Respuesta espectral modificada por el nivel freático

Resumen

Se analiza la respuesta espectral en términos de aceleración, velocidad y desplazamiento de diferentes perfiles de suelo, basado en el modelo hiperbólico bidimensional de deformaciones planas en condiciones no drenadas. Se utilizan 63 perfiles caracterizados por sus propiedades elásticas y dinámicas en estado seco, con nivel freático a 2 metros de profundidad y en la mitad de la altura de cada depósito; bajo las demandas impuestas por 10 acelerogramas provenientes de fuentes cercanas, intermedias y lejanas, para un total de 1890 análisis. Se hace una calibración de los resultados con un caso real que cuenta con registros sísmicos naturales obtenidos en China. Las respuestas en superficie muestran variaciones del contenido frecuencial, modificación del período predominante, y amplificaciones y atenuaciones que dependen de las propiedades del depósito, las características del movimiento sísmico y la posición del nivel freático. Se observa que la presencia del agua afecta significativamente los espectros de velocidad y desplazamiento, los cuales están relacionados directamente con los daños estructurales. Se analizan conjuntamente las respuestas espectrales pico de acuerdo a la distancia epicentral y los tipos de suelo, mediante formatos espectrales combinados de aceleración-desplazamiento, aceleración- velocidad y velocidad-desplazamiento. Este tipo de análisis se conoce en la relación aceleración-desplazamiento pero es inédito en las otras combinaciones y resulta muy práctico para comprender las interacciones cruzadas de la respuesta espectral.

Palabras clave: Respuesta espectral, nivel freático, elementos finitos.

Abstract

The spectral response to acceleration, velocity and displacement of soil deposits is studied using finite element procedures in a hyperbolic model of plane deformations under undrained conditions. The elastic and dynamic properties of 63 profiles are incorporated in the analyses, selected to be compatible with soils in dry state, with phreatic level to a depth of 2 meters and at half of the profile height. Ten (10) base rock motions having different amplitude and frequency characteristics are considered from near, intermediate and distant sources, for a total of 1890 analysis. It is shown that the frequency contents, magnitude and position of the peak response developed at the surface of a soil deposit is influenced by the combined effect of the soil properties, the characteristics of the base rock motions and the phreatic level position. It is observed that the presence of water affects the spectral response of velocity and displacement significantly, which are related directly with the structural damages. The spectral response according to the epicentral distance and soils types S1, S2, S3 y S4 are analyzed, by means of formats spectral combined of acceleration-displacement, acceleration-velocity and velocity-displacement.

Key words: Spectral response, phreatic level, finite element.