El análisis del riesgo sísmico usando el método probabilístico es seguramente la manera más común de calcular el riesgo sísmico de nuestro proyecto. En esta entrada (pincha aquí) hicimos una introducción sobre lo que era el análisis del riesgo sísmico y cómo calcularlo haciendo uso de la metodología determinista que arroja resultados más conservadores o, mejor dicho, una visión menos precisa del análisis.
Esto no significa que el método determinista no sirva. Sirve y mucho, sobre todo para darnos un orden de magnitud en las primeras etapas del proyecto. Pero sí es cierto que si queremos afinar, tendremos que usar el método probabilístico. En las siguientes líneas lo vamos a desarrollar de una manera que sea comprensible para todos. Vamos a ello.
Análisis probabilístico de Riesgo Sísmico.
Bajo esta metodología se calcula las sacudidas para muchas magnitudes de terremotos diferentes y distancias de la ubicación de nuestro proyecto.
La metodología requiere el desarrollo de zonas de fuentes sísmicas y modelos de ecuaciones de atenuación del terreno. El modelo de fuentes sísmicas define la sismicidad y la geometría de la fuente del terremoto mientras que las ecuaciones de atenuación definen la rango del movimiento del suelo en función de los parámetros de la fuente del terremoto, los parámetros de propagación y las condiciones locales del sitio. Esta metodología considera la frecuencia de ocurrencia de sismos como parte del análisis.
Vaya parrafada, ¿no? Pues sí, no es sencillo de explicar, pero lo vamos a intentar. Iremos poco a poco.
Proceso de análisis de riesgo sísmico.
Caracterización sismo-tectónica.
Este primer paso del análisis de riesgo sísmico implica la caracterización de las fuentes de terremotos, como las fallas sísmicas. La idea es localizar las fallas conocidas y mostrar con simbología los eventos sísmicos (por ejemplo, el tamaño de los círculos indica la magnitud y el color el rango de profundidad).
Estos datos se agrupan en regiones de actividad y patrones similares. Es decir, vamos a usar sólo los datos que puedan afectar a nuestro proyecto y que sean de interés.
Cálculo de índices de recurrencia sísmica.
Una vez que tenemos un montón de datos de sismos toca evaluar la frecuencia (periodo de retorno) de ocurrencia de un sismo de un determinada magnitud. Esto se expresa en un gráfico de actividad sísmica como este.
La línea roja sería el ajuste de todos los datos de los eventos, en función de su frecuencia. Si leemos la gráfica podemos tener bastante información. Por ejemplo:
- Una vez al año tendremos un terremoto de magnitud 3.6
- El terremoto de mayor magnitud registrado es de casi 9, y se produce cada 100 años.
- Terremotos de magnitud menor a 3.5 tienen frecuencias por debajo de la anual.
Otra manera de representarlo es como se muestra en la siguiente figura de un proyecto. La frecuencia no se enfrenta a la magnitud del terremoto, sino frente a la aceleración que se produce en la ubicación de nuestro proyecto.
Ecuaciones de predicción del movimiento del suelo.
En este paso, se eligen las ecuaciones de predicción del movimiento del suelo que sean apropiadas a la ubicación del proyecto. La gráfica de “Cantidad de movimiento del suelo” indica la aceleración (cantidad de movimiento) experimentadas a diferentes distancias de la fuente de un posible terremoto de una magnitud dada.
Cuanto más lejos esté el terremoto, menor será el movimiento del suelo en esa ubicación. Esta reducción de las sacudidas se denomina “atenuación”.
Cada línea es una fuente de un sismo de una misma magnitud.
Cálculo del riesgo sísmico.
Los análisis probabilísticos de riesgo sísmico implican la ejecución de muchas combinaciones posibles de zonas fuente, ecuaciones de atenuación y parámetros de entrada, así como interpretaciones alternativas de los patrones de terremotos pasados.
Los resultados de un análisis de riesgo sísmico suelen presentarse como espectros sísmicos de riesgo uniforme.
Parece que las gráficas se empiezan a complicar un poco. Lo primero que hay que señalar es que se calculan los espectros para distintos periodos de retorno. Es de esperar que si tomamos una escala de tiempo mayor tengamos eventos de mayor magnitud y, por lo tanto, aceleraciones mayores en nuestro proyecto. ¿Qué periodo de retorno se toma? Depende del impacto que tendría el colapso de nuestra estructura y es la normativa internacional la que lo marca.
En esta gráficas se representan dos componentes de un mismo concepto: el espectro de respuesta. Es una medición de aceleración máxima absoluta de la vibración de la estructura como respuesta a las acciones que se le inducen el sismo.
- Aceleración (eje y) de la vibración a la que se somete la base de la estructura.
- Periodo (eje x) de oscilación de la estructura.
La siguiente figura muestra los resultados de un proyecto real.
Desagregar el análisis.
El siguiente paso es seleccionar una curva (o espectro) de interés y generar un análisis de desagregación para esa curva.
El gráfico de desagregación muestra:
- La magnitud de un evento sísmico
- La distancia a la que se encuentra de su sitio
- Su influencia relativa en su ubicación.
Cada barra del gráfico representa la contribución relativa de un evento sísmico en esa ubicación. La altura de cada barra refleja la probabilidad de que las sacudidas mostradas en el espectro sísmico de riesgo uniforme se produzcan por el terremoto en esa ubicación.
Es importante señalar que este gráfico se hace para cada periodo de retorno y espectro de aceleración.
La lectura de este gráfico nos diría que lo más probable, para un determinado periodo de retorno, nuestro proyecto se vea afectado por un sismo de unos 7.5 de magnitud situado a unos 100km de nuestro proyecto y que generará un determinado espectro de aceleración (g).
Este sería el sismo a considerar para un determinado periodo de retorno. Recordemos que es la normativa y estándares internacionales los que marcan el periodo de retorno a utilizar.
Conclusiones sobre el riesgo sísmico
Cuando hablamos de asuntos relacionados con las cimentaciones especiales y tratamientos del terreno siempre solemos hacer hincapié en que nos apoyemos en profesionales y empresas de reconocido prestigio. Bueno, pues en el caso de los análisis de riesgo sísmico debemos decir exactamente lo mismo. Son análisis que requieren de un conocimiento profundo de la materia y del manejo de cálculos y programas informáticos muy sofisticados.
Por último, recordar la importancia de estos análisis. Ya decíamos que no siempre son necesarios, pero que para ciertas estructuras sí lo son. El objetivo de un análisis de riesgo sísmico es identificar los posibles parámetros de movimiento del suelo en la ubicación de nuestro proyecto. Estos resultados pueden utilizarse para evaluar las características de diseño necesarias para evitar que este nivel de sacudidas provoque una falla de la estructura.
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Muchas gracias.
Muy buen post y que importante es junto al análisis sismotectónico determinar correctamente el efecto sitio. El tipo de terreno y la orografía pueden amplificar mucho la fuerza del sismo.