Norteamérica en la costa del Pacífico de México.

Figura 1.4
Movimiento de placas y generación de sismos.
Mecanismo de subducción.
1.1.2 Sismicidad en Bolivia
La sismicidad que se observa en Bolivia está relacionada con el proceso de subducción que experimenta la placa de Nazca por el oeste de la placa continental de Sudamérica.
1.2 Comportamiento sísmico de las edificaciones
1.2.1 Características de la acción sísmica
Todas las edificaciones transfieren su peso al terreno vinculadas a él por las fundaciones, por consiguiente están sujetas a su comportamiento, sus cambios con respecto a la mecánica de suelos como también a movimientos sísmicos que se transmiten a las edificaciones a través de las fundaciones.
Figura 1.4
Fuerza de inercia generada por la vibración de la estructura

El movimiento sísmico se transfiere inicialmente a la base de la edificación, la cual tiende a seguir el movimiento del suelo (Ver figura 1.4), no así la parte restante del edificio debido a que por inercia, su masa se opone al desplazamiento dinámico transmitido por su base, de tal manera, se generan las fuerzas de inercia que ponen en peligro la seguridad de la estructura.