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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS CARRERA DE INGENIERIA CIVIL GEOTECNIA METODO DE NEWMARK ESTABILIZACION DE TALUDES BAJO ACCION SISMICA NELSON EFRAIN PALACIO JIMENEZ FECHA: 24 DE FEBRERO DEL 2015

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GEOTECNIA

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Page 1: Metodo de Newmark

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS

CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

GEOTECNIA

METODO DE NEWMARK

ESTABILIZACION DE TALUDES BAJO ACCION SISMICA

NELSON EFRAIN PALACIO JIMENEZ

FECHA: 24 DE FEBRERO DEL 2015

PERIODO OCT 2014 – MARZ 2015

ANALISIS DE TALUDES BAJO ACCION SISMICA

Page 2: Metodo de Newmark

INTRODUCCION

Métodos de análisis sísmico de taludes

El análisis del comportamiento sísmico de taludes de roca se puede llevar a

cabo ya sea, mediante métodos que calculen el factor de seguridad o bien, a

través de métodos cuyo objetivo sea determinar el desplazamiento permanente

total del talud bajo la acción sísmica. Entre esos métodos se pueden

mencionar:

Newmark (1965): método basado en considerar que el talud se desplaza

como un solo bloque colina abajo. Entregó una expresión para calcular la

aceleración crítica que se requiere para que se exceda el equilibrio estático.

Ambraseys (1972) asume a la masa deslizante como una cuña triangular

que se deforma por cortante simple, en una sola dimensión. Además, considera

que los materiales presentan un comportamiento elástico lineal. Ambraseys y

Menu (1988) Desarrollaron una ecuación para desplazamiento simétrico y

asimétrico.

Yegian et al (1991) desarrollaron una ecuación que se refiere a los

desplazamientos permanentes normalizados.

Jibson (1994 y 1998) correlacionó el bloque deslizante del método de

Newmark con la Intensidad de Arias.

Análisis Seudoestático de Taludes

En el análisis seudoestático, se coloca sobre todos los elementos analizados

en el talud, una fuerza horizontal correspondiente a un coeficiente K

multiplicado por el peso del elemento. La localización de la fuerza es un punto

importante a tener en cuenta en este análisis. Terzaghi (1950) sugirió que la

fuerza debía aplicarse sobre el centro de gravedad de cada tajada. Este es un

criterio razonable y conservador. (Duncan and Wright, 2005)

El método utiliza el mismo procedimiento general de cualquiera de los métodos

de equilibrio límite, con la diferencia de que se incluyen fuerzas seudoestáticas

horizontales y verticales debidas al evento sísmico. Estas fuerzas sísmicas se

asumen proporcionales al peso de la masa de deslizamiento potencial y a los

coeficientes sísmicos y , y están expresadas en términos de número de veces

la aceleración de gravedad (g) producida por el sismo. Generalmente, se

Page 3: Metodo de Newmark

recomienda analizar con carga sísmica seudoestática solamente la superficie

más crítica identificada en el análisis estático.

La mayoría de los análisis solamente tienen en cuenta la fuerza sísmica

horizontal y se asume igual a cero, la cual no es representativa para los

deslizamientos en el área epicentral donde sería significativa.

La magnitud del coeficiente sísmico debe simular la naturaleza de la fuerza del

evento que depende de la intensidad o aceleración del sismo, duración del

movimiento y frecuencia. Para un análisis muy conservador, se puede asumir

que el coeficiente sísmico es igual a la máxima aceleración pico esperada de

un evento sísmico en el sitio. Sin embargo, este análisis conservador puede

producir dificultades numéricas para mayor que 0,4.

Coeficientes para el Análisis Seudoestático.

La cuantificación de un valor de aceleración máxima para la estabilidad de

taludes debe tener en cuenta los siguientes criterios empíricos:

Si la masa considerada para el deslizamiento es rígida, la aceleración

inducida sobre la masa debe ser igual a la aceleración máxima esperada con

sus respectivas amplificaciones por sitio y topografía.

Si la masa de suelo no es rígida, como es el caso de la mayoría de

situaciones y si se tiene en cuenta que la aceleración pico sólo se presenta en

períodos de tiempos muy pequeños, no suficientes para producir una falla, se

pueden utilizar valores entre 0.1 y 0.2g, dependiendo de la intensidad del sismo

esperado.

Generalmente, el coeficiente sísmico seudoestático corresponde a una

aceleración horizontal y usualmente no se tienen en cuenta las aceleraciones

verticales y el coeficiente sísmico se representa como una fuerza horizontal. Se

recomienda utilizar valores entre 30% y 50% de la aceleración máxima

esperada con las respectivas amplificaciones. En la Tabla 1 se muestran los

coeficientes sísmicos más utilizados en la práctica.

Page 4: Metodo de Newmark

La razón para utilizar el valor de inferior a la aceleración pico, es que las fuerzas sísmicas son

de corta duración y cambian de dirección muchas veces en un segundo. Aunque el factor de

seguridad puede estar por debajo de la unidad en un período corto de tiempo, mientras la

fuerza cambia de sentido, estos milisegundos no son suficientes para producir la falla (Federal

Highway Administration, 1997).

Debido a que los sismos ocurren en períodos cortos, es razonable asumir que con excepción de

gravas muy gruesas, el suelo no drena apreciablemente durante el sismo. Por lo tanto, en la

mayoría de los casos deben utilizarse resistencias no drenadas para el análisis seudoestático.

Page 5: Metodo de Newmark

METODO DE NEWMARK

Este procedimiento extiende el análisis sísmico a la consideración de la historia de

aceleraciones (acelerogramas) de la masa de deslizamiento. Este acelerograma se

selecciona en tal forma que represente un modelo realístico delos movimientos del

terreno esperados en el sitio y luego se compara con la aceleración límite para

determinar los desplazamientos permanentes.

El método de Newmark (1959) asume que existe una superficie de falla bien

definida, un material rígido y perfectamente plástico, una pérdida despreciable

durante el sismo y la ocurrencia de deformaciones permanentes solamente si el

esfuerzo dinámico supera la resistencia al cortante. Adicionalmente, se supone que

el talud sólo se deforma hacia abajo. El procedimiento requiere que previamente se

Page 6: Metodo de Newmark

determine el valor de la aceleración crítica ky, utilizando métodos convencionales

de equilibrio límite. La principal dificultad de este método es la selección de un

acelerograma apropiado que simule el movimiento del talud; sin embargo, una vez

se ha seleccionado el acelerograma, se pueden calcular los desplazamientos

permanentes por integración doble de las partes del acelerograma que exceden la

aceleración límite para la superficie de falla crítica

Análisis regional de Newmark para deslizamientos inducidos por sismo

Wieczorec et al. (1985) desarrollaron un criterio para evaluar la estabilidad de

pendientes sísmicamente en una región combinando la estabilidad del talud en

estado estático y el análisis de falla de taludes sísmico desarrollado por Newmark

(1965). En general, para modelar la respuesta dinámica de los taludes, se puede

utilizar el método de los desplazamientos permanentes desarrollado por Newmark

(1965). Este método posteriormente fue usado para analizar la estabilidad

dinámica de laderas naturales (Jibson y Keefer, 1993) y para realizar evaluaciones

regionales de peligro por deslizamientos inducidos por sismos, usando Sistemas de

Información Geográfica (Jibson et al., 2000).

El trabajo de Newmark consiste en modelar un deslizamiento como un bloque

rígido y friccionante sobre un plano inclinado (Figura 3). El bloque tiene una

aceleración crítica, ac, que representa el umbral de aceleración requerido para

superar la resistencia cortante y promover el deslizamiento.

El análisis de desplazamientos de Newmark no necesariamente predice los

desplazamientos reales de los deslizamientos en campo, pero resulta una

herramienta útil para definir el comportamiento de cualquier talud ante la acción

de un sismo.

Page 7: Metodo de Newmark

La aceleración crítica es función del factor de seguridad estático y de la geometría del deslizamiento. Puede ser expresada como:

El ángulo en este caso, se refiere a la dirección en la cual se mueve el centro deα

gravedad de la masa cuando ocurre el deslizamiento. En análisis a escala regional,

el valor del ángulo de empuje prácticamente es igual al ángulo de la pendiente de

las laderas. La estabilidad dinámica de las laderas, en el contexto del método de

Newmark, está relacionada con la estabilidad en términos estáticos. Para el caso de

análisis regionales de deslizamientos, se puede usar el método estático de

equilibrio límite, basado en el talud infinito, considerando un comportamiento

cohesivo y friccionante para todos los taludes analizados. Este método permite

hacer análisis en grandes áreas e integrarlos en un SIG, debido a su sencillez. De

hecho, cuando se evalúa la estabilidad de las laderas en grandes áreas, no es

posible usar métodos más exactos pues se desconocen las propiedades mecánicas

de los materiales y la geometría de los deslizamientos (Luzi et al., 2000).

Un análisis riguroso usando el método de Newmark, implica la integración doble

de las partes de registros de aceleración tiempo de sismos específicos, que excedan

la aceleración crítica de los taludes (Figura 4). Para análisis regionales que

implican la creación de mallas de 25 x 25m o de 50 x 50 m, dentro de un SIG, lo

anterior resulta impráctico (Jibson et a. 2000).

Page 8: Metodo de Newmark
Page 9: Metodo de Newmark

METODOS DE EVALUACION DE DESLIZAMIENTO INDUCIDOS POR SISMO

METODO DE TALUD INFINITO

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METODO DE NEWMARK PARA RESPUESTAS ELASTICAS

Page 11: Metodo de Newmark
Page 12: Metodo de Newmark

METODO DE NEWMARK PARA RESPUESTAS INELASTICAS

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Page 14: Metodo de Newmark

BIBLIOGRAFIA:

- http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/496/A6.pdf?sequence=6

- Capitulo 3 Metodos de Evaluacion de deslizamientos Ricardo Carlos Padilla Tesis de Licenciatura, Facultad de Ingeniería UNAM

- http://www.cib.espol.edu.ec/Digipath/D_Tesis_PDF/D-34077.pdf

- https://es.scribd.com/doc/53170729/ANALISIS-DE-ESTABILIDAD-DE-TALUDES

- TESIS MASTER ALEJANDRA SEPULVEDA BARRAZA comportamiento sísmico de taludes rocosos.