4.6 — Intensidad del sismo
SAN JOSE DEL GUANEIVA
POPAYAN VILLAVICENCIO IBAGUE X IX VIII VII VI V IV III
Figura 4-6 - Mapa de isosistas del sismo colombiano del 18 de Octubre de 1992
4.8 — Acelerogramas
4.8.1 — Acelerógrafos de movimiento fuerte
Para efectos de ingeniería la información producida por los sismogramas tiene poco interés fuera de su utilización en estudios de amenaza sísmica, pues permiten definir la localización y magnitud de los eventos sísmicos que se incluyen en los catálogos. Por está razón se desarrolló otro tipo de instrumentos llamados acelerógrafos de movimiento fuerte, como el mostrado en la Figura 4-9(a). Existen diversas clases de ellos. Hay instalados en el mundo una gran cantidad del tipo mostrado en la Figura 4-9(a), el cual registra sobre papel fotográfico. Recientemente se han popularizado instrumentos que registran digitalmente la señal recibida, como el mostrado en la Figura 4-9(b).
(a) (b) Figura 4-9 - Acelerógrafos de movimiento fuerte
En general el acelerógrafo consta de una serie de componentes dentro de los que se cuentan: un disparador que activa el instrumento al detectar que está ocurriendo un movimiento con aceleraciones mayores de un valor determinado o umbral de disparo, un grupo de tres péndulos que pueden oscilar en dos direcciones horizontales ortogonales y en dirección vertical, un medio de registro de las oscilaciones
de los péndulos, ya sea fotográfico o digital y por último un reloj que marca de una manera precisa el tiempo que transcurre durante el registro de la señal. A diferencia de los sismógrafos, los acelerógrafos están diseñados para registrar aceleraciones muy altas. Por esta razón son los instrumentos adecuados para registrar las aceleraciones del terreno durante la ocurrencia de un sismo fuerte.
4.8.2 — Registros acelerográficos
El registro obtenido por el acelerógrafo se denomina acelerograma y corresponde a los valores de aceleración horizontal del terreno medidos en dos direcciones horizontales ortogonales y los valores de la aceleración vertical. El acelerograma se digitaliza cuando se registra en papel fotográfico y se corrige para una serie de errores producidos por la misma digitalización así como para tener en cuenta el hecho de que se pierde parte de la información inicial mientras el mecanismo de disparo del acelerógrafo activa su funcionamiento. En [Hudson, 1979] se describen en detalle estos procesos de corrección.
Temblor de México - Registro "SCT1 - Secretaria de Transporte" - Sep. 19/85 - Comp. E-W Acel. máx. del terreno = 0.171g
-0.4g 0.4g
Temblor de Miyagi-Ken-Oki, Japón - Registro "Tohoku University, Sendai" - Junio 12/78 - Comp. N-S Acel. máx. del terreno = 0.263g
-0.4g 0.4g
Temblor de Chile - Registro "Viña del Mar" - Marzo 3/85 - Comp. N-S Acel. máx. del terreno = 0.363g
-0.4g 0.4g
Acel. máx. del terreno = 0.629g
-0.4g 0.4g
Temblor de San Fernando, Cal. - Registro "Castaic Old Ridge"- Febrero 9/71 - Comp. N21E Acel. máx. del terreno = 0.316g
-0.4g 0.4g
Temblor del Imperial Valley, Cal. - Registro "El Centro" - Mayo 18/40 - Comp. S00E Acel. máx. del terreno = 0.348g
-0.4g 0.4g
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Tiempo (s)
Temblor de Loma Prieta, Cal. - Registro "Corralitos" - Octubre 17/89 - Comp. N-S
Figura 4-10 - Acelerogramas de algunos sismos importantes
En la Figura 4-10 se muestran los acelerogramas de seis sismos importantes, cuya descripción es la siguiente:
El Centro - Corresponde a la componente N-S del registro tomado en El Centro, California, del temblor
del Imperial Valley, de Mayo 18 de 1940. Tiene una aceleración horizontal máxima del 34.8% de la gravedad. Fue por muchos años el registro acelerográfico más fuerte, tomado cerca de la falla que lo causó, de que se disponía en el mundo. Está registrado en un sitio donde hay cerca de 300 m de aluvión denso entre la superficie del suelo y la roca.
Castaic - Componente N21°E del registro tomado en Castaic Old Ridge Route, del temblor de San
Fernando, California, del 9 de Febrero de 1971. Tiene una aceleración horizontal máxima del 31.6% de la gravedad.
Corralitos - Registro tomado en Corralitos, localizado en el Eureka Canyon, del temblor de Loma Prieta,
California, del 17 de Octubre de 1989. Tiene una aceleración horizontal máxima del 62.9% de la gravedad.
Viña del Mar - Registro tomado en Viña del Mar del temblor de Chile de Marzo 3 de 1985. Tiene una
aceleración horizontal máxima del 36.3% de la gravedad. Corresponde a un registro típico de la zona de subducción de la costa del Pacífico de Suramérica.
Miyagi - Registro tomado en Sendai, Japón, del sismo de Miyagi-Ken-Oki, Japón, del 12 de Junio de
1978. Tiene una aceleración horizontal máxima del 26.3% de la gravedad.
México - Registro tomado en la Secretaría de Transporte de la ciudad de México D. F., del temblor de
México del 19 de Septiembre de 1985. El temblor se originó en el Océano Pacífico cerca al estado de Michoacán, a más de 400 km de distancia de la Ciudad de México. Tiene una aceleración horizontal máxima del 16.1% de la gravedad. Corresponde a un registro tomado en la superficie de un valle donde hay depósitos de arcilla entre la roca y la superficie, los cuales amplificaron la onda sísmica.
Es importante hacer notar las características aleatorias de los movimientos registrados, así como las diferencias importantes entre los acelerogramas registrados en suelo blando, como son el de Miyagi y el de Ciudad de México, en comparación con los registrados en roca o aluvión, como son El Centro, Castaic, Corralitos y Viña del Mar.
4.8.3 — Definición de los movimientos máximos del terreno
Si un acelerograma se integra contra el tiempo, se obtiene el registro de las velocidades que describió el terreno durante el sismo; y si se integra nuevamente se determinan los desplazamientos del terreno.
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 0 10 20 30 40 50 60 Aceleración del terreno (m/s2) -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 10 20 30 40 50 60 Velocidad del terreno (m/s) -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0 10 20 30 40 50 60 tiempo (s) Desplazamiento del terreno (m)
Figura 4-11 - Temblor del Imperial Valley, “El Centro” - Mayo 18 de 1940 - Movimientos máximosdel terreno: Ate = 3.417 m/s²,Vte = 0.334 m/s yDte = 0.109 m
En la Figura 4-11 se muestra para el temblor de El Centro de Mayo 18 de 1940, el registro original de aceleraciones, el de velocidades del terreno, que se obtuvo al integrar el de aceleraciones y el de desplazamientos del terreno, que a su vez proviene de integrar el de velocidades del terreno. En los gráficos se han marcado los máximos para la aceleración del terreno (Ate = 3.417 m/s², equivalente a
La relación que puede existir entre estos tres parámetros ha sido estudiada desde hace algún tiempo. En [Newmark, 1968] y [Newmark, 1969], N. M. Newmark indicaba que la siguiente relación era siempre válida: Dte Ate >Vte 2 (4-2) y que en general: D A V a te te te 2 ≈ (5 15) (4-3)
Estudios posteriores realizados por B. Mohraz, [Mohraz, 1976], para diferentes tipos de suelo, indican las relaciones entre los diferentes movimientos máximos del terreno, evaluadas en la media estadística, dadas en la Tabla 4-5.
Tabla 4-5 - Relaciones entre los movimientos máximos del terreno
Tipo de suelo Vte/Ate
(m/s)/g AteDte/(Vte)2 D(m/ g) te/Ate
Roca 0.61 5.3 0.20
Menos de 9 m de aluvión sobre la roca 0.76 4.5 0.28
De 9 a 60 m de aluvión sobre la roca 0.76 5.1 0.30
Mas de 60 m de aluvión 1.22 3.9 0.58
B. Seed, [Seed y Idriss, 1982], indica que a pesar de que los valores de Vte/Ate varían con la distancia al
lugar de ocurrencia del sismo, para distancias menores de aproximadamente 50 km, los siguientes valores, en (m/s)/g son representativos: 0.55 para roca, 1.10 para depósitos de suelos rígidos de profundidad menor a 60 m, y 1.35 para depósitos de suelos rígidos con mas de 60 m de profundidad. Más adelante, en los Capítulos 6 y 7 se verá que los movimientos sísmicos de diseño se definen en función de estimativos de los movimientos máximos del terreno.
4.8.4 — Efecto de las condiciones locales del suelo
El efecto de los sismos se ve influenciado enormemente por las características locales del suelo, en la zona afectada. Dentro de estos efectos se cuentan grandes avalanchas o deslizamientos, como la que produjo el sismo de Páez en Colombia, del 6 de Junio de 1994, en el cañón del río Páez en el Huila. En aquellos casos en los cuales el suelo consiste en material granular suelto, el movimiento cíclico del sismo tiende a compactarlo, lo cual conduce al desarrollo de exceso de presión de poros lo cual, a su vez, puede causar licuación del suelo. Este fenómeno se observó en los márgenes de los ríos cercanos al epicentro, durante el sismo de Murindó el 18 de Octubre de 1992.
Por otro lado, desde hace mucho tiempo se sabe que la estratigrafía del suelo en el lugar tiene una influencia importante en los daños observados. Solo en la medida que se tuvo mayor cantidad de acelerógrafos en lugares cercanos al epicentro, fue posible observar las variaciones en los acelerogramas, dependiendo de las condiciones del suelo subyacente en el sitio del acelerógrafo. La rigidez del suelo y sus características de amortiguamiento, así como la magnitud del sismo y su distancia hipocentral, tienen gran influencia. Un caso clásico de este tipo de fenómenos es la enorme amplificación de las ondas sísmicas en el valle donde se encuentra localizada Ciudad de México, como se muestra en la Figura 4-10, en el registro del sismo del 19 de Septiembre de 1985.
Las variaciones que se presentan, a partir de los movimientos registrados en roca, consisten en una amplificación de las ondas sísmicas con frecuencias de vibración similares a las dominantes del depósito de suelo; un aumento en la duración del sismo; y un aumento de las aceleraciones, velocidades y desplazamientos observados.
A modo de ejemplo de las variaciones que se pueden obtener, en la Figura 4-12 se muestran tres registros del sismo del 19 de Enero de 1995 en Tauramena, Casanare, Colombia, todos ellos obtenidos
por la Red Simológica Nacional de Colombia. El sismo de Tauramena tuvo una magnitud mb de 6.5, fue
localizado en las coordenadas 5.01° N y 74.08° W, y tuvo una profundidad de alrededor de 15 km.
-0.075 -0.050 -0.025 0.000 0.025 0.050 0.075 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Aceleración (g) -0.075 -0.050 -0.025 0.000 0.025 0.050 0.075 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Aceleración (g) -0.075 -0.050 -0.025 0.000 0.025 0.050 0.075 0 10 20 30 40 50 60 70 80 tiempo (s) Aceleración (g)
Presa San Rafael - La Calera (Cund.)
El Rosal (Cund.)
Bogotá D. C. - Sede Ingeominas - Carrera 30 x Calle 53
max 0.064 g max 0.018 g
max 0.015 g
Figura 4-12 - Registros acelerográficos del sismo de Tauramena de Enero 19 de 1995.
El primer registro fue obtenido en la población de La Calera, al oriente de Bogotá. El acelerógrafo está instalado en roca en uno de los túneles de la presa de San Rafael. La distancia del instrumento al epicentro es de 134 km. El segundo registro, se obtuvo en la población de El Rosal, localizada en el costado occidental de la Sabana de Bogotá. El instrumento está instalado también en roca y su distancia al epicentro es de 156 km. El tercer registro se obtuvo en la sede de Ingeominas en la ciudad de Bogotá (Carrera 30 con Calle 53). En este lugar el suelo está caracterizado por un depósito de arcilla de un poco más de 180 m de espesor. La capa superficial está preconsolidada en su primeros 3 a 5 m, con resistencias relativamente buenas, debajo de la cual se encuentra la arcilla normalmente consolidada de muy baja resistencia en la parte superior, pero con aumento de la resistencia con la profundidad. Es importante notar la amplificación de las aceleraciones máximas del terreno, y el cambio en el contenido frecuencial de los registros. En [Yamín y Ojeda, 1995], [Espinosa, 1995] se presenta información para el caso específico de Bogotá, respecto a la amplificación sísmica que producen sus suelos. Recientemente se concluyó la microzonificación de la ciudad de Bogotá [Ingeominas y Universidad de los Andes, 1997], en la cual se tipifican desde este punto de vista los suelos de la ciudad, y se dan espectros de diseño para las diferentes zonas.
4.8.6 — Tipos de temblores según el acelerograma
Los registros acelerográficos, varían para eventos producidos por diferentes fuentes sismogénicas, e inclusive para sismos producidos por la misma falla. Un ejemplo de esto es el caso de “El Centro” en California, allí se tienen registros acelerográficos de eventos ocurridos en 1934, 1940 y 1979. Aunque los tres eventos fueron producidos por la misma falla, los tres tienen aceleraciones máximas del terreno diferentes y duraciones diferentes.
Newmark y Rosenblueth, [Newmark y Rosenblueth, 1971], clasifican los temblores de la siguiente manera, según su acelerograma: