análisis de efectos sísmicos ortogonales horizontales en terreno ...

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04.03.2015 Views

Jesús Valdés González y Mario Ordaz Schroeder Debido a que el interés de este trabajo se centra en analizar el movimiento del suelo en terreno blando, se asume que el espectro de amplitudes de Fourier de ambos componentes ortogonales horizontales del movimiento del suelo se puede aproximar mediante una delta de Dirac localizada en la frecuencia predominante del suelo. En la figura 3 se muestra el espectro de amplitudes de Fourier del movimiento del suelo registrado durante el sismo de 1985 en la estación SCT de la ciudad de México (terreno blando). La forma que tienen estos espectros justifica su aproximación mediante deltas de Dirac. Esta hipótesis implica que los dos componentes horizontales del movimiento del suelo sean caracterizados mediante señales cuyos espectros de Fourier tienen la misma forma (deltas de Dirac), pero cuyas amplitudes no son necesariamente las mismas. Es decir, se asume que && ys( ω ) k = (10) && x ( ω ) s donde k varía de 0.4 a 1.0 aproximadamente y depende de la orientación de los ejes que se utilicen para descomponer el movimiento del suelo (Valdés, 2004). 10.00 8.00 Estación: SCT, (19-sep-85) lA(ω)l 6.00 4.00 2.00 0.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 f(hz) Figura 3. Espectro de amplitudes de Fourier correspondiente al registro obtenido durante el temblor del 19 de septiembre de 1985 en la estación SCT de terreno blando en la ciudad de México Bajo estas consideraciones, las ecs. 8 y 9 pueden rescribirse de la siguiente forma. Para el caso de componentes colineales (ec. 8): R R xy xy 2 [ φ( ω )] 2 2 2 ( ω s ) = g1 ( ω s ) + k g 2 ( ω s ) + 2k g1( ω s )g 2( ω s )real s (11) Para componentes ortogonales (ec. 9): ( ω ) s 4 [ φ( ω )] 4 4 4 2 2 2 2 = g ( ω ) + k g ( ω ) + 2k g ( ω )g ( ω )real (12) 1 s 2 s 1 s 2 De acuerdo a la teoría de vibraciones aleatorias (Vanmarcke, 1976), el valor esperado de la máxima respuesta cuadrática considerando la acción simultánea de ambos componentes ortogonales horizontales del movimiento del suelo puede calcularse con la siguiente expresión: s s 96

Análisis de efectos sísmicos ortogonales horizontales en terreno blando E F 2 = Rxy ( ω ) dω 2πT ∞ 2 p ( Rxy max ) ∫ s −∞ (13) donde F p es el factor pico y T s la duración de la fase intensa del movimiento del suelo. Evaluando la ec. 13 para el caso donde los componentes de la respuesta son colineales (ec. 11) resulta: E ( R ) 2 2 2 ( g ( ω ) + k g ( ω ) k g ( ω )g ( ω )real[ φ( ω )]) Fp 1 s 2 s + 2 2 1 s 2 xy max 2πTs ( ) E R = (14) Para el caso de componentes ortogonales (ec. 12): 4 4 4 2 2 2 2 ( g ( ω ) + k g ( ω ) 2k g ( ω )g ( ω )real [ φ( ω )]) F 1 s 2 s s = (15) 2πT p 1 s 2 s + 4 xy max s Nótese que la integral de la ec. 13 ha desaparecido de las ecs. 14 y 15 debido a que los espectros de amplitudes de Fourier del movimiento del suelo son deltas de Dirac. Sí sólo actúa un componente del movimiento del suelo, entonces la respuesta puede calcularse como sigue. Para la acción del temblor en la dirección x: R ( ω ) = g ( ω )x & ( ω ) (16) x 1 s para la acción del sismo en la dirección y, R ( ω ) = g ( ω )k & y ( ω ) (17) y 2 s El valor esperado de la respuesta cuadrática pico, considerando la acción individual de un componente del movimiento del suelo se puede calcular de acuerdo a las siguientes expresiones: E E 2 ( R ) x max 2 ( R ) y max 2 Fpx g1 ( ω s) = (18) 2πT sx 2 2 Fpy k g 2 ( ω s) = (19) 2πT sy donde T sx y T sy son las duraciones de las fases intensas del movimiento del suelo en cada dirección. Bajo estas condiciones, el cociente γ (ec. 3) puede calcularse como sigue: Si los componentes de la respuesta son colineales s s 97

Análisis <strong>de</strong> <strong>efectos</strong> sísmicos <strong>ortogonales</strong> <strong>horizontales</strong> <strong>en</strong> terr<strong>en</strong>o blando<br />

E<br />

F<br />

2<br />

= Rxy<br />

( ω ) dω<br />

2πT<br />

∞<br />

2<br />

p<br />

( Rxy<br />

max<br />

) ∫<br />

s −∞<br />

(13)<br />

don<strong>de</strong> F p es el factor pico y T s la duración <strong>de</strong> la fase int<strong>en</strong>sa <strong>de</strong>l movimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l suelo.<br />

Evaluando la ec. 13 para el caso don<strong>de</strong> los compon<strong>en</strong>tes <strong>de</strong> la respuesta son colineales (ec. 11)<br />

resulta:<br />

E<br />

( R )<br />

2<br />

2 2<br />

( g ( ω ) + k g ( ω ) k g ( ω )g ( ω )real[ φ(<br />

ω )])<br />

Fp<br />

1 s<br />

2 s<br />

+ 2<br />

2 1 s 2<br />

xy max<br />

2πTs<br />

( )<br />

E R<br />

= (14)<br />

Para el caso <strong>de</strong> compon<strong>en</strong>tes <strong>ortogonales</strong> (ec. 12):<br />

4<br />

4 4<br />

2 2 2<br />

2<br />

( g ( ω ) + k g ( ω ) 2k<br />

g ( ω )g ( ω )real [ φ(<br />

ω )])<br />

F<br />

1 s 2 s<br />

s<br />

= (15)<br />

2πT<br />

p 1 s<br />

2 s<br />

+<br />

4<br />

xy max<br />

s<br />

Nótese que la integral <strong>de</strong> la ec. 13 ha <strong>de</strong>saparecido <strong>de</strong> las ecs. 14 y 15 <strong>de</strong>bido a que los espectros <strong>de</strong><br />

amplitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Fourier <strong>de</strong>l movimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l suelo son <strong>de</strong>ltas <strong>de</strong> Dirac.<br />

Sí sólo actúa un compon<strong>en</strong>te <strong>de</strong>l movimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l suelo, <strong>en</strong>tonces la respuesta pue<strong>de</strong> calcularse<br />

como sigue. Para la acción <strong>de</strong>l temblor <strong>en</strong> la dirección x:<br />

R ( ω ) = g ( ω )x &<br />

( ω )<br />

(16)<br />

x<br />

1<br />

s<br />

para la acción <strong>de</strong>l sismo <strong>en</strong> la dirección y,<br />

R ( ω ) = g ( ω )k & y<br />

( ω )<br />

(17)<br />

y<br />

2<br />

s<br />

El valor esperado <strong>de</strong> la respuesta cuadrática pico, consi<strong>de</strong>rando la acción individual <strong>de</strong> un<br />

compon<strong>en</strong>te <strong>de</strong>l movimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l suelo se pue<strong>de</strong> calcular <strong>de</strong> acuerdo a las sigui<strong>en</strong>tes expresiones:<br />

E<br />

E<br />

2<br />

( R )<br />

x max<br />

2<br />

( R )<br />

y max<br />

2<br />

Fpx<br />

g1<br />

( ω<br />

s)<br />

= (18)<br />

2πT<br />

sx<br />

2 2<br />

Fpy<br />

k g<br />

2<br />

( ω<br />

s)<br />

= (19)<br />

2πT<br />

sy<br />

don<strong>de</strong> T sx y T sy son las duraciones <strong>de</strong> las fases int<strong>en</strong>sas <strong>de</strong>l movimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l suelo <strong>en</strong> cada dirección. Bajo<br />

estas condiciones, el coci<strong>en</strong>te γ (ec. 3) pue<strong>de</strong> calcularse como sigue:<br />

Si los compon<strong>en</strong>tes <strong>de</strong> la respuesta son colineales<br />

s<br />

s<br />

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