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Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
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4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016
Subsidencia y fracturamiento del terreno. Caracterización del Periodo de Vibrar del Municipio de Jesús María
(JM), en Aguascalientes.
Antonio de Jesus Romero Astudillo1 (Becario). 1 Estudiante de la Facultad de Ingeniería civil, Universidad Autónoma de Guerrero, Chilpancingo,
Guerrero. [email protected]
Área en la que participe: VII Ingenierías.
M. en C. Willian Heber Herrera de León2 (Colaborador). 2 Ingeniero Civil, Maestría en Mecánica de Suelos, Profesor del Instituto Tecnológico de Tepic,
Nayarit. [email protected]
Dr. Jesús Pacheco Martínez3 (asesor)
3 Universidad Autónoma de Aguascalientes, Centro de Ciencias del Diseño y de la Construcción, Departamento de Construcción y estructuras.
Resumen La investigación realizada se centra en la identificación y caracterización del terreno del municipio de Jesús María (JM), el cual se encuentra ubicado en el Estado de Aguascalientes, para la determinación del periodo fundamental de vibración del suelo a partir de mediciones de vibración ambiental empleando la técnica de nakamura (1989), debido a la baja sismicidad con la que cuenta el sitio a estudiar. El uso de vibración ambiental es demasiado bueno y se puede aplicar en cualquier momento debido a que no requiere de la interacción de un terremoto o algún temblor que sea relativamente fuerte como se pudiera necesitar si se empleara una técnica diferente, esto es una importante ventaja para las zonas o regiones de muy baja sismicidad. Se presenta el trabajo de microzonificación sísmica realizado en 16 puntos del municipio (JM) los cuales fueron seleccionados estratégicamente para cubrir la expansión del terreno adecuado empleando un equipo especializado en sismología el cual tiene la capacidad de detectar frecuencias del suelo de muy baja intensidad. Adicionalmente se presenta el mapa de isoperiodos del suelo confeccionado para el municipio (JM). El método demostró ser una gran herramienta muy simple de aplicar, de
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bajo costo pero eficaz en la caracterización de las condiciones de sitio locales a través del periodo natural fundamental del suelo. Los resultados que se alcanzaron son muy buenos debido al uso de vibración ambiental que demostró ser una excelente alternativa, comparándolo con otras tantas técnicas que existen.
Palabras Clave: Caracterización, Vibración, Microzonificación, Sismicidad.
Introducción
Se realizara la siguiente investigación de microzonificación sísmica en el municipio de Jesús María en el estado de Aguascalientes mediante la aplicación del método de vibración ambiental para caracterizar el periodo de vibrar de acuerdo a las propiedades dinámicas y las diferentes características que se puedan presentar en el municipio por el tipo de terreno que se encuentra en el sitio a estudiar, una vez obtenidos los datos del sitio nos permitirá proponer mapas de microzonificación de regiones específicas, las zonas fueron seleccionadas de manera estratégica y por la forma irregular que tiene el valle del municipio los puntos fueron repartidos para tomar la mayor expansión de terreno y de esta forma tener los diferentes comportamientos sísmicos o de vibraciones débiles en el municipio de forma repartida y de manera cualitativa, los puntos o zonas ya mencionados se muestran en el siguiente mapa de Jesús María el cual se referencio utilizando el google earth para ubicarlos en el siguiente mapa y de esta forma sean señalados de forma más práctica y más rapida en todo el municipio (JM), las zonas son señaladas en el siguiente mapa (véase en la fig. 1).
Fig. 1 Imagen del sitio estudiado Municipio de Jesús maría, y ubicación de los puntos donde se realizó la zonificación sísmica. Fuente: Elaboración propia.
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De acuerdo a Nakamura (2008) la relación espectral H / V se origina de vibraciones del periodo fundamental del suelo y es una gran herramienta practica para la prevención de desastres. En primer lugar la relación espectral H / V se encontró a partir de los registros de movimiento fuertes en varios lugares de Japón y se comprobó que en el suelo blando el movimiento horizontal de frecuencias es mayor que el movimiento vertical, por otro lado en el suelo duro ambos movimientos horizontales y verticales son muy similares entre sí en el valor máximo y la forma de onda, en primer lugar obtenemos la componente horizontal a vertical se derivan de cada valor máximo y se comparan con la suavidad del suelo y el factor de amplificación. También Nakamura (1989 y 2000) define teóricamente la técnica H / V con múltiples refracciones de ondas SH de incidencia vertical, sin embargo argumenta que los microtemblores consisten de muchos tipos de ondas Nakamura (1989). Para explicar la cantidad de tipos de ondas incluidas en microtemblores y comprobación de la aplicabilidad de la técnica QTS y algunos de los científicos sugerían que el pico de la relación H / V se puede explicar con el pico fundamental de ondas Rayleigh, la explicación de microtemblores con las ondas de Rayleigh causó cierta confusión entre los usuarios y el autor decidió eliminar este problema, para este propósito, los índices de vulnerabilidad llamados valores de K fueron propuestos por Nakamura (1996). valores de K son simplemente derivan de cepas de suelo y estructuras. Formulación de valores K para suelo (kg). Estos nuevos valores dan la oportunidad de estimar las vulnerabilidades de todo tipo de estructuras y suelo, antes de que ocurra el daño real.
Ritta et al (2013) Presento el procesamiento de unos registros tomados de vibración ambiental, utilizando la técnica propuesta por Nakamura en 1989 para la estimación del período de vibración horizontal fundamental de los depósitos de suelo dicha técnica de la naturaleza no invasiva nos permite mediante el registro de una microzonificación de unos pocos minutos de ruido ambiental para caracterizar el comportamiento dinámico del suelo. Realizo un modelo para la eliminación de los datos que interferían en la investigación por estar relacionados a periodos de vibrar ajenos el suelo debido a la interacción de otros factores, de esta manera conservar solo los datos obtenidos en periodos estacionales al momento de realizar la microzonificación para obtener el comportamiento más preciso del suelo El objetivo de la estimación período de vibración horizontal es fundamental para evaluar los efectos locales del sitio y así anticipar los daños causados por los terremotos. Dicho estudio de micro - zonificación sísmica se realizó para la ciudad de Mayagüez en Puerto Rico ,y como resultado se obtuvo un mapa de isoperiodos para el suelo de la ciudad. Materiales y Métodos
El trabajo realizado fue diseñado de una manera sencilla que de esta forma nos permitiera terminar con una conclusión muy precisa debido a la investigación implementada la cual fue cuantitativa por haberse realizado de manera practica en los puntos del municipio (JM) antes mencionados y señalados en la imagen (Fig. 1). Se optó por la técnica de Nakamura debido al tipo de estudio que se realizó considerando conocer los periodos fundamentales del terreno y debido a la baja sismicidad de la cual se tienen muy pocos antecedentes siempre teniendo en cuenta que el periodo de vibrar del suelo es muy poco perceptible por las propiedades mecánicas con las que cuenta el terreno estudiado.
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El método de vibración ambiental se realizó con ayuda de un equipo sísmico el cual detecta microtremores de muy baja frecuencia, este método nos fue demasiado útil debido al sitio donde realizamos el estudio por ser un terreno de muy baja sismicidad, el trabajo de microzonificación sísmica realizado en 16 puntos del municipio (JM) los cuales fueron seleccionados estratégicamente para cubrir la expansión del terreno adecuado empleando un sismógrafo (Geode de la marca Geometriz), el cual trabaja en conjunto con 2 geófonos de 1 Hertz los cuales detectan vibraciones de muy baja frecuencia, el procedimiento de levantamiento de las vibraciones se realiza con los geófonos puestos en el suelo del sitio a estudiar, los geófonos que detectan las vibraciones trabajan uno de forma vertical y otro de forma horizontal el cual se coloca orientándolo hacia el punto cardinal (Norte), esperando 120 segundos en esta posición para tomar las lecturas adecuadas y cuando se han tomado las lecturas y se ha esperado el periodo especifico el geófono horizontal se orienta en el punto cardinal (Este) para tomar lecturas con esta orientación que de igual forma se hace en 120 segundos para realizar las lecturas adecuadas y de esta forma determinar si el comportamiento del suelo es el mismo o hay algún cambio en el suelo debido a estar conformado por materiales distintos en dichos puntos hacia donde se orienta el geófono horizontal, de esta forma nos permite obtener 4 lecturas las cuales se asocian de la siguiente manera Geófono North, South (NS) y Geófono Vertical (NS), para posteriormente obtener los datos faltantes del Geófono East, West (EW) en forma horizontal y el Geófono vertical (EW) no se mueve pero se toma con esta orientación para tener los datos ordenados y no permitir errores primarios en la identificación de cada uno de ellos, se necesitó de un GPS (Sistema de Posicionamiento Global) de la marca Magellen Modelo eXplorist 510 el cual fue utilizado para registrar la posición de cada sitio medido para ser ubicado posteriormente en un mapa con mucho más facilidad.
En la siguiente imagen (Fig. 2), se muestra el equipo utilizado para realizar las lecturas del periodo fundamental del terreno (JM).
SISMOGRAFOS; MARCA GEOMETRIZ
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Fig. 2.- Realizando la medición en sitio con el equipo de microzonificación.
A continuación se presenta la siguiente imagen (Fig. 3) donde se realizó una determinación del periodo fundamental del terreno en uno de los 16 puntos señalados en el mapa anteriormente.
Fig. 3.- Realizando la medición con el equipo instalado y tomando lecturas del periodo fundamental del terreno.
Los datos obtenidos se extraen de la computadora donde fueron almacenadas todas las lecturas tomadas en los sitios que se estudiaron para su posteriormente procesarlos en el Programa Tape.exe para poder ser leídos e interpretados con el programa Degtra A4 ver.502, para de esta forma concluir con el procesamiento de los datos obtenidos en campo.
Resultados
Se obtuvieron los siguientes resultados con la interpretación debidamente ejecutada en los distintos programas de procesamiento, encontrando información muy relevante la cual nos permite conocer los distintos comportamientos del periodo de vibrar del suelo, a continuación se muestra una gráfica obtenida de las lecturas tomadas en campo como ejemplo de la investigación (Fig. 4).
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H/V
FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 09
NS
EW
Fig. 4.- Interpretación de los datos obtenidos en campo, comportamiento del modo de vibrar del suelo en (JM).
De la hipótesis planteada antes de iniciar la investigación se puede corroborar que era válida debido a que en ella se planteaba que posiblemente el suelo estaba compuesto por agregados diferentes y por tal motivo se obtendría un comportamiento distinto cuando se tomaran las lecturas en direcciones contrarias con los geófonos. Por consiguiente la variación de comportamiento del periodo fundamental de vibrar del suelo realizado en un mismo punto como se muestra en la imagen (Fig. 5).
Fig. 4.- Se puede observar en las gráficas el comportamiento del periodo de vibrar en las 2 direcciones tomadas (N, S y E, W).
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FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 02
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Discusión y conclusiones
De acuerdo a la zonificación realizada en las zonas señaladas en el municipio (JM) se pudo observar debido a los datos procesados e interpretados en las gráficas que el suelo está conformado de manera Anisotropica debido a que presenta diferentes características según la dirección que se orientó el geófono horizontal, se observa en las gráficas de las lecturas tomadas el comportamiento del periodo fundamental del terreno en las direcciones (N,S y E, W), de tal manera que nos permite conocer las distintas características del suelo en la orientación tomada y su distinto comportamiento.
Agradecimientos
Quiero agradecer de manera muy especial al Dr. Jesús Pacheco Martínez por ser el supervisor de este artículo, por su tiempo y dedicación en mi trabajo que es presentado en este documento, de verdad muchas gracias.
Agradecer al M. en C. Willian Heber Herrera de León, por ser el colaborador en la investigación que se realizó en campo, gracias.
Al XXl verano de la Investigación Científica y Tecnológica del Pacifico 2016, por ser el programa que impulso el tema investigado.
A la Universidad Autónoma de Guerrero por ser la escuela donde estudio actualmente y por estar asociada a tan importante programa como el verano del programa Delfín 2016, de esta manera se permite al estudiante adquirir nuevos conocimientos que servirán posteriormente en la vida profesional.
A la Universidad Autónoma de Aguascalientes por abrirme las puertas por medio del Dr. Jesús Pacheco Martínez y realizar mi estancia de verano en las instalaciones de la Institución.
Referencias
Nakamura, Y., 2008. On the H/V spectrum, in: The 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China.
Ritta, R.J., Massa, J.C., Chiappero, G.D., n.d. Identificación del período fundamental de sitio a partir de registros de vibración ambiental.
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ANEXOS
A continuación de anexan las gráficas de los siguientes 14 puntos tomados en las zonas señaladas en el mapa, en las cuales se puede observar el periodo fundamental de vibrar del terreno según la orientación del geófono (N, S y E, W).
Fig. 5.- Se observa el comportamiento del terreno, con los datos obtenidos.
Fig. 6.- comportamiento del terreno en el punto 3.
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 20 40 60 80
H/V
Frecuencia (Hz)
PUNTO 1
NS EW
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3
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H/V
FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 03
NS EW
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Fig. 7.- Se observa el comportamiento del periodo fundamental de vibrar en el punto 4.
Fig. 8.-Comportamiento del periodo fundamental del terreno.
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H/V
FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 04
NS
EW
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H/V
FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 05
NS EW
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Fig. 9.- Comportamiento del terreno obtenido de los datos procesados.
Fig. 10.- Periodo fundamental de vibrar en los puntos cardinales tomados.
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0 10 20 30 40 50 60 70
H/V
FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 06
NS EW
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H/V
FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 07
NS EW
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Fig. 11.- Procesamiento de los datos, representados en la gráfica.
Fig. 12.- Representación de los datos obtenidos en campo.
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H/V
FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 08
NS
EW
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00
H/V
Frecuencia (Hz)
Punto 10
NS EW
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Fig. 13.- Datos obtenidos de las lecturas en campo y representados en la grafica
Fig. 14.- Comportamiento del terreno obtenido de los datos procesados.
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3.5
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FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 11
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Fig. 15.- Se observa el comportamiento del periodo fundamental de vibrar representado en la gráfica.
Fig. 16.- Representación de los datos obtenidos en campo
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FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 13
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FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 14
NS
EW
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Fig. 17.- Periodo fundamental de vibrar en los puntos cardinales tomados.
Fig. 18.- Se observa el comportamiento del periodo fundamental de vibrar, representado en esta gráfica.
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FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 15
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FRECUENCIA (HZ)
PUNTO 16
NS
EW
