Metodología - Ensayo Nakamura

ENSAYO NAKAMURA
Servicio de Ingienería Civil Ingeniería Geotécnica
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Metodología

El ensayo de Nakamura es una metodología que permite estimar la función de transferencia de un depósito de suelo a partir de medición de vibraciones ambientales superficiales. Esta metodología está basada en el supuesto de que la razón entre los espectros de aceleración verticales y horizontales en el basamento rocoso es una constante. Por tanto, se puede estimar la forma en la que el depósito de suelo modifica el contenido de frecuencias de una señal incidente en la roca basal (Nakamura, 2008).
 
Las interpretaciones de la razón espectral H/V son variadas y aún no existe consenso al respecto sobre cuál es el significado intrínseco que tiene esta función. Sin embargo, es aceptada como un buen predictor de la respuesta sísmica de un sitio. En concreto, permite estimar el periodo fundamental del suelo a partir de la amplificación que presenta en depósitos blandos.

 
                                               
 
Figura 1: Esquema de Aceleraciones de Nakamura.


 
Donde:
 
  • US: Señal Sísmica Vertical en Superficie. es su Espectro de Fourier.
  •  
  • HS: Señal Sísmica Horizontal en Superficie. es su Espectro de Fourier.
  •  
  • UB: Señal Sísmica Vertical en el Basamento Rocoso. es su Espectro de Fourier.
  •  
  • HB: Señal Sísmica Horizontal en Basamento Rocoso. es su Espectro de Fourier.
 
La Figura 2.5 muestra el esquema de análisis del método, para el cual existe un par de señales, vertical   y horizontal   que iniciden sobre el depósito de suelo en su frontera inferior con el basamento rocoso. Esta señal es transmitida por el depósito de suelo hacia la superficie, viéndose modificada en el proceso (Nakamura, On the H/V  Spectrum, 2008). La función de transferencia del depósito, en consideración del método, es la siguiente:


En su dimensión práctica, el ensayo consiste en el registro de aceleraciones superficiales a través de Sismógrafo Digital 24 bit Triaxial SR-04. Los registros son procesados generando un ventaneo en las tres componentes capturadas, dentro del cual se transforma la señal al dominio de las frecuencias a través de una Transformada de Fourier. Después de aplicar filtros de amplitud y frecuencia, se calcula la razón espectral H/V de cada una de las ventanas. El periodo fundamental del depósito se obtiene encontrando el periodo para el cual amplifica el promedio de las razones espectrales H/V de todas las ventanas analizadas.


Diagrama de Flujo para obtención de la razón H/V a partir de vibración ambiental (Rosales, 2001)

 
 Ejemplo de razón espectral H/V y su análisis tiempo-frecuencia
 
 
 
El número de registros y su duración depende del objetivo del estudio. En el caso de una microzonificación sísmica, se recomienda a ejecución de una cuadrícula con separación entre puntos de unos 100m a 300m dependiendo de la precisión que se quiera lograr en la caracterización.
 
 
En el caso de clasificación sísmica, se recomienda un mínimo de 5 registros de 30 minutos cada uno, en una geometría que se distribuya tan uniformemente como sea posible dentro del terreno en estudio.
 
 
En cualquier caso, estos registros deben ser capturados en momentos de baja actividada antrópica, de tal forma de capturar las vibraciones del suelo y no las inducidas por tráfico, personas, vehículos o industrias. Para esto, es ideal capturar los registros en el amanecer o anochecer.
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