Análisis de la Respuesta del Terreno - parte 1 | parte 2
Los movimientos del terreno que se desarrollan en un depósito de suelo durante un terremoto pueden atribuirse en muchos casos principalmente a la propagación en sentido vertical de ondas de cortante desde la formación rocosa subyacente. Los métodos analíticos desarrollados para determinar bajo estas condiciones la respuesta del terreno a excitaciones sísmicas incorporan las características no lineales de la relación esfuerzo - deformación de los suelos [Schnabel et al., 1972] [Seed et al., 1970].
La aplicación de los métodos analíticos, en los cuales la restricción de propagación vertical de la onda está implícita, se justifica en las siguientes consideraciones [Martínez, 1977]:
- Los sismos fuertes que afectan el área de la ciudad ocurren a muy poca distancia, prácticamente debajo de ella. Y la profundidad es mayor que el diámetro de la zona donde un terremoto causaría los peores daños, y es mayor también que la distancia entre cualesquiera sitios en esa zona y las trazas superficiales de cualquier falla que pudiera originar un temblor fuerte [Faccioli et al., 1973]. De ahí que las ondas sísmicas incidan con pequeño ángulo respecto a la vertical.
- La propagación de las ondas sísmicas tiende a hacerse vertical según las ondas se refractan hacia medios menos densos que casi invariablemente están más cercanos a la superficie, disminuyendo así su velocidad.
- Se asume [Tsai, 1969] que las ondas superficiales, de periodo largo, provoquen que los depósitos de suelo se agiten aproximadamente en fase, como si estuvieran sometidos a la excitación de ondas volumétricas planas incidiendo verticalmente.
La elección del método depende de la configuración del depósito de suelo [Seed, 1974]. Para casos en los cuales todas las fronteras de un depósito estratificado u homogéneo son esencialmente horizontales, el suelo puede tomarse como una serie de estratos semi-infinitos. Así, el análisis se reduce a un problema unidimensional. Esta técnica también es conocida como modelo de la viga cortante vertical [Dowrick, 1995].
Por otra parte, si el depósito presenta fronteras irregulares o inclinadas, se requiere aplicar un procedimiento que tenga en cuenta los aspectos bidimensionales del problema. Un método apropiado es el de Elementos Finitos.
El análisis de la respuesta del terreno como un sistema unidimensional es aplicable al estudio del comportamiento de los suelos de Managua por cuanto los materiales del grupo Managua, que sobreyace al grupo Las Sierras, se presentan en capas bien definidas y sus límites son esencialmente horizontales.
Existen dos métodos de análisis basados en estas condiciones, uno basado en la solución continua de la ecuación de la onda en el campo de la frecuencia y otro en el cual el depósito de suelo está representado por una serie de masas concentradas conectadas a resortes [Seed, 1974]. Ambos métodos dan los mismos resultados, y se ha comprobado que sus resultados están en razonable acuerdo con observaciones de campo [Schnabel et al., 1972] [Seed, 1974].
Cualquiera que sea el método que se aplique, será posible hacer evaluaciones razonablemente buenas de las características del movimiento de la superficie del terreno si las propiedades de los suelos han sido evaluadas correctamente y los movimientos de la base lo han sido con cierta precisión.
El procedimiento analítico basado en este método, incorporando el comportamiento no lineal del suelo, supone los pasos siguientes [Schnabel et al., 1972] [Seed, 1974]:
- Evaluar las características de los movimientos que podrían desarrollarse en la roca subyacente el sitio y seleccionar un acelerograma con esas características para utilizarse en el análisis. La aceleración máxima, el período predominante y la duración efectiva son los parámetros del terremoto que son más importantes a considerar.
- Determinar la configuración y extensión de los estratos que comprenden el depósito, desde la superficie hasta el basamento.
- Evaluar las propiedades dinámicas (módulo de cortante y amortiguamiento) de los diferentes tipos de suelos, y cómo varían con la deformación.
- Calcular la respuesta del depósito del suelo a los movimientos de la base rocosa. El espectro de Fourier del movimiento de la base se multiplica por la función de transferencia que transforma los movimientos armónicos de inducción en el lecho de roca en movimientos en la superficie [Dowrick, 1995]. El espectro de Fourier resultante se invierte para conocer la amplitud de los movimientos en la superficie de terreno [Seed, 1974].
El análisis dinámico se realizó por medio del programa SHAKE91. Está basado en la solución continua de la ecuación de la onda, adaptada para usar con movimientos transitorios por medio del algoritmo de la Transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform).
Las propiedades de los suelos que el programa usa son lineales equivalentes con un procedimiento iterativo para obtener propiedades que sean compatibles con las deformaciones desarrolladas en cada estrato [Schnabel et al., 1972].
Otra ventaja, que se deriva de la técnica de la función de transferencia, es que los movimientos en el basamento pueden estimarse con facilidad a partir de los movimientos en la superficie, que son los que normalmente se registran. Constituye así una fuente útil de datos de inducción en el lecho rocoso de otro sitio [Dowrick, 1995].