Revista Científica de Ingeniería, Industria y Arquitectura

Artículo de investigación

Estudio sísmico determinista para estructuras en el

sector “Ciudadela Oriente” de la Ciudad de Ambato.

William Mise-Flores [1]

Fernanda Pico-Núñez [1]

partir de un ensayo de penetración estándar (SPT) y estudios de mecánica de suelos; esto mismo se puede replicar en varios

puntos alrededor de una zona establecida. Así, cuando el tipo y la altura de la estructura que se planea analizar, varia, se pueden

considerar los resultados estructurales tanto con los métodos determinísticos como con el espectro calculado mediante la

normativa, al compararlos, se logra identificar la viabilidad de aplicar uno u otro método en las estructuras idealizadas.

Palabras Clave: estructura, espectro de respuesta, aceleración máxima del suelo, sísmica.

Deterministic seismic study for structures in the “Ciudadela Oriente” sector of Ambato city.

Abstract

deterministic methods as the results obtained by the norm standards, once compared, can be identified the viability to applicate

one or other method in the idealized structures.

Keywords: structure, response spectrum, peak ground acceleration, seismicity.

Con el fin de la planificación y construcción de edificaciones

seguras, es prioritario el estudio del peligro sísmico, dando

prioridad a zonas propensas a movimientos tectónicos

intensos. Ecuador está geográficamente localizado en el

Cinturón de Fuego del Pacífico, que es una de los lugares

sísmicamente más activos del planeta debido a una zona de

subducción entre la Placa de Nazca y la Placa Sudamericana.

Por la presencia de este deslizamiento de placas tectónicas,

proteger a las comunidades (Instituto Geofísico Militar-

IGM, 2012).

El cantón Ambato, esta caracterizado como una zona de alto

riesgo sísmico, por la presencia de fallas geológicas activas

y a la tipología de sus suelos, generalmente clasificados

como tipo D según la Norma Ecuatoriana de la Construcción.

(Norma Ecuatoriana de la Construcción, 2015). Los suelos

tipo D corresponden a suelos rígidos que amplifican las

ondas sísmicas, provocando el aumento de intensidad de sus

El análisis de peligro sísmico tiene dos enfoques principales:

probabilístico y determinista. Por una parte, el método

probabilístico permite identificar, cuantificar y combinar de

una manera racional las incertidumbres acerca de la

ubicación, tamaño y recurrencia de un terremoto, logrando

así proveer una mejor evaluación de la amenaza sísmica

(Aguiar et al., 2013). Por otra parte, el método determinista,

crea un escenario donde se desarrolle un sismo de

especificado en un lugar determinado, con el fin de

identificar el impacto máximo esperado en un área dada. Esta

perteneciente a la parroquia Huachi Loreto, al sur Oeste de

la ciudad de Ambato. La zona de estudio tiene la

particularidad de que se ha sentido la intensidad de

terremotos pasados que han tenido su hipocentro en

diferentes lugares del país (Diario la Hora, 2002). Se

identificaron cinco fallas tectónicas. Las cuatro primeras

fallas con del tipo cortical (Huachi, Ambato, Totoras y

todo el perfil costero del Ecuador (Instituto Geofísico Militar

IGM, 2012). Además, se realizaron perforaciones en sitio

con el propósito de caracterizar el suelo mediante ensayos de

penetración estándar (SPT) y determinar la velocidad

promedio de la onda de corte (Vs30). Con estos datos, se

generaron espectros de respuesta sísmica utilizando

ecuaciones de predicción del movimiento del suelo

(GMPEs), que posteriormente se compararon con el espectro

de diseño de la NEC-15.

generado movimientos sísmicos históricos de magnitudes

considerables. El área delimitada incluye las calles

Bolivariana, Los Chasquis, Letamendi y Seymour,

cubriendo zonas residenciales y estructuras representativas

de distinta altura.

Para el desarrollo del método determinista, se identificaron

fallas activas que tienen una influencia directa en el área de

estudio. Cuatro de ellas son del tipo cortical que se

caracterizan por presentar movientes superficiales y

INEN 0689, 1982). Se realizaron cinco perforaciones en

lugares estratégicos en el área de estudio, con el fin de

contabilizar el número de golpes necesario para hincar el

muestreador en el suelo hasta profundidades donde se

encuentre estrato firme. De cada perforación se recogió

muestras de suelo para determinar granulometrías.

Con los resultados de cada muestra y con ayuda del Sistema

Unificado de Clasificación de Suelos (Juárez & Rico, 1976),

de determinó la tipología del suelo (Tabla 1), y con el cálculo

Con el propósito de determinar el comportamiento del suelo

y su impacto en las estructuras, se generaron espectros de

respuesta mediante modelos GMPEs (Ground Motion

Prediction Equations). Estos modelos trabajan en función de

parámetros como magnitud, distancia y condiciones locales.

Model, para las fallas corticales.

El modelo Boore y Atkinson, se basa en la predicción de

movimientos sísmicos en sitios con condiciones de suelo

blando, su ecuación (1) considera datos como la magnitud

del sismo, la distancia del epicentro, las características del

sitio y el tipo de falla (Boore & Atkinson, 2008).

estudios de ingeniería sísmica y evaluación de riesgos (Youngs et

al., 1997).

Donde:

M: Momento de Magnitud. (Wells & Coppersmith, 1994)

a la fuente, la profundidad focal y las condiciones de sitio

clasificadas como roca dura, roca, suelo duro, suelo medio y

suelo blando. Históricamente ha sido utilizada en estudios de

peligro sísmico y evaluación de riesgos con actividad

sísmica (Zhao et al., 2023).

Donde:

Por último, el modelo de Lin & Lee, al igual que todos los

planificación urbana. Su ecuación (6) de predicción toma en

cuenta variables como magnitud del sismo, distancia a la

fuente y consideraciones de sitio (Lin et al., 2023).

Donde:

M: Magnitud de Momento (Wells & Coppersmith, 1994)

Todos los modelos mencionados fueron empleados para el

cálculo de espectros determinados en la zona de estudio para

cada una de las fallas seleccionadas (Huachi, Ambato,

Totoras, Samanga y la falla por subducción). Todos estos

estructural y edificaciones de tres pisos y de cinco pisos. Las

edificaciones fueron sometidas al análisis estructural estático

y dinámico.

Mediante la ejecución de los ensayos de penetración estándar

(SPT), se determinó que los valores de velocidad de corte

Construcción. Esta clasificación indica suelos con baja

rigidez, alta capacidad de amplificación sísmica y

limitaciones de disipación de energía. También, con el

análisis granulométrico se identificó que mayormente suelo

finos con porcentajes significativos de limos y arcillas.

# Pozos

3

4

Se generaron espectros de respuesta específicos para cada

una de las fallas identificadas en el área de estudio,

empleando ecuaciones de predicción de movimiento del

suelo (GMPEs). El análisis incluyó cuatro fallas corticales

(Huachi, Ambato, Totoras y Samanga) y una falla asociada

al fenómeno geológico de subducción entre las placas de

Nazca y Sudamericana.

En la Figura 2, se presentan los espectros de respuesta de las

y Bommer, así como el modelo de Kanno, en los cuales la

falla Ambato nuevamente presenta los valores más altos de

aceleración, tal como se observa en las Figura 3 y Figura 4.

Por otro lado, el espectro generado para la falla de

aceleración máxima de 0.51g, 0.50g y 0.59g en periodos de

0.2 segundos, 0.3 segundos y 0.5 segundos, respectivamente.

Es importante señalar que cada una de las fuentes fueron

evaluadas considerando parámetros clave como la magnitud

de momento (Mw), la distancia epicentral y la profundidad

focal.

Kanno y el modelo Akkar y Bommer sobrepasan los valores

fallas corticales predominan periodos cortos y afectan a

estructuras pequeñas, como las que predominan en el área de

estudio, por otro lado, para la falla de subducción prevalecen

periodos largos afectando a estructuras de gran altura.

Las estructuras representativas del área de estudio fueron

sometidas a un análisis estructural, mediante la modelación

de cada una de ellas en un programa especializado en el cual

se introdujo el espectro determinístico de la zona. Las

edificaciones corresponden a 3 viviendas tipo de diferentes

niveles, cuya altura total es de 2.50m, 7.70m y 13.0m para

En la Tabla 5 se muestran las dimensiones de los elementos

estructurales de cada vivienda.

Las verificaciones del comportamiento de las estructuras se

realizaron con: el periodo de vibración, modo de vibración

de la estructura, modos necesarios para la acumulación del

90% de la masa, derivas y validación de análisis dinámico de

una estructura.

presenta una diferencia notable entre los valores de las

derivas de piso obtenidas con los dos espectros, a diferencia

de, las estructuras 3 y 5 pisos muestran una diferencia mucho

menor.

Con el espectro crítico para el barrio Oriente, se determinó

un intervalo de periodo de 0.11seg. A 0.57seg., lo que

significa que las edificaciones que se encuentren dentro de

ese rango son las que tienen un nivel de amenaza

significativo debido a que las aceleraciones por la NEC-15

mínimo, en cambio, las estructuras de 3 pisos manifestaron

un nivel de amenaza medio-alto y por último las estructuras

de 5 pisos tuvo un índice de amenaza alto. Estos resultados

durante un evento sísmico.

estructuras de gran elevación, y los valores de derivas y

cortantes basales son predominados por el espectro crítico.

Sin embargo, a pesar de que el incremento de la aceleración

se produce en estructuras de menor altura, los valores de

fuerza cortante y derivas son mucho mayores en estructuras

de gran altura.

Al variar la altura, se encuentra cada vez menor

diferenciación entre el espectro critico de diseño y el

espectro de la NEC-15, siendo la diferencia de los efectos de

Al comparar las respuestas de una estructura de hormigón

armado a los espectros de la NEC y determinístico, a

diferentes alturas, se evidencia que la variación de las

aceleraciones es mayor a una altura menor, pero los efectos

estructurales de corte, distorsión torsional, derivas

inelásticas y periodos de vibración son mucho más críticos

en estructuras de mayor altura.

La variación de los valores de cortante y derivas inelásticas

entre estructuras metálicas y hormigón armado, siendo

Cada estructura analizada tiene una correlación directa con

el suelo donde se planea implantar, de tal forma que es

menester implementar un estudio de suelos individual en

estructuras que se construyan en el área subyacente alrededor

de la zona delimitada en el presente documento, debido a que

se debe realizar un mayor estudio complementario en zonas

donde no existan los ensayos aquí presentados.

Referencias

Dirección

Prediction Equations for the Average Horizontal

Component of PGA, PGV, and 5%-Damped PSA at

Spectral Periods between 0.01 s and 10.0 s. Earthquake

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Diario la Hora. (2002, abril 19). Ambato necesita identificar

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Instituto Geofísico Militar - IGM. (2012). Terremoto de

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la historia reciente. Disponible en:

Juárez, E., & Rico, A. (1976). Mecánica de Suelos: Vol.

Tomo III. LIMUSA.

Kanno, T. (2006). A New Attenuation Relation for Strong

Mise, W. (2018). Estudio de peligro sísmico determinista

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Loreto – barrio Ciudadela Oriente [Tesis de grado.

Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería

Civil y Mecánica. Carrera de Ingeniería Civil].

Norma Ecuatoriana de la Construcción, NEC-SE-DS-2015

(2015).

NTE INEN 0689: Mecánica de suelos. Ensayo de

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1002. https://doi.org/10.1785/BSSA0840040974

Youngs, R. R., Chiou, S.-J., Silva, W. J., & Humphrey, J. R.

(1997). Strong Ground Motion Attenuation

Relationships for Subduction Zone Earthquakes.

& Fan, H. (2023). Utilization of recycled concrete

powder in modification of the dispersive soil: A

potential way to improve the engineering properties.

Construction and Building Materials, 389, 131626.

Contribución de los autores (CRediT)

datos, Investigación, Metodología, Recursos materiales,

Redacción- borrador original, Redacción-revisión y edición.

datos, Investigación, Metodología, Recursos materiales,

Redacción- borrador original, Redacción-revisión y edición.

revisión y edición. Todos los autores han leído y aceptado la

versión publicada del manuscrito.

Conflicto de intereses

Los autores han declarado que no existe conflicto de

intereses en esta obra.

Nota del Editor

Descargo de responsabilidad: Los datos, declaraciones,

opiniones contenidas en el documento son responsabilidad

únicamente de los autores y no de la Revista Científica