Análisis de respuesta sísmica en presa hidráulica considerando la selección del registro sísmico según los métodos de escalamiento y ajuste espectral

Abstract

En la presente investigación se realizó la comparación de resultados del análisis de respuesta sísmica (ARS) de una presa de tierra cimentada sobre un depósito de suelos blandos (Clase de sitio F, no susceptible a licuación), considerando los sismos de entrada generados por el método de escalamiento lineal (MEL) y el método de ajuste espectral (MAE). Los ARS se realizaron con los enfoques de tipo unidimensional (ARS1D) y bidimensional (ARS2D), ambos mediante el método de análisis lineal equivalente. Los ARS1D referidos al MEL y MAE se denominaron ARSIDMEL y ARSIDMAE, mientras que para los ARS2D se describieron como ARS2DMELy ARS2DMAE. La comparación de los ARS se realizó a través de los gráficos siguientes: a) Aceleración máxima horizontal vs. Profundidad (Prof.), b) Desplazamiento relativo máximo horizontal vs. Prof., c) Deformación cortante máxima vs. Prof., d) Espectros de respuesta en superficie y en basamento rocoso, y e) Amplificación máxima vs. periodo. A partir de dichos gráficos se definieron los parámetros de comparación siguientes: aceleración horizontal máxima del suelo (PGA), aceleración máxima en el perfil, deformación cortante máxima, desplazamiento relativo máximo horizontal y amplificación máxima. Se analizaron dos modelos numéricos: i) depósito de cimentación y, ii) depósito de cimentación-presa. El depósito de cimentación, de Clase de sitio F y no susceptible a licuación, tiene 32 estratos de suelos y una altura total de 77 m, la misma está conformada principalmente por estratos de arena arcillosa (SC) y algunos de grava arcillosa (GC). El modelo depósito de cimentación-presa está conformado por el depósito de cimentación mencionado, pero retirando los 4 primeros estratos de suelos de arcilla blanda de alta plasticidad (CH), espesor total de 3m. La presa, presenta una altura máxima de 18 m, con 1 m de material de enrocado en la base y 17 m de material granular compactado de grava arcillosa (GC) y/o grava arcillosa limosa (GC-GM). Los ARS1D del modelo depósito de cimentación se realizaron con el programa DeepSoil para el enfoque unidimensional, mientras que los ARS2D se realizaron con el programa QUAKE/W de GeoStudio para el enfoque bidimensional. Los registros sísmicos fueron corregidos por línea base y filtro pasabandas con ayuda del programa SeismoSignal. Los sismos de entrada sintéticos para los ARS1D (tipo outcrop motion) fueron definidos para el PGAdiseño 0, 351g (para el perido de retorno de 475 años), calculados para el MEL con el programa Microsoft Excel, y para el MAE con el programa SeismoMatch. Tanto en los ARS1D y ARS2D y, para los dos modelos numéricos de análisis, con la generación de acelerogramas por el MEL se obtuvo mayores valores de parámetros de comparación que con el MAE, esto válido para valores promedios resultantes de las componentes EW y NS de los sismos de entrada. Los parámetros referidos son el PGA, aceleración máxima en el perfil y deformación cortante máxima. Respecto al Desplazamiento relativo máximo horizontal se obtuvo casi los mismos valores con el MEL y MAE. Para el modelo depósito de cimentación, se obtuvo mayores valores de PGA con los ARS2DMEL (0,88g) y ARS2DMAE(0,94g), que con los ARS1DMEL (0,63g) y ARS1DMAE(0,62g). Por tanto, no se encontró una buena comparación entre los ARS1D y ARS2D.

In the present investigation, the results of the seismic response analysis (ARS) of an earth dam founded on a soft soil deposit (site class F, not susceptible to liquefaction) were compared, considering the input earthquakes generated by the linear scaling method (MEL) and the spectral matching method (MAE). The ARS were performed with the one- dimensional (ARS1D) and two-dimensional (ARS2D) approaches, both using the equivalent linear analysis method. The ARS1D related to MEL and MAE were named ARSIDMEL and ARSIDMAE , while for the ARS2D they were described as ARS2DMEL and ARS2DMAE. The comparison of the ARS was made through the following graphs: a) Horizontal peak acceleration vs. depth, b) Horizontal maximum relative displacement vs. depth, c) Maximum shear strain vs. depth, d) Response spectra at surface and in bedrock, and e) Maximum amplification vs. period. From these graphs the following comparison parameters were defined: Peak ground acceleration (PGA), maximum acceleration in the profile, maximum shear deformation, maximum horizontal relative displacement and maximum amplification. Two numerical models were analyzed: i)foundation deposit and, ii)foundation deposit-dam. The foundation deposit, Site Class F and not susceptible to liquefaction, has 32 soil strata and a total height of 77m, it is mainly made up of strata of clayey sand (SC) and some of clayey gravel (GC). The foundation reservoir-dam model is made up of the aforementioned foundation reservoir, but removing the first 4 strata of soft clay soils of high plasticity (CH), total thickness of 3m. The dam has a maximum height of 18m, with 1m of rockfill material at the base and 17m of compacted granular material of clayey gravel (GC) and/or silty clayey gravel (GC-GM). The ARS1D of the foundation deposit model were made with the DeepSoil program for the one-dimensional approach, while the ARS2D were made with the GeoStudio QUAKE/W program for the one-dimensional approach. The seismic records were corrected by baseline and bandpass filter with the help of the SeismoSignal program. The synthetic input earthquakes (outcrop motion type) were defined for the PGAdesign=0,351g (for the return period of 475 years), calculated for the MEL with the Microsoft Excel program, and for the MAE with the SeismoMatch program. Both in the ARS1D and ARS2D and, for the two numerical analysis models, with the generation of accelerograms by the MEL, higher values of comparison parameters were obtained than with the MAE, this is valid for average values resulting from the components EW and NS of the input earthquakes. The referred parameters are the PGA, maximum acceleration in the profile and maximum shear strain. With respect to the maximum horizontal relative displacement, almost the same values were obtained with the MEL and MAE. For the foundation deposit model, higher PGA values were obtained with the ARS2DMEL(0,88g) and ARS2DMAE(0,94g), than with the ARS1DMEL(0,63g) y ARS1DMAE(0,62g). Therefore, a good comparison between ARS1D and ARS2D was not found.