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Page 1

ÁREA DE FÍSICA
DE LA TIERRA

SISMOLOGÍA
E

INGENIERÍA SÍSMICA

(PRÁCTICAS)

Page 2

Anexo VI.
Prácticas de “Sismología e Ingeniería Sísmica”

An. VI - P7 - Página 1

Figura 1. Caso de una capa

PRACTICA 7.
ESTIMACIÓN DE EFECTOS LOCALES.

1. OBJETIVO

Aprender a estimar efectos de sitio debido a terremotos, usando el programa
SHAKE en su versión educativa. Proporcionar a los estudiantes un buen conocimiento
sobre la respuesta sísmica del suelo.

2. TEORÍA

El algoritmo numérico que se va a utilizar, usa una aproximación en el dominio de
la frecuencia para resolver el problema de la respuesta del suelo. En términos básicos, el
movimiento del suelo se representa como la suma de una serie de ondas sinusoidales de
diferentes amplitudes, frecuencias y ángulos de fase. Se usa una solución relativamente
simple para la respuesta del perfil de suelo a las ondas sinusoidales de frecuencias
diferentes (en la forma de una función de transferencia), para obtener la respuesta del
depósito de suelo a cada una de las ondas sinusoidales de entrada. La respuesta total se
obtiene sumando las respuesta individuales para cada una de las ondas sinusoidales.

2.1 Caso de una única capa

Para ilustrar las bases de la aproximación,
(Kramer, 1996), usada en el software que vamos a
utilizar, consideremos una capa de suelo uniforme que
yace sobre una capa de roca elástica, que se extiende
hasta una profundidad infinita, como se ilustra en la
Figura 1. Si el subíndice s y r se refieren a suelo y roca,
respectivamente, los desplazamientos horizontales
debidos a la propagación vertical de ondas S armónicas
en cada material puede escribirse como:

(1)u z t A e B es z s
i t k z

s
i t k zs s s s( , ) ( * ) ( * )

(2)u z t A e B er r r
i t k z

r
i t k zr r r r( , ) ( * ) ( * )

donde T es la frecuencia angular de la onda armónica y k* es el número de onda complejo.
La superficie del suelo está libre de esfuerzos de cizalla (zs = 0), de forma que:

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Anexo VI.
Prácticas de “Sismología e Ingeniería Sísmica”

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10. Introduce un peso por unidad de volumen para la Capa 1 de 15.7 kN/m3
(automáticamente se ajustará a 100 pcf).

11. A continuación hemos de especificar bien el módulo de cizalla máximo Gmax , o la
velocidad de ondas de cizalla, Vs. Usando las unidades que creamos más
convenientes, introducir uno u otro en el campo apropiado. En esta experiencia
seleccionaremos una velocidad de ondas de cizalla Vs = 121.9 m/s
(automáticamente se ajustará Vs = 400 ft/s y Gmax = 497.3 ksf = 23.8 Mpa). Con
esto se definiría completamente la Capa 1 y podríamos empezar a definir la Capa
2 (Figura 9).

12. Aunque las propiedades de las otras capas se pueden definir siguiendo los mismos
pasos descritos anteriormente, será más rápido para nuestra experiencia introducir
los datos usando el campo ‘Summary Data’. Haz ‘click’ en dicho campo (justo a la
izquierda del campo correspondiente a la Capa 1). Observaremos entonces los datos
correspondientes a la Capa 1 en forma compacta y tabular. En esta experiencia
asumiremos que las arcillas limosas tienen un espesor de 50 ft y vendrán
representadas en nuestro perfil de análisis como 10 capas de 5 ft de espesor. Mejor
que escribir 10 veces la misma información usaremos la utilidad de ‘arrastrar y
soltar’ (drag and drop) del formulario ‘Summary Data’. Para hacer esto, sitúa el
cursor en cualquier lugar dentro del área que define la Capa 1 en el formulario
‘Summary Data’. Presiona y sostén el botón izquierdo del ratón, mueve el cursor
abajo hacia el área que define la Capa 2. Suelta el botón del ratón y verás como
todos los datos de la Capa 1 quedan asignados a la Capa 2 (Figura 10). Ahora repite
este proceso hasta definir las propiedades de las Capas 3 a la 10.

13. Asumiremos ahora que nuestra capa de 50 ft de arcillas limosas yace sobre 50 ft de
arcillas consolidadas representadas por 5 capas de 10 ft de espesor. Para introducir
los datos de la Capa 11 primero sigue el paso anterior y copia las características de
la Capa 10 en la Capa 11. Ahora cambia el espesor de 5 ft a 10 ft haciendo ‘click.’
en el campo espesor. Cambia el nombre del material a Arcillas consolidadas, el
peso por unidad de volumen a 120 pcf, Gmax a 1800 ksf y el índice de plasticidad a
20.

14. Vuelve a seguir la misma metodología de arrastrar y soltar para completar las Capas
12 a 15 con las mismas características que la Capa 11 (Figura 11).

15. Finalmente, hemos de especificar las propiedades del semi-espacio infinito.
Introduce los propiedades de la Capa 16 para un substrato rocoso con un peso por
unidad de volumen de 150 pcf y una velocidad de ondas de cizalla de 2500 ft/s.
Asigna los parámetros de degradación de los módulos y amortiguamiento a ‘Lineal’
y ‘10’ (Figura 12).

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Práctica 7.
Estimación de efectos locales.

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Figura 9. Ventana correspondiente a los datos que caracterizan a la Capa 1.

Figura 10. Caracterización de las Capas 2 a la 10 usando el formulario ‘Summary
Data’.

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Práctica 7.
Estimación de efectos locales.

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Figura 23. Obtención de otros parámetros de interés para la Capa 1.

Figura 24. Animación del desplazamiento del perfil de suelo con la
profundidad debido al movimiento de entrada.

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Anexo VI.
Prácticas de “Sismología e Ingeniería Sísmica”

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38. Cuando aparezcan los ejes de la animación, selecciona velocidad baja (‘Slow’) para
que la resolución sea mejor. Inmediatamente debajo de los ejes de la animación
tenemos un dibujo del movimiento de entrada; este puede usarse junto con los datos
de ‘Current Record Time’ para seguir el progreso de la animación (Figura 24).

39. Haz ‘click’ en el botón ‘Start’. Aparecerá una línea amarilla que representa la
posición de un plano inicialmente vertical que pasa a través del perfil de suelo.
Observa la respuesta en los contrastes de impedancia entre las arcillas limosas y las
arcillas consolidadas. Los pequeños desplazamientos al final de la historia temporal
son debidos a una ligera deriva en el movimiento de entrada (Figura 24).

3.5 Realización de la memoria de la práctica

40. Revisa el informe que has recopilado, utiliza un procesador más potente para
escribir un informe detallado del proceso y las conclusiones que se pueden sacar de
los resultados obtenidos.

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