CIMENTACIONES PROFUNDAS1. IntroduccinHace treinta aos, la investigacin y la prctica en la dinmica de interaccin suelo-estructura (SSI) significaron principalmente el estudio de cmo el cumplimiento del suelo influye en la respuesta dinmica de las superestructuras (edificios, puentes, instalaciones crticas). La determinacin de la rigidez de fundacin y amortiguacin para diversos modos de vibracin, geometras de fundaciones y perfiles de suelo bajo condiciones esencialmente elsticas era un paso intermedio clave en este tipo de anlisis.En los ltimos aos, el trmino se ha ampliado para abarcar estudios relacionados con todos los aspectos de suelo y diseo de la fundacin contra terremotos, incluyendo la respuesta de los sistemas de retencin y estructuras subterrneas, la influencia de la licuefaccin y lateral difusin y la efectos de la deformacin del suelo resultante de un fallo ruptura emergentes bajo una fundacin.Ha habido un progreso evolutivo de suelos elsticos visco lineal idealizadas y elsticasistema estructural, a no lineales respuesta inelstica de suelos y estructuras. Este captulodestaca dos de tales problemas en los que una interaccin entre el suelo y la estructura de tomacoloque en condiciones de grandes deformaciones del suelo e incluso el fracaso.Un nmero de sin resolver de interaccin suelo-estructura base (SFSI) problemas eranel tema de la investigacin en un proyecto conjunto de investigacin titulado "Deteccin de ruptura y StrongSacudiendo Efectos sobre la Seguridad de Fundaciones de materiales compuestos y Tuberas "(acrnimo:QUAKER) que proporciona muchos de los hallazgos reportados en este trabajo. Llevada a cabo porequipos de investigacin de la Universidad de Dundee, Geodynamique et Estructura, LCPC- 'Nantes, Estudio Geotechnico Italiano, y la Universidad Tcnica Nacional de Atenas,el estudio de cada tema se llev a cabo mediante un enfoque integrado, que comprende

. Propagacin de fallas-ruptura y su interaccin con las fundaciones2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMADurante mucho tiempo se ha reconocido (Duncan y Lefebvre, 1973; Bray, 1990) que un "fuerte"estructura fundada sobre / en la tierra puede resistir con xito la carga inducida por una ruptura falla ssmica. En los Kocaeli, Duzce-Bolu, y Chi-Chi terremotos de 1999 numerosasestructuras (edificios de una sola planta y de varios pisos, banqueros, pilares de puentes, estructuras de contencin, torres de energa, represas, tneles) se encuentran directamente por encima de la trayectoria de propagacin de la ruptura (, strike-slip normal, inversa) fallas. Algunas de estas estructuras mostraron una muy buen comportamiento. Esta observacin tuvo una fuerte influencia motivadora para nuestra esfuerzo de investigacin. Para ello se hizo inmediatamente claro que la estricta prohibicin: "No construir en las inmediaciones de las fallas activas ", que el que prevalece cdigos ssmicos invariablemente impuesto, era excesivamente restrictiva (y en muchos casos sin sentido).De hecho, a lo largo de la superficie del suelo en el campo libre ", rupturas no son ni continua, ni siguen precisamente el afloramiento superficial de fallas preexistentes "(Ambraseys y Jackson,1984).Adems de varios factores geolgicos que contribuyen a este tipo de comportamiento, significativa que parece ser el papel de un depsito de suelo que pasa a recubrir la base de roca a travs que la ruptura se propaga. Si, dnde y qu tan grande ser la dislocacin surgir en el superficie del suelo (es decir, el fallo se afloramiento) depende no slo en el estilo y magnitud de la ruptura de la falla, pero tambin de las caractersticas geomtricas y materiales de la suprayacente suelos. Las observaciones de campo y resultados de investigaciones analticas y experimentales (Cole y Lade, 1984; Lade et al., 1984; Bray et al, 1994a, b.; Lazarte y Bray, 1995) muestran que ladepsitos de suelos profundos y sueltos pueden incluso enmascarar una ruptura de la falla de pequeo tamao que se produce ensu base; mientras que por el contrario, con un depsito de cohesin de pequeo espesor, un gran desplazamiento en la base de roca probablemente causar un escarpe de falla distinta de casi el mismo desplazamientomagnitud. Un hallazgo importante de estos estudios es que el camino ruptura en el suelo no es una simple extensin del plano de la falla en la roca de base: fenmenos tales como "difraccin" y "bifurcacin" afectar a la direccin de la trayectoria de ruptura, y hacer su ubicacin afloramiento y la magnitud de desplazamiento difciles de predecir.Nuestro inters aqu no est en la propagacin de una rotura en el suelo, sino en la forma de una estructura sentado en la cima de los comporta breakout culpa. Resulta que una interaccin fascinante tiene lugar entre la ruptura de la falla propagacin de, el suelo de deformacin, la diferencialmente Fundacin desplazando, y la estructura soportada. Dos fenmenos de diversa ndole.En primer lugar, la presencia de la estructura modifica la trayectoria de ruptura. Dependiendo de la rigidez de la fundacin y el peso de la estructura, incluso la desviacin completa de la trayectoria de la falta antes de que aflora puede tener lugar. Obviamente, el dao a una estructura dada depende no slo en su ubicacin con respecto al afloramiento fallo en el "campo libre", sino tambin en si y en qu medida se puede producir una desviacin tal. En segundo lugar, las cargas transmitidasdesde la fundacin en el suelo tienden a comprimir las "asperezas" y suavizar la "anomalas" de la superficie del suelo que se producen alrededor de la ruptura de falla en el en campo libre, es decir, cuando la estructura no est presente. Por lo tanto, dependiendo de la rigidez relativa (Flexin y axial) de la base con respecto al suelo, as como en la magnitud de la carga estructural, el fundamento y la estructura experimentarn diferencial desplazamientos y la rotacin diferentes de las de la superficie del suelo en campo libre.Este fenmeno, dado el nombre de "Fault-Ruptura-Suelo-Foundation-Estructura Interaccin"[FR-SFSI] por Anastasopoulos y Gazetas (2007), se aclara brevemente en el secuela de cimentaciones superficiales y profundas.

ANLISIS NUMRICO Y RESULTADOS: FUNDACIONES PROFUNDASMientras que las pilas se utilizan para la proteccin de estructuras, ayudando a mantener total y el diferencial asentamientos pequeos, su papel en el apoyo a las estructuras transzonales fallas ssmicas est lejos de claro. Escasa (tal vez slo circunstancial) pruebas de terremotos recientes han implicado los pilotes en algunos estructurales daos-ver, por ejemplo, el anlisis de los daos de el Estadio Ataturk soportada por pilotes en Denizerler durante el terremoto de Kocaeli (Anastasopoulos y Gazetas, 2007a, b). Sistemas "atados" a los diferentes bloques de la falla puede de hecho ser vulnerable. Una analoga interesante se ha trado a nuestra atencin por Pro-Profesor J. Bray (2005): rboles profundamente arraigadas siendo destrozada por una falla ruptura directamente por debajo, al parecer a consecuencia de sus races que se tira en direcciones opuestas.Dos sistemas de cimientos tpicos son examinados aqu con el fin de poner de relieve la interaccinentre una cimentacin profunda y una ruptura de la falla emergente: un grupo de pilotes tapado 3 3 y una base cuadrada rgido incorporado ("cajn").Un modelo de elementos finitos 3D fue desarrollado para cada caso, utilizando elementos de ocho Noded-y empleando los mismos modelos constitutivos del suelo y de interfaz como se describe en la anterior seccin. Figura 9.6 presenta una seccin plana del modelo completo. En ambos casos, el suelo depsito consista en arena densa, de espesor total H = 20 m. Huelga decir, la eleccin de esta profundidad limitada fue motivado nicamente por el deseo de que el menor tamao posible de este modelo 3D.2.3.1. HemorroidesLas pilas son de longitud Lp = 15 m, dimetro dp = 1 my estn espaciados 4 m de distancia (desde el ejeal eje). Su tapa es de 10 m 10 m en planta y 2.5 m de espesor, y lleva una estructura vertical,carga de 10 MN. Una conexin rgida se asume entre la tapa y las pilas (pilas de cabeza fija).Slo idealmente comportamiento pila elstica se considera en la actualidad, a pesar de la necesidad para la contabilizacin de inelasticidad pila se har evidente (si una evaluacin realista de se necesita la respuesta del sistema a grandes desplazamientos de fallo).Con el objetivo de dar una primera imagen de la posible esfuerzo para ser experimentado por los pilotes,Figura 9.7 representa la de elementos finitos deformada malla con la distribucin de la plstica a cortante cepas. Cuatro posiciones del grupo de pilotes con respecto a la falla en el afloramiento de libre campo se examinan: S = 1, 5, 9, y 13 m, donde S se mide desde el borde de la pila tapa (que se encuentra 1 m a la izquierda del eje pila cerca). Entonces la figura 9.8 presenta detallados resultados (deformaciones y fuerzas internas) para el caso de S = 5 m, solamente. Varias tendencias vale la pena destacar en estas cifras:(1) Para S = 1 m, cuando el fallo surge cerca del borde izquierdo del grupo de pilotes (yPor lo tanto, el grupo es casi todo en el muro inferior), una ligera desviacin de la rupturacamino de la izquierda lleva a cabo. Una escarpa muy distinta se forma inmediatamente al lado del pilas. El escarpe forma una pendiente de aproximadamente el mismo ngulo que el de la activacin ruptura stano, y es apreciablemente mayor que el decalaje base impuesta,?. Lagrupo de pilotes, sin embargo, se mantiene casi intacta: no hay desplazamiento o rotacin dela pila y slo las pilas en la experiencia de primera fila algunos (y no menor) de socorro(Momentos de flexin del orden de 300 kNm).(2) Para S = 5 m, el fallo habra surgido en el centro de la fundacin en el campo libre. La presencia de los pilotes cargados axialmente hace que la trayectoria de ruptura: (i) a desviar en parte a la izquierda y emerge justo en el borde de la parte frontal de las pilas, y (ii) aconvertido difusa en la regin entre los pilotes. La rotacin sustancial y horizontal el desplazamiento de la tapa de la pila tiene lugar. La primera fila de pilotes se est "tirado"hacia afuera y hacia abajo por la pared "dejar caer" colgado de la falla; como un resultado muy

grandes momentos de flexin se desarrollaran en el pilehead, en exceso de 12 MNm para unadislocacin de 2 m. La fila central de pilotes experimentara mucho menos angustia,pero la ltima fila y, especialmente, las pilas de esquina desarrollaran flexin sustancialmomentos (casi 6 mNm para una dislocacin de 2 m), como resultado de ser "empujado

Fig. 9.7. Malla deformada del sistema suelo-pila-tapa con la concentracin de plsticocepas octadricos, para diferentes posiciones (s = 1.13 m) de la ruptura de la falla emergentecerca de su centro. Observe el completamente diferente patrn de momentos de flexin conprofundidad entre montones de primera fila y la ltima fila en la Figura 9.7: mientras que para la pila 1 (delantero fila) el mximo es en la parte superior, por pila 6 (pila esquina) la mxima aparece en 10 m de profundidad. Evidentemente, esos grandes momentos de flexin, especialmente en la primera fila, exceder la capacidad mxima concebible de un pozo reforzado con pila dimetro de 1 m, lo que implica un fallo estructural, al menos, de pilas de tipo convencional.(3) Para S = 9 m, el fallo habra surgido cerca del borde derecho del grupo en el campo libre. Los pilotes con su presencia y cargas transmitidas difunden la ruptura, sufriendo con ello asentamientos desiguales y grandes desplazamientos no uniformes. ComoEn consecuencia, la rotacin y el desplazamiento lateral de la tapa y los momentos de flexin en las pilas alcanzan valores muy grandes (inaceptable).(4) Por ltimo, para S = 13 m (en campo libre de fallos afloramiento de 3 m ms all de la tapa de la pila), hay una ligera desviacin de la ruptura a la derecha con una ligera difusin simultnea de las cepas de cizallamiento de plstico. Slo la ltima fila de pilas est estresado significativamente (maxM 4 MNm para h = 2 m). Aparentemente no hay rotacin del encepado, sino un desplazamiento hacia abajo y hacia el exterior son inevitables; tales desplazamientos podrantener un efecto perjudicial sobre una estructura porticada, una columna de las cuales est soportada sobre la base apilados estudiado.