Análisis del comportamiento de un sismo - Implementación de software para la simulación del pro

Capítulo 3: Implementación de software para la simulación del proceso de generación de un acelerograma

3.2 Análisis del comportamiento de un sismo

Para el análisis del comportamiento de un acelerograma acorde a las características geológicas y topográficas nacional, se dispuso de los datos de referencia para establecer el patrón del espectro de respuesta del suelo A, B, C, D contenidos en la Norma Cubana NC 46: 2017. En el presente caso primó la intención de trabajar con un sismo de grado 2 para suelo de tipo B correspondiente a la zonificación sísmica nacional predominante y vigente para la provincia de Villa Clara.

Sin embargo, se tomó como muestra un sismo registrado en la estación Sísmica Río Carpintero, en la Provincia de Santiago de Cuba por no disponer de registro alguno de la región central. Los acelerogramas fueron provisto por el Servicio Sismológico Nacional de Cuba, en las coordenadas: Latitud 19.99º y Longitud -75.70º (ver figura 20). La zona donde fue registrado el siniestro posee la siguiente caracterización: compuesto por rocas intrusivas (granitos) y rocas magmáticas correspondientes a la Asociación Estructuro Formacional

(A.E.F) del arco insular volcánico del Paleógeno. Esta descripción se corresponde al suelo A de la propuesta de norma cubana (NC 46: 2017).

Figura 20: Lugar donde fue registrado el sismo: Estación Sísmica Río Carpintero, Santiago de Cuba.

Como datos patrón fue representado el espectro de respuesta del suelo A y B (ver figura 21) según los criterios de la NC 46: 2017. Esto permite establecer los valores de límites máximo a los cuales el suelo vibra, como invariante de que las frecuencias generadas en los nuevos sismos virtuales (entiéndase sismos sintéticos) no deberá ser superior al valor de la norma por condiciones físico-geológicas de la zona.

Inicialmente se procede a visualizar los dos registros de los acelerogramas obtenidos como datos iniciales para la presente investigación (ver figura 22), luego se procede a una revisión detallada del registro para verificar la calidad de la fuente de datos obtenida, según se detalla en los siguientes pasos:

1. Verificar que el registro de datos esté completo: en este aspecto se afirma que el registro de datos del sismo está completo.

Figura 21: Representación de los espectros de respuesta según la NC 46: 2017: Suelo A y B. 2. Inspección del proceso de amortiguación de la señal: en el registro se identifica que el

sensor registra correctamente los datos al inicio, dado que las vibraciones son prácticamente cero hasta que comienza a oscilar. Al concluir el registro se observa un ruido que persiste aun después de haber terminado el siniestro, incluso sus réplicas. Este error instrumental implica que el suelo debería estar vibrando aun cuando físicamente no es así. Por tanto, al extraer las frecuencias tipo generadas durante la ocurrencia del sismo, serán obtenidos datos falsos correspondientes a vibraciones registradas cuando físicamente el suelo estaba en reposo. De aquí que se requiere de un proceso más complejo de filtrado de la señal para corregir este ruido, quedando este aspecto fuera del alcance y contenido del presente trabajo de diploma.

3. Continuidad de inicio a fin del acelerograma registrado: el registro es continuo y se identifican los momentos más críticos del sismo (valores máximos de aceleración) con una tendencia a infinito al final del registro porque no se amortigua la señal y continúa vibrando/oscilando el registro, elemento este que fue previamente comentado en el acápite anterior.

Figura 22: Acelerograma de dos sismos reales registrados en la Estación Sísmica Río Carpintero, Santiago de Cuba.

A pesar de los errores instrumentales detectados y las implicaciones técnicas que se evidencian en los comentarios previos, se decide obtener el registro de las frecuencias de cada uno de estos sismos para poder conformar el patrón de las frecuencias (ver figura 23) para la generación sintética de tres sismos con el software Aceleros y sus respectivos acelerogramas (ver figura 24), para ver si estos sismos son aplicables al análisis de la región central.

Figura 23: Espectro de respuesta de los sismos sintéticos.

Figura 24: Acelerograma de los tres sismos sintéticos generados con el software Aceleros.

Luego de tener los registros conformados se procede a verificar la calibración de los espectros obtenidos (ver figura 25). En este caso se decide descartar técnicamente los registros sintéticos obtenidos por no cumplir con los criterios establecidos por la NC 46: 2017.

Figura 25: Verificación de los espectros según la NC 46: 2017y los registros de los sismos sintéticos calculados.

A pesar de ser descartados como datos para ser utilizados en la evaluación y diseño de estructuras, se considera válido realizar las siguientes acotaciones:

1. En la revisión de los datos, el suelo en el que registraron los sismos es suelo A y los parámetros de comparación que fueron considerados fue para suelo B, C, D y E, por lo que fue necesario estimar los parámetros del suelo A.

2. Al realizar una comparación para el suelo A se implica un sobre diseño para poder adecuarla a la curva o calibrarla por debajo de la curva de la normal según diseño requerido por la NC 46: 2017, elemento este que técnicamente implica el descarte inmediato por cuestiones económicas (se encarece mucho el diseño) y ejecutivamente se hace muy complejo. Además, la norma recomienda realizar un diseño máximo con tres grados por encima del valor de zonificación en la que se encuentra geográficamente la obra, limitando los casos de análisis para las zonas de la tres a la cinco con un grado por encima de la zonificación como máximo.

Este elemento implica que al cruzar la curva patrón registra una grieta o falla del suelo o que se alcanza un estado de resonancia cuando la curva continúa vibrando con una tendencia al infinito.

3. Los sismos sintéticos si sirven, pero para ser utilizados en la región oriental, en características de condiciones de montañas, laderas y rocas ígneas que afloran en el

macizo de la sierra maestra, a diferencia de la referencia patrón de suelo de arcilla y roca madre zeolitizada que es característica de la región central.

4. Se requiere de un pre-procesamiento previo para el filtrado y reducción de ruidos según los criterios comentados en párrafos anteriores. Dado esto por el elemento técnico de la no amortiguación del sistema de registro que implica un error instrumental ajeno a la voluntad del investigador.

5. A pesar de poseer criterios técnicos contradictorios se decidió respetar las características geomorfológicas de la geografía en la que ocurre el siniestro y por ende al no poder eliminar los errores contenidos en el acelerograma, los registros de frecuencias son contradictorios, elemento este que no niega la validez metodológica del presente trabajo.

6. Al no disponer de más registros nacionales para poder establecer datos de patrón libre del error instrumental, se opta por presentar y discutir como caso negativo los resultados alcanzados en la presente investigación con los aportes realizado en el proceso de reformulación y adecuación del proceso de generación de sismos sintéticos para el territorio nacional, siendo aprovechada solo los valores picos y de los registros, aspecto este que no está contenido en la NC 46: 2017 y actualmente constituye una carencia para las empresas de diseño, por lo que se hace necesario recurrir a normas extranjeras que no consideran las particularidades geográficas nacionales.

Conclusiones del Capítulo 3

- Se ha hecho una descripción detallada de los objetivos del manual de referencia del programa computacional Aceleros para el tratamiento de acelerogramas en sus dos variantes, a partir de un sismo o partiendo de un espectro de respuesta.

- En el procesamiento de los datos con el software Aceleros se pudo detectar que el espectro de respuesta del sismo registrado por la estación de Río Carpintero no amortiguan debido a un error instrumental del acelerógrafo que captó la señal sísmica. - Los sismos sintéticos generados con el software Aceleros son descartados en el análisis de la región central pues no corresponden al tipo de suelo del centro. En cambio estos sismos sirven para ser utilizados en suelos con características de condiciones de montañas, laderas y rocas ígneas que afloran en el macizo de la Sierra Maestra, o sea, en el Oriente del país.

Conclusiones Generales

- Se constató la utilidad de dividir el territorio nacional para su estudio en zonas sísmicas y tipos de suelos de modo que se pueda realizar un mejor análisis de las construcciones y el comportamiento sísmico en dichos lugares.

- El método seleccionado para la generación eficiente de acelerogramas sintéticos fue el Método de Ajuste Espectral en el dominio del tiempo, pues reúne todos los requisitos para la generación de acelerogramas sintéticos, cumpliendo este con los principios de la geofísica y es más factible aplicarlo a la ingeniería sismo-resistente. - Los algoritmos de generación de un espectro de respuesta analizados persiguen los

mismos objetivos; en cambio el algoritmo 1 resulta más eficiente para alcanzar la solución del problema debido a la forma matricial que este utiliza para realizar la generación de un espectro de respuesta.

- Se utilizó el software Aceleros para el tratamiento de acelerogramas en sus dos variantes, a partir de un sismo o partiendo de un espectro de respuesta. Los datos procesados por este software permitieron determinar si los sismos amortiguan o no. En la investigación se procesaron los datos recogidos en la estación sismológica de Río Carpintero ubicada en Santiago de Cuba.

Recomendaciones

- Adaptar el software para mayor exactitud a los diversos aspectos de la NC 46: 2017 pues el mismo tiene actualmente ciertas limitaciones, en particular con relación al uso de los porcientos y que no genera sismos con más de 6 000 puntos.

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