ANLISIS

SISMICO EN

PRESAS DE

TIERRA MSc. Ing. Mayu Tincopa Heredia

mayutincopa@gmail.com

1

Contenido

INTRODUCCIN

CONCEPTOS BSICOS

Peligro ssmico

Efecto de sitio

Anlisis lineal equivalente

Propiedades dinmicas del suelo

TIPOS DE ANLISIS

Anlisis de deformaciones permanentes

Licuacin de suelos

CASO DE APLICACIN: DEFORMACIONES PERMANENTES EN UNA PRESA DE RELAVE

2

INTRODUCCIN 3

Que periodo vibra tiene un edificio y que parmetros lo

definen?

T = Periodo

R = Rigidez

M = Masa

T=0.1N

INTRODUCCIN 4

Cmo caracterizar los suelos por sus propiedades

dinmicas?

ESTABILIDAD DEFORMACIONES

ngulos de friccin

cohesin

Velocidad de corte Amortiguamiento Periodo

CONCEPTOS BSICOS Peligro ssmico

Efecto de sitio

Anlisis lineal equivalente

Propiedades dinmicas del suelo

5

QUE ES EL PELIGRO SSMICO?

6

PELIGRO SSMICO

Sismicidad + Exposicin Ssmica = Amenaza Ssmica

VULNERABILIDAD SSMICA

Comportamiento Estructural = Fragilidad

RIESGO SSMICO

Peligro Ssmico * Vulnerabilidad = Daos

EFECTO DE SITIO 7

Como se comporta los diferentes tipos de

suelo ante un sismo?

INTERPRETACION GRAFICA DE LA

LONGITUD DE ONDA 8

ONDA DE CORTE ( S) T=1/f Amplitud (A):

Desplazamiento mximo de un punto desde su posicin en reposo.

Velocidad de Partcula (v): Velocidad a la que se desplaza el punto.

Aceleracin (a): Ritmo de

cambio de la velocidad.

Frecuencia (f): Nmero

completo de oscilaciones o ciclos por segundo. La frecuencia es la invesra del periodo Ts

LLEGADAS DE LAS DIFERENTES FASES,

SEGN SU VELOCIDAD DE PROPAGACIN

9

- Ondas compresionales (VP)

- Ondas de corte (VS) - Ondas Rayleigh (VR)

VP VS VR

VARIACIN DE LAS VELOCIDADES DE PROPAGACIN

DE LAS ONDAS DE CUERPO y ONDAS RAYLEIGH CON LA

RELACIN DE POISSON

10

Explicacin de la Transformada Rpida de Fourier

11 Sumatoria de Ondas ()

Transformada Rpida de Fourier (FFT)

f=0.2 Hz

f=0.25 Hz

f=0.33 Hz

f=0.5 Hz

f=1 Hz

f=0.2 Hz f=0.25 Hz

f=0.33 Hz

f=0.5 Hz

f=1 Hz

Explicacin de la Transformada Rpida de Fourier 12

5

-5

Amplificacin = 5

f=0.2 Hz

Frecuencia = 0.2 Hz

Transformada Rpida de Fourier

(FFT)

Nos muestra el

perodo

predominante de

vibracin del suelo

Se usa con la

finalidad del anlisis

de Seales (ondas)

13

T=0.4 s

sV

hT

4

).(.

).(./

tVertComp

tHorizCompVH

EJEMPLO DEL

CALCULO

T=0.40 seg

LA MOLINA

VIEJA.

Parque de

la Amistad

Per-

Tailandia

h= 30 m

Vprom= 300 m/s

14

CONCEPTO ESPECTRO DE RESPUESTA 15

Aproximacin Lineal Equivalente a la Respuesta No Lineal

16

El comportamiento del suelo es no lineal.

El comportamiento esfuerzo-deformacin histertico no lineal del suelo, puede ser aproximado por las propiedades

lineales equivalentes del suelo.

El mdulo cortante lineal equivalente, G, es tomado como un mdulo cortante secante, y la relacin de

amortiguamiento lineal equivalente, , como la relacin de amortiguamiento que produce la misma prdida de energa

en un ciclo nico tal como el real lazo histertico.

Como G y son constantes para cada estrato de suelo, dependern del nivel de deformacin cortante inducido en el

estrato.

Aproximacin Lineal Equivalente a la Respuesta No Lineal

17

Dado que el nivel de deformacin calculado depende de los valores de las propiedades lineales equivalentes, se

requiere un procedimiento iterativo para asegurar que las

propiedades utilizadas en el anlisis son compatibles con los

niveles de deformacin calculados en todos los estratos.

18

Variacin de las Propiedades del Suelo con la Deformacin Cortante

(Ishihara, 1996)

Relaciones Histerticas Esfuerzo-Deformacin

19

Mdulo

Cortante de Arenas

20

(Seed e Idriss, 1970)

Amortiguamiento de Arenas

(Seed e Idriss, 1970)

Mdulo

Cortante de Grava

21

(Seed et. al., 1984)

Amortiguamiento de Grava

(Seed et. al., 1984)

Mdulo

cortante de Arcilla

22

(Vucetic y Dobry, 1991)

Amortiguamiento de Arcilla

(Vucetic y Dobry, 1991)

Determinacin de propiedades

dinmicas de suelo

23

TIPOS DE ANLISIS Anlisis de deformaciones permanentes

Licuacin de suelos

24

Niveles de anlisis ssmico

25

1) Pseudo esttico anlisis preliminar.

2) Anlisis de deformaciones permanentes con aproximacin

de respuesta de sitio diques, pequeas presas y landfills con minimo impacto o anlisis pseudo esttico indicando

problemas potenciales.

3) Anlisis de deformaciones permanentes con respuesta de

sitio 1D presas medianas y landfills con algo de impacto o anlisis pseudo esttico indica problemas potenciales.

4) Anlisis de deformaciones permanentes con anlisis de

respuesta de sitio 2D - presas grandes y landfills con

significativo impacto o anlisis de sitio 1D indica problemas

potenciales.

Todos los anlisis utilizan anlisis de equilibrio limite para

estimar la aceleracin de fluencia.

ANLISIS DE BLOQUE

DESLIZANTE DE NEWMARK

26

Newmark (1960) Portage Mountain Dam or Newmark (1965) Rankine Lecture

Ky = Yield coefficient = acceleration to just overcome dynamic resistance

Ky*g = Yield acceleration A*g = Earthquake acceleration = coefficient * g If A*g < Ky*g = No displacement If A*g > Ky*g = Estimated displacement

Yield acceleration - steady permanent acceleration that will just overcome dynamic

resistance or sliding mass = Ky*g

- estimate Ky using limit equilibrium method with seismic coefficient

- vary seismic coefficient until FS~1.0

- seismic coefficient that will initiate movement

CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO MEDIANTE

NEWMARK

27

SHAKE2000 - Newmark Displacement Analysis

Acce

lera

tio

n(g

's)

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 100 200 300 400

Yield Acc.

Ve

locity

(cm

/se

c)

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400

Dis

pla

ce

me

nt

(cm

)

Time (sec)

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400

Notes:

Displacement Analysis - Newmark Method

Project: SHAKE2000 - Newmark Displacement Analysis

Newmark Method by Houston et.al. (1987)

Constant Yield Acceleration: .2 (g)

Acceleration Time History: Within - Soil Profile No. 4 - AHL - Layer:

3 - Analysis: 1 - Soil Deposit: 4

Acceleration Time History File: C:\SHAKE EDT\Catalina\PF\moquegua\L3A1D4-1-Soil Pro-Motion 1.ahl

Peak Acceleration Value: .404207 (g)

Upslope Movement not Included in Analysis

Acceleration due to gravity: 980.665 (cm/sec^2)

Displacement computed: 21.05535 cm

Definiciones de licuacin

28

Respuesta de ablandamiento de las

deformaciones

Esfuerzo efectivo cero

(durante la carga cclica)

Licuacin cclica (ssmica)

Licuacin de flujo (esttica)

Definicin de Licuacin

29

transformacin de un material granular de un

estado slido a un estado licuado como

consecuencia del incremento de la presin de

agua de poros

(Youd, 1973)

Factores que Determinan Licuacin

30

Magnitud del Movimiento Ssmico

Duracin del Movimiento Ssmico

Granulometra del Suelo

Densidad Relativa

Profundidad del Nivel Fretico

Consecuencia de la Licuacin

31

Asentamientos

Desplazamientos laterales

Flujos laterales

Prdida de soporte lateral

Prdida de capacidad de soporte

Flotacin de cimentaciones enterradas

Terremoto de Pisco, Per (2007)

32

Fecha: 15 de Agosto de 2007

Mw=8.0

Profundidad focal de 39 Km

Epicentro a 50 Km al Oeste de Chincha Alta

Aceleracin mxima corregida en Ica de 0.30g

33

(CISMID, 2007)

34

(CISMID, 2007)

35

DAOS EN LA PANAMERICANA SUR DURANTE EL TERREMOTO DEL 2007

(Alva, J., 2007)

Evaluacin de Resistencia a la Licuacin

36

Se requiere la estimacin de 2 variables para evaluar la

resistencia a la licuacin de suelos:

1. La demanda ssmica en un estrato de suelo, expresada

en trminos de CSR (CSR inducido por el terremoto).

2. La capacidad del suelo para resistir la licuacin,

expresada en trminos de CRR (CSR requerido para

causar licuacin)

Evaluacin de CSR

37

Ecuacin de Seed e Idriss (1971)

Evaluacin de CRR

38

Ensayo de Laboratorio:

Ensayo de corte simple cclico

Ensayo triaxial cclico

Ensayos in situ:

Ensayo de penetracin estndar (SPT)

Ensayo de penetracin cnica (CPT)

Medicin de velocidad de ondas de corte (Vs)

Ensayo de penetracin Becker (BPT)

Grfico de Evaluacin de Licuacin SPT

39

Relacin entre valores de

esfuerzo cclico que causa

licuacin y valores de (N1)60

para sismos de

M = 7.5

Grfico de evaluacin de licuacin a partir del SPT (modificado de Seed et al.1985)

Grfico de Evaluacin de Licuacin CPT

40

El CPT es ms consistente y se puede repetir

Se disponen de registros de penetracin continua

Grfico de evaluacin de la licuacin ha sido

elaborado a partir de la

resistencia por punta

normalizado

Grfico de evaluacin de licuacin a partir del CPT (modificado de Robert PK 1998)

Grfico de Evaluacin de Licuacin Vs

41

La velocidad de ondas de corte es corregida por presin de sobrecarga

Las mediciones de Vs son posibles en suelos que son difciles de

penetrar con el CPT y SPT o extraer

muestras inalteradas, tales como

suelos gravosos, y en lugares donde

no se permiten perforaciones

Vs es una propiedad mecnica bsica de los suelos, directamente

relacionada al mdulo de corte a

bajo nivel de deformacin

Grfico de evaluacin de licuacin a partir del Vs (reproducido de Andrus y Stokoe en el 2000)

Comentarios Generales

42

La evaluacin de licuacin a partir de los ensayos SPT y CPT son los mtodos preferidos para la evaluacin del potencial de

licuacin.

Estos mtodos son los ms confiables debido a que estn sustentados en una base de datos muy grande sobre la

ocurrencia de licuacin.

Los ensayos SPT proporcionan muestras de suelos para la identificacin del tipo de suelo y muchos procedimientos

empricos de diseo estn basados en los valores de N del SPT.

Los ensayos CPT proporcionan la mejor imagen de la estratificacin del suelo y es el ensayo de penetracin ms

confiable. Muchos procedimientos de diseo estn basados

tambin en datos de CPT.

CASO DE APLICACIN DEFORMACIONES PERMANENTES EN UNA PRESA DE

RELAVES FILTRADOS AYACUCHO, PER

43

44

Shear Modulus Reduction Curves

Rockfill G/Gmax - Rockfill -Gazetas - Soil Dynamics andEarthquake Eng. 1992)

Gravel Avg. G/Gmax -GRAVEL, Average (Seed et al.1986)

Rock G/Gmax - ROCK(Schnabel 1973)

Mo

du

lus

Re

du

cti

on

(G

/Gm

ax

)

Shear Strain (%)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Damping Ratio Curves

Rockfill Damping forRockfill (Gazetas - SoilDynamics and EarthquakeEng. 1992)

Gravel Damping forGRAVEL, Average (Seed et al.1986)

Rock Damping for ROCK(Schnabel 1973)

Dam

pin

g R

ati

o (

%)

Shear Strain (%)

0

10

20

30

40

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

CURVAS NORMALIZADAS MODULO DE CORTE

CURVAS DE AMORTIGUAMIENTO

45

Source File: \Interface\Peru\MQ1-2306011533F.txt

Accele

rati

on

(g's

)

Time (sec)

-0.05

-0.10

-0.15

-0.20

-0.25

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0 50 100 150 200

Source File: C:\Archivos de programa\SHAKE2000\Quakes\Interface\PERU LIMA74.txt

Accele

ration

(g's

)

Time (sec)

-0.05

-0.10

-0.15

-0.20

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0 20 40 60 80

REGISTRO TIEMPO HISTRORIA SISMO DE LIMA OCTUBRE 1974

REGISTRO TIEMPO HISTRORIA SISMO DE MOQUEGUA JUNIO 2001

1) OBTENCIN DE LA ACELERACIN

DE FLUENCIA (Ky )

46

Ky 0.07

Se realiza un anlisis de estabilidad

Pseudo-estatico con Slope/w y el valor

de aceleracin horizontal que hace un

FS = 1 es el Ky

2) ELABORACION DE 4 PERFILES

VERTICALES UNIDIMENSIONALES A LO

LARGO DE LA FALLA

47

Utilizando el programa SHAKE2000 creamos los 4

perfiles con sus propiedades dinmicas respectivas

para cada material (coluvia, SM, relave, etc.)

P1

P2

P3

P4

3) OBTENCIN DE LOS REGISTROS

TIEMPO HISTORIA PARA CADA PERFIL

Y EN LA ZONA DE DESLIZAMIENTO

48

SHAKE2000 - Newmark Displacement Analysis

Acce

lera

tio

n(g

's)

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 50 100 150 200

Yield Acc.

Ve

locity

(cm

/se

c)

0

5

10

15

20

25

30

0 50 100 150 200

Dis

pla

ce

me

nt

(cm

)

Time (sec)

0

10

20

30

40

0 50 100 150 200

Notes:

Displacement Analysis - Newmark Method

Project: SHAKE2000 - Newmark Displacement Analysis

Newmark Method by Houston et.al. (1987)

Constant Yield Acceleration: .07 (g)

Acceleration Time History: Within - Soil Profile No. 4 - AHL - Layer:

3 - Analysis: 1 - Soil Deposit: 4

Acceleration Time History File: C:\Archivos de programa\SHAKE2000\Modelos\Catalina\L3A1D4-2-Soil Pro-Motion 1.ahl

Peak Acceleration Value: .448019 (g)

Upslope Movement not Included in Analysis

Acceleration due to gravity: 980.665 (cm/sec^2)

Displacement computed: 33.37222 cm

TiempoHistoria 1

TiempoHistoria 2

TiempoHistoria 3

TiempoHistoria 4

Se consigue con el SHAKE2000, LA

generacin de Tiempo Historia para

Las capas requeridas ( zona posible de

deslizamiento)

4) ANALISIS DE DEFORMACIONES

PERMANENTES CON LA

MTODOLOGIA DE NEWMARK

49

Se realiza el mtodo de Newmark y se calcula las

deformaciones permanentes promedio para los sismos

( Lima 73 y Moquea 2001)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0.05 0.07 0.09 0.11

De

fora

cio

ne

s p

erm

an

en

tes

ho

rizo

na

lte

s (c

m)

Aceleracion de Fluencia Ky (g's)

Deformacin permanente promedio Perfil 3

Mximo

Promedio

Mnimo

5) ELABORACION GRFICA DE LA

COTA VS DEFORMACION

HORIZONTAL

50

0

20

40

60

80

100

120

-10 0 10 20 30 40 50

Co

ta d

e la

Pre

sa (

msn

m)

Deformaciones permanente Horizonatels (cm)

Deformacin a lo largo de la falla

Deformacin

Corona

GRACIAS POR SU ATENCIN!

51