Influencia de la categoría de importancia de una estructura en el período de retorno para cargas sísmicas, de viento y nieve

Parte 1: Cargas Sísmicas según el Eurocódigo

Determinación de cargas mediante el enfoque probabilístico y factores de importancia

En varias disciplinas de ingeniería, la intensidad de ciertos eventos (como terremotos, viento o nieve) está relacionada con un intervalo de recurrencia, conocido como el período de retorno. Este enfoque permite traducir eventos geofísicos potenciales en acciones sobre las estructuras, asociando la probabilidad de ocurrencia con una vida útil determinada. A partir de esto, se puede establecer un nivel de funcionalidad para una construcción, teniendo en cuenta su tipo, propósito y relevancia.

Para establecer las características de los eventos esperados en un período de retorno, es necesario recopilar una base de datos confiable que provenga de diferentes escenarios y cubra un período de tiempo representativo. Dado que cada evento geofísico tiene particularidades en cuanto a la recolección de datos, el ajuste al período de retorno se determina de manera específica para cada tipo de evento. La calidad de esta base de datos es clave para obtener estimaciones más precisas, lo que lleva a una actualización periódica de los estándares para incorporar mejoras basadas en estudios en curso y nuevos datos.

Para facilitar el entendimiento y acceso a esta información, los eventos se traducen en mapas de probabilidad relacionados con una región geográfica, con un período de retorno de referencia determinado para una «estructura base», que representa el tipo de construcción más común. Los principales parámetros que determinan la carga que actuará en la estructura son:

• Las características geofísicas del evento.
• Ubicación.
• Geometría y materiales de la construcción.
• Importancia de la estructura.

La importancia se cuantifica mediante los factores de importancia, que ajustan las cargas de eventos según el uso previsto de la estructura, garantizando un nivel aceptable de riesgo para la vida humana en caso de condiciones extremas. Estos factores se seleccionan para garantizar un nivel aceptable de riesgo para la seguridad humana, representando una tolerancia probabilística al posible colapso bajo condiciones extremas, teniendo en cuenta la amenaza potencial para la vida humana.

Cargas Sísmicas

El método más utilizado para determinar las fuerzas sísmicas es el método pseudoespectral, que relaciona el período natural de vibración de la estructura con un valor correspondiente de aceleración sísmica. Este valor se utiliza para obtener las cargas sísmicas, las cuales se ajustan según varios factores, como la importancia de la estructura, las características de la estructura (materiales, sistema estructural, secciones de los elementos) y las irregularidades (en planta y elevación).

La Categoría de Importancia tiene como objetivo el relacionar un nivel de desempeño sísmico con un periodo de retorno que determine las cargas actuantes en la estructura:

En la mayoría de los códigos sísmicos, el espectro de diseño se calibra para un período de retorno de aproximadamente 475 años (equivalente a un 10% de probabilidad de excedencia en 50 años), lo que cubre estructuras convencionales (como edificios). Para otros tipos de estructuras, el espectro de diseño se ajusta utilizando un coeficiente de importancia.

Los terremotos de gran magnitud son eventos poco frecuentes que generan movimientos sísmicos severos, los cuales pueden dañar incluso las estructuras construidas conforme a los estándares. Las consecuencias del daño estructural varían según el tipo de edificio, y los daños significativos en infraestructuras críticas, como hospitales, pueden tener un impacto desproporcionado en la comunidad. Por ello, el factor de importancia ofrece un método eficaz para ajustar los requisitos de protección sísmica según la relevancia de la estructura, lo que a su vez mejora la capacidad de la comunidad para recuperarse de estos eventos.

El factor de importancia incluye la diferenciación de fiabilidad mediante la multiplicación de la acción sísmica de referencia. Este factor produce un efecto similar al obtenido al modificar el período de retorno de la probabilidad de excedencia.

A medida que aumenta el período de retorno, la probabilidad de ocurrencia disminuye, especialmente cuando el factor de importancia es mayor y para estructuras con una vida útil más larga:

Con una vida útil más larga, hay una mayor probabilidad de experimentar un evento sísmico que corresponda al período de retorno asociado con el factor de importancia:

EJEMPLO PARA EL EUROCÓDIGO

La reducción del factor de importancia en la acción sísmica se puede entender fácilmente analizando su impacto en un espectro sísmico, para ello se desarrolla el ejemplo con los siguientes datos:

La carga sísmica puede calcularse como:

Como ilustra este ejemplo simplificado, las variaciones en el período de retorno impactan significativamente las cargas sísmicas, lo que a su vez influye en el diseño de la estructura. Por lo tanto, el diseñador debe tener en cuenta la vida útil prevista y el uso de la estructura para calibrar las cargas sísmicas de acuerdo con la construcción específica que se está diseñando. Esta consideración resalta la importancia de implementar medidas adecuadas y verificar la estructura si su uso cambia a lo largo de su vida útil.

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