Formas espectrales tipificadas de los terrenos de fundación

¿Qué cubre este capítulo?

El sismo que llega a la base de un edificio no es el que salió de la roca: los estratos de suelo lo filtran, lo amplifican en ciertos períodos y lo atenúan en otros. El Capítulo 5 tipifica ese efecto de sitio con dos parámetros que se leen de la Tabla 5.1:

1. Una forma espectral (S1, S2, S3 o S4), que define la “silueta” del espectro de diseño: dónde empieza y dónde termina la meseta de máxima amplificación. S1 corresponde a roca y perfiles rígidos (espectro angosto, períodos cortos); S4 al extremo opuesto, depósitos blandos y profundos (espectro ancho que castiga estructuras flexibles). Los valores numéricos de cada forma (T*, β, p) se dan después, en la Tabla 7.1.
2. Un factor de corrección φ, que ajusta el coeficiente de aceleración horizontal Aₒ del Capítulo 4 según el perfil. Sus valores van de 0.65 a 1.00: en esta norma φ nunca amplifica, solo reduce o deja igual la aceleración de roca.

El capítulo cierra con la Sección 5.2 de casos especiales: qué hacer cuando la tabla resulta dudosa y cuándo el perfil exige estudios dinámicos particulares.

Conceptos clave

Para entrar a la Tabla 5.1 se necesitan tres números del estudio geotécnico:

• Vsp — velocidad promedio de las ondas de corte en el perfil. Es el termómetro de rigidez del suelo: roca sana supera 500 m/s; un suelo blando o suelto baja de 170 m/s.
• H — profundidad a la cual se consigue material con velocidad de ondas de corte Vs mayor que 500 m/s. Es decir, el espesor del “colchón” deformable sobre el basamento rígido.
• H₁ — profundidad desde la superficie hasta el tope del estrato blando, usada solo en la fila de suelos intercalados.

La lógica de la Tabla 5.1 es una matriz de tres entradas:

1. Material y Vsp (las filas): de roca sana (>500 m/s) a suelos blandos o sueltos (<170 m/s), pasando por roca meteorizada/suelos muy duros (>400 m/s), suelos duros o densos (250–400 m/s) y suelos firmes/medio densos (170–250 m/s).
2. Espesor H (subfilas): un mismo material da forma espectral distinta según cuánto espesor tenga. Un perfil muy duro con menos de 30 m sobre roca sigue siendo S1; con 30–50 m pasa a S2; con más de 50 m, a S3. A mayor colchón, más largo el período dominante del depósito y más ancha la meseta espectral.
3. Zona sísmica (las columnas, 1 a 4 vs. 5 a 7): el mismo perfil recibe forma y φ diferentes según la intensidad esperada. En zonas altas φ es mayor (hasta 1.00) pero la forma tiende a ser menos severa (varios S3 de zonas bajas se vuelven S2 en zonas 5 a 7). La razón física es la no linealidad del suelo: con sacudidas fuertes, los suelos se degradan y amortiguan más, y amplifican proporcionalmente menos que con sacudidas moderadas.

Las tres notas al pie afinan los casos extremos: (a) en perfiles blandos o firmes profundos con Aₒ ≤ 0.15 se usa S4, la forma más ancha — es el caso “sismo lejano sobre sedimentos blandos”, tipo Ciudad de México 1985; (b) la fila de intercalados solo aplica si el espesor blando (Vsp < 170 m/s) supera 0.1·H; (c) en esa misma fila, si H₁ ≥ 0.25·H y Aₒ ≤ 0.20, se usa S3.

Puntos críticos de aplicación

Advertencia documental: el “Articulado” digital difiere del impreso oficial. La versión digital de la norma que circula ampliamente en PDF (“Articulado”) contiene una discrepancia en la Tabla 5.1, precisamente en la fila de suelos blandos o sueltos intercalados con suelos más rígidos: para las zonas sísmicas 1 a 4, el impreso oficial indica forma espectral S2 (con la nota c, que la escala a S3 cuando H₁ ≥ 0.25·H y Aₒ ≤ 0.20), mientras que el PDF digital muestra directamente S3. Este sitio sigue al impreso oficial. La versión impresa es además la internamente coherente: si la celda base ya fuera S3, la nota (c) —“úsese S3”— sería redundante. Si usted trabaja con el PDF que circula, verifique esta fila antes de sellar una memoria de cálculo.

Forma y φ actúan en pareja; no los lea por separado. La fila de suelos intercalados tiene los φ más bajos de la tabla (0.65 en zonas 1–4, 0.70 en zonas 5–7), pero eso no la hace “la más favorable”: la reducción de la aceleración pico viene acompañada de una forma espectral que concentra la amplificación en la banda de períodos del depósito. Comparar solo φ entre filas —o solo la forma— lleva a conclusiones equivocadas sobre cuál perfil gobierna; la demanda real depende del período de la estructura frente al espectro completo.

Ante la duda, lo más desfavorable (§5.2). Si la selección con la Tabla 5.1 resulta dudosa —perfiles erráticos, Vsp en el borde entre dos filas, H mal definido— la norma ordena adoptar la forma espectral que conduzca a las acciones sísmicas más desfavorables. En la práctica esto suele significar evaluar el edificio con las dos formas candidatas y quedarse con la que gobierne, que depende del período de la estructura.

Suelos licuables: la tabla no aplica (§5.2). Cuando el perfil contenga suelos susceptibles de licuar, de degradar su resistencia al corte o de sufrir cambios volumétricos importantes bajo carga cíclica, la Tabla 5.1 queda fuera de juego: se exigen estudios particulares de respuesta dinámica del perfil, con modelos que reflejen el cambio de propiedades por la carga cíclica. De esos estudios salen tanto la forma espectral como el coeficiente de aceleración a usar. Es un requisito frecuente en depósitos aluvionales y costeros venezolanos con arenas sueltas saturadas.

Sin geotecnia no hay espectro. El error de proyecto más común es asumir “S2, φ = 0.90” por costumbre. Vsp y H salen de mediciones (ensayos geofísicos, perforaciones profundas), no de la memoria del calculista. Un H subestimado puede cambiar S2 por S3 y mover la meseta espectral justo hacia el período del edificio.

Relación con otros capítulos

• Capítulo 4 (Zonificación): aporta las dos entradas externas de la Tabla 5.1: la zona sísmica (columnas 1–4 vs. 5–7) y el Aₒ que φ corrige y que activa las notas (a) y (c).
• Capítulo 7 (Espectros de diseño): es el destino de todo este capítulo. Cada forma espectral S1–S4 se convierte allí en números concretos (Tabla 7.1, Figuras 7.1 y C-7.1), y la aceleración de diseño se construye con el producto φ·Aₒ.
• Capítulo 6 (Clasificación): corre en paralelo: mientras este capítulo caracteriza el sitio, el 6 caracteriza la edificación. Ambos convergen en el espectro del Capítulo 7.
• Capítulo 11 (Fundaciones, muros y terrenos en pendiente): el mismo estudio geotécnico que alimenta la Tabla 5.1 sirve de base para las verificaciones de fundaciones, y los casos especiales de §5.2 (licuación, degradación) enlazan directamente con sus requisitos.

Análisis editorial no oficial. Consulte siempre el texto de la norma.