Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica

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(1)Luis Alejandro Carvajal Soto. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS NORMATIVAS DE DISEÑO SÍSMICO PARA EDIFICACIONES DE NICARAGUA Y COSTA RICA. TRABAJO FIN DE MASTER PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE MÁSTER EN INGENIERÍA SÍSMICA Y DINÁMICA DE SUELOS Y ESTRUCTURAS. JULIO 2016. Luis Alejandro Carvajal Soto DIRECTOR DEL TRABAJO FIN DE MÁSTER:. Mª Belén Benito Oterino.

(2) Dedicatoria. A mi Dios Todopoderoso, a mis padres, mi esposa e hijos.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 1.

(3) Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 2.

(4) Agradecimientos. Quiero agradecer en primer lugar a Dios quien ha trasado y sigue trasando el camino de mi vida, sobre el cual puso la grata bendición de cursar este máster en este campo que me apasiona. Agradezco mucho a la Universidad Politécnica de Madrid por la opotunidad que me brindó de realizar mis estudios de Máster con el apoyo de la beca de estudios que me otorgaron. De igual manera agradezco a la Doctora Belén Benito, por sus palabras recibidas durante una visita a mi país Costa Rica y por el impulso transmitido para concluir este documento. Le agradezco a ella todo el interés que ha puesto en Costa Rica y en el resto de países de América Central, en enseñarnos a conocer con más profundidad la amenaza sísmica que nos rodea. Así mismo, estoy muy agradecido con cada uno de mis profesores, por la suma de conocimientos que recibí de ellos y que desde entonces me han sido de mucha utilidad. Gracias a mis compañeros de clase ya que durante mi estancia me sentí rodeado de un grupo de personas muy agradables y serviciales. Agradezco a la familia Usme Franco, por permitirme entrar con tanta confianza y cariño a su hogar y hacerme parte de esta linda familia; son mi familia en Madrid. Finalmente agradecer a mi esposa e hijos por el tiempo otorgado para llegar a concluir este gran propósito y por permitirme ausentarme durante un año del nucleo familiar pero no de sus corazones.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 3.


(6) Contenido 1. 2.. RESUMEN ....................................................................................................................... 9 MARCO GENERAL DEL ESTUDIO ........................................................................... 15 2.1 Introducción ............................................................................................................... 15 2.2 Planteamiento metodológico ..................................................................................... 16 3. AMENAZA SÍSMICA DE AMÉRICA CENTRAL ...................................................... 19 3.1 Estudio de referencia ................................................................................................. 19 3.2 Marco sismotectónico de América Central ............................................................... 20 3.3 Marco sismotectónico de Nicaragua y Costa Rica .................................................... 21 3.4 Catálogo sísmico........................................................................................................ 22 3.5 Zonificación sismogenética ....................................................................................... 23 3.6 Caracterización sísmica de las zonas sismogenéticas: leyes de recurrencia ............. 26 3.7 leyes de atenuación .................................................................................................... 31 3.8 Resolución de la integral de peligrosidad .................................................................. 32 3.9 Mapas de amenaza sísmica ........................................................................................ 32 4. SIMICIDAD HISTORICA E INSTRUMENTAL DE NICARAGUA Y COSTA RICA. 35 5. NORMATIVAS SÍSMICAS DE NICARAGUA ........................................................... 39 5.1 Código para las Construcciones en el Área del Distrito Nacional CCADN-73 ........ 39 5.2 Reglamento Nacional de la Construcción RNC-83 ................................................... 42 5.3 Actual Reglamento Nacional de la Construcción RNC-07 ....................................... 51 5.3.1 Objetivos de RNC-07 .......................................................................................... 51 5.3.2. Tipos de acciones ............................................................................................... 52. 5.3.3. Combinaciones de acciones ............................................................................... 55. 5.3.4. Clasificación de las estructuras .......................................................................... 55. 5.3.5. Factores influyentes en el cálculo de las acciones sísmicas............................... 56. 5.3.6. Factor de reducción por ductilidad (Q’) ............................................................. 56. 5.3.7. Factor de reducción por irregularidad ............................................................... 58. 5.3.8. Factor de reducción por sobrerresistencia ........................................................ 63. 5.3.9. Espectros de diseño sísmico ............................................................................... 63. 5.3.10 Métodos de análisis............................................................................................ 68 5.3.11 Límite de desplazamientos laterales .................................................................. 69 6.. NORMATIVAS SÍSMICAS DE COSTA RICA ........................................................... 71 6.1 Código Sísmico de Costa Rica CSCR-74 .................................................................. 71 6.2 Código Sísmico de Costa Rica CSCR-86 .................................................................. 77 6.3 Código Sísmico de Costa Rica CSCR-02 .................................................................. 84 6.4 Actual Código Sísmico de Costa Rica CSCR-10 ...................................................... 85 6.4.1 Objetivos del CSCR-10 ........................................................................................ 85 6.4.2. Tipos de Acciones ............................................................................................... 86. 6.4.3. Combinaciones de acciones ............................................................................... 88. 6.4.4. Clasificación de las estructuras por su ocupación o función ............................. 89. 6.4.5. Factores influyentes en el cálculo de las acciones sísmicas ............................... 90 Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 5.

(7) 6.4.6. Clasificación de los sistemas estructurales ........................................................ 90. 6.4.7. Clasificación estructural según regularidad ....................................................... 91. 6.4.8. Sobrerresistencia ................................................................................................ 93. 6.4.9. Ductilidad local ................................................................................................... 93. 6.4.10 Ductilidad global asignada ................................................................................. 93 6.4.11 Espectros de diseño sísmico ............................................................................... 95 6.4.12 Métodos de análisis.......................................................................................... 101 6.4.13 Límite de desplazamientos laterales ................................................................ 101 7. COMPARACIÓN DE LAS NORMATIVAS SÍSMICAS DE DISEŇO DE EDIFICACIONES DE NICARAGUA Y COSTA RICA ...................................................... 103 7.1 Variaciones entre las normativas sísmicas de diseño de Nicaragua y Costa Rica .. 103 7.1.1 Sobrecargas de uso y acciones participativas .................................................. 104 7.1.2. Combinaciones de acciones ............................................................................. 107. 7.1.3. Clasificación estructural y factores influyentes en el cálculo de la acción sísmica 108. 7.1.4. Espectros de diseño ......................................................................................... 115. 7.1.5. Métodos de análisis.......................................................................................... 123. 7.1.6. Límites de desplazamiento ............................................................................... 125. 8. CASO PRÁCTICO DE CONSTRUCCIÓN DE UN MISMO EDIFICIO EN CUATRO SITIOS CERCANOS A LA FRONTERA ENTRE NICARAGUA Y COSTA RICA ......... 131 8.1 Descripción de los sitios donde se ubicarán los edificios ........................................ 131 8.2 Descripción y aspectos estructurales del edificio típico ......................................... 134 8.3 Descripción del análisis comparativo y resultados .................................................. 136 9. CONCLUSIONES GENERALES ................................................................................ 139 10. REFERENCIAS............................................................................................................ 143 11. ANEJOS........................................................................................................................ 149. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 6.

(8) Listado de Acrónimos. aef:. Aceleración pico efectiva ATC: APPLIED TECHNOLOGY COUNCIL (Consejo de Tecnología Aplicada) CCADN: Código para las Construcciones en el Área del Distrito Nacional CCSCR: Comentarios al Código Sísmico de Costa Rica CEPREDENAC: Centro de Coordinación para la Prevención de los Desastres Naturales en América Central CFIA: Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica CIC: Colegio de Ingenieros Civiles de Costa Rica CPCSCR: Comisión Permanente de Estudio y Revisión del Código Sísmico de Costa Rica CSCR: Código Sísmico de Costa Rica FED: Factor Espectral Dinámico FEM: Finite Element Method (Método de Elementos Finitos) IMM: Intensidad en la escala Mercalli Modificada MTI: Ministerio de Transportes e Infraestructura P.R: Periodo de Retorno PGA: Peak Ground Acceleration (Aceleración Pico del Suelo) PSHA: Probabilistic Seismic Hazard Assessment (Estimación Probabilística de la Peligrosidad Sísmica) RESIS: Reducción del Riesgo Sísmico en Guatemala, El Salvador y Nicaragua con cooperación regional a Honduras, Costa Rica y Panamá RNC: Reglamento Nacional de la Construcción SEAOC: Structural Engineering Association of California (Asociación de Ingenieros Estructurales de Costa Rica) SINAPRED: Sistema Nacional para la Prevención, Mitigación y Atención de Desastres UBC: Uniform Building Code (Código de Construcción Uniforme) UPM: Universidad Politécnica de Madrid. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 7.


(10) 1.. RESUMEN. América Central es un territorio relativamente pequeño, conformado por 7 países cuya extensión total cubre un área de 498,533 km2. Por su tamaño, todo este territorio podría contar con una única normativa de diseño sísmico, que representara el esfuerzo individual que hoy se realiza en cada país, trabajando de manera conjunta. Un ejemplo de esfuerzo conjunto fue llevado a cabo entre los años 2007 y 2009 en donde expertos de la región trabajaron unidos bajo la dirección de la Profesora Belén Benito para la realización del Proyecto de Amenaza Sísmica de América Central (RESIS II), cuyos valiosos resultados han sido tomados como referencia para la realización de este trabajo. La amenaza presente en América Central es proporcionada para todos los países por fuentes sismogenéticas comunes, siendo las principales: La subducción de la Placa Tectónica de Coco por debajo de la Placa Tectónica Caribe, la Cadena Volcánica, así como por formaciones geológicas y fallamientos superficiales localizados de manera distribuida en cada territorio de la región. A pesar de su tamaño y la similitud sobre fuentes sismogenéticas, dentro de América Central existen diferencias en las normativas de diseño sísmico entre sus países, que resultan en divergencias significativas en las demandas de diseño de obras de infraestructura de un país a otro. Nicaragua y Costa Rica, ambos países de América Central, han sido históricamente afectados por terremotos muy destructivos que han ocasionado, en ambos países, grandes pérdidas humanas y económicas. Uno de los eventos sísmicos más marcados de la historia de Nicaragua fue el terremoto ocurrido en su capital Managua, la noche del 23 de diciembre del año 1972, borrando casi en toda su totalidad a la ciudad. En Costa Rica se destaca la ocurrencia del terremoto de Limón (zona caribeña de Costa Rica) en el año 1991 en donde la pérdida de obras de infraestructura generó un gran impacto en la economía del país. En este trabajo se realiza una comparación entre las normativas vigentes en Nicaragua y Costa Rica, ante los aspectos más influyentes en el cálculo de la demanda sísmica sobre las edificaciones, tales como: cargas inercialmente participativas, clasificación estructural según la importancia y ductilidad, clasificación de suelos y amenaza sísmica propiemaente dicha, con la respectiva elaboración de espectros de diseño sísmico. En el territorio nicaragüense, para un periodo de retorno de 500 años se identifican valores máximos de PGA en torno a 0.56 g, mientras en el territorio costarricense los valores más altos de PGA son levemente superiores a tal aceleración. A lo largo de su historia, Nicaragua ha contado con tres normativas sísmicas de diseño para edificaciones. La primera de ellas data del año 1973, la segunda de 1983 y la que actualmente está vigente fue elaborada en el año 2007. Transcurrieron 24 años desde la entrada en vigencia del pasado reglamento (RNC-83) para la elaboración y publicación del actual Reglamento Nacional de la Construcción RNC-07. Esta última normativa establece los requerimientos aplicables al diseño y construcción de nuevas edificaciones, así como la reparación y refuerzo de obras existentes, todo ello con los siguientes objetivos: -. Evitar la pérdida de vidas y disminuir la posibilidad de daños físicos a personas. Resistir seismos menores sin daños. Resistir seismos moderados con daños estructurales leves y daños no estructurales moderados. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 9.

(11) -. Evitar el colapso por efectos de seismos de gran intensidad, disminuyendo los daños a niveles económicamente admisibles. Resistir efectos de vientos y otras acciones accidentales sin daños.. En el territorio Nicaraguense se establecen, tres zonas con niveles de amenaza crecientes, para un periodo de retorno de 500 años. La zona A, situada hacia el caribe y parte norte del país, se caracteriza por tener un nivel de sismicidad relativamente bajo, con aceleración máxima del terreno (a0) igual a 0.1 g. La zona B se localiza en la zona central de Nicaragua y se caracteriza por presentar un nivel medio de sismicidad, en donde la aceleración máxima del terreno (a0) propuesta es igual a 0.2 g. Finalmente, la zona C, de alta sismicidad, situada en la costa pacífica del país, es influenciada por la actividad sísmica de subducción entre las placas tectónicas y la generada por el cordón volcánico presente en Nicaragua. Para esta última zona sísmica el RNC-07 propone una aceleración máxima de terreno (a0) igual a 0.3 g. Para considerar los efectos de amplificación sísmica debido a las condiciones locales el RNC-07 clasifica los suelos en cuatro tipos según la velocidad de onda de corte (Vs) que presenten. Considerando que en Nicaragua se establecen tres zonas sísmicas y tres categorías de suelos, así como cinco tipologías estructurales y cuatro factores modificadores por irregularidad; al combinar cada una de estas situaciones es posible generar 180 espectros de diseño con la misma forma espectral, de los cuales únicamente varían las amplitudes u ordenadas espectrales. Por su parte, Costa Rica a lo largo de su historia ha contado con cuatro normativas sísmicas de diseño para edificaciones. La primera de ellas fue elaborada en el año 1974, la segunda en 1986, la tercera en 2002 y finalmente la actualmente vigente fue elaborada en el año 2010. Cada una de las disposiciones contenidas en el Código Sísmico de Costa Rica 2010 es un requisito mínimo para lograr un adecuado desempeño ante los efectos sísmicos sobre las estructuras, en busca de los siguientes objetivos: -. Proteger la vida humana y la integridad física de las personas. Reducir los daños materiales y las pérdidas económicas ocasionadas por los seismos. Minimizar el impacto social y económico ante terremotos.. Los espectros de diseño sísmicos establecidos por el CSCR-10 dependen de la ubicación de la edificación dentro del mapa de zonificación sísmica de Costa Rica y del tipo de suelo donde se cimente la obra. La zonificación sísmica de Costa Rica propuesta está conformada por tres zonas sísmicas llamadas zonas II, III y IV, de orden creciente de amenaza, donde se establecen valores de aceleración pico efectiva (aef) en función de la zona y tipo de suelo donde se cimenta la edificación. El CSCR-10 establece factores espectrales dinámicos que son definidos para cada zona sísmica en los diferentes sitios de cimentación y para las distintas ductilidades globales. Por lo que, al establecerse en el CSCR-10 tres zonas sísmicas, cuatro tipos de suelos y cinco tipologías estructurales, resultan 72 combinaciones o posibles espectros para la determinación del factor espectral dinámico. Para determinar las variaciones (definidas en porcentaje) de los requerimientos plasmados en ambas normativas de diseño sísmico, ha sido necesario tomar una de ellas como base. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 10.

(12) Ambas normativas sísmicas de diseño exponen una filosofía y objetivos similares, principalmente orientados a la protección de la vida humana y reducción de daños materiales mediante un mejor desempeño estructural. Considerando que todos los requerimientos mínimos plasmados en ambas normativas conducen el cálculo estructural de una edificación al cumplimiento de objetivos, y al ser éstos muy similares entre sí, se facilita la comparación entre ambas regulaciones. Esta comparación y la determinación de la magnitud de las variaciones se realiza sobre los siguientes aspectos: -. Sobrecargas de uso y participativas Combinaciones de acciones Clasificación estructural y factores influyentes en el cálculo de la acción sísmica Espectros de diseño Métodos de análisis Límites de desplazamiento. Del análisis de las comparaciones realizadas, se ha identificado que en las edificaciones de alta y mediana ocupación (tales como casas, apartamentos, hoteles, escuelas, universidades, hospitales, centros de salud, salas de archivo y lugares de espectáculo), las sobrecargas de uso mínimas establecidas por ambas normativas tienen valores idénticos. Sin embargo, las sobrecargas de uso participativas que actúan durante la acción sísmica, presentan valores extremadamente diferentes entre sí, encontrándose variaciones en la mayoría de los casos, superiores a 150% e incluso algunas veces mayores a 400%. Se han determiando grupos de combinaciones de acciones equivalentes, donde no existen diferencias entre ambas normativas de diseño. Sin embargo en otros se encuentran grandes discrepancias, del orden de -100% y 60%. Las mayores diferencias en estos últimos grupos radican principalmente en las acciones representadas por empujes laterales, las cuales no siempre son frecuentes en el diseño de edificaciones o bien no todos los elementos se ven afectados por tales acciones, mientras que para las acciones gravitacionales y sísmicas, que siempre están presentes, las diferencias son muy bajas. Tal como se indicó, el CSCR-10 establece para edificaciones de uso normal o especial un seismo fuerte con un periodo de retorno de 475 años, mientras que el RNC-07 define para estructuras de esta misma categoría un periodo de retorno de 500 años. Un periodo de retorno de 500 años, representa una sacudida sísmica ligeramente mayor que la correspondiente a un periodo retorno de 475 años. Conforme a las estimaciones realizadas, considerando el factor de importancia y la aceleración pico del suelo, se determina que la diferencia de considerar periodos de retorno de 475 años (punto de partida del CSCR-10) y 500 años (punto de partida del RNC-07) podría causar variaciones en la acción sísmica no mayores al 1.85%. La comparación entre estas dos normativas de diseño sísmico, en cuanto a las consideraciones de ductilidad e irregularidad, se realizó mediante la comparación de los correspondientes espectros de diseño. Se presenta en este proyecto una comparación a nivel de espectros elásticos (con factores modificadores de ductilidad e irregularidad iguales a uno), que son base para cualquier combinación posible. En Nicaragua, el Reglamento Nacional de la Construcción 2007 establece por separado los requerimientos de localización y tipo de suelo para la determinación de la amenaza sísmica, mientras que en Costa Rica, el Código Sísmico, toma ambos elementos de forma conjunta Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 11.

(13) en un único parámetro. Por ello su comparación deberá realizarse considerando en ambas normativas el aporte conjunto de la localización y el tipo de suelo. Al comparar los mapas de amenaza sísmica de Nicaragua y Costa Rica, presentados en el Reglamento Nacional de la Construcción de Nicaragua y en el Código Sísmico de Costa Rica, resultan evidentes grandes discontinuidades en las zonificaciones sísmicas de ambos países, no existiendo una transición gradual a lo largo de la línea fronteriza y en las áreas aledañas. Ha sido necesario seleccionar las zonas sísmicas de Nicaragua y Costa Rica que presenten la mejor correspondencia, para proceder con ello a la realización de una comparación entre estas reglamentaciones en aspectos de localización y tipo de suelo. Esta selección de las zonas sísmicas con mejor correspondencia se ha realizado bajo el seguimiento de los siguientes aspectos: -. Apreciación visual a nivel regional y a nivel de detalle de cada país de los resultados del estudio de Amenaza Sísmica en America Central (Benito et al , 2010) Resultados de aceleración pico en roca obtenidos en el citado estudio en las capitales de ambos países: Managua y San José . Valores de isoaceleraciones en roca obtenidas de cada país, usadas como información base para la definición de la zonificación sísmica planteada dentro de estas normativas de diseño.. Cabe mencionar y destacar que las aceleraciones pico en roca para un periodo de retorno de 500 años presentadas por el estudio de la amenaza sísmica de América Central son 507 gal (0.516 g) para Managua y 513 gal (0.523 g) para San José, mientras que las obtenidas por medio de las isoaceleraciones en roca, presentadas como referencia para estas normativas, son 0.310 g y 0.375 g para Managua y San José respectivamente. Es notable una gran diferencia entre las aceleraciones pico en roca plasmadas por el estudio de la amenaza sísmica de América Central y las tomadas como base en estas dos normativas de diseño, presentado variaciones entre el 30% y 40%. Esto sugiere que es necesario realizar una cuidadosa revisión de las aceleraciones pico a considerar para la siguiente actualización de estas reglamentaciones. De los resultados comparativos obtenidos, se aprecia que para los grupos de zonas sísmicas correspondientes y para los tipos de suelo Tipo 1 (RNC-07) y S1 (CSCR-10), no existen diferencias entre ambas normativas de diseño. Sin embargo, en todos los demás tipos de suelos, si existen grandes discrepancias que van desde 36.4% hasta el 66.7%, siendo mayores las aceleraciones dadas por la normativa nicaragüense. Estas grandes variaciones se deben a que el Reglamento Nacional de la Construcción de Nicaragua expone valores de modificación para los suelos Tipo II y Tipo III muy superiores a los previstos implícitamente en el Código Sísmico de Costa Rica. Por otra parte, se ha realizado una comparación de los espectros elásticos de ambas normativas, resultando grandes diferencias, siendo notablemente mayores los de la normativa nicaragüense. Estas variaciones oscilan, en promedio, entre un 22% y 98% en edificaciones con periodos de vibración entre 0 y 2 segundos, las cuales son las más comunes en ambos países. Las diferencias se acortan para edificaciones más flexibles, con periodos de vibración mayores a 2 segundos, en donde las variaciones promedio se encuentran entre 10 y 35%. Con el propósito de lograr una comparación más detallada entre ambas normativas de diseño sísmico, se han elegido dos pares de sitios en donde se asume que se construirá una edificación típica con características idénticas en ambos países. Los sitios escogidos han sido los siguientes: Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 12.

(14) -. Sitios 1 y 2: Ubicados en San Carlos de Nicaragua (Sitio 1) y Río Frio de los Chiles de Costa Rica (Sitio 2). Estos sitios se caracterizan por estar situados en la Zonas B según el Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07) y la Zona II según el Código Sísmico de Costa Rica (CSCR-10) respectivamente.. -. Sitios 3 y 4: Ubicados en Peñas Blancas de Nicaragua (Sitio 3) y Peñas Blancas de Costa Rica (Sitio 4). Estos sitios se caracterizan por estar situados en la Zona C asignada por el Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07) y la Zona III asignada por el Código Sísmico de Costa Rica (CSCR-10), respectivamente.. Estos pares de sitios seleccionados son de vital importancia para ambos países, ya que en éllos se ubican los dos únicos puestos fronterizos oficiales de tránsito de personas y de mercancías de comercialización. Ambos pares no sólo permiten el paso entre estos dos países, sino también entre toda la región de América Central. En cada sitio seleccionado se han hecho consideraciones de dos tipos de suelos soportantes diferentes, que corresponden a las clases II y III según el Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07) y sus equivalentes S2 y S3 según el Código Sísmico de Costa Rica (CSCR-10). El edificio cuya construcción se contempla tiene una estructura típica de 4 niveles de altura, conformado estructuralmente por pórticos de hormigón armado con cerramientos y divisiones internas de material liviano que no aportan resistencia lateral a la edificación. Para la determinación de las sobrecargas de uso y del nivel de importancia de la edificación se considera que esta estructura será utilizada como hotel, lo que significa una estructura de uso normal. Para fines de esta comparación, los parámetros evaluados y confrontados en cada sitio son las reacciones principales (acciones internas) sobre una serie de elementos estructurales seleccionados, donde estas reacciones resultan de la aplicación sobre toda la edificación de todas las acciones externas (acción permanente, sobrecargas de uso y la acción sísmica) y de su análisis dinámico en un modelo teórico estructural. De los resultados se observan variaciones en los valores promedio de diferentes parámetros, siendo siempre superiores los de las edificaciones calculadas con la normativa nicaraguense. Estas variaciones promedio son:  16% en la reacción axial en los pilares  entre 35% y 45% en el cortante en los pilares  entre 26% y 41% en el momento flector en los pilares.  entre 10% y 15 % en el cortante en las vigas  16% en el momento flector en las vigas. Es de destacar que las variaciones en las reacciones de cortante y momento flector en todos los pilares son muy superiores a las variaciones de estas mismas reacciones en los elementos tipo viga, debido a una mayor influencia de la acción sísmica sobre los pilares. De manera general, se ha determinado que entre estos dos países vecinos, que presentan niveles de amenaza muy similares debido a fuentes sismogenéticas comunes o de características similares, existen variaciones significativas en sus normativas de diseño sísmico, lo que justifica la necesidad de trabajar en un código sísmico regional que dé solución a todas las discrepancias presentes entre las normativas existentes en los países de Centroamérica. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 13.


(16) 2.. MARCO GENERAL DEL ESTUDIO 2.1 INTRODUCCIÓN. América Central es un territorio relativamente pequeño, conformado por 7 países cuya extensión total cubre un área de 498,533 km2. Por su tamaño, todo este territorio bien podría contar con una única normativa de diseño sísmico, que representara el esfuerzo individual que hoy se realiza en cada país, trabajando de manera coordinada. Un ejemplo de esfuerzo conjunto fue llevado a cabo entre los años 2007 y 2009 en donde expertos de la región trabajaron unidos bajo la dirección de la Profesora Belén Benito para la realización del Proyecto de Amenaza Sísmica de América Central (RESIS II), cuyos valiosos resultados han sido tomados como referencia para la elaboración de este trabajo. La amenaza presente en América Central es proporcionada para todos los países por fuentes sismogenéticas comunes, en donde las principales son: la subducción de la Placa Tectónica de Coco por debajo de la Placa Tectónica Caribe, la Cadena Volcánica, así como formaciones geológicas y fallamientos superficiales localizados de manera distribuida en cada territorio de la región. A pesar de su tamaño y la similitud en sus fuentes sismogenéticas, dentro de América Central existen diferencias significativas en las normativas de diseño sísmico de los diferentes países, que dan como resultado divergencias significativas en las demandas de diseño de obras de infraestructura de un país a otro. Con el propósito de poner de manifiesto estas divergencias, el presente trabajo trata de cubrir los siguientes objetivos: a) Comparar las normativas sísmicas de dos países vecinos de América Central: Nicaragua y Costa Rica. b) Presentar resultados que sean de utilidad para la mejora de las normas y los códigos sísmicos existentes en los países de América Central. c) Abogar por la creación futura de un código regional que sea resultado de la suma de esfuerzos por parte de los agentes involucrados en estas regulaciones en cada país de América Central. Nicaragua y Costa Rica han sido históricamente afectados por terremotos muy destructivos que han generado, en ambos países, grandes pérdidas humanas y económicas. Uno de los eventos sísmicos más marcados de la historia en Nicaragua fue el terremoto ocurrido en su capital, Managua, la noche del 23 de diciembre del año 1972, prácticamente 24 horas antes de Noche Buena, apagando por completo las celebraciones de Navidad y borrando casi en toda su totalidad a la ciudad. En Costa Rica se destaca la ocurrencia del terremoto de Limón (zona caribeña de Costa Rica) en el año 1991, en el cual la pérdida de obras de infraestructura generó gran impacto en la economía del país. Nicaragua tuvo su primera normativa de diseño sísmico en el año 1973, que posteriormente fue renovada en 1983 y 2007, siendo la última actualmente vigente. Por su parte, la primera normativa en Costa Rica data del año 1974, renovandose posteriormente en 1986, 2002 y 2010. Esta última está actualmente vigente. Cabe destacar que las características de las construcciones en Nicaragua y Costa Rica son muy similares entre sí, en aspectos referentes a su arquitectura, altura y tipologías constructivas, prevaleciendo las estructuras de hormigón, acero y fábrica. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 15.

(17) 2.2 PLANTEAMIENTO METODOLÓGICO La metodología desarrollada para la elaboración de este trabajo se presenta bajo los siguientes aspectos medulares: -. Amenaza e historia sísmica de Nicaragua y Costa Rica. Normativas sísmicas de ambos países Comparación de las normativas vigentes Caso práctico de construcción de un mismo edificio en cuatro sitios cercanos a la frontera entre ambos países.. A continuación se describe cada uno de los cuatro aspectos mencionados: Amenaza e historia sísmica de Nicaragua y Costa Rica: Tomando como referencia los resultados del Proyecto de Amenaza Sísmica de América Central (RESIS II), se ha identificado el nivel de amenaza sísmica regional y la propia local en estos dos países por separado, identificándose las fuentes sismogenéticas y describiéndose, para una mejor comprensión, la forma en la cual se determinó esta amenaza. Adicionalmente, mediante la utilización del software SEIS-PC de los profesores K. Nakamura y Y. Ishikawa, se muestran los epicentros de los seismos ocurridos en los últimos 75 años, en donde se aprecian claramente las zonas más sísmicas de ambos países. Normativas sísmicas de ambos países: Se presenta una descripción de cada una de las normativas que han existido en Nicaragua y Costa Rica, dedicando especial atención a aspectos tales como: cargas inercialmente participativas en el cálculo de la demanda sísmica sobre las edificaciones, clasificaciones de las estructuras según su importancia y ductilidad, clasificación de los suelos y zonificación sísmica consistente con la amenaza y, finalmente, construcción de los espectros de diseño sísmico. Dentro de la descripción que se presenta en este trabajo respecto a las normativas vigentes, se ha dado mayor relevancia a los aspectos regulados, elaborándose graficas más explicativas de los factores que intervienen en la construcción de los espectros utilizados para el cálculo estructural de las edificaciones. Comparación de las normativas vigentes: Se realiza una comparación entre las normativas vigentes de cada país, ante los aspectos más influyentes en el cálculo de la demanda sísmica sobre las edificaciones, tales como: cargas inercialmente participativas, clasificación estructural según la importancia y ductilidad, clasificación de suelos soportantes y amenaza sísmica con su correspondiente elaboración de los espectros de diseño sísmico. Para la definición de los puntos de comparación se han determinado, bajo la experiencia del autor en el cálculo estructural de edificaciones en ambos países, las equivalencias de cargas y combinaciones de las mismas, así como los criterios de asignación de ductilidad. Además, tomando como referencia los Mapas de Amenaza a nivel regional y los de cada país a nivel de detalle (elaborados por el Proyecto RESIS II), se determinaron las zonas de similar amenaza de Nicaragua y Costa Rica para la comparación de las regulaciones de diesño de ambas normativas.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 16.

(18) Caso práctico de construcción de un mismo edificio en cuatro sitios cercanos a la frontera de Nicaragua y Costa Rica: Para poder cuantificar las diferencias entre las normativas de diseño sísmico de Nicaragua y Costa Rica, se elaboró un caso práctico que consistió en el análisis seismo-estructural de un edificio de 4 niveles que funcionará como hotel y cuya construcción se simula en cuatros posibles puntos en centros urbanos fronterizos de ambos países. Se seleccionaron para ello 2 sitios en Nicaragua y 2 sitios en Costa Rica, los cuales tienen niveles de amenaza sísmica similares entre sí. A partir de los resultados de las comparaciones hechas en este caso práctico, ha sido posible determinar cuantitativamente las diferencias entre estas normativas de diseño, dando valor a la necesidad de contar con una única normativa en América Central.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 17.


(20) 3.. AMENAZA SÍSMICA DE AMÉRICA CENTRAL 3.1 ESTUDIO DE REFERENCIA. La amenaza sísmica probable para Nicaragua y Costa Rica se ha tomado para este trabajo de los resultados del proyecto regional RESIS II, el cual contó con el financiamiento del Gobierno de Noruega, gestionado por el Centro de Coordinación para la Prevención de los Desastres Naturales en América Central (CEPREDENAC). Estos resultados fueron presentados en un libro titulado “Amenaza Sísmica en América Central” elaborado mediante la participación de sismólogos de 6 países de América Central con la colaboración del grupo de Ingeniería Sísmica de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y dirigidos todos ellos por la profesora María Belén Benito de esta misma universidad. Este estudio fue el primero en América Central en generar mapas de aceleración espectral de manera regional y para cada país por separado, para periodos de retorno de 500, 1.000 y 2.500 años (Benito et al, 2010). Durante el Proyecto Regional RESIS II la amenaza sísmica se determinó para toda la región centroamericana siguiendo la metodología PSHA (del inglés, Probabilistic Seismic Hazard Assessment), que incorpora elementos como el árbol lógico y el juicio de expertos para completar diversas opciones de cálculo y cuantificación de las incertidumbres asociadas. La Figura 1 representa las fases en las que se estructuró este estudio de referencia para el cálculo probabilista de la amenaza, considerando las siguientes opciones de entrada: -. -. -. -. Análisis de sismicidad y tectónica de la zona, Zonificación sísmica para tres regímenes tectónicos: cortical, subducción interfase y subducción intraplaca. Adopción de un modelo de sismicidad poissoniano para cada zona y estimación de un modelo de recurrencia temporal (frecuencia de ocurrencia de seismos y su magnitud), ajustando la sismicidad a una ley de Gutenberg-Richter. Determinación de un modelo de predicción del movimiento fuerte del suelo, lo que significa, modelos de atenuación para la región de estudio, dependiendo del entorno tectónico de las diferentes fuentes sismogenéticas. Resolución de la integral de la amenaza, evaluando la probabilidad de superación de determinados valores umbrales de diferentes parámetros de movimiento en el emplazamiento, debido a la actividad sísmica de todas las zonas sismogenéticas que lo rodean. Construcción de curvas de amenaza en términos de aceleración pico, PGA y espectrales, SA (T) para periodos T entre 0.1 y 2 s. Presentación de los resultados mediante curvas, mapas de amenaza y espectros de respuesta.. Este estudio de referencia tiene como principal propósito obtener unos resultados que puedan ser utilizados para la mejora de las normativas y códigos sísmicos existentes en los países de América Central, siendo éste también el objetivo último del presente trabajo.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 19.

(21) Figura 1. Fases del cálculo de la amenaza sísmica por medio del método probabilista zonificado (tomado de Benito et al., 2010). 3.2 MARCO SISMOTECTÓNICO DE AMÉRICA CENTRAL De manera regional, América Central está ubicada en el extremo oeste de la Placa Caribe, que a su vez se encuentra rodeada al Norte por la placa de Norteamérica, al Suroeste por la Placa del Coco, al Sur por la Placa de Nazca y al Este por la Placa de Sudamérica. Esta proximidad a las zonas de contacto entre estas placas tectónicas hacen de América Central un territorio con una alta amenaza sísmica, donde en los últimos 500 años se han reportado numerosos seismos destructivos con magnitudes momento Mw entre 5,5 y 8. La Figura 2, muestra un mapa de América Central, donde se muestra el ambiente tectónico de la región.. Figura 2. Mapa tectónico de América Central (tomada de Benito et al., 2010). Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 20.

(22) En el Mapa Tectónico de América Central se muestra la Fosa Mesoamericana, donde subduce la Placa del Coco bajo la Placa del Caribe. Los mecanismos focales de terremotos en esta zona indican un fallamiento de tipo normal en los primeros 10 km de profundidad en dirección de la costa y fallamiento inverso a profundidades entre los 15 y 50 km (Dean y Drake, 1978; Quintero y Guendel, 2000; De Shon et al., 2003; Norabuena et al., 2004). A profundidades entre 60 y 280 km, donde suceden los seismos intraplaca (Guendel y Protti, 1998), los mecaniismos vuelven a ser, generalmente, de fallamiento normal. La Fosa Mesoamericana se extiende paralela a la costa Pacífica de América Central, desde la Zona de Wadati-Benioff (conocida como bloque de Chortís) en Guatemala, pasando por El Salvador y Nicaragua con ángulos de buzamiento en el rango de 60°-80°, produciendo seismos hasta profundidades de 200 km. Mas allá la Fosa pasa por el bloque Chorotega, que comprende desde el Noreste de Costa Rica hasta la zona fronteriza con Panamá, con una reducción del ángulo de buzamiento hasta los 40°, haciendo que la Zona de WadatiBenioff se haga más superficial y con morfología difusa y generando sismicidad a profundidades menores de 70 km (Sallarés et al., 2000). Finalmente, hasta llegar a la Zona de Fractura de Panamá - que separa las Placas Tectónicas de Coco y Nazca – la Fosa Mezoamericana subduce de forma oblicua con un ángulo pequeño por debajo del Bloque de Panamá. (Moore et al., 1985; Heil y Silver, 1987; Silver et al., 1990). Adicionalmente a la convergencia de estas placas tectónicas, el territorio de América Central se encuentra dividido por estructuras intraplaca de interés sismotectónico para la cuantificación de su amenaza, tales como el Escarpe de Hess, la Depresión de Nicaragua y la Zona de Falla Sur de Panamá, así como la Microplaca de Panamá, que se ha propuesto recientemente y está conformada por la mitad del territorio de Costa Rica, Panamá y el noroccidente de Colombia. El Arco Volcánico de América Central contribuye también a la actividad sísmica de la región, y se extiende desde el Volcán Tacaná en Guatemala, hasta el Volcán La Yeguada en el oeste de Panamá. Los volcanes localizados en este arco han generado más de 30 seismos destructivos con magnitudes momento Mw de 5,7 hasta 6,9 y con intensidades máximas IMM de VII (Intensidad en la escala Mercalli Modificada). Con base a esta distribución espacial de la sismicidad y a las principales características sismotectónicas de las fuentes descritas, se establecieron dos zonificaciones para el estudio de la amenaza sísmica de América Central (Benito et al., 2010): la primera a nivel regional, que distingue grandes zonas sismogenéticas considerando las principales fuentes sísmicas y tectónicas de la región, y la segunda a nivel nacional, que considera zonas dentro de cada país, encajando éstas dentro de la zonificación regional.. 3.3 MARCO SISMOTECTÓNICO DE NICARAGUA Y COSTA RICA En los casos particulares de Nicaragua y Costa Rica, las principales fuentes sismogenéticas existentes son causadas por otras estructuras de deformación interna de la Placa Caribe. Una breve descripción de estas fuentes se presenta a continuación: -. Depresión de Nicaragua Esta depresión es un graben cuaternario ubicado en la región trasarco que se extiende de manera subparalela a la costa pacífica, iniciandose en El Salvador hasta el norte de Costa Rica, con una anchura entre 40 y 75 km. A la altura de Managua, capital de Nicaragua, cuenta con un ancho aproximado de 50 km, alcanzando los Lagos Xolotlán y Cocibolca. Dentro de esta depresión se encuentran fallas Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 21.

(23) importantes, como la Falla Mateare (paralela a la depresión) y la falla Tiscapa (perpendicular a la depresión), siendo esta última la que generó el terremoto de Managua de 1972 (Mw 6,5). -. Escarpe de Hess Este escarpe consiste en un alineamiento batimétrico dentro de la Placa Caribe, que constituye un límite entre la región Norte con tectónica extensional y la región Sur con tectónica contraccional (Cuenca de Colombia), extendiéndose por más de 1000 km desde el caribe de Nicaragua, cerca de la zona limítrofe con Costa Rica, hasta Cuba meridional.. -. Sistema de Falla del Guayape Es considerada la segunda línea tectónica más sobresaliente del Bloque Chortís, siendo la estructura continua más larga dentro del territorio de Honduras, de tipo transcurrente, definida por Finch y Ritchie (1991) como “una compleja banda de fallas” que se extiende desde la frontera entre Honduras y Nicaragua, cerca de la desembocadura del río Sico en el Caribe. A pesar de su clara definición topográfica, esta falla no ha presentado una notable actividad sísmica de acuerdo a los catálogos sísmicos existentes.. -. Zona de Talamanca Esta zona se extiende a lo largo de la cordillera que lleva su mismo nombre, en el sureste de Costa Rica, hasta llegar al flanco oeste del complejo volcánico ColoradoTisingal en territorio Panameño. En su sector sur, se extiende una falla longitudinal con rumbo de noroeste a sureste, considerada activa, que llega hasta la frontera con Panamá. En ella han ocurrido muchos de los movimientos de levantamiento e inclinación de capas que han afectado a la fila costeña durante el cuaternario (Kolarsky et al., 1995, Fisher et al., 2004).. -. Cinturón deformado del Norte de Panamá Este cinturón se extiende en forma de arco de manera paralela a la costa Caribe de Panamá, desde el Golfo de Urabá, en Colombia, hasta entrar cerca de Puerto Limón, en el Caribe de Costa Rica (Stefan et al., 1988; Silver et al., 1990). Esta es una zona de amplia deformación originada por la convergencia entre la Placa del Caribe y la Microplaca de Panamá, manifestando principalmente mecanismos focales inversos en el extremo oeste, así como inversos y normales en el extremo este.. 3.4 CATÁLOGO SÍSMICO En el estudio de referencia, para la evaluación de la amenaza sísmica, se elaboró un catálogo regional denominado “Catálogo Regional del Proyecto RESIS II” (Benito et al., 2010) que abarca todo América Central, homogeneizado a magnitud momento (MW) y que contiene tanto la información macrosísmica archivada desde 1522, como los datos instrumentales registrados hasta el 2007.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 22.

(24) Este catálogo sísmico quedó integrado por 29.918 eventos sísmicos con magnitudes MW ≥ 3,5 y fue depurado de réplicas y premonitores mediante el programa Cluster de SEISAN, bajo algunas modificaciones y adaptaciones, a fin de considerar únicamente los seismos principales.. 3.5 ZONIFICACIÓN SISMOGENÉTICA Considerando las anteriores fuentes sismogenéticas, para el caso de los territorios de Nicaragua y Costa Rica, así como otras fuentes para el resto de países de América Central, el estudio de referencia definió zonificaciones a nivel regional y nacional. En ambos casos se consideran tres regímenes tectónicos: cortical, subducción interfase y subducción intraplaca. La Figura 3 muestra las zonas definidas con detalle nacional. Las zonas identificadas en Nicaragua y Costa Rica se especifican a continuación: Zonas corticales o superficiales para Nicaragua: -. Sistema de Fallas del Guayape (H3-N11) Arco Volcánico (Golfo de Fonseca) (S4-N5) Océano Pacífico Norte (N1) Océano Pacífico Sur (N2-C1) Antearco Oeste (N3) Antearco Este (N4) Arco Volcánico, Oeste Central (N6-N7) Arco Volcánico Sureste (N8) Depresión de Nicaragua Oeste (N9-N10) Caribe Sur (N13-I4). Zonas corticales o superficiales para Costa Rica: -. Antearco Noroeste (C2) Antearco Pacífico Central (C3) Zona de Fractura de Panamá y Península de Burica (C4-P1) Arco Volcánico de Guanacaste (C5) Cordillera Volcánica Central (C6) Talamanca (C7) Cinturón Deformado del Norte de Panamá (C8-P8) Trasarco Norte (C9) Caribe Central Parismina (C10). Zonas sísmicas de la región de subducción interplaca para Nicaragua: -. Interplaca Noroeste (Nsi15) Interplaca Sureste (Nsi16). Zonas sísmicas de la región de subducción interplaca para Costa Rica: -. Interplaca Nicoya (Csi11) Interplaca de Quepos (Csi12) Interplaca de Osa (Csi13). Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 23.

(25) Zonas sísmicas de la región de subducción intraplaca para Nicaragua: -. Intraplaca (Nsp17). Zonas sísmicas de la región de subducción intraplaca para Costa Rica: -. Intraplaca Noroeste (Csp14) Intraplaca Central (Csp15) Intraplaca Sureste (Csp16). La nomenclatura indicada en los paréntesis son los códigos de la zonificación establecida en los mapas de zonificación para América Central del Proyecto de Amenaza Sísmica de América Central (RESIS II) y las cuales se nuestran en la Figura 3.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 24.

(26) a). b). c). Figura 3. Zonificaciones sísmicas definidas para el estudio de amenaza en América Central, para los regímenes tectónicos presentes en la región: a) cortical, b) subducción interfase y c) subducción intraplaca. Se representa también la correspondiente sismicidad (tomada de Benito et al., 2010).. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 25.

(27) 3.6 CARACTERIZACIÓN SÍSMICA DE LAS ZONAS SISMOGENÉTICAS: LEYES DE RECURRENCIA Para el establecimiento de la ley de recurrencia en cada zona, fue adoptado el modelo de Gutenberg-Richter, realizando ajustes de la sismicidad por medio de la expresión: Log N = a – b * M (ver Figura 4).. Log N(m). N (Mmín). b. Mmín Mmáx m Figura 4 . Representación típica de la ley de Gutenberg-Richter (1944) para fuentes sismogenéticas cuya sismicidad sigue un modelo de Poisson, truncado a valores de magnitud entre Mmín y Mmáx. Donde los parámetros a y b para cada zona se calcularon mediante ajustes de mínimos cuadrados fijando la magnitud mínima (Mmín) en 4,0 y considerando una distribución Gaussiana para tomar en cuenta la incertidumbre de la magnitud máxima (Mmáx). Las Tablas 1 y 2, reúnen los valores adoptados, junto con los parámetros a y b de la ley de Gutenberg-Richter obtenidos del ajuste de la sismicidad para las zonas corticales, de subducción interfase y de subducción intraplaca a nivel regional y a nivel nacional (Benito et al., 2010).. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 26.

(28) Tabla 1. Parámetros sísmicos según zonificación para Nicaragua Profundidad Magnitud máxima País Tipo de zona. Código. Índices sísmicos. Nombre de la zona (km). E(M). M1. M2. a. b. N (Mmín). CAc 3. Bloque de Honduras. 15. 6,8. 6,8. 7,3 4,93 1,02. 2,07. CAc 4. Arco Volcánico Norte. 15. 6,7. 7,1. 7,0 5,55 1,07. 5,01. CAc 6. Antearco América Central. 15. 7,6. 7,6. 7,7 1,19 1,19. 59,41. CAc 9. Plataforma Caribe de Nicaragua. 15. 6,5. 6,2. 7,3 4,96 1,06. 1,51. Regional Interplaca. CAsi 1. Subducción Interplaca del Noroeste. 34-60. 7,9. 7,9. 8,1 5,27 0,94. 11,17. Regional Intraplaca. Casp 1. Subducción Intraplaca América Central. 61-250. 7,7. 7,4. 8,0 6,02 1,05. 20,80. N1. Pacífico Oeste. 10. 8. 7,6. 8,3 6,47 1,18. 13,73. N2-C1. Pacífico Sureste, Papagayo. 20. 7,4. 7,1. 7,6 7,73 1,41. 25,03. N3. Antearco Oeste. 20. 6,8. 6,5. 7,0 4,09 0,88. 1,35. N4. Anterco Este. 20. 6,8. 6,5. 7,0 4,06 1,02. 1,05. S4-N5. Arco Volcánico (Golfo de Fonseca). 10. 6,6. 6,4. 6,9 4,08 0,97. 0,52. N6-N7. Arco Volcánico Oeste Central. 10. 6,5. 6,2. 6,7. 4,5. 0,95. 1,68. N8. Arco Volcánico Sureste. 10. 6,8. 6,5. 7,0. 2,5. 0,68. 0,27. N9-N10. Depresión Trasarco. 10. 6,8. 6,7. 7,0 1,61 0,50. 0,24. H3-N11. Zona Gayape. 10. 6,3. 6,0. 6,5 4,45 1,09. 0,36. N12. Caribe Sur. 10. 6,2. 5,9. 6,4 5,11 1,21. 0,44. Nicaragua. Regional Cortical. Nacional Cortical. Nacional Interplaca Nacional Intraplaca. N13N14 Nsi 15. Caribe Noroeste. 10. 6,2. 5,9. 6,4 4,64 1,08. 0,57. Interplaca Noroeste. 26-70. 7,9. 7,7. 8,2 6,61 1,33. 4,32. Nsi 16. Interplaca Sureste. 26-70. 7,9. 7,6. 8,2 3,79 0,78. 1,94. Nsp17. Intraplaca. 61-200. 7,3. 7,0. 7,5 6,53. 13,76. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 1,2. 27.

(29) Tabla 2. Parámetros sísmicos según zonificación para Costa Rica País Tipo de Zona Código. Nombre de la Zona. Profundidad. CAc 5. Arco Volcánico Sur. CAc 6. E(M). M1. M2. 15. 7,0. 7,0. Antearco América Central. 15. 7,6. CAc 9. Plataforma Caribe de Nicaragua. 15. CAc 10. Cint. Def. N. Panamá. Regional Interplaca. CAsi 2. Regional Intraplaca. Regional Cortical. Costa Rica. Magnitud Máxima. Nacional Cortical. b. N (Mmín). 7,0 5,55. 1,07. 5,01. 7,6. 7,7 7,11. 1,19. 59,41. 6,5. 6,2. 7,3 4,96. 1,06. 1,51. 15. 7,9. 7,7. 8,1 4,30. 0,86. 2,60. Subducción Interplaca del Sureste. 34-60. 7,4. 7,8. 8,0 3,57. 0,74. 1,19. Casp 1. Subducción Intraplaca América Central. 61-250. 7,7. 7,4. 8,0 6,02. 1,05. 20,80. N2-C1. Pacífico Sureste, Papagayo. 20. 7,4. 7,1. 7,6 7,73. 1,41. 25,03. C2. Antearco Noroeste. 20. 7,2. 7,0. 7,5 4,81. 0,99. 2,20. C3. Antearco Pacífico Central. 15. 7,3. 7,0. 7,5 4,78 0,917. 4,56. C4-P1. ZFP-Burica. 5. 7,5. 7,4. 7,6 6,09. 1,06. 19,61. C5. Arco Volcánico Guanacaste. 10. 6,6. 6,5. 7,0 4,19. 0,93. 1,00. C6. Cordillera Volcánica Central. 10. 7,1. 6,5. 7,2 4,04. 0,89. 1,09. C7. Talamanca. 10. 7,1. 6,2. 7,5 5,74. 1,18. 2,76. C8-P8. Cint. Def. N. Panamá Limón. 15. 8,0. 7,9. 8,1 4,30. 0,86. 2,60. 10. 6,3. 6,1. 7,0 3,77. 0,97. 0,25. C9. 20. 6,2. 5,5. 6,6. 4,7. 1,13. 0,44. Csi 11. Trasarco Norte Caribe Central Parismina Interplaca Nicoya. 26-63. 7,8. 7,7. 8,0 2,03. 0,54. 0,38. Csi 12. Interplaca Quepos. 26-51. 7,0. 7,0. 7,4 3,87. 0,90. 0,65. C10 Nacional Interplaca. Nacional Intraplaca. Índices Sísmicos a. Csi 13. Interplaca Osa. 26-52. 7,4. 7,4. 7,6 1,29. 0,48. 0,14. Csp 14. Intraplaca Noroeste. 40-117. 7,0. 6,5. 7,4 4,70. 1,05. 0,98. Csp 15. Intraplaca Central. 40-155. 7,4. 7,3. 7,6 2,94. 0,71. 0,54. Csp 16. Intraplaca Sureste. 40-82. 6,8. 6,2. 7,4 2,19. 0,70. 0,11. Donde, -. -. E(M): valor probable de la máxima magnitud esperada en la fuente. M1: magnitud máxima observada en la fuente M2: magnitud máxima que establece la geología de la fuente. Valor “a”: ordenada en el origen de la relación de Gutenberg-Richter (normalizado a un año), que describe el número total de seismos, en este caso por año. Valor “b”: índice de sismicidad (pendiente de la relación Gutenberg-Richter) también conocido como b-value, el cual mide el número relativo de seismos mayores comparado con seismos menores; b = 1 significa que el número de eventos sísmicos se incrementa por un factor de 10 por cada unidad en magnitud, por ejemplo, si hay en una determinada zona un seismo M = 7,0 por año, se podría esperar cerca de 10 seismos M = 6,0 por año, 100 seismos M = 5, etc. N(Mmín) indica el número anual de seismos de magnitud mínima. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 28.

(30) Las zonas sombreadas en las Tablas 1 y 2 representan las zonas cercanas a la frontera entre Nicaragua y Costa Rica. La Figura 5 muestra los esquemas tectónicos de esas zonas, indicando además los valores del parámetro b obtenido para las zonas de Nicaragua y Costa Rica, tanto a nivel regional como nacional. Tal como se muestra en la Figura 5, en la zona fronteriza entre estos dos países, el parámetro “b” tiene el siguiente comportamiento: -. En la zona Prearco, zona donde predominan los esfuerzos tensionales por doblamiento de la placa subducente, los valores del índice de sismicidad se encuentran sin variación para la zonificación regional (1,19) y se encuentran entre 0,99 a 1,41 para la zonificación a detalle nacional.. -. En la zona Arco Volcánico, zona donde predomina el régimen distensivo, los valores del índice de sismicidad para la zonificación regional se encuentran entre 0,96 a 1,07 para la zonificación regional y entre 0,68 a 0,93 para la zonificación a detalle nacional.. -. En la zona Trasarco y cinturones deformados, donde predominan fallamientos inversos, el índice de sismicidad se encuentran sin variación para la zonificación regional (1,06) y de igual manera, sin variación para la zonificación a detalle nacional (1,21).. -. En la zona Interplaca, el índice de sismicidad se encuentra entre 0,74 a 0,94 para la zonificación regional y entre 0,54 y 0,78 para la zonificación a detalle nacional.. -. En la zona intraplaca, donde predominan los regímenes de ruptura normales, el índice de sismicidad se mantiene sin variación en la zonificación regional (1,05) y entre 1,05 y 1,20 en la zonificación a detalle nacional.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 29.

(31) a) NICARAGUA REGIONAL. Cortical b: 1,19. Cortical Arco Volcánico b: 0,96. Cortical Trasarco b: 1,06. a). 25 km Interplaca b: 0,94. 60 km Astenosfera. Intraplaca b: 1,05. Astenosfera. 200 km. b). b) COSTA RICA REGIONAL. Cortical b: 1,19. Cortical Arco Volcánico b: 1,07. Cortical Trasarco b: 1,06. 25 km Interplaca b: 0,74. 60 km Astenosfera. Intraplaca b: 1,05. Astenosfera. 200 km. c). d). Figura 5. Perfiles en profundidad de las zonas sísmicas definidas en las proximidades de la frontera entre Nicaragua y Costa Rica, con indicación del índice de sismicidad “b” de la relación GutenbergRichter, para: a) Nicaragua a nivel regional, b) Costa Rica a nivel regional, c) Nicaragua a nivel nacional y d) Costa Rica a nivel nacional. (Adaptada de Benito et al., 2010).. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 30.

(32) 3.7 LEYES DE ATENUACIÓN La elección de modelos de atenuación que representaran de forma realista la atenuación para América Central fue de suma importancia para la evaluación de la amenaza sísmica de la región, ya que la atenuación suele ser el factor de mayor impacto en los resultados. Los modelos se eligieron contrastando diversos modelos pre-seleccionados con datos acelerométricos locales de Costa Rica, El Salvador y Nicaragua. Se analizaron los residuos que proporcionaban los diferentes modelos, determinando los que minimizaban dichos residuos y se ajustaban mejor a los datos de la zona, lo que implicaba a su vez un mejor reflejo de la atenuación existente . Los modelos finalmente seleccionados para el cálculo de amenaza fueron los siguientes: -. Corticales, Modelos de Climent et al., 1994 y Zhao et al., 2006. Subducción Interfase o Interplaca, Modelo de Youngs et al., 1997. Subducción Intraplaca, Modelos de Zhao et al., 2006 y Youngs et al., 1997.. La Figura 6 muestra estos modelos de atenuación para las fuentes sísmicas corticales, interfase e intraplaca.. Figura 6. Modelos de atenuación utilizados para la determinación de la amenaza sísmica en América Central para fuentes corticales (a), Interplaca (b) e intraplaca (c) (tomada de Benito et al., 2010). Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 31.

(33) 3.8 RESOLUCIÓN DE LA INTEGRAL DE PELIGROSIDAD La integral de la amenaza fue resuelta en el estudio de referencia conforme al planteamiento probabilístico de Cornell (1968) y Esteva (1967, 1968), una vez establecidos los modelos de recurrencia de terremotos, las zonas sismogenéticas donde éstos ocurren y las leyes de atenuación. La amenaza sísmica es evaluada como la probabilidad de excedencia de un valor umbral del parámetro de movimiento elegido en un determinado emplazamiento, debido a la actividad sísmica de cada una de las zonas sismogenéticas cercanas que puedan contribuir al movimiento en dicho emplazamiento. Esta ecuación de amenaza para el conjunto de N fuentes sismogenéticas tiene la siguiente forma funcional:. Tasa anual de excedencia del nivel del movimiento Y por Terremotos que ocurren en las N fuentes.. Tasa anual de ocurrencia de terremotos a magnitud mínima Mním en la fuente i. Probabilidad de excedencia de un valor Y del parámetro de movimiento condicionada a las variable m (magnitudes), r (distancias a la fuente) y Ɛ (proporsionalidad del número de desviaciones estándar de la ecuación del modelo del movimiento). Funciones densidad de probabilidad de magnitud, distancia y desviación estándar de la ecuación del movimiento. La resolución numérica de la ecuación de la amenaza es exclusiva para un emplazamiento determinado y permite el cálculo de la probabilidad de excedencia de un nivel del movimiento específico. Por ello la eleboración de mapas de amenaza requiere la resolución previa de esta integral en multiples puntos, cubriendo el área de estudio, y para diferentes umbrales de movimiento.. 3.9 MAPAS DE AMENAZA SÍSMICA Para la región de América Central y para cada país por separado, el cálculo de la amenaza se desarrolló con el programa CRISIS 07 (Ordaz et al., 2007) en todos los puntos de una malla que cubrió toda la región, equiespaciados 0.1° en longitud y latitud, tomando el modelo de zonas sismogenéticas descrito anteriormente. Los cálculos fueron desarrollados en términos de PGA (del inglés, Peak Ground Acceleration) en roca, sin incluir el efecto local o de sitio, para periodos de retorno de 500, 1.000 y 2.500. La Figura 7 muestra el mapa de amenaza sísmica obtenido en el estudio de referencia para la región de América Central para un periodo de retorno de 500 años, que es el comúnmente utilizado por las normativas de diseño sismorresistente de edificaciones ordinarias.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 32.

(34) Figura 7. Mapa de amenaza sísmica para la región de América Central, correspondiente a un periodo de retorno de 500 años (tomada de Benito et al., 2010). Para el territorio nicaragüense, los mayores valores de PGA para todos los periodos de retorno, se encuentran en determinadas regiones de la cadena volcánica. La Figura 8 muestra el mapa de amenaza sísmica para Nicaragua correspondiente a un periodo de retorno de 500 años. Se identifican valores máximos de PGA en torno a 550 gales para zonas de la cadena volcánica, decayendo fuertemente hacia el interior del territorio.. Figura 8. Mapa de amenaza sísmica para Nicaragua, correspondiente a un periodo de retorno de 500 años (tomada de Benito et al., 2010). Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 33.

(35) En el territorio costarricense, para todos los periodos de retorno los valores más altos de PGA se localizan a lo largo de la costa pacífica del país y en zonas cercanas a ella, seguidas por el Valle Central, cuya actividad sísmica es superficial y de fallamiento local. Las zonas identificadas con mayores valores de PGA (superiores a 550 gal) son: 1) la parte noroeste de la Península de Nicoya, 2) sector enmarcado entre Tárcoles y Parrita y 3) Sector sur de la Península de Osa y Punta Burica. La Figura 9 muestra el mapa de amenaza sísmica de Costa Rica para un periodo de retorno de 500 años.. Figura 9. Mapa de amenaza sísmica para Costa Rica, correspondiente a un periodo de retorno de 500 años (tomada de Benito et al., 2010). Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 34.

(36) 4.. SISMICIDAD HISTORICA E INSTRUMENTAL DE NICARAGUA Y COSTA RICA.. A través de los años, América Central ha sido escenario de muchos desastres generados por eventos sísmicos provenientes de las distintas fuentes sismogenéticas existentes en la región. Estos desastres han impactado la integridad de sus habitantes, ocasionando millares de muertos y desaparecidos, así como pérdidas en sus producciones e infraestructura. Todas ello ha repercutido negativamente en la economía de cada uno los países de América Central. Utilizando el programa de ordenador denominado SEIS-PC de los profesores K. Nakamura y Y. Ishikawa, se ha elaborado la Figura 10, la cual muestra la ubicación de los epicentros de seismos con magnitudes entre Mw 3,0 a Mw 8,0 y con profundidades entre 0 km y 250 km; ocurridos entre los años 1940 y 2015 para la zona comprendida por Nicaragua y Costa Rica.. Figura 10. Seismos ocurridos en Nicaragua y Costa Rica, con magnitudes entre M w 3,0 y 8,0; profundidades entre 0 km y 250 km; sucedidos desde el año 1940 hasta 2015.. En Nicaragua, la amenaza sísmica se concentra principalmente en su costa pacífica, asociada con la subducción de la Placa del Coco bajo la Placa Caribe, así como a lo largo de las fallas locales existentes en la Depresión de Nicaragua y el Arco Volcánico (Frez y Gámez, 2008). La Figura 11 presenta la ubicación de los epicentros de seismos con magnitudes Mw entre 3,0 y 8,0 y con profundidades entre 0 km y 250 km, ocurridos desde el año 1940 hasta 2015 en el territorio nicaragüense.. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 35.

(37) Figura 11. Seismos ocurridos en Nicaragua y alrededores, con magnitudes entre M w 3,0 y 8,0; profundidades entre 0 km y 250 km, sucedidos desde el año 1940 hasta 2015.. La Tabla 3 presenta datos de los principales eventos sísmicos percibidos en el territorio nicaragüense, de Mw superior a 7,0 y/o intensidad epicentral IMM ≥ VIII:. Tabla 3. Eventos sísmicos percibidos en Nicaragua de Mw ≥ 7,0 y/o IMM ≥ VIII Fecha. Profundidad (km). Mw. Intensidad Epicentral. Referencia. 1528. -. -. VIII. Rojas et al., 1993. 1663. -. 7,3. VIII. Morales, 2008. 05/1844. 130. 7,1. VIII. Morales, 2008. 11/10/1885. 60. 7,0. IX. Morales, 2008. 29/04/1898. 100. 7,4. VIII. Morales, 2008. 16/02/1922. -. -. VIII. Morales, 2008. 05/11/1926. 135. 7,0. VIII. Morales, 2008. 31/03/1931. 5. 6,2. VIII. Rojas et al., 1993. 04/04/1955. 5. -. VIII. Morales, 2008. 23/12/1972. 5. 6,3. X. Algermissen et al. 1974. 01/09/1992. -. 7,6. -. INETER, 2008. Para Costa Rica, de igual manera, la amenaza sísmica se concentra principalmente en su costa pacífica, asociada con la subducción de la Placa del Coco bajo la Placa Caribe, así como alineada con el fallamiento local existente en el país (Peraldo y Montero, 1994).. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 36.

(38) De igual manera, la Figura 12, presenta la ubicación de los epicentros de seismos con magnitudes entre Mw 3,0 y 8,0 y con profundidades entre 0 km y 250 km, ocurridos entre los años 1940 y 2015 en el territorio costarricense.. Figura 12. Seismos ocurridos en Costa Rica y alrededores, con magnitudes entre Mw 3,0 a Mw 8,0; profundidades entre 0 km y 250 km, sucedidos entre los años 1940 y 2015.. A pesar de la ocurrencia del terremoto de Sámara, el día 05 de Septiembre de 2012, al frente de la península de Nicoya, así como todos los seismos menores ocurridos posteriormente, en la Figura 12 se puede notar la existencia aún de una brecha sísmica sobre esta península en Costa Rica. La Tabla 4 muestra datos de los principales eventos sísmicos percibidos en el territorio costarricense de Mw superior a 7,0 y/o intensidad epicentral IMM ≥ VIII:. Trabajo Fin de Máster Análisis Comparativo de las Normativas de Diseño Sísmico para Edificaciones de Nicaragua y Costa Rica. 37.