Ingenieria sísmica
La ingenieria sísmica és l'estudi del comportament dels edificis i les estructures subjectes a càrregues sísmiques. És el conjunt de l'ingenieria estructural i civil.
Principals objectius
[editar | editar còdic]Els principals objectius de l'ingenieria sísmica són;
- Entendre l'interacció entre els edificis i l'infraestructura pública en el subsol.
- Prevore les potencials conseqüències de fortes terremots en àrees urbanes i els seus efectes en l'infraestructura.
- Dissenyar, construir i mantindre estructures que resistixquen a l'exposició d'un terremot, més allà de les expectació i en total compliment dels reglaments de construcció.
- Mantindre a la societat llunt de tota preocupació que els pot causar en tan sol pensar en les conseqüències d'un terremot.
Una estructura apropiadament dissenyada no necessita ser extraordinàriament forta o cara. Les més poderoses i costoses ferramentes per a l'ingenieria sísmica són les tecnologies de control de la vibració i en particular, l'aïllament de la base o fonamentació.
Sistemes de protecció
[editar | editar còdic]L'energia que rep una estructura durant un terremot pot ser soportada de tres maneres diferents:
- Per resistència: Consistix en dimensionar els elements estructurals de tal modo que tinguen suficient resistència com per a soportar les càrregues sísmiques sense trencar-se. Este método requerix unes sobredimensionar prou importants dels elements estructurals i té alguns riscs de trencament fràgil.
- Per ductilitat: Consistix en dimensionar els elements de tal manera que partix de l'energia del seisme siga dissipada per deformacions plàstiques dels propis elements estructurals. Açò implica que l'estructura rebrà danys en cas de seisme, pero sense aplegar a colapsar. Reduïx el risc de trencament fràgil i la dimensió necessària dels elements estructurals és prou menor.
- Per malbarat: Consistix en introduir en l'estructura elements el fi dels quals és dissipar l'energia rebuda durant un terremot, i que no tenen una funció resistent durant el restant de la vida normal de l'edifici. Existixen principalment tres tipos de sistemes de malbarat:[1]
- Aïllament sísmic: Es coneix aixina a la tècnica de desacoplar l'edifici del sol. L'energia provinent del terremot no penetra en l'edifici ya que este està aïllat del sol.
- Elements de malbarat passiu: Són tècniques que permeten donar un amortiguamiento suplementari per mig d'elements que absorbixen l'energia del terremot, evitant que esta danye a l'edifici. Estos elements cridats esmortidors poden ser de molt distinta forma: d'oli, de metal, viscoelásticos, viscosos... En alguns casos els esmortidors tenen que ser substituïts despuix d'un impacte sísmic.
- Elements de malbarat actiu: Són elements que absorbixen l'energia per desplaçament d'elements preparats per a això. Seria el cas del esmortidor de massa del Taipei 101 que realisa un desplaçament per a absorbir l'energia del vent sobre l'estructura o el seisme.
Un mateix edifici pot mesclar vàries tècniques per a soportar un seisme. La capacitat final d'un edifici ben plantejat de soportar energia sísmica és la suma de les energies que pot soportar cada u dels apartats anteriors.[2]
Comportament sísmic
[editar | editar còdic]El comportament davant terremots definix la capacitat d'una estructura per a mantindre les seues funcions principals, com la seua seguritat i serviciabilidad, en i despuix d'una exposició sísmica determinada. Normalment, una estructura es considera segura si no posa en perill la vida i el benestar de les persones que es troben en ella o a la seua entorn en derrocar-se parcial o totalment. Una estructura pot considerar-se útil si és capaç de complir les funcions operatives per a les que va ser dissenyada.
Els conceptes bàsics de l'ingenieria sísmica, implementats en els principals còdics de construcció, assumixen que un edifici deu sobreviure a un terremot molt sever i poc freqüent sofrint danys significatius pero sense derrocar-se globalment.[3] Per un atre costat, deu permanéixer operatiu per a events sísmics més freqüents pero menys severs.
Evaluació del comportament sísmic
[editar | editar còdic]Els ingeniers necessiten conéixer el nivell quantificat del comportament sísmic real o previst associat en el dany directe a un edifici individual somés a una sacsada del terreny especificada. Esta evaluació pot realisar-se de forma experimental o analítica.
Evaluació experimental
[editar | editar còdic]Les evaluacions experimentals són proves costoses que solen realisar-se colocant un model (a escala) de l'estructura en una taula vibratoria que simula les sacsades de la terra i observant el seu comportament.[4] Este tipo d'experiments es varen realisar per primera volta fa més d'un sigle.[5] Només recentment ha segut possible realisar proves a escala 1:1 en estructures completes.
Per la naturalea costosa d'estes proves, tendixen a utilisar-se principalment per a comprendre el comportament sísmic de les estructures, validar models i verificar métodos d'anàlisis. Aixina que, una volta validats adequadament, els models computacionals i els procediments numèrics tendixen a soportar la major part de la càrrega per a l'evaluació del comportament sísmic de les estructures.
Evaluació analítica/numèrica
[editar | editar còdic]
L'anàlisis sísmic estructural és una poderosa ferramenta de l'ingenieria sísmica que utilisa la modelació detallada de l'estructura junt en métodos d'anàlisis estructural per a obtindre una millor comprensió del comportament sísmic de les estructures d'edificis i estructures no edificades. La tècnica com a concepte formal és un desenroll relativament recent.
En general, l'anàlisis estructural sísmic es basa en els métodos de dinàmica estructural.[6] Durant décades, l'instrument més destacat d'anàlisis sísmic ha segut el método del espectre de resposta davant terremots, que també va contribuir al concepte de còdic de construcció propost en l'actualitat.[7]
No obstant, tals métodos només són bons per a sistemes elàstics llineals, sent en gran mida incapaces de modelar el comportament estructural quan apareixen danys (és dir, no linealidad). La integració passe a pas numèrica va demostrar ser un método d'anàlisis més efectiu para sistemes estructurals de múltiples graus de llibertat en no linealidad significativa baix un procés transitori d'excitació moviment del terreny.[8] L'us del método dels elements finitos és un dels enfocaments més comuns per a analisar models informàtics d'interacció solc-estructura no llineals.
Bàsicament, l'anàlisis numèric es porta a terme en la finalitat d'evaluar el comportament sísmic dels edificis. Les evaluacions del comportament es porten a terme generalment per mig de l'anàlisis estàtic no llineal pushover o l'anàlisis no llineal temps-història. En dits anàlisis, és essencial conseguir una modelació no llineal precís dels components estructurals, com a voltons, pilars, unions voltó-columna, murs de tallant, etc. Aixina que, els resultats experimentals eixerciten un paper important en la determinació dels paràmetros d'modelización dels components individuals, especialment aquells que estan subjectes a deformacions no llineals significatives. A continuació, els components individuals es ensamblan per a crear un model no llineal complet de l'estructura. Els models aixina creats s'analisen per a evaluar el comportament dels edificis.
Les capacitats del software d'anàlisis estructural són una consideració important en el procés anterior, ya que restringixen els possibles models de components, els métodos d'anàlisis disponibles i, lo que és més important, la robustea numèrica. Esta última es convertix en una consideració important per a les estructures que s'aventuren en el ranc no llineal i s'acosten al colapse global o local, ya que la solució numèrica es torna cada volta més inestable i, per tant, difícil d'alcançar. Existixen varis programes informàtics comercials d'anàlisis per elements finitos, com CSI-SAP2000 i CSI-PERFORM-3D, MTR/SASSI, Scia Engineer-ECtools, ABAQUS i Ansys, que poden utilisar-se per a evaluar el comportament sísmic dels edificis. Ademés, existixen plataformes d'anàlisis d'elements finitos basades en l'investigació, com OpenSees, MASTODON, que es basa en MOOSE Framework, RUAUMOKO i les antigues DRAIN-2D/3D, vàries de les quals són ara de còdic obert.
Disseny sismoresistente
[editar | editar còdic]El disseny sisme resistent es basa en procediments, principis i criteris d'ingenieria autorisats destinats a dissenyar o readaptar estructures subjectes a exposició sísmica. Eixos criteris només són coherents en l'estat contemporàneu dels coneiximents sobre estructures d'ingenieria sísmica.[9] Per lo tant, un disseny d'edifici que seguixca exactament les normes del còdic sísmic no garantisa la seguritat contra el colapse o danys greus.[10]
El preu d'un mal disseny sísmic pot ser enorme. No obstant, el disseny sísmic sempre ha segut un procés d'ensaig i error tant si es basava en lleis físiques com en el coneiximent empíric del comportament estructural de diferents formes i materials.
Per a poder portar a terme disseny d'estructures antisísmicas o evaluació sísmica de proyectes d'ingenieria civil nous i existents, un ingenier deu, normalment, aprovar un examen sobre Principis Sísmics [11] que, en l'Estat de Califòrnia, inclouen:
- Senyes sísmiques i criteris de disseny sísmic
- Característiques sísmiques dels sistemes d'ingenieria
- Forces sísmiques
- Procediments d'anàlisis sísmic
- Detallat sísmic i control de calitat de la construcció
Per a construir sistemes estructurals complexos,[12] el disseny sísmic utilisa en gran medida el mateix número relativament chicotet d'elements estructurals bàsics (per no parlar dels dispositius de control de vibracions) que qualsevol proyecte de disseny no sísmic.
Normalment, d'acort en els còdics de construcció, les estructures es dissenyen per a "resistir" el major terremot de certa provabilitat que és provable que es produïxca en la seua ubicació. Açò significa que la pèrdua de vides humanes deu minimisar-se evitant el colapse dels edificis.
El disseny sísmic es porta a terme per mig de la comprensió dels possibles modos de falla d'una estructura i dotant a l'estructura de la resistència, rigidea, ductilitat adequades, i configuració de les estructures[13] per a garantisar que eixos modos no es produïxquen.
Requisits de disseny sísmic
[editar | editar còdic]Els requisits de disseny sísmic depenen del tipo d'estructura, de la localitat del proyecte i de les seues autoritats, que estipulen els còdics i criteris de disseny sísmic aplicables.[3] Per eixemple, els requisits del Departament de Transport de Califòrnia denominats The Seismic Design Criteria (SDC) i destinats al disseny de nous ponts en Califòrnia[14] incorporar un enfocament innovador basat en el comportament sísmic.
La característica més significativa de la filosofia de disseny de el SDC és el canvi d'una evaluació de la demanda sísmica basada en la força a una evaluació de la demanda i la capacitat basada en el desplaçament. D'esta manera, el nou enfocament de desplaçament adoptat es basa en comparar la demanda de desplaçament elàstic en la capacitat de desplaçament inelástico dels components estructurals primaris, garantisant al mateix temps un nivell mínim de capacitat inelástica en tots els possibles punts d'articulació plàstica.
Ademés de la pròpia estructura dissenyada, els requisits de disseny sísmic poden incloure una estabilisació del terreny baix de l'estructura: a voltes, el terreny fortament sacsat es trenca, lo que provoca el colapse de l'estructura assentada sobre ell.[16] Els següents temes deurien ser d'interés primordial: liqüefacció; pressions dinàmiques laterals de la terra en murs de contenció; estabilitat sísmica de talussos; assentaments induïts per terremots.[17]
Les Instalacions nuclears no deuen posar en perill la seua seguritat en cas de terremots o atres successos externs hostils. Per això, el seu disseny sísmic es basa en criteris molt més estrictes que els que s'apliquen a les instalacions no nuclears.[18] Els accidents nuclears de Fukushima I i danys en atres instalacions nuclears que varen seguir al terremot i tsunami de Tōhoku de 2011 han, no obstant, han cridat l'atenció sobre la preocupació existent entorn a Normes japoneses de disseny sísmic nuclear i han provocat que molts atres governs revaluarán els seus programes nuclears. També s'han expressat dubtes sobre l'evaluació sísmica i el disseny d'algunes atres centrals, inclosa la Central nuclear de Fessenheim en França.
Modos de falla
[editar | editar còdic]El modo de falla és la forma en que s'observa un fallo induït per un terremot. En general, descriu la forma en que es produïx el fallo. Encara que és costós i du temps, deprendre de cada fallo sísmic real seguix sent una recepta rutinària per a alvançar en els métodos de disseny sísmic. A continuació, es presenten alguns modos típics de fallos generats per terremots.
La falta de reforce unida a un morter deficient i a uns amarres inadequats entre teulada i mur poden provocar danys substancials en un edifici de mampostería no reforçada. Els danys més comuns causats pels terremots són clavills greus o murs inclinats. També són perillosos els danys que poden produir-se entre els murs i els diafragmes del sostre o del sol. La separació entre l'armassó i els murs pot posar en perill el soport vertical dels sistemes de sostre i sol.
Efecte de pisos blans. L'absència de rigidea adequada en el nivell del sol va causar danys en esta estructura. Un examen detallat de l'image revela que el revestiment de taules rugosas, una volta cobert per un chapado de rajola, ha segut completament desmontat de la paret d'entramat. Només la rigidea del pis superior, combinada en el respal en els dos costats amagats de parets contínues, no penetrades en grans portes com en els costats del carrer, està impedint el colapse total de l'estructura.
Liqüefacció del sol'. En els casos en els que el sol està format per materials granulars solts depositats en tendència a desenrollar una pressió hidrostàtica excessiva de l'aigua de poros de magnitut suficient i compacta, la liqüefacció d'eixos depòsits solts saturats pot donar lloc a una assentament no uniforme i a l'inclinament de les estructures. Açò va causar importants danys a mils d'edificis en Niigata, Japó, durant el terremot de 1964.[19]
Solsida de roques. Una solsida de terra és un fenomen geològic que inclou una àmplia gama de moviments del terreny, entre ells les solsides de roques. Normalment, l'acció de la gravetat és la principal força motriu per a que es produïxca una solsida, encara que en este cas va haver un atre factor que va contribuir i que va afectar a l'estabilitat de l'ala original: la solsida va necessitar un desencadenant sísmic abans de lliberar-se.
Colps contra l'edifici adjacent. Esta és una fotografia de la solsida de la torre de cinc pisos del Seminari de Sant Josep, Els Alts, Califòrnia que va causar una víctima mortal. Durant el terremot de Loma Prieta, la torre va colpejar contra l'edifici adjacent que vibrava independentment darrere. La possibilitat d'golpetear depén dels desplaçaments laterals d'abdós edificis, que deuen estimar-se i contabilisar-se en precisió.
En el terremot de Northridge, l'edifici d'oficines d'estructura de formigó Kaiser Permanent tenia les juntes completament destrossades, lo que va posar de manifest un acer de confinament inadequat, que va provocar la solsida del segon pis. En la direcció travessera, els murs de cizalladura composts, formats per dos capes de rajola i una capa de formigó proyectat que soportaven la càrrega lateral, es varen desprendre per unions pasantes inadequades i varen fallar.
- Lloc de construcció inadequat en una ala.
- Detalls deficients de les barres de reforç (falta de confinament del formigó en els pilars i en les juntes voltó-columna, llongitut de empalme inadequada).
- Edifici sísmicamente dèbil en la primera planta.
- Llarcs voladizoss en pesada càrrega morta.
Efecte de desplaçament dels fonaments de l'estructura d'un edifici residencial relativament rígit durant el terremot de Whittier Narrows de 1987. El terremot de magnitut 5,9 va sacsar l'edifici d'apartaments Garvey West en Monterey Park, Califòrnia, i va desplaçar el seu superestructura uns 10 centímetros cap a l'est sobre els seus fonaments.
Si una superestructura no està montada sobre un sistema d'aïllament de base, es deu evitar el seu desplaçament sobre el basamento.
La columna de formigó armat va rebentar en el terremot de Northridge pel modo de reforç de cisallament insuficient que permet que l'armadura principal pandee cap a l'exterior. El tauler es desencajó en la frontiça i va fallar a tallant. Com a resultat, es va derrocar el pas inferior de l'Autopista 10 entre La Ciénega i Venècia.
Terremot de Loma Prieta: vista lateral del fallo de les columnes de soport de formigó armat que va provocar el colapse del tauler superior sobre l'inferior del viaducte Cypress de dos nivells de l'autopista interestatal 880, Oakland, CA.
Fallo del mur de contenció en el terremot de Loma Prieta en la zona de Santa Cruz Mountains: prominents clavills extensionales en direcció noroest de fins a 12 cm d'ample en l'aliviadero de formigó de l'assut d'Àustria, l'estrebe nort.
Les sacsades del terreny desencadenen la liqüefacció del sol en una capa subsuperficial d'arena, produint un moviment lateral i vertical diferencial en una capa suprayacente d'arena i rovina no licuados. Este modo de fallo del terreny, denominat propagació lateral, és una de les principals causes dels danys per terremots relacionats en la liqüefacció.[20]
Edifici del Banc de Desenroll Agrícola de China greument danyat despuix del terremot de Sichuan de 2008: la majoria dels voltons i columnes dels pilars estan cizalladas. Els grans clavills diagonals en la mampostería i el revestiment es deuen a les càrregues en el pla, mentres que l'abrupta assentament de l'extrem dret de l'edifici deu atribuir-se a un abocador que pot ser perillós inclús sense terremot.[21]
Doble impacte del tsunami: ona de mars hidràulics pressió i inundació. Aixina, l'el terremot de l'oceà Índic del 26 de decembre de 2004, en l'epicentre front a la costa occidental de Sumatra, Indonèsia, va desencadenar una série de tsunamis devastadors que varen causar la mort de més de 230.000 persones en onze països en inundar les comunitats costeres circumdants en enormes ones de fins a 30 metros (100 peus) d'altura.[23]
Vore també
[editar | editar còdic]- Aïllament sísmic
- Escala Medvedev-Sponheuer-Karnik
- Escala sismológica de Mercalli
- Estructura Presforzada
- Escala sismológica de Richter
- Simulació per computadora
- Vulnerabilitat sísmica
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «Sistemes de protecció-Tipologia. Ingenieria Civil en el Perú». Archivat des d'el original, el 15 de febrer de 2017. Consultat el 22 de juny de 2010.
- ↑ Valentin Shustov (2012), "Seismic fitness: on some features of earthquake engineering," http://nees.org/resources/4469/download/seismic_fitness.pdf [1] archivat en Wayback Machine..
- ↑ 3,0 3,1 Seismology Committee (1999). Recommended Lateral Force Requirements and Commentary, Structural Engineers Association of Califòrnia.
- ↑ neesit (2007-11-17). «v=kc652Zp5qWk&feature=PlayList&p=F297EF2ADDEAD86C&index=182 Prova de taula vibratoria en casa de fusta convencional (1)». YouTube.
- ↑ Omori, F. (1900). Experiments sísmics sobre la fracturación i el bolque de columnes, Publ. Earthquake Invest. Comm. In Foreign Languages, N.4, Tòquio.
- ↑ Chopra, Anil K. (1995). Dynamics of Structures, Prentice Hall. ISBN 0-13-855214-2.
- ↑ (1982) Espectres sísmics i disseny, EERI. ISBN 0-943198-22-4.
- ↑ (1993) Dinàmica d'Estructures, McGraw-Hill. ISBN 0-07-011394-7.
- ↑ (1982) Criteris de disseny sísmic, EERI. ISBN 1-888577-52-5.
- ↑ «html Construcció resistent als terremots». Nisee.berkeley.edu.
- ↑ «Copia archivada».
- ↑ (1989) Farzad Naeim (ed.). Manual de disseny sísmic, VNR. ISBN 0-442-26922-6.
- ↑ (1982) Configuració d'edificis i disseny sísmic, A Wiley-Interscience Publication. ISBN 0-471-86138-3.
- ↑ «dot.ca.gov/hq/esc/earthquake_engineering/SDC/SDCPage.html Plantilla per a pàgines externes de Caltrans». Dot.ca.gov.
- ↑ «com/2007/12/07/strategy-to-close-metsamor-plant-presented Presentació de l'estratègia de tancament de la central de Metsamor | Asbarez Armenian News». Asbarez.com.
- ↑ neesit. «Terremot de Niigita de 1964 - YouTube». www.youtube.com.
- ↑ Robert W. Day (2007). Geotechnical Earthquake Engineering Handbook, McGraw Hill. ISBN 978-0-07-137782-9.
- ↑ «Les centrals nuclears i els terremots». World-nuclear.org.
- ↑ neesit. «Terremot de Niigita de 1964». YouTube. Consultat el 2012-07-31.
- ↑ «Liquefacción del sol en la Dra. Ellen Rathje». YouTube. Archivat des d'el original, el 26 de febrer de 2023. Consultat el 2013-07-28.
- ↑ «Colapse d'un edifici». YouTube. Archivat des d'el original, el 26 de febrer de 2023. Consultat el 2013-07-28.
- ↑ «Catàstrofe del tsunami (Sri Lanka Resort)». YouTube. Archivat des d'el original, el 2021-12-21. Consultat el 2013-07-28.
- ↑ «YouTube». YouTube. Consultat el 2013-07-28.
Enllaços externs
[editar | editar còdic]- Grup d'Ingenieria i Risc Sísmic de l'Universitat d'Alacant
Referències
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Ingeniería sísmica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.