escuela politÉcnica del ejercito carrera de ingenieria civil departamento de ciencias de la tierra...
Post on 26-Jan-2015
15 Views
Preview:
TRANSCRIPT
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJERCITO
CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA CONSTRUCCIÓN
“PELIGROSIDAD SÍSMICA DEL GOLFO DE GUAYAQUIL”
ELABORADO POR:
DIANA SOFIA CUAICAL ANGULO
INTRODUCCIÓN
Los sismos son los fenómenos naturales que causan mayor número de víctimas y daños a nivel mundial, con una destrucción geográfica que abarca gran parte del planeta y con una recurrencia periódica. A pesar de los esfuerzos por intentar predecir los movimientos sísmicos hoy en día la única forma efectiva de evitar sus efectos es la prevención, en su más amplio sentido.
INTRODUCCIÓN
El Ecuador es un país situado en una región caracterizada por su alta sismicidad, ya que se ubica en la convergencia entre la Placa de Nazca y la Placa Sudamericana.
OBTENCIÓN DE ESPECTROS
Método de Abrahamson y Silva
ln 𝑆𝑎 (𝑔 )= 𝑓 1 (𝑀 ,𝑅𝑟𝑢𝑝 )+𝑎12 𝐹𝑅𝑉+𝑎13 𝐹𝑁𝑀+𝑎15 𝐹𝐴𝑆+ 𝑓 5(𝑃 �̂� 𝐴1100 ,𝑉 𝑆 30)+𝐹𝐻𝑊 𝑓 4 (𝑅 𝑗𝑏 ,𝑅𝑟𝑢𝑝 ,𝑅𝑥 ,𝑊 , 𝛿 ,𝑍𝑇𝑂𝑅 ,𝑀 )+ 𝑓 6 (𝑍𝑇𝑂𝑅 )+ 𝑓 8 (𝑅𝑟𝑢𝑝 ,𝑀 )+ 𝑓 10(𝑍1.0 ,𝑉 𝑆 30)Método de Campbell y Bozorgnia
ln 𝑆𝑎 (𝑔 )= 𝑓 𝑚𝑎𝑔+ 𝑓 𝑑𝑖𝑠+ 𝑓 𝑓𝑙𝑡+ 𝑓 h𝑛𝑔+ 𝑓 𝑠𝑖𝑡𝑒+ 𝑓 𝑠𝑒𝑡
Método de Idriss
ln [𝑃𝑆𝐴 (𝑇 )]=∝1 (T )+∝2 (T )M − [β1 (T )+β2 (T )M ] ln (Rrup+10 )+γ (T )+φ (T )F
Estilos de Fallas: transcurrente (SS), inversa (RV) o normalRango de magnitud (SS): 4.5 a 7.7Rango de magnitud (RV): 4.81 a 7.6Rango de distancia: 0.3 a 199.3 (Km) Rango de Velocidad: 453 a 895 (m/s)
RANGO DE APLICACIÓN
SUBDUCIÓN EN LA COSTA ECUATORIANA
A causa de un choque de una placa oceánica y una placa continental, la placa oceánica se hunde debajo de la placa continental.
La corteza continental incluye los continentes y los sectores del mar de baja profundidad. La corteza oceánica se encuentra en los sectores oceánicos de alta profundidad.
Existe también la subducción según el tipo de cortezas que colisionan:
a) Colisión cortezas oceánicas
b) Colisión cortezas oceánica-continental
a) Colisión cortezas continentales
ZONAS FUENTES ASOCIADAS A
SISMOS CORTICALES
ECUADOR
COLOMBIA
PERU
Zona 11
Zona 3
Zona 5
Zona 10
-764
0
-4
-80 -78
2
-2
-6
-74-82
Zona 2
-76
4
0
-4
-80 -78
2
-2
-6
-74-82-84
Sub I(12)
Sub II (13)
Sub III(14)
Benioff IV(16)
Benioff V (17)
(18)
(15)
ECUADOR
COLOMBIA
PERU
Subd(23)
Zona SubducciónZona Cortical
ECUADOR
COLOMBIA
PERU
Zona 11
Zona 3
Zona 5
Zona 10
-764
0
-4
-80 -78
2
-2
-6
-74-82
Zona 2
-76
4
0
-4
-80 -78
2
-2
-6
-74-82-84
Sub I(12)
Sub II (13)
Sub III(14)
Benioff IV(16)
Benioff V (17)
(18)
(15)
ECUADOR
COLOMBIA
PERU
Subd(23)
Zona SubducciónZona Cortical
ZONAS FUENTES ASOCIADAS A
SISMOS DE SUBDUCCIÓN
FALLAS QUE PUEDEN AFECTAR A LA COSTA ECUATORIANA
ELEMENTOS Y CARACTERÍSTICAS
TIPOS DE FALLAS
NORMAL
INVERSA
CIZALLA O DESGARRE
CÁLCULO DE LOS VALORES DE PGA
Id Falla Capaz TipoPGA (g)
AbrahamsonPGA (g) Campbell
PGA (g) Idriss
1 F. SanJose Inversa 0,0292 0,0228 0,01692 F. Valdivia Cizalla dextral 0,0294 0,0235 0,01713 F. Bachiller Inversa 0,0331 0,0254 0,0194 F. El Achote Inversa 0,0087 0,0155 0,00945 F. Colonche Inversa 0,0315 0,0252 0,01826 F. Colinas Inversa 0,0264 0,0234 0,01587 Carrizal Normal 0,0479 0,0365 0,03398 F. Guayaquil Inversa 0,0422 0,0287 0,02289 F.Babahoyo Cizalla dextral 0,0464 0,0298 0,0242
10 F. Montalvo Inversa 0,0257 0,0209 0,015111 F Chillanes Inversa 0,0103 0,0181 0,012212 F San Antonio Normal 0,0077 0,012 0,01
13F. Puna - El
TriunfoCizalla dextral
0,0488 0,0385 0,033214 F. Boliche Cizalla dextral 0,0465 0,0374 0,031915 F. Milagro Cizalla dextral 0,0705 0,0436 0,03916 Estero Salado Normal 0,0667 0,0555 0,057617 F. Progreso Normal 0,0762 0,0334 0,040618 F. La Cruz Normal 0,0898 0,0379 0,0479
ELEMENTOS FINITOS
Se trabajó con un elemento finito de 8 nodos para definir el campo de desplazamientos y con un elemento finito de 4 nodos para las presiones, este considera una fase sólida y una fase liquida.
U1 U2 U3
U4U8
U7 U6 U5
V1 V2 V3
V4V8
V7 V6 V5P4
P1
P3
P2
NUMERACIÓN DE LOS GRADOS DE LIBERTAD
Se vincula los dos modelos de 8 y 4 nudos, para dar lugar a un elemento finito mixto, que en realidad consta de 20 grados de libertad, porque las presiones en los nodos intermedios son cero, pero por facilidad de solución se trabaja con 24 grados de libertad
1
2
22
23
3
19
20
21 16
17
18 13
14
15
4
5
6 7
8
9
24 10
11
12
U1, V1, P1
U7, V7, P7
U2, V2, P2=0U3, V3, P3
U6, V6, P6=0
U8, V8, P8=0
U5, V5, P5
U4, V4, P4=0
Funciones de forma en los nodos centrales
Funciones de Forma en los nodos esquineros
Funciones de forma para la fase líquida
MATRIZ DE RIGIDEZ
𝐾 𝑒=[ 𝑄 −𝑄𝑠𝑤
−𝑄𝑤𝑠 −𝑃𝑤𝑤]
DONDE:
Matriz de Compatibilidad B :
𝐵(𝑖)=[𝜕𝜙 𝑖(𝑠 , 𝑡)
𝜕 𝑥0
0𝜕𝜙 𝑖(𝑠 , 𝑡)
𝜕 𝑦𝜕𝜙 𝑖(𝑠 , 𝑡)
𝜕 𝑦𝜕𝜙 𝑖(𝑠 , 𝑡)
𝜕𝑥]
Matriz de Jacobiana:
𝐽=[𝜕 𝑥 (𝑠 , 𝑡)𝜕 𝑠
𝜕 𝑦 (𝑠 ,𝑡 )𝜕𝑠
𝜕 𝑥 (𝑠 , 𝑡)𝜕𝑡
𝜕 𝑦 (𝑠 ,𝑡 )𝜕𝑡
]Matriz de Elasticidad
𝐸𝑇=𝐸(1−𝑣)
(1+𝑣 )(1−2𝑣) [ 1 1−𝑣 01−𝑣 1 0
0 01−2𝑣2
]
MATRIZ DE MASAS
Modelos para concentrar las masas
En las caras laterales
En las caras laterales y al
medio
En todos los nodos
𝑚𝑒=𝑃𝑇
𝑔
𝑃𝑇=𝐴𝑆𝑒𝛾
𝑚𝑖=𝐴𝑖𝑒𝛾𝑔
Estructura: Nodo:
Análisis con CEINCI-LAB
Definición de la Geometría
SUELO
ROCA
4 Divisiones
3 Divisiones
División en Elementos Finitos
1
9 10 11 12
12 3 4
8765
2 3 4 5
109876
11 12 13 14
2019181716
15
Análisis con CEINCI-LAB
Grados de Libertad
16
6
11 12 13
7 8
2 3 4 5
109
14 15
1
17 18
2221 23 24
19 20
25
3029282726
12 13 14 15
Vectores de Colocación
16
6
11 12 13
7 8
2 3 4 5
109
14 15
1
17 18
2221 23 24
19 20
25
3029282726
12 13 14 15
16
2 31
17 18
1 1
VC=[0 0 0 0 2 17 1 16]
Elemento finito No 1
Cálculo de la Matriz de Masas
m1 m2 m3 m4 m5
m6 m7 m8 m9 m10
m11 m12 m13 m14 m15
0,0981 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0,1837 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0,1837 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0,1837 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0,0918 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0,0918 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0,1837 0 0 0 0 0 0 0 0
M= 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0918 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0918 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0918
El cálculo de la matriz de masas se lo realiza en la subrutina vc_suelo
Condensación de la Matriz de Rigidez
Orden de la Matriz de Rigidez Condensada: 15 x 15
𝐾=𝐾 𝐴𝐴−𝐾 𝐴𝐵∗𝑖𝑛𝑣 (𝐾 𝐵𝐵 )∗𝐾 𝐵𝐴
𝐾 𝐴𝐴=𝑆𝑆(1 :𝑔𝑑𝑙∗ ;1 :𝑔𝑑𝑙∗) 𝐾 𝐴𝐵=𝑆𝑆 (1:𝑔𝑑𝑙∗;1+𝑔𝑑𝑙∗ :𝑔𝑑𝑙)𝐾 𝐵𝐴=𝐾 𝐴𝐵
′ 𝐾𝐵𝐵=𝑆𝑆 (1+𝑔𝑑𝑙∗ :𝑔𝑑𝑙;1+𝑔𝑑𝑙∗ :𝑔𝑑𝑙)
FACTOR DE AMPLIFICACIÓN
Es la relación que existe entra la amplitud de las vibraciones de un sistema de un grado de libertad sometido a una excitación armónica y el desplazamiento estático cuando la carga en aplicada estáticamente. El valor del Factor de Amplificación (α) es:
∝=1
√(1−𝑟2)2+(2 𝜉 𝑟)2
𝑾𝒏=√ 𝑘𝑚
𝝃=𝑐
2√𝑚𝑘
Factor de amortiguamientoFrecuencia natural Relación de la frecuencia de la excitación
Para cálculo del factor de amplificación se elaboró un programa en base a Matlab, denominado Factor_amplificacion
Se ingresan todos los valores :Base y altura de 4 y 3 metros respectivamente, módulo de elasticiadad 1000 Tn/m2,el peso específica del suelo 1.6 Tn/m3 .
El Factor de Amplificación calculado es de de 1.6204, el cualse incorpora en los espectros, en las fallas existentes en elGolfo de Guayaquil.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
100
200
300
400
500
600
700
ABRAHAMSON & SILVA
CAMPELL & BOZORGNIA
Falla Amistad Norte
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
100
200
300
400
500
600
700
800
ABRAHAMSON & SILVA
CAMPELL & BOZORGNIA
Falla Amistad Sur
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
100
200
300
400
500
600
700
800
900
ABRAHAMSON & SILVA
CAMPELL & BOZORGNIA
Falla Tenguel
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
100
200
300
400
500
600
ABRAHAMSON & SILVA
CAMPELL & BOZORGNIA
Falla Santa Clara
ESPECTRO NEC-11
Sierra: η=1.8
PELIGROSIDAD SISMICA DE SALINAS
Para encontrar los espectros de respuesta elásticos que podría generar un sismo que se produce en una falla geológica es necesario:
Tipo de falla:
Profundidad de la falla:
Distancia falla-sitio:
Buzamiento aparente:
Ancho de falla:
Posición de la falla:
Vs30:
Magnitud:
Inferida
20 Km
115 Km
85°
10 Km
foot-wall
252,688 m/s
6,72
VALORES DE PGA Para calcular el PGA, del suelo tipo de salinas es necesario calcular la distancia más cercana al plano de ruptura (Rrup), distancia horizontal desde el borde de la ruptura (Rx), profundidad menor desde el borde de la ruptura (Ztor).
R xRjb
Rpx15
15,1 Z tor 15R rup
85prof 20
W 10,0
115,98
115,00
0,87115,0
Los datos obtenidos son:Por el método de Abrahamson el PGA es de 0.0789 gPor el método de Campbell el PGA es de 0.0481 gPor el método de Idriss el PGA es de 0.0227 g
ESPECTROS OBTENIDOS
0 0.5 1 1.5 2 2.5 310
20
30
40
50
60
70
80
90
Periodo [s]
Ace
lera
ción
Esp
ectra
l [g
als]
ESPECTRO DE RESPUESTA
CAMPELL & BOZORGNIA
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Periodo [s]
Ace
lera
ció
n E
spe
ctra
l [g
als
]
ESPECTRO DE RESPUESTA (Abrahamson & Silva)
0 1 2 3 4 5 60
200
400
600
800
1000
1200
Periodo [s]
Ace
lera
ció
n E
spe
ctra
l [g
als
]
CAMPELL & BOZORGNIA
ABRAHAMSON & SILVA
NEC-11
Factor de amplificacion: 1.3381Módulo de Elasticidad 1500 T/m2
Coeficiente de Poisson
0.30
Peso Especifico 1.7 T/m3
PELIGROSIDAD SISMICA DE GUAYAQUIL
Para encontrar los espectros de respuesta elásticos que podría generar un sismo que se produce en una falla geológica es necesario:
Tipo de Falla: InversaProfundidad de la falla: 30 Km Distancia falla-sitio: 136 Km Buzamiento aparente: 45° Ancho de falla: 15 Km Posicion de la falla: foot-wall Vs30: 220,33 m/s
Magnitud: 6.43
VALORES DE PGA Para calcular el PGA, del suelo tipo de salinas es necesario calcular la distancia más cercana al plano de ruptura (Rrup), distancia horizontal desde el borde de la ruptura (Rx), profundidad menor desde el borde de la ruptura (Ztor).
Los datos obtenidos son:Por el método de Abrahamson el PGA es de 0.0457 gPor el método de Campbell el PGA es de 0.0356 gPor el método de Idriss el PGA es de 0.0135 g
R xRjb
Rpx24,7
34,9 Z tor 24,7R rup
45prof 30
W 15,0
138,22
136,00
10,61136,0
ESPECTROS OBTENIDOS
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
10
20
30
40
50
60
70
80
Periodo [s]
Ace
lera
ción
Esp
ectra
l [g
als]
ESPECTRO DE RESPUESTA (Jaime Campbell)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
20
40
60
80
100
120
Periodo [s]
Ace
lera
ción
Esp
ectra
l [g
als]
ESPECTRO DE RESPUESTA (Abrahamson & Silva)
Factor de amplificacion: 1.6204Módulo de Elasticidad 1000 T/m2
Coeficiente de Poisson
0.20
Peso Especifico 1.6 T/m3
0 1 2 3 4 5 60
200
400
600
800
1000
1200
Periodo [s]
Ace
lera
ció
n E
spe
ctra
l [g
als
]
CAMPELL & BOZORGNIA
ABRAHAMSON & SILVA
NEC-11
PELIGROSIDAD SISMICA DE MACHALA
Para encontrar los espectros de respuesta elásticos que podría generar un sismo que se produce en una falla geológica es necesario:
Tipo de Falla: InversaProfundidad de la falla: 12 Km Distancia falla-sitio: 86 Km Buzamiento aparente: 85° Ancho de falla: 10 Km Posicion de la falla: foot-wall Vs30: 213,85 m/s
Magnitud: 6.6
VALORES DE PGA Para calcular el PGA, del suelo tipo de salinas es necesario calcular la distancia más cercana al plano de ruptura (Rrup), distancia horizontal desde el borde de la ruptura (Rx), profundidad menor desde el borde de la ruptura (Ztor).
Los datos obtenidos son:Por el método de Abrahamson el PGA es de 0.0804 gPor el método de Campbell el PGA es de 0.0642 gPor el método de Idriss el PGA es de 0.0292 g
R xRjb
Rpx7,02
7,05 Z tor 7,02R rup
85prof 12
W 10,0
86,29
86,00
0,8786,0
ESPECTROS OBTENIDOS
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
20
40
60
80
100
120
140
Periodo [s]
Ace
lera
ció
n E
spe
ctra
l [g
als
]
ESPECTRO DE RESPUESTA (Jaime Campbell)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Periodo [s]
Ace
lera
ció
n E
spe
ctra
l [g
als
]
ESPECTRO DE RESPUESTA (Abrahamson & Silva)
Factor de amplificacion: 1.2809Módulo de Elasticidad 2000 T/m2
Coeficiente de Poisson
0.20
Peso Especifico 1.8 T/m3
0 1 2 3 4 5 60
200
400
600
800
1000
1200
Periodo [s]
Ace
lera
ció
n E
spe
ctra
l [g
als
]
CAMPELL & BOZORGNIA
ABRAHAMSON & SILVA
NEC-11
CONCLUSIONES
Se observa que existe una diferencia significativa en los valores de PGA (aceleración máxima horizontal del suelo) de cada uno de los métodos empleados para moldear los espectros; las gráficas obtenidas también son distintos.
Para el cálculo del PGA el método de Abrahamson y Silva aplicado a las fallas existentes en el Golfo de Guayaquil muestra un valor mayor en relación a los demás métodos, por seguridad se debe emplear el que mayor PGA presente
La clasificación más utilizada de las fallas existentes en el Golfo de Guayaquil, es por el tipo de desplazamiento que presentan los bloques, si su desplazamiento es vertical es falla de Rumbo, si el horizontal es falla Normal o Inversa.
top related