Manual de Diseño para la Construcción con Acero · www.ahmsa.com

Transcripción

197
198
V.1REGIONALIZACIÓN SÍSMICA DE LA REPÚBLICA MEXICANA
Introducción
Debido a las características geomorfológicas e historia de desastres naturales, así como
de la prospectiva, nuestro país está expuesto a las siguientes contingencias:
• Sismos o terremotos
• Fallas geológicas
• Hundimientos, fracturas y colapsos de suelos
• Deslizamientos de taludes inestables
• Derrumbes de túneles
• Agrietamiento del suelo
• Actividad volcánica
• Lluvias torrenciales, deslizamientos de tierra, inundaciones
• Fugas, incendios y explosiones
• Contaminación ambiental
• Derrames de sustancias tóxicas y radioactivas
•Epidemias
• Cambios climáticos, entre otros
La incidencia sísmica a nivel mundial ha aumentado dramáticamente en los últimos
años.
México se localiza en una de las zonas de mayor actividad sísmica a nivel mundial. Probablemente en nuestro país ocurre alrededor del 4% de los temblores que se presentan
en el mundo entero.
Aproximadamente dos terceras partes del territorio nacional están expuestas a riesgo
símico apreciable. Los reportes disponibles sobre temblores, señalan que anualmente
ocurren en México aproximadamente 1 240 sismos de intensidad menor y que la mayoría de los epicentros se ubican en la brecha sísmica de Guerrero. Durante el pasado
siglo han ocurrido un poco más de 30 temblores de magnitud superior a siete grados
en la escala de Ricther.
La historia de los temblores mexicanos ha demostrado que en un lapso promedio de
quince años ocurre un sismo de gran magnitud que ocasiona grandes pérdidas de vidas
humanas, daños materiales cuantiosos y el colapso de numerosos edificios e instalaciones estratégicas en la ciudad de México (1957, 1979 y 1985)
Varias ciudades de nuestro país: Guadalajara Acapulco, Colima y una gran multitud de
poblaciones de los estados de Guerrero, Michoacán, Oaxaca, Jalisco y Colima, están
propensas a los embates de sismos fuertes. La probabilidad de que en los próximos
años ocurra un sismo de características similares a los de 1985, no es remota.
A lo largo de la zona de subducción se establecen segmentos denominados “Brechas
sísmicas” que se definen por la recurrencia de grandes temblores, que representan un
proceso de acumulación de energía que súbitamente se libera.
199
La relativa cercanía de la ciudad de México con la Brecha de Guerrero, aunado a las
características especiales del subsuelo de la zona lacustre, que se encuentra en condiciones de sobresaturación, funciona como un amplificador de las aceleraciones de las
ondas sísmicas en algunas zonas de la ciudad. Esta es una de las principales causas de
los daños observados durante temblores fuertes.
En la zona costera del Océano Pacífico se acumulan grandes cantidades de energía
que viajan y afectan principalmente a la ciudad de México. De ello se desprende que el
conocimiento de esta zona de subducción es fundamental para determinar la frecuencia
de sismos en la ciudad de México.
Las placas que afectan al país son: la Placa Continental o de Norteamérica, la Placa del
Pacifico, la Placa de Cocos, la Placa de la Rivera y la Placa del Caribe. Entre los límites
de las placas se generan fuerzas de fricción, que mantienen inmovilizadas las placas
adyacentes, produciendo grandes esfuerzos en los materiales, cuando sobrepasan la
resistencia de la roca, o cuando vence la fuerza de fricción, se produce una ruptura
violenta y liberación repentina de la energía acumulada, la que se propaga desde el epicentro en forma de ondas, en todas direcciones, a través del medio sólido de la tierra,
que son conocidas como ondas sísmicas.
El riesgo sísmico de un asentamiento humano depende de varios factores: concentración de la población, uso del suelo, tipo de subsuelo y del tipo de construcción
Actualmente, la zona con mayor potencial sísmico en nuestro país es la Brecha de Guerrero, donde la placa de Cocos se desliza por debajo de la placa de Norteamérica, en
un movimiento de subducción, lo que afecta la mayor parte del litoral del pacífico, sitio
donde se pueden producir uno o más sismos mayores en un futuro cercano.
Los sismos son una amenaza para las personas y bienes mucho más grave de lo que
se piensa. A través de los siglos, las pérdidas de vidas humanas y los daños originados
por esta causa han sido incalculables.
De acuerdo con lo anterior, el territorio mexicano se encuentra clasificado según el
peligro sísmico a que están sujetas las edificaciones y, en general, las construcciones
que se planee realizar.
Se han establecido cuatro zonas: A, B, C y D, las que representan zonas de menor a
mayor peligro. Estas se han definido, básicamente, en función de la sismicidad propia
de cada región.
A esta clasificación se le conoce como regionalización sísmica y tiene como principal
objetivo, junto con Manuales de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad
al 2008, proporcionar la información necesaria de los parámetros de análisis sísmico
de los valores con que se deben diseñar cualquier obra, de tal manera que ésta resulte
razonablemente segura y su costo no sea excesivo.
Cabe señalar que la regionalización indicada es aplicable a estructuras construidas en
terreno firme y toma en cuenta el fenómeno de amplificación del movimiento sísmico
por efecto de suelos blandos. Este fenómeno puede ser decisivo para el peligro sísmico
de algunos puntos, como la ciudad de México.
200
La mayor parte de los sismos de grandes magnitudes y que son los que ocasionan
grandes daños a las edificaciones, tienen epicentros en la costa del Pacifico, a lo largo
de Jalisco, Colima, Michoacán, Guerrero, y Oaxaca.
Sin embargo, también han ocurrido sismos en el centro y sur de Veracruz y Puebla,
partes norte y centro de Oaxaca, Chiapas, Estado de México y la Península de Baja
California. Especialmente en la zona fronteriza con los Estados Unidos.
En los Estados de Sinaloa, Zacatecas, Durango, Yucatán y Sonora la sismicidad es baja.
Aunque en Sonora ocurrió un sismo de magnitud de 7.3 a fines del siglo pasado. En los
estados restantes no se han originado sismos de importancia aunque algunos estados
llegan a ser afectados por los grandes sismos que se originan en otras regiones, como
es caso, de Nayarit, Guanajuato, Querétaro, Hidalgo, Tlaxcala y Tabasco.
201
V.1.1
Regionalización sísmica ( 2009 )
115 o
Longitud
19 o
24 o
29 o
Latitud
115 o
A
B
C
D
Zona Sísmica
110 o
105 o
100 o
95 o
90 o
19 o
24 o
110 o
105 o
100 o
95 o
90 o
29 o
Fuente: Memoria del Seminario práctico de análisis de los efectos por viento y sismo, 16 al 18 de junio
de 2010, Morelia, Mich., Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil.
202
V.1.2
Espectros de diseño / Parámetros de espectros sísmicos
Parámetros de espectros sísmicos para estructuras del Grupo B.
Zona sísmica
A
B
C
D
V.1.3
Tipo de suelo
a o cTa (s)Tb (s)r
I
II
III
0.020.08 0.2 0.6 1/2
0.040.16 0.3 1.5 2/3
0.050.20 0.6 2.9 1.0
I
II
III
0.040.14 0.2 0.6 1/2
0.080.30 0.3 1.5 2/3
0.100.36 0.6 2.9 1.0
I
II
III
0.360.36 0.0 0.6 1/2
0.640.64 0.0 1.4 2/3
0.640.64 0.0 1.9 1.0
I
II
III
0.500.50 0.0 0.6 1/2
0.860.86 0.0 1.2 2/3
0.860.86 0.0 1.7 1.0
Antecedentes / Varación de los espectros con Ts
Terreno tipo II
Ta = 0.64 Ts
Tb = 1.2 Ts ;
0.6 < Tb < 1.5 s
Zona sísmica C Tb = 1.2 Ts ;
0.6 < Tb < 1.4 s
Zona sísmica D Tb = 1.2 Ts ;
0.6 < Tb < 1.2 s
Zonas sísmicas A y B
Terreno tipo III
Ta = 0.35 Ts
Tb = 1.2 Ts ;
0.8 < Tb < 2.9 s
Zona sísmica C Tb = 1.2 Ts ;
0.8 < Tb < 1.9 s
Zona sísmica D Tb = 1.2 Ts ;
0.8 < Tb < 1.7 s
Zonas sísmicas A y B
203
V.1.4
Zonas sismogénicas
110 o
115 o
Longitud
19 o
Sismos locales
Fuentes Sísmicas
Sismos
de falla transversal
Sismos
de placa continental
Sismos
de falla normal
Sismos
de subsucción
105 o
100 o
95 o
90 o
19 o
24 o
24 o
29 o
115 o
Latitud
110 o
105 o
100 o
95 o
90 o
29 o
204
V.1.5
Aceleración máxima del terreno ( roca )
00
Ts = 500 años
Mx 2004
00
700
10
00
1 7
2 0 00
3000
500
0
20 0
30
50 00
70
100
00
30 0
50 0
70
10 0
20 0
70
10 0
20 0
30 0
00
700
10
20
25
30
00
0
10
70
0
50
0
30
205
V.1.6
Mapa de regionalización sísmica
115 o
Longitud
19 o
24 o
29 o
Latitud
115 o
A
B
C
D
Zona Sísmica
110 o
105 o
100 o
95 o
90 o
19 o
24 o
110 o
105 o
100 o
95 o
90 o
29 o
206
V.1.7
Aceleración máxima del terreno ( roca ) / Diseño óptimo
207
V.1.8
Peligro sísmico / C Óptimos, T= 0.3 seg, Grupo A
0.4
0.6
0.3
0.4
0.6
00
00
1.0
1.6 1.4 1.2
0.6
20
25
30
00
0.3
0.8 0.6
00
1.4
00
0.3
0.
0.86
1.0
0.3
1.2
0.4
0.3
0.6
0.8
1.
1.4 0
1.2
0.4
0.6
0.8
00
0.6
0.8
1.0
0.4
0.3
0.2
208
V.1.9
Peligro sísmico / C ( Grupo A ) / C ( Grupo B )
00
00
1.40
1.40
1.4 0
1.4
0
1.40
1.40
1.40
1.40
00
1.4 0
1.20
1.30
1.30
1.2 0
0
1.2
0
3
1.
00
0
1.4 0
1.3
0
1.2
0
1.4
00
1.4 0
1.3 0
00
1.2 0 3 0
1.
20
25
30
0
1.4
209
210
V.2REGIONALIZACIÓN EÓLICA DE LA REPÚBLICA MEXICANA
Introducción
Una gran parte de nuestro país está sujeta de manera apreciable y recurrente a los
efectos de las acciones inducidas por amenazas naturales, como el viento y sismo. Las
pérdidas lamentables de vidas humanas, los graves daños que ocasionan estas amenazas naturales en las edificaciones convencionales y en las estructuras especiales (naves
industriales, torres de telecomunicaciones, anuncios espectaculares, silos y tanques
de almacenamiento, etc.), así como la interrupción de los servicios de las instalaciones
estratégicas, líneas vitales y de comunicación, sistema de transporte carretero, etc, han
motivado la actualización de las técnicas empleadas para encaminarlas a optimizar el
diseño y desempeño de las estructuras ante los efectos producidos por estas acciones.
En México, los ciclones tropicales se presentan entre los meses de mayo y noviembre,
su desplazamiento todavía no es previsible.
Por otra parte, desde su primera publicación en 1969, el Manual de Diseño de Obras
Civiles (MOC) de la Comisión Federal de Electricidad ha sido la referencia de consulta
más importante y actualizada en México para los ingenieros estructuristas, en virtud
de que en la mayor parte del país no se cuenta con una normatividad relativa sobre la
evaluación de los efectos de las acciones del viento y sismo. En los nuevos Manuales
de Diseño por Viento y Sismo (MOC-Sismo y Viento-2008), se ha efectuado una revisión
exhaustiva en materia de investigación y estandarización a nivel internacional dando
como resultado la actualización de los criterios de diseño por viento y sismo.
Los Manuales de Diseño por Viento y Sismo (2008), contienen las bases e hipótesis
en que se basa su actualización, cuyas aportaciones técnicas, hechas por un grupo
de expertos en la materia, enriquece el estado de la ingeniería de viento y sismo en
México con el fin de lograr diseños estructurales más confiables y óptimos ante estas
solicitaciones.
El efecto del viento se representa en el diseño de la mayoría de las estructuras por medio de presiones y fuerzas aplicadas en forma estática. Las construcciones se analizan
suponiendo que el viento actúa por lo menos en dos direcciones horizontales, perpendiculares entre sí.
Las acciones del viento que deben tomarse en cuenta en el análisis de la estructura son:
•
•
•
•
Empujes medios.
Vibraciones generadas por ráfagas turbulentas en la dirección del viento.
Vibraciones transversales al flujo y torsión.
Inestabilidad aerodinámica.
Al definirse el viento como acción accidental deberá combinarse su efecto con los de
las cargas muertas permanente y variables (carga muerta y carga viva) y aplicarse al
efecto total un factor de carga de 1.1.
211
En algunas formas estructurales se podrá predecir los efectos dinámicos del viento,
pero en otras será necesario realizar ensayes experimentales con modelos físicos, en
un túnel de viento.
Aún para las estructuras más flexibles en que los efectos dinámicos son importantes,
éstos se toman en cuenta mediante factores de amplificación de los valores básicos de
las presiones estáticas.
Las estructuras de acero localizadas en zonas sujetas a huracanes u otras condiciones
extraordinarias, se diseñarán tomando en consideración tales condiciones. Se debe estudiar el efecto local de presiones interiores. Debe revisarse la estabilidad de la cubierta
y sus anclajes, así como la posible inversión de esfuerzos en los diversos elementos
estructurales.
Para el análisis de estructuras contra la acción del viento, se recomienda al usuario consultar el Manual de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad, (MOC-Diseño
por viento, 2008). Este manual contiene los criterios para efectuar el análisis por viento,
y especifica los procedimientos de análisis de las estructuras convencionales; quedan
fuera algunas estructuras particularmente sensibles al efecto de viento, como las líneas
de transmisión y los puentes colgantes, para los que deberá recurrirse a especificaciones, normas o literatura especializada.
Otra referencia importante de consulta para el análisis por viento son las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Viento del Reglamento de Construcciones para
el Distrito Federal 2004 (NTC-Viento-2004), que son de carácter obligatorio para edificaciones ubicadas en la ciudad de México y que contienen las bases y los procedimientos
para la revisión de la seguridad y condiciones de servicio de las estructuras sujetas a
los efectos de este agente natural.
En esta última edición de las NTC-Viento 2004, se actualizaron los capítulos de diseño,
método estático de diseño por viento, diseño de elementos de recubrimiento, empujes
dinámicos paralelos al viento, efecto de vórtices periódicos sobre estructuras principales.
Regionalización eólica de la República Mexicana
Los fenómenos naturales que pueden representar riesgos potenciales para la población
de nuestro país están asociados con fenómenos hidrometeorológicos, dentro de los
que destacan los vientos fuertes, las lluvias intensas, los “downburst” y las altas y bajas
temperaturas, que se suscitan en las diferentes épocas del año, que sumados a las
características geográficas y climáticas de la región, tienen gran impacto en las actividades socioeconómicas de la sociedad.
El cambio climático global, desde hace varios años, ha incidido desfavorablemente sobre las condiciones atmosféricas en todo el mundo y periódicamente en nuestro país,
ha implicado la modificación de las características climáticas que controlan el medio
ambiente, teniendo como consecuencia la presencia de ciclones, incendios, inundaciones, así como grandes avenidas y precipitaciones extraordinarias que han provocado el
deslizamiento de taludes inestables.
212
Además de estas consideraciones, se presentan las afectaciones de las estructuras que
se ven favorecidas por la presencia de vientos fuertes en las zonas costeras de nuestro
país.
Velocidades máximas de vientos
El efecto del viento sobre las construcciones se refiere a la acción accidental que produce el aire en movimiento sobre los objetos que se le interpone, y consiste, de empujes
y succiones.
Para establecer recomendaciones para el análisis por viento de estructuras es necesario contar con información relativa a las velocidades máximas y la frecuencia con que
pueden presentarse.
Esta información se obtiene haciendo estudios de los registros de las velocidades proporcionados por anemómetros de presión y de rotación, que son los instrumentos utilizados actualmente para la medición de las velocidades del viento. Para estandarizar la
información las velocidades suelen referirse a una altura de 10 m. Como los anemómetros pueden instalarse a diferentes alturas es necesario hacer ajustes de acuerdo con
las leyes de variación del viento con la altura.
Las velocidades regionales del país y para edificaciones del grupo A, se indican en las
siguientes figuras. Para la determinación de la velocidad básica, la velocidad de diseño,
criterio de análisis y la determinación de las presiones de diseño por viento, se tomarán
del Manual de Diseño de Obras Civiles (MOC 2008).
En el caso de acciones distintas a las señaladas en este capítulo, tales como empujes
de tierra o de líquidos, efectos de contracción o cargas dinámicas producidas por equipo o maquinaría, sus intensidades deben determinarse para cada caso en particular,
tomando como base hipótesis congruentes con el problema particular que se presente.
Temperaturas máximas y mínimas
La presencia de bajas y altas temperaturas han impactado directamente a la población
y modifican los patrones de dispersión de contaminantes, causando un efecto secundario de afectación.
Referencias:
Memoria del Seminario práctico de análisis de los efectos por viento y sismo. Acciones
por Viento en Estructuras, Colegio de Ingenieros Civiles de Michoacán y Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil, 16 y 18 de julio, 2009, Morelia, Mich.
Manual de Diseño de Obras Civiles. Diseño de viento Comisión Federal de Electricidad
e Instituto de Investigaciones Eléctricas, México, D.F. 2008.
213
V.2.1 Regionalización de vientos, UNAM, edición 1964
214
V.2.2 Isotacas 2008
22.59
27.59
32.59
-94.95
-99.95
-104.95
-109.95
-114.95
-119.95
193 - 284
163 - 192
143 - 162
100 - 142
km/h
10 m
2
3 seg
Isotacas
Altura sobre terreno
Categoría del terreno
Lapso de promediación
-114.95
22.59
27.59
32.59
-119.95
17.59
Período de retorno de 200 años
-109.95
-104.95
-99.95
-94.95
-89.95
17.59
-89.95
12.59
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