La física lo previó: Respuesta dinámica del subsuelo

La física lo previó: Respuesta dinámica del subsuelo, amplificación espectral y el rigor de la Norma COVENIN 1756-1:2019

Por: Rommel J. Contreras G. | Categoría: Geohistoria, Geofísica e Ingeniería Sísmica

Espectros de Respuesta Dinámica en Superficie vs. Roca Base

Reconstrucción vectorial didáctica del modelo dinámico 2D/3D (Romero et al., 2002)

Camurí Chico (1 km - Sismo Cercano)

Pico: ~800 cm/s² (T = 0.7s)

Los Corales (1 km - Sismo Cercano)

Pico Crítico: >1500 cm/s² (>1.5g / T = 0.9s)

Tanaguarena (50 km - Sismo Lejano)

Atrapamiento de Onda: >750 cm/s² (T = 2.0s)

--- Línea Gris: Energía en Roca Base ━━ Línea Azul: Aceleración Real en Superficie - - Línea Roja: Umbral 1.0g (980 cm/s²)

Cuando la tierra tiembla, la estructura no responde al sismo "promedio" que aparece impreso en los mapas probabilísticos generales; responde a la geometría real, a la profundidad y al comportamiento físico del subsuelo sobre el que está fundada[cite: 1, 2]. La interacción entre la geofísica de campo y la normativa estructural representa la frontera crítica entre la vida y el colapso.

El análisis integral realizado sobre los abanicos aluviales del Litoral Central por Romero et al. (2002) puso de manifiesto realidades físicas extremas que explican la severidad de los daños históricos en la región[cite: 1]. Al contrastar estos datos experimentales con la Norma Venezolana COVENIN 1756-1:2019, queda en evidencia por qué la caracterización geotécnica moderna prohíbe el diseño estructural basado en suposiciones[cite: 1, 2].

1. Lo que la Geofísica demostró (Romero et al., 2002)

Mediante la integración de métodos geofísicos como sísmica de refracción, mediciones de ruido ambiental (relación H/V de Nakamura) y gravimetría, el estudio reveló una arquitectura geológica subterránea sumamente compleja[cite: 1]:

• Profundidad extrema del basamento rocoso: Se determinó que el basamento rocoso presenta un marcado buzamiento hacia el norte (17° a 21°), alcanzando profundidades de hasta 450 metros en la costa de Caraballeda, 290 m en Macuto y 180 m en La Guaira[cite: 1].
• Períodos fundamentales extendidos: La gruesa capa de sedimentos genera períodos de vibración del suelo ($T_0$) comprendidos predominantemente entre 0,9 s y 1,8 s[cite: 1].
• Aceleraciones que superan la gravedad (Los Corales): Para sismos cercanos (ruptura a 1 km), el sector de Los Corales registra aceleraciones espectrales en superficie superiores a los 1500 cm/s² (> 1,53g) para períodos de 0,9 s[cite: 1]. Un valor que triplica las aceleraciones esperadas en roca firme[cite: 1, 2].
• Efecto de trampa sedimentaria en sismos lejanos (Tanaguarena): Ante eventos distantes (50 km), mientras que otros suelos atenúan la energía, la columna sedimentaria profunda de Tanaguarena "atrapa" las ondas de período largo, disparando la aceleración a más de 750 cm/s² en $T = 2,0\text{ s}$[cite: 1]. Esto representa una amenaza directa de resonancia para edificios de gran altura[cite: 1].
• Agua somera y licuación: Un nivel freático ubicado entre los 5 y 10 m de profundidad incrementa la susceptibilidad a la pérdida de capacidad de soporte por licuación[cite: 1].

2. Lo que exige la Norma COVENIN 1756-1:2019

La actualización de la norma COVENIN 2019 recoge de manera directa estas lecciones físicas, cerrando el paso al subdimensionamiento estructural en depósitos profundos[cite: 1, 2]:

• Incorporación del Factor de Basamento ($F_D^H$): La norma introduce factores explícitos para penalizar depósitos sedimentarios donde la profundidad al basamento rocoso sea $H > 100\text{ m}$ (Tabla 12), incrementando las demandas espectrales para períodos intermedios y largos[cite: 2].
• Obligatoriedad de Estudios de Sitio y Microzonificación: Para suelos especiales (Clase F) o abanicos aluviales con alta variabilidad, el articulado (1.3.2.b, 4.6.2 y 5.11) prohíbe el uso exclusivo del mapa regional[cite: 2]. Exige la ejecución de Estudios de Sitio específicos, garantizando que el espectro final no sea inferior al 100% de la Microzonificación Sísmica avalada[cite: 2].
• Exigencia de Ductilidad Elevada (ND3): En zonas de alta aceleración (AA> 0,20), la norma restringe tipologías frágiles y exige Niveles de Diseño ND3, garantizando que las estructuras puedan disipar energía en el rango inelástico sin colapsar ante aceleraciones extremas como las medidas en Los Corales[cite: 1, 2].

3. Análisis Crítico: La paradoja de los espectros genéricos

Existe una brecha sustancial entre las ordenadas de diseño elástico obtenidas mediante fórmulas de atenuación convencionales (~ 0,7g - 1,0g) y la respuesta dinámica tridimensional que desarrolla un abanico aluvial ante una falla cercana ($> 1,5g$)[cite: 1, 2].

Diseñar una edificación aplicando ciegamente el espectro base regional sin medir la velocidad de onda de corte (Vs30) ni la profundidad H al basamento significa subdimensionar la fuerza de inercia real que va a experimentar la obra[cite: 1, 2]. La física del subsuelo no negocia con los modelos simplificados: la amplificación ocurre por leyes mecánicas[cite: 1].

«La física lo previó: las estructuras iban a colapsar... y colapsaron. La prevención soberana consiste en no ignorar los datos del subsuelo.»

La geofísica aplicada nos da la capacidad de conocer el comportamiento del terreno antes de fundar la primera columna. Es deber de la ingeniería nacional asumir el rigor normativo COVENIN 2019 como el piso mínimo de la seguridad territorial[cite: 2].

Referencias Bibliográficas

1. Romero, M., Cragno, A., Ambrosio, R., Schmitz, M., & González, J. (2002). Caracterización de suelos con métodos geofísicos, estado Vargas (La Guaira, Macuto, Caraballeda y Tanaguarena)[cite: 1]. III Coloquio sobre Microzonificación Sísmica, Serie Técnica Nº 1, FUNVISIS / Universidad Central de Venezuela, pp. 103–108[cite: 1].
2. FODENORCA / COVENIN. (2019). Norma Venezolana COVENIN 1756-1:2019. Construcciones Sismorresistentes. Parte 1: Requisitos (2da. Revisión)[cite: 2]. Fondo de Desarrollo para la Normalización, Calidad, Certificación y Metrología / FUNVISIS / IMME-UCV, Caracas, Venezuela[cite: 2].