Espectros de sitio

¿Por qué usar espectros de sitio?

Todos los edificios y estructuras modernas se diseñan para resistir terremotos a partir de fuerzas obtenidas de un espectro de diseño de algún reglamento vigente. Desafortunadamente, en nuestro país sólo contamos con reglamentos de diseño sísmico en el Distrito Federal y en el estado de Guerrero. Para otras entidades, el diseñador recurre a manuales internacionales o al de la CFE. Pero estos manuales, e inclusive los reglamentos, son muy generales y es común que resulten insuficientes o muy conservadores cuando se comparan con estudios precisos.

Los espectros de diseño de los reglamentos no toman en cuenta particularidades y están elaborados para una ocurrencia media de sismos en distintas regiones y para tipos estructurales y condiciones de sitio promedio. Además, estos espectros no pueden revisarse ni actualizarse rápidamente a la luz de investigaciones y observaciones recientes, por lo que es muy difícil que mantengan la vanguardia y garanticen un diseño óptimo. Por otro lado, las estructuras modernas son cada vez más complejas y costosas. Por ello, utilizar un espectro de diseño de sitio para conocer las fuerzas sísmicas que en ese preciso lugar afectarán a la estructura en estudio es por lo general menos conservador, ya que se eliminan las incertidumbres relacionadas a las fuentes sísmicas, a la distancia epicentral, al tipo estructural y a los efectos de sitio.

¿Por qué es necesario utilizar un espectro de sitio para la rehabilitación de una estructura?

El daño sufrido por una estructura después de experimentar un evento sísmico muy intenso provoca una degradación en su rigidez que se traduce en un cambio en el periodo natural de vibrar inicial ( To ) de la misma, es decir, el periodo de la estructura original se alarga ( TD ) ( ver figura ). Este cambio de periodo modifica la respuesta espectral de la estructura, la cual muchas veces no se conoce con precisión si no se cuenta con un espectro de respuesta específico del sitio , que muestre las características más relevantes del peligro sísmico asociado a dicho sitio.

Por otro lado, la mayoría de los criterios de rehabilitación sísmica buscan rigidizar la estructura, lo que modifica de nuevo el periodo ( TR ), ya que éste se acorta a mayor rigidez, y modifica la respuesta espectral hacia valores que no siempre son menores, ya que esto depende del periodo inicial de la estructura ( ver figura ).

Los espectros de diseño prescritos en las normas no reflejan muchas veces estos cambios en la respuesta sísmica (compare las curvas ES y EN de la figura), de aquí que se hace necesario estimar la respuesta en términos de un espectro sísmico para el sitio específico y la estructura que se trate.

Otros criterios de rehabilitación utilizan conceptos de disipación de energía y amortiguamiento , los cuales pueden hacerse más eficientes si se tiene la respuesta espectral proveniente de espectros sísmicos de sitio para una familia de valores de amortiguamiento, donde se muestre la variación de la respuesta conforme dicho valor aumenta, y conforme nos movemos en el periodo estructural.