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2016-10-05 11:00:42
¿Cuál es la mejor forma de determinar el periodo natural del terreno para evaluar si se puede dar resonancia?

Los suelos hacen que se modifiquen las amplitudes de ciertas frecuencias contenidas en la señal sísmica original. Si hay coincidencia entre el periodo fundamental de la estructura y del característico del suelo, se dice que hay resonancia.

Determinar un periodo o frecuencia exacta de resonancia es algo complejo debido al comportamiento heterogéneo del suelo y a su respuesta ante acciones dinámicas. También va a depender del tipo de sismo (Magnitud, distancia, tipo de falla, etc), pues el tren de ondas que arriban pueden tener un mayor o menor efecto en la amplificación para algunos casos. Este fenómeno también  varía significativamente cuando se entra en el rango no lineal (ya sea del terreno o de la estructura), pues en ese rango, se dará una variación de las propiedades dinámicas en ambos casos. También, es importante recordar que para que la amplitud de los desplazamientos crezca significativamente, la carga excitadora debe mantenerse por un periodo de tiempo, ya que si su duración es muy corta, no permitirá que estos aumenten considerablemente.

La mejor forma de identificar el posible efecto de resonancia es observando la función de transferencia del suelo y la estructura. Esta función suele tener varios picos, según el número de grados de libertad que tenga la estructura y contrastes tenga el suelo. La figura siguiente muestra lafunción de transferencia del edificio Torres del Paseo Colón que es un edificio de 29 pisos.


Hay que tener presente que la resonancia se puede dar en el modo fundamental, pero tambíen en alguno otro modo superior, aunque es el fundamental el que produce generalmente amplificaciones mayores.

Tal como se ve en la imagen, existen picos y valles. Si el característico o natural del suelo coincide con un valle de la función de transferencia de la estructura, puede haber más bien desamplificación.

Es importante tener presente que si el sismo genera un movimiento débil o incluso moderado, tanto el suelo como la estructura tendrán un comportamiento más bien elástico y ambas funciones de transferencia se mantendrán aproximadamente constantes. Sin embargo, si el sismo genera un movimiento intenso, ambas funciones de transferencia podrán sufrir modificaciones sustanciales, incrementándose el valor del periodo fundamental en la estructura y natural del suelo (debido a que ambos medios dinámicos se vuelven más flexibles).

En general, la estructura debe diseñarse de manera que su periodo fundamental sea distinto al natural del suelo. Es aconsejable que el de la estructura sea superior (si se incrementa no entrará en resonancia con el suelo) o bastante inferior al del medio que subyace.

Para estimar el periodo natural del suelo existen varios procedimientos, según sean los datos disponibles:

-Hacer una prueba geofísica, donde se determinen las velocidades de onda cortante de cada capa de suelo y su espesor (hi), hasta llegar a un suelo competente, con una Vs superior a los 700 m/s. Con base en esto, el periodo natural del suelo, To, se puede estimar como:


-A partir de una prueba geofísica, se establece un modelo unidimensional que permita calcular la función de transferencia del suelo. Se utiliza un acelerograma en la base que el modelo propaga hasta la superficie. La razón espectral entre los espectros de Fourier del acelerograma en la superficie y en la base dan la función de transferencia del suelo y el pico de mayor amplitud corresponde al periodo natural del suelo

-Aplicar la técnica H/V, también conocida como técnica de Nakamura, en la que se toman medidas de vibraciones ambientales durante 15-20 minutos por sitio, usando un sismógrafo triaxial. Se calcula la razón espectral de los espectros de Fourier de las componentes hortizontales respecto a la vertical, lo que representa una función de transferencia aproximada del medio. El pico correspondiente a la máxima amplitud, corresponde al natural del suelo. La técnica funciona si hay un contraste de impedancias significativo entre las capas de suelo.