Taxonomy of model concepts

El efecto del tipo de suelo sobre la amplitud y la naturaleza de las ondas sísmicas ha sido reconocido desde hace mucho tiempo como crucial en la estimación del peligro sísmico. Esto es particularmente importante en la Ciudad de México, Acapulco y Oaxaca, donde las amplificaciones por geología local son notables y se cuenta con suficiente información para tomarlas en cuenta. Por ello, se dedicará especial atención al modelado de la amplificación por efectos de sitio en estas ciudades.

1.4.1 Efectos de sitio en la Ciudad de México

La Ciudad de México cuenta con alrededor de 100 sitios dotados de instrumentos de registro de movimiento fuerte o acelerómetros. Para caracterizar la respuesta en sitios instrumentados de la Ciudad de México se utilizarán cocientes de espectros de respuesta promedio (CER), los cuales se interpretan como funciones de transferencia entre cada sitio instrumentado y el sitio de referencia. Los cocientes espectrales se pueden calcular analizando registros obtenidos por la Red Acelerográfica de la Ciudad de México (RACM) durante sismos previos. Aunque estos cocientes no tienen un significado físico, se han utilizado con éxito para reproducir los espectros de respuesta de sitios en zona de lago a partir de espectros de respuesta en sitios en terreno firme. En la Figura 4 se muestran, a manera de ejemplo, los CER para tres sitios (Central de Abastos, cd, Secretaría de Comunicaciones y Transportes, sc, y Viveros de Coyoacán, vi) obtenidos durante dos sismos: el 19 de septiembre de 1985, con línea continua, y el 25 de abril de 1989, con línea punteada. Los sismos utilizados para los cocientes abarcan muchas magnitudes y distancias focales, lo que permite tomar en cuenta directamente los efectos en la amplificación del movimiento debidos a estos factores.

Figura 4: Cocientes de espectros de respuesta para tres sitios de la zona de lago de la Ciudad de México durante dos sismos: el del 19 de septiembre de 1985 (línea continua) y el del 25 de abril de 1989 (línea punteada)

Los cocientes sólo pueden estimarse para los sitios de suelo blando instrumentados en que se hayan obtenido registros sísmicos. Sin embargo, se necesita un CER en cada sitio para el que se requiera estimar las pérdidas; estos puntos, en general, no coinciden con los sitios instrumentados. Para obtener los cocientes en cualquier sitio de la ciudad será necesario desarrollar un procedimiento de interpolación con las siguientes bases: primero, las abscisas de la FTE (periodos) en puntos instrumentados se normalizan con respecto al periodo dominante del sitio. La información acerca de los periodos dominantes es obtenida usando técnicas de microtemblores, sondeos geotécnicos y registros de movimientos fuertes (Reinoso y Lermo, 1991). En la Figura 5 se muestra un mapa de la ciudad con curvas de igual periodo. Posteriormente las FTE normalizadas se utilizan en una interpolación bidimensional para obtener las FTE normalizadas en sitios arbitrarios. Finalmente, las FTE interpoladas se renormalizan con respecto al periodo dominante apropiado. Esta interpolación supondrá variaciones suaves en la velocidad promedio de las ondas S (o, alternativamente, profundidad de la capa dura), y será exacta para la respuesta unidimensional de un estrato. Sin embargo, los efectos bi o tridimensionales quedarán incluidos en vista de que las FTE se obtuvieron de registros reales.

Figura 5. Mapa de la Ciudad de México con curvas de igual periodo obtenidas con datos de sismos, de microtemblores y de propiedades del suelo.

1.4.2 Efectos de sitio en Acapulco

De acuerdo con el origen geológico de los suelos, la ciudad de Acapulco se encuentra dividida en las zonas que se muestran en la figura 6.

Figura 6. Zonas geológicas de Acapulco, Gro.

La evidencia sismológica indica que la amplificación de las ondas sísmicas por efectos de la geología local es esencialmente diferente en cada una de las cuatro zonas, lo cual será considerado en la estimación de los efectos de sitio en Acapulco.

Para esta estimación se recurrirá a métodos empíricos, es decir, métodos que hacen uso de la información de movimientos fuertes registrados en la ciudad, cuyo resultado son los cocientes espectrales de respuesta (CER).

Para sitios no instrumentados se recurrirá a técnicas adecuadas de interpolación, como las que se señalaron en el inciso anterior.

Se tomarán en cuenta los efectos de no-linealidad del suelo que se presentan para eventos de alta intensidad.

1.4.3 Efectos de sitio en Oaxaca

Para la estimación de los efectos de sitio en Oaxaca se utilizó la información disponible por varios autores quienes realizaron una recopilación muy completa de geología, vibración ambiental, geotecnia y análisis de estaciones acelerográficas. Con base en esta información fue posible determinar un mapa de periodos de sitio.

Figura 7. Mapa de periodos del suelo de la ciudad de Oaxaca.

Las amplificaciones fueron determinadas tomando en cuenta los modelos unidimensionales del suelo a partir de 11 estudios de mecánica de suelos y con los cocientes espectrales de las estaciones. Al igual que en el estudio de Acapulco se usaron suposiciones de la estratigrafía del suelo para obtener funciones de amplificación en sitios diferentes a donde se localizan las estaciones y los sondeos de geología. En la Figura 7 se muestran algunas funciones de amplificación obtenidas en varios sitios de Oaxaca.

1.4.4 Efectos de sitio en otras localidades

Para otros sitios de la República Mexicana en que las condiciones del suelo no han sido estudiadas detalladamente, se estimará la amplificación a partir de funciones de transferencia promedio obtenidas de movimientos sísmicos registrados en roca, suelos firmes y suelos blandos en diferentes partes del mundo. Para este propósito se tomarán en cuenta los estudios hechos por Miranda (1991 y 1993a). La función de trasferencia de roca a suelo firme estará dada por

2. Vulnerabilidad estructural

La vulnerabilidad de una estructura es la relación entre la intensidad del movimiento sísmico, en este caso la seudoaceleración espectral, y el nivel de daño. El parámetro que se utilizará como indicador del nivel de daño en una estructura es la distorsión máxima de entrepiso, la cual se define como la relación entre el desplazamiento relativo entre dos niveles, dividido entre la altura de entrepiso.

Existe un número importante de estudios que han concluido que este parámetro de respuesta es el que tiene mejor correlación con el daño estructural y con el daño no estructural (Alonso et al., 1996; Bertero et al., 1991; Moehle, 1992 y 1996; Miranda, 1997; Priestley, 1997; Sozen, 1997). Los procedimientos de estimación de daño basados en intensidades de Mercalli Modificada, que es una medida subjetiva del daño en una región, quedan explícitamente excluidos.