Este documento presenta un análisis de sitio en el campus de la UNAN en Managua a través de espectros elásticos de respuesta generados por datos de 5 terremotos utilizando el software DEEPSOIL. Se calculan los espectros elásticos de respuesta para los sismos de Mammoth Lake, Nahanni, Northridge 1, Northridge 2 y Whittier Narrows. Se comparan las formas y amplitudes espectrales de estos sismos con respecto al reglamento nacional de construcción de Nicaragua. Finalmente, se representan las funciones de

1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARAGUA
UNAN-MANAGUA
RECINTO UNIVERSITARIO RUBÉN DARÍO
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS
DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN
Asignatura: Ingeniería sismo-resistente.
Análisis de sitio en el campus de la UNAN, Managua a través de espectros elásticos
de respuesta generados por datos de 5 terremotos utilizando el software “DEEPSOIL
Versión 6.0.6.1”.
Elaborado por: No. Carnet:
 Joel Enrique Santana Peña 11-04159-1
 Greybin Josué Borge Castro 11- 04726-7
Carrera: Ingeniería Civil.
Docente: Dr. Ing. Edwin Antonio Obando.
Fecha de entrega: Jueves, 10 de septiembre de 2015

2. CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN..................................................................................................................... 3
2. OBJETIVOS.............................................................................................................................. 4
3.1- Objetivo General. .............................................................................................................. 4
3.2- Objetivos específicos:........................................................................................................ 4
3. DESARROLLO......................................................................................................................... 5
4.1- Espectro elástico de respuesta.......................................................................................... 5
4.2- Aplicación del espectro elástico de respuesta.................................................................. 6
4.3- Espectros para diseño sísmico.......................................................................................... 7
4.4.1- Datos de entrada. ................................................................................................... 7
4.4.2- Calcular el espectro elástico de respuesta para los sismos de
Mammoth Lake, Nahanni, Northridge 1, Northridge 2 y Whittier Narrows.............. 9
4.4.3- Comparar formas y amplitudes espectrales de los sismos antes
mencionados, respecto al reglamento nacional de la construcción (RNC-07). .. 13
4.4.4- Representar las funciones de amplificación de los sismos antes
mencionados......................................................................................................................... 14
4. COMENTARIOS FINALES.................................................................................................. 17
5. REFERENCIAS ...................................................................................................................... 18
6. ANEXOS .................................................................................................................................. 19

3. 1. INTRODUCCIÓN
El presente informe se realizó en base a los conocimientos enseñados en la
asignatura de ingeniería sismo-resistente y la bibliografía respecto al tema, con la
finalidad de realizar un análisis dinámico de suelo, desde el punto de vista ingenieril.
Este análisis, está relacionado con el comportamiento del suelo cuando este es
sometido a excitaciones causadas por un evento sísmico (terremoto de Managua
en 1972 y varios de los terremotos de Estados Unidos, tales como Mammoth Lake
y Nahanni).
Para poder analizar este comportamiento es necesario tomar una estratigrafía de
suelo delimitada en sus propiedades físicas tales como: La profundidad de la
estratigrafía, así como la altura de cada capa del suelo, además de las velocidades
de corte y los pesos específicos de cada capa y su factor de amortiguamiento. Esta
información estratigráfica se presenta en el desarrollo, el basamento que se
considera infinito, también se toma en cuenta.
Para poder realizar un análisis de este tipo es necesario utilizar un software llamado
“DEEPSOIL Versión 6.0.6.1”, el cual fue creado por la universidad de Illinois de
Estados Unidos, cuya función es analizar la respuesta dinámica del suelo cuando
este es sometido a excitaciones dinámicas.
La importancia de realizar este análisis radica en poder tener una comprensión de
la respuesta del suelo ante los sismos bajo condiciones específicas de cada área
de suelo, de este modo se puede conocer los puntos críticos de cada suelo y en
qué aspectos se puede mejorar las condiciones del mismo, ya que proporciona
información valiosa como las aceleraciones que experimenta el suelo, las
frecuencias, amplitudes y espectros de respuestas que sirven de parámetros para
el diseño eficientes de las estructuras verticales. Además de hacer comparaciones
de un evento sísmico respecto a otro, de modo que se presentará las formas y
amplitudes de los espectros elásticos de respuesta de varios sismos, junto con el
factor de amplificación.

4. 2. OBJETIVOS
3.1- Objetivo General.
 Realizar un análisis de sitio en el campus de la UNAN, Managua a través de
espectros elásticos de respuesta generados por datos de 5 terremotos
utilizando el software “DEEPSOIL Versión 6.0.6.1”.
3.2- Objetivos específicos:
 Calcular el espectro elástico de respuesta para los sismos de Mammoth
Lake, Nahanni, Northridge 1, Northridge 2 y Whittier Narrows.
 Comparar formas y amplitudes espectrales de los sismos antes
mencionados, respecto al reglamento nacional de la construcción (RNC-07).
 Representar las funciones de amplificación de los sismos antes
mencionados.

5. 3. DESARROLLO
4.1- Espectro elástico de respuesta.
Es un medio gráfico para caracterizar los movimientos del terreno y sus efectos
sobre las estructuras, según (Housner, 1931), también proporciona un medio
conveniente para resumir la respuesta máxima de todos los posibles sistemas
lineales de un grado de libertad a un componente del movimiento del terreno.
Los tipos de espectros de respuesta según la reacción que se quiera comparar:
Espectro de respuesta de velocidad, espectro de respuesta de deformación y el más
habitual, es el espectro elástico de respuesta, que relaciona la aceleración. Se
denomina ‘de respuesta’ ya que mide la respuesta de la estructura frente a las
acciones, excitaciones o movimientos que se le inducen por fuerzas externas.
Cantidades de respuesta.
Es conocer la deformación del sistema o el desplazamiento relativo de la masa al
terreno en movimiento causado por fuerzas externas, es decir, se debe calcular las
mayores fuerzas internas, momentos flexionantes, cortantes en vigas y columnas;
esto para conocer la suficiente separación entre edificios para evitar colisiones entre
ellos, además de evitar el daño de equipos frágiles en su interior.
Características del espectro elástico de respuesta.
Cuando la base de un edificio entra en vibración, ésta se trasmite a su estructura,
que también comienza a vibrar. En un sistema completamente rígido, la vibración
del edificio sería exactamente la misma de la de su base. Sin embargo, como las
estructuras tienen siempre cierta elasticidad, la vibración no es la misma y tanto el
periodo de vibración como las aceleraciones de base y estructura son diferentes.
El espectro muestra la aceleración máxima absoluta de la vibración de la estructura.
Tiene, por lo tanto, unidades de aceleración. Diversos estudios han mostrado que
el espectro depende esencialmente de dos factores:
 La aceleración de la vibración a la que se somete la base. Aunque la
vibración de base y estructura sean diferentes, no son independientes, sino
que el aumento de una implica el aumento de la otra. Esto hace que a veces
el espectro no sea mostrado como aceleración, sino como el cociente entre
el espectro de respuesta en sí y la aceleración de la base.

6.  El periodo de oscilación de la estructura. Un periodo corto indica una
estructura rígida, por lo que en periodos muy cortos el espectro es parecido
a la vibración de la base. En periodos largos, la vibración es más lenta que
la del suelo, por lo que la estructura se independiza y el espectro es reducido.
4.2- Aplicación del espectro elástico de respuesta.
Cuando se realizan cálculos sísmicos es necesario establecer cuál es el espectro
elástico de respuesta de la estructura estudiada. La mayoría de normativas sísmicas
obligan una formulación concreta para este cálculo. Por ejemplo, en el caso del
RNC-07 de Nicaragua, el espectro para suelos buenos en la zona B, con un periodo
de oscilación entre 0.1 y 0.6 segundos es ( = ∙ = 2.7 ∙ ). Esto implica que si
un temblor tiene una aceleración sísmica de 1 ⁄ , el espectro es de 2.7 ⁄ .
Sabiendo la aceleración de la vibración se pueden hallar las fuerzas estáticas
equivalentes que soporta la estructura multiplicando la aceleración por la masa que
soporta la estructura. Por modelo, una aceleración de 30 ⁄ significa que en un
segundo la velocidad se incrementó 30 ⁄ más rápido. La aceleración máxima del
suelo (PGA) está relacionada con la fuerza de un terremoto en un sitio
determinado. A mayor valor, mayor es el daño que puede causar un sismo.
El valor de PGA es variable de un lugar a otro y por medio de ella podríamos
identificar la mayor o menor fuerza del movimiento sísmico al observar su
distribución geográfica, y así conocer áreas vulnerables para posibles
construcciones. En general, las aceleraciones más grandes suceden cerca del
epicentro donde se concentran los daños, pero factores como el tipo de suelo que
existe bajo una ciudad o la forma en que la energía sísmica es liberada por una falla,
pueden alterar este comportamiento.
Movimiento del suelo.
Las vibraciones del suelo producidos por movimientos sísmicos en un sitio
específico dependen de la proximidad de éste a la fuente de origen, del punto de
referencia (basamento o afloramiento), características del sitio y la atenuación de la
aceleración pico. La amplitud, frecuencia y el tiempo de duración son requeridos
para clasificar el movimiento, y estos parámetros se obtienen a partir de
acelerogramas registrados en diferentes puntos. Estos registros son utilizados para
demarcar áreas o zonas con similar potencial de riesgo sísmico, tomando en cuenta
la frecuencia de ocurrencia, la predicción de la magnitud máxima del sismo, la
probabilidad de excedencia de esta magnitud, la distancia al origen, la localización
de la falla de origen y los detalles geológicos del área. Estas demarcaciones son
presentadas como mapas de riesgo sísmico que contienen zonas correspondientes
a aceleraciones pico del suelo.

7. 4.3- Espectros para diseño sísmico.
Espectros aplicables a los análisis estático y dinámico.
Cuando se apliquen el análisis estático que se define en el capítulo 11 del RNC-07
o el dinámico modal del capítulo 12, se adoptará como ordenada del espectro de
aceleraciones para diseño sísmico, ( ), expresada como fracción de la aceleración
de la gravedad, la que se estipula a continuación:
Ilustración 1. Espectros aplicables a los análisis estático y dinámico.
Fuente: Reglamento nacional de construcción (RNC-07).
4.4- Desarrollo del trabajo a realizar en DEEPSOIL 6.0.1.
4.4.1- Datos de entrada.
Tabla 1. Datos de entrada para el análisis dinámico del suelo.
Fuente: Elaboración propia (2015).
Suelo
( = 3 %)
Altura ( ) Vs ( / ) Densidad
( ⁄ )
Arcilloso 5 200 16.8
Arena media 17 350 17
Arena gruesa 26 570 17
Arena gruesa ∞ 1,000 17.8

8. Ilustración 2. Ejemplo de espectro de diseño del reglamento nacional de construcción (RNC-07).
Fuente: Reglamento nacional de construcción (RNC-07).

9. 4.4.2- Calcular el espectro elástico de respuesta para los sismos de Mammoth
Lake, Nahanni, Northridge 1, Northridge 2 y Whittier Narrows.
Gráfica 3. Espectro elástico de respuesta Mammoth Lake.
Gráfica 4. Espectro elástico de respuesta Nahanni.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (sec)
Espectro elástico de respuesta Mammoth Lake
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (sec)
Espectro elástico de respuesta Nahanni

10. Gráfica 5. Espectro elástico de respuesta Northridge.
Gráfica 6. Espectro elástico de respuesta Northridge 2.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (sec)
Espectro elástico de respuesta Northridge
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (sec)
Espectro elástico de respuesta Northridge2
Espectro elástico de respuesta
Northridge2

11. Gráfica 7. Espectro elástico de respuesta Whittier Narrows.
Análisis de las gráficas.
Los espectros elásticos de respuestas presentados en las gráficas 3 a 7.
Representan parámetros de respuesta máxima para cada uno de los terremotos
determinados están consideradas para un factor de amortiguamiento de 5 %. A
través de cada uno de los resultados presentados en las gráficas se pueden estudiar
las características del terremoto y su efecto sobre las estructuras que puedan ser
diseñadas en el área de la universidad. Las curvas de los espectros de respuesta
presentan variaciones bruscas, con numerosos picos y valles, que resultan de la
complejidad del registro de aceleraciones del terremoto.
La observación de la Grafica 3 muestra también que, en cierto rango de periodos,
se produce una amplificación del movimiento del suelo. Para el terremoto de
Mammoth Lake, los valores máximos de movimiento del suelo fueron: aceleración
espectral = 2.224 g para un periodo de 0.443 s. Es decir que la estructura vibra y
experimenta aceleraciones que pueden ser significativamente mayores que los
correspondientes al movimiento del suelo. Si analizamos, por ejemplo, como se está
estudiando, el espectro de aceleraciones vemos que una estructura con un
amortiguamiento del 5 % y un periodo de vibración de 0.443 s experimentarán una
aceleración máxima de 2.224 g si fuera sometida al terremoto Mammoth Lake.
Ahora podemos analizar una estructura similar, pero con un periodo de 5 s será
sometido una aceleración máxima de 0.021 g, un valor significativamente menor.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (sec)
Espectro elástico de respuesta Whittiernarrows
Espectro elástico de respuesta
Whittiernarrows

12. Esto indica claramente que la acción sísmica sobre la construcción depende no solo
de las características del terremoto sino también de las propiedades estructurales.
Estos aspectos se ponen en evidencia, por ejemplo, en el caso de edificios con
aisladores sísmicos, con los cuales se logra aumentar significativamente el periodo
de vibración de la construcción, “alejando” a la misma de la zona de aceleraciones
espectrales elevadas.
Según cada uno de los gráficos podemos obtener la Tabla 2, que nos da las
aceleraciones máximas para los respectivos periodos de diseño.
Terremoto Periodo (seg) Max Aceleración Espectral (g)
Mammoth Lake 0.443 2.224
Nahanni 0.0687 0.893605
Northridge 0.174392 1.968150
Northridge 2 0.443 0.944546
Whittier Narrows 0.163884 1.852120
Tabla 2. Máximas Aceleraciones espectrales para los diferentes terremotos en estudio.
En el sitio se pueden analizar para que cada terremoto se deberían diseñar
estructuras diferentes, considerando el espectro inelástico de respuesta del
terremoto Mammoth Lake por que presenta mayores aceleraciones del suelo en
consideración a los demás terremotos. Además, se puede observar que las
aceleraciones espectrales para el terremoto Nahanni presentan una variación
espectral con altos rangos, mostrándose por los picos en la Grafica 4.

13. 4.4.3- Comparar formas y amplitudes espectrales de los sismos antes
mencionados, respecto al reglamento nacional de la construcción
(RNC-07).
Gráfica 8. Espectros elásticos de sitio comparados con el espectro de diseño del RNC-07.
La grafica 8 muestra los espectros elásticos resultantes para cada uno de los
terremotos y se compara con el espectro del Reglamento Nacional de la
Construcción, donde se pueden valorar cada uno de los espectros y analizar la
posibilidad de construir estructuras sismo resistentes que permitan la seguridad en
el sitio de estudio.
Vemos que para el terremoto Nahanni se registran las aceleraciones espectrales
más bajas y le siguen las aceleraciones del terremoto Northridge 2, para ambos
terremotos las aceleraciones espectrales que se obtienen están por debajo del
espectro de diseño sugeridos por el RNC-07 para el diseño de las estructuras que
se piensen construir en el sitio. En cambio para los terremotos: Mammoth Lake,
Northridge y Whittier Narrows los espectros elásticos de respuesta en sitio
sobrepasan la meseta que se propone en el espectro de diseño según el RNC-07.
Se puede decir que hay que mejoras las características de diseño en caso que se
desee construir en el sitio de estudio para los últimos tres terremotos mencionados.
Cuando las aceleraciones espectrales están cobre el máximo permisible para un
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
Aceleracionespectrala/g
Periodo estructural T (s)
Espectros elasticos de sitio comparados con el Espectro De Diseño
RNC-07 Espectro de diseño
del RNC-07
mammothlake
nahanni
northridge
northridge2
whittiernarrows

14. espectro de diseño, deben de rediseñarse los espectros de manera que de las
mejores condiciones para que las estructuras puedan resistir a un evento sísmico
semejante.
4.4.4- Representar las funciones de amplificación de los sismos antes
mencionados.
Gráfica 9. Factor de amplificación de terremoto Mammoth Lake.
Gráfica 10. Factor de amplificación de terremoto Nahanni.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (sec)
Factor de Amplificacion de terremoto Mammotholake
Superficie Basamento Fac. Amplitud
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (sec)
Factor de amplificacion de terremoto Nahanni
Superficie
Basamento
Fac. Amplitud

15. Gráfica 11. Factor de amplificación de terremoto Northridge.
Gráfica 12. Factor de amplificación de terremoto Northridge 2.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Espectralaceleration(g)
Periodo (Sec)
Factor de Amplificacion de terremoto Northrige
Superficie Basamento Fac. Amplitud
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (Sec)
Factor de Amplificacion de terremoto Northridge 2
Superficie Basamento Fac. Amplitud

16. Gráfica 13. Factor de amplificación de terremoto Whittier Narrows.
Los factores de amplitud que se obtuvieron en la relación de la variación de la
aceleración el estrato de la superficie en y en el basamento mostrados en las
gráficas 9,10,11,12 y 13. Son una clara noción de la cantidad de energía que es
suministrada en un terremoto después de atravesar la capa de roca y entrar en
contacto con los estrados más sueltos del suelo. Podemos ver como la amplitud va
en aumento a medida que las ondas espectrales atraviesan cada estrato, de manera
que un terremoto con mayor magnitud puede necesitar de factores de amplitud más
bajos dependiendo de las condiciones del terreno en estudio.
Se pudo ver que los factores de amplitud más altos fueron para el terremoto Whittier
Narrows, cuya máxima amplitud es de 2.7 y no se observaron amplitudes inferiores
a 1.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5
EspectralAceleration(g)
Periodo (Sec)
Factor de Amplificacion de terremoto Whittiernarrows
Superficie Basamento Fac. Amplitud

17. 4. COMENTARIOS FINALES
Como resultado del análisis de los datos hemos podido constatar de que el las
condiciones actuales del suelo de estudio en relación con la información del
terremoto de 1972 en Managua, se encuentra dentro del rango de diseño
establecido por el RNC, esta situación hace suponer que la decisión de construir un
edificio de tanta importancia económica e investigativa en este punto radica en que
cumple satisfactoriamente para dos de los cinco terremotos en estudio: Whittier
Narrows y Nahanni, pero no para los otros tres terremotos: Mammoth Lake,
Northridge y Whittier Narrows ya que estos sobrepasan los límites de aceleraciones
espectrales propuestos por en el espectro de diseño del reglamento.
Finalizamos mencionando que debido a este análisis sabemos y exponemos de
forma acertada que la reacción de la estructura construida sobre este suelo ante la
vibración ocasionada por un terremoto de estas características (tiempo, intensidad,
magnitud, etc.), sería altamente eficiente para los primeros dos casos: Whittier
Narrows y Nahanni y que en teoría el edificio no tendría dificultad en resistir un
movimiento telúrico de esta índole, en cambio esto no sería aplicable para la
construcción de edificios en este sitio de estudio para características sísmicas de
los terremotos: : Mammoth Lake, Northridge y Whittier Narrows.

18. 5. REFERENCIAS
Reglamento nacional de la construcción vigente de Nicaragua (RNC-2007).
K. Chopra, Anil. (2014). Dinámicas de estructuras (4 edición). México: PEARSON
EDUCACIÓN, 752 p.
Escorcia, Kevin; Ochoa, Armando. (2013). Análisis de respuesta sísmica de sitio y
su efecto en el comportamiento dinámico de estructuras en el área urbana de la
ciudad de Managua. UNAN Managua, 135 p.
Kramer, Steven L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Upper Saddle
River, New Jersey: Prentice Hall, 672 p.
Universidad de Illinois, U.S.A. (5 de septiembre de 2015). En línea. Recuperado de:
http://deepsoil.cee.illinois.edu/Support.aspx?v=6.0.6.1

19. 6. ANEXOS
Tabla 3. Resultados de espectros para los 6 terremotos estudiados.
Fuente: Software DEEPSOIL V 6.0.6.1
Resultados – Mammoth
Lake
Resultados - Nahanni Resultados -
Northridge
T a T a T a
(seg) g (seg) g (seg) g
0.01 0.661628 0.01 0.240973 0.01 0.475324
0.0106412 0.661835 0.0106412 0.24105 0.0106412 0.475321
0.0113235 0.66207 0.0113235 0.241454 0.0113235 0.475446
0.0120495 0.662336 0.0120495 0.241776 0.0120495 0.475674
0.0128221 0.662636 0.0128221 0.242326 0.0128221 0.475714
0.0136442 0.662976 0.0136442 0.242192 0.0136442 0.47515
0.014519 0.663361 0.014519 0.241491 0.014519 0.476125
0.01545 0.663794 0.01545 0.242018 0.01545 0.476262
0.0164406 0.664273 0.0164406 0.244354 0.0164406 0.475448
0.0174947 0.664809 0.0174947 0.250143 0.0174947 0.475902
0.0186165 0.665474 0.0186165 0.262617 0.0186165 0.47549
0.0198101 0.666277 0.0198101 0.261011 0.0198101 0.477581
0.0210803 0.66697 0.0210803 0.277508 0.0210803 0.476841
0.0224319 0.668643 0.0224319 0.290764 0.0224319 0.475731
0.0238702 0.668682 0.0238702 0.294343 0.0238702 0.478406
0.0254007 0.67226 0.0254007 0.315178 0.0254007 0.477219
0.0270293 0.67067 0.0270293 0.322962 0.0270293 0.478131
0.0287624 0.678565 0.0287624 0.315255 0.0287624 0.480681
0.0306066 0.67079 0.0306066 0.317508 0.0306066 0.480196
0.032569 0.684442 0.032569 0.352523 0.032569 0.476964
0.0346572 0.690609 0.0346572 0.345264 0.0346572 0.479441
0.0368794 0.672756 0.0368794 0.388434 0.0368794 0.483579
0.039244 0.705194 0.039244 0.506269 0.039244 0.477387
0.0417603 0.70877 0.0417603 0.446778 0.0417603 0.483309
0.0444378 0.669476 0.0444378 0.453817 0.0444378 0.474147
0.0472871 0.71985 0.0472871 0.488044 0.0472871 0.476867

20. Resultados –
Northridge 2
Resultados – Whittier
Narrows
Resultados -
Managua 1,972
T a T a T a
(seg) g (seg) g (seg) g
0.01 0.200636 0.01 0.39151 0.01 0.438202
0.0106412 0.200548 0.0106412 0.392749 0.0106412 0.433051
0.0113235 0.200545 0.0113235 0.393139 0.0113235 0.44705
0.0120495 0.200707 0.0120495 0.391807 0.0120495 0.44502
0.0128221 0.200701 0.0128221 0.392014 0.0128221 0.446317
0.0136442 0.200686 0.0136442 0.392441 0.0136442 0.446529
0.014519 0.200664 0.014519 0.392956 0.014519 0.446769
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