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  • Revista Ingenieras Universidad de Medell n

    CaraCtEriZaCin dE la rEsPuEsta dinMiCa dE sitio En El gaBro dE MEdElln

    Ivn Fernando Otlvaro Calle1

    Manuel Roberto Villarraga Herrera2

    Francisco Javier Nanclares3

    Recibido: 05/09/2007Aceptado: 31/10/2008

    RESUMEN

    Cerca del 90% de la poblacin colombiana ocupa la regin Andina del pas, zona donde se localiza casi la totalidad de la industria, que se caracteriza por una amenaza ssmica intermedia y alta, en la cual se pueden presentar aceleraciones en roca superiores a 0.25 g, de acuerdo con el estudio general de amenaza ssmica (AIS 300, 1998). Sumado a esto la ciudad de Medelln desde el punto de vista geotcnico es caracterizada por la variedad de materiales parentales y tipos de suelo originados por procesos geomorfolgicos diferenciables; adems es comn encontrar diferen-tes accidentes topogrficos denotados por las laderas, lomos y cerros, haciendo de Medelln un ambiente sismo-geotcnico complejo. Esta variedad genera mltiples contrastes de materiales geotcnicos y propiedades que modifican la propagacin de las ondas ssmicas, generando un nivel de amenaza alto en la superficie del terreno. Este trabajo es motivado por las condiciones descritas y por el desarrollo vertiginoso de la Ciudad hacia las laderas. En este trabajo es revisada la respuesta dinmica de sitio al interior de la zona homognea 12 de la Microzonificacin Ssmica de Medelln (GSM, 1999), a partir de modelos de propagacin en una dimensin.

    Palabras clave: respuesta de sitio, dinmica de suelos, suelos tropicales, gabro.

    1 Profesor Asistente Departamento de Ciencias de la Ingeniera y la Produccin, Pontificia Universidad Javeriana Sec-cional Cali.Ingeniero civil, magster en Ingeniera Geotecnia. Direccin: calle 17 No. 86-96 apartamento 701F. Telfono residencia (2) 333 97 06, telfono oficina, (2) 321 82 00 ext. 665, telfono mvil 313 733 71 78, e-mail: ifotalvaro@puj.edu.co

    2 Gerente INTEINSA S.A.Ingeniero civil, maestro en Ingeniera. Direccin: carrera 43 No. 14-109 oficina 504 Telfono oficina 2681284, telfono mvil 310 449 81 50, e-mail: mrvillarraga@inteinsa.com.co

    3 Egresado de la Universidad de Medelln.Ingeniero Civil, master of Sciences, aspirante a doctor de la Universidad Nacional de Colombia. Direccin: Telfono residencia 2507961, telfono mvil 316 404 74 58, e-mail: fjnancla@unalmed.edu.co

    Revista Ingenieras Universidad de Medelln, volumen 7, No. 13, pp. 57-69 - ISSN 1692-3324 - julio-diciembre de 2008/164 p. Medelln, Colombia

  • 58 Ivn Fernando Otlvaro Calle, Manuel Roberto Villarraga Herrera, Francisco Javier Nanclares

    Universidad de Medelln

    CharaCtEriZation of thE dynaMiC rEsPonsE of sitE on MEdEllins gaBBro

    ABSTRACT

    About 90% of Colombian population occupies the Andean region, where most of the countrys industry is located; it is characterized by medium and high seismic hazard in which rock acceleration can occur over 0.25 g, according to the 1984 General Seismic Hazard Study (AIS 300, 1998). Additionally, Medellin city, from a geotechnical point of view, is characterized by the variety of parental materials and types of soils originated by distinctive geomorphologic processes; besides, it is com-mon to find different topographic features in slopes, ridges, and hills, which make of Medellin a complex seismic geotechnical environment. This variety of features generates multiple contrasts of geotechnical materials which modify propagation of seismic waves, thus generating a high hazard level in the land surface. This research was motivated by above described conditions and by the growing development of the city up the hills. This research makes a review of dynamic response of site in the homogeneous zone No. 12 of Medellin Seismic Microzoning (GSM, 1999).

    Keywords: Site response, dynamics of soils, tropical soils, gabbro.

  • 59Caracterizacin de la respuesta dinmica de sitio en el Gabro de Medelln

    Revista Ingenieras Universidad de Medelln, volumen 7, No. 13, pp. 57-69 - ISSN 1692-3324 - julio-diciembre de 2008/164 p. Medelln, Colombia

    INTRODUCCIN

    La importancia de la respuesta del terreno ante solicitaciones cclicas y los efectos de modificacin de las ondas ssmicas han sido advertidas tiempo atrs, y como respuesta a ello se ha adelantado un nmero importante de investigaciones que, a su vez, son el insumo de las disposiciones y normativas para el diseo sismo-resistente de las obras civiles. Es de conocimiento general que sismos como el de Ciudad de Mxico de 1985, Loma Prieta de 1989, Northridge de 1994 y Kobe de 1995, en el nivel mundial; y Viejo Caldas y Tumaco de 1979, Popayn de 1983, Murind de 1992, Tauramena de 1995 y Armenia de 1999, en el nivel nacional, han producido daos considerables a la infraestructura civil y prdida de vidas debido a la combinacin de las condiciones geolgico-geotcnicas locales con prcticas inadecuadas de diseo y construccin.

    Zeevaert (1984) afirma que para el anlisis del comportamiento ssmico del suelo se requiere conocer: El perodo de vibracin del depsito de suelo. La amplitud del desplazamiento ssmico en la

    superficie del terreno. La magnitud del esfuerzo cortante inducido al

    suelo. La aceleracin mxima del terreno. El espectro del diseo ssmico.

    El mismo autor anota que los dos ltimos re-quieren registros de temblores ocurridos en la zona u observaciones del comportamiento de las estructuras o el suelo durante movimientos fuertes, mientras que los primeros pueden estimarse a partir de las propiedades dinmicas de los suelos. De la reflexin anterior se puede concluir que se requiere, por un lado, la caracterizacin de los materiales de suelo involucrados, y por otro, el efecto de las sacudidas ssmicas en los movimientos del terreno. Las propie-dades dinmicas del suelo dependen fundamental-mente del estado de esfuerzos del suelo y del nivel de deformacin inducido; por otro lado, el fenmeno

    de propagacin de ondas es controlado por la rigidez, el amortiguamiento, la relacin de Poisson y el peso unitario del suelo (Kramer, 1996).

    En este trabajo se presenta la modelacin de la respuesta de sitio, en los suelos de gabro in situ y transportados, originados a partir del Stock de San Diego, en el interior de la zona homognea 12, ZH-12, transicin anfibolita-gabro de Medelln de la instrumentacin y microzonificacin ssmica de Medelln (GSM, 1999). La generacin de las secuen-cias de suelos, necesarias para la modelacin de la respuesta de sitio, fue obtenida a travs de la actuali-zacin de la base de datos geotcnicos recopilada por Cano et al. (2001) en la ZH-12, teniendo en cuenta los diferentes materiales geotcnicos en profundi-dad, clasificados a partir del origen geolgico y la intensidad de meteorizacin, agrupados de acuerdo con la subdivisin preliminar de la ZH-12 mostrada en la figura 1. Los anlisis de la respuesta de sitio se efectuaron teniendo en cuenta la variabilidad de las propiedades de los materiales y sus espesores.

    1. CONDICIONES GEOLGICO-GEOTCNICAS

    La ZH-12 se caracteriza por la cobertura de de-psitos de vertiente sobre suelos y transiciones suelo-roca in situ, derivados fundamentalmente de gabro, aunque es posible encontrar localmente materiales in situ de gabro aflorando como ventanas erosivas de tope redondeado, sobre algunos de los depsitos de vertiente. El gabro corresponde a una roca de tipo gneo, plutnico, formada por cristalizacin; es maciza, masiva, de grano grueso, isogranular y holocristalina, presenta contactos gradacionales con anfibolitas y dunitas. En el sector tanto la roca como el suelo presentan discontinuidades rellenas de cuarzo, poco alteradas y de color blanco lechoso; los minerales principales, en la roca, son plagioclasa, hornblenda y pirita; Otlvaro (2005) indica que los minerales pre-sentes en el suelo corresponden a los minerales de la roca y algunos productos de la alteracin de stos, y pertenecen principalmente a caolinita y goetita.

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    2. PROPIEDADES DINMICAS DEL SUELO

    Las propiedades dinmicas del suelo fueron definidas a partir de los ensayos de campo y la-boratorio efectuados por diferentes autores en la ZH-12 (GSM, 1999; Otlvaro et al., 2004; Osorio et al., 2004; Otlvaro, 2005).En general el comporta-miento dinmico de los suelos originados a partir de la meteorizacin del gabro es influenciado por la mineraloga, la estructura, la presin de confi-namiento, el nivel de deformacin y el grado de saturacin, entre los factores ms relevantes. Debi-do a este nmero importante de elementos, en el comportamiento se defini una serie de bandas teniendo en cuenta ensayos dinmicos efectuados bajo diferentes condiciones de confinamiento y saturacin, para niveles de meteorizacin desde

    transicin suelo roca, grado IV segn la escala propuesta por The Geological Society (Fookes, 1997), hasta suelo residual, grado VI. En la fi-gura 2 se presentan las bandas obtenidas para la degradacin del mdulo de rigidez a cortante y amortiguamiento para los depsitos de gabro, que ocasionalmente suelen tener bloques de an-fibolita o dunita. En la figura 3 se presentan las bandas obtenidas para la degradacin del mdulo de rigidez a cortante y amortiguamiento para los suelos in situ de gabro. En la figura se observa que la banda de mayor rigidez corresponde al nivel de meteorizacin V, y la de menor rigidez al nivel VI, muestra con mayor intensidad de meteorizacin.

    Adicionalmente, en las pruebas dinmicas reco-piladas los ensayos sobre el nivel V se efectuaron en promedio con un nivel de confinamiento superior a

    Fuente: Cano et al. (2001)

    Figura 1. Izquierda, zonas homogneas de la Instrumentacin y Microzonificacin Ssmica de Medelln; Derecha, subdivisin de acuerdo con el perfil geotcnico de la ZH-12.

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