Embed Size (px)
Citation preview
Universidad de León
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL –INGENIERÍA MECATRÓNICA
“ANÁLISIS Y DESCRIPCIÓN DE LA ESTRATIGRAFÍA DEL MUNICIPIO DE
LEÓN, GUANAJUATO, MÉXICO”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
LICENCIADO EN INGINERÍA
CIVIL Y/O MECATRÓNICA
PRESENTA:
CRESPO HERNÁNDEZ CHRISTIAN FERNANDO
HERNÁNDEZ OROZCO LUIS EDUARDO
MUÑOS PÉRES EDUARDO
SERRANO SANTIBAÑEZ MARÍA FERNANDA
LEÓN, GTO.
2012.
2
Í N D I C E
Pág.
INTRODUCCIÓN .............................................................................................. iii
CAPÍTULO 1 estratigrafía ....................................................................................
1.1 Estratigrafía ............................................................................................. 1
1.2 Definición general ................................................................................ 3
1.3 Principios estratigráficos.................................................................. 3
1.4 Formas de estudios de los estratos .............................................. 4
1.5 Métodos científicos a seguir en la estratigrafía para su
estudio .................................................................................................. 4
1.6 Estrato ............................................................................... 5
1.7 Criterios para la identificación de un estrato ................... 7
1.8 Mapa estratigráfico ..................................................... 9
1.9 Mapa de ISOPACAS ............................................... 9
1.10 Mapa de contornos de estructuras..................... 10
1.11 Mapas de facles ............................................ 10
1.12 Métodos de obtención ............................... 11
CAPÍTULO 2 Sismos ...........................................................................................
2.1 Sismos ................................................................................................... 17
2.2 ¿Cómo se generan los sismos? ........................................................ 21
3
CAPÍTULO 3 Cálculo para diseño sísmico ..........................................................
3.1 Cálculo para diseño sísmico .................................................................. 21
3.2 Diseño óptimo ................................................................................... 22
3.3 Espectros de diseño sísmico para el territorio Mexicano ............... 23
3.4 Factor de importancia estructural y estado limite de servicio ....... 24
3.5 Respuesta dinámica del terreno ........................................... 25
3.6 Caracterización del sitio ................................................... 26
CONCLUSIONES ............................................................................................ 28
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 29
I N T R O D U C C I Ó N
4
La estratigrafía en el municipio de León, se encuentra muy pobre en
cuanto a información, así que es necesario complementar los estudios
existentes con otros más recientes, utilizando mecanismos renovados y
optimizados con la ayuda de la ingeniería Mecatrónica; es por esto que se da
esta investigación, una recopilación de datos sobre sismología y estratigrafía
que nos permiten conocer una metodología más optima para generar un diseño
por sismos que satisfaga los requerimientos de cada región en la cuidad de
León, Guanajuato, México.
Esta investigación se hizo en conjunto, ingeniería Civil e ingeniería
Mecatrónica, cada una de éstas aportando de igual manera información para la
obtención de los resultados deseados.
El ingeniero Mecatrónico optimizó la maquinaria requerida para los
estudios de los sismos, utilizando algunos sensores los cuáles nos permitirán
determinar la velocidad de estos y algunas otras características. De tal forma
que el ingeniero Civil tenga mayor flexibilidad con respecto a la información
resultante de los sensores aplicados en la maquinaria.
5
C A P Í T U L O 1
E S T R AT I G R A F Í A
En el capitulo siguiente se presenta la información más relevante sobre la
estratigrafía, como también se abarcan algunos temas referentes a los estratos
y la forma de obtención de datos.
1.1 Estratigrafía
Para poder comenzar con nuestro estudio debemos de tener bien en
claro que la estratigrafía consiste en estudiar la manera en que se van
sedimentado los suelos para así poder establecer la estratificación o capas en
las que se llega a dividir el mismo de acuerdo al lugar en el que se realice un
estudio estratigráfico.
Y no es el único concepto que debemos de conocer para poder realizar
una investigación de forma fluida y apropiada, si no que también debemos de
conocer todos los conceptos que se manejan para su estudio o mínimo conocer
las más relevantes como lo que es un estrato, las partes del estrato, etc.
6
1.2 Definición General
La estratigrafía es una rama de la Geología que trata el estudio e
interpretación de las rocas sedimentarias estratificadas, y de la identificación,
descripción, de relaciones horizontal y vertical de las rocas estratificadas, así
como las sucesos impresos en la estratificación que nos permiten deducir la
historia de la roca; cartografía y correlación de las unidades estratificadas.
Algunas definiciones necesarias para entender mejor el estudio de la
estratigrafía son:
Estratificación: es la distribución, más o menos paralelas de las rocas
sedimentarias.
El estrato: es cada una de las capas que forman la estratificación.
Al hablar de Techo del estrato:, nos referimos a la parte superior del
mismo.
Muro o base del estrato: es su superficie inferior.
La potencia del estrato: hace referencia al espesor comprendido entre el
techo y el muro.
Secuencia estratigráfica: es una sucesión de estratos.
Serie estratigráfica: es una sucesión de estratos con continuidad en el
tiempo y separada de otras series por una discontinuidad estratigráfica.
Laguna estratigráfica: es una ausencia de materiales que pude haber
ocurrido tanto por la erosión, como por la falta de registro estratigráfico.
Dirección del estrato: es el ángulo respecto al Norte magnético que forma
la recta definida por la intersección del estrato con la horizontal.
Buzamiento del estrato: es el ángulo de abatimiento, respecto a la
horizontal, que forma el estrato, medido perpendicularmente a su dirección.
7
1.3 Principios de la estratigrafía
La estratigrafía para un mejor entendimiento de su estudio, se basa en
seis principios:
Principio del uniformismo o actualismo: Las leyes que rigen los procesos
geológicos han sido las mismas y producen los mismos efectos durante toda la
historia de la Tierra.
Principio de la sucesión de eventos: Todo acontecimiento que afecte a las
rocas es posterior a ellas.
Principio de la superposición de estratos: los niveles entre más cerca de la
superficie se encuentren, serán más recientes que los que se encuentran a
mayor profundidad.
Principio de la horizontalidad original: Los estratos se depositan siempre
de forma horizontal o sub-horizontal y permanecen en dicha posición, siempre y
cuando no se apliqué ninguna fuerza sobre los mismos.
Principio de la continuidad lateral: Los estratos a lo largo de toda su
extensión horizontal, siempre tendrán la misma edad en cualquier punto del
estrato.
Principio de sucesión faunística: Los estratos que se depositaron en
diferentes épocas geológicas contienen distintos fósiles, debido a la naturaleza
continua e irreversible de la evolución biológica. De igual manera las capas que
contienen fósiles pertenecientes a los mismos taxones, aunque sean de
diferente litología, serán de la misma edad.
8
1.4 Formas de estudios de los estratos
Actualmente aquí en la ciudad de León no tomamos una forma de estudio
específica para analizar la estratigrafía, pero la teoría nos dice que hay dos
formas de estudio y son:
Relativa: Ordena los estratos y acontecimientos en una secuencia según
su antigüedad.
Absoluta: Permite hallar la edad de un estrato o acontecimiento geológico
determinado, por los métodos:
Biológicos: analizan ritmos biológicos que siguen intervalos regulares de
tiempo en su desarrollo (los anillos de los árboles y las estrías de los corales).
Sedimentológicos: Analizan los depósitos de sedimentos que siguen
intervalos regulares de tiempo. Ejemplo: las varvas glaciares son sedimentos en
el fondo de los lagos glaciares. En invierno se deposita un sedimento delgado y
oscuro; y en verano, uno grueso y claro. Así, cada pareja de capas corresponde
a un año.
Radiométricos: se basan en el período de semi-desintegración de los
elementos radiactivos; éstos transforman en dicho período la mitad de su masa
en elementos no radiactivos. Así, conocido el período de semi-desintegración
de un elemento radiactivo contenido en un estrato y el porcentaje del elemento
radiactivo que se ha desintegrado, se puede precisar la antigüedad del material.
1.5 Métodos científicos a seguir en la estratigrafía para su estudio
Planteamiento del problema.
Bibliografía específica (del tema) y regional (de la zona)
Trabajo de campo, laboratorio y gabinete.
1) Observación puntual y lineal
9
- toma de muestras (litológicas y paleontológicas)
- relaciones entre estratos (contacto erosivo, secuencia normal o
invertida...)
2) Interpretación bilineal (serie estratigráfica)
- colocación según el deposito
- representación grafica
3) Interpretación lineal a superficie
- correlación a lo largo de una superficie de igual edad (espesor de
sedimentos...)
- empezamos a definir unidades y modificaciones existentes
4) Interpretación volumétrica
- síntesis estratigráfica (condiciones en que se relleno el medio)
- interpretación paleo ambiental, conocimiento de cómo era la cuenca y el
área fuente, así como las condiciones de sedimentación, transporte...
- obtenemos datos del paleo clima.
1.6 Estrato
Hay que conocer la forma en la que se subdividen los estratos y la manera
en que se puede hacer una estratificación ya que en muchas ocasiones los
estudios arrojados en la ciudad son muy generales y no muestran los detalles
suficientes para nosotros poder hacer el estudio sísmico optimo de las
estructuras, por lo que la teoría nos dice que el estrato consta de ciertas y
partes y que hay diferentes formas o tipos para representar la estratificación
obtenida de los lugares y son como se muestra a continuación.
Como ya se mencionó anteriormente el estrato son las diferentes capas de
las cuales se forma la estratificación de los suelos y tiene las siguientes
características:
Potencia o espesor
10
Es la distancia entre las superficies de estratificación que delimitan el
estrato. La potencia varia desde centímetros hasta poco más de un metro,
pudiéndose mantener o variar. En función del espesor los estratos se pueden
clasificar.
Forma
Un estrato es un cuerpo de tres dimensiones, y su forma queda definida
por el espesor, longitud y anchura del estrato. En general la forma viene
condicionada por las superficies de estratificación que lo delimitan, se esta
manera es importante definir la forma según las superficies de estratificación y
según su terminación lateral.
Posición espacial
Para definirla hay que indicar la dirección y buzamiento del estrato. La
dirección del estrato es el ángulo que forma el norte geográfico y la intersección
del estrato con las horizontales. El ángulo de buzamiento es aquel que forma la
pendiente del estrato con la horizontal, se expresa en grados y el punto
geográfico.
N135E/40N Se expresa en separados con una raya.
N45W/40E Gráficamente, se coloca una raya larga que representa
45/40 la dirección y una corta que hace de buzamiento.
La dirección de buzamiento es el ángulo que forma con el norte geográfico
y la proyección sobre el plano horizontal de una línea de máxima pendiente del
estrato. Este ángulo siempre se mide en el sentido de las agujas del reloj a
partir- --del norte, con lo cual no es necesaria una notación de coordenadas de
geográficas.
11
1.7 Criterios para identificación de un estrato
Color.
Texturales: Que pueden ser como variaciones bruscas del tamaño del
grano.
Clasificación del estrato:
Naturaleza de los sedimentos.
Existen grandes diferencias entre depósitos de sedimentos terrígenos y de
precipitación, dentro de los terrígenos depende el tamaño de grano.
b) Transporte.
Al variar la energía, nos dará mas caracteres a la estratificación
c) Caracteres del ambiente sedimentario.
Procesos de lavado y ___que le da un carácter propio.
Las clasificaciones en el campo son de tipo geométrico. Se basa en los
estratos de forma individual, y tiene en cuenta la continuación lateral, las formas
de las superficies de estratificación y la variación de espesor. Según esto
pueden ser:
- Tabulares
Los planos del techo y muro son paralelos entre sí, sin variación en el
espesor y tienen continuación lateral
- Irregulares
Tiene un muro erosivo, muy irregular y el techo plano. También con
continuación lateral, pero el espesor varia de un punto a otro.
- Acanalados
Tienen escasa extensión lateral y espesor muy variable (en poca distancia
lateral). La geometría seria mas o menos como la sección de una canal.
- En cuña
El muro y techo pueden ser planos, pero no son paralelos, a veces el muro
es irregular. La continuación lateral es pequeña, vemos la terminación en curva
pasando a espesor cero.
12
- Lenticulares
Estratos discontinuos, con el muro plano y el techo convexo, aunque a
veces pueden existir estratos biconvexos. Tienen continuidad lateral.
- Ondulados
Tienen el muro plano y el techo ondulado, y tienen continuidad lateral.
Esta ondulación pude ser de diferentes escalas, normalmente corresponden a
megaripples o a estratificación cruzada de tipo Hammoky (debida a
tempestades).
Otra clasificación se basa en la asociación de estratos sucesivos. Cuando
se analizan conjuntos de estratos superpuestos entre si, se pueden hacer
descripciones geométricas, pero con un condicionante pues representan
¿distintos? tipos genéticos.
En función del espesor del los estratos, podemos tener:
- Uniforme: el espesor de los estratos son análogos, siguen un valor
medio.
- Aleatoria: espesores muy variables, no están ordenados
- Creciente: los espesores tienen una ordenación en lotes de estratos,
cada uno de ellos es más potente que el que le precede. También llamado
secuencia negativa.
- Decreciente: es al revés que el creciente, disminución del espesor de
cada lote hacia el techo. También se le llama secuencia positiva.
- En haces: el espesor esta distribuidos en lotes y distinguidos de otros
lotes.
- Masivas: no se diferencian a simple vista los espesores de los distintos
estratos sucesivos
Si consideramos la litología, tendremos:
- Homogénea: litología uniforme superpuesta
- Heterogénea: cambios de litología de forma ordenada
- Rítmica: alternancia ordenada de dos tipos de litologías
- Cíclica: se repiten ordenadas un conjunto de más de dos litologías
13
1.8 Mapas estratigráficos
Se denominan así a todos los tipos posibles mapas en los que se muestre
la distribución más real, la configuración o el aspecto de una unidad o superficie
estratigráfica.
Es un mapa geológico donde se representan unidades lito estratigráficas y
lito dérmicas, a los cuales se le añade datos tectónicos (cabalgamientos,
pliegues, fallas). Se refiere a un área geográfica determinada (habitualmente a
una cuenca), y a diferencia del mapa geológico nos referimos a un intervalo de
tiempo determinado.
1.9 Mapas de ISOPACAS
Los mapas de ISOPACAS son mapas en los que se expresan las
variaciones de espesor de una unidad estratigráfica.
Se representan las variaciones de espesor de una unidad lito
estratigráfica, a través de líneas de ISO pacas. Así obtenemos distintas zonas
donde se localizan los depo-centros, por el mayor sedimento acumulado. Estos
mapas se emplean en análisis de cuencas, ya que con el estudio de varias
capas sucesivas observaremos como migro la cuenca, y tienen interés
económico.
Las líneas de valores cero indican el fin de la unidad lito estratigráfica, y
nos marcan su extensión. Estas líneas son debidas, bien a la terminación de
esa unidad, bien a que fue erosionada la unidad, o bien a la modificación
tectónica por procesos actuales, que nos marcan hasta donde llegan en la
actualidad pero no tienen por qué dar hasta donde llegaban antes.
14
1.10 Mapas de contornos de estructuras
Un mapa de contornos de estructuras se puede definir como un mapa
topográfico de una superficie seleccionada, esencialmente de una superficie de
separación entre dos unidades estratigráficas.
Son mapas topográficos de una superficie seleccionada, que para
realizarlos hay que determinar un nivel de referencia, normalmente isócrono,
sobre el que determinamos la altura de las estructuras. Nos muestran la
posición espacial de la superficie y lo ideal para construirlo es tener muchos
perfiles sísmicos. Tiene interés en estratigrafía, en tectónica y en geología
económica.
1.11 Mapas de facies
Un mapa de facies se puede definir como una representación gráfica,
referida a un intervalo de tiempo específico, en la que se indica con colores, o
tramas, diferentes, la distribución real de cada uno de los tipos de facies.
Son mapas cualitativos (solo facies) o cuantitativos (solo números). Es la
proyección sobre una superficie, sobre la topografía, de la distribución de las
facies en una zona determinada y para unidad de tiempo. En estos mapas
observaremos la distribución de las facies, los cambios laterales, las zonas de
no deposito o de deposito con erosión.
Existen mapas donde se cuantifican las facies, es decir, se establece una
relación numérica que luego representamos en el mapa. Por ejemplo:
- líneas de valor de un componente, porcentaje de calizas o porcentaje de
areniscas.
15
- valores del componente en relación con una sucesión o columna o valor
absoluto por espesor (llamados mapas de isolitas)
- los mas frecuentes son los mapas de tres componentes (triangulo de
composición)
Se suelen superponer a un mapa de isopacas para mejorar el estudio.
A diferencia de los anteriores mapas que se proyectaban sobre mapas
topográficos, los mapas palinspasticos pretenden reconstruir la posición
geográfica originaria de los materiales, esto es, la que ocuparía antes del
acortamiento por pliegues y cabalgamientos.
Son la reconstrucción de la unidad antes de la deformación.
1.12 Método de Obtención
El método a utilizar en este caso para la obtención de datos del estudia
estratigráfico será con un acelerómetro el cuál, es un tipo de sensor destinado a
medir aceleración como bien lo dice su nombre, se puede usar para medir la
velocidad y el desplazamiento así como la determinación de formas de onda y
frecuencia.
En esta ocasión utilizaremos el acelerómetro de tipo piezoeléctrico por si
compresión. Ocuparemos el piezoeléctrico ya que cuando este se somete a
vibración, el disco del sensor se somete a una fuerza variable, el cual es
proporcional a la masa, debido a esto al efecto del sensor se desarrolla un
potencial de variable el cual es proporcional a la aceleración. Con estas
variables obtenidas del sensor podremos registrarla en el instrumento llamado
osciloscopio o voltímetro.
16
La velocidad sísmica típica de los materiales térreos
17
La velocidad de sonido en el agua es aproximadamente de 1433m/s y de
los materiales completamente saturados deben tener velocidades iguales o
mayores a esta1.
La velocidades sísmica de los materiales térreos requieren sondeos
ocasionales para la investigación y estudios de las anomalías que se presentan
durante el tiempo, este método permite el reconocimiento de cierta área
estudiada en la tabla anterior se muestran algunos valores representativos.
El acelerómetro lo implementaremos en el instrumento de barrena de
mano el cual es utilizado para el estudio de la estratigrafía, ya sea el helicoidal o
la posteadora.
Este instrumento de barrena de mano, es la perforación mas simple para
la efectuación de la exploración, con los dos tipos de barrena de mano se
pueden hacer el estudio de no mas de 3 a 5 m. Existen barrenas eléctricas las
cuales son para perforaciones mas profundas, estas cuentan con un diámetro
de 30 hasta 75mm de diámetro, con perforación de 60 a 70m de profundidad.
Con el sensor piezoeléctrico detectaremos las vibraciones ocurridas en
suelo con el instrumento de la barrena de mano ya que este nos permitirá entrar
de 3 a 5m o de 60 a 70m de profundidad dependiendo cual será el utilizado en
el estudiado que se esté llevando acabo, después de haber colocado el sensor
en el barreno obtendremos las diferentes vibraciones las cuales podremos
1 Pack. Hanson. Thornburn
Ingeniería de cimentación
Primera edición
México
Limusa
2000
P. 155
18
estar monitoreando las señales que nos dan con el instrumento como el
osciloscopio.
Instrumento utilizado para el estudio estatrigrafico. (barrena de mano)
19
Los sensores piezoeléctrico tienen caracteristicas que nos ayudaran
mucho a la medicion de las vivaciones ya que tuenen:
Un rango de medicion bastante elevado, con un bajo ruido de salida
Excelente linealidad en todo el rango dinamico
Rango de fecuencias muy amplio
Es de tamaño compacto
No lleva parte movibles
No necesita alimentacion externa
Calculos comunes de un sensor piezoeléctrico
El sensor piezoeléctrico nos permitira medir 3m mas vibraciones aparte de
lo que bajaremos con la barrena de mano, esto nos ayudara a medir y
monitorear las vibraciones del suelo, con esto podremos obtener graficas con
especificas de que tantos sismos se presentan en esa zona.
20
Especificaciones generales de una sonada
21
C A P Í T U L O 2
S I S M O S
En este capitulo se da una explicación de los diferentes movimientos telúricos y
como estos son ocasionados por medio de las placas tectónicas, así como, una
descripción detallada del porqué de su creación o aparición.
2.1 Sismos
Los Terremotos, también conocidos como sismos o movimientos
Telúricos, son considerados como una de las catástrofes naturales más
devastadoras y aterradoras que existen. La Tierra es violentamente sacudida y
fracturada en cuestión de momentos, decenas o miles de personas pueden
perder bienes, salud, seres queridos y, tal vez, la vida.
Algunos sismos han llegado a causar miles de muertes y graves daños en
áreas de miles de kilómetros cuadrados, y en ocasiones se recuerdan como
fechas dolorosas de la historia de la humanidad. Siendo entonces, la
optimización en el diseño por sismos, un aspecto necesario que permita
prevenir.
22
2.2 ¿Cómo se generan los sismos?
Los sismos o terremotos son perturbaciones súbitas en el interior de la
tierra o de las placas que dan origen a vibraciones o movimientos del suelo.
Cuando la tierra se formó en un principio no era nada más que roca
fundida llamada lava y más en el fondo su progenitor llamado magma que
explotaba, se agrietaba y producía agua.
Un lugar donde se pueden observar estos fenómenos muy de cerca es en
Hawái. En ese lugar se pueden respirar los gases que produce la tierra la cual
esta en constante movimiento desde adentro y la lava es el motor y la única
visión accesible del centro de la tierra y que nos causa tanto temor por que en
ocasiones puede llegar a ser muy peligroso. Los ingenieros estudian la lava
para conocer el centro de la tierra y con ello saber más de ella. Por lo que se
sabe que la tierra esta formada por varias capas las cuales son el manto el cual
esta formado poro roca sobre calentada el cual esta en constante movimiento
aunque su movimiento es muy lento y después se encuentra el núcleo el cual
se encuentra a tres mil kilómetros por lo que le toma millones de años llegar
parte del núcleo a la superficie por medio de los volcanes o fallas tectónicas y,
como en Hawái, esta formada por magma que se escapa a la superficie
formando grandes montañas, cundo la lava se enfría en la superficie y el suelo
volcánico es rico en nutrientes el cual ha salido desde el interior y con el tiempo,
la humedad, y los microrganismos se convierten en tierra fértil creando un
paraíso inigualable.
Aunque la lava sea en algunas ocasiones necesaria para crear montañas,
bosques, etc. también a desatado el pánico entre la humanidad en distintas
épocas como sucedió en Santa Elena en América, el Vesubio en Italia entre
otros los cuales son muy peligrosos para los asentamientos humanos, no solo
23
la lava es peligrosa cuando sale sino esta misma crea tsunamis deslizamientos
sismos y otros fenómenos letales en donde se crean los epicentros de los
sismos es por que la tierra esta dividida en placas las cuales están en constante
movimiento y a pesar de su peso las placas se encuentran flotando ya que
debajo de ellas se encuentra un material mas denso que es el magma. Estas se
han descubierto por sonares y satélites que nos indican los lugares exactos por
donde se encuentran las divisiones o desprendimientos del suelo, en algunas
de ellas se separan las placas y donde se separan es rellenado el lugar por la
lava formando grande montañas.
En otros lugares donde las placas se juntan y chocan entre si las de mayor
densidad que son las placas oceánicas se deslizan por debajo de las placas
continentales y con la violencia que se genere este deslizamiento es como se
generan los grandes terremotos. Cundo las placas son de la misma densidad o
parecidas la que tenga menor densidad se comenzara a arrugar formando
cordilleras de montañas las cuales les toma millones de años formarse. Existen
también sismos que se generan con menos frecuentes causados por la
actividad volcánica en el interior de la tierra, y temblores artificiales ocasionados
por la detonación de explosivos. El sitio donde se inicia la ruptura se llama foco
y su proyección en la superficie de la tierra, epicentro
El fenómeno sísmico es parecido a la acción de arrojar un objeto a un
estanque de agua. En ese caso, la energía liberada por el choque de dicho
objeto con la superficie del agua se presenta como un frente de ondas, en este
caso se presenta de forma circular, que se aleja en forma concéntrica del punto
donde cayó el objeto. En forma similar, las ondas sísmicas se alejan del foco
propagándose por el interior de la tierra, produciendo vibraciones en la
superficie. Por ejemplo, el sismo del 19 de septiembre de 1985, cuyo epicentro
se ubicó en la costa de Michoacán, fue sentido a distancia de hasta 1 000 km
del epicentro. En el caso de la tierra existen fundamentalmente dos tipos de
24
ondas sísmicas internas, es decir, vibraciones que se propagan en el interior de
la tierra: ondas compresionales o longitudinales y ondas de corte o
cizallamiento. Las ondas compresionales, llamadas P en la terminología
sismológica, comprimen y dilatan el medio donde se propagan en una dirección
de propagación del frente de ondas. Las ondas de sonido, por ejemplo, son
ondas compresionales que se propagan en el aire. El segundo tipo de ondas
que se propagan en sólidos son las ondas de corte, llamadas ondas S. En este
caso la deformación que sufre el sólido es en dirección perpendicular a la
trayectoria del frente de ondas. La propagación de estas ondas produce un
esfuerzo cortante en el medio y de ahí el nombre de ondas de corte.
Terremoto de México de 1985 o Terremoto del '85, afectó en la zona
centro, sur y occidente de México y ha sido el más significativo y mortífero de la
historia escrita de dicho país y su capital. El Distrito Federal, la capital del país,
fue la que resultó más afectada. Cabe remarcar que la réplica del viernes 20 de
septiembre de 1985 también tuvo gran repercusión para la Ciudad de México.
Este fenómeno sismológico se suscitó a las 7:19 a.m. Tiempo del Centro (13:19
UTC) con una magnitud de 8,1 (MW), cuya duración aproximada fue de poco
más de dos minutos, superando en intensidad y en daños al terremoto
registrado en 1957 también en la Ciudad de México.
Lo anterior creó una necesidad por mejorar el diseño por sismos para la
ciudad de México, por lo que los estudios se especializaron aún más,
generando para zonas no sísmicas, un diseño sobrado ya que el reglamente del
DF se usa en general para otras zonas, por ser el más elaborado, pero
realmente está exagerado pensando en lo que ocurrió aquel día, siendo esa la
razón por la que podría suscitarse una optimización para el municipio, hablando
de factores y espectros de periodo de retorno en los cálculos.
25
C A P Í T U L O 3
C Á L C U L O P A R A D I S E Ñ O S I S M I C O
En este capitulo se hace mención de los diversos métodos que existen para la
realización del diseño para sismos que llega a devenir en la optima
estructuración.
3 . 1 C á l c u l o s p a r a d i s e ñ o p o r s i s m o s
Los métodos que existen para el diseño por sismo, se basan en
procedimientos probabilistas donde se busca estimar el peligro sísmico.
El peligro sísmico usualmente se interpreta como curvas que describen
intensidades sísmicas excedidas en lapsos o periodos de retorno
especificados. Por ejemplo, un escenario simplificado sería un mapa con la
distribución de coeficientes sísmicos excedidos en un lapso de 100 años.
Para zonas de alta sismicidad, se tendrían valores que parecerían
razonables comparados con los valores adoptados en el diseño sísmico
convencional para esas zonas del territorio mexicano. Para zonas de baja
sismicidad, se tendrían valores significativamente pequeños, aún menores
que aquellos relacionados con las fuerzas laterales que las estructuras
podrían soportar tan sólo por el diseño ante carga vertical típico de zonas
asísmicas. Parece razonable que en zonas de baja sismicidad se
incrementen estos coeficientes y, con ello, se provea de mayor seguridad a
26
las estructuras mientras los costos así lo permitan. Como resultado, se
puede anticipar una colección de coeficientes sísmicos asociados a periodos
de retorno que crecen cuando se va de las zonas de alta sismicidad a zonas
de baja sismicidad.
3.2 Diseño Óptimo
Se obtuvieron valores óptimos de las mesetas de los espectros de diseño
para el estado límite de colapso (suelo aceleraciones, 5% del amortiguamiento
crítico) en sitios de terreno rocoso en zonas de alta sismicidad de la República
Mexicana, para estructuras del Grupo B. Para sitios en la costa del Pacífico se
obtuvieron mesetas espectrales del orden de 1.0 g y periodos de retorno de 500
años. Para las zonas de baja sismicidad, se obtuvieron valores del orden de
0.1 g y periodos de retorno mayores que 10,000 años. En la figura 1.1 se ilustra
un mapa con la distribución de los periodos de retorno asociados a los
coeficientes óptimos. Las aceleraciones máximas en terreno rocoso, que
corresponden a estos periodos de retorno, se ilustran en la figura 1.2. Con estas
aceleraciones se introduce el peligro sísmico en los espectros de diseño, es
decir, es el punto de inicio.
27
3.3 Espectros de diseño sísmico para el territorio Mexicano
350 20,000 Periodos de retorno (años)
Figura 1.1. Mapa de periodos de retorno. No se han dibujado curvas para
periodos mayores que 6,500 años
10 500 Aceleración máxima cm/s
Figura 1.2. Aceleraciones máximas del terreno (roca) correspondientes a
los periodos de retorno de la figura 1.1.
Las unidades están en fracciones de la gravedad (g).
3.4 Factor de importancia estructural y estado límite de servicio
28
Se examinó el caso de las estructuras del grupo A. Se supuso que, para el
estado límite de colapso, el factor de importancia (1.5) que prevé el Capítulo de
Diseño por Sismo del Manual de Diseño de Obras Civiles de 1993 (CDS–
MDOC93) es óptimo para sitios en la costa del Pacífico. Se encontró que, bajo
esta hipótesis, un factor de aproximadamente1.5 sería también óptimo para,
prácticamente, toda la República Mexicana. Por lo tanto, para estructuras del
grupo A, se recomienda multiplicar todas las ordenadas espectrales
correspondientes al estado límite de colapso de estructuras del Grupo B por el
factor 1.5. Mediante un análisis de optimación similar, se estudiaron los valores
del coeficiente de diseño asociados al estado límite de servicio. Se concluye
que, en términos generales, sería óptimo utilizar para este estado límite, un
coeficiente sísmico que fuera el asociado al estado límite de colapso dividido
por un factor de 5.5. Por lo tanto, para el estado límite de servicio se
recomienda ajustar las ordenadas espectrales tomando en cuenta este factor de
5.5 y descontando los efectos de no linealidad del suelo que estarán presentes
en los espectros de diseño de colapso. Así mismo, para el estado límite de
servicio no se tomará en cuenta la importancia estructural. Por lo tanto, para
estructuras del Grupo A, habrá que descontar este factor en todas las
ordenadas espectrales del estado límite de colapso. El estudio de peligro
sísmico también permite señalar que, para las zonas de alta sismicidad, podrían
explicarse, en forma realista, aceleraciones superiores a lo que se estarían
permitiendo para estructuras del grupo A. Por ello, para estas zonas, se
introdujo el grupo estructural de “gran importancia”, denominado A+, y cuyo
diseño estaría asociado a un periodo de retorno de 30,000 años. En zonas de
baja sismicidad, el diseño de estructuras A+, se debe realizar con los espectros
convencionales construidos para estructuras del grupo A.
29
Así pues, habiendo leído lo anterior, es posible notar la generalidad con la
que se maneja el asunto de diseño sísmico, hablando de factores y grupos de
estructuras, siendo por eso que es necesario un estudio más a fondo, por lo
pronto en la ciudad de León, Gto., México, que el lugar a estudiar, de tal forma
que probablemente, los resultados obtenidos puedan ser los suficientes para un
replanteo y reformateo en factores y agrupaciones de estructuras.
3.5 Respuesta dinámica del terreno
El movimiento del suelo en sitios de terreno blando es muy diferente del
que ocurre en terreno firme debido a la amplificación dinámica que sufren las
ondas sísmicas al propagarse a través de medios deformables. También las
irregularidades topográficas y geológicas producen amplificaciones y
atenuaciones en el movimiento del terreno. Para fines prácticos, sólo se
tomarán en cuenta las amplificaciones producidas en depósitos de suelo con
estratificación horizontal. Para ello, se recurrirá una aproximación que consiste
en remplazar el perfil estratigráfico por un manto homogéneo equivalente de
igual espesor caracterizado por su periodo dominante y su velocidad efectiva
depropagación de ondas. La relación entre estos parámetros es la siguiente:
(1.1)
Donde
Ts es el periodo dominante del estrato equivalente (periodo del sitio)
Hs es el espesor total del estrato del terreno
Vs es la velocidad efectiva de propagación de ondas de corte en el estrato
El depósito descansa en un semiespacio que representa la roca basal.
Para fines prácticos, la profundidad de la roca basal se establece como aquélla
30
en que la velocidad de propagación de ondas del semiespacio, v0, vale al
menos 720 m/s. Esto obedece a que la amplificación dinámica originada
exclusivamente por los depósitos profundos, con velocidades mayores que este
valor, resulta generalmente despreciable. A pesar de que los valores del peso
volumétrico γs y amortiguamiento ζs del suelo son necesarios en los estudios
rigurosos de propagación de ondas en medios estratificados, no se tomarán en
cuenta para caracterizar las amplificaciones dinámicas del terreno.
En realidad se ha supuesto que los pesos volumétricos del suelo de cada
estrato, γs, y la roca, γ0, son iguales y que ζs=5%. Aun con estas
simplificaciones se tiene una razonable idealización de los depósitos que suelen
encontrarse en la práctica, idealización que busca acercarse más a la realidad
con esta investigación que realizamos, particularizando en nuestro suelo
municipal, donde optimizar por medio de estudios más particulares, es el
objetivo a alcanzar.
3.6 Caracterización del sitio
La exploración geotécnica deberá extenderse, al menos, hasta una
profundidad de10 m. Si la velocidad efectiva es menor que180 m/s, entonces la
profundidad de la exploración deberá hacerse hasta encontrar una velocidad de
propagación de ondas en el suelo igual o mayor que 720 m/s, o bien, realizarse
hasta la profundidad de45 m.
En sí, el inicio para el cálculo de diseño para sismos, inicia con un estudio
de suelo, y con ayuda de software, en este caso, PRODISIS, el cálculo de los
factores quedará determinado por la base de datos que posee esa aplicación,
de tal modo que cuando se conozca el estudio estratigráfico correcto del
municipio, podrá hacerse uso específico de PRODISIS para nuestra región,
31
arrojando éste, gracias a las fórmulas, datos más reales para el cálculo,
apoyándonos en especialistas en sismos.
32
C O N C L U S I O N E S
Al finiquitar esta investigación estratigráfica, podemos mencionar que la
dicotomía teoría-práctica se ve muy marcada al momento de hablar de
sismología, ya que realmente un buen diseño por sismos no se acerca al cien
porciento a la efectividad con respecto a lo que verdaderamente ocurre, esto
debido a los diversos óbices que se presentan por lo impredecible que puede
ser un movimiento telúrico.
El tema se ubica en el área de sismos pero apoyado con la Ingeniería
Mecatrónica, pues al recibir el apoyo de esta asignatura es posible conocer los
mecanismos utilizados para la obtención de la estratigrafía, la cuál es
indispensable para un correcto diseño de sismos y automatización en sus
procesos.
Teniendo el conocimiento de la ubicación de las fallas en las placas
tectónicas podemos referenciar junto con la estratigrafía un diseño
completamente real para la ciudad de León Guanajuato México así
optimizando los cálculos en la construcción y poder realizar los proyectos con la
eficacia y economizarían necesaria.
33
B I B L I O G R A F Í A
Pack. Hanson. Thornburn
Ingeniería de cimentación
Primera edición
México
Limusa
2000
P.p 137-158
Virginia García Acosta, Los Sismos en la historia de México, Ediciones
científicas universitarias.
Observa León, información de la ciudad para la ciudadanía, On line,
(Cited: 28 de Mayo de 2012) Availeble from Internet <
www.observaleon.org.mx>
Acelerómetro, On line, (cited: 7 de julio de 2012) Availebe from Internet
<www.wikipedia.org>
Fundamentos de ingeniería geotécnica, On line, (cited: 7 de julio de 2012)
Availebe from Internet < www.books.google.com.mx>
34
Instrumentos para medir vibraciones, On line, (cited: 15 de julio de 2012)
Availebe from Internet <www.scribd.com>
Manual de CFE para diseño Sísmico, On line, (Cited: Julio de 2012)
Availeble from Internet < www.docstoc.org.mx>
Wikipedia, estratigrafía, On line, (Cited: 04 de Junio de 2012) Availeble
from Internet < es.wikipedia.org>
Explorock block de las geociencias y exploración, ¿Qué es la
estratigrafía?, On line, (Cited: 17 de Julio de 2010) Available from Internet <
explorock.wordpress.com>
Oxford University. Diccionario Ciencias de la Tierra: España: Oxford
University Press, Primera reimpresión española enero de 2004
