aceleración máxima del suelo

La aceleración máxima del suelo ( PGA ) es igual a la aceleración máxima del suelo que se produjo durante el movimiento sísmico en una ubicación. La PGA es igual a la amplitud de la mayor aceleración absoluta registrada en un acelerograma en un sitio durante un terremoto en particular. ^{[ 1 ]} El movimiento sísmico generalmente ocurre en las tres direcciones. Por lo tanto, la PGA a menudo se divide en componentes horizontal y vertical. Las PGA horizontales generalmente son mayores que las de la dirección vertical, pero esto no siempre es cierto, especialmente cerca de grandes terremotos. La PGA es un parámetro importante (también conocido como medida de intensidad) para la ingeniería sísmica . El movimiento sísmico de base de diseño ( DBEGM ) ^{[ 2 ]} a menudo se define en términos de PGA.

A diferencia de las escalas de Richter y de magnitud de momento , no mide la energía total (magnitud o tamaño) de un terremoto, sino la intensidad del temblor en un punto geográfico determinado. La escala de intensidad de Mercalli utiliza informes y observaciones personales para medir la intensidad de los terremotos, pero la aceleración máxima del terreno (PGA) se mide con instrumentos como los acelerógrafos . Se puede correlacionar con las intensidades macrosísmicas en la escala de Mercalli ^{[ 3 ]} , pero estas correlaciones presentan una gran incertidumbre. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La aceleración horizontal máxima (PHA) es el tipo de aceleración del suelo más utilizado en aplicaciones de ingeniería. Se emplea frecuentemente en ingeniería sísmica (incluidos los códigos de construcción sismorresistentes ) y se suele representar en mapas de riesgo sísmico . ^{[ 6 ]} En un terremoto, los daños a edificios e infraestructuras están más estrechamente relacionados con el movimiento del suelo, del cual la PGA es una medida, que con la magnitud del terremoto en sí. Para terremotos moderados, la PGA es un indicador bastante preciso de los daños; en terremotos severos, los daños suelen estar más correlacionados con la velocidad máxima del suelo . ^{[ 3 ]}

La energía sísmica se dispersa en ondas desde el hipocentro , causando movimiento del suelo en todas las direcciones, pero generalmente se modela horizontalmente (en dos direcciones) y verticalmente. La PGA registra la aceleración (tasa de cambio de velocidad) de estos movimientos, mientras que la velocidad máxima del suelo es la mayor velocidad (tasa de movimiento) alcanzada por el suelo, y el desplazamiento máximo es la distancia recorrida. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Estos valores varían en diferentes terremotos y en diferentes sitios dentro de un mismo evento sísmico, dependiendo de varios factores. Estos incluyen la longitud de la falla, la magnitud, la profundidad del terremoto, la distancia al epicentro, la duración (duración del ciclo de sacudida) y la geología del suelo (subsuelo). Los terremotos de foco superficial generan sacudidas (aceleraciones) más fuertes que los terremotos intermedios y profundos, ya que la energía se libera más cerca de la superficie. ^{[ 9 ]}

La aceleración máxima del suelo se puede expresar en fracciones de g (la aceleración estándar debida a la gravedad terrestre , equivalente a la fuerza g ) como un decimal o un porcentaje; en m/s² ⁽ 1 g = 9,81 m/s² ⁾ ; ^{[ 7 ]} o en múltiplos de Gal , donde 1 Gal es igual a 0,01 m/s² ⁽ 1 g = 981 Gal).          

El tipo de suelo puede influir significativamente en la aceleración del suelo, por lo que los valores de PGA pueden mostrar una variabilidad extrema en distancias de unos pocos kilómetros, particularmente con terremotos de magnitud moderada a grande. ^{[ 10 ]} Los resultados variables de PGA de un terremoto se pueden mostrar en un mapa de intensidad sísmica . ^{[ 11 ]} Debido a las condiciones complejas que afectan a la PGA, los terremotos de magnitud similar pueden ofrecer resultados dispares, y muchos terremotos de magnitud moderada generan valores de PGA significativamente mayores que los terremotos de mayor magnitud.

Durante un terremoto, la aceleración del suelo se mide en tres direcciones: vertical (V o UD, de arriba a abajo) y dos horizontales perpendiculares (H1 y H2), generalmente norte-sur (NS) y este-oeste (EW). Se registra la aceleración máxima en cada una de estas direcciones, y a menudo se informa el valor individual más alto. Alternativamente, se puede registrar un valor combinado para una estación determinada. La aceleración horizontal máxima del suelo (PHA o PHGA) se puede obtener seleccionando el registro individual más alto, calculando la media de los dos valores o mediante la suma vectorial de las dos componentes. También se puede obtener un valor de tres componentes, considerando también la componente vertical.

En ingeniería sísmica , se suele utilizar la aceleración máxima efectiva (EPA, la aceleración máxima del terreno a la que responde un edificio), que tiende a ser entre 2/3 y 3/4 de la PGA .

El estudio de áreas geográficas, combinado con la evaluación de terremotos históricos, permite a los geólogos determinar el riesgo sísmico y crear mapas de peligro sísmico . Estos mapas muestran los valores probables de aceleración máxima del terreno (PGA) que se experimentarían en una región durante un terremoto, con una probabilidad de excedencia (PE). Los ingenieros sísmicos y los departamentos de planificación gubernamentales utilizan estos valores para determinar la carga sísmica adecuada para los edificios en cada zona. Las estructuras clave identificadas (como hospitales, puentes y centrales eléctricas) deben resistir el terremoto máximo considerado (MCE).

Los daños en los edificios están relacionados tanto con la velocidad máxima del suelo (VMS) como con la duración del terremoto: cuanto más tiempo persista el temblor de alta intensidad, mayor será la probabilidad de daños.

La aceleración máxima del suelo proporciona una medida de la intensidad instrumental , es decir, la sacudida del suelo registrada por instrumentos sísmicos . Otras escalas de intensidad miden la intensidad percibida , basándose en testimonios de testigos presenciales, la sensación sísmica y los daños observados. Existe correlación entre estas escalas, pero no siempre una concordancia absoluta, ya que las experiencias y los daños pueden verse afectados por muchos otros factores, incluida la calidad de la ingeniería sísmica.

En términos generales,

• 0,001 g ( 0,01 m/s² ⁽ 0,033 ft/s² ⁾ ) – perceptible por las personas   
• 0,02 g ( 0,2 m/s² ⁽ 0,66 ft/s² ⁾ ) – las personas pierden el equilibrio   
• 0,50 g ( 5 m/s² ⁽ 16 ft/s² ⁾ ) – muy alto; los edificios bien diseñados pueden sobrevivir si la duración es corta. ^{[ 8 ]}   

En India , las áreas con valores de PGA previstos superiores a 0,36 g se clasifican como "Zona 5" o "Zona de riesgo de daños muy alto".

• Simulación de terremotos
• Escala de intensidad sísmica de la Agencia Meteorológica de Japón
• Aceleración espectral

• Murphy, JR; o'brien (1977). "La correlación de la amplitud máxima de aceleración del suelo con la intensidad sísmica y otros parámetros físicos". Boletín de la Sociedad Sismológica de América . 67 (3): 877– 915. Bibcode : 1977BuSSA..67..877M . doi : 10.1785/BSSA0670030877 . S2CID 129134843 . 
• Campbell, KW (1997). "Relaciones empíricas de atenuación cerca de la fuente para los componentes horizontales y verticales de la aceleración máxima del suelo, la velocidad máxima del suelo y los espectros de respuesta de aceleración pseudoabsoluta". Seismological Research Letters . 68 (1): 154– 179. Bibcode : 1997SeiRL..68..154C . doi : 10.1785/gssrl.68.1.154 .
• Campbell, KW; Y. Bozorgnia (2003). "Relaciones actualizadas de movimiento del suelo cerca de la fuente (atenuación) para las componentes horizontales y verticales de la aceleración máxima del suelo y los espectros de respuesta de aceleración" (PDF) . Boletín de la Sociedad Sismológica de América . 93 (1): 314–331 . Bibcode : 2003BuSSA..93..314C . doi : 10.1785/0120020029 .
• Wald, DJ; V. Quitoriano; TH Heaton; H. Kanamori (1999). "Relaciones entre la aceleración máxima del suelo, la velocidad máxima del suelo y la intensidad de Mercalli modificada en California". Earthquake Spectra . 15 (3): 557. Bibcode : 1999EarSp..15..557W . doi : 10.1193/1.1586058 . S2CID 110698014 .