Las estructuras especiales tales como las centrales nucleares, las estructuras mar adentro y las grandes presas no se consideran en estas regulaciones [1]. El objetivo declarado de estas regulaciones es garantizar que, en caso de terremoto o sismo,
- la vida humana está protegida,
- el daño es limitado, y
- las estructuras importantes para la protección civil siguen siendo funcionales.
Un terremoto representa una acción en la estructura inducida por el suelo. Por lo tanto, la acción corresponde a un grupo de deformaciones o aceleraciones impuestas. Para combinar esta acción con otras acciones (carga impuesta, nieve, etc.) en situaciones de cálculo definidas según la norma combinada DIN EN 1990, la acción resultante de la actividad sísmica se clasifica como acción sísmica.
Requisitos funcionales
Las estructuras en zonas sísmicas deben cumplir ciertos requisitos con respecto a la estabilidad y la limitación de daños.
Con respecto a la estabilidad estructural, se debe asegurar que el sistema estructural resista el sismo de diseño definido sin colapso local o global, conservando así su integridad estructural y una capacidad de carga residual después de eventos sísmicos. En este caso, el cálculo sísmico de referencia se debe determinar con un periodo de retorno de referencia de TNCR = 475 años [2]. Esto corresponde a una probabilidad de ocurrencia o superación del 10% en 50 años.
Además, con respecto a los daños límite, es necesario asegurar que se ha calculado y construido la estructura de manera que resista una acción sísmica con más probabilidad de que ocurra que la acción sísmica calculada, sin que ocurran daños y limitaciones asociadas de uso, los costes de los cuales podrían ser desproporcionadamente altos en comparación con la estructura en sí misma [1]. Sin embargo, este cálculo se omite en el Anejo Nacional alemán para acciones sísmicas.
Las confiabilidades objetivo para el requisito de no colapso y para el requisito de limitación de daños se implementan clasificando las estructuras en diferentes clases de importancia. Se asigna un coeficiente de importancia γI a cada clase de importancia, lo que sirve como valor de modificación de la acción sísmica de referencia para determinar el el terremoto o sismo de cálculo [1]. La clase de importancia II corresponde con TNCR del sismo de referencia.
| Categoría de importancia | Edificio | Coeficiente de importancia γI |
|---|---|---|
| I | Edificios de menor importancia para la seguridad pública (por ejemplo, edificios agrícolas, etc.) | 0,8 |
| II | Edificios ordinarios que no pertenecen a las otras categorías (edificios más pequeños de viviendas y oficinas, talleres, etc.) | 1,0 |
| III | Edificios cuya resistencia sísmica es importante por las consecuencias asociadas a un derrumbe (grandes edificios de viviendas, escuelas, pabellones de actos, centros comerciales, etc.) | 1.2 |
| IV | Edificaciones cuya integridad durante los terremotos sea de vital importancia para la protección civil (hospitales, instalaciones importantes de protección civil, cuerpo de bomberos, personal de seguridad, etc.) | 1.4 |
Criterios de cumplimiento - Estado límite último
Para cumplir los requisitos funcionales definidos de un edificio bajo una acción sísmica, se debe comprobar el estado límite último y de servicio.
El estado límite último describe escenarios de colapso o derrumbe posibles u otros fallos estructurales del edificio considerado [1]. Para garantizar el cumplimiento, se debe garantizar la ductilidad con respecto a los requisitos y la estabilidad estructural de todo el edificio, incluidos todos los componentes de la cimentación y el suelo.
Sin embargo, el estado límite de servicio se centra en los daños que limitan el servicio [1]. Para garantizar una fiabilidad suficiente contra daños, se deben garantizar los límites de deformación relevantes. Además, los edificios importantes deben diseñarse con la rigidez correspondiente para proteger a la población con la resistencia suficiente para mantener los servicios más importantes.
Ductilidad
En general, un sismo transmite energía a un edificio e induce vibraciones [2]. La oscilación correspondiente del edificio, así como la carga sísmica, depende de las propiedades del edificio. Con respecto a los terremotos, los edificios se pueden diseñar de tal manera que puedan soportar fuerzas de acción relativamente altas con poca deformación elástica o fuerzas de acción más pequeñas con deformaciones plásticas más grandes. La segunda solución conduce a una disipación de energía significativamente mayor, lo que requiere un cálculo físicamente no lineal del sistema estructural. En la práctica, el coeficiente de comportamiento q dependiente de una cierta clasificación de la ductilidad se usa para obtener el equilibrio entre la carga y energía de disipación [1]. Cuanto mayor sea la clase de ductilidad, menor será la carga sísmica equivalente. Sin embargo, cuanto mayor sea la clase de ductilidad, mayores serán los requisitos de diseño estructural para garantizar la ductilidad.
| Clase de ductilidad de la estructura | Coeficientes de comportamiento q | |
|---|---|---|
| Comportamiento estructural de baja disipación | DCL (bajo) | ≤ 1.5 |
| Comportamiento estructural disipativo | DCM (media) | Componentes de hormigón según DIN EN 1998-1, capítulo 5 Estructuras de acero según DIN EN 1998-1, capítulo 6 Estructuras compuestas de acero y hormigón según DIN EN 1998-1, capítulo 7 Estructuras de madera según DIN EN 1998-1, capítulo 8 Estructuras de mampostería según DIN EN 1998-1, capítulo 9 |
| DCH (alto) |
Acción sísmica
La norma sobre terremotos describe el movimiento del suelo que se produce en un punto determinado de la superficie de la Tierra con un espectro de respuesta de aceleración del suelo elástico (también conocido como espectro de respuesta elástica). El espectro de respuesta elástico es idéntico con respecto a los requisitos establecidos para la estabilidad estructural y la limitación de daños.
Ya que la mayoría de las estructuras admiten una reacción no lineal para reducir la acción sísmica, es necesario una determinación no lineal para el cálculo [1]. Para simplificar, es posible determinar el comportamiento dúctil de los edificios con un cálculo lineal en base a un espectro de respuesta elástico modificado con el factor de comportamiento q. El espectro de respuesta modificado con q se denomina espectro de cálculo [1]. El coeficiente de comportamiento q está relacionado con un 5% del amortiguamiento viscoso de la estructura.
| Zone | Función del espectro de cálculo Sd(T) |
|---|---|
| 0 ≤ T ≤ TB | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ [1 + T/TB ⋅ (2.5/q - 1)] |
| TB ≤ T ≤ TC | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q |
| TC ≤ T ≤ TD | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ TC/T |
| TD ≤ T | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ (TC ⋅ TD)/T2 |
Sd(T) = ordenada del espectro de cálculo
T = periodo de vibración de una oscilación lineal de una sola masa
γI = coeficiente de importancia
q = coeficiente de comportamiento
agR = aceleración máxima de referencia del suelo
TB, TC, TD = periodos de control del espectro de respuesta
S = parámetros del suelo
La aceleración máxima de referencia del suelo agR es un valor específico del lugar. El valor se obtiene de una evaluación de riesgo sísmico de la República Federal de Alemania. Dependiendo de la amenaza local, el país se agrupa en las zonas sísmicas correspondientes, de 0 a 3. Dentro de cada zona, se supone que el peligro es constante y se ha clasificado con un valor correspondiente de la aceleración máxima de referencia del suelo agR [1].
| Zona sísmica | Valor de la aceleración máxima del suelo de referencia agR en m/s2 |
|---|---|
| 0 | Sin especificar |
| 1 | 0,4 |
| 2 | 0.6 |
| 3 | 0,8 |
| no disp. | Sin especificar |
Los periodos de control TB, TC, TD y el coeficiente del suelo S definido para el espectro de cálculo también son valores específicos del lugar y se basan en una combinación de la clase de cimentaciones del suelo y de la clase del subsuelo [1] presentes en el lugar de construcción.
| condiciones del suelo | [SCHOOL.PHONE] | TB en s | TC en s | TD en s |
|---|---|---|---|---|
| A-R | 1.00 | 0,01 | 0,20 | 2,0 |
| B-R | 1,25 | 0,01 | 0,25 | 2,0 |
| C-R | 1.50 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
| B-T | 1.00 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
| C-T | 1,25 | 0,01 | 0,40 | 2,0 |
| C-S | 0.75 | 0,01 | 0,50 | 2,0 |
El suelo, que depende de las velocidades de la onda de cortante, se divide en las clases A, B y C [1]:
- Tipo de suelo A
- Rocas sólidas no meteorizadas (frescas) con alta resistencia
- Las velocidades dominantes de la onda de cortante son más altas que aproximadamente 800 m/s
- Tipo de suelo B
- Rocas sólidas moderadamente erosionadas o rocas sólidas con baja resistencia
- Suelo no consolidado de grano grueso (granular) o de grano mixto con propiedades de alta fricción en una consistencia densa o sólida (por ejemplo, roca suelta glaciar)
- Las velocidades dominantes de la onda de corte oscilan entre 350 m/s y 800 m/s
- Clase de suelo C
- Rocas sólidas muy o completamente erosionadas
- Suelo no consolidado de grano grueso (granular) o de grano mixto en suelo de densidad mediana o al menos en una consistencia rígida
- Suelo de grano fino (cohesivo) con una consistencia al menos rígida
- Las mediciones dominantes de la onda de superficie oscilan entre aproximadamente 150 m/s y 350 m/s
El subsuelo cambiante entre la roca y el sedimento se divide en los tipos de terreno R, T y S [1]:
- Tipo de terreno R
- Áreas caracterizadas predominantemente por rocas
- Tipo de terreno T
- Zonas de transición entre el tipo de terreno R y S, así como las áreas de las cuencas sedimentarias relativamente poco profundas
- Clase de subsuelo S
- Zonas con estructuras profundas de cuenca con relleno sedimentario grueso
Determinación del valor de aceleración máxima de referencia del suelo local y tipo de terreno
La herramienta de zonas geográficas para la determinación de cargas ubicada en el sitio web de Dlubal mapas de zonas de cargas de nieve, zonas de viento y regiones sísmicas incluye los requisitos de la norma así como las soluciones digitales de internet. Dependiendo del tipo de carga seleccionado (nieve, viento, acción sísmica) y la norma específica del país, esta herramienta determina los datos correspondientes basados en Google Maps. Introduzca la ubicación, las coordenadas geográficas o las condiciones locales en la función de búsqueda para obtener los datos relevantes. Luego, la herramienta determina la carga característica o la aceleración en este lugar por medio de la altura exacta sobre el nivel del mar y los datos de la zona introducidos. Si es imposible definir la ubicación por medio de una dirección específica, puede hacer zoom en el mapa y seleccionar la ubicación correcta. Cuando seleccione la ubicación correcta en el mapa, el cálculo se va a adaptar a la nueva altitud y se mostrarán las cargas actualizadas.
El servicio en línea está disponible en la página web de Dlubal en "Soluciones → Servicios en línea".
Al definir los parámetros...
1. Tipo de carga = terremoto
2. Norma = EN 1998-1
3. Nivel del mapa = zona sísmica o tipo de terreno
4. Anejo = Alemania | DIN EN 1998-1
5. Ubicación = Domkloster 4, Cologne
... se obtienen los siguientes resultados para la ubicación seleccionada:
6. zona sísmica
7. Tipo de terreno
8. Información adicional, si se aplica
9. Valor de la aceleración máxima de referencia del suelo del suelo agR
