27F/2010

1. 1
ANÁLISIS DE LA AMPLIFICACIÓN SÍSMICA EN EL SUBSUELO DE
CONCEPCIÓN
Felipe Valenzuela Dechent (q.e.p.d.)
Universidad de Concepción
Mario Valenzuela Oportus
Universidad de Concepción
marioval@udec.cl
Peter Dechent Anglada
Universidad de Concepción
pdechen@udec.cl
Gonzalo Montalva Alvarado.
Universidad de Concepción
gmontalva@udec.cl
RESUMEN
En Concepción, como consecuencia del terremoto del Maule 27F/2010, se evidenció bastante
daño estructural en los edificios altos de la ciudad, en una proporción mucho mayor que en otras
ciudades afectadas por el terremoto. Los análisis realizados utilizando el método lineal equivalente
de propagación de ondas de corte verticalmente incidentes, han permitido corroborar la importante
amplificación dinámica que tuvo el subsuelo y que no advierte la normativa de diseño sísmico
vigente. La misma metodología ha permitido reproducir en forma aproximada el espectro derivado
del registro medido en el centro de Concepción.
1. INTRODUCCION. El catastro de daños observados en el Gran Concepción evidencia
claramente que los edificios que sufrieron mayor daño sísmico fueron edificios modernos sobre 12
pisos (Beltrán, 2012). Es importante indicar que la mayoría de estos edificios estaban calculados
siguiendo la norma de diseño sísmico NCh433Of1996 (2009), vigente a la fecha del terremoto.
Por otro lado, el espectro derivado para el único registro obtenido en Concepción durante el
terremoto 27F/2010, evidenció una gran amplificación dinámica para períodos que tienen alguna
correspondencia con los edificios de mediana y mayor altura.
Este trabajo trata sobre la modelación del subsuelo del Gran Concepción, sometido a registros en
el basamento rocoso, para intentar comprender la respuesta en la superficie libre. Los perfiles
estudiados se han obtenido a partir del sondaje profundo realizado por IDIEM (Poblete, 1967),
información geológica (Galli, 1967) y otros sondajes más superficiales correspondientes a distintos
sectores del Gran Concepción.
La metodología utilizada consiste en aplicar en el basamento rocoso, registros típicos obtenidos
en roca para el mismo terremoto 27F/2010, los disponibles en RENADIC y Servicio Sismológico
Nacional. Luego, mediante el método lineal equivalente de propagación de ondas de corte
verticalmente incidentes, se obtuvieron los registros artificiales en superficie, a través de los
cuales se derivaron espectros de respuesta, que permitieron realizar comparaciones con el
espectro calculado del registro medido y correlaciones con el daño sísmico en edificios.
2. UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO. Se presentan los resultados para
dos sitios de la llanura arenosa de la interzona Concepción-Talcahuano, uno en Concepción

2. 2
centro y otro en Talcahuano centro. La llanura costera comprende el área oeste de la interzona,
aproximadamente entre los paralelos 36°42` y 36°51` latitud sur y los meridianos 73°00` y 73°12`
longitud oeste.
El relieve de zona lo constituye una planicie orientada en dirección NE – SW, limitada al oeste por
el bloque alzado de las penínsulas de Tumbes y Hualpén y por el este con la Cordillera de la
Costa, sobresaliendo en esta llanura una serie de cerros islas y lagos relictos de la antigua red de
drenaje. La planicie presenta cotas cercanas al nivel del mar (Galli, 1967), ver Figura N° 1.
El relleno de la planicie (incluido sus fosas) está constituido en gran parte por sedimentos
aportados por el río Bío Bío, del cual aún se observan antiguos cauces que desembocaron en las
bahías de Concepción y San Vicente. Los sedimentos Bío Bío están conformados principalmente
por arenas basálticas de granulometría media a fina y limos asociados al proceso de depositación
fluvial, en algunos sectores estos sedimentos han sido retrabajados y redistribuidos por la acción
del mar y el viento. Por el margen nororiental, escurre casi superficialmente el Río Andalién,
desarrollando un ancho valle en la franja occidental del macizo costero, aportando sedimentos
graníticos, principalmente arenas cuarzosas y arcillas. En los sectores vecinos al contacto entre
las laderas de los cerros y la planicie se encuentra coluvio.
Figura Nº 1 : Vista aérea de la zona Concepción – Talcahuano. (Ref : Google Earth)
Torre Prat
Torre Libertad

3. 3
3. PERFILES TIPOS Y MODELACION. Se analizan varios perfiles de distintos sectores de
Concepción y Talcahuano, de manera ilustrativa se discuten dos perfiles estratigráficos
correspondientes al centro de la Ciudad de Concepción y al centro de la ciudad de Talcahuano. La
connotación de estos sectores es la comparación de daño sísmico ocurrido en dos edificaciones
prácticamente gemelas: La Torre Libertad de Concepción ubicada en Avda O’Higgins esquina
Lincoyan y la Torre Prat de Talcahuano ubicada en calle Aníbal Pinto esquina Bulnes, ambos
edificios de 17 pisos, construidos al inicio de los años 70 (Figura N° 2).
Torre Libertad ConcepciónTorre Prat Talcahuano
Figura Nº 2: Fotografías Elevación Torres Prat y Libertad
La modelación del subsuelo y velocidades de ondas de corte para la Torre Libertad se obtuvo a
partir de la extrapolación del sondaje profundo, con roca granítica ubicada a 120 m de profundidad
(Poblete, 1967). Para la Torre Prat se consideró un sondaje de 25 m desarrollado durante el
proyecto de fundaciones, la roca sedimentaria se detectó a 22 m de profundidad y para este
trabajo se midió el perfil de velocidades de ondas de corte con metodología REMI, de acuerdo a lo
recomendado por la normativa chilena (MINVU, 2011) y el método propuesto por Louie (2001).
La Tablas N°1 y N°2 resumen las propiedades de los suelos utilizadas en la modelación. Las
Figuras N°3 y N°4 muestran el perfil de velocidades de ondas de corte para la Torre Libertad y
Torre Prat respectivamente.
Tabla 1. Modelación Estratigráfica para Torre Libertad Concepción.
Horizonte Espesor
(m)
Clasificación
USCS
Peso Unitario
(KN/m3
)
Vs
(m/s)
Prof Napa
(m)
1 25 SM 18.60 220 4.5
2 3.0 ML 17.00 196
3 22.0 SM 19.40 270
4 35.0 SM 17.60 314
5 15.0 SM 20.00 480
6 20.0 SM 19.50 370
Roca basal indef granítica 26.50 3.300

4. 4
Tabla 2. Modelación Estratigráfica para Torre Prat Talcahuano
Horizonte Espesor
(m)
Clasificación
USCS
Peso Unitario
(KN/m3
)
Vs
(m/s)
Prof Napa
(m)
1 11.0 SM 17.50 185 2.5
2 2.5 CL 16.50 220
3 4.5 SM 19.00 320
4 4.5 CL 17.00 320
Roca basal indef arenisca 22.50 700
FIG N°2 : Velocidades de Ondas de Corte Torre Libertad
Modelación Extractada Sondaje Profundo IDIEM
0
20
40
60
80
100
120
100 150 200 250 300 350 400 450 500
Velocidad (m/s)
Profundidad(m)
Vs(30) = 215 m/s
Vs(30) = 215 m/s
Figura N°3 : Perfil de Velocidades de Ondas de Corte Torre Libertad (Poblete, 1967).
FIG N°3 : Velocidades de Ondas de Corte Torre Prat
Modelación REMI 2012
0
10
20
30
40
100 200 300 400 500 600 700
Velocidad (m/s)
Profundidad(m)
Vs(30) = 285 m/s
Vs(22,5) = 255 m/s representativa del suelo residual
Figura N°4 : Perfil de Velocidades de Ondas de Corte Torre Prat. Modelación REMI
(cortesía Ruz & Vukasovic)

5. 5
4. REGISTROS UTILIZADOS. Los registros utilizados para los análisis corresponden a las
estaciones Cerro el Roble, Rapel, Convento Viejo, Cerro Santa Lucía, Melado y Las Tórtolas; así
como también el registro del Colegio Inmaculada Concepción.
Para el análisis de los edificios en estudio se ha seleccionado el registro de Rapel por similitudes
geológicas con la roca basal de Concepción. No obstante lo anterior, en simulaciones donde se
han utilizado todos los registros, los resultados obtenidos son similares y muestran la misma
tendencia. Las Figuras N° 5 y 6 muestran el registro y espectros de Rapel.
La distancia entre Rapel y la Falla es igual a la distancia de Concepción a la Falla, desde la
perspectiva sísmica, por ejemplo ambas distancias de Joyner-Boore serán 0 km. A mayor
distancia, teóricamente, debiera reducirse tanto la amplitud como el contenido de altas frecuencias
en los registros. Se estima que como los dos casos están relativamente cerca de la Falla, para los
registros en roca, no debieran existir diferencias gravitantes en los resultados de superficie, toda
vez que se está buscando la amplificación en modelos de columnas de suelo blando.
RAPEL - Registro en Roca (Terremoto 27F/2010)
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0,10
0,20
0,30
0 20 40 60 80
Time (sec)
Acceleration(g)
Figura N°5: Registro Rapel N-S utilizado en los análisis.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Periodo (seg)
Sa(%g)
Direccion E-O
Direccion N-S
Figura N°6: Espectro de respuesta de pseudo-aceleraciones consideradas en roca.

6. 6
5. RESULTADOS. Los registros utilizados fueron aplicados en la base del modelo de la columna
de suelos (roca) y mediante el método lineal equivalente de propagación de ondas de corte
verticalmente incidentes, se obtuvieron en superficie los registros correspondientes a cada
columna estratigráfica. Las curvas de amortiguamiento y degradación de rigidez utilizadas, son las
de Hardin y Drnevich (1972). La Figura 7 muestra los resultados de la simulación a través de los
espectros de respuesta (aceleraciones) obtenidos de los registros calculados en superficie y la
Figura 8 muestra el espectro elástico obtenido de los registros de aceleraciones en Concepción
Centro para el terremoto 27/F2010. Se puede observar la similitud de resultados.
La Figura 9 muestra los resultados de la simulación a través de los espectros de respuesta
(aceleraciones) obtenidos de los registros calculados en superficie, para el modelo de Talcahuano.
Figura N°7 : Espectro de respuesta de pseudo-aceleraciones modelo Torre Libertad
Figura N°8: Espectro de respuesta de pseudo-aceleraciones en roca. Modelación registro Rapel.
Concepción Centro
Comparación en Concepción de espectros suelo III y SE, zona 3
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 1 2 3 4 5
T(s)
a(g)
Sae NCh433 emergencia Suelo III
Sae NCh433 of96 mod 2009 Suelo III
Sae - Concepción - suelos blandos - (peak - 0,17g)
Sae - Concepción - suelos blandos - (peak - 0,51g)
Sae - Concepción - suelos blandos - (peak - 0,34g)
Sae - Concepción - suelo III - (peak - 0,17)
Sae - Concepción - suelo III - (peak - 0,34g)
Sae - Concepción - suelo III - (peak - 0,51g)
Comparación en Concepción de espectros suelo III y SE, zona 3
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 1 2 3 4 5
T(s)
a(g)
Sae NCh433 emergencia Suelo III
Sae NCh433 of96 mod 2009 Suelo III
Sae - Concepción- suelos blandos - (peak - 0,17g)
Sae - Concepción- suelos blandos - (peak - 0,51g)
Sae - Concepción- suelos blandos - (peak - 0,34g)
Sae - Concepción- suelo III- (peak - 0,17)
Sae - Concepción- suelo III- (peak - 0,34g)
Sae - Concepción- suelo III- (peak - 0,51g)

7. 7
Figura N°9: Espectro de respuesta de aceleraciones modelo Torre Prat
6. EL DAÑO SISMICO EN CONCEPCION. La experiencia en Chile recogida como consecuencia
del terremoto de febrero de 2010 que afectó la zona centro-sur del país, tiene una estadística de
aproximadamente 40 edificios con daño estructural severo, de los casi 12.000 edificios construidos
con la normativa NCh433 en esta zona (datos del comité de norma NCh433, DS N°60 y N°61), lo
que evidentemente representa un éxito de la ingeniería chilena, dado la magnitud del terremoto.
Sin embargo, en Concepción, la estadística es completamente distinta, colapsó totalmente el
único edificio en Chile (15 pisos) y se ordenó la demolición de otros 8 edificios. Las Figuras N° 10
y N° 11 muestran el cuadrante de Concepción Centro, donde se catastró el daño sísmico en
edificios de mediana altura (Beltrán, 2012).
Figura 10: Cuadrante de Concepción Centro sometido a evaluación de daño sísmico, mostrando
ubicación de Torre Libertad y Alto Río (edificio colapsado)
Espectro de pseudo aceleración - Torre Prat - Talcahuano
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 1 2 3 4 5 6
T (seg.)
a(g)
Sae Talcahuano - Torre Prat, componente
NS, registro Rapel 27F - 2010
Sae Talcahuano - Torre Prat, componente
EW, registro Rapel 27F - 2010
Sae diseño, Decreto Nº 117, suelo III
Sae diseño - NCh433 MOD. 2009, suelo IV
Torre LibertadAlto Río

8. 8
Daño Sísmico Concepción Centro
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
5 6 a 10 11 a 15 16 a 20 > 21
Cantidad de Pisos.
CantidaddeEdificios.
Sin daño
Daño ligero
Daño severo
Daño grave
Figura 11: Catastro del daño sísmico en el cuadrante de Concepción Centro (Beltrán, 2012).
7. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES. Los espectros obtenidos para el registro de Concepción, han
evidenciado la importante amplificación dinámica que tuvo el subsuelo y que no advierte la
normativa de diseño sísmico. Respecto de la amplificación dinámica, los espectros obtenidos son
bastante coincidentes con el espectro derivado del registro medido en Concepción Centro
(Colegio Inmaculada Concepción).
Para el caso de Talcahuano, la cercanía de la roca a la superficie, provocó que la amplificación se
concentre en una zona de periodos más bajos que para el modelo del centro de Concepción. Se
observa también que para el caso de Talcahuano, la norma de diseño sísmico chilena NCh433
cubre los espectros obtenidos en superficie.
Llama la atención que el suelo de Talcahuano, a pesar de ser más blando geotécnicamente, tiene
velocidades de ondas de corte Vs30 comparables a las del centro de Concepción. Queda
demostrado entonces, que la amplificación dinámica depende en gran medida de la profundidad
del estrato de suelo. Más aún, dentro de la misma unidad geológica, con Vs30 similares, vemos
comportamientos muy distintos, lo que claramente indica que la velocidad de ondas de corte no es
el único parámetro influyente, pensamos que el espesor del estrato H, juega un rol fundamental,
ya que el subsuelo está amplificando para un período cercano a la razón T = 4H/Vs. Este es un
hecho que la normativa vigente no considera. Otros efectos no considerados, y que su importancia
relativa debe ser evaluada, son por ejemplo, la tridimensionalidad de la cuenca y efectos no
lineales.
Correlacionando los espectros obtenidos para Concepción Centro y Talcahuano, con el daño
sísmico provocado por el terremoto del 27F/2010, la correlación es extremadamente certera,
debido a que la Torre Libertad de Concepción tuvo que ser demolida y la Torre Prat de
Talcahuano mantuvo su servicio y está habitada. Si bien los espectros para el lugar de
emplazamiento de la Torre Libertad presentan niveles de aceleración mayores que para el lugar
de la torre Prat, esto por si solo no explica la causa que un edificio tuviese que ser demolido y el
otro no. Se puede plantear la hipótesis que ambas edificaciones presentan períodos calculados
amplificados por agrietamiento cercanos a 0.8 s, período efectivo que se puede haber

9. 9
incrementado frente a la demanda de deformación cíclica a la cual se vieron sometidas las
edificaciones durante el terremoto, con la consecuente pérdida de rigidez. Sin embargo, los
espectros estarían indicando que el nivel de severidad de la vibración fue mayor para la torre
Libertad, con claras amplificaciones para rangos de períodos alrededor de 0.3, 0.7 y 1.6 s. Dado
que esta estructura no poseía suficiente capacidad de deformación frente a la carga cíclica
impuesta por el terremoto, el período estimado de 0.8 s para la torre Libertad se fue
probablemente degradando y desplazando hacia la zona de períodos cercanos a 1.5 s. Para este
periodo se observa un valor máximo de aceleración en el espectro, provocado probablemente por
una resonancia de la columna de suelo en su periodo fundamental, efecto que habría producido
una deformación creciente para el edificio, que por no tener capacidad suficiente de deformación
condujo al daño extremo observado, razón por la cual se decidió su demolición. Por otro lado, si la
Torre Prat sufrió degradación, ésta se alejó de eventuales resonancias de la columna de suelo. Se
puede decir entonces, que el daño extremo sufrido por la torre Libertad se debió con bastante
probabilidad a una degradación continua de rigidez que tuvo su origen en la zona de períodos sin
agrietar de la estructura, y que por las altas deformaciones impuestas comenzó a degradarse de
manera importante.
8. REFERENCIAS
Beltrán, C. (2012). Recalibración del índice de vulnerabilidad sísmica de edificios de Concepción.
Memoria de título, Universidad de Concepción
Galli, C. (1967). Geología urbana y suelos de fundación de Concepción y Talcahuano. Universidad
de Concepción. Chile
Hardin, B.O. and Drnevich, V.P. (1972). Shear modulus and damping in soils: Measurement and
parameter effects. Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE. 98(6): 603 - 624.
MINVU (2011). Decreto Supremo Número 61. Ministerio de Vivienda y Urbanismo
NCh 433Of1996 (2009). Diseño sísmico de edificios. INN, Santiago
Louie, J. N. (2001). Faster, better: shear-wave velocity to 100 meters depth from refraction
microtremor arrays: Bulletin of the Seismological Society of America 91(2), 347-364.
Poblete, M. (1967). El suelo del centro de Concepción en relación con el diseño antisísmico.
Memoria de título, Universidad de Chile
Valenzuela, F. (2011). Microzonificación Sísmica del Gran Concepción. Aplicación NCh433 y
modificación D.S. N° 117. Memoria de título, Universidad de Concepción