Modelo del Subsuelo - parte 1 | parte 2 | parte 3
Propiedades dinámicas
Efectos como asentamiento, licuefacción y deslizamientos son causados por características particulares del suelo, tales como el tipo de material o el grado de saturación [Seed, 1974].
Sin embargo, en el caso de Managua, la importancia de estos parámetros se reduce debido a la cercanía de la actividad sísmica [Shah et al., 1975], así que el que los suelos puedan fallar no es, por lo general, una fuente importante de problemas [Saint-Amand, 1973].
Pero las condiciones del suelo afectan de una manera menos evidente por la influencia que ejercen en la intensidad del movimiento del terreno y, por tanto, en el daño estructural, aún cuando los suelos bajo las estructuras permanezcan perfectamente estables durante el temblor [Seed, 1974]. El efecto del suelo en la onda incidente es operar como un filtro, de modo que incorpora a la señal las características propias de resonancia del suelo mismo [Sarria & Bernal, s.f.]. La resonancia entre las estructuras y los suelos es causa mayor de daños.
Para determinar la respuesta posible del terreno ante un sismo, primero deben determinarse las propiedades dinámicas de los diferentes tipos de suelos.
Los principales parámetros para el análisis de la respuesta dinámica son el módulo de cortante y el amortiguamiento, los cuales están interrelacionados con la densidad, la velocidad de onda de corte, la relación de Poisson, etc.
Cuando se realiza el análisis de la respuesta del terreno, independientemente del método, es necesario tener en cuenta las características no lineales de las relaciones esfuerzo - deformación de los suelos [Seed, 1974] [Seed et al., 1970].
La incorporación del comportamiento no lineal de los suelos se logra usando valores de módulo de cortante y de amortiguamiento compatibles con las deformaciones desarrolladas en los estratos, de tal modo que las características de los materiales varían con la intensidad de los movimientos del terreno y las deformaciones correspondientes [Seed et al., 1970].
Existen varios procedimientos, de laboratorio y de campo, para estimar el valor del módulo de cortante de
los suelos.
Con las pruebas de campo se pretende conocer la velocidad de las ondas sísmicas. Consisten en generar ondas sísmicas, usualmente con explosivos o bien, con el impacto de cargas pesadas en el suelo. De esas pruebas, varias han sido aplicadas en Managua: el método downhole [Faccioli et al., 1973] [SOP, 1973], el método de refracción sísmica y más recientemente el SASW [Ekholm & Norberg, 1998].
El módulo de cortante se calcula entonces a partir de las ecuaciones:
G=ρVs2 ρ=γ/g
donde G es el módulo de cortante, ρ es la densidad de masa y γ es el peso volumétrico.
Los métodos de laboratorio, como la prueba triaxial cíclica, la columna de resonancia o el péndulo de torsión, generalmente determinan G a partir del análisis de una curva esfuerzo - deformación unitaria [Dowrick, 1995].
Hay también métodos indirectos para estimar el módulo de rigidez al cortante, por medio de relaciones empíricas entre G y el número de golpes por cada 30 cm de la prueba de penetración estándar (ASTM D-1586).
Aquí se utilizó la relación de Imai, Fumoto y sus colaboradores (Japón, 1975) para calcular la velocidad de la onda de corte, y entonces calcular el módulo de cortante de los materiales:
Vs=89,8N0,341
Esta ecuación se ha utilizado anteriormente en trabajos similares a este (Astacio y González, 1996; Escobar y Corea, 1998) aunque los valores obtenidos se presume son todavía altos comparados con las condiciones reales de los suelos de Managua (H. Taleno, comunic. pers.).
El amortiguamiento de un suelo es su capacidad para disipar energía en los procesos cíclicos de carga
y descarga que el sismo le comunica.
El amortiguamiento interno, así como el módulo de cortante, resultan principalmente por histéresis del suelo. Esto significa que tales parámetros no sufren cambios significativos si las cargas aplicadas se efectúan a diferentes frecuencias, dependen sólo de las deformaciones.
Los datos a la fecha publicados sobre relaciones de amortiguamiento son escasos y deducidos de pruebas en muestras pequeñas o estimaciones teóricas, y no se han hecho determinaciones in situ. Por eso, las relaciones de amortiguamiento solo pueden usarse comparativamente [Dowrick, 1995].
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