VII Congreso Chileno de Geotecnia

Transcripción

1 INFLUENCIA DEL PARÁMETRO VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS DE CORTE EN EL SUELO COMO PREDICTOR DE LA AMPLIFICACIÓN SÍSMICA Natalia Escobar Aguilera Universidad Central de Chile El Decreto 61 que modifica la norma Nch433 en lo relativo a clasificación de suelo, usa como parámetro fundamental la velocidad de onda de corte Vs30, e incluso cuando son monótonamente creciente, clasificar en una categoría inferior sin requerir exploración adicional, ni considerar la profundidad de la roca ni las propiedades de los materiales que existen entre la roca y superficie. En este documento se concluye que la velocidad de onda de corte promedio de los 30 metros superiores, no es un indicador de amplificación sísmica del suelo como tampoco permite predecir el período a la que se encuentra el peak de aceleración. 1. INTRODUCCIÓN Las ondas sísmicas viajan desde la roca basal hacia la superficie. Al atravesar los diferentes estratos de suelo, la amplitud y período es modificado. Este fenómeno es conocido como amplificación sísmica y puede modificar substancialmente el movimiento en campo libre. El presente estudio analiza los registros sísmicos y mediciones de velocidad de onda de corte de los sitios que presentaron la mayor intensidad en el sismo ocurrido en Japón el 11 de Marzo del 2011, específicamente en la costa del Pacífico en la región de Tōhoku ya que es la información más completa que se tiene de un sismo y al igual que Chile es un fenómeno de subducción de placas. Se analizan los registros sísmicos y datos de velocidad de ondas de corte. Lo que se muestra a continuación es el análisis espectral, los sitios clasificándolos según Vs30 y cálculo de la amplificación sísmica, también clasificada mediante Vs30. Para ello se solicitó autorización para descargar esta información a los administradores de la página 2. METODOLOGÍA Se analizó el sismo ocurrido en Japón utilizando la base de datos de KiK-net, (NIED, 2011), donde se encuentra información de 525 sitios con registros sísmicos, de los cuales sólo se eligieron 52, correspondientes a los que presentaron mayor intensidad. Estos sitios cuentan con registros a nivel de superficie y a nivel de roca. Para comenzar con el desarrollo y análisis espectral se calcula Vs30 de cada estación escogida, para así agruparlos por familias de velocidades (en tramos de , , , , , y 450 y más m/s), calculando el promedio que existe entre ellos. En el Decreto Supremo 61, Vs30 se define como velocidad de onda de corte promedio de los 30 m superiores del terreno, siendo calculada de la siguiente manera, Donde V s, en m/s, es la velocidad de ondas de corte de cada estrato y h i, en m, es el espesor de cada estrato. A las diferentes tipologías de suelo, se asocia un rango de velocidad de onda de corte, las que se muestran a continuación en la Tabla 2.1. (2.1)

2 TABLA 2. 1 Clasificación sísmica del terreno de fundación según Decreto Supremo 61 Suelo Tipo (m/s) RQD (MPa) (golpes/pie) (MPa) A Roca y suelo cementado % ( 10 B Roca blanda o fracturada, suelo denso muy denso o muy firme 500 ( 0,40 50 C Suelo denso o firme 350 0,30 40 D E Suelo medianamente denso o firme Suelos de compacidad o consistencia mediana , ,05 F Suelos especiales * * * * * Se confeccionan espectros de aceleración como espectros de desplazamiento para analizar tendencias. Finalmente se calcula la amplificación de cada sitio. En este estudio se analizan los espectros de aceleración y desplazamiento diferenciados por familias de Vs30 para ver si existe correlación entre Vs30 y el peak de aceleración, como los efectos de amplificación. Cabe mencionar que expresamente no se incorporó en el análisis la estratigrafía de los sitios analizados, ya que las normas internacionales de diseño sísmico y específicamente el Decreto 61 no lo hace, y permite utilizar el Vs30 como parámetro principal sin mayor exploración para el caso de que la velocidad sea monótonamente creciente. En opinión de esta autora, este aspecto en la normativa es posible mejorarlo de forma importante considerando la profundidad a la que se encuentra la roca, el periodo natural del suelo y las propiedades dinámicas del suelo que existe entre la roca y la superficie. 3. DESARROLLO DEL ESTUDIO 3.1 ACELERACIÓN Se muestra a continuación cada familia de Vs30 y sus sitios correspondientes a ellas (m/s) (m/s) (m/s) (m/s) (m/s) (m/s) 450 y más (m/s) Estación Vs30 Estación Vs30 Estación Vs30 Estación Vs30 Estación Vs30 Estación Vs30 Estación Vs30 IBRH MYGH IBUH IBRH MYGH TCGH IBRH IBRH FKSH YMTH MYGH SITH IWTH IWTH TCGH AOMH FKSH TCGH IWTH AKTH AOMH YMTH KNGH YMTH IWTH IBRH FKSH IWTH TCGH SITH TKCH FKSH IBRH AKTH IBRH IWTH FKSH FKSH FKSH IBRH TCGH FKSH08 563

3 MYGH TCGH FKSH FKSH MYGH IBRH IWTH MYGH IWTH MYGH A continuación se muestran los gráficos de espectros de algunas estaciones en superficie para las distintas familias de rangos de Vs30. FIGURA Espectros de aceleración en superficie componente Norte-Sur y Este-Oeste para familia de Vs30 entre 100 y 200 m/s FIGURA Espectros de aceleración en superficie componente Norte-Sur y Este-Oeste para familia de Vs30 entre 200 y 250 m/s FIGURA Espectros de aceleración en superficie componente Norte-Sur y Este-Oeste para familia de Vs30 entre 250 y 300 m/s

4 FIGURA Espectros de aceleración en superficie componente Norte-Sur y Este-Oeste para familia de Vs30 entre 300 y 350 m/s FIGURA Espectros de aceleración en superficie componente Norte-Sur y Este-Oeste para familia de Vs30 entre 350 y 400 m/s FIGURA Espectros de aceleración en superficie componente Norte-Sur y Este-Oeste para familia de Vs30 entre 400 y 450 m/s FIGURA Espectros de aceleración en superficie componente Norte-Sur y Este-Oeste para familia de Vs30 para 450 m/s y más A continuación se muestran gráficos de aceleración confeccionados por familia de Vs30 donde se calcula un espectro promedio de las estaciones los cuales se muestran en las Figuras y utilizando escala logarítmica en el eje de las abscisas para una mejor visualización.

5 FIGURA Espectro de aceleración promedio en superficie componente Norte-Sur FIGURA Espectro de aceleración promedio en superficie componente Este-Oeste Para visualizar más claramente que no hay cierto orden con respecto a los peak de aceleración y los tipos de suelos, se tiene la siguiente Tabla TABLA Peak de aceleración para las componentes Norte-Sur y Este-Oeste para cada familia de Vs30 Vs30 Norte-Sur Peak Aceleración Vs30 Este-Oeste Peak Aceleración , , , , , , , , , , , , y más 1, y más 1,6523 Como se puede apreciar, entre las figuras y correspondientes a los gráficos de cada familia y las figuras y correspondientes a los valores promedio de cada familia, los peak de aceleración no muestran una tendencia en cuanto a amplificación ni a periodo en el cual se encuentra la aceleración máxima. Luego, para confeccionar los espectros de aceleración normalizados se toma como indicador la razón de la aceleración espectral máxima (Sa) máx./(sa)o. Al igual que lo anterior se confeccionan espectros para los registros que se obtuvieron en acelerómetros ubicados en la superficie. No se muestran gráficos de los sitios correspondientes a cada familia por un tema de extensión del documento, pero como se puede apreciar en las figuras y , al igual que los

6 espectros promedio sin normalizar, no se aprecia una tendencia en la amplificación como en el periodo en que se encuentra el peak de aceleración. En la tabla se da a conocer en qué período se produce el peak de aceleración de cada familia de Vs30. FIGURA Espectro de aceleración normalizada promedio en superficie componente Norte-Sur FIGURA Espectro de aceleración normalizada promedio en superficie componente Este- Oeste TABLA Periodo en el cual se produce peak de aceleración normalizada para las componente Norte-Sur y Este-Oeste para cada familia de Vs30 Vs30 Norte-Sur Periodo (seg) Lugar Vs30 Este-Oeste Periodo (seg) Lugar , , , , , , , , , , , , y más 0, y más 0,17 2 Lo mismo ocurre en los espectros de aceleración normalizados, no se aprecia un cierto orden que uno pudiese esperar. 3.2 DESPLAZAMIENTO A continuación se muestran gráficos de desplazamientos confeccionados por familia de Vs30 donde se calcula un espectro promedio de las estaciones los cuales se muestran en las Figuras y

7 FIGURA Espectro de desplazamiento promedio en superficie componente Norte-Sur FIGURA Espectro de desplazamiento promedio en superficie componente Este-Oeste Para el caso de los espectros de desplazamiento, el gráfico muestra que las familias con menores Vs30 registran un mayor desplazamiento que las familias con mayor Vs AMPLIFICACIÓN Para calcular la amplificación de cada estación se evaluó la razón del registro de aceleración en la superficie por sobre la aceleración en roca. Luego se agrupó en familias de Vs30 y se calculó el promedio, resultando lo siguiente entre las Figuras y FIGURA Amplificación componente Norte-Sur y Este-Oeste en superficie para familia de Vs30 entre 100 y 200 m/s

8 FIGURA Amplificación componente Norte-Sur y Este-Oeste en superficie para familia de Vs30 entre 200 y 250 m/s FIGURA Amplificación componente Norte-Sur y Este-Oeste en superficie para familia de Vs30 entre 250 y 300 m/s FIGURA Amplificación componente Norte-Sur y Este-Oeste en superficie para familia de Vs30 entre 300 y 350 m/s FIGURA Amplificación componente Norte-Sur y Este-Oeste en superficie para familia de Vs30 entre 350 y 400 m/s

9 FIGURA Amplificación componente Norte-Sur y Este-Oeste en superficie para familia de Vs30 entre 400 y 450 m/s FIGURA Amplificación componente Norte-Sur y Este-Oeste en superficie para familia de Vs30 entre 450 y más m/s A continuación se muestran gráficos de amplificación confeccionados por familia de Vs30 donde se calcula un espectro promedio de las estaciones, los cuales se muestran en las Figuras y utilizando escala logarítmica en el eje de las abscisas para una mejor visualización. Dentro de cada familia se observa que la amplificación máxima tiene una gran variabilidad y además se observa que las familias de Vs30 altos presentan una gran amplificación, por lo que se concluye que el Vs30 por sí solo no es un buen predictor de la amplificación sísmica. FIGURA Amplificación promedio componente Norte-Sur

10 FIGURA Amplificación promedio componente Este-Oeste Al comparar los promedios de amplificación de cada familia, se concluye que no existe una correlación entre Vs30 y amplificación. 4. CONCLUSIONES En cuanto a aceleraciones, al visualizar los gráficos se observa un comportamiento aleatorio y que no existe ninguna correlación con Vs30, como también que dentro de cada familia no existe un comportamiento uniforme en las aceleraciones máximas ni en los periodos en los que se produce estas aceleraciones. Si se compara los valores de una de estas familias con otras familias, los valores de los peak de aceleración son tan aleatorios que no se observa un comportamiento de estos espectros en relación a su Vs30. Para el caso de los espectros de desplazamiento, el gráfico muestra que las familias con menores Vs30 registran un mayor desplazamiento que las familias con mayor Vs30, lo cual representa la realidad. En cuanto a amplificación, dentro de cada familia se observa una gran variabilidad y además de los gráficos se concluye que las familias de Vs30 altos presentan una gran amplificación. Del análisis presentado se puede concluir que el parámetro Vs30 no es suficiente para estimar cualitativamente los efectos de amplificación de un sismo para una determinada clasificación sísmica de suelos según el DS61. Es esperable que se podría realizar esta estimación considerando el período natural del suelo, profundidad de la roca, curva de degradación de distintos estratos, impedancias, densidad de los materiales, entre otros. Lo que se espera de este estudio es saber qué pasa si se compara los espectros de los registros de las estaciones sísmicas, qué relación hay entre peak de aceleración y las propiedades del suelo, tomando como parámetro clave el Vs30 y saber si existe alguna relación entre Vs30 y la amplificación sísmica Se espera que estos resultados entreguen antecedentes para mejorar clasificación sísmica del suelo. la normativa de la REFERENCIAS NIED (2011). National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention. Norma Chilena NCh433 of Diseño Sísmico de Edificios. Instituto Nacional de Normalización, Santiago Decreto Supremo N 61 (2011). Reglamento que fija el diseño de sísmico de edificios. Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, Santiago