FIAD-UABC. ENSENADA

“MICROZONIFICACIÓN”Guevara Meza María de Jesús Montzerrat

INGENIERIA SISMICA Dr. Espinoza Barreras Fortunato

FACULTAD DE INGENIERÍA ARQUITECTURA Y DISEÑO CARRETERA TRANSPENINSULAR ENSENADA-TIJUANA NUMERO 3917, COLONIA PLAYITAS.

Ensenada, B.C., C.P. 22860. Teléfono 646-1750744, Fax 646-1744333. E-mail: dguevara@uabc.edu.com

16 de Noviembre del 2016

Abstract. La microzonificación es la representación geográfica de los riesgos sísmicos en una determinada zona, la cual está constituida por las condiciones del suelo de la región. Si bien, el sismo ocurrido en una región puede ser de una cierta intensidad que tal vez no afecte a la comunidad pero en otra región pudiese suscitarse un sismo con las mismas condiciones y la reacción del terreno no será la misma, pues las condiciones del mismo varían de acuerdo a la zona en que se trate, por ende la importancia de la microzonificación o regionalización sísmica.

Palabras claves: microzonificación, espectro de diseño, aceleración, acelerómetros, magnitud, intensidad, terreno, respuesta sísmica, bases de datos, etc.

1. Introducción El riesgo sísmico en una zona se refiere a la probabilidad de que ocurra el sismo mayor que pueda generarse en dicho lugar, superando la magnitud determinada como “normal” en un tiempo determinado.La distribución geográfica del riesgo sísmico es presentada en mapas de Zonificación o Regionalización sísmica; éstos contienen la máxima intensidad que pudiese ocurrir en sismos futuros ligados a tiempos medios de recurrencia. La palabra “intensidad” utilizada en las escalas de Mercalli u otro parecido hacen referencia al daño generado en las estructuras y que repercute con la sensibilidad de las personas; mientras que para fines de diseño dicho término hace referencia a la probable aceleración y velocidades máximas en un tiempo de recurrencia determinado. La zonificación sísmica hace recopilación de varios factores importantes; tales como:*aspectos geotécnicos y geofísicos: fallas, las oscilaciones de la corteza, desarrollo geotécnico; características fundamentales de los estratos del terreno en estudio. *Parámetros sísmicos: el mecanismo, la acción sísmica.*Parámetros dinámicos de las ondas sísmicas: funciones de distancia, profundidad focal, magnitud e intensidad.*Observaciones macro sísmicas: Después de la generación de las curvas de recurrencia de la intensidad versus periodo, surge la Regionalización del país; el cual

está conformado por cuatro zonas que varía de acuerdo al riesgo sísmico del lugar (A, B, C y D), siendo la zona de las de mayor riesgo sísmico.

La microzonificación se refiere a la distribución a detalle del riesgo sísmico en cada una de las zonas de la Regionalización o zonificación sísmica; ésta contiene las condiciones regionales del suelo y las dificultades de la interacción suelo-estructura. Las deformaciones del terreno en el que se encuentra desplantada una estructura son generadas por la interacción suelo-estructura, por la convivencia que hay entre la estructura y el movimiento del terreno el cual es mostrado como el paso de energía del edificio al suelo y del suelo al edificio.El objetivo de contar con una regionalización sísmica es poder construir estructuras conforme a las normas que aseguren un comportamiento “regular” ante los efectos sísmicos. Generar bases de datos que guíen al constructor hacia la elección adecuada de espectros de diseño para lugares determinados; pues a fin de garantizar seguridad en sus construcciones es necesario conocer el área donde se desplantará la edificación. Es necesario mencionar que si el riesgo sísmico es mayor, las fuerzas horizontales para diseño serán mayores y por ende serán mayores lo coeficientes sísmicos a utilizarse..

2. Objetivo

Ofrecer y vender al público en general; especialmente al ingeniero civil, un estudio completo de microzonificación sísmica a fin de generar tranquilidad a las personas que requieren de una construcción; asi como la generación de bases de datos con la información obtenida de dicho estudio, siendo ésta de alcance para todo el público en general..

3. Marco Teórico

Zonificación ó Regionalización SísmicaLa regionalización sísmica es la distribución geográfica del Riesgo Sísmico (probabilidad que ocurra el sismo más severo de determinado lugar en un lapso de tiempo) de la población, planteados en mapas, los cuales muestran La máxima intensidad posible que pudiera ser generada por futuros sismos de acuerdo a los tiempos de recurrencia (frecuencia con la que ocurre); La intensidad dependen de la aceleración y la velocidad del terreno.

MICROZONIFICACIONLa microzonificación es la determinación de espectros de diseño para zonas específicas de un lugar determinado. El espectro de diseño es el gráfico de la aceleración con respecto al periodo natural de la estructura en estudio; dado que el riesgo sísmico no es el mismo y el comportamiento del suelo varía de acuerdo al sitio del que se trate, el espectro de diseño varía con respecto a la zona de estudio. Para realizar los estudios de microzonificación es necesario conocer información de los estratos del suelo, mínimamente en los primeros 100 pies del terreno natural o hasta topar con la roca madre, las características que se quieren conocer del suelo van desde el tipo de materia de los estratos del suelo, el soporte que tiene el suelo al amortiguamiento, etc. Las características necesarias varían de acuerdo a la magnitud del espectro de diseño para la microzonificación que se desee obtener.En algunas ciudades no se cuenta con el recurso ni el material necesario para realizar el tipo de estudios necesarios del suelo y resulta complicado la obtención del espectro de diseño; en este caso se recurre a “la metodología simplificada”; la cual consiste en utilizar una capa de suelo semejante para representar un depósito de varias

capas, pues en geotecnia se supone que los depósitos de suelo son capas horizontales. A fin de conseguir la capa semejante se requiere conocer dos parámetros importantes del terreno: la profundidad a la capa resistente del suelo y el módulo de corte del mismo. Dicha información es posible obtenerla con los mapas de tipos de perfil del suelo o los mapas isoperiodos (se optiene el periodo natural más alto del depósito del suelo); de acuerdo a la literatura de ingeniería geotécnica (Kramer, 1996), se dice que:

T=4 HVs

Donde:H define el espesor del depósito de sueloVs es la velocidad de las ondas sísmicas

En el mapa de tipos de perfil del terreno se clasifica el suelo en varios rangos; estos pueden ser: “Tipo A, B,C,D o E” de acuerdo a la clasificación de NEHRP (ASCE 7, 2005), se utiliza un promedio de velocidad de ondas hasta los primeros 30 metros de profundidad.Es posible obtener la profundidad de la capa de suelo semejante si se conoce la velocidad de ondas sísmicas para el límite inferior y superior y el periodo natural de acuerdo con la ecuación anterior. La capa es semejante con el sentido del periodo natural y la velocidad de onda de corte de los estratos reales del suelo. La mejor representación del perfil del terreno es la que se encuentra entre las dos capas semejantes anteriormente mencionadas.

MAGNITUD SISMICAPara medir el tamaño de los terremotos es necesario contar con una medida que no sea dependiente de la intensidad, el tipo de construcción que se ve afectada o densidad de la población. La manera correcta de medir los registros simicos se ve relacionada con la cantidad de energía que libera el sismo, lo cual, depende de la ubicación de los aparatos con los que se registran.Charles Richter fue quien promovió una escala cuantitativa, haciendo uso de las amplitudes generadas por las ondas que fueron registradas en un sismógrafo. Dicha escala es aplicable para sismos superficiales y cercanos.Existen diferentes escalas de magnitud, entre estas se encuentran la de las ondas superficiales (Ms), magnitud de ondas de

cuerpo (mb) o las magnitudes de momento sísmico (Mw).Si se tienen registros de dos sismos, sea cual sea la magnitud de ambos, la diferencia aproximada entre ellos (diferencia de un grado de magnitud) será de 32 veces, como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1. Equivalencia entre magnitudes.

FUENTES DE INFORMACIÓNExisten diversas fuentes de guía de estudio generados por los principales centros de investigación y observatorios sismológicos, en los que se puede recurrir para la consulta con respecto a los temblores que han ocurrido (epicentros, magnitudes, profundidades, etc.; por mencionar algunos se encuentra:*La base de datos de registros acelerográficos de la Red sísmica Mexicana.*Servicio Sismológico Nacional (SSN): cuenta con tres redes de estaciones sismográficas distribuidas en el centro y sur del país.*Centro de investigación científica y Educación Superior de Ensenada (CICESE): se encarga de la red sísmica del Noroeste de México; recaba información de la actividad en la región norte de la península de Baja California y en la parte noroccidental del estado de Sonora. *Observatorio Vulcanológico de la Universidad de Colima: registra cualquier manifestación del volcán de Colima, lleva el registro también del peligro sísmico y proyectos relacionados con la sismicidad del estado de Colima, Jalisco y Michoacán.*Centro de Prevención de Desastres (CENAPRED): genera boletines de los sismos de gran magnitud, todos aquellos sismos que han causado estragos y daños importantes. Proporciona también datos de aceleración de la línea Acapulco-Df.*Earthquake Hazard Program. United States Geological Survey (NEIC-USGS): Proporciona la ubicación de los simos en diversas partes del mundo.*Southern California Earthquake Data Center: Proporciona información registrada en la parte norte de la Península de Baja California y el estado de California en los Estados Unidos.

ESTUDIOS DE SITIOEs importante mencionar que las fuentes antes mencionadas son de gran ayuda, pero no siempre resulta del todo bien el confiar de ellos, no por el hecho de error si no por el hecho del suelo del que se trate. Cabe mencionar que si el estudio se trata de una zona con grandes espesores de sedimentos blandos es mejor que se estudie con precisión el peligro sísmico que contiene, puesto que suelos blandos amplifican significativamente el movimiento del terreno.A pesar de los mapas de regionalización existentes, no es posible obtener la amplificación del movimiento del terreno, para conocer la respuesta del suelo ante movimientos sísmicos es necesario realizar estudios profundizados, entre los que se encuentran: *Estudios de geología superficial: Es necesario definir los espesores y propiedades de las capaas superficiales, para ello se implementa información de pozos perforados para suministro de agua potable proporcionados por los departamentos municipales o estatales encargadas de los mantos acuíferos. Es necesario incluir las zonas propensas a sufrir deslizamientos de ladera, flujos de agua o lodo.

VALIDACION DE MÉTODO SIMPLIFICADO DE MICROZONIFICACIÓNDicha validación consiste en comparar la respuesta sísmica de algunos suelos en diferentes sitios contra las respuestas propuestas de las capas equivalentes.El espectro de diseño es la curva formada por las aceleraciones versus periodo natural de la estructura; la cual es posible obtener como la envolvente de los espectros de respuesta de los registros de aceleraciones. Dicha envolvente recopila los valores máximos de las aceleraciones en función de su periodo natural, considerando las amplificaciones del sitio que trate. A fin de ser obtenido el espectro de diseño de una región es necesario utilizar como la agitación para el oscilador a la aceleración absoluta en el área libre del suelo. La respuesta de un tipo de suelo varía de acuerdo al sismo al que esté sometido con la desventaja que los terremotos que ocurrirán en el lugar son inciertos.

METODOLOGÍA PARA REALIZACION DE ESTUDIO DE MICROZONIFICACIÓNa) Caracterización de la zona en

estudio

Las zonas de características parecidas de las propiedades del suelo son factores a establecer, estos sirven para definir los lugares en los que se espera una respuesta sísmica en el terreno similar. Es necesario que se describan las placas tectónicas y la acción sísmica de la zona, características fundamentales como la geología, topografía e hidrología del lugar.

b) Selección de base de datos de aceleracionesEs necesario contar con los registros de aceleraciones del suelo, dicha cantidad de registros debe ser una cantidad considerable que permita representar la muestra de diferentes movimientos fuertes. Varios códigos (IBC-09, ASCE 7) recomiendan que se utilice almenos 7 terremotos diseñando con la respuesta máxima; esto a fines de cálculo de la respuesta sísmica del terreno. Los terremotos antes mencionados deben ser representativos a aquellos que pudiesen ocurrir en el lugar, o mejor dicho que se hayan generado en fallas cercanas al sitio de estudio. En algunos lugares no es posible la obtención de los registros de movimientos del suelo; aquí se opta por seleccionar las bases de datos de registros de fallas similares a distancias y profundidades parecidas. Aplicación del método de las capas equivalentesDicho método es recomendable en aquellas ocasiones en las que no se cuenta con información suficiente de la geología del lugar y tampoco es posible solventar el gasto para realizar estudios de las propiedades del suelo. El fin es generar los espectros de diseño para distintos sitios a través del cual se conoce o se cree el correcto espectro de diseño generado por un código u otra fuente. La metodología de capas equivalentes hace posible la obtención de la respuesta sísmica y la generación de un espectro de diseño sísmico similar al especificado por las características

de terreno. Los resultados de éste son muy parecidos a los obtenidos con la metodología convencional pero sin los costos elevados y el trabajo que éste acarrea.

c) Análisis de la respuesta dinámica del suelo es posible realizar el análisis dinámico a fin de determinar los movimientos del suelo con la utilización de la teoría de propagación de ondas en suelos estratificados y amortiguados; en el que los estratos del terreno son simulaciones con modelos unidimensionales y en el análisis predomina el dominio de la frecuencia. El comportamiento no lineal del suelo ante un movimiento lateral se considera aproximados mediante el método Lineal Equivalente. Después se procede con la evaluación de deformaciones y esfuerzos del suelo y se consideran los posibles efectos de licuación.

d) Espectros de diseñoEn aquellos lugares en los que la respuesta del suelo es similar, se general espectros de diseño con los resultados de dichas respuestas dinámicas. Dichos espectros contienen 5 importantes parámetros: las aceleraciones para distintos periodos, el periodo donde inicia el espectro, el periodo corto y el periodo en el cual la curva desciende.

e) Mapas de microzonificaciónf) Para tener fácil acceso a los datos

obtenidos del estudio de microzonificación se generan bases de datos con mapas de microzonificación sismica; un ejemplo es el software ArcGIS el cual permite realizar los mapas con información sobre los espectros de diseño e información de cada sitio como se muestr en la fig. 1.

Fig. 1: Mapa de zonificación sísmica en México.

Según el manual de Edificaciones de la Comisión Federal de Electricidad, dicho mapa contiene el nivel de peligro sísmico, permitiendo así conocer de una manera muy general el estado en que se encuentra la república mexicana, siendo la zona D la de mayor riesgo sísmico.

“Del análisis de acelerogramas, es posible obtener los espectros de respuesta del terreno, los cuales nos proporcionan con certeza el periodo natural de vibración para la aceleración máxima registrada; cuando no se cuenta con equipo acelerográfico que permita conocer dicha información , es posible conocer el periodo fundamental de vibración por medio de modelos empíricos analíticos, para los cuales es necesaria la obtención de parámetros del suelo por medio de sondeos y sus respectivas pruebas de laboratorio, sin embargo la utilización de este procedimiento requiere de recursos económicos importantes. Las mediciones de vibración ambiental fue el método utilizado para medir la forma en que vibra el terreno en un punto en específico.

El procedimiento de estudio de microzonificación puede variar por diferentes motivos, algunos de éstos pudieran ser la experiencia de realizarlos, el dinero con el que se cuenta para lograr el objetivo o el método que se emplee para realizarlo; sea cual sea el método que se utilice los datos obtenidos deben ser muy similares.

Una metodología literalmente completa pudiera ser la siguiente, basada en un estudio de microzonificación realizado en la Ciudad de Tuxtla Gutierrez, Chiapas, por G. Alonso, R. Cruz, F. Santos, M. Ramirez-Centeno, M. Ruiz-Sandoval y J. Iglesias.

Dicho procedimiento es el siguiente:

*Recopilación de la información sismológica, geológica, topográfica y de mecánica de suelosSe refiere a las características, físiográficas del terreno, la geología del lugar (forma interior y exterior del suelo en estudio), la actividad sísmica registrada en el lugar (en caso que que se haya suscitado algún evento sísmico), etc.*Determinación de los periodos naturales del terreno mediante pruebas de vibración ambientalPara obtener los periodos fundamentales del suelo es necesario:*Ubicar puntos a lo largo y ancho de la ciudad, a fin de cubrir la mancha urbana y los lugares donde posteriormente se edificará para realizar mediciones de campo. Para obtener dichas mediciones se utilizó un sistema de registro integrado por los aparatos siguientes:-Grabadora digital de estado sólido-Dos sensores simológicos de campo-Computadora portátilLas comunicaciones y obtención de datos se realizan por medio de los programas Quick talk, Quick look.*Con base a los registros obtenidos por vibración ambiental, se obtienen los espectros de Fourier. Para obtener los espectros de diseño se puede aplicar una técnica innovadora propuesta por el investigador japonés Nakamura, la cual suaviza los espectros con el fin de rectificar las perturbaciones captadas en la medición ambiental y que no corresponden a la forma natural de vibrar del suelo.*a fin de comprobar los resultados obtenidos con las mediciones de vibración ambiental en el campo, se estima el periodo fundamental de vibración del terreno en los puntos en donde se contaba con sondeos profundos, con base a la información de mecánica de suelos.El periodo del terreno se obtiene mediante la siguiente expresión:

T=4∑ (H i

Vsi)

En que:

V s=√(Gρ

)

En donde:G=¿¿

σ 0=(σ1+σ2+σ3)/3σ 1=H (γ )

σ 2=σ3=σ1(K0)K0=1−sin φ

Donde:H=espesor del iesimo estrato, en mVs=velocidad de ondas de cortante, m/sG=módulo de cortanteρ=densidad del materiale=relación de vaciosσ1,σ2,σ3=esfuerzos en el sueloϒ=peso específico del material, kg/m3

Φ=ángulo de fricción interna del material, en grados

*Determinación de las curvas de igual periodo de vibración del terrenoPosteriormente se procede a comparar los resultados obtenidos analíticamente del periodo de vibración con las mediciones obtenidas de la vibración ambiental.

*Propuesta de zonificación sísmicaLa propuesta de zonificación sísmica se realiza revisando el valor de periodo fundamental, y concluyendo el tipo de suelo en el que está desplantada la mancha urbana.

*Propuesta de parámetros de diseño sismo-resistente derivadas de la estimación de intensidades por sismos” (SociedadMexicana de Ingenieria Sismica, 1997).

ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA DE VALLES ALUVIALES

“Con base en datos de geología superficial, clasificación de materiales en función de sus propiedades geotécnicas, espesores de capas, etc., es posible definir la zonificación geotécnica de un área. Debido a la complejidad del medio geológico y las diferentes aplicaciones y finalidades de los mapas geotécnicos, no existe un procedimiento estándar para su elaboración (G. de Vallejo, 2002) Sin embargo, el mapa de zonificación debe incluir, al menos: *Delimitación de zonas de terreno firme, zonas blandas y aquellas consideradas de transición *Descripción litológica de cada unidad (tipos de rocas o sedimentos que las componen, por ejemplo rocas volcánicas, gravas, arcillas, cuerpos de arena, etc) *Profundidades del nivel freático *Propiedades (resistencia a la penetración, densidad, plasticidad, grado de fracturamiento y de alteración, etc.). El mapa de zonificación deberá estar acompañado de información respecto de las investigaciones realizadas, metodologías y criterios empleados en su elaboración,

clasificación geológica y geotécnica de los materiales, columnas de sondeos, fotografías, etc. De tal manera, será posible conocer las zonas que pueden ser susceptibles a la amplificación del movimiento sísmico o bien, identificar áreas aptas para distintos usos o realización de obras. Idealmente, se pueden encontrar mapas de zonificación geotécnica en las normas técnicas complementarias de los reglamentos de construcción, ya sea en la sección de diseño por sismo o de diseño y construcción de cimentaciones (p. ej. el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal).Microzonificación sísmica De acuerdo con datos y experiencias derivados de sismos recientes en diversos lugares del mundo, se ha observado que los daños se acentúan notablemente en aquellas ciudades ubicadas en valles aluviales con grandes espesores de sedimentos blandos, principalmente arcillas, arenas y limos. Aunque la distancia al epicentro sea de varios cientos de kilómetros, como es el caso de la ciudad de México con respecto a los temblores costeros, los efectos en las construcciones y el terreno se acentúan debido a la amplificación de las ondas sísmicas, ocasionada por el contraste de densidades y velocidades de propagación para las ondas sísmicas entre el cuerpo sedimentario y el basamento rocoso, como se puede apreciar en la figura 2.

Figura 1: Registros sísmicos para distintos tipos de suelo en un solo temblor.

Por lo anterior, resulta indispensable conocer con detalle la respuesta sísmica del cuerpo sedimentario y calcular las implicaciones que ésta representa para los distintos tipos constructivos posibles. Para ello habrá que tomar en cuenta la zonificación geotécnica mencionada y diseñar programas de observación instrumental de señales sísmicas” (EnriqueGuevara Ortiz, 2016).

INSTRUMENTACION SISMICAPara poder identificar los movimientos sísmicos del terreno se emplean diversas instrumentaciones que proporcionan dicha información principalmente enfocados en las zonas de mayor sismicidad.Los datos que se obtienen ayudan a recopilar información sobre el riesgo sísmico de la región y así ser útiles para el fin que al usuario convenga; algunos de los datos que se logran obtener con la instrumentación son: las coordenadas donde se generan los epicentros, la fecha y hora del suceso, aceleraciones máximas ocurridas, entre otros.Dos de los instrumentos que se pueden emplear para el fin antes mencionado son los sismógrafos y acelerógrafos; cabe mencionar que dependiendo de las características que se quieren obtener será el instrumento que se emplee; por ejemplo, si se desea conocer el desplazamiento del terreno es conveniente utilizar el sismógrafo; en cambio si lo que se desea conocer el la aceleración del terreno, se procede a utilizar el acelerógrafo.

Los chinos fueron quien comenzaron a estudiar la localización las sacudidas de la tierra, ésta era una vasija de bronce decorada con 8 dragones, cuando ocurría un temblor un dragon abria la boca y salía una bola, en la parte inferior se encontraban unas ranas, aquella que contuviera la bola en la boca indicaba la dirección de la que procedían los movimientos. En 1755 en Lisboa sucedió un sismo de gran magnitud que destruyó más de un tercio de la población, dejando más de 60000 muertos; desde entonces muchos investigadores realizan estudios sísmicos. En 1875 el Inglés John Milne construyó una red de casi 1000 estaciones para el estudio del movimiento de la tierra. En los años pasados el elemento central de casi todos los sismógrafos era el péndulo, ante un temblor la tierra se mueve de un lado a otro, después el péndulo gracias a su inercia se queda quieto y facilita la mediación de fuerza del temblor, pero poco a poco el péndulo empieza a balancearse con lo que los resultados no son válidos. Dicha teoría fue hecha por el geofísico Emil Weichert quien llegó a la conclusión que los aparatos empleados no eran muy precisos para estudiar los terremotos; el problema era la vibración propia del péndulo, para esto

empleó la amortiguación del sismógrafo con la ayuda de cuatro muelles. Dicho invento se basa en el principio del péndulo invertido. En una base de metal larga y estrecha se fija una pesa la cual reposa sobre un borde que contiene el movimiento, dicha construcción contiene un equilibrio extremadamente delicado. La pesa no se moverá ni durante un temblor de gran magnitud gracias a la amortiguación de los muelles, lo que asegura una medición más exacta.

El sismógrafo es un aparato sensible que se encarga de capturar continuamente el desplazamiento del terreno cuando se encuentra siendo víctima de las ondas generadas por un sismo. “El sismógrafo se funda en la inercia de una masa suspendida elásticamente de un bastidor rígido y solidario del suelo; cuando éste se mueve, la masa conserva su su posición, consiguientemente la distancia entre ambos elementos experimenta una variación que es registrada en un papel arrastrado por un mecanismo” (Mallert 1858).Los mecanismos de este modo que son más recientes están mucho más equipados; dichos mecanismos pueden consistir de un cuerpo metálico dentro de un cilindro en un campo electromagnético. Mientras se suscita el temblor el cuerpo metálico tiende a quedarse en su posición inicial y el cilindro comienza a moverse, lo que genera un cambio de fuerza que es proporcional a la intensidad del movimiento.Dentro de los mecanismos que se utilizan para medir los sismos, cuyo fin es identificar los epicentros y mecanismos focales que ocurren durante un sismo. En la ingeniería civil, resultan ser más eficientes los acelerógrafos, pues dichos mecanismos muestran las variaciones de la aceleración en el terreno en un periodo de tiempo determinado. Sea cual sea el mecanismo empleado resultan ser de mucha utilidad pues en los últimos años ha aumentado el consumo de los mismos, permitiendo con esto grandes avances en el estudio de las características de la alteración del suelo y construcciones producida por los movimientos sísmicos Los aparatos establecidos en los edificios permiten determinar la respuesta de éstos a la acción sísmica.Hablando de los acelerógrafos se dice que contienen una forma peculiar de medir la aceleración del terreno; pues a través de sensores incluidos pueden registrar los

movimientos del terreno en tres direcciones ortogonales, siendo éstas en dos horizontales y una vertical. Dentro de lo que se busca al usar el acelerógrafo es obtener la aceleración máxima como fracción de la gravedad, el tiempo que dura la onda más intensa del movimiento y las frecuencias (rapidez con la que la dirección del movimiento cambia) de éste, son algunos de los parámetros más importantes a obtener. Estos datos son mostrados en el espectro de respuesta, el cual nos muestra que si los periodos dominantes del suelo y el periodo fundamental de la estructura son cercanos entonces serán más devastadores los efectos que cause el sismo.

“El sismógrafo registra el movimiento del suelo; este instrumento apareció apenas a fines del siglo XIX. El sismógrafo registra el movimiento respecto al tiempo de un péndulo que pende libremente dentro de un marco sujeto al suelo.En los sismógrafos modernos, el movimiento del péndulo se convierte en señales electrónicas sobre una cinta magnética. Los sismógrafos de movimiento fuerte, denominados acelerómetros o acelerógrafos, se diseñan para registrar directamente movimientos de tierra cercanos y no lejanos; producen un registro denominado acelerograma. Los instrumentos normalmente se colocan de tal modo que midan movimientos a lo largo de dos ejes horizontales y uno vertical. Las medidas más importantes son tres: aceleración, velocidad y desplazamiento. La aceleración indica el cambio de velocidad: cuando se multiplica por la masa, da la fuerza de inercia que debe resistir el edificio. Por lo común, la aceleración se mide en términos de g (aceleración de un cuerpo que cae libremente debido a la gravedad de la tierra; aproximadamente 980cm/seg/seg).La velocidad, que se mide en pulgadas o centímetros por segundo, se refiere al cambio del movimiento del suelo. El desplazamiento en pulgadas o centímetros, se refiere a la distancia de una partícula que se mueve de su posición de reposo”(Christopher Arnold, 1991).

PELIGRO SISMICO“Los estudios geológicos y la historia sísmica permiten identificar las zonas sismo genéticas, o sea aquellas donde existen fallas tectónicas activas cuya ruptura genera sismos. Los movimientos símicos del

terreno se presentan no solo en las zonas sismo genéticas sino en todas aquellas que están suficientemente cercanas a las mismas para que lleguen a ellas ondas sísmicas de amplitud significativa. Por tanto, el peligro sísmico se refiere al grado de exposición que un sitio dado tiene a los movimientos sísmicos, en lo referente a las máximas intensidades que en él pueden presentarse” (Bazan, Meli 2011).“En una zona sismo genética se producen sismos de diferentes magnitudes, según el tamaño del tramo de falla que se rompe en cada evento. Ocurre, generalmente, un gran número de eventos de pequeña magnitud y la frecuencia de ocurrencia disminuye en forma exponencial con la magnitud. Se suele suponer un modelo propuesto por Gutenberg y Richter (1954) para relacionar el número de años que en promedio transcurre entre uno y otro evento de cierta magnitud. Este lapso promedio se denomina “periodo de retorno” (N) y aumenta con la magnitud, según la relación:

logN=a+bMDonde:A y b son dos coeficientes que definen el grado de actividad sísmica de la zona sismo genética.Las ondas sísmicas que se generan en la corteza terrestre por un evento de gran magnitud se propagan a mucha distancia, pero su amplitud disminuye con la distancia por efectos de dispersión y de amortiguamiento. Por tanto, la intensidad del movimiento en un sitio dado disminuye con su distancia al epicentro” (Bazán, Meli 2011).“El peligro sísmico en un sitio especifico depende de su cercanía a fuentes de eventos de magnitud suficiente para producir intensidades significativas en el sitio.Una forma más racional de expresar el término peligro sísmico es en términos probabilísticos, en función de la intensidad que tiene una probabilidad prestablecida de ser excedida en un lapso comparable a la vida útil esperada de las edificaciones. En estos conceptos están basadas las regionalizaciones sísmicas que rigen en distintos países” (Bazán, Meli 2011).

EFECTOS LOCALES Y MICROZONIFICACION

“Las leyes de atenuación y los mapas de regionalización reflejan la propagación de las ondas sísmicas en la roca de la corteza. El movimiento en la superficie del terreno en

un sitio dado puede diferir radicalmente del que se tiene en la roca base, por alteraciones de las ondas debidas a efectos geológicos, topográficos y de rigidez del subsuelo” (Bazán, Meli 2011). La necesidad e importancia de realizar estudios de microzonificación y consideración de “los efectos locales” en lugares donde se establece el ser humano ha crecido cada día más para que las más vulnerables al movimiento sísmico “Los Fenómenos locales extremos se tienen en zonas de suelos inestables donde la vibración sísmica puede provocar fallas de suelo, deslizamiento de laderas o problemas de licuación. Es tas zonas deben identificarse con estudios geotécnicos específicos” (Bazán, Meli 2011).“La presencia de estratos de suelo blando son los que trasmiten las ondas sísmicas para llegar a la superficie. Se filtran las ondas de periodo corto y se amplifican las ondas de periodo largo. En general, la intensidad sísmica aumenta en los sitios de terreno blando y los daños en los sismos importantes han sido sistemáticamente más graves en estos sitios que en los de terreno firme.Un área donde los efectos de sitio son extraordinariamente importantes es el valle de México. Por estar lejos de la costa del pacifico donde se generan los sismos de gran magnitud, esta área se ubica en una región de peligro sísmico moderado (zona B en el mapa de zonificación sísmica en la República Mexicana), sin embargo condiciones geológicas particulares de esta área producen una amplificación generalizada de las ondas sísmicas en toda la región, independientemente del tipo de terreno. No obstante, el efecto de suelo local más importante es que las ondas que llegan al valle por la roca base sufren modificaciones y amplificaciones extraordinarias al transmitirse hacia la superficie a través de los estratos de arcilla sumamente compresible que existen en las correspondientes a los lechos de los antiguos lagos que hubo en el valle de México” (Bazán, Meli 2011).

UBICACIÓN DEL EPICENTRO“Para ubicar un epicentro son necesarios tres sismógrafos situados en torno de un punto desde el cual emergen ondas sísmicas. La velocidad de las ondas varÍa de acuerdo con el tipo de ondas de que se trate, con la naturaleza del material en que

se propongan y con su contenido de frecuencias.En función de la diferencia de llegada de las ondas (P y S) al sitio de registro, se puede saber la distancia en Km entre el foco y la estación. En el punto en que se cortan las tres circunferencias se encuentra el epicentro.En la práctica el procedimiento para localizar epicentros es más complicado, pero la idea básica es la misma, solo que se ha sistematizado el proceso por medio de computadoras, haciendo el cálculo mucho más preciso y rápido” (Raul, Fundamentosde diseño y Construcción Sismoresistente,1998).

ESPECTRO DE RESPUESTA SISMICAPara poder calcular la respuesta que tendrá el suela ante fuerzas sísmicas, el ingeniero se basa en un modelo en el que las propiedades dinámicas y estáticas son iguales a las contenidas en la estructura. Por mencionar alguno de los tantos métodos que existen está el “Sistema de un grado de libertad”, el cual se diferencia de los demás por ser un sistema dinámico con masa a una altura equivalente.Existe una herramienta básica para revisar la respuesta mayor de la estructura ante una amenaza sísmica, éste se llama “espectro de diseño”, el cual representa gráficamente la máxima respuesta de la estructura en función del periodo natural en que se mueve el suelo.Dicho espectro es encargado de “evaluar la magnitud del desplazamiento máximo de una estructura en cierto periodo, en comparación con el desplazamiento máximo de otra estructura sometida al mismo movimiento de terreno” (Awad, 2008).Los espectros de diseño reales presentan una irregularidad en las respuestas máximas con función al periodo natural. Por ende, puede mencionarse que si hay dos estructuras con características dinámicas muy parecidas, éstas presentarán un comportamiento muy diferente; si bien, no porque se trate de una misma zona, el mismo tamaño y las mismas condiciones tiene que ser exactamente iguales. Pudiera ser el caso de una estructura que se desplanta sobre un suelo en una ciudad, pero a unos 20 metros se encuentra otra estructura con las mismas condiciones que la anterior, misma altura, mismo peso, mismo material, no siempre se asegura que se comporten de igual manera ante un

sismo pues a pesar de ser “iguales” la respuesta que presente el suelo de la primer estructura a la que presente el suelo de la segunda no siempre será la misma, variaría conforme la reacción de los estratos contenidos, el área en el que esté desplantado, etc.“En la práctica este hecho tiene menos importancia de la que se le podría dar, gracias a la influencia del amortiguamiento que hace menos bruscas las variaciones de los espectros, a que no se conoce con certeza el periodo natural por las incertidumbres que existen el el cálculo de masas y rigideces, y a que las incursiones de la estructura en el intervalo inelástico, así como la interacción suelo-estructura, modifican el periodo fundamental de vibración” (Enrique Bazan Surita, 1989)

INTERPRETACIÓN DE LOS SISMOGRAMAS

Nos proporcionan los registros obtenidos por el recorrido de las ondas sísmicas, las características del terreno en el que haya sido instalado el instrumento, calidad y tipo del mismo. Puede suceder que las estaciones sísmicas cercanas logren detectar sismogramas diferentes para un mismo evento sísmico. Se ha comprobado que los terremotos distintos obtenidos para una misma estación reflejan unas semejanzas muy reveladoras.“Los registros de los desplazamientos del terreno se obtienen, en gegeral, con una aproximación no satisfactoria, sobre todo cuando se trata de choques repentinos y bruscos. Iguales dificultades presenta la determinación de las aceleraciones, ya que en los registros influyen diversos factores, tales como: el tipo de equipo utilizado, elementos característicos, inercia de las piezas puestas en movimiento para el registro, razonamiento, etc.” (Beles, 1975).Si se cuanta con el desplazamiento y sabemos que la integral del desplazamiento es la velocidad, a través del desplazamiento es posible su obtención; si en cambio, con lo que se cuenta es con la velocidad y se desea obtener la aceleración bastaría solo con el hecho de integrar la velocidad ó derivar la velocidad para obtener el desplazamiento si es lo que se requiere. Por otro lado, puede ser que se cuente con la aceleración y se requieren las velocidades y desplazamientos, bastaría solo con derivar la aceleración para obtener la velocidad y la velocidad derivarla para obtener el desplazamiento; caso contrario sucedería

con el desplazamiento, se tendría que integrar dos veces para conocer la aceleración.“La integración gráfica del registro de aceleraciones no da resultados satisfactorios, pues a la propia inexactitud de esta operación se une las imprecisiones del registro.Pese a las diferencias existentes entre lo registrado y la realidad, se usan, cada vez más, los datos obtenidos en los sismogramas y en especial en los acelerogramas, para el cálculo de la intensidad de los terremotos. Su utilización está justificada, ya que los movimientos sísmicos son fenómenos aleatorios, que se producen y desarrollan de una forma totalmente esporádica, variable en cada caso y lugar, pero susceptibles de una interpretación estadística (Beles, 1975).Los geofísicos han creado un gran número de observatorios en todo el mundo en los que se registra cualquier movimiento del planeta. Los sismógrafos actuales tienen un principio peculiar al aparato de Emil Weichert, las anotaciones de los datos se controlan por computadora, sofisticados medidores de desplazamiento registran si se producen grietas en el suelo. Sistemas de navegación GPS localizan la posición exacta de las placas continentales, la tecnología láser puede calcularse en fracciones de milímetro el desplazamiento que se produce entre las placas.

4. Resultados Gracias a ésta información, la audiencia y todas las personas que logren leerlo comprenderán y tendrán un criterio más amplio acerca de lo que es microzonificación y lo que conlleva realizar dicho estudio, desde por qué se hace, cómo poder realizarlo sin el hecho de invertir mucho dinero, qué tecnología puede ser utilizada para realizar el estudio, la base de datos que con dichos estudios se genera, beneficiando así al constructor que es el encargado de dar seguridad a las personas con la infraestructura que construye.Un terremoto en suelo blando provoca más daños que uno de suelo duro, por ejemplo la Ciudad de México que esta desplantada sobre un lago seco, en 1985 la ciudad se destruyó, mientras que en el epicentro a 350Km de distancia apenas se percibió.Si bien, aunque se trate del mismo lugar, con un sismo de la misma magnitud, y

características idénticas de construcciones; la forma en que responda el suelo con respecto al otro no será el mismo, pues las propiedades de respuesta sísmica no siempre son las mismas, pudieran ser parecidas pero no iguales.

5. BibliografíaAndres Villareal, L. E. (2014). Desarrollo de una metodologia simplificada para estudios de

Microzonificación sismica. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil, Vol. 14. No. 1.

Andres Villarreal, L. E. (2014). Desarrollo de una metodologia simplificada para estudios de microzonificacion sismica. Revista Internacional de desastres naturales, accidentes e infraestructura civil, 14(1).

Awad, R. R. (2008). Análisis y diseño sismico de edificios. Medellin, Colombia: Fondo editorial Universidad EAFIT.

Beles A. Aurel, I. D. (1975). Elementos de ingenieria sismica. Barcelona: Omega.

Beles, A. A. (1975). Elementos de ingenieria sismica. Barcelona: Omega.

Carlos Reyes, E. M. (2002 (66)). Estimación de espectro de aceleraciones correspondientes a diferentes periodos de retorno para las distintas zonas sismicas de la ciudad de México. Revista de ingenieria sismica.

Castillo, A. J. (2009). Introducción a la ingenieria sismológica. Bogotá, Colombia: Universidad de la Salle.

Christopher Arnold, R. R. (1991). Manual de Configuracion y Diseño sismico de edificios (Vol. I). México: Limusa.

Christopher Arnold, R. R. (1991). Manual de configuración y diseño sismico de edificios (Vol. 1). México, D.f: Limusa, SA DE CV.

Enrique Bazan Surita, R. M. (1989). Manual de diseño sismico de edificios. México: Limusa.

Enrique Guevara Ortiz, R. Q. (10 de Noviembre de 2016). CENAPRED. Obtenido de CENAPRED: http://www.cenapred.unam.mx/es/DocumentosPublicos/PDF/SerieEspecial/metodologiasAtlas.pdf

Falconi, R. A. (1999). Zonificacion y espectros elásticos para diseño sismico en paises bolivarianos. Revista Internacional de Ingenieria de estructuras, 61-85.

Fundacion ICA, A.C. (1988). Experiencias derivadas de los sismos de septiembre de 1985. Limusa.

Meli, E. B. (2002). Diseño Sismico de edificios. Limusa.

Raul, G. T. (1983). Aspectos fundamentales de Ingenieria Sismica. Guadalajara Jalisco, México: Cementos Guadalajara, Division California.

Raul, G. T. (1998). Fundamentos de diseño y Construcción Sismoresistente. Guadalaja Jalisco, México: Universidad de Guadalajara.

Sociedad Mexicana de Ingenieria Sismica, A. (1997). XI Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica (Vol. 1). Veracruz, México: M.I. Leonardo Alcántara Nolasco.