Con el fin de caracterizar el comportamiento típico de los depósitos de cenizas encontrados en la zona se ha seleccionado un perfil estratigráfico típico de cenizas con profundidad variable entre 5 y 30 m, sobre basamento cuya velocidad de onda de cortante es del orden de 1500 m/s con propiedades del suelo que se ajustan a los modelos de comportamiento dinámico establecidos en el Capítulo 5 y sometidos a la excitación sísmica proveniente de las fuentes identificadas como críticas mediante las señales hipotéticas establecidas en el Capítulo 4.
Ante las incertidumbres presentes en la determinación de todos los parámetros de análisis de los modelos se recurre a un análisis global de sensibilidad que permite
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Microzonificación Sísmica de la Ciudad de Manizales Página 112 establecer el grado de variación en la respuesta ante una variación en cualquiera de las variables involucradas en los análisis. De acuerdo con análisis de sensibilidad previos realizados en estudios para zonas similares se encuentra que la respuesta dinámica es sensible a las siguientes variables principales:
- Profundidad de los estratos blandos - Velocidad de onda de corte del perfil
- Curvas de degradación del modulo y de amortiguamiento
Para adelantar el análisis de sensibilidad mencionado se parte de un solo modelo típico promedio que representaría en términos generales la situación más generalizada y con referencia a la cual se estudiaría la respuesta ante variaciones establecidas en los parámetros de entrada.
El modelo de referencia y las variables de mayor sensibilidad son las siguientes :
Tabla 6.2
Características Dinámicas para Modelo de Referencia MODELO DE REFERENCIA
Profundidad 30 m
Calculo de Gmax a partir del Vs promedio calculado a partir de
las mediciones de velocidad de onda cortante realizadas en Manizales
Indice liquidez con la profundidad Uniforme, IL =1.0
Propiedades dinámicas de los suelos Correspondientes a IL =1.0
Velocidad de onda del basamento 1500 m/s
Sismo de referencia Cercano (fuente Romeral) con amax = 0.18 g
Con base en este modelo de referencia se caracteriza el comportamiento típico de los depósitos de cenizas que son los que cubren la mayor parte de la zona estudiada. Igualmente los análisis de sensibilidad de las diferentes variables que se presentan más adelante hacen siempre referencia a los valores indicados como valores típicos promedio.
En primer lugar se estudia la variación de la aceleración con la profundidad. Esta ocurre principalmente en los estratos superiores más blandos del depósito. La Figura 6.5 presenta la variación de la aceleración máxima de respuesta con la profundidad del modelo típico presentado para los sismos de análisis. Como puede observarse, la principal amplificación de la aceleración se presenta en los estratos más superficiales. Debe tenerse en cuenta que los valores registrados son máximos y no necesariamente ocurren a un mismo tiempo, lo cual en parte explica las formas anómalas observadas en la Figura. Este resultado es importante para efectos de estudios futuros que se realicen
Microzonificación Sísmica de la Ciudad de Manizales Página 113 para complementar el presente trabajo, especialmente en lo que se refiere a la caracterización dinámica de los estratos.
Por otro lado resulta de interés la velocidad de la onda de cortante degradada ( que depende del modulo de cortante degradado) en función de la profundidad. Esta se obtiene a partir de las propiedades degradadas del depósito luego de la ocurrencia del sismo, las cuales a su vez se obtienen a partir de la interpretación de los resultados dados por el programa de computador. La Figura 6.6 resume los módulos de cortante degradados para cada uno de los sismos de análisis en función de la profundidad. También, en la Figura 6.6 se indica la relación G/Gmáx más baja alcanzada para cada
profundidad lo cual es un indicativo del nivel de degradación del suelo luego de la ocurrencia del sismo.
Para efectos de entender el comportamiento de amplificación del modelo desarrollado se han realizado corridas utilizando los sismos de análisis a diferentes aceleraciones máximas del terreno, para 0.05g, 0.20g, 0.35g y 0.50 g. En la Figura 6.7 se presentan los espectros de respuesta que se obtuvieron para las corridas realizadas. Puede apreciarse el cambio en la amplitud espectral al variar el nivel de aceleración máxima de la señal, para cada uno de los sismos utilizados.
Por otra parte en la Figura 6.8se presentan las relaciones espectrales o amplificaciones espectrales (espectro de respuesta en superficie dado por el modelo dividido por el espectro correspondiente en roca) para cada una de las corridas realizadas y para los tres sismos respectivamente. En las Figuras puede identificarse claramente que a menor aceleración se produce mayor amplificación de la aceleración máxima y en general mayor amplificación relativa en cada una de las componentes del espectro, principalmente para los períodos predominantes de vibración del depósito. Por encima de un nivel de aceleración dado, el comportamiento del suelo comienza a producir una deamplificación en todo el contenido frecuencial de la señal y la forma de la amplificación (o deamplificación) es más uniforme en todo el rango del espectro. Finalmente en la Figura 6.9 se presentan como comparación, las curvas de aceleración máxima en superficie contra la aceleración máxima de la señal de roca para las corridas realizadas, observándose claramente que hasta un nivel dado de aceleración se produce amplificación relativa pero de ahí en adelante el suelo trata de amortiguar la señal. En general, puede establecerse que las aceleraciones máximas a nivel de superficie difícilmente sobrepasarían un valor de 0.60g por los altos efectos no lineales del suelo, independientemente de que tan fuerte y cercano sea el sismo. Las aceleraciones máximas registradas en el sismo de Armenia de enero de 1999 con amplitudes del orden de 0.60g muy probablemente se vieron afectadas por efectos bidimensionales o tridimensionales tales como la presencia de zonas de relleno o efectos topográficos superficiales.
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