Download - Tema 5 - Analisis Sismico
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ANLISIS
SISMICO EN
PRESAS DE
TIERRA MSc. Ing. Mayu Tincopa Heredia
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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
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INTRODUCCIN 3
Que periodo vibra tiene un edificio y que parmetros lo
definen?
T = Periodo
R = Rigidez
M = Masa
T=0.1N
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INTRODUCCIN 4
Cmo caracterizar los suelos por sus propiedades
dinmicas?
ESTABILIDAD DEFORMACIONES
ngulos de friccin
cohesin
Velocidad de corte Amortiguamiento Periodo
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CONCEPTOS BSICOS Peligro ssmico
Efecto de sitio
Anlisis lineal equivalente
Propiedades dinmicas del suelo
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QUE ES EL PELIGRO SSMICO?
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PELIGRO SSMICO
Sismicidad + Exposicin Ssmica = Amenaza Ssmica
VULNERABILIDAD SSMICA
Comportamiento Estructural = Fragilidad
RIESGO SSMICO
Peligro Ssmico * Vulnerabilidad = Daos
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EFECTO DE SITIO 7
Como se comporta los diferentes tipos de
suelo ante un sismo?
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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
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LLEGADAS DE LAS DIFERENTES FASES,
SEGN SU VELOCIDAD DE PROPAGACIN
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- Ondas compresionales (VP)
- Ondas de corte (VS) - Ondas Rayleigh (VR)
VP VS VR
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VARIACIN DE LAS VELOCIDADES DE PROPAGACIN
DE LAS ONDAS DE CUERPO y ONDAS RAYLEIGH CON LA
RELACIN DE POISSON
10
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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
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CONCEPTO ESPECTRO DE RESPUESTA 15
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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.
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Aproximacin Lineal Equivalente a la Respuesta No Lineal
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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.
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Variacin de las Propiedades del Suelo con la Deformacin Cortante
(Ishihara, 1996)
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Relaciones Histerticas Esfuerzo-Deformacin
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Mdulo
Cortante de Arenas
20
(Seed e Idriss, 1970)
Amortiguamiento de Arenas
(Seed e Idriss, 1970)
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Mdulo
Cortante de Grava
21
(Seed et. al., 1984)
Amortiguamiento de Grava
(Seed et. al., 1984)
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Mdulo
cortante de Arcilla
22
(Vucetic y Dobry, 1991)
Amortiguamiento de Arcilla
(Vucetic y Dobry, 1991)
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Determinacin de propiedades
dinmicas de suelo
23
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TIPOS DE ANLISIS Anlisis de deformaciones permanentes
Licuacin de suelos
24
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Niveles de anlisis ssmico
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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.
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ANLISIS DE BLOQUE
DESLIZANTE DE NEWMARK
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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
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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
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Definiciones de licuacin
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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)
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Factores que Determinan Licuacin
30
Magnitud del Movimiento Ssmico
Duracin del Movimiento Ssmico
Granulometra del Suelo
Densidad Relativa
Profundidad del Nivel Fretico
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Consecuencia de la Licuacin
31
Asentamientos
Desplazamientos laterales
Flujos laterales
Prdida de soporte lateral
Prdida de capacidad de soporte
Flotacin de cimentaciones enterradas
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Terremoto de Pisco, Per (2007)
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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
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33
(CISMID, 2007)
-
34
(CISMID, 2007)
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35
DAOS EN LA PANAMERICANA SUR DURANTE EL TERREMOTO DEL 2007
(Alva, J., 2007)
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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)
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Evaluacin de CSR
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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)
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Grfico de Evaluacin de Licuacin SPT
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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)
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Grfico de Evaluacin de Licuacin Vs
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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)
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Comentarios Generales
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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.
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CASO DE APLICACIN DEFORMACIONES PERMANENTES EN UNA PRESA DE
RELAVES FILTRADOS AYACUCHO, PER
43
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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
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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
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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
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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
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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)
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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