evaluación de las fuerzas sísmicas

EVALUACIÓN DE LAS FUERZAS SÍSMICAS

La norma sismorresistente colombiana NSR-98 adopta el sistema internacional de medidas SI y por ende la unidad básica de fuerza, el newton N, por lo que las fuerzas inerciales deberán obtenerse a partir de las masas en kilogramos (kg).

Los métodos de análisis aceptados por el código son:

a). El Método de la fuerza horizontal equivalente

b). El Método del análisis dinámico elástico

c). El método del análisis dinámico inelástico

d). otros alternos de tipo inelástico.

MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE

Este método tradicional para evaluar la magnitud de la denominada fuerza de sismo (E) consiste en reemplazar el efecto del sismo en una edificación por un conjunto de fuerzas horizontales equivalentes (Fx), aplicadas en los niveles de los pisos del edificio, que equilibran el «cortante de base», Vs. Aunque este método de análisis se restringe a edificaciones regulares de menos de 20 niveles o 60 m de altura desde la base o a 18 m de altura y seis niveles para estructuras irregulares, aún es usable para la mayoría de los casos.

El cortante de base Vs se evalúa: Vs = Sa.g.m

El valor de Sa representa la máxima aceleración horizontal, expresada en un porcentaje de la gravedad, a que se ve sometido un sistema de un grado de libertad, con un período de vibración T; se define en función de la «aceleración pico efectiva», Aa:

Sa = (1,2AaSI)/T = (Sa< 2,5 Aa I)

El valor de Aa se define para las diferentes regiones del país, de acuerdo a la «zona de amenaza sísmica» y varía entre 0,05 para ciudades situadas en zonas de amenaza sísmica baja, como los Llanos orientales y 0,40 para zonas de amenaza sísmica alta, como Tumaco y Bahía Solano; para Manizales, el Viejo Caldas y Cali el valor es de 0,25; Bogotá y Medellín tienen valores de 0,20.

Figura 2.7 Colapso de estructura de concreto reforzado (Armenia 1999)

El parámetro S (varía entre 1 y 2), depende del tipo del suelo de la fundación; el coeficiente de importancia I (entre 1 y 1,5) es un coeficiente que depende de la necesidad de que la construcción quede en servicio después de un sismo; el parámetro T, es el denominado período dinámico de la estructura, que es un parámetro que tiene en consideración la clase de edificación, la rigidez o flexibilidad de ella y se evalúa aproximadamente en función de la altura del edificio; para edificios de concreto reforzado corrientes tiene valores aproximados a la decima parte del número de pisos; así, un edificio de 10 pisos tendrá un período T=1.

La fuerzas horizontales Fx, que representan las fuerza de inercia aplicables en cada piso de la edificación se obtienen mediante las expresiones:

Fx = Cvx Vs

Figura 2.8 Equilibrio de fuerzas horizontales Fx en pisos y cortante de base Vs

Donde Cvx es un coeficiente de repartición de la fuerza sísmica en la altura de la edificación; para períodos cortos la fuerza horizontal es equivalente a una fuerza uniforme, de tipo triangular con valor cero en la base; para períodos largos, edificios altos (altura mayor de 25 pisos), la forma es parabólica.

VERIFICACIÓN DE LA DERIVA.

La norma colombiana exige además que los desplazamientos horizontales en cada piso de la edificación sean pequeños con el fin de que no haya daños excesivos en las elementos no estructurales de ella. La norma establece que la «deriva» (desplazamiento de la parte superior de la columna con respecto a la inferior), sea menor del 1 % de la altura del piso.