amplificacion sismica

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos

AMPLIFICACION DE ACELERACIONES SISMICAS POR EFECTOS DE SITIOCOMPARACIN DE LOS ESPECTROS DE RESPUESTA CALCULADOS EN LA ESTACION ACELEROGRFICA SCT, CON LOS ESPECTROS DE RESPUESTA CALCULADOS UTILIZANDO EL PROGRAMA EDUSHAKE Y EL REGISTRO DE ACELERACIONES DE CU PARA UN DEPSITO EN SCT- DIRECCION N-S

ContenidoINTRODUCCIN OBJETIVOS DESARROLLO DATOS UTILIZADOSVariacin del modelo con diferentes espesores del depsito

Modelo utilizando varios estratosModelo de comparacin

RESULTADOS Modelo de un solo estrato arcilla de altura H=35m Modelo con una estratigrafa detallada Modelo de un solo estrato variando el espesor del mismo. CONCLUSIONES Bibliografa Anexos


COMPARACIN DE LOS ESPECTROS DE RESPUESTA CALCULADOS EN LA ESTACION ACELEROGRFICA SCT, CON LOS ESPECTROS DE RESPUESTA CALCULADOS UTILIZANDO EL PROGRAMA EDUSHAKE Y EL REGISTRO DE ACELERACIONES DE CU PARA UN DEPSITO EN SCT- DIRECCION N-S 1. INTRODUCCION

La ciudad de Mxico sufri severos daos durante el sismo del 19 de septiembre de 1985, esto debido al tipo de suelo, la magnitud y duracin del sismo (M = 8.1, t = 1 minuto, distancia epicentral = 350 km.), cabe mencionar que los daos fueron concentrados en el centro de la ciudad, en el antiguo lago de Texcoco, zonificada como la zona de lago. Esta zona se caracteriza por depsitos de arcillas blandas con una Vs = 75 m/s, con espesores entre 35 y 40 m. y soportados por una capa de arena rgida; por estas caractersticas el perodo fundamental de vibracin del depsito, para ondas de cortante que se propagan verticalmente, es de 2 segundos. El tiempo de duracin del sismo fue determinante para la intensidad de los daos registrados. Se confirm que la destruccin fue debida a una gran amplificacin de la incidencia de las ondas ssmicas en la zona del lago causado por el efecto de la doble resonancia (Rosenblueth et al, 1986).

Durante este evento, se obtuvieron registros de aceleraciones de cuatro estaciones, tres ubicadas en la zona de lomas (CU (anexo1)) y una en la zona de lago (SCT (anexo2)). En el sitio ubicado en la UNAM, la mxima aceleracin horizontal promedio fue del orden de 0.03g, y la mxima aceleracin espectral (para un amortiguamiento del 5%) fue alrededor de 0.10g para un perodo entre 1 y 2 segundos. En contraste, en el sitio ubicado en SCT la aceleracin mxima fue de 0.14g para un periodo de 2 segundos con una aceleracin espectral mxima promedio de 0.75g.

2.

OBJETIVOS

En este trabajo se desea investigar si utilizando el programa EDUSHAKE se obtiene la misma respuesta generada por el registro de aceleraciones en el sitio cumpliendo con los siguientes objetivos:

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos 1) Calcular el espectro de aceleraciones en un depsito de arcilla representativo en SCT, a partir del registro de aceleraciones obtenido mediante tres acelergrafos CU durante el sismo del 19 de septiembre de 1985: a) Utilizando un modelo con un solo estrato (H=35 m). b) Variando el espesor del modelo de un solo estrato (H=10m, 20m, etc) c) Usando un modelo ms detallado que incluya varios estratos.

2)

Comparar los espectros obtenidos con los modelos de un solo estrato y de varios estratos, con el espectro de aceleraciones calculado a partir del registro de aceleraciones de la estacin SCT.

3.

DESARROLLO:

Para desarrollar este trabajo se utiliz el programa de computadora EDUSHAKE, el cual sirve para calcular la respuesta ssmica, utilizando el mtodo equivalente lineal. El programa tiene como datos de entrada las caractersticas estratigrficas del sitio seleccionado y un registro de aceleraciones obtenido en un afloramiento de suelo firme, el cual se coloca como una excitacin en la base del perfil en estudio. Con lo anterior se obtiene como resultado el espectro de respuesta de aceleraciones en superficie, para un amortiguamiento determinado (en este caso fue de 5%).

4.

DATOS UTILIZADOS.

4.1 MODELO DE UN SOLO ESTRATO H=35M. La obtencin del espectro de respuesta de aceleraciones, para un modelo de un solo estrato, se obtuvo tomando en cuenta los siguientes parmetros: Profundidad del depsito: Velocidad de onda de corte: Peso volumtrico del suelo: H = 35m Vs = 75 m/s = 1.12 t/m3

Los parmetros dinmicos del suelo de la ciudad de Mxico, G/Gmx (figura 1) y la relacin de amortiguamiento, (figura 2), se desglosan en la siguiente tabla:

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos TABLA 1 Valores G/Gmx y Amortiguamiento para valores de Deformacin Angular Arcilla de Mjico Deformacin angular, , en % 0.0001 0.0003 0.0010 0.0031 0.0100 0.0316 0.1000 0.3160 1.0000 3.1600 10.000 1.00 1.00 1.00 0.98 0.96 0.94 0.91 0.85 0.70 0.42 0.21 G/Gmx Amortiguamiento, , en % 0.50 0.60 0.70 0.80 1.00 1.40 2.10 3.20 4.80 8.00 15.5

Con esta informacin se elaboraron los archivos de datos para el uso del programa EDUSHAKE.

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos Grfico 1 Variacin Deformacin angular vs G/GMax Arcilla de Mjico

Grfico 2 Variacin Deformacin angular vs Amortiguamiento Arcilla de Mjico

Grafico 3 Del grfico anterior observamos lo siguiente:

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos Los registros ssmicos obtenidos en roca, al ser trasmitidos a la superficie por medio del programa de computo EDUSHAKE, tienden a un mismo periodo de T=2 s, que es el mismo periodo obtenido el registro Real del acelerograma en SCT (Espectro real en SCT). De los sismos transmitidos, el que ms se aproxima en valores de aceleracin espectral al valor obtenido en SCT, es el registro CU01 (Utilizando registro en CU01), y el que ms se aleja es el registro CUMV (Utilizando registro en CUMV). Se aprecia que las tres aceleraciones espectrales estn por encima del valor real en el intervalo de periodo de 0 a 2.5seg., lo que no sucede en el intervalo de 2.5 a 4 seg., donde el registro real supera al procesado. El valor de aceleracin espectral mximo, que genera el EDUSHAKE es de 1179 cm/s2, en el registro CUMV y a un periodo T=2seg, y el obtenido en el Registro Real en la estacin SCT es de 618 cm/s2 a un periodo de T=2.04seg, lo que concluye que el espectro vara en 91% al real.

Se procedi a promediar los espectros que mas se parecen (CUIP y CU01), desechando el CUMV:

Maestra en Geotecnia Dinmica de SuelosCOMP ACION D ES CTR S AR E PE Opara un estrato de 35 m800 700 600 500 400 300 P romed C io UIP C 1 U0 ES EC P TROREALEN S T C

n o i a r l e c A 2 g / m S t p s

200 100 0 0 2 4 6 P eriod T, en seg d o un os 8 10 12

Grfico 4 Del grafico anterior observamos lo siguiente: El promedio de los registros ssmicos obtenidos en roca, al ser trasmitidos a la superficie por medio del programa de computo EDUSHAKE, tienden a un periodo de T=2 s, que es el mismo periodo obtenido el registro Real del acelerograma en SCT. Se aprecia que las tres aceleraciones espectrales estn por encima del valor real en el intervalo de periodo de 0 a 2.5seg., lo que no sucede en el intervalo de 2.5 a 4 seg., donde el registro real supera al procesado. A diferencia del grafico anterior, el valor de aceleracin espectral mximo, que genera el EDUSHAKE es de 680 cm/s2, a un periodo T=1.95seg, y el obtenido en el Registro Real en la estacin SCT es de 618 cm/s2 a un periodo de T=2.04seg, lo que concluye que el espectro vara en 10% al real.

4.2 VARIACION DEL MODELO CON DISTINTOS ESPESORES DEL DEPSITO.

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos Manteniendo las propiedades dinmicas para el suelo de la ciudad de Mxico, y las caractersticas del depsito (modelo de un solo estrato), se vari la profundidad del depsito a cada 10 m, con el fin de analizar la respuesta espectral en la superficie. H= 10 M H = 20 M H = 30 M SCT = 35 MC OMP AC AR IOND E P CT OS E SE Rparaunestratode10 m700 600 500 ESPECTRO REAL EN SCT 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 P eriodoT en s undos , eg UTILIZ ANDO REGISTRO EN CUO1 UTILIZ ANDO REGISTRO EN CUIP UTILIZ ANDO REGISTRO EN CUMV

2 g / m t p s n o i a r l e c A

T Suelo 0.6 seg.


COMP ACION DEES CTRO AR PE Spa unestra de 2 m ra to 0800 700 600 500 400 300 200ESPECTROREAL EN SCT UTILIZ ANDOREGISTROEN CUO1 UTILIZ ANDOREGISTROEN CUIP UTILIZ ANDOREGISTROEN CUMV


100 0 0 2 4 6 8 10 12 PeriodoT en s undos , eg

T Suelo 1.1 seg.

Maestra en Geotecnia Dinmica de SuelosCOMP ACION D E PE O AR E S CTR Sparaun estrato de 30 m1200

1000

800ESPEC TRO REALEN SC T UTILIZAND REGISTRO EN C O UO1 UTILIZAND REGISTRO EN C O UIP UTILIZAND REGISTR EN CUMV O

600

400


200

0 0 2 4 6 PeriodoT en s undos , eg 8 10 12

T Suelo 1.9 seg.


T Suelo 2.0 seg.

Maestra en Geotecnia Dinmica de SuelosCOMP ARAC IONDEES T PEC ROSparaun es trato de4 m 0700 600 500 400 300 200ESPECTRO REAL EN SCT UTILIZ ANDO REGISTRO EN CUO1 UTILIZ ANDO REGISTRO EN CUIP UTILIZ ANDO REGISTRO EN CUMV


100 0 0 2 4 6 PeriodoT en s undos , eg 8

10

12

T Suelo 2.1 seg.

C OMP ARAC IONDEE PE ROS S CTparaun es trato de50m700 600 500 400 300 200 100ESPECTRO REAL EN SCT UTILIZ ANDO REGISTRO EN CUO1 UTILIZ ANDO REGISTRO ECUIP UTILIZ ANDO REGISTRO EN CUMV


0 0 2 PeriodoT en s undos 8 , 6 eg 4 10 12

T Suelo 3.0 seg.


Grfico 5 Como la estacin CU01 es la que ms se acerca a los valores obtenidos en la estacin SCT, se ha procedido a comparar estas dos estaciones: A medida que se incrementa la profundidad del estrato, se incrementa la aceleracin amplificada y el periodo en el cual ocurre esta: H = 10m Sa=470sm/seg2 T 0.55seg., H = 20m Sa=655cm/seg2 T1.15seg., H = 30m Sa=936cm/seg2 T 1.75seg., H = 35m Sa=600cm/seg2 T 1.9seg, H = 40m Sa=560cm/seg2 T 2.4 y H = 50m Sa=460cm/seg2 T 2.8 y

Se ha procedido a juntar los espectros de respuesta para diferentes espesores, obteniendo la tendencia:

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos1000 900 800 700 600 500 400 ESTRATO 50 M 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 TENDENCIA CON CAMBIO DE ESPESORES ESPECTRO A PARTIR DEL REGISTRO EN SCT ESTRATO 10 M ESTRATO DE 20 M ESTRATO 30 M ESTRATO 40 M

Como

se

aprecia

del

grfico

anterior

prcticamente

para

espesores de 10 metros y 50 metros se hubiese obtenido la misma aceleracin de 450 cm/seg2 siempre que las estructuras tengan un periodo de 0.55 seg. Y 2.8 seg. Respectivamente. Para espesores entre 25 a 30 metros y edificaciones con periodos alrededor de 1.5 a 2.0 seg. Se dara las mximas aceleraciones (daos). Por otro lado, a medida que se incrementa la profundidad del estrato se incrementa el periodo de vibracin del suelo: H=10m Ts=0.60 seg., H=20m Ts=1.10 seg. H=30m Ts=1.90 seg. H=35m Ts=2.00 seg. H=40m Ts=2.10 seg. H=50m Ts=3.00 seg.

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos 4.3 MODELO UTILIZANDO VARIOS ESTRATOS. Para realizar un anlisis detallado se model un depsito de seis estratos, cuyas caractersticas se obtuvieron promediando la informacin del perfil estratigrfico de SCT. Los datos son los siguientes:

TABLA 2 Caractersticas de los estratos que constituyen la arcilla de Mjico sobre roca Espesor en m 6 4 5 10 5 9 >2.0

Estrato 1 2 3 4 5 6 7*

en t/m3 16 13 12 13 14 16

Vs en m/s 100 50 40 70 90 200 1200

en % 5 5 5 5 5 5 2

* Nota. El estrato 7 corresponde a la base rgida

C OMP ARAC IOND E PE T E S C ROSsiete estratos (segun tabla 2)700 600 500 400 300ESPEC TRO REAL EN SCT UTILIZANDO REGISTRO EN C UO1 UTILIZANDO REGISTRO C UIP UTILIZANDO REGISTRO EN C UMV


200 100 0 0 2 4 6 8

10

12

PeriodoT ens undos ; eg

Maestra en Geotecnia Dinmica de Suelos Grfico 6 Del grfico anterior observamos lo siguiente: Los registros ssmicos obtenidos en roca, al ser trasmitidos a la superficie por medio del programa de computo EDUSHAKE, tienden a un mismo periodo de T=2 s, que es el mismo periodo obtenido el registro Real del acelerograma en SCT. De los sismos transmitidos, los que ms se aproxima en valores de aceleracin espectral al valor obtenido en SCT, son los registros CUIP y CUMV, y el que ms se aleja es el registro CU01. A diferencia de la comparacin anterior con un solo estrato, se aprecia que las 3 aceleraciones espectrales estn por encima del valor real en el intervalo de periodo de 0 a 2seg., as mismo se aprecia que los picos de las 3 aceleraciones espectrales se encuentran ligeramente a la derecha del real entre los periodos de 2.1 a 2.5 seg. Y para periodos mayores (entre 2.5 a 3.5) el espectro real se encuentra por encima de los tres espectros obtenidos del SHAKE. El valor de aceleracin espectral mximo, que genera el EDUSHAKE es de 610 cm/s2, en los registros CUIP y CUMV y a un periodo T=2.1seg, y el obtenido en el Registro Real en la estacin SCT es de 611 cm/s2 a un periodo de T=2.06seg, lo que concluye que el espectro vara en 0.01% al real.


amplificacion sismica

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