Ingeniería sismorresistente · Nivel básico

20 preguntas de teoría de ingeniería sismorresistente

Estas 20 preguntas repasan los conceptos básicos de sismología y de dinámica de un grado de libertad: tipos de ondas sísmicas, tectónica de placas, intensidad y magnitud, y cómo cambian la rigidez y el periodo cuando se modifican la masa, la altura o la inercia. Intenta responder cada una sin calculadora antes de leer la respuesta.

Pregunta 1

¿Cómo se llaman las ondas sísmicas que viajan en sentido retrógrado, como las olas del mar?

Respuesta: ondas Rayleigh.

Son ondas superficiales en las que cada partícula del suelo describe una elipse en el plano vertical que contiene la dirección de propagación, girando en sentido retrógrado cerca de la superficie. Ese movimiento de subida y bajada recuerda al de las olas.

Pregunta 2

¿Se denomina periodo de retorno, T_R, al número de años en que se supera, en promedio, un determinado parámetro empleado para cuantificar la actividad sísmica? (V/F)

Respuesta: verdadero.

El periodo de retorno es el intervalo medio de tiempo entre dos excedencias de un parámetro (una aceleración, una magnitud). Es la inversa de la probabilidad anual de excedencia: por ejemplo, la aceleración de diseño de la Norma E.030 corresponde a un periodo de retorno de 475 años.

Pregunta 3

En un sistema en vibración libre sin amortiguamiento, m = 2000 kg, k = 30 000 N/m, el desplazamiento inicial es 1,0 cm y la velocidad inicial 0,2 m/s. ¿Cuál es la amplitud (máximo desplazamiento)?

Respuesta: A = 5,26 cm.

ω_n = √(30 000 / 2000) = 3,873 rad/s · v₀/ω_n = 20 / 3,873 = 5,164 cm

A = √(u₀² + (v₀/ω_n)²) = √(1² + 5,164²) = 5,26 cm

La velocidad se pasa a cm/s (0,2 m/s = 20 cm/s) para que todo quede en centímetros.

Pregunta 4

Si para calcular la rigidez de una edificación se consideran vigas infinitamente rígidas en lugar de vigas flexibles, ¿qué ocurre?

Respuesta: se subestiman los desplazamientos, porque la rigidez calculada es mayor que la real.

Con viga rígida las columnas no pueden girar en su extremo superior y su rigidez es la máxima posible (12EI/h³ cada una). La estructura real es más flexible, de modo que sus desplazamientos y su periodo son mayores que los calculados.

Pregunta 5

Respecto al parámetro de intensidad sísmica para medir un sismo, ¿es correcto afirmar que es una medida cuantitativa?

Respuesta: no. La intensidad es una medida cualitativa; la magnitud es la cuantitativa.

La intensidad (por ejemplo, la escala de Mercalli modificada) describe los efectos del sismo en un lugar: lo que percibe la gente y los daños observados, y varía de un sitio a otro. La magnitud se calcula a partir de registros instrumentales y mide la energía liberada en la fuente, con un único valor por sismo.

Pregunta 6

¿A qué se deben las corrientes convectivas en la astenósfera con las que se explica el movimiento de las placas tectónicas?

Respuesta: al gradiente de temperatura en el interior de la Tierra.

El material del manto más profundo está más caliente y es menos denso, por eso asciende; al acercarse a la litósfera se enfría, se hace más denso y vuelve a descender. Ese ciclo de convección arrastra a las placas que están encima.

Pregunta 7

¿La rigidez es la propiedad de un cuerpo que se opone a las deformaciones? (V/F)

Respuesta: verdadero.

La rigidez es la fuerza necesaria para producir un desplazamiento unitario (k = F/u): cuanto mayor es, menos se deforma el elemento ante la misma carga.

Pregunta 8

En una columna en voladizo con una fuerza transversal en el extremo libre se duplica su altura. ¿Qué sucede con su rigidez?

Respuesta: se reduce a 1/8, es decir, al 12,5 %.

K = 3EI / h³ → K(2h) = 3EI / (2h)³ = K / 8

Pregunta 9

En una columna en voladizo con una fuerza transversal en el extremo, su momento de inercia se reduce a la mitad. ¿Qué sucede con su rigidez?

Respuesta: se reduce a la mitad.

En K = 3EI/h³ la rigidez es directamente proporcional a I.

Pregunta 10

¿En la concepción estructural sismorresistente no se deben tomar en cuenta las condiciones locales? (V/F)

Respuesta: falso.

Las condiciones locales (tipo de suelo, topografía, napa freática) modifican la amplitud y el contenido de frecuencias del movimiento, y deben considerarse desde la concepción estructural. La Norma E.030 las incorpora mediante el factor de suelo S y los periodos T_P y T_L.

Pregunta 11

En la zona lejana al epicentro, las ondas sísmicas más perjudiciales para una edificación son las ondas de cuerpo. (V/F)

Respuesta: falso. Son las ondas superficiales.

Las ondas de cuerpo (P y S) pierden energía más rápido con la distancia. Lejos del epicentro predominan las ondas superficiales (Love y Rayleigh), de mayor amplitud y periodo más largo.

Pregunta 12

Sísmicamente, ¿dónde sería conveniente construir una edificación aporticada alta: en roca o en suelo flexible?

Respuesta: en roca.

El suelo flexible alarga el periodo del movimiento y amplifica las ondas de periodo largo, que coinciden con el periodo propio de los edificios altos y los acercan a la resonancia.

Pregunta 13

En un sistema en vibración libre sin amortiguamiento, la masa se incrementa en 75 %. ¿Qué sucede con el periodo?

Respuesta: el periodo se incrementa en 32,3 %.

T = 2π√(m/k) → T ∝ √m → √1,75 = 1,3229

Pregunta 14

¿Todas las ondas sísmicas se propagan en líquidos? (V/F)

Respuesta: falso.

Las ondas S son de corte y los líquidos no resisten esfuerzos cortantes, así que no se propagan en ellos. Las ondas P, de compresión, sí atraviesan líquidos.

Pregunta 15

La falla de San Andrés (EE. UU.) corresponde a un borde transformante entre la placa del Pacífico y la placa de Norteamérica. (V/F)

Respuesta: verdadero.

En un borde transformante las placas se desplazan lateralmente una respecto de la otra, sin crear ni destruir litósfera; la falla de San Andrés es el ejemplo clásico de falla de rumbo.

Pregunta 16

¿Los componentes que determinan el periodo fundamental de una estructura son: masa, altura total, número de niveles, materiales, sistema resistente, rigidez lateral y elementos no estructurales? (V/F)

Respuesta: falso.

El periodo depende solo de la masa y de la rigidez lateral: T = 2π√(m/k). La altura, los materiales, el sistema resistente o los elementos no estructurales influyen únicamente porque cambian la masa o la rigidez.

Pregunta 17

En un sistema en vibración libre sin amortiguamiento, la masa y la rigidez se reducen a la tercera parte. ¿Qué sucede con el periodo?

Respuesta: no varía.

T = 2π√[(m/3) / (k/3)] = 2π√(m/k)

Pregunta 18

¿Qué capa de la Tierra no pueden atravesar las ondas secundarias (S)?

Respuesta: el núcleo externo, que es líquido.

Como las ondas S no se propagan en líquidos, el núcleo externo las detiene. Por eso, en el lado opuesto al foco de un sismo aparece una zona de sombra donde no se registran ondas S directas.

Pregunta 19

Si una onda tiene una frecuencia alta, ¿cómo es su periodo?

Respuesta: bajo.

El periodo es la inversa de la frecuencia (T = 1/f): cuanto más ciclos por segundo, menos dura cada ciclo.

Pregunta 20

Las islas de Japón son producto de un proceso de subducción en un borde convergente, donde las placas Filipina y del Pacífico subducen bajo las placas de Eurasia y Norteamérica. (V/F)

Respuesta: verdadero.

Japón es un arco de islas volcánicas formado sobre zonas de subducción: las placas oceánicas, más densas, se hunden bajo las placas continentales, lo que genera los volcanes y la alta sismicidad del archipiélago.

Bibliografía de consulta

• Chopra, A. K. Dinámica de estructuras. Pearson.
• Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento. Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma E.030 Diseño Sismorresistente.

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