Near source earthquakes

1. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
Características del Movimiento
del Suelo en Zonas Cercanas a
Fallas Sísmicas
Instituto de Ingeniería. UNAM
Abril 2013
Dr. Ing. Carlos D. Frau
Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción
(CeReDeTeC)
Facultad Regional Mendoza.
Universidad Tecnológica Nacional
Mendoza, Argentina.

2. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL

3. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL

4. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REGISTROS NEAR-FAULT
DIRECTIVIDAD DE LA
RUPTURA

5. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESEÑA HISTORICA
 Los terremotos son una vibración aleatoria del suelo; sin
embargo en muchos casos su efecto sobre las estructuras fue
considerado como un movimiento armónico y periódico.
 Acelerogramas registrados desde 1950 en EEUU muestran
que en muchos casos se visualiza un marcado carácter
impulsivo.
 Veletsos en 1965 al estudiar modelos estructurales simples
encontró que la respuesta estaba controlada por el número,
amplitud y duración de los ciclos de aceleración, velocidad o
desplazamiento.
El primer terremoto conteniendo pulsos de aceleración con
capacidad de producir severos daños fue el terremoto de San
Fernando en EEUU en 1971.

6. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESEÑA HISTORICA
 En 1987 Anderson y Bertero encontraron sitios ubicados
próximos a fallas donde se presentaron registros impulsivos
que provocan daños en los niveles bajos de los edificios.
Encontraron también que el PGA no era un parámetro
adecuado para representar el potencial de daño de un
terremoto.
 Distintos registros pertenecientes a un mismo terremoto
pueden tener variaciones importantes en sus características
dinámicas debido a factores tales como la geología, efectos de
propagación de ruptura y distancia al plano de falla.
 El paso siguiente a reconocer el carácter impulsivo de los
registros y su potencial de daño fue estudiar la forma de
incluir estos aspectos en los códigos de diseño.

7. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESEÑA HISTÓRICA
 Se establecieron coeficientes correctivos para los espectros de
diseño a fin de considerar la mayor demanda que imponen lo
terremotos impulsivos en zonas cercanas a fallas.
 1980: Para el diseño de estructuras con aisladores de base
 1993: SEAOC desarrolla factores para todo tipo de
estructuras, pero no es aceptado por la comunidad ingenieril
1996: En virtud de los daños provocados por los terremotos de
Northridge en 1994 y Kobe en 1995, el Blue-Book recomienda
adecuar los niveles de diseño.
1997: Aparece UBC-97 que incorpora mapas con delimitación
de zonas near-fault y factores por cercanía a fallas (Na – Nv).

8. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
FALLAS GEOLOGICAS
FUENTES POTENCIALES DE LAACTIVIDAD SISMICA.
FUENTES SISMOGÉNICAS
Actividad de las fallas - Dimensiones de las fallas

9. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
ZONA NEAR-FAULT
La zona comprendida dentro de una franja aproximada de
20 km a cada lado la traza de la falla sismogénica se conoce
como zona “near-source”, “near field” o “NEAR-FAULT”.
Dentro de la zona “NEAR FAULT”, el movimiento del suelo
presenta importantes desplazamientos transitorios y
permanentes.
Dentro de esta zona, el movimientos está fuertemente
influenciado por:
 El mecanismo de ruptura de la falla
 La dirección relativa de propagación de la ruptura
respecto del sitio de registración

10. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
DIRECTIVIDAD DE LA RUPTURA
c
x
r
v
x
t
r
x
)
cos(
( 



c
r
c
L
r
v
L
t
r
c 





 


)
cos(
( 








c
L
v
L
t
r
c
)
cos(











r
r
c
v
c
v
c
L
t

11. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
AVANCE DEL FRENTE DE RUPTURA
A B C




REGISTRADORA
HIPOCENTRO
ACUMULACIÓN DE ENERGÍA


COMPONENTE NORMAL A LA FALLA
ASPEREZAS
DIRECTIVIDAD DE LA RUPTURA

12. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
DIRECTIVIDAD
FOWARD
DIRECTIVITY
BACKWARD
DIRECTIVY

13. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
DIRECTIVIDAD HACIAADELANTE Y ATRÁS
Terremoto de Landers (1992)
Las estaciones de Lucerne y
Joshua Tree, presentan
claramente efecto direccional
hacia delante y atrás
respectivamente.
(Somerville et al. 1997)

14. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
CARACTERÍSTICAS DEL MOVIMIENTO
DESPLAZAMIENTOS
Dinámico o Transitorio
Pulso por direccionalidad de la ruptura
(rupture-directivity-pulse)
Estático o Permanente
Deslizamiento en el plano de la falla
(fling step)
Debido a que el Desplazamiento Permanente ocurre unos pocos
segundos luego del inicio de la ruptura, los desplazamientos Dinámico
y Estático no están fuertemente acoplados en el tiempo.

15. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
TIPOS DE FALLAS
FALLA TRANSCURRENTE
Strike fault

16. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
TIPOS DE FALLAS
Predominante en el centro oeste argentino
FALLA INVERSA
Reverse fault

17. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
CARACTERÍSTICAS DEL MOVIMIENTO
Falla Transcurrente (strike fault) Fallas Inversas (dip fault)
Componente Normal
Componente Paralela
Falla
Tiempo
Desplaz.
Perman.
Orient. Pulso
Superf.
Suelo
Falla
Tiempo
Planta Sección

18. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
DIRECTIVIDAD
Historia de tiempo de las
velocidades de las
estaciones de Bonds Corner
y El Centro #8 para el
terremoto Imperial Valley,
California 1979 (Bolt y
Abrahamson, 2003).

19. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
DIRECTIVIDAD
Registro de velocidad para
la componente norte-sur de
la estación TCU068 en el
terremoto de Chi Chi. Se ha
desglosado el fling-step de
la componente dinámica
(Bolt, 2003).

20. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
PRINCIPALES
CARACTERÍSTICAS DE
LA RESPUESTA SÍSMICA
A TERREMOTOS TIPO
PULSO

21. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REGISTROS CON PULSOS LARGOS
DE ACELERACIÓN Y VELOCIDAD

22. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
TIPOS DE PULSOS CARACTERÍSTICOS
Onda Senoidal Onda Rectangular
REGISTROS

23. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REGISTROS IMPULSIVOS
REGISTROS DEL CENTRO OESTE ARGENTINO

24. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
ESPECTROS DE ACELERACIÓN
Amplitudes y Regiones Espectrales
RESPUESTA ELASTICA
Relación: PGV/PGA
: Tarzana= 0.07 - Kobe= 0.10 - Los Gatos= 0.25

25. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
ESPECTROS DE DESPLAZAMIENTOS
Amplitud
RESPUESTA ELASTICA

26. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESPUESTA ELASTICA
POLARIZACIÓN
DEL
MOVIMIENTO

27. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESPUESTA NO LINEAL
Ante terremotos impulsivos, muchas estructuras no
alcanzan a desarrollar una respuesta vibratoria.
m
k
Sd inelástico
Ciclos de la Respuesta Inelástica
D
v
fy
F Ciclos Histeréticos
Respuesta No Vibratoria

28. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REGISTROS N-F PARAANÁLISIS NO LINEAL
Evento Fecha Estación Identific Compon. Magn. Dist. Epic
Tabas Iran 16-Sep-78 Tabas 9101 TAB TR 7.4 3.0
Imperial Valley 15-Oct-79 Bonds Corner IMP 230º 6.9 2.5
Coalinga 22-Jul-83 Trasmitter Hill COA 360º 5.7 9.2
Loma Prieta 17-Oct-89 Corralitos. Eureka COR N-S 7.1 5.1
Loma Prieta 17-Oct-89 Los Gatos LGA F-Normal 7.1 3.5
Cape Mendocino 25-Abr-92 Cape Mendocino CAP N-S 7.0 8.5
Northridge 17-Ene-94 Tarzana TAR E-W 6.7 17.5
Northridge 17-Ene-94 Rinaldi RIN 228º 6.7 7.1
Kobe 17-Ene-95 Kobe Observatory KOB N-S 6.9 0.6
Chi-Chi Taiwan 20-Sep-99 TCU 084 CHI E-W 7.6 10.4
Duzce Turquía 12-Nov-99 Lamont 375 DUZ N-S 7.3 8.2
World Destructive Accelerograms
World Collapse Accelerograms (R. Saragoni)

29. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESPUESTA NO LINEAL
Correspondencia entre los pulsos de aceleración y
velocidad del suelo con la respuesta inelástica.

30. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESPUESTA NO LINEAL
Correspondencia entre los pulsos de aceleración y velocidad
del suelo con la respuesta inelástica.

31. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL RESPUESTA NO LINEAL
ESPECTROS DE DEMANDA DE DUCTILIDAD

32. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESPUESTA NO LINEAL
ESPECTROS DE DESPLAZAMIENTOS INELASTICOS

33. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL RESPUESTA NO LINEAL
Fy = 0.4 g
Fy = 0.6 g
Fy = 0.8 g
v
ESPECTROS DE DESPLAZAMIENTOS INELASTICOS

34. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL RESPUESTA NO LINEAL
INFLUENCIA DE LOS PULSOS EN LA
RESP. ELASTICA E INELASTICA
Bertero et al.
1978

35. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESPUESTA NO LINEAL
DESPLAZ. ELASTICOS VS. DESPLAZ. INELASTICOS
• Para periodos menores a 1 seg. la Relación Du/De
es mayor para registros impulsivos respecto de los
vibratorios.
•La Relación Du/De varía en las distinta regiones
espectrales. Por lo tanto no siempre se cumple el
principio de igual desplazamientos para todos los
rangos de periodo.
•La respuesta inelástica no puede ser inferida a
partir de la respuesta elástica

36. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
RESPUESTA NO LINEAL
RESISTENCIA VS. DESPLAZ. INELASTICOS
• En la zona de periodos largos el nivel de resistencia
no tiene influencia en los desplazamientos inelásticos.
•En la región de periodos intermedios a bajos los
desplazamientos inelásticos son muy sensibles al nivel
de resistencia.
•En registros fuertemente impulsivos el aumento de la
resistencia no siempre lleva a una reducción de los
desplazamientos inelásticos.

37. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL RESPUESTA NO LINEAL
VELOCIDAD
DE LA
DEMANDA
0.4 seg

38. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL VELOCIDAD DE DAÑO
FIGURA 6.6.1:Comparación de Tiempos de Colapso para el Terremoto de
Northridge, Estación Sylmar NS.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8
Período T (s)

t
(s)
2% amort.
duct 7
2% amort.
duct 11
5% amort.
duct 7
5% amort.
duct 11
0,6
0,8
1
(s)
2% amort.
duct 7
2% amort.
duct 11
Tiempos de colapso para Northridge, Sylmar N-S
(Según Ibaceta y Saragoni, 2002)

39. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
INFLUENCIA DELAMORTIGUAMIENTO
RESPUESTA ELASTICA
• El amortiguamiento resulta efectivo en la región de
periodos intermedios que son controlados por la
velocidad del suelo.
•Los terremotos impulsivos al ensanchar la región
sensible a las aceleraciones puede provocar que el
amortiguamiento estructural pierda eficiencia en
mayor número de estructuras.

40. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
INFLUENCIA DELAMORTIGUAMIENTO
RESPUESTA INELASTICA
Debido a que los efectos de la acción inelástica y del
amortiguamiento no siguen la misma ley a lo largo del
espectro, el concepto de amortiguamiento equivalente
puede no resultar adecuado.
AMORTIGUAMIENTO EQUIVALENTE
El amortiguamiento tiene poca influencia en la respuesta
inelástica, más aún ante excitaciones impulsiva que no
permite una respuesta vibratoria del sistema.

41. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REPRESENTACION DEL
MOVIMIENTO DEL
SUELO NEAR-FAULT

42. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO
Representación del movimiento de suelo
• Dominio de las Frecuencias -----> Espectros de Respuesta
• Dominio del Tiempo --------------> Pulsos Equivalentes de Velocidad
Pulsos tipo Seno
• Número de semiondas
•Periodo del pulso
•Amplitud máxima del pulso.

43. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO
Parametrización del pulso de velocidad en función de la
Magnitud Esperada y la Distancia de la fuente al sitio.
Máxima Velocidad Horizontal
10
100
1000
0 5 10 15 20
Distancia [km]
Veloc.
Horiz.
Máx
[cm/s]
B and R-M, Mw =6.1 y 7.5
Somerville, Mw =6.1 y 7.5
A-K, Mw =6.1 y 7.5
Periodo del Pulso
0
2
4
6
8
10
6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
Magnitud [Mw]
Periodo
del
Pulso
[seg]
Bray and Rod-Marek
Somerville
Alavi and Kraw inkler
Nº de Medios Ciclos: Rodríguez-Marek (2000) encontró sobre 48
registros estudiados que el 50% de los registros presentaba dos medios ciclos
Periodo del Pulso Amplitud del Pulso

44. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO
MODELOS DE PULSOS
Pulso Bertero Pulso P1 Krawinkler

45. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO
MODELOS DE PULSOS
Pulso Menun and Fu Pulso Agrawal

46. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
ESPECTROS DE RESPUESTA
Polarización de la respuesta en la dirección normal a la falla
Tomado de Somerville et al. 1997.

47. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
MODELO DE DIRECITIVIDAD DE SOMERVILLE
RESPUESTA ELASTICA
Vista en Planta
FALLAS TRANSCURRENTES

48. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL
ESPECTROS DE RESPUESTA
Tomado de Somerville et al. 1997.
Dip slip
Vista en corte
INFLUENCIA DE LA POSICION EN LA RESPUESTA

49. UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
NACIONAL