En Sísmica de Suelos somos especialistas en análisis sísmico aplicado a la ingeniería estructural y geotécnica. Estudiamos el peligro y riesgo sísmico, la respuesta dinámica del terreno, la interacción suelo-estructura y la vulnerabilidad a fenómenos como la licuación.
Aplicamos metodologías deterministas y probabilistas para generar espectros de respuesta y de diseño sísmico de sitio, cumpliendo con normativas locales e internacionales. Nuestros estudios brindan insumos técnicos clave para proyectos que exigen seguridad sísmica comprobada
El territorio mexicano se ve afectado por diferentes fuentes sísmicas. Destacan los sismos de tipo subductivo en las costas del Pacífico, los de fallamiento normal debajo de la placa continental, los transcurrentes en el norte del país y los intraplaca. Estos mecanismos liberadores de energía convierten al país en una zona de alto peligro sísmico.
El análisis de peligro sísmico se enfoca en caracterizar los movimientos del terreno esperados en una zona determinada, considerando la actividad sísmica histórica, la tectónica local y la respuesta del terreno. Aplicamos metodologías deterministas y probabilistas, generando espectros de aceleración representativos para el diseño estructural.
Por su parte, el riesgo sísmico evalúa las consecuencias potenciales de esos movimientos, integrando la vulnerabilidad de las estructuras y el nivel de exposición. Este enfoque permite tomar decisiones informadas sobre diseño, reforzamiento, normatividad y planificación urbana.
Los estudios de este tipo pueden ser Deterministas o Probabilistas. Para los primeros se establece el efecto de cada fuente potencial en el sitio de estudio. En los segundos se establecen las condiciones de peligro sísmico uniforme para un sitio, en función de la probabilidad de excedencia y un tiempo de exposición (Periodo de Retorno).
Nuestros estudios incluyen:
Todos nuestros análisis se desarrollan atendiendo a las manuales, reglamentos, normativas nacionales, internacionales, o a los términos de referencia establecidos en el proyecto de estudio.
En los análisis de respuesta sísmica del terreno es fundamental determinar los efectos de amplificación local. Para ello, se requiere hacer una correcta caracterización dinámica del terreno mediante la ejecución de pruebas de campo y/o ensayes de laboratorio.
Con el modelo geodinámico del terreno, construido a partir de la caracterización dinámica, se determinan los efectos de amplificación local mediante la construcción de funciones de transferencia. Son curvas que muestran la amplificación del movimiento desde el basamento hasta la superficie, en función de la frecuencia de excitación.
Al convolucionar en el dominio de la frecuencia las funciones de transferencia con el movimiento de entrada en el basamento local, se obtiene la respuesta amplificada en la superficie del terreno.
En la determinación de la amplificación del terreno, se toman en cuenta los siguientes principales aspectos fundamentales:
En la evaluación de los efectos de amplificación, es fundamental verificar la congruencia del modelo geodinámico del suelo con las condiciones reales del sitio. Para ello, en este proceso se verifica que el periodo dominante de vibración del suelo, sea congruente con el periodo del suelo determinado a partir del monitoreo de la vibración ambiental en campo.
En Sísmica de Suelos elaboramos espectros de respuesta y de diseño sísmico de sitio, con el objetivo de ajustar los criterios estructurales a la demanda sísmica real del terreno. Esta práctica permite optimizar la seguridad estructural sin incurrir en sobrediseños innecesarios, particularmente en zonas con condiciones geotécnicas particulares o fuera del alcance de normativas genéricas.
El espectro de diseño sísmico de sitio es la curva que cubre a los espectros de respuesta e indica los niveles máximos de aceleración a los que pueden estar expuestas las estructuras ante eventos sísmicos en un lugar determinado y caracterizado por propiedades dinámicas específicas.
Las ordenadas espectrales que corresponden con los periodos principales de vibración de la construcción se traducen en las fuerzas horizontales que definen la demanda sísmica a la que estarán expuestos los elementos estructurales y permiten estimar los elementos mecánicos transmitidos al sistema de cimentación. Las fuerzas determinadas a partir del espectro de diseño buscan reproducir el movimiento lateral al que una estructura se ve expuesta ante la ocurrencia de un sismo. Por ello, la construcción correcta del espectro de diseño sísmico es de suma importancia para el diseño óptimo y seguro de las estructuras.
Los niveles de aceleración obtenidos de los espectros de respuesta y de diseño son dependientes del ambiente sísmico al que está expuesto el lugar de estudio, de los efectos de amplificación local que generan las características dinámicas del sitio. Ante este escenario, Sísmica de Suelos aplica el conocimiento más reciente y la normatividad actual para la obtención de los espectros de respuesta y de diseño.
Nuestros estudios incluyen:
El espectro final se entrega con su interpretación técnica, documentación metodológica, y recomendaciones específicas para su uso en el diseño estructural, reforzamiento o validación de elementos constructivos críticos.
La interacción dinámica suelo-estructura (ISE) modifica las propiedades dinámicas relevantes que tendría la estructura con base rígida, así como las características del movimiento de campo libre generándose un movimiento de entrada en la cimentación o excitación efectiva.
El alargamiento del periodo fundamental, la modificación del amortiguamiento asociado y la reducción de la ductilidad son debidos a la interacción inercial. Por su parte, la interacción cinemática reduce los componentes de traslación horizontal de alta frecuencia y a la vez genera componentes de rotación (cabeceo y torsión), dependiendo de la profundidad de desplante y geometría de la cimentación.
En el enfoque convencional de diseño se usan espectros de sitio de campo libre. Sin embargo, estos espectros no son representativos del movimiento que experimenta la cimentación, ya que se desprecian la difracción de las ondas incidentes por la cimentación (interacción cinemática) y las fuerzas de inercia generadas en la estructura y la cimentación (interacción inercial). Es en la mayoría de los proyectos conveniente determinar espectros de piso, calculados con el movimiento real de la cimentación que resulta de un análisis completo de ISE. Estos espectros de sitio con ISE son específicos para las condiciones de suelo y estructura dadas.
Incorporamos información proveniente de los ensayes geofísicos de campo o ensayes dinámicos de laboratorio, datos estructurales (masas, rigideces, modos) y espectros de diseño de sitio, para construir modelos representativos del comportamiento real del sistema completo.
Este tipo de análisis es requerido por reglamentos avanzados y resulta especialmente útil para evitar determinar el comportamiento real del sistema suelo-cimentación-estructura, evitando en algunos casos errores de sobrediseño, identificando vulnerabilidades dinámicas y optimizando la respuesta sísmica de estructuras.
Actualmente el diseño estructural requiere de análisis detallados que permitan conocer con mejor detalle el comportamiento de las construcciones al estar sujetas a la acción sísmica.
Los análisis estructurales no lineales, paso a paso, en el dominio del tiempo, permiten estudiar específicamente el comportamiento de los elementos estructurales, identificando zonas críticas o puntos de falla. Adicionalmente, se puede determinar con certidumbre los desplazamientos a que estará sujeta la construcción.
Para el desarrollo de este tipo de análisis particulares es necesario introducir a los modelos estructurales excitaciones sísmicas representativas de movimientos sísmicos reales.
Este movimiento sísmico se determina a partir de la construcción de pares de acelerogramas que contengan el efecto de la direccionalidad, en función del tipo de fuente sísmica. Por supuesto que las historias de aceleración deben ser compatibles con los niveles de aceleración espectral para el nivel de diseño sísmico que se busca alcanzar (base de diseño o sismos infrecuentes). La construcción de los pares de acelerogramas parte de registros de aceleración registrados en sismos históricos y se transforman para alcanzar las aceleraciones espectrales, en función de los efectos particulares de amplificación local del sitio de estudio. Cerca de las fuentes sísmicas, es necesario incorporar el efecto de la componente vertical, además de las componentes horizontales, dando origen a triadas de acelerogramas.
Los pares o triadas de acelerogramas pueden calculares en el campo libre; sin embargo, son de mayor representatividad los que se determinan en la base del sistema de cimentación, después de realizar análisis dinámicos de interacción suelo-estructura.
En Sísmica de Suelos realizamos estudios especializados para evaluar la susceptibilidad del terreno a la licuación, un fenómeno que puede comprometer gravemente la estabilidad de cimentaciones, taludes y estructuras durante un sismo.
La licuación dinámica ocurre en suelos saturados, generalmente arenosos, cuando las vibraciones, generalmente sísmicas, provocan un aumento súbito de presión de poro, reduciendo la resistencia al corte del material hasta asimilarse al comportamiento de un fluido. Este proceso puede causar asentamientos diferenciales, inclinaciones, colapsos estructurales o fallas globales.
La evaluación de licuación es especialmente importante en:
En aquellos proyectos donde se identifican suelos que cumplen con una serie de condiciones que los hacen vulnerables a la licuación, se analizan con objeto de establecer la posibilidad de que este fenómeno se presente.
Analíticamente, para un depósito de suelo se determinan los esfuerzos cortantes resistentes a la licuación de las unidades estratigráficas, y se comparan con los esfuerzos cortantes generados por la demanda sísmica que afecta al sitio. En este proceso se toman en cuenta las incertidumbres en las propiedades de los suelos, la caracterización dinámica realizada y la probabilidad de la ocurrencia del fenómeno a partir de los resultados del análisis determinista.
Una vez definida la vulnerabilidad a la licuación, se hace una valoración de los efectos del fenómeno en términos de asentamientos y desplazamientos causados por la dispersión lateral.
Los procesos analíticos se complementan con el desarrollo de métodos numéricos de elemento finito con los modelos constitutivos adecuados, para evaluar la vulnerabilidad a la licuación del suelo y sus efectos.
Los resultados permiten prevenir daños mayores mediante el rediseño geotécnico, la selección de cimentaciones adecuadas o la implementación de soluciones de mejora del terreno.