modelación geo-mecánica, licuefacción minas

7/25/2019 Modelacin Geo-Mecnica, Licuefaccin Minas

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Memoria resumen de Investigacin Doctoral

Autora: Tupak Obando, Doctor en Geologa, y Gestin Ambiental de Recursos Mineros

por la Universidad Internacional de Andaluca (Huelva, Espaa).

Sede Iberoamericana Santa Mara La Rbida.

Director/Supervisor: Adolfo Torres Romero, Doctor en Ingeniera Ssmica, y Dinmica Estructural. Especialista en

Ingeniera Civil, y Dinmica de suelos. Por la Universidad Internacional de Andaluca

(Huelva, Espaa)

2009

1.- Tema de Investigacin de DoctoradoModelacin geo-mecnica y temporal de la licuefaccin en suelos de minas no metlicas.Estudio de Caso: Ciudad de Managua, Nicaragua

2.- Introduccin

El territorio investigado se enmarc en llano volcnico y sedimentario de la Ciudad de Managuacon pendientes del terreno menor de los 10% rodeados por altozanos y depresiones volcnicasimportantes y distintivas.

Este Estudio abarc terrenos urbanos ocupados por mltiples obras de ingeniera tales comoedificaciones industriales, residenciales, educacionales y comerciales.

El rea comprendi superficie de terreno de *544 km2 dentro de desarrollo urbano constituido porbarrios y comunidades rurales y urbanas de la municipalidad, en donde se desarrollan proyectos deconstruccin de edificaciones industriales, residenciales, educacionales y comerciales. Lascoordenadas geogrficas del rea son *N12,09'00 E8616'00.

La investigacin tuvo por objetivo la determinacin del potencial de licuacin del suelo en el reade la ciudad de Managua para la ordenanza territorial, planificacin fsica y constructiva dentro

esta regin del pacfico de Nicaragua. O bien para usos por la industria de construccin deinfraestructura de transporte y edificacin urbana; empresas y normativas constructivas estatal oprivada; el desarrollo de la cultura de proteccin civil; la gestin del riesgo; los proyectos deinversin econmica; la generacin de conocimientos actualizados provechosos por acadmicos einvestigadores de universidades, instituto politcnicos, centro de investigacin, entre otros

El sitio con forma cuadriforme, se seleccion por la disponibilidad de datos tcnicos, es un rea defcil acceso, zona de inters comercial e industrial, con amplio desarrollo geogrfico. Managua, con*1,850,000 habitantes aproximadamente (tasa alta de densidad poblacional), es considerado por el

GSHAP (Global Seismic Hazard Assesment Program, 1999) como una zona con alta amenaza

ssmica, que se incrementa por las condiciones locales del suelo y caractersticas dinmica de lossismos acompaada de poco ms o menos 10 fallas geolgicas activas.


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3.- Hiptesis y objetivos

Objetivos:

Compilar y evaluar los datos geotcnicos existentes en el rea de estudio que justifique larealizacin de mapa de suelos licuables.

Reconocer en el terreno evidencias geolgicas y fsicas superficiales de licuacin del suelo.

Proponer un mtodo para el anlisis de licuacin potencial del suelo basado en correlacionesnumricas y grficas reales de las propiedades dinmicas de los suelos considerando medicionesresultantes de ensayos SPT

Verificacin del mtodo propuesto en un caso real, como la ciudad de Managua, en el cual el autorde esta investigacin estuvo involucrado.

Hiptesis:

-

Muchos de los daos en las obras de ingeniera bajo condiciones reales muestranvulnerabilidad en sus cimientos con la licuefaccin del suelo por la dificultad de observar elmecanismo evolutivo de tal proceso geolgico durante sismosImportantes.

- La variabilidad de la carga ssmica induce en la fase suelo estructura comportamiento nolineal e histrico que conlleva a la degradacin mecnica del suelo

- Los mecanismo de rotura y deformacin condicionan el ensayoAnaltico, siendo contrario en caso de las pruebas en campo

4.- Grado de innovacin previsto

Se presentan las aportaciones originales generadas de esta tesis doctoral como la forma de aplicacinde la metodologa para valoracin cuantitativa y atributiva de los parmetros y propiedadesdinmicas condicionante de la licuacin del subsuelo en la ciudad de Managua; la propuesta deumbrales de velocidad de onda de corte, tipificacin de suelos y perodos fundamentales de vibracindel suelo, teniendo en cuenta artculo 25relativo a la Influencia del Suelo y Perodos del Edificiorecogidos en acpite de Normas Mnimas para Determinar la Carga debida a Sismos del

Reglamento Nacional de la Construccin hasta la fecha vigente; la propuesta de clasificacin ydescripcin de valores de mdulo cortante y densidad relativa a partir de modelacin numricaespecfica. La evaluacin de informacin dinmica y geotcnica de suelos y rocas locales aplicandoprograma de cmputo SPSS V. 10 y STATS TM V.2. La evaluacin de potencial de licuacin desuelos, tenacidad mecnica y consistencia de suelos empleando software ArcGis 9.3. Las matrices ydiagramas de relacin doble para valoracin de informacin cualitativa y numrica obtenida delanlisis estadstico-matemtico. Para la realizacin de este trabajo se ha aplicado tcnicas deestadsticas descriptivas, iconogrfica, escalograma Likert y modelos matemticos distintivos.


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5.- Metodologa y diseo experimental

5.1.- Etapa organizativa

Se compil y analiz la informacin relevante, y necesaria siguiendo criterios lgicos y adecuados alproblema que aqu se aborda basado en fuentes documentales (especialmente, datos geotcnicos de

las importantes zonas de la ciudad capital), y modelos cartogrficos disponibles en el pas(universidades, institutos politcnicos, instituciones acadmicas, centros de investigacin ybibliotecas).

Se realizan consultas a especialistas ingenieros de suelos y ssmicos nicaragenses e internacionalessobre el tpico abordado en la presente investigacin doctoral

Se preparan mapa de ubicacin geogrfica que englobe el rea estudiada a escala 1:180,000usando fuentes de datos SIG del Instituto Nicaragense de Estudios Territoriales de aos anteriores.

El sitio investigado con forma casi paralelogramo ocup superficie cuadrtica de considerableextensin, siendo el tamao de la muestra representativa el 100% del rea estudiada.

En este estudio, se aplic tcnicas geotcnicas e iconogrficas, procedimientos geo-estadstico parala representacin visual de resultados apoyados de programas informticos (STATS TM V.2; SPSSV.13, AutoCad, SismoEstruct, Liquiter V. 8, ArcGis 9.3, entre otros), procedimientos de ensayos insitu del SPT. Se aplican modelos matemticos especficos {Vs = 89.8N0.341; G = densidad* Vs

2; y

otros}, entre otros., apoyados de equipos de medicin electrnica.

5.2.- Etapa Analtica

Se clasifica y valora las velocidades de ondas de corte para la ciudad de Managua usando criteriostcnicos estndares reunidos en la publicacin Anlisis del Comportamiento Dinmico de los

Suelos durante Sismos en el rea de Managua, Nicaragua, de Moore (1990), y Anlisis deEspectros de Respuestas en el rea de Managua de la Ciudad de Managua de Parrales (2001).

Se obtuvo informacin aprovechando la base de datos geotcnicos de ms de 1,220 ensayosexperimentales y en campo realizados en esta ltima dcada. La informacin geotcnica procedeparte de estudios geotcnicos, e investigaciones de zonacin ssmicas realizadas en la Ciudad deManagua. La base de datos contiene mediciones de campo sobre parmetros dinmicos del

subsuelo, que resultan de ensayos de penetracin estndar (NSPT).A su vez, se aplica la correlacin cuantitativa propuesta por Imai y Fumoto (1975) para laobtencin de velocidades de ondas de corte y mdulo cortante. De esto, se obtuvieron mltiplesmapas temticos a escala detalle.

Hay que enfatizar que los datos de entrada al modelo numrico planteado por Imai y Fumoto(1975)se obtuvieron de los estudios de zonificacin geotcnica y ssmica realizado en Managua(Daz, H., y Tllez, C. ,1994; Martnez, B. 1977; Ministerio de Infraestructura y Transporte,1997; Prez, V.,1973; Valera, J.,1973; Zapata, R.1984; y otros).

No obstante, se determin por el autor de la presente investigacin, modelos matemticos develocidad de corte y modulo cortante en funcin de nmeros de golpes suministrado al subsuelo deManagua. En este estudio doctoral se cont con colaboracin Germn Obando, Ingeniero Civil,cuyas de inters son ingeniera del Suelo y mecnica estructural.


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Es preciso mencionar que aquellas zonas de la ciudad donde se presenta exigua cantidad demedicin geotcnica se reforzarn con modelo matemtico concretas.

Se zonific el rea de estudio en funcin de parmetros dinmicos (velocidades de corte, modulocortante y otros) de igual valor apoyados de herramienta informtica ArcGis 9.3, que permiti

diferenciar zonas o suelos licuables con diferentes niveles de susceptibilidad.

5.3.- Etapa de Campo

Se reconoci, document iconogrficamente, dimension y geo-localiz evidencias fsicas en elterreno sobre caractersticas y/o condiciones extrnseco e intrnseca de suelos licuables del reaestudiada, aprovechando las condiciones de accesibilidad al mismo. Se identifican estructurassedimentarias impresas en el subsuelo (indicativo de licuefaccin), como huellas de volcanes dearenas, sand blow (arenas movedizas), los diques clsticos y los sill clsticos. Se realizan mapastemticos a escala detalle apoyado de ArcGis 9. Se obtuvo datos usando criterios y clasificacionesestndares de la Ingeniera Geolgica

5.4.- Etapa de procesamiento e interpretacin de datos

Se dio tratamiento, anlisis estadstico matemtico y descriptivo, y presentacin (grficos,diagramas, histogramas, tablas y otros) de los datos geolgico y geotcnico (especialmente,parmetros dinmicos influyentes) para determinar el potencial de licuacin del terreno sometidos a

movimientos ssmicos usando mtodos grficos y estadstico apoyado de programas informticosSPSS versin 10 , FLAC, y STATS TM V.2 y Escalograma LIKERT. Se represent visual ynumricamente en unidades porcentuales conjunto de datos cuantitativos y cualitativos con vistadescribir las caractersticas sistmicaslocales.

5.5.- Etapa de Oficina

Por ltimo se elabor documento final para Doctorado en Geologa y Gestin Ambiental de losRecursos Minerales presentado a la Sede Iberoamericana Santa Mara La Rbida, UniversidadInternacional de Andaluca (UNIA) de Huelva, Espaa. Este documento plasma las etapas delproceso investigativo con sus respectivos recursos ilustrativos (numricos, cartogrficos, descriptivose interpretativos), anlisis de la situacin, resultados, conclusiones, recomendaciones y anexos.

6- Resultados Obtenidos

En esta seccin parte se plantean los producto del anlisis y el tratamiento de datos. Asimismo, serepresentan los hallazgos encontrados de este presente estudio doctoral a travs de tablas, grficas,diagramas, cuadros y mapas.

A partir de la metodologa propuesta apoyada de mltiples tcnicas modernas, se permite obtener lossiguientes productos:


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Mapa de rea de licuacin en Managua resultante del anlisis de datos procedentes deensayos geotcnicos in situ, y en laboratorio.

Memoria de clculos sobre la ingeniera geotcnica, geolgica y ssmica de la estructura delsubsuelo local.

Mapa de efectos de licuacin en suelos capitalinos. Segn datos aportados por el presenteEstudio, los sitios propensos a licuarse ocupan la zona costera del lago Xolotln en la regin

Norte de Managua (por ejemplo, el Teatro Rubn Daro, Linda Vista, Julio Martnez,Edificio Silvio Mayorga, San Isidro, Altos de Santo Domingo, Altagracia, UNAN-RURD).Sugiriendo un comportamiento dinmico distinto a otros lugares de la ciudad, en que esnotorio las evidencias fsica en superficie del proceso de licuacin por sismos importantes.Este resultado es corroborado con estudios realizados por Moore (1,990), y Parrales et. al.(2001).

Propuesta de un Modelo conceptual sobre la determinacin del potencial de licuacin delsuelo basado en correlaciones analticas, y parmetros dinmicos del subsuelo de Managua.

Mapa del potencial de licuacin en el rea de la Ciudad de Managua. Se indican las zonassusceptibles de Managua a procesos licuables, en que se muestra un desarrollo preferente al

Noroeste y Sur del territorio investigado.

Productos cartogrficos, numricos, interpretativos y conceptuales.7- Breve resea bibliogrfica

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