traducción - capitulo 7

7/25/2019 Traduccin - Capitulo 7

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Captulo 7

Asentamiento Inducido por Sismos

CONTENIDO

SMBOLO DEFINICIN ................................................................................................... 17.1 INTRODUCCIN ............................................................................................ 3

7.2 ASENTAMIENTO VERSUS FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA LALICUEFACCIN................................................................................................................. 4

7.2.1 Introduccin........................................................................................................ 4

7.2.2 Mtodos de Anlisis............................................................................................ 4

......................................................................................................................................... 5

FIGURA 7.1Grfico para estimar el asentamiento superficial del suelo de arena limpiacomo una funcin del factor de seguridad contra la licuefaccin FSL, Para utilizar estafigura, una de las siguientes propiedades se debe determinar: densidad relativa Dr, delsuelo in situ, tensin deformacin mxima a ser inducida por el sismo de diseo ,resistencia de penetracin del cono 1/2, o el valor de la prueba de penetracin


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estndar japons 1. Para efectos prcticos, suponga que la prueba de penetracinestndar japons 1 , el valor es igual al valor (1)60 a partir de la Ec. (5.2).(Reproducido de Kramer 1996, desarrollado originalmente por Ishihara Yoshimine1992.)............................................................................................................................... 5

Mtodo de Tokimatsu y de Seed (1984, 1987). El cuadro 7.2 muestra un grfico

desarrollado por Tokimatsu y Seed (1984, 1987) que pueden ser utilizados para estimarel asentamiento superficial del suelo de arenas limpias saturadas. Las lneas slidas enla fig. 7.2 representan la tensin volumtrica para el suelo licuado (es decir, el factor deseguridad contra la licuefaccin inferior o igual a 1.0). Observar que el de lnea llenaetiqueta 1 por ciento de tensin volumtrica en la fig. 2.2 es similar a la lnea divisoriaen la fig. 6.6 entre la arena limpia licuadas y no licuada. ............................................... 6

......................................................................................................................................... 6

FIGURA 7.2Grfico para estimar el asentamiento superficial del suelo de arena limpiapara el factor de seguridad contra la licuefaccin menor o igual a 1,0 (lneas continuas)y mayor que 1.0 (lneas discontinuas). Para utilizar esta figura, la relacin de tensin

cclica de la ecuacin (6.6) y el valor de la ecuacin (5.2) (1)60debe determinarse.(Reproducido de Kramer 1996, desarrollado originalmente por Tokimatsu y Seed 1984.)......................................................................................................................................... 6

Problema Ejemplo. Este problema ejemplo ilustra el procedimiento utilizado paradeterminar el asentamiento superficie del suelo usando las Figuras 7.1 y 7.2. ............... 7

7.2.3 Limitaciones............................................................................................................. 8


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7.3 DAO DEL TERRENO IDUCIDO POR LA LICUEFACCION............. 9

7.3.1 Tipos de Daos.................................................................................................... 9

7.3.2 Mtodo de Anlisis........................................................................................... 11

7.3.3 Problema Ejemplo................................................................................................. 14

7.4 COMPRESIN VOLUMETRICA............................................................................. 14

7.4.1 Principales Factores que Causan Compresin Volumtr ica................................ 14

7.4.2 Grfico por Asentamiento simple........................................................................... 15

7.4.3 Mtodo por Tokimatsu y Seed................................................................................ 16

FIGURA 7.7grfica simple que se puede utilizar para determinar el asentamiento dearena seca. En esta figura, utilizar el pico de aceleracin del suelo p, y asumir que N serefiere a (N1) 60valores de la ecuacin. (5.2). (Reproducido de Krinitatcy et al. 1993,con permiso de John Wiley & Sons.) ............................................................................ 16

7.4.4 Problema Ejemplo................................................................................................... 22

7.4.5 L imitaciones............................................................................................................ 25

7.6 PROBLEMAS................................................................................................................ 27


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Captulo 7

Asentamiento Inducido por Sismos

La siguiente notacin se utiliza en este captulo:

SMBOLO DEFINICIN, Aceleracin horizontal mxima en la superficie del terreno

(Tambin conocida como aceleracin pico (mxima) del terreno.

CSR Relacin de esfuerzo cclico (proporcin)

Densidad relativa

Eficacia del martillo

F Fuerza lateral que reacciona al cortante inducido por el terremoto en la base

FS, FS Factor de seguridad contra la licuefaccin

g Aceleracin de la gravedad

eff Mdulo efectivo de cortante al nivel de deformacin unitaria inducida

Mdulo del cortante en un nivel bajo de deformacin unitaria

H Espesor inicial de la capa del suelo

Espesor de la capa superficial que no licuar

Espesor de la capa del suelo que licuar durante el terremoto

Cambio en la altura de la capa del suelo

Coeficiente de presin de la tierra en reposo

co Valor aadido a ()para tomar en cuenta los finos de los suelos

N Nmero de golpes del SPT (golpes por pie) sin corregir

Valor de la prueba de penetracin de la norma japonesa para fig. 7.1

() Valor deNcorregido para procedimiento de pruebas en el campo y lapresin de la sobrecarga (peso superyacente)

OCR Relacin de sobreconsolidacin =

Resistencia del cono corregida por la presin de la sobrecarga

Factor de reduccin de profundidad

Exceso de agua por la presin de poros


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V Cortante base inducido por terremoto

Asentamiento diferencial mximo de la fundacin inducido por sismo

Deformacin unitaria volumtrica

eff Deformacin cortante efectiva Tensin de cortante mxima

t Peso total unitario del suelo

Asentamiento total de la fundacininducido por terremoto

Tensin vertical total

Tensin eficaz principal

Mxima presin pasada, tambin conocida como presin de pre-

consolidacin Tensin efectiva vertical

Tensin eficaz principal importante

Tensin eficaz principal intermedia

Tensin eficaz principal de menor importancia

Incremento de la presin de la fundacin debido al terremoto

Amplitud de tensin cclica uniforme de cortante del terremoto

eff Tensin de cortante inducida por terremoto

max Tensin de cortante mximo inducida por terremoto


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7.1

INTRODUCCIN

7.2.1 I ntr oduccin

Como se discuti en la Sec. 4.2, aquellos edificios fundados sobre roca slida son menospropensos a experimentar asentamiento diferencial inducido por el terremoto. Sin embargo,

los edificios en suelo podran estar sometidos a diferentes tipos de asentamientos inducidospor terremotos. Este captulo trata con solo el asentamiento del suelo para una condicin desuperficie nivel-suelo. Los tipos de asentamientos inducidos por terremotos discutidos eneste captulo son los siguientes:

Asentamiento versus el factor de seguridad contra la licuefaccin (Sec. 7.2): En esta

seccin se describen dos mtodos que se pueden utilizar para estimar el asentamientosuperficial del suelo para diversos valores del factor de seguridad contra la licuefaccin(FS). Si FS es menor que o igual a 1,0, entonces se producir la licuefaccin, y elasentamiento se produce como el agua fluye desde el suelo en respuesta a las presionesde agua de poro en exceso inducida por el terremoto. Incluso para FS superior a 1,0,todava podra haber generacin de exceso de presiones de agua de los poros y por lotanto el asentamiento del suelo. Sin embargo, la magnitud del asentamiento ser muchomayor para la condicin de licuefaccin en comparacin con el estado no licuado.

Dao del suelo inducido por la licuefaccin (Sec. 7.3):Tambin podra haber daos enel suelo inducida por la licuefaccin que causa el asentamiento de las estructuras. Porejemplo, podra haber la prdida de suelo por debajo de la estructura inducida por lalicuefaccin, tales como la prdida de suelo a travs del desarrollo de la reduccin dearena en la superficie del suelo. El suelo licuado tambin podra provocar el desarrollode fisuras en la superficie del suelo que causa asentamiento de estructuras.

Compresin volumtrica (Sec. 7.4):Compresin volumtrica es tambin conocido como

densificacin del suelo. Este tipo de asentamiento es debido al temblor de tierra queprovoca que el suelo se comprima junto, tales como arenas secas y sueltas que sedensifican durante el terremoto.

Asentamiento debido a las cargas dinmicas causadas por agitacin (Sec. 7.5):Este tipo

de asentamiento es debido a las cargas estructurales dinmicas que momentneamenteaumentan la presin de la fundacin que acta sobre el suelo. El suelo se deforma enrespuesta a la carga estructural dinmica, lo que resulta en el asentamiento del edificio.Este asentamiento debido a las cargas dinmicas a menudo es consecuencia de que laestructura se balancea hacia adelante y hacia atrs.

El enfoque habitual para el anlisis del asentamiento es estimar primero la cantidad deasentamiento total inducidos por terremotos de la estructura. Debido a las condicionesdel suelo y las cargas variables estructurales, el asentamiento inducido por el terremoto raravez es uniforme. Una suposicin comn es que el asentamiento diferencial mximo de labase ser igual al 50 a 75 por ciento de (es decir, 0.5


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mitigacin, tales como el mejoramiento del suelo o la construccin de cimentacionesprofundas.

7.2ASENTAMIENTO VERSUS FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA LALICUEFACCIN

7.2.1 Introduccin

Esta seccin discute dos mtodos que se puedan utilizar para estimar el asentamientoSuperficial del suelo varios valores de para los distintos valores del factor de seguridad contrala licuefaccin. Un anlisis de la licuefaccin (Cap. 6) primero se realiza para determinar elfactor de la seguridad contra la licuefaccin. Si FS es inferior o igual a 1.0, entonces seproducir la licuefaccin y el asentamiento ocurre como fluye el agua de la tierra en respuestaal exceso de presiones de agua de poro inducida por el terremoto. Incluso para FS mayor que1.0, pueden todava haber generacin del exceso de presin de agua de poro del suelo. Noobstante, el asentamiento de la liquidacin ser mucho mayor para la condicin delicuefaccin en comparacin con el estado no licuado.Esta seccin est dedicado solamente a una estimacin del asentamiento superficie del suelo

para varios valores del factor de seguridad. Otros tipos de movimientos inducidos porlicuefaccin, tales como fallas de capacidad, flujos laminares y extensin lateral, se discutenen los captulos 8 y 9.

7.2.2 Mtodos de Anlisis

Mtodo de Ishihara y Yoshimine (1992). En la figura 7.1 se muestra un grfico desarrollado porIshihara y Yoshimine (1992) que puede ser utilizada para estimar la superficie del sueloasentada de arenas limpias saturadas para un determinado factor de seguridad contra lalicuefaccin dado. El procedimiento para la utilizacin de la Fig. 7.1 es como sigue:

1.

Calcular el factor de seguridad contra a la licuefaccin : El primer paso escalcular el factor de seguridad contra a la licuefaccin, mediante el procedimientodescrito en el captulo 6 [es decir, Eq. (6.8)]

2. Las propiedades del suelo: El segundo paso es determinar una de las siguientespropiedades:La densidad relativa del suelo in situ, la mxima tensin de cortante que seinducir por el sismo de diseo , resistencia a la penetracin del cono corregida/

, o el valor de la prueba de penetracin estndar japons.Kramer (1996) indica que la prueba de penetracin estndar japons normalmentetransmite aproximadamente un 20 por ciento ms de energa al muestre SPT y laecuacin = 0.83() puede utilizarse para convertir el valor () al valor

japons . Sin embargo, R. B. Seed (1991) afirma que el resultado SPT Japonsrequieren correcciones para efectos de frecuencias de golpe y lanzamiento de martillo,y que estas correcciones son equivalentes a una proporcin de energa efectiva globalde 0,55 (versus a = 0.60para martillo de seguridad de Estados Unidos). AsR. B. Seed (1991) afirma que los valores () deben aumentarse enaproximadamente un 10 por ciento (es decir, 0.6/ 0.55) cuando se utiliza la Fig.1.1para estimar la compresin volumtrica, o = 1.10(). Es una cuestin prctica,


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se puede asumir que el valor japons es aproximadamente equivalente al valor()calculado a partir de la ecuacin (5.2) (Sec. 5.4.3).

3. Tensin Volumtrica: En la figura 7.1, entrar en el eje vertical con el factor deseguridad contra la licuefaccin, intersecta la curva correspondiente al valor japons[japons asumido = ()de la ecuacin (5.2)], y luego determinar la tensin

volumtrica para el eje horizontal. Note que en la Figura 7.1 que cada curva puede extenderse recta hacia abajo para obtener la tensin volumtrica para valoresmuy bajos del factor de seguridad contra la licuefaccin.

4. Asentamiento: El asentamiento del suelo se calcula como la tensin volumtrica,expresada como un decimal, veces el espesor de la capa de suelo licuado.

FIGURA 7.1Grfico para estimar el asentamiento superficial del suelo de arena limpia como

una funcin del factor de seguridad contra la licuefaccin FS, Para utilizar esta figura, unade las siguientes propiedades se debe determinar: densidad relativa D, del suelo in situ,tensin deformacin mxima a ser inducida por el sismo de diseo , resistencia depenetracin del cono /

, o el valor de la prueba de penetracin estndar japons .Para efectos prcticos, suponga que la prueba de penetracin estndar japons , el valor esigual al valor ()a partir de la Ec. (5.2). (Reproducido de Kramer 1996, desarrolladooriginalmente por Ishihara Yoshimine 1992.)


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Observar en la Fig. 7.1 que la tensin volumtrica se puede calcular tambin para la arenalimpia que tiene un factor de seguridad contra la licuefaccin superior a 1.0. Para FSmayorde 1.0 pero menor de 2 0, la contraccin de la estructura del suelo durante la sacudida delterremoto resulta en presiones de poros de agua que se disiparn y causan una cantidad mspequea de asentamiento. En FSigual a o mayor de 2.0, la fig. 7.1 indica que la tensin

volumtrica ser esencialmente igual a cero. Esto es porque para FSmayores de 2.0, slolos pequeos valores de las presiones de poros de agua en exceso sern generadas durantela sacudida del terremoto (es decir, ver fig. 5.15).

Mtodo de Tokimatsu y de Seed (1984, 1987).El cuadro 7.2 muestra un grfico desarrolladopor Tokimatsu y Seed (1984, 1987) que pueden ser utilizados para estimar el asentamientosuperficial del suelo de arenas limpias saturadas. Las lneas slidas en la fig. 7.2 representanla tensin volumtrica para el suelo licuado (es decir, el factor de seguridad contra lalicuefaccin inferior o igual a 1.0). Observar que el de lnea llena etiqueta 1 por ciento detensin volumtrica en la fig. 2.2 es similar a la lnea divisoria en la fig. 6.6 entre la arenalimpia licuadas y no licuada.

FIGURA 7.2Grfico para estimar el asentamiento superficial del suelo de arena limpia parael factor de seguridad contra la licuefaccin menor o igual a 1,0 (lneas continuas) y mayorque 1.0 (lneas discontinuas). Para utilizar esta figura, la relacin de tensin cclica de laecuacin (6.6) y el valor de la ecuacin (5.2) ()debe determinarse. (Reproducido deKramer 1996, desarrollado originalmente por Tokimatsu y Seed 1984.)


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Las lneas discontinuas en fig. 7.2 representan la tensin volumtrica para una condicindonde el exceso de presiones de poros de agua se generan durante el terremoto, pero lasacudida del suelo no es suficiente para causar la licuefaccin (es decir, FS > 1.0). Esto essimilar a los datos en la fig. 7.1, en eso la contraccin de la estructura del suelo durante lasacudida del terremoto podra causar exceso de las presiones de poros de agua que se

disiparn y darn lugar a cantidades ms pequeas de asentamiento. As usando las lneasdiscontinuas en la figura 7.2, el asentamiento de las arenas limpias que tienen un factor deseguridad contra la licuefaccin en exceso de 1.0 puede tambin ser calculado.El procedimiento fara usar la fig. 7 .2 es como sigue:

1.

Calcular la relacin de tensin ccli ca: El primer paso es calcular la relacin de tensincclica (CRS) usando la ecuacin (6.6). Usualmente un anlisis de la licuefaccin (Cap.6) se realiza primero, y por tanto el valor de CRS ya deberan haberse calculado.

2. Valor CRS ajustado:La figura 7.2 fue desarrollada para un terremoto de magnitud 7,5.Tokimatsu y Seed (1987) sugieren que la relacin de tensin cclica calculada a partir dela ecuacin (6.6) puede ajustarse si la magnitud del sismo anticipada es diferente de 7,5.El valor CRS corregido se obtiene dividiendo el valor de CRS de la ecuacin (6.6) por elfactor de escala de magnitud de la tabla 6.2. El grfico de la Fig.7.2 se introduce en el ejevertical mediante el uso de este valor CSR corregido.Como se ilustra en el siguiente problema de ejemplo, la aplicacin de un factor decorreccin de magnitud del sismo para la relacin de tensin cclica suele ser innecesaria.La razn es que una vez se haya producido la licuefaccin, un terremoto de mayormagnitud no dar lugar a ningn asentamiento adicional del suelo licuado. Por lo tanto,como cuestin prctica, el grfico en la Fig. 7.2 se puede introducir en el eje vertical conel valor CRS de la ecuacin. (6.6).

3. Valor ():Ahora calcular el valor ()[Ec. (5.2), ver Sec. 5.4.3]. Por lo general,un anlisis de licuefaccin (cap. 6) se lleva a cabo en primer lugar, y por lo tanto el valorde (

)

ya debera haber sido calculado.

4.

Tensin volumtr ica:En la Fig. 7.2, la tensin volumtrica se determina mediante laintroduccin del eje vertical con CRS de la ecuacin (6.6) y entrando en el eje horizontalcon el valor ()de la ecuacin (5.2).

5. Asentamiento: El asentamiento del suelo se calcula como la tensin volumtrica,expresado como un decimal, veces el espesor de la capa de suelo licuado.

Problema Ejemplo. Este problema ejemplo ilustra el procedimiento utilizado paradeterminar el asentamiento superficie del suelo usando las Figuras 7.1 y 7.2.Utilice los datos del problema ejemplo en la Sec. 6.4.5. Supongamos que la capa del suelolicuado es de 1,0 m de espesor. Como se indica en la Sec. 6.4.5, el factor de seguridad contrala licuefaccin es 0.26, y el valor calculado de (

)

determinada a una profundidad de 3

m por debajo de la superficie del suelo es igual a 7.7.

Solucin utilizando Fig.7.1: Para la fig. 7.1, supongamos que el valor japons , esaproximadamente igual al valor ()de la ecuacin. (5.2), o utilizar = 7.7japonesa.Las curvas japonesas , etiquetadas 6 y 10 se extienden directamente hacia abajo paraFS = 0,26 y, a continuacin, mediante la extrapolacin entre las curvas para un valor


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de 7.7, la tensin volumtrica es igual a 4.1 por ciento. Desde la capa de suelo in situlicuado es 1,0 m de espesor, el asentamiento superficial del suelo licuado es igual a 1.0m veces 0.041, o un asentamiento de 4,1 cm.

Solucin utilizando fig.7.2: Por ejemplo, el problema en la Sec. 6.4.5, la relacin de

tensin cclica de la ecuacin (6.6) es igual a 0.34, y el valor calculado de ()

determinada a una profundidad de 3 m por debajo de la superficie del suelo es igual a 7.7.Introduciendo la Fig. 7 0.2 con CRS = 0,34 y () = 7.7, la tensin volumtrica esigual a 3.0 por ciento. Desde la capa de suelo in situ licuado es 1,0 m de espesor, elasentamiento superficial del suelo licuado es igual a 1.0 m veces 0.030, o un asentamientode 3,0 cm.Supongamos que en lugar de asumir que el terremoto tendr una magnitud de 7.5, elproblema ejemplo se repite para un terremoto de magnitud 5/4como se indica en la Tabla6.2, el factor de escala de magnitud = 1,5, y por lo tanto la CSR corregida es igual a 0,34dividido por 1.5, o 0.23. Introduciendo la Fig. 7 0.2 con la CSR modificada = 0,23 y() = 7.7, la tensin volumtrica sigue siendo igual a 3.0 por ciento. Por lo tanto,siempre que la arena se licua por los terremotos de magnitud 5/4y magnitud de 7.5, el

asentamiento del suelo licuado es el mismo. Resumen de valores:Basado en los dos mtodos, el asentamiento superficial del suelo

de la capa de arena licuada de 1,0 m de espesor se espera que este en el orden de 3 a4 cm.

Suelos limosos.Las figuras 7.1 y 7.2 fueron desarrollados para los depsitos de arenalimpia (finos 5 por ciento). Para suelos limosos, R.B. Seed (1991) sugiere que elajuste ms adecuado es aumentar el valor (), sumando los valores de oseindica a continuacin:

Porcentaje de Finos 5 0

10 125 250 475 5

7.2.3 Limitaciones

Los mtodos presentados en las Figs. 7.1 y 7.2 slo se pueden utilizar en los siguientes casos:

Estructuras ligeras: Asentamiento de estructuras ligeras, como edificios de marcos

de madera soportados por cimientos poco profundos Tensin de apoyo neto bajo:Asentamiento de cualquier otro tipo de estructura que

imparte una presin neta baja del soporte sobre el suelo. Fundacin flotante: Asentamiento de fundaciones flotantes, siempre y cuando la zona

de licuefaccin est por debajo de la parte inferior de la base y la fundacin flotanteno imparte una tensin neta significativa sobre el suelo.

Estructuras pesadas con licuefaccin profunda:Asentamiento de estructuras pesadas,tales como edificios masivos fundados sobre cimientos poco profundos, siempre que


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la zona de licuefaccin es lo suficientemente profunda que el aumento de la tensincausada por la carga estructural es relativamente baja.

Asentamiento diferencial: el movimiento diferencial entre una estructura y anexosadyacentes, donde la estructura contiene una cimentacin profunda que est apoyadapor los estratos debajo de la zona de licuefaccin

Los mtodos presentados en las Figs. 7.1 y 7.2 no se pueden utilizar en los siguientes casos:

Fundaciones soportadas en suelo licuables:No utilizar figuras. 7.1 y 7.2 cuando lafundacin esta soportada en el suelo que licuar durante el sismo de diseo. Inclusofundaciones con poca carga se hunden en el suelo licuado.

Edificios pesados con suelos licuables subyacente: No utilizar figuras. 7.1 y 7.2

cuando el suelo licuado est cerca de la parte inferior de la base y la fundacin aplicauna gran carga neta sobre el suelo. En este caso, una vez que el suelo ha licuado, lacarga de fundacin har que se punzone o se hunda en el suelo licuado. Incluso podraser un tipo de capacidad de carga de falla. Obviamente estos casos darn lugar al

asentamiento muy por encima de los valores obtenidos en las figuras. 7.1 y 7.2. Porlo general es muy difcil determinar el asentamiento para estas condiciones, y la mejorsolucin tcnica es proporcionar un factor de seguridad esttico suficientemente altopor lo que existe una amplia resistencia contra una falla de capacidad de soporte. Estose discute ms en el Cap. 8.

Efectos de flotabilidad:Considere los posibles efectos de flotabilidad. Los ejemplosincluyen tanques de almacenamiento enterrados o tuberas grandes que estn dentrode la zona del suelo licuado. En lugar de asentarse, los tanques de almacenamiento ytuberas enterradas en realidad pueden flotar en la superficie cuando se licua el suelo.

Condicin del terreno inclinado: No utilice las figuras. 7.1 y 7.2 cuando hay unacondicin de terreno inclinado. Si el sitio es susceptible al flujo laminar inducido por

la licuefaccin o la propagacin lateral, el asentamiento del edificio podra estar muypor encima de los valores obtenidos en las figuras. 7.1 y 7.2. Esto se discute ms enel Cap. 9.

Daos en el suelo inducidos por licuefaccin:Los clculos con figuras. 7.1 y 7.2 no

incluyen el asentamiento que se relaciona con la prdida de suelo a travs deldesarrollo de fornculos de la arena superficial del terreno o el asentamiento decimentaciones superficiales causados por el desarrollo de fisuras superficiales delsuelo. Este tipo de solucin se discuten en la siguiente seccin.

7.3DAO DEL TERRENO IDUCIDO POR LA LICUEFACCION

7.3.1

Tipos de Daos

Como se mencion anteriormente, tambin podra haber daos en el suelo inducidos porlicuefaccin, que causa el asentamiento de las estructuras. Este dao del suelo inducido porla licuefaccin se ilustra en la Fg.7.3. Como se muestra, fueron dos aspectos principales parael dao superficial del suelo:


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1. Ebulliciones de arena:puede haber prdida de suelo de inducido por licuefaccindebajo de la estructura, tales como la prdida de suelo a travs del desarrollo deebulliciones de arena en la superficie del terreno. A menudo, una lnea de ebullicionesde arena, tal como se muestra en la Fig. 7.4, se observa en la superficie del suelo. Unafila de ebulliciones de arena a menudo se desarrollan en lugar de grietas o fisuras en

el suelo.2. Fisuras superficiales: El suelo licuado tambin podra causar el desarrollo de fisuras

superficiales del suelo que rompen el suelo que recubre en bloques que se abren y secierran durante el terremoto. La figura 7.5 muestra el desarrollo de tales fisuras. Notaen la Fig. 7.5 que el suelo licuado en realidad flua fuera de la fisura.Las condiciones del terreno inducidos por la licuefaccin se ilustran en la Fig. 7.3puede daar todo tipo de estructuras, como edificios soportados sobre cimientos pocoprofundos, pavimentos, trabajos de explanacin y servicios pblicos. En cuanto alprincipal factor que influye en el dao del suelo inducido por la licuefaccin, Ishihara(1985) afirma:

Uno de los factores que influyen en la manifestacin superficie de licuefaccin serael espesor de un manto de suelos no licuado subyacente en el depsito de arena quees propenso a la licuefaccin. En caso de que el manto cerca de la superficie del sueloser delgada, la presin de los poros de agua del depsito de arena licuado subyacenteser capaz de romper fcilmente a travs de la capa superficial del suelo, provocandola ruptura del suelo, tal como ebulliciones de arenas y fisuras. Por otro lado, si elmanto del suelo subsuperficial es suficientemente gruesa, la fuerza de elevacindebido a la presin de agua en exceso no ser lo suficientemente fuerte como paracausar una brecha en la capa superficial, y por lo tanto, no habr ningunamanifestacin superficial de licuefaccin incluso si se produce profunda en eldepsito.

Figura 7.3 Daos de tierra causados por la licuacin de una capa de suelo subyacente.(Reproducido de Kramer 1996, desarrollado originalmente por Youd 1984.)


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Figura 7.4Lnea de arena hierve causada por licuefaccin durante el terremoto de Niigata(Japn) del 16 de junio, 1964. (Fotografa De la coleccin Steinbrugge, CEIE, Universidadde California, Berkeley.)

7.3.2 Mtodo de Anlisis

Sobre la base de numerosos estudios de casos, Ishihara (1985) desarroll un grfico (Fig.7.6a)que puede ser utilizado para determinar el espesor de la capa de superficie del suelo nolicuado con el fin de prevenir el dao debido a las ebulliciones de arena y fisuras de lasuperficie. Tres situaciones diferentes fueron utilizadas por Ishihara (1985) en el desarrollode la tabla, y se muestran en la Fig.7.6b.


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Figura 7.5Fisura superficial causada por el terremoto de Izmit en Turqua en agosto 17,1999.

Tenga en cuenta que el suelo licuado fluy nuestra de la fisura. (Fotografa de la lznitcoleccin, CEIE, Universidad de California en Berkeley.)

Ishihara (1985) en el desarrollo de la tabla, y se muestran en Fig.7.6b.

Puesto que es muy difcil determinar la cantidad de asentamiento debido a daos en el sueloinducido por licuefaccin (Fig. 7.3), un enfoque es para asegurar que el sitio tiene una capasuperficial adecuada de suelo no licuable mediante el uso de Fig.7.6. Si el sitio tiene una capasuperficial inadecuada del suelo no licuables, puede ser necesario el mejoramiento del suelopara la construccin de cimentaciones profundas, entonces las medidas de mitigacin, comola colocacin de relleno en la superficie del suelo (caps. 12 y l3).


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Figura 7.6(a) Grfico que se puede utilizar para evaluar la posibilidad de daos en el sueloinducida por licuefaccin-basado en H1, H2, y el pico mx, aceleracin del suelo. (b) Tressituaciones utilizados para el desarrollo de la tabla, donde H 1 = espesor de la capa desuperficie que no licuar durante el terremoto H2 = espesor de la capa de suelo licuable.(Reproducido de Krar Ncr 1996, desarrollado originalmente por Ishihara 1985.)

Para utilizar la Fig.7.6, el espesor de las capas de H1, H2 y, debe ser determinado. Loslineamientos son los siguientes:

1. Espesor H1de la capa de suelo no licuable:

Para dos de las tres situaciones en la fig. 7.6b, la capa de suelo no licuable se define como elespesor de suelo situado por encima de la capa fretica. Como se mencion anteriormente enla Sec. 6.3, el suelo se encuentra por encima del nivel fretico no licuar. Una situacin enla Fig. 7.6b es para una porcin del terreno no licuables por debajo del nivel fretico. Conbase en los estudios de caso, este suelo fue identificado como suelo cohesivo no licuables


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(Ishihara, 1985). Como cuestin prctica, parece el "suelo no licuable" por debajo de la capafretica que se utiliza para definir el espesor de la capa H1, sera aplicable para cualquier tipode suelo que tiene un factor de seguridad contra la licuefaccin en exceso de 1,0. Sin embargo,si el factor de seguridad contra la licuefaccin es slo ligeramente superior a 1,0, todavapodra licuar debido al flujo ascendente de agua de H2capa. Considerable experiencia y el

juicio se requieren para determinar el espesor H, del suelo no licuable cuando una porcin deesta capa est por debajo del nivel fretico.

2.El espesor de la capa de suelo H2licuado:Nota en Fig.7.6b que para las tres situaciones,la capa licuado de arena H2, tiene un valor sin corregir N que es menor que o igual a 10. Estosdatos de valor de N eran aplicables para los estudios de casos evaluados por Ishihara (1955).Parecera que independientemente del valor N, H2, podra ser el espesor de la capa de sueloque tiene un factor de seguridad contra la licuefaccin que es menor que o igual a 1,0.

7.3.3 Problema EjemploEste problema ejemplo ilustra el uso de la fig. 7.6. Utilice los datos de Prob. 6.15, que se

ocupa de las condiciones del subsuelo que se muestran en la Fig. 6.15 para el sitio dedisposicin de aguas residuales. Sobre la base de los datos de prueba de penetracin estndar,la zona de licuefaccin se extiende desde una profundidad de 1,2 a 6,7 m por debajo de lasuperficie del suelo. Asumir la superficie del suelo (superior a 1,2 m) que se muestra en laFig. 6,15 consiste en un suelo no licuable. El uso de un suelo mx. Aceleracin mxima de0,20 g, habr daos en el suelo inducida por licuefaccin en este sitio?

Solucin. Desde la zona de licuefaccin se extiende desde una profundidad de 1.2 a 6.7 m,el espesor de la capa de arena licuable H, es igual a 5,5 m. Al entrar en la Fig.7.6 con H2: 5,5m y la interseccin de la curva de 0,2 g mx., el espesor mnimo de la capa superficial H,necesario para evitar daos en la superficie es de 3 m. Desde la capa superficial del suelo nolicuables slo 1,2 m de espesor, habr daos en el suelo inducida por la licuefaccin.

7.4 COMPRESIN VOLUMETRICA

7.4.1 Princi pales Factores que Causan Compresin Volumtr ica

Compresin volumtrica es tambin conocida como la densificacin del suelo. Este tipo deacuerdo es debido al temblor de tierra inducida por el terremoto que hace que las partculasdel suelo para comprimir juntos. Suelos no cohesivos no cementadas, tales como arenas ogravas secos y sueltos ', son susceptibles a este tipo de asentamiento. Compresinvolumtrica puede resultar en una gran cantidad de solucin de superficie del suelo. Por

ejemplo, Grantz et al. (1964) describen un caso interesante de vibraciones de la tierra en elterremoto de Alaska en 1964 que caus 0,8 m (2.6ft) de asentamiento de aluviones.

Silver y Seed (1971) afirman que la solucin inducida por el terremoto del suelo sin cohesinseca depende de tres factores principales:

1. Densidad relativa del suelo:Mientras el suelo sea ms suelto, ms susceptible esa la compresin volumtrica. Estos suelos no cohesivos que tienen las densidades


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relativas bajas sern ms susceptibles a la densificacin del suelo. A menudo se utilizala prueba de penetracin estndar para evaluar la condicin de la densidad del suelo.

2. Deformacin de corte mximas maxinducidas por el sismo de diseo:Cuanto mayor

es la deformacin de corte inducida por el terremoto, mayor es la tendencia para unsuelo sin cohesin suelta para comprimir. La cantidad de deformacin de corte

depender del max aceleracin del suelo pico "A" mayor valor de max, dar lugar auna mayor deformacin de corte del suelo.

3. Nmero de ciclos de deformacin por esfuerzo cortante: Mientras ms ciclos de

deformacin por esfuerzo cortante, mayor es la tendencia a que la estructura de tierrasuelta para comprimir. Por ejemplo, se observa a menudo que cuanto ms tiempo unaarena suelta se hace vibrar, mayor ser el asentamiento. El nmero de ciclos dedeformacin por esfuerzo cortante puede estar relacionado con la magnitud del sismo.Como se indica en la Tabla 2.2, mayor ser la magnitud del sismo, el ms largo de laduracin de los temblores de tierra.

En resumen, los tres factores principales que rigen el asentamiento de los suelos sin cohesinsuelta y seca son la densidad relativa, la cantidad de deformacin de corte, y el nmero deciclos de tensin de cizallamiento. Estos tres factores se pueden explicar mediante el uso dela prueba estndar de penetracin, la aceleracin mxima del terreno, y la magnitud delterremoto.

7.4.2 Grfico por Asentamiento simple

Figura 7.7 presenta un diagrama simple que puede ser usado para estimar el asentamiento dearena seca (Krinitsky et al. 1993). La figura utiliza el valor estndar N prueba de penetraciny el pico de aceleracin del suelo pcalcular la tensin volumtrica inducida por el terremoto

(es decir, ALTA, expresado como un porcentaje). Figura 7.7 cuentas para dos de los tresfactores principales que causan la compresin volumtrica: la soltura de la tierra basado enel ensayo de penetracin estndar y la cantidad de deformacin de corte basado en el pico deaceleracin del suelo p.

Nota en Fig.7.7 que las curvas se etiquetan en funcin de los N valores sin corregir. Comoun en la prctica, las curvas deben ser en trminos de la prueba de penetracin estndar (N 1)60 valores [ie., Eq. (5.2), Sec. 4.5.31. Esto es porque el (N 1) 60 valor representa con msprecisin la condicin de densidad de la arena. Por ejemplo, dados dos capas de arena quetienen el mismo valor de N no se corrige, la capa de arena cerca de la superficie estarn enun estado mucho ms densa que la capa de arena situada en una gran profundidad.

Para utilizar fig. 7.7, tanto el (N1) 60 valor de la arena y el pico de aceleracin del suelo p,debe ser conocido. A continuacin, mediante la introduccin de la tabla con el " p/g" y queintersecta el valor deseado (N1) 60 curva, la deformacin volumtrica (H\H), expresadocomo porcentaje) se puede determinar. La compresin volumtrica (es decir, la solucin) secalcula entonces multiplicando la deformacin volumtrica, expresado como un decimal, porel espesor de la capa de suelo H.


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7.4.3 Mtodo por Tokimatsu y Seed.

Un mtodo mucho ms complicado para la estimacin del asentamiento de arena seca ha sidopropuesto por Tokimatsu y Seed (1987), basado en el trabajo previo de " Tokimatsu y Seed(1972) y Pyke et. Al. (1975)". Los pasos en el uso de este mtodo son los siguientes:

1. Determine el esfuerzo de cizallamiento efectivo eff. inducida por el terremoto. Elprimer paso es determinar el esfuerzo cortante inducido por el terremoto y luegoconvertir este esfuerzo de corte a una deformacin de corte y eficaz eff. Usando laEc. (6.6) y eliminar el v0 el esfuerzo efectivo vertical desde ambos lados de laecuacin da;

FIGURA 7.7grfica simple que se puede utilizar para determinar el asentamiento dearena seca. En esta figura, utilizar el pico de aceleracin del suelo p, y asumir que Nse refiere a (N1) 60valores de la ecuacin. (5.2). (Reproducido de Krinitatcy et al.1993, con permiso de John Wiley & Sons.)

Donde;

= Amplitud de esfuerzo cortante cclica uniforme del terremoto.

rd = factor de reduccin de la profundidad, tambin conocido como coeficiente de reduccinde la tensin (adimensional). La ecuacin (6.7) o la Fig. 6.5 se puede utilizar para obtener elvalor de rd.


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v0= el esfuerzo vertical total a una profundidad determinada, donde se est realizando elanlisis de la liquidacin, Ib/Pies2 o kPa. Para el clculo de esfuerzo vertical total, el pesototal de la unidad t, de la capa (s) del suelo debe ser conocido.

max = aceleracin mxima horizontal en la superficie del terreno que es inducida por el

terremoto, ft / s o m / s2, que tambin se conoce comnmente como la aceleracin mximadel terreno (ver Sec. 5.6)

g = aceleracin de la gravedad (32.2 ft/s2 o 9.81 m/s2).

Como se discuti en el captulo. 6, Eq. (7.1) fue desarrollado por la conversin de la historialtpica de terremoto irregular a una serie equivalente de ciclos de tensin uniforme suponiendoque cyc= 0.65 max, donde t es igual a la tensin mxima inducida por terremoto cizalladura.Por lo tanto maxes la amplitud de los ciclos de tensin uniforme y se considera que es elesfuerzo cortante efectivo inducido por el terremoto (es decir, eff = cyc). Para determinar ladeformacin de corte efectiva inducida por el terremoto, la relacin entre el esfuerzo de corte

y deformacin de corte se puede utilizar:

Donde;

eff = el esfuerzo efectivo de cizallamiento inducida por el terremoto, que se considera que esigual a la amplitud de los ciclos esfuerzo uniforme utilizado para modelar movimientossmico (cyc = eff) lb / ft2o kPa.

eff = esfuerzo efectiva de cizallamiento que se produce en respuesta a la tensin de corte

efectiva (adimensional)

Geff = mdulo de corte efectiva a nivel de esfuerzo inducida, lb / ft2o kPa.

Sustituyendo la Ec. (7.2) en (7.1) da

Y, por ltimo, dividiendo ambos lados de la ecuacin de G que se define como el mdulo decorte a un nivel de esfuerzo baja, se obtiene como resultado final

Similar al anlisis de licuefaccin en el Cap. 6, todos los parmetros en el lado derecho de laecuacin se puede determinar a excepcin de Gmax .Basado en el trabajo por Ohta y Goto


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(1976) y Seed et al. (1984, 1986), Tokimatsu y Seed (1987) recomiendan que la siguienteecuacin se utiliza para determinar Gmax;

Donde;

Gmax = mdulo de corte a un nivel de esfuerzo baja, lb / ft

2

.(N1) 60= valor N ensayo de penetracin estndar corregido para los procedimientos de pruebade campo y presin de sobrecarga [es decir, la ecuacin. (5.2)]

m= significa el esfuerzo efectivo director, definido como el promedio de la suma de lostres principales tensiones efectivas, o (1+ 2+ 3 )/L3. Para una condicin de geostticoy un depsito de arena que no ha sido precargado (es decir, OCR= 1,0), el coeficiente depresin de tierra en restok0= 0,5. As, el valor de m= 0.67 v0. Nota de la ecuacin.(7.5) que el valor de o '^ debe ser en trminos de libras por pie cuadrado.

Despus de que el valor de Gmax se ha determinado a partir de la Ec. (7.5), el valor de eff(Geff/ Gmax) se puede calcular mediante el uso de la Ec. (7.4), para determinar la deformacinpor esfuerzo cortante eficaz eff del suelo, Fig. 7.8 se introduce con el valor de eff (Geff/Gmax) Y sobre la interseccin del valor apropiado del esfuerzo efectivo director media (men ton/ft2) en la deformacin de corte efectiva eff , se obtiene a partir del eje vertical .

2. Determinar la deformacin volumtrica de v Figura 7.9 se puede utilizar para

determinar la deformacin volumtrica v, de los suelos. Esta cifra fue desarrolladapara los casos de 15 ciclos de deformacin uniforme equivalente, que es representantede un terremoto de magnitud 7,5. En la Fig. 7.9, deformacin cclica por cizallamientocyc, "es equivalente a la deformacin por esfuerzo cortante eficaz eff , calculada apartir de la etapa 1, excepto que la deformacin por esfuerzo cortante cclico cyc seexpresa como un porcentaje (%cyc =100 % eff ). Para determinar la deformacinvolumtrica v, en porcentaje, ya sea la densidad relativa Dr del suelo in situ o losdatos de la prueba de penetracin estndar debe ser conocido. Para Fig. 7.9, asumirla N1, en la figura se refiere a (N1) 60valores a partir de la Ec. (5.2).Para utilizar Fig. 7 0.9, primero convertir eff desde el paso 1 al porcentajedeformacin por cizallamiento cclico (%cyc =100 % eff.). A continuacin,introduzca el eje horizontal con porcentaje cyc, y sobre la interseccin de la curva dedensidad relativa Dr o la (N1) 60curva, el valor de la deformacin volumtrica v, seobtiene a partir del eje vertical.


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FIGURA 7.8Terreno que se utiliza para estimar el esfuerzo efectiva de cizallamiento effpara valores de eff (Geff/Gmax) de la ecuacin. (7.4) y la media principal del esfuerzo efectivom. (Reproducido de Tokimatsu y Seed 1,987, con permiso de la Sociedad Americana deIngenieros Civiles.)

3. Cizallamiento multidireccional: El desarrollo de la Fig.7.9 se bas en condiciones decizallamiento simples unidireccionales, o en otras palabras, la tensin decizallamiento en una sola direccin. Sin embargo las condiciones reales del terremotoque sacude son multidireccionales, donde el suelo se cuela un lado a otro. Sobre labase de pruebas unidireccionales y multidireccionales, Pyke et al. (1975) concluyenque "los asentamientos causados por movimientos horizontales combinadas sonaproximadamente igual a la suma de los asentamientos causados por se combinan loscomponentes actuando solo." Por lo tanto, las deformaciones volumtricasunidireccionales determinan a partir de la Fig. 7.9 debe ser duplicado para tener encuenta los efectos que sacude multidireccionales del terremoto.

4. Magnitud del sismo:Figura 7.9 fue desarrollado por un terremoto de magnitud 7.5(es decir, 15 ciclos a 0.65 mx.). Tabla 7.1 presenta la relacin de deformacin


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volumtrica que puede ser utilizado para determinar la deformacin volumtrica v,para diferentes grados de magnitud del terremoto. El procedimiento consiste enmultiplicar los esfuerzos volumtricos v, desde el paso 3 por la relacin dedeformacin volumtrica VSR de la Tabla 7.1.Tenga en cuenta que la relacin de deformacin volumtrica es similar en concepto a

la magnitud factor de escala(MSF) en la Tabla 6-2. Sera ver en que la relacin de deformacin volumtrica en laTabla 7.1 debe ser igual a la inversa de los factores de escala de magnitud de la Tabla6.2 (es decir, VSR = 1,0 / MSF). Sin embargo, no equivalen porque la correccin enla Tabla 7.1 se hace para deformacin volumtrica, mientras que la correccin en laTabla 6.2 se hace para esfuerzo de cizallamiento.

5. Solucin:Debido a las variaciones en las propiedades del suelo con la profundidad,

el perfil del suelo se debe dividir en varias capas diferentes. La etapa de deformacinvolumtrica 4 A continuacin se calcula para cada capa. El asentamiento para cadacapa es la deformacin volumtrica, expresado como un decimal, veces el espesor de

la capa. El asentamiento total se calcula como la suma de la liquidacin calculadapara cada capa de suelo.Seccin 7.4.4 se presenta un problema de ejemplo que ilustra los diversos pasosdescritos anteriormente. Este mtodo propuesto por Tokimatsu y Seed (1987) es msaplicable para las arenas secas que tienen 5 por ciento o menos finos. Para arenassecas (es decir, el contenido de agua = 0 por ciento), la accin capilar no existe entrelas partculas del suelo. A medida que el contenido de agua de los aumentos de arena,la accin capilar produce una tensin superficial que mantiene unidas las partculasdel suelo y aumenta su resistencia a la solucin volumtricas inducida por elterremoto. Como cuestin prctica, arenas limpias tpicamente tienen una bajacapilaridad y por lo tanto el mtodo por el Tokimatsu y Seed (1987) tambin podraser realizado para las arenas hmedas y mojadas.Para suelos limosos, R.B. Seed (1991) sugiere que el ajuste ms adecuado esaumentar el (N1) 60 valores mediante la adicin de los valores de Ncorr, indicados enla Sec. 7.2.2.


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Figura 7.9Grficos que se pueden utilizar para estimar la deformacin volumtrica v, basada en el esfuerzo cclico de cizallamiento y,de densidad relativa Dr, o el valor N1. Supongamos que N1 en esta figura se refiere a la (N1) 60 valores a partir de la Ec. (5.2 ).(Reproducido de Tokimatsu y Seed 1987, con permiso de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.


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7.4.4 Problema Ejemplo

Silver y Seed (1972) investigaron un 50-pies-(15 m) de espesor de depsito de arena secaque experiment aproximadamente 2 1/2 (6 cm) de la compresin volumtricas causada porel terremoto de San Fernando de 1971. Indicaron que la magnitud 6,6 terremoto de SanFernando sometido el sitio a un maxaceleracin del suelo mxima de 0,45 g. El depsito dearena tiene un peso unitario t= 95 libras/pie3totales (15 kN / m3) y un promedio (N1) 60=9. Estimacin del asentamiento de este 50-FT (15 m) de depsitos de arena gruesa utilizandolos mtodos esbozado en las secciones. 7.4.2 y 7.4.3.

Solucin Asing Fig. 7.7. Como se muestra en la Fig. 7.7, la compresin volumtricas aumentarpidamente a medida que el (N1) 60 valor disminuye. Dado que el pico de aceleracin delsuelo max= O.45g, el eje horizontal se introduce en 0,45. Para una (N1) 60valor de 9, ladeformacin volumtrica, H/H es aproximadamente igual al 0,35 por ciento. Elasentamiento superficie del suelo se obtiene multiplicando la deformacin volumtrica,expresado como un decimal, por el espesor de la capa de arena, o 0,0035 x 50 ft = 0,18 pieso 2.1 en (5.3 cm).

Solucin uti l izando el mtodo Tok imatsu y Seed (1987). Tabla 7.2 presenta la solucinmediante el mtodo "Tokimatsu y Seed (1987)", como se indica en la Sec. 7.4.3. Los pasosson los siguientes:

1. Capas: El suelo se divide en seis capas.2. El espesor de las capas: Las dos capas superiores son 5,0 pies (1,5 m) de espesor, y

las cuatro capas inferiores son 10 pies (3,0 m) de espesor.3. El esfuerzo efectivo vertical: Para la arena seca, las presiones de agua de los poros

son cero y la tensin efectiva vertical dev0es igual a la tensin vertical total v.Este esfuerzo se calcul multiplicando el peso total de la unidad (t= 95 lb / ft3) porla profundidad hasta el centro de cada capa.


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4. (N1) 60 valores: Como se mencion anteriormente, la media (N1) 60valores para eldepsito de arena se determin que era 9.

5.

Gmax: La ecuacin (7.5) se utiliz para calcular el valor de G max. Se asumi que laprincipal medio eficaz de la tensin mera igual a 0,65v0. Tenga en cuenta queGmax se expresa en trminos de kips por pie cuadrado (ksf) en la Tabla 7.2.

6.

La ecuacin (7.4): El valor de eff (Geff/Gmax)se calcul utilizando la ecuacin. (7.4).A mxima del terreno maxaceleracin de 0,45 g y un valor de rdde la ecuacin.(6.7) se utilizaron en el anlisis.

7. Esfuerzo eficaz effpor esfuerzo cortante: En base a los valores de eff (Geff/Gmax)yla tensin efectiva principales media (men ton/m2), Fig.7.8 se utiliz para obtenerla deformacin por esfuerzo cortante eficaz.

8. Porcentaje de deformacin por esfuerzo cortante cclico %eff: La deformacin poresfuerzo cortante cclico porcentaje se calcul como efftiempos 100.

9. vdeformacin volumtrica: Introduccin de Fig.7.9 por el esfuerzo cizallamiento

cclica porcentaje y el uso de (N1) 60, el porcentaje de deformacin volumtrica vse

obtuvo a partir del eje vertical.10.

Cizallamiento multidireccional: Los valores de porcentaje de deformacinvolumtricas v, desde el paso 9 se duplic para tener en cuenta la cizallamultidireccional.

11.Magnitud Terremoto: El terremoto de magnitud es igual a 6,6. Usando la Tabla 7.1,la relacin de deformacin volumtrica es aproximadamente igual a 0,8. Para teneren cuenta la magnitud del terremoto, el por ciento de deformacin volumtricas v,desde el paso 10 se multiplic por el VSR.

12.Asentamiento: El paso final fue para multiplicar el vdeformacin volumtrica, desdeel paso 11, expresado como un decimal, por el espesor de la capa. El asentamientototal se calcula como la suma del asentamiento de las seis capas (es decir, asientototal: 3,5 in).

Resumen de valores. Sobre la base de los dos mtodos, se espera que el asentamientosuperficie del suelo de la capa de arena gruesa 50-ft-(15m) para estar en el orden de 2 a3 1/2 (5 a 9 cm). Como se mencion anteriormente, la liquidacin real segn lo informadopor "Seed y Silver (1972)" era de aproximadamente 2 1/2 (6 cm).


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Tabla 7.2 Clcul os de Asentami entos de Uso del Mtodo de Tokimatsu y Seed (1987)

Total = 3.5 plg.

Numerode capa

Grosorde la

capa (ft).

v0 =v

(lb/ft2)

(N1)60

Gmx

[Ec. (7.5)]

(kip/ft2)

eff(Geff/Gmax)

Ec. 7.4

eff

Fig. 7.8

%cyc=100 % eff.

v

fig. 7.9

2 v Multiplicarpor VSR

Asentamiento,

plg.

(1) (2) (3) (4) (5) (6) x 10-4 (7) (8) (9) (10) (11) (12)

1 5 238 9 517 1.3 5 x10-4 5 x10-2 0.14 0.28 0.22 0.13

2 5 713 9 896 2.3 1 x10-3 1 x10-1 0.29 0.58 0.46 0.28

3 10 1425 9 1270 3.1 1.3 x10-3 1.3 x10-1 0.40 0.80 0.64 0.77

4 10 2375 9 1630 3.9 1.4 x10-3 1.4 x10-1 0.43 0.86 0.69 0.83

5 10 3325 9 1930 4.4 1.3 x10-3 1.3 x10-1 0.40 0.80 0.64 0.77

6 10 4275 9 2190 4.8 1.3 x10-3 1.3 x10-1 0.40 0.80 0.64 0.77


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7.4.5 L imi taciones

Los mtodos para el clculo de la compresin volumtrica como se presenta en la Sec. 7.4slo se puede utilizar en los siguientes casos:

Los detalles sobre este tipo de asentamiento son las siguientes:Mecanismo de Solucin: Este tipo de arreglo es causado por cargas estructurales dinmicasque momentneamente aumentan la presin de la fundacin actuando sobre el terreno, comose ilustra en la Fig. 7.10. El suelo se deforma en respuesta a la carga estructural dinmica, loque resulta en el asentamiento del edificio. Este asentamiento debido a las cargas dinmicases a menudo el resultado de la estructura mecindose hacia adelante y hacia atrs.Tipos de suelos vulnerables:Tanto el suelo sin cohesin y suelo cohesivo son susceptiblesal movimiento del asentamiento. Para suelos no cohesivos, arenas y gravas sueltas sonpropensas al movimiento del asentamiento. Adems, el movimiento del asentamiento y la

compresin volumtrica (Sec. 7.4) a menudo trabajan en combinacin para causarasentamiento de la estructura. Los suelos cohesivos tambin pueden ser susceptibles almovimiento del asentamiento. Los tipos de suelos cohesivos ms vulnerables sonnormalmente consolidadas suelos (OCR = 1,0), tales como arcillas blandas y suelosorgnicos. No puede haber asentamiento importante de fundaciones en arcillas saturadassuaves y suelos orgnicos debido a flujo plstico sin escurrir cuando las bases estnsobrecargadas durante la sacudida ssmica. Un asentamiento grande tambin puede ocurrir sila tensin vertical efectiva existente ms el carga dinmica excede la mximapresin pasado del suelo cohesivo, o + > .

Otro tipo de suelo cohesivo que puede ser especialmente vulnerable movimiento delasentamiento es la arcilla sensible. Estos suelos pueden perder una parte de su fuerza de cortedurante la carga cclica. Cuanto mayor sea la sensibilidad, mayor es la prdida de resistenciaal corte para una deformacin por esfuerzo cortante dado.

Los mtodos para el clculo de la compresin volumtrica como se presenta en la Sec. 7.4No se puede utilizar para los siguientes casos:

Edificios pesados en la tierra suelta:No utilice los mtodos cuando la fundacin se

aplica una gran carga neta sobre la tierra suelta. En este caso, la fundacin pesada

perforar hacia abajo en la tierra suelta durante el terremoto. Suele ser muy difcildeterminar elasentamiento para estas condiciones, y la mejor solucin tcnica es proporcionar unalto facto esttico de seguridad de modo que existe una amplia resistencia contra unfallo de capacidad de soporte.

Condicin del terreno inclinado:Estos mtodos suelen subestimar el asiento para

una condicin de terreno inclinado. La arena suelta puede deformarse lateralmente


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durante el terremoto, y el asentamiento del edificio podra ser muy superior a losvalores calculados.

7.5 ASENTAMIENTO DEBIDO A CARGAS DINMICAS CAUSADAS POR LOSMOVIMIENTOS TELRICOS

Fuerzas laterales reaccionando a cortante de la base

FIGURA 7.10 Diagrama que ilustra las fuerzas laterales Fen respuesta a la cortante de la base V causados por el terremoto.Notar que la presin esttica del cojinete uniforme se ve alterada por el

terremoto tal que la presin se incrementa a lo largo de un ladode la fundacin.

Las aceleraciones verticales durante el terremoto rara vez producensuficiente empuje vertical para causar asentamientos significativos de cimentacin.Las aceleraciones horizontales, por otro lado, pueden causar "balanceo" de unaestructura, y los momentos de vuelco estructurales resultantes pueden producirempujes verticales cclicos significativos sobre los elementos de la fundacin. Estospueden, a su vez, dar lugar a asentamientos acumulativos, con o sin la licuefaccindel suelo u otra prdida de fuerza. Esto es generalmente una grave preocupacin solopara estructuras grandes y relativamente altas. Las estructuras en cimentaciones

profundas no son necesariamente inmunes a este peligro; estructuras fundadas en"pilas de friccin" pueden someterse a los asentamientos de hasta varias pulgadaso ms en algunos casos. Cabe sealar que la mejor solucin de ingeniera esgeneralmente proporcionar un factor de seguridad esttico lo suficientemente altopara permitir un amplio potencial de resistencia a la carga ssmica transitoria.

Historia

Resultante esttico

V= Cortante de la base

PESO

Resultante con V


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7.6 PROBLEM AS

7.2 Utilizar los datos del problema de ejemplo en la Sec. 7.2.2, pero asumen que /=0,1 y el terremoto de magnitud M = 54

. Calcular el asentamiento inducida licuefaccin,utilizando figuras. 7.1 y 7.2. Respuesta: Vase la Tabla 7.3.

7.3 Utilice los datos del problema de ejemplo en la Sec. 7.2.2, pero asumir a una profundidadde 3 m que = 3,9 MPa. Calcular el asentamiento inducida licuefaccin, utilizando figuras.7.1 y 7.2. Respuesta: Vase la Tabla 7.3.

7.4 Use los datos desde el problema de ejemplo en la Sec. 7.2.2, pero asuma que la velocidadde onda de corte Vs=150 m/s. Calcular el asentamiento inducida licuefaccin, utilizandofiguras. 7.1 y 7.2. Respuesta: Vase la Tabla 7.3.

7.5 Use los datos desde el problema de ejemplo en la Sec. 7.2.2, pero asuma que el tipo desuelo se tritura piedra caliza (es decir, el tipo de suelo 1, vase la Fig. 6.12) y a una

profundidad de 3 m, = 5,0 MPa. Calcular el asentamiento inducida licuefaccin,utilizando figuras. 7.1 y 7.2. Respuesta: Vase la Tabla 7.3.

7.6Use los datos desde el problema de ejemplo en la Sec. 7.2.2, Pero asuma que el tipo desuelo es de grava limosa (es decir, el tipo de suelo 2, vase la Fig. 6.12) y a una profundidadde 3 m, = 7,5 MPa. Calcular el asentamiento.

7.7 Use los datos desde el problema de ejemplo en la Sec. 7.2.2, pero asuma que el tipo desuelo es arena de grava (es decir, el tipo de suelo 3, vase la Fig. 6.12) y a una profundidadde 3 m, QCX = 14 MPa. Calcula la solucin, utilizando figuras. 7.1 y 7.2. Respuesta: Vasela Tabla 7.3.


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7.8 Use los datos desde el problema de ejemplo en la Sec. 7.2.2, pero asuma que el tipo desuelo es de arena elica (es decir, el tipo de suelo 4, ver Fig. 6.12). Calcular el asentamientoinducida licuefaccin, utilizando figuras. 7.1 y 7.2. Respuesta: Vase la Tabla 7.3.

7.9 Use los datos desde el problema de ejemplo en la Sec. 7.2.2, pero asuma que el tipo desuelo es suelto no cementado (es decir, el tipo de suelo 7, ver Fig. 6.12). Calcular elasentamiento inducida licuefaccin, utilizando figuras. 7.1 y 7.2. Respuesta: Vase la Tabla7.3.

7.10 Asuma un sitio tiene arena limpia y una mesa de agua subterrnea cerca de la superficiedel suelo. Los siguientes datos se determinan para el sitio:

Solucin de licuefaccin inducida, Perfiles de subsuelo

7.11 Use los datos del problema resuelto. 6.12 y el perfil de subsuelo se muestra en la Fig.6.13. No haga caso de cualquier posible arreglo de la tierra por encima de la capa fretica (esdecir, no haga caso de liquidacin de la superficie del suelo a una profundidad de 1,5 m).Tambin ignorar cualquier posible arreglo del suelo situado debajo de una profundidad de 21

de m. Usando Figs. 7.1 y 7.2, calcular el asentamiento inducido por el terremoto de la arenasituada por debajo del nivel fretico. Respuesta: Por la Fig. 7.1.61 cm; por Fig. 7.2.53 cm.

7.12 Use los datos del problema resuelto. 6.15 y el perfil de subsuelo se muestra en la Fig.6.15. No haga caso de cualquier posible arreglo de la superficie del suelo (es decir, no hagacaso de liquidacin de la superficie del suelo a una profundidad de 1,2 m). Tambin ignorarcualquier posible arreglo de suelo situado debajo de una profundidad de 20 m. Usando Figs.7.1 y 7.2, calcular el asentamiento inducido por el terremoto de la arena situada por debajodel nivel fretico. Respuesta: Por la Fig. 7.1, 22 cm; por Fig. 7.2, 17 cm. 7.13Figure

7.12 Muestra el perfil del subsuelo en la zona del ro Agano en Niigata. Asumir un sitio de

nivel del suelo con el nivel fretico a una profundidad de 0,85 m por debajo de la superficiedel terreno. La arena media, media a gruesa arena, y las capas de arena gruesa tienen menosde 5 por ciento de las multas. La multa a las capas de arena medianas tiene un promedio de15 por ciento de las multas. La unidad yt de peso total del suelo por encima de la capa freticaes de 18,5 kN / m3, y de la unidad de peso boyante ybof el suelo por debajo de la capa freticaes 9,8 kN / m3. Los datos de penetracin estndar que se muestra en la Fig. 7.12 estn sincorregir N valores. Supongamos una eficacia del martillo Em de 0,6 y un dimetro deperforacin de 100 mm; y la longitud de las barras de perforacin es igual a la profundidad


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de la SPT debajo de la superficie del suelo. Las condiciones ssmicas de diseo tienen unaaceleracin mxima del terreno de 0,20 g y magnitud de 7,5. Sobre la base de los datos deprueba de penetracin estndar y el uso de las Figs. 7.1 y 7.2, calcular el asentamientoinducido por el terremoto del suelo situado a una profundidad of0.85 a 15,5 m por debajo dela superficie del terreno. Respuesta: Por la Fig. 7.1, 30 cm; por Fig. 7.2, 24 cm. 7.14Figure

7.13 Se muestra el perfil del subsuelo en un sitio de carretera en Niigata. Asumir un sitiosuelo nivel- con el nivel fretico a una profundidad de 2,5 m por debajo de la superficie delterreno. Tambin asumen que todos los tipos de suelos situados por debajo de la capa freticacumplan los criterios para suelos potencialmente licuables. Las capas de medio de arenatienen menos de 5 por ciento de las multas,

Las capas de limo arenosas tienen 50 por ciento de las multas, y las capas de sedimentostienen 75 por ciento de las multas. El peso total de la unidad 7, del suelo por encima de lacapa fretica es de 18,5 kN / m3 y el YB unidad de peso boyante del suelo por debajo de lacapa fretica es 9,8 kN / m3. Los datos de penetracin estndar que se muestra en la Fig. 7.13


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estn sin corregir N valores. Supongamos una eficacia del martillo de 0,6 y un dimetrode perforacin de 100 mm; y la longitud de las barras de perforacin es igual a la profundidadde la SPT debajo de la superficie del suelo. Las condiciones ssmicas de diseo son de unaaceleracin mxima del terreno de 0,20 g y magnitud de 7,5. Sobre la base de los datos deprueba de penetracin estndar y el uso de las Figs. 7.1 y 7.2, calcular el asentamiento

inducido por el terremoto del suelo situado a una profundidad of2.5 a 15 m por debajo de lasuperficie del terreno. Respuesta: Por la Fig. 7.1, 34 cm; por Fig. 7.2, 27 cm. 7.15Use losdatos del problema resuelto. 6.18 y Fig. 6.11. Sobre la base de las Figs. 7.1 y 7.2, calcular elasentamiento inducido por el terremoto del suelo situado a una profundidad de 0,5 a 16 mpor debajo de la superficie del suelo para las condiciones antes de superacin y despus dela mejora. Respuestas:

Antes de la mejora: por la figura. 7.1.45 cm; por Fig. 7.2.35 cm. Despus de la mejora: porla figura. 7.1.0.3 cm; y por la figura. 7.2, 2.7 cm.

7.16 Use los datos del problema resuelto. 6.12 y Fig. 6.13. Supongamos que ha habido unamejora suelo de la superficie del suelo a una profundidad de 15 m, y para la zona del suelo


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que tiene el mejoramiento del suelo (0 a la profundidad de 15 m), el factor de seguridadcontra la licuefaccin es mayor que 2,0. Una losa de cimentacin para un edificio pesada seconstruye de tal manera que la parte inferior de la estera est a una profundidad de 1,0 m. Lalosa de cimentacin es de 20 m de largo y 10 m de ancho, y de acuerdo con el ingenieroestructural, la fundacin impondr una tensin neta de 50 kPa en el suelo (50 kPa incluye

carga ssmica relacionada con el terremoto). Calcular el asentamiento inducido por elterremoto del edificio pesado, utilizando figuras. 7.1 y 7.2. Respuesta: Por la Fig. 7.1, 17 cm;por Fig. 7.2.19 cm.

7.17 Use los datos del problema resuelto. 6.15 y Fig. 6.15. Un tanque de eliminacin deaguas residuales se instalar a una profundidad de 2 a 4 m por debajo de la superficie delsuelo. Suponiendo que el tanque est vaco en el momento del sismo de diseo, el clculo dela liquidacin de la licuefaccin inducida-del tanque. Respuesta: Desde el depsito est enmedio de una capa de suelo licuado, se espera que el tanque vaco no se conforma, sino msbien va a flotar a la superficie del suelo.

L icuefaccin i nducida - Depsito de tierra

7.18 A daos suelo Licuefaccin inducida tiene una capa superficial de 6 m de espesor detierra sin licuefaccin sustentada en una capa de 4 m de espesor, que se espera para licuardurante el sismo de diseo. El terremoto de diseo tiene una aceleracin mxima del terrenoigual a 0,40 g. Habr daos de licuefaccin en el suelo inducido por este sitio? Respuesta:Sobre la base de la figura. 7.6, se espera que el dao del suelo inducida licuefaccin para estesitio.

7.19 Use los datos del problema resuelto. 6.12 y Fig. 6.13. Supongamos que el nivel freticoes poco probable que elevarse por encima de su nivel actual. El uso de una aceleracinmxima del terreno igual a 0,20 g y los datos estndar de prueba de penetracin, Habrdaos en el suelo inducidos por licuefaccin de este sitio? Respuesta: Sobre la base de lafigura. 7.6, se espera que el dao del suelo inducida licuefaccin para este sitio.

7.20 Use los datos del problema resuelto. 7.13 y Fig. 7.12. Supongamos que el nivel freticoes poco probable que elevarse por encima de su nivel actual. El uso de una aceleracinmxima del terreno igual a 0,20 g y los datos de prueba de penetracin estndar, determinarel espesor mnimo de una capa de relleno que debe ser colocado en el lugar a fin de evitardaos en el suelo inducidos por licuefaccin para este sitio. Respuesta: Sobre la base de lafigura. 7.6, el espesor mnimo de la capa de relleno = 2,2 m.

7.21 Use los datos del problema resuelto. 7.14 y Fig. 7.13. Supongamos que el nivel freticoes poco probable que elevarse por encima de su nivel actual. El uso de una aceleracinmxima del terreno igual a 0,20 g y los datos estndar de prueba de penetracin, Habrdaos en el suelo inducidos por licuefaccin de este sitio? Respuesta: La solucin dependede la zona de licuefaccin asumido (vase App E.).


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Compresin Volumtr ica

7.22 Resolver el problema de ejemplo en la Sec. 7.4.4, utilizando el mtodo de Tokimatsu ySeed (1987) y suponiendo que el depsito de arena gruesa tiene 50 pies, () = 5.Respuesta: 11 en (28 cm).

7.23 Resolver el problema de ejemplo en la Sec. 7.4.4, utilizando el mtodo de Tokimatsu ySeed (1987) y el grfico que se muestra en la Fig. 7.7, en el supuesto de que el espesor de50-pie de depsito de arena tiene ()= 15. Respuesta: Usando el mtodo Tokimatsu ySeed (1987). La solucin = 1.3 in (3.3 cm) Usando la tabla que se muestra en la figura 7.7,la solucin de = 0,9 en (2 cm).

7.24 Resuelva el problema de ejemplo en la Sec. 7.4.4, utilizando el mtodo de Tokimatsu ySeed (1987) y el grfico se muestra en la Fig. 7.7, suponiendo que el depsito de arena gruesa50-FT- ser sometido a una aceleracin mxima del terreno de 0,20 g y la magnitud del sismo= 7.5 Respuesta: Usando el mtodo Tokimatsu y Seed (1987), la solucin de = 0,9 en (2.3cm) Usando la tabla mostrada en la figura 7.7, el asentamiento. = 0,6 en (1,5 cm).

7.25 Resuelva el problema de ejemplo en la Sec. 7.4.4, utilizando el mtodo Tokimatsu ySeed (1987) y suponiendo que el depsito de arena gruesa tiene 50-FT (()= 5, un picoaceleracin del suelo de 0,20 g, y la magnitud del terremoto = 7.5 Respuesta: Solucin = 2in (5 cm)

Estructuras ligeras: Asentamientos de estructuras ligeras, como los edificios conestructura de madera que llevan sobre cimientos poco profundos

Rodamiento de baja tensin neta: Solucin de cualquier otro tipo de estructuraque imparte una fuerza de sustentacin neta baja sobre el suelo

Fundacin Flotante: Arreglo de fundaciones flotantes, siempre que lasfundaciones flotantes no impartan una tensin neta significativo sobre el suelo Estructuras pesadas con asentamiento profundo: Solucin de pesada

estructuras, como edificios masivos fundadas sobre cimientos pocoprofundos, siempre que la zona de asentamiento es lo suficientementeprofunda que el aumento de la tensin causada por la carga estructural esrelativamente baja

Diferencial de Asentamiento: el movimiento diferencial entre una estructuraAW adyacente, donde la estructura contiene un cimentacin profunda que esapoyada por los estratos debajo de la zona de compresin volumtrica

Estructuras susceptibles: estructuras con poca carga sera menos susceptible a

la mecedora de liquidacin. Por otra parte, los edificios altos y pesados quetienen cimentaciones superficiales teniendo en suelos vulnerables seran losms susceptibles a este tipo de asentamiento.

Ejemplo: La figura 7.11 presenta un ejemplo de los daos causados pormecedora asentamiento. El asentamiento de balanceo ocurri un edificio altoubicado en la Ciudad de Mxico. El asentamiento de balanceo fue causadopor el 19 de septiembre 1985, un terremoto de Michoacn, que se describe enla Sec. 4.6.

traducción - capitulo 7

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