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Diseño Sismorresistente de edificios de hormigón armado Pasado y Futuro

Shunsuke Otani

abstracto

Este artículo revisa brevemente el desarrollo del diseño sismo resistente de edificios. Medición de

la aceleración del terreno se inició en la década de 1930, y el cálculo de la respuesta fue posible en

la década de 1940. Espectros de respuesta fueron Diseño formulado a finales de 1950 a 1960. La

respuesta no lineal se introdujo en el diseño sísmico en la década de 1960 y la capacidad concepto

de diseño se introduce generalmente en la década de 1970 para la seguridad de colapso. Las

estadísticas de averías de hormigón armado edificios en el desastre de Kobe 1995 demostraron la

mejora del rendimiento de los edificios con el desarrollo de metodología de diseño. Edificios

diseñados y construidos utilizando metodología fuera de fecha debe ser actualizado. Performance

ingeniería basada Cabe destacar, especialmente para la protección de las funciones del edificio

siguiente frecuente terremotos.

1. Introducción

Un terremoto, causada por un movimiento de la falla en la tierra superficie, los resultados en planta

severa agitación que conduce a la daño y colapso de edificios e infraestructuras civiles,

deslizamientos de tierra en el caso de pistas sueltas, y licuefacción de suelo arenoso. Si se

produce un terremoto bajo el mar, el movimiento del agua asociada causa maremotos altos

llamados tsunamis.

Desastres terremoto no se limitan a estructura ldaños y lesiones / muerte de personas bajo

colapsado estructuras. Fuego se sabe que aumenta el alcance de la desastres inmediatamente

después de un terremoto. la rotura de las líneas de agua reduce la capacidad de lucha contra el

fuego en las zonas urbanas áreas. Las personas afectadas necesitan apoyo, tales como médicos

tratamiento, alimentos, agua potable, alojamiento y la ropa. Servicio continuo de los sistemas de

línea de vida, tales como electricidad, gas ciudad, agua potable, líneas de comunicación y

transporte, es esencial para la vida de las personas afectadas. El daño a los viaductos de

ferrocarril o carretera, como se ve en la 1995 Kobe desastre del terremoto, puede retrasar la

evacuación y las operaciones de rescate. Es la responsabilidad de los derechos civiles y ingenieros

de construcción den a la sociedad con la tecnología construir entornos seguros.

El hormigón armado se ha utilizado para la construcción de edificios desde mediados del siglo 19,

primero para algunas partes de los edificios y, a continuación, para todo el edificio estructura. El

hormigón armado es una importante construcción material para la infraestructura civil en la

sociedad actual. Construcción siempre ha precedido al desarrollo del metodología de diseño

estructural. Colapso dramático de los edificios se ha observado después de cada desastroso

terremoto, lo que resulta en la pérdida de la vida. Varios tipos de daños han sido identificados a

través de la investigación de daños y perjuicios. Cada caso de daños ha proporcionado importante

información con respecto a la mejora del diseño y prácticas de construcción y la atención se ha

dirigido a la prevención de colapso estructural para proteger a los ocupantes de la construcción en

el siglo pasado.

Gracias a los esfuerzos de muchos investigadores pioneros e ingenieros, el estado de la técnica en

resistentes a los terremotos diseño y construcción pueden reducir la amenaza la vida en edificios

de hormigón armado. Debe prestarse atención especial a la protección de las estructuras

existentes construida utilizando la vieja tecnología. La vulnerabilidad de estos estructuras

existentes deben ser examinados y sísmicamente estructuras deficientes deben ser adaptados.

Uno de los objetivos de investigación importantes en la actualidad la ingeniería sísmica es el

desarrollo de la metodología de diseño de mantener las funciones del edificio después de los

terremotos poco frecuentes, por ejemplo, mediante la aplicación de control estructural la

tecnología.

Este artículo revisa el desarrollo de la ingeniería sísmica en relación con la resistencia a los

terremotos de edificios y discute los problemas actuales de terremoto la ingeniería relacionada con

la construcción de concreto reforzado.

2. El desarrollo de la sismología y geofísica

Fenómenos Terremoto deben haber atraído la curiosidad de los científicos en el pasado. Sofistas

griegos antiguos hipótesis diferentes causas de los terremotos. Aristóteles (383-322 aC), por

ejemplo, relacionados con acontecimientos atmosféricos tales como el viento, truenos y

relámpagos, y subterránea eventos, y explicó que los vapores secos y ahumados causados

terremotos debajo de la tierra, y el viento, truenos, relámpagos en la atmósfera. La teoría de

Aristóteles se creía a través de la Edad Media en Europa. El año 1755 Terremoto (M8.7), que mató

a 70.000, debido en parte a una ola de tsunami, y una serie de terremotos en Londres en 1749 y

1750 atrajeron el interés de los científicos.

La primera investigación científica sobre el terremoto se cree que los fenómenos que se haya

llevado a cabo por Robert Mallet, quien inició la físico-mecánica investigación de propagación de la

onda terremoto. Investigó los fenómenos del terremoto del 1857 Nápoles Terremoto, y utiliza esos

términos técnicos como "Sismología", "hipocentro", "isosistas," y "ola camino "en su informe

(Mallet, 1862). La medición de las vibraciones del suelo terremoto debe haber sido un reto para los

científicos. Chan Heng, en 132 dC en China, desarrolló un instrumento para detectar terremotos y

señalan la dirección del epicentro. Mallet también inventó un instrumento para registrar la

intensidad de movimiento del suelo mediante la medición de la dirección y distancia de una

partícula movido por el movimiento. Muchos intentos se hicieron para desarrollar sismómetros

(sismógrafos) que podría registrar el movimiento del suelo durante terremotos. Luigi Palmieri

desarrolló un electromagnético sismógrafo en 1855. Uno fue instalada cercaMonte Vesubio, y otro

en la Universidad de Nápoles. El Ministerio del Interior de Japón adoptó Sismómetros de tipo

Palmieri en 1875.

La primera sociedad sismológica en el mundo, el Sismológico Sociedad de Japón, fue fundada en

1880, cuando Profesores de ingeniería de Europa y EE.UU., invitadas a la Facultad de Ingeniería

de Tokio, estaban interesados en el 1880 terremoto de Yokohama (M5.5), lo que causó menor

dañar a los edificios, pero se derrumbó una chimenea. Juan Milne, Profesor de Geología y Minería

en la Ingeniería College, fue el líder en ingeniería y científica investigación. Milne, junto con J. A.

Ewing y T. Gray, desarrolló un sismómetro de tres direccional moderna en 1881. Importantes

hallazgos de investigación fueron publicados en las transacciones. Por ejemplo, Milne introdujo

Mallet de trabajar en sismología y Ewing señalar la diferencia entre las ondas primarias y

secundarias en el grabado movimiento del suelo. La Universidad de Tokio fue rebautizado como el

Imperial Universidad en 1886. Kiyokage Sekiya, que trabajó en estrecha colaboración con Ewing y

Milne, se convirtió en el primer profesor de la silla de la sismología en la Facultad de Ciencias.

Fusakichi Omori que le sucedió en 1897, estuvo activo en la investigación experimental, así como

teórica para mitigación de desastres terremoto.

La relación entre los movimientos de fallas y terremotos fue señalado por Grove K. Gilbert, un

geólogo estadounidense, que informó en 1872 que los terremotos por lo general centrado

alrededor de una línea de falla. Movimiento relativo Borrar se observó a través de la Falla de San

Andrés después de la 1906 Terremoto de San Francisco (Ms 8.3). Este terremoto causado 700-

800 muertes y destruyó 28.188 edificios. La principal fuente de desastre era fuego. Harry F. Reid,

profesor de la Universidad Johns Hopkins, presentado la "Teoría del rebote elástico" en 1908 para

describir la proceso de un mecanismo de terremoto; "... Fuerzas externas debe haber producido

una deformación elástica en la región de la línea de fractura, y por lo tanto las tensiones inducidas

eran el fuerzas que causaron los desplazamientos repentinos, o elásticas rebotes, cuando se

produjo la ruptura "Reid no lo hizo explican lo que hace que las fuerzas externas que actúan a lo

largo de las lines de fallo.

La evolución reciente de la geofísica son fascinantes; especialmente la investigación sobre la

relación entre la placa tectónica y terremotos. Alfred Wegener presentó el la teoría de la deriva

continental (Wegener, 1915). Proporcionó amplia evidencia de apoyo para su teoría como

formaciones geológicas, fósiles, animales y climatología. Afirmó que una masa única, llamada

Pangea, la deriva y dividir para formar los continentes actuales. Wegener, sin embargo, no tuvo

ningún mecanismo convincente para explicar el la deriva continental. Exploración de datos con

respecto a la tierra de corteza, especialmente el fondo del océano, se incrementó en los años

1950; por ejemplo, los físicos estadounidenses M. Ewing y B. Heezen descubrieron la gran brecha

global (la mitad de Ocean Ridge en el Océano Atlántico). Sobre la base de dicha exploración datos,

H. Hess, profesor de Geología en la Universidad de Princeton, propuso la teoría de la expansión

del fondo oceánico en 1960, que prevé un mecanismo de apoyo La deriva continental de Wegener.

La tectónica de placas pueden describir la acumulación de las cepas en los límites de adyacentes

placas o dentro de una placa debido a movimientos de las placas en el la superficie de la tierra,

que causan terremotos.

Principales terremotos ocurren a lo largo de la frontera de la mudanza placas tectónicas cuando la

energía de deformación acumulada por la resistencia contra el movimiento entre placas, es de

repente liberado. Este tipo de terremotos entre placas se produce repetidamente en un

relativamente corto intervalo de 50 a 200 año. Regiones sísmicamente en blanco, donde la

actividad sísmica es tranquilo durante algún tiempo a lo largo del límite de placa tectónica, son

identificados como la ubicación de futuras ocurrencias de terremotos. Sin embargo, no es posible

en esta etapa para predecir con precisión el tiempo, la ubicación y la magnitud de ocurrencias de

terremotos.

Otro tipo de terremotos se produce dentro de un tectónica placa cuando la tensión acumulada

dentro de una placa por el la presión de movimientos de las placas periféricas, exceda del

resistiendo la capacidad de las capas de roca en el fallo. La epicentro es relativamente poco

profunda dentro de los 30 km de la superficie de la tierra. El fallo en una placa permanece como un

punto débil después de un terremoto, y los terremotos ocurren repetidamente en la misma

ubicación de la tensión se acumula hasta el fracaso nivel. La ubicación de muchas fallas activas se

ha identificado por los geólogos, y se toma en consideración en el desarrollo de un mapa de

sismicidad para el diseño estructural. Si una terremoto intra-placa se produce cerca de una ciudad,

el desastre en densamente pobladas áreas pueden ser significativos. Debe ser señalar que este

tipo de terremotos intra-placa se produce a una largo intervalo de 1.000 a 3.000 años. Por lo tanto,

es más difícil de predecir con precisión el tiempo, la ubicación y la magnitud de los terremotos intra-

placa. Debemos hacer hincapié en la necesidad de mitigación de desastres medidas en la

sociedad centrados en el uso óptimo de la sismología y datos geofísicos.

3. El origen de la ingeniería sísmica

Cabe señalar que Sir Isaac Newton, en 1687 propuso la ley de movimiento en "Philosophiae

Naturalis Principia Mathematica "; es decir, cuando una fuerza actúa sobre una partícula, la

aceleración resultante de la partícula es directamente proporcional a la fuerza. La ecuación se

introdujo a calcular el movimiento de las estrellas en el universo. La ley de moción fue presentada

en ingeniería por J. R. D'Alembert, quien propuso la llamada por lo que el D'Alembert de principio

en su "Traité de Dynamique" en 1743; es decir, el equilibrio de fuerzas puede ser discutido en una

dinámica problema introduciendo una fuerza de inercia ficticio, proporcional a la aceleración y la

masa de una partícula pero actuando en la dirección opuesta a la aceleración.

John William Strut, también conocido como Lord Rayleigh, en su "Teoría del Sonido", publicado en

1877, se refirió a la vibración de un sistema de un solo grado de libertad con amortiguamiento

viscoso bajo excitación armónica, longitudinal, torsión y vibración lateral de barras, y la vibración de

membranas, placas y láminas. tal conocimiento no podía ser utilizado en ingeniería sísmica para

muchos año porque la señal de aceleración en tierra de un terremoto no se midió y porque la

ecuación de movimiento no pudo ser resuelto por una excitación arbitraria función.

3.1 La intensidad de movimiento de tierra

Los ingenieros de terremotos primeros y sismólogos deben tener conocida la importancia de la

aceleración del suelo para estimar fuerzas de inercia que actúa sobre las estructuras durante un

terremoto. El sismógrafo, sin embargo, no era capaz de medición de aceleración del suelo, lo que

era más importante para propósitos de ingeniería. E. S. Holden (1888), Director del Observatorio

Lick en California, informó que "Las investigaciones de los sismólogos japoneses tienen

demostrado abundantemente que la destrucción de edificios, etc., es proporcional a la aceleración

producida por la terremoto choque en sí en una masa conectada con la superficie de la tierra ". De

hecho, en Japón, se hicieron esfuerzos para estimar el aceleración máxima del suelo durante un

terremoto. John Milne y su alumno, Kiyokage Sekiya, estimado amplitudes de aceleración máxima

del suelo de la sismógrafo (desplazamiento) registros medidos asumiendo movimientos armónicos

en 1884. Debido a que la dominante frecuencias en señales de desplazamiento y aceleración eran

diferentes, este método tiende a subestimar la aceleración máxima. Milne (1885) introdujo La

ecuación de West, que fue utilizado para estimar la máximo suelo aceleración α necesario revocar

una rígida cuerpo de anchura h b y la altura fijada en el suelo el simple uso de equilibrio dinámico

(Fig. 1);