Trabajo 1
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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
Departamento de Obras Civiles
TRABAJO N°1
DINÁMICA DE SUELOS – IPO 420
Segundo Semestre 2014
Felipe Kuncar García
2704004-7
Profesor: Lenart González
Profesor Auxiliar: Andrés Torres
Valparaíso, 02 de Diciembre del 2014
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
1
PROBLEMA 1
Derivación analítica de la función de transferencia
Caso a: Roca rígida y suelo sin amortiguamiento.
𝜌𝜕2𝑢
𝜕𝑡2= 𝐺
𝜕2𝑢
𝜕𝑧2
Se ha se puede demostrar que la solución tiene la forma:
𝑢(𝑧, 𝑡) = 𝐴𝑒𝑖(𝜔𝑡+𝑘𝑧) + 𝐵𝑒𝑖(𝜔𝑡−𝑘𝑧)
La condición de borde en la superficie libre es que la tensión de corte es nula:
𝜏(0, 𝑡) = 𝐺𝛾(0, 𝑡) = 𝐺𝜕𝑢(0, 𝑡)
𝜕𝑧= 0
Luego, derivando la solución en 𝑧 y reemplazando la última expresión:
𝐺𝑖𝑘(𝐴𝑒𝑖(𝜔·𝑜+𝑘·𝑜) − 𝐵𝑒𝑖(𝜔·𝑜+𝑘·𝑜))𝑒𝑖𝜔𝑡 = 𝐺𝑖𝑘(𝐴 − 𝐵)𝑒𝑖𝜔𝑡 = 0
⇒ 𝐴 = 𝐵
Por lo tanto, volviendo a la solución:
𝑢(𝑧, 𝑡) = 𝐴(𝑒𝑖(𝜔𝑡+𝑘𝑧) + 𝑒𝑖(𝜔𝑡−𝑘𝑧) ) = 2𝐴(𝑒𝑖𝑘𝑧 + 𝑒−𝑖𝑘𝑧)
2𝑒𝑖𝜔𝑡 = 2𝐴 cos 𝑘𝑧 𝑒𝑖𝜔𝑡
𝐹(𝜔) =𝑢𝑚á𝑥(0, 𝑡)
𝑢𝑚á𝑥(𝐻, 𝑡)=
2𝐴𝑒𝑖𝜔𝑡
2𝐴 cos 𝑘𝐻 𝑒𝑖𝜔𝑡=
1
cos 𝑘𝐻=
1
cos (𝜔𝐻𝑣𝑠
)
|𝐹(𝜔)| =1
|cos (𝜔𝐻𝑣𝑠
)|
Caso b: Roca rígida y suelo con amortiguamiento.
Utilizando el modelo de Kelvin-Voigt:
𝜌𝜕2𝑢
𝜕𝑡2= 𝐺
𝜕2𝑢
𝜕𝑧2+ 𝜂
𝜕3𝑢
𝜕𝑧2𝜕𝑡
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Se ha se puede demostrar que la solución tiene la forma:
𝑢(𝑧, 𝑡) = 𝐴𝑒𝑖(𝜔𝑡+𝑘∗𝑧) + 𝐵𝑒𝑖(𝜔𝑡−𝑘∗𝑧)
Donde:
𝑘∗: Número de onda complejo
Análogamente al caso anterior:
𝐹(𝜔) =1
cos 𝑘∗𝐻=
1
cos (𝜔𝐻𝑣𝑠
∗ )
Dado que 𝐺∗ = 𝐺(1 + 𝑖2𝜉):
𝑣𝑠∗ = √
𝐺∗
𝜌= √
𝐺(1 + 𝑖2𝜉)
𝜌≈ √
𝐺
𝜌(1 + 𝑖𝜉) = 𝑣𝑠(1 + 𝑖𝜉)
𝑘∗ =𝜔
𝑣𝑠∗ =
𝜔
𝑣𝑠(1 + 𝑖𝜉)≈
𝜔
𝑣𝑠
(1 − 𝑖𝜉) = 𝑘(1 − 𝑖𝜉)
Finalmente:
𝐹(𝜔) =1
cos 𝑘(1 − 𝑖𝜉)𝐻=
1
cos (𝜔𝐻
𝑣𝑠(1 + 𝑖𝜉))
Usando la identidad |cos 𝑘(𝑥 + 𝑖𝑦)| = √cos2 𝑥 + sinh2 𝑦:
|𝐹(𝜔)| =1
√cos2 𝑘𝐻 + sinh2 𝜉𝑘𝐻
Dado que sinh2 𝑦 ≈ 𝑦2 para 𝑦 pequeño:
|𝐹(𝜔)| ≈1
√cos2 𝑘𝐻 + (𝜉𝑘𝐻)2=
1
√cos2 (𝜔𝐻𝑣𝑠
) + (𝜉𝜔𝐻𝑣𝑠
)2
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Caso c: Roca elástica y suelo con amortiguamiento.
𝑢𝑠(𝑧𝑠, 𝑡) = 𝐴𝑠𝑒𝑖(𝜔𝑡+𝑘𝑠∗𝑧𝑠) + 𝐵𝑠𝑒𝑖(𝜔𝑡−𝑘𝑠
∗𝑧𝑠)
𝑢𝑟(𝑧, 𝑡) = 𝐴𝑟𝑒𝑖(𝜔𝑡+𝑘𝑟∗𝑧𝑟) + 𝐵𝑟𝑒𝑖(𝜔𝑡−𝑘𝑟
∗𝑧𝑟)
De la condición de borde en la superficie libre del suelo (tensión de corte nula), se puede
demostrar, análogamente a los casos anteriores, que:
𝐴𝑠 = 𝐵𝑠
Por lo tanto:
𝑢𝑠(𝑧𝑠, 𝑡) = 𝐴𝑠(𝑒𝑖(𝜔𝑡+𝑘𝑠∗𝑧𝑠) + 𝑒𝑖(𝜔𝑡−𝑘𝑠
∗𝑧𝑠))
Además, se debe cumplir la compatibilidad de desplazamientos y continuidad de esfuerzos en el
borde que separa el suelo de la roca. Es decir:
𝑢𝑠(𝐻, 𝑡) = 𝑢𝑟(0, 𝑡)
𝜏𝑠(𝐻, 𝑡) = 𝜏𝑟(0, 𝑡)
En consecuencia, para 𝑡 = 0:
𝐴𝑠(𝑒𝑖𝑘𝑠∗𝐻 + 𝑒−𝑖𝑘𝑠
∗𝐻) = 𝐴𝑟 + 𝐵𝑟
Ahora, usando 𝜏 = 𝐺𝜕𝑢
𝜕𝑧 :
𝜏𝑠(𝑧𝑠, 𝑡) = 𝐺𝑠𝐴𝑠𝑖𝑘𝑠∗(𝑒𝑖𝑘𝑠
∗𝑧𝑠 − 𝑒−𝑖𝑘𝑠∗𝑧𝑠)
𝜏𝑟(𝑧𝑟, 𝑡) = 𝐺𝑟𝑖𝑘𝑟∗(𝐴𝑟𝑒𝑖𝑘𝑟
∗𝑧𝑟 − 𝐵𝑟𝑒−𝑖𝑘𝑟∗𝑧𝑟)
En consecuencia, por continuidad de esfuerzos, se debe cumplir:
𝐺𝑠𝐴𝑠𝑖𝑘𝑠∗(𝑒𝑖𝑘𝑠
∗𝐻 − 𝑒−𝑖𝑘𝑠∗𝐻) = 𝐺𝑟𝑖𝑘𝑟
∗(𝐴𝑟 − 𝐵𝑟)
Reordenando:
𝐺𝑠𝑘𝑠∗
𝐺𝑟𝑘𝑟∗ 𝐴𝑠(𝑒𝑖𝑘𝑠
∗𝐻 − 𝑒−𝑖𝑘𝑠∗𝐻) = 𝐴𝑟 − 𝐵𝑟
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Se define el contraste de impedancia compleja:
𝛼𝑧∗ =
𝐺𝑠𝑘𝑠∗
𝐺𝑟𝑘𝑟∗ =
𝜌𝑠𝑣𝑠𝑠∗
𝜌𝑟𝑣𝑠𝑟∗
Por lo que, finalmente, se tiene el siguiente sistema de ecuaciones:
{
𝐴𝑠(𝑒𝑖𝑘𝑠∗𝐻 + 𝑒−𝑖𝑘𝑠
∗𝐻) = 𝐴𝑟 + 𝐵𝑟
𝛼𝑧∗𝐴𝑠(𝑒𝑖𝑘𝑠
∗𝐻 − 𝑒−𝑖𝑘𝑠∗𝐻) = 𝐴𝑟 − 𝐵𝑟
Resolviendo:
𝐴𝑟 =1
2𝐴𝑠[(1 + 𝛼𝑧
∗)𝑒𝑖𝑘𝑠∗𝐻 + (1 − 𝛼𝑧
∗)𝑒−𝑖𝑘𝑠∗𝐻]
𝐵𝑟 =1
2𝐴𝑠[(1 − 𝛼𝑧
∗)𝑒𝑖𝑘𝑠∗𝐻 + (1 + 𝛼𝑧
∗)𝑒−𝑖𝑘𝑠∗𝐻]
Luego:
2𝐴𝑠 =4𝐴
[(1 + 𝛼𝑧∗)𝑒𝑖𝑘𝑠
∗𝐻 + (1 − 𝛼𝑧∗)𝑒−𝑖𝑘𝑠
∗𝐻]
⇒ 𝐹(𝜔) =2
[(1 + 𝛼𝑧∗)𝑒𝑖𝑘𝑠
∗𝐻 + (1 − 𝛼𝑧∗)𝑒−𝑖𝑘𝑠
∗𝐻]
⇒ 𝐹(𝜔) =1
cos 𝑘𝑠∗𝐻 + 𝑖𝛼𝑧
∗ sin 𝑘𝑠∗𝐻
=1
cos (𝜔𝐻𝑣𝑠𝑠
∗ ) + 𝑖𝛼𝑧∗ sin (
𝜔𝐻𝑣𝑠𝑠
∗ )
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Resultados
En primer lugar, se presenta el registro en roca entregado:
Figura 1 Registro en roca
La máxima aceleración del registro es 0,0230g.
Con esto se determina el espectro de Fourier en roca:
Figura 2 Espectro de Fourier en roca
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Caso a: Roca rígida y suelo sin amortiguamiento.
Datos: 𝐻 = 150 [𝑚], 𝑉𝑠𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜= 700 [
𝑚
𝑠]
Con estos datos, se determina la función de transferencia:
Figura 3 Función de transferencia – Caso a
Multiplicando la función de transferencia por el espectro de Fourier en roca se obtiene el espectro
de Fourier en superficie:
Figura 4 Espectro de Fourier en superficie - Caso a
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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A través de la transformada inversa del espectro de Fourier en superficie se obtiene la aceleración
en superficie:
Figura 5 Aceleración en superficie - Caso a
Caso b: Roca rígida y suelo con amortiguamiento.
Datos: 𝐻 = 150 [𝑚], 𝑉𝑠𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜= 700 [
𝑚
𝑠] , β = 10%
Mediante el mismo procedimiento del Caso a, se obtienen los siguientes resultados:
Figura 6 Función de transferencia - Caso b
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Figura 7 Espectro de Fourier en superficie - Caso b
Figura 8 Aceleración en superficie - Caso b
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Caso c: Roca elástica y suelo con amortiguamiento.
Datos:
𝐻 = 150 [𝑚], 𝑉𝑠𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜= 700 [
𝑚
𝑠] , 𝑉𝑠𝑟𝑜𝑐𝑎
= 1500 [𝑚
𝑠] , γ𝑡𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
= 2,3 [𝑇
𝑚3] , γ𝑡𝑟𝑜𝑐𝑎= 2,3 [
𝑇
𝑚3]
Para este caso se utilizó un amortiguamiento β = 10% tanto para el suelo como para la roca.
Figura 9 Función de transferencia - Caso c
Figura 10 Espectro de Fourier en superficie - Caso c
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 11 Aceleración en superficie - Caso c
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Análisis de Resultados
Para analizar los resultados de manera adecuada se presenta la siguiente tabla:
Caso Roca Suelo Periodo
Fundamental [s]
Amplificación Máxima
Acel. Máx. en Superficie [g]
a Rígida Sin
amortiguamiento 0,8571 Infinito Infinito
b Rígida Con
amortiguamiento 0,8540 6,3678 0,0464
c Elástica Con
amortiguamiento 0,8976 1,6500 0,0228
Al comparar los casos a y b, se aprecia que al incorporar amortiguamiento en el suelo no hay una
variación tangible del periodo fundamental. Donde si existe una gran diferencia es en la
distribución y magnitud de la amplificación. En el caso del suelo sin amortiguamiento la
amplificación máxima tiende a infinito, a pesar de que en la Figura 5 se llegue a valores finitos
(esto se debe a que el problema es resuelto mediante métodos numéricos en Matlab). Dado que
la función de transferencia tiende a infinito para ciertas frecuencias, la aceleración máxima en
superficice también lo hará, debido a que estas frecuencias coincidirán con algunas que posee el
sismo. Esto es consecuencia de que en el caso a, no existe disipación de la energía de la señal. Esto
es solo un caso teórico y no ocurrirá así en la realidad, ya que siempre se disipará cierta cantidad
de energía.
Al comparar los casos b y c, se aprecia una variación importante del periodo fundamental del
suelo, así como de la amplificación y aceleraciones máximas. Esto es consecuencia de considerar a
la roca como elástica (caso más cercano a la realidad). Al hacer esta consideración, ocurre que
cierta cantidad de la energía se queda atrapada en la roca, dado que hay ondas que viajan hacia
abajo.
Tanto en el caso b como en el caso c, la energía se concentra en los primeros modos y luego va
decayendo, hasta que el efecto de amplificación no es relevante para los modos superiores. Esto
se puede apreciar en las figuras 6 y 9. En el caso a la energía se encuentra uniformemente
repartida en los distintos peaks. Esto se debe a que no se ha considerado disipación.
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Análisis de sensibilidad Caso c
- Variación de la velocidad de onda de corte del suelo
Se observa que a menores velocidades de onda de corte la frecuencia fundamental del suelo es
menor. Es decir, la velocidad de onda de corte es inversamente proporcional al periodo
fundamental del suelo. Además se aprecia que a medida que la velocidad de onda de corte es
menor, los peaks de amplificación son mayores. Esto se debe que los suelos son menos rígidos. Por
otro lado, independiente de la velocidad de onda de corte, se aprecia una disminución de los
peaks de amplificación a medida que la frecuencia del suelo aumenta. Esto quiere decir que existe
una concentración de la energía en los primeros modos y que los modos superiores son menos
relevantes para este análisis.
A continuación se presenta la respuesta de aceleración en el tiempo para los tres casos. Se aprecia
que no existen grandes diferencias en los peaks de aceleración. Esto se debe a que como se ve en
el gráfico de amplifiación, los peaks aparecen en frecuencias del suelo que no varían tanto.
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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⇒ |𝑎(𝑡)|𝑚á𝑥 = 0,0244𝑔
⇒ |𝑎(𝑡)|𝑚á𝑥 = 0,0228𝑔
⇒ |𝑎(𝑡)|𝑚á𝑥 = 0,0238𝑔
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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- Variación de la profundidad del estrato
En este caso, y contrario a lo que sucede con las velocidades de onda de corte, se observa que a
medida que la profundidad del estrato es mayor, la frecuencia fundamental del suelo es menor. Es
decir, el periodo fundamental del suelo se relaciona de manera proporcional a la profundidad del
estrato. Además, se evidencia que los peaks de amplificación son de una magnitud casi
equivalente para los tres casos, pero están desplazados en relación a la frecuencia del suelo. Esto
permite concluir que el efecto de la profundidad del estrato en cuanto a la magnitud de la
amplificación es despreciable, y el efecto solo se da en el periodo del suelo en que estos se
desarrollan. Por último, y en concordancia con el caso anterior, se observa una acumulación de la
energía en los primeros modos, que va decayendo, siendo los modos superiores despreciables en
términos de amplificación.
A continuación se presenta la respuesta de aceleración en el tiempo para los tres casos. Contrario
al caso anterior, se visualizan diferencias en los peaks de aceleración mayores. Esto se debe a que
los peaks de amplificación ocurren para frecuencias del suelo que varían mucho más que en el
caso anterior, como es visible en el gráfico recién analizado.
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⇒ |𝑎(𝑡)|𝑚á𝑥 = 0,0276𝑔
⇒ |𝑎(𝑡)|𝑚á𝑥 = 0,0228𝑔
⇒ |𝑎(𝑡)|𝑚á𝑥 = 0,0175𝑔
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PROBLEMA 2
A continuación se presentan las curvas de degradación para la rigidez y amortiguamiento
utilizadas. Estas fueron obtenidas de diversas fuentes de la literatura.
Arcilla: Seed & Sun, 1989 (módulo de corte); Idriss, 1990 (amortiguamiento)
Figura 12 Curvas de degradación - Arcilla
Arena: Ishibashi & Zhang, 1993
Figura 13 Curvas de degradación - Arena
0
5
10
15
20
25
30
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10
Deformación angular (%)
G/Gmáx Razón de amortiguamiento (%)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Deformación angular (%)
G/Gmáx Razón de amortiguamiento (%)
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Grava: Imazu & Fukutake, 1986 (límite plástico inferior)
Figura 14 Curvas de degradación - Grava
0
5
10
15
20
25
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Deformación angular (%)
G/Gmáx Razón de amortiguamiento (%)
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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A continuación se presentan los resultados obtenidos para los diferentes depósitos.
Depósito 1
Figura 15 Respuesta en el tiempo - Depósito 1
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 16 Respuesta máxima en profundidad - Depósito 1
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 17 Amplificación - Depósito 1
Figura 18 Espectro de respuesta - Depósito 1
Máxima aceleración en superficie [m/s2] 0,070
Factor de amplificación máxima 5,891
Frecuencia fundamental [Hz] 1,800
Periodo fundamental [s] 0,555555533
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Depósito 2
Figura 19 Respuesta en el tiempo - Depósito 2
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 20 Respuesta máxima en profundidad - Depósito 2
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 21 Amplificación - Depósito 2
Figura 22 Espectro de respuesta - Depósito 2
Máxima aceleración en superficie [m/s2] 0,038
Factor de amplificación máxima 5,124
Frecuencia fundamental [Hz] 1,000
Periodo fundamental [s] 1
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Depósito 3
Figura 23 Respuesta en el tiempo - Depósito 3
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 24 Respuesta máxima en profundidad - Depósito 3
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Figura 25 Amplificación - Depósito 3
Figura 26 Espectro de respuesta - Depósito 3
Máxima aceleración en superficie [m/s2] 0,021
Factor de amplificación máxima 3,162
Frecuencia fundamental [Hz] 0,800
Periodo fundamental [s] 1,24999998
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Depósito 4
Figura 27 Respuesta en el tiempo - Depósito 4
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 28 Respuesta máxima en profundidad - Depósito 4
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 29 Amplificación - Depósito 4
Figura 30 Espectro de respuesta - Depósito 4
Máxima aceleración en superficie [m/s2] 0,037
Factor de amplificación máxima 2,869
Frecuencia fundamental [Hz] 1,800
Periodo fundamental [s] 0,55555553
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
30
Depósito 5
Figura 31 Respuesta en el tiempo - Depósito 5
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 32 Respuesta máxima en profundidad - Depósito 5
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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Figura 33 Amplificación - Depósito 5
Figura 34 Espectro de respuesta - Depósito 5
Máxima aceleración en superficie [m/s2] 0,030
Factor de amplificación máxima 2,756
Frecuencia fundamental [Hz] 0,800
Periodo fundamental [s] 1,24999998
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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i. Hipótesis que considera el programa computacional EERA y sus ventajas y limitaciones
en cuanto a su aplicación en proyectos de ingeniería.
Las principales hipótesis que considera EERA son:
Estratos horizontales de extensión infinita.
Onda de corte se propaga verticalmente.
Respuesta en régimen transiente.
El suelo sigue el modelo elastoplástico de Kelvin-Voigt.
Las propiedades de rigidez y amortiguamiento dependen del nivel de deformación
angular.
Ventajas de su uso en ingeniería:
Es de uso rápido y sencillo.
Entrega resultados similares a modelos numéricos de mayor complejidad.
Limitaciones:
Es incapaz de modelar muchas situaciones reales en que existen geometrías más
complejas, como por ejemplo estratos en pendiente o efectos topográficos.
Es incapaz de predecir deformaciones remanentes.
Se limita al uso de curvas de degradación existentes en la literatura.
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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ii. El parámetro 𝑉𝑆30 utilizado en la normativa vigente para la clasificación sísmica del
suelo de fundación (Decreto Supremo Nº61). Considere la respuesta dinámica
obtenida en los distintos depósitos analizados mediante EERA.
El Decreto Supremo Nº61 define el parámetro 𝑉𝑆30, como el valor ponderado de la velocidad de
onda de corte en los 30 primeros metros de profundidad, de la siguiente forma:
𝑉𝑆30 =∑ ℎ𝑖
𝑛𝑖=1
∑ℎ𝑖𝑉𝑠𝑖
𝑛𝑖=1
Según esta definición los depósitos 1 y 2 tendrían el mismo 𝑉𝑆30, y por lo tanto entrarían en la
misma clasificación sísmica. Sin embargo en el siguiente gráfico, en que se presenta la
amplificación (en función de la frecuencia de la señal) entre la roca y la superficie en estos
depósitos, se puede apreciar claramente que el comportamiento de ambos es bastante diferente.
Se evidencia que los peaks del depósito 1 son mayores que los del depósito 2, y que esta
diferencia va en aumento a medida que la frecuencia crece. Esto se debe principalmente a que al
estar el estrato de arcilla debajo del estrato de grava en el caso del depósito dos, la arcilla provoca
un efecto de aislación al estrato superior, que genera una disminución de la amplificación.
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
35
Por otro lado, si se comparan los depósitos 3 y 4, los cuales poseen aproximadamente el mismo
𝑉𝑆30, se aprecia que también el comportamiento es bastante diferente. En este caso, se mantiene
la configuración de los estratos de grava y arena, pero en el depósito 3 existe un lente de arcilla
entre ambos. Este lente provoca un efecto de aislación del estrato superior, similar al caso
analizado anteriormente, lo que conduce a una amplificación de la señal menor a medida que la
frecuencia aumenta. Solo a frecuencias muy bajas el efecto de amplificación es levemente mayor.
En el caso del depósito 4 v/s el depósito 2, ambos tienen exactamente el mismo 𝑉𝑆30 según el
decreto, sin embargo el comportamiento es muy diferente, debido a que el depósito 5 posee un
estrato de arena del orden de 3 veces más profundo. Este estrato de arena de mayor profundidad
actúa como aislador debido a que el estrato superior es de grava.
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
36
En conclusión, el parámetro 𝑉𝑆30 del decreto no toma en consideración el orden de los estratos en
los primeros 30 metros, ni tampoco la posibilidad de que exista un lente arcilloso, ni lo que ocurra
a mayor profundidad que los 30 metros.
A raíz de esto, últimamente se han propuesto modificaciones a esta norma en la dirección de
incorporar el periodo fundamental del suelo como complemento para su clasificación. Este
parámetro entrega una caracterización global del depósito en toda su profundidad y es fácilmente
medible y a un costo relativamente bajo, mediante el método de Nakamura. Este método entrega
resultados muy aceptables (si se multiplica por un factor 1.2) en el caso de que no existan grandes
contrastes de impedancia con la roca. En el caso contrario, se estima que el suelo posee una
rigidez grande (debido a que se asemeja a la de la roca) y clasificaría automáticamente como un
suelo bueno para efectos de clasificación sísmica.
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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PROBLEMA 3
A continuación se presenta la comparación entre los espectros de aceleración obtenidos en cada
uno de los depósitos y su relación con los PGA.
En primer lugar se grafica el PGA de los 5 depósitos:
En el caso de los depósitos 1 y 2, cuya única diferencia es el orden de los dos estratos superiores,
se aprecian diferencias evidentes en los espectros. En el caso del depósito 1, existe un peak del
orden de 3 veces mayor que el del depósito 2, mientras que el PGA es del orden de dos veces
mayor. Esto se puede interpretar como un efecto mayor en la aceleración de la estructura que la
del suelo, a pesar de que estrictamente ambos fenómenos no son comparables. Además el
espectro del depósito 1 presenta un peak a un periodo estructural más bajo, con lo cual
estructuras más rígidas se verían más afectadas.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
1 2 3 4 5
PG
A [
g]
Depósito
PGA por depósito
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
38
En el caso del depósito 3 v/s el 4, cuya única diferencia es la presencia de un lente de arcilla entre
los estratos en el depósito 3, se evidencia que la diferencia entre los PGA y el peak de los
espectros guardan una relación similar (el doble para el depósito 4). Esto se debe, como ya se ha
comentado, a la presencia del lente de arcilla que actúa como disipador de la señal. Se aprecia
además que en el caso del depósito 3 el peak se produce para un periodo estructural mayor, es
decir, una estructura más flexible sobre este depósito se ve más afectada por el sismo.
Cuando se comparan los PGA de los depósitos 4 y 5, cuya única diferencia es una mayor
profundidad a la roca del depósito 5, se aprecia que este efecto no es tan notorio. Sin embargo
cuando se comparan los espectros de aceleración, en el caso del depósito 5 aparecen dos peaks,
mientras que en el depósito 4 solo uno, el cual coincide en el mismo periodo estructural con uno
de los peaks del depósito 5, siendo este último menor. Sin embargo, en el caso del segundo peak
del depósito 5, este supera al espectro del 4, y se produce a un periodo estructural mayor. En
consecuencia, en ambos suelos se podría producir un efecto de pseudo-resonancia para
estructuras localizadas en el mismo rango de periodo, pero además, en el depósito 5 se verían
afectadas estructuras de periodos mayores (más flexibles).
Trabajo 1 Dinámica de Suelos
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PROBLEMA 4
A continuación se presentan los resultados obtenidos por ambos métodos en gráficos
comparativos:
Máxima aceleración Caso c:
0,0228g
Máxima aceleración EERA:
0,0226g
Se observa que los resultados obtenidos mediante los dos métodos es prácticamente el mismo, lo
cual tiene sentido, ya que se han utilizado las mismas hipótesis, entre ellas, que las propiedades de
rigidez y amortiguamiento no cambian con la deformación.