CARACTERIZACIÓN DINÁMICA DEL DEPÓSITO FLUVIO-LACUSTRE DE LA CIUDAD DE TUNJA. Sandra Marcela Blanco Perilla Ingeniera Civil Msc.

Transcripción

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2 CARACTERIZACIÓN DINÁMICA DEL DEPÓSITO FLUVIO-LACUSTRE DE LA CIUDAD DE TUNJA Sandra Marcela Blanco Perilla Ingeniera Civil Msc. en Geotecnia (C)

3 Introducción Los sismos son fenómenos naturales, difícilmente predecibles y han venido presentándose en la corteza terrestre desde su creación. Fuente: Tarbuck y Luygens. Ciencias de la Tierra. Capitulo 11. Fuente: NSR 10. Titulo A

4 Introducción La ciudad de Tunja se encuentra localizada en la cordillera oriental de los Andes, con una población estimada para el 2016 de habitantes. (DANE) Fuente: atlas/mappe-italiane/colombiacarta-geografica.htm

5 Fuente: naturales/terremotos/efectos/ Introducción Geología: Compuesta por diferentes formaciones y depósitos aluviales, coluviales y fluviolacustre

6 Introducción Los depósitos son zonas bastante heterogéneas y producen grandes problemas al ocurrir un sismo. Fuente:

7 Introducción Objeto: Determinar el comportamiento dinámico del deposito fluvio lacustre de la ciudad empleando ensayos Bender Element.

8 Generalidades Fuente: Google Earth

9 Generalidades Aspectos geológicos: Mapa Geológico de Tunja Fuente: //tunja-boyaca.gov.co/apc-aa-files/ /p02-mapa_geologia1.pdf

10 Generalidades Aspectos geológicos: delimitación zona de estudio Fuente: //tunja-boyaca.gov.co/apc-aafiles/ / p02-mapa_geologia1.pdf

11 Metodología RECOLECCIÓN DE MUESTRAS Obtención de mínimo 30 muestras inalteradas del deposito fluvio lacustre de la ciudad de Tunja, realizando una recolección en las empresas de consultoría en Geotecnia locales. REALIZACIÓN DE ENSAYOS BENDER ELEMENT A cada una de las muestras obtenidas, se les determinara el peso especifico para posteriormente realizarles el ensayo de Bender Element, en diferentes condiciones de saturación, presión de cámara y grado de consolidación. DETERMINACIÓN PROPIEDADES ÍNDICE Se realizarán ensayos de humedad natural, granulometría, limites de Atterberg, gravedad especifica, entre otras; a cada una de las muestras ensayadas con el Bender Element OBTENCIÓN PARAMETROS DINÁMICOS Se aplicarán las correspondientes expresiones matemáticas que permitan determinar los demás parámetros dinámicos. RELACION PARAMETROS DINÁMICOS CON PROPIEDADES INDICE Con todos los resultados obtenidos, se realizarán curvas que muestren la variación de las propiedades dinámicas en función de las propiedades físicas de cada uno de los materiales ensayados; para poder determinar si existe alguna relación o no. RESULTADOS Y CONCLUSIONES Comparación de los resultados obtenidos con investigaciones ya realizadas y Generación e identificación de zonas con comportamiento homogéneo dentro del deposito.

12 Caracterización dinámica Objetivo: determinación de las propiedades dinámicas del suelo o roca. Propiedades dinámicas: Velocidad de onda Cortante (Vs) Velocidad de onda Compresiva (Vp) Módulo de Cortante Máximo (Gmax) Factor de Amortiguamiento Módulo de Reducción (G/Gmax) Coeficiente de Poisson ( )

13 Caracterización dinámica Ensayos dinámicos Ensayos Dinámicos Ensayos de campo Ensayos de Laboratorio De baja deformación De alta deformación De baja deformación De alta deformación

14 Caracterización dinámica Ensayos dinámicos Reflexión sísmica Refracción sísmica De baja deformación Cross Hole Down Hole Ensayos de campo Cono sísmico SPT De alta deformación CPT Dilatómetro Presurómetro

15 Caracterización dinámica Ensayos dinámicos Ensayos de laboratorio De baja deformación Columna resonante Pulso ultrasónico Bender Element Triaxial cíclico De alta deformación Corte directo simple cíclico Mesa vibratoria Centrifuga

16 Caracterización dinámica Ensayo Bender Element Fuente: Díaz Rodríguez, Jorge Abraham. Caracterización Dinámica de los suelos Ensayos de Campo y Laboratorio.

17 Caracterización dinámica Ensayo Bender Element: Equipo triaxial Dinámico - UPTC

18 Caracterización dinámica Ensayo Bender Element:

19 Caracterización dinámica La aplicación del ensayo de Bender Element tiene ventajas como: La medición de la velocidad de onda cortante (Vs) y la velocidad de onda compresiva (Vp) a partir de las cuales se determinan los demás parámetros dinámicos. Es un ensayo no destructivo, no altera ni falla la muestra, razón por la cual es posible realizarlo muchas veces sobre la misma muestra modificando variables como la frecuencia del impulso, la presión de confinamiento, el grado de saturación de la muestra, entre otras. Su ejecución es muy rápida.

20 Estado de Arte 1. Ensayo Bender Element Lee, J. y Santamarina, C,(2005) escribieron sobre el ensayo de Bender Element: su ejecución e interpretación de la señal sísmica. Emplearon métodos experimentales y analíticos para explorar varios aspectos de la instalación de los elementos Bender como: la prevención de acoplamiento electromagnético, directividad, frecuencia de resonancia, detección de la primera llegada y efectos de campo cercanos. Estos aspectos muestran que los efectos del acoplamiento electromagnético son críticos en suelos con alta conductividad eléctrica y pueden ser minimizados por blindaje y toma de tierra, o usando elementos Bender de tipo paralelo. La frecuencia resonante de las instalaciones de los elementos Bender depende de la geometría de los elementos Bender, la eficiencia del ancho y la rigidez del suelo. (Lee & Santamarina, 2005)

21 Estado de Arte 1. Ensayo Bender Element En el 2010, Kumar & Madhusudhan realizan una nota sobre la medición de los tiempos de viaje usando elementos Bender y elementos extendidos. En su investigación realizan la medición de la velocidad de onda cortante y compresiva (Vs y Vp) en muestras de arena seca, para densidades y presiones de confinamiento distintas; a su vez trabajan tres métodos distintos en la interpretación de las señales medidas durante el ensayo (Dominio del Tiempo, Primero pico a pico y correlación cruzada).

22 Estado de Arte 1. Ensayo Bender Element Todos los métodos arrojan una única respuesta en la medición de la onda P, mientras que para la onda S pasa todo lo contrario debido al efecto del campo cercano. Los autores realizan ensayos de columna resonante en modo torsional, donde comprobaron indirectamente el tiempo de viaje de la onda cortante y comprueban que la onda S es más exacta en función del tiempo de llegada medido para la onda P. (Kumar & Madhusudhan, 2010)

23 Estado de Arte 1. Ensayo Bender Element Por otro lado, Ferreira, C. Viana de Fonseca, A. y Santos, J.A: hacen una comparación simultánea de ensayos de Bender Element y Columna Resonante en los suelos residuales de Porto. En su artículo exponen que los elementos Bender son unas herramientas de laboratorio muy útiles que permiten determinar la velocidad de onda cortante; tienen grandes ventajas como la simplicidad y facilidad en su uso, sin embrago no existe un estándar para la interpretación de los resultados, lo que genera gran incertidumbre. Existen diferentes planteamientos sobre su interpretación en el dominio del tiempo o dominio de las frecuencias. En su investigación implementaron los elementos Bender en el equipo de columna resonante lo cual permite que las velocidades de onda sean mediadas independientemente, diferentes metodologías de interpretación de los resultados de Bender Element pueden ser aplicadas. (Ferreira, Viana de Fonseca, & Santos, 2013)

24 Estado de Arte 1. Ensayo Bender Element De igual forma, Camacho, T. Reyes, O. y Jiménez, J. realizaron una comparación entre ensayos de columna resonante y Bender Element en tres tipos de suelo. Teniendo en cuenta que diferentes factores afectan la confiabilidad del método de Bender Element, principalmente debido a la complejidad del fenómeno de propagación de ondas en un volumen tan pequeño como el que se emplea para el ensayo. Se ensayaron tres tipos de suelo mediante el ensayo de columna resonante (RC) y dos tipos de ensayo BE (BETD y BEFD). Los resultados sugieren que en suelos no plásticos la rigidez es tiende a ser subestimada en comparación con la rigidez obtenida mediante el ensayo RC. El ensayo BETD puede estar afectado por la plasticidad del suelo. El ensayo en el dominio de la frecuencia (BEFD) resultó menos concordante con el ensayo RC. (Camacho, Reyes, & Jimenez, 2013)

25 Estado de Arte 1. Ensayo Bender Element En el 2014 Cai, Dong, Wang, Gu & Xu, realizaron una medición del módulo de deformación cortante de arenas limpias y naturales en condición saturada, empelando el ensayo de Bender Element. En su investigación ensayan una muestra limpia y dos naturales, para identificar las variaciones en las velocidades de onda cuando la arena presenta contenido de finos. Los resultados de la velocidad de onda cortante (Vs) obtenidos con los ensayos de Bender Element, Columna Resonante y Corte Torsional muestran una diferencia aproximada del 3%. Los valores de velocidad cortante obtenidos en la arena natural, indican que el contenido de finos genera un efecto importante en la conductividad hidráulica, lo cual afecta el movimiento relativo del impulso en medio de las partículas de suelo y agua al trabajar con altas frecuencias. (Cai, Dong, Wang, Gu, & Xu, 2014).

26 Estado de Arte 1. Ensayo Bender Element Los investigadores Kim, Zapata y Vega, en el 2014, realizan un análisis de las señales de los elementos Bender durante un ensayo triaxial. En su investigación analizan los resultados de la prueba de Bender element empleando tres métodos de interpretación distintos (el tiempo de viaje pico a pico, la correlación cruzada y la fase de retardo con enfoque) para obtener la velocidad de onda cortante (Vs) y determinar el error en su propagación cuando el dominio del tiempo y de la frecuencia son implementados. En esta investigación concluyen que cuando las condiciones del ensayo son adecuadas, la diferencia de los resultados de velocidad de onda cortante obtenidos por los tres métodos de interpretación es muy pequeña. (Kim, Zapata Medina, & Vega Posada, 2015)

27 Estado de Arte 2. Caracterización dinámica de la ciudad de Tunja Rodríguez, E. Sánchez, M. y Sainea, C. plantean una metodología para la respuesta dinámica del subsuelo en la microzonificación sísmica de la ciudad de Tunja, en donde incluyen aspectos generales de la geología, tectónica, sismicidad y geotecnia del área del proyecto, así como los estudios previos orientados hacia una evaluación previa de la respuesta dinámica. (Rodriguez, Sanchez, & Sainea)

28 Estado de Arte 2. Caracterización dinámica de la ciudad de Tunja Gómez, C., Tovar, C. (2014) desarrollan un prototipo de Sistema de Información Geográfica empleando ArcGIS para el análisis, organización y presentación de la información de la microzonificación de la ciudad de Tunja. Para la realización del prototipo realizaron una amplia consulta sobre toda la información disponible de estudios de suelos realizados en la ciudad de Tunja. La zona de estudio estaba delimitada al sector 2, planteado en el proyecto de Microzonificación Sísmica de la ciudad de Tunja. (Gomez & Tovar, 2014)

29 Estado de Arte 2. Caracterización dinámica de la ciudad de Tunja Guío, L. realiza un proyecto de grado denominado: Caracterización geodinámica para la microzonificación sísmica de Tunja, sector dos, en donde hace una amplia recolección de información existente en las empresas de consultoría locales y alcaldía, así como perforaciones mecánicas, ensayos de campo dinámicos y ensayos de laboratorio para la determinación de propiedades, físicas, de resistencia y dinámicas de los materiales encontrados. (Guio Puerto, 2015) Reyes, F. hace un proyecto muy similar al de Guio, L. sobre la Caracterización geodinámica para la microzonificación sísmica de Tunja aplicado al sector 3. (Reyes Marquez, 2015)

30 Estado de Arte 3. Variación de las propiedades dinámicas del suelo en función de sus propiedades físicas. En los primeros años de la ingeniería sísmica geotécnica, el comportamiento del módulo de reducción de suelos de grano grueso y fino, fueron tratados separadamente. (Seed & Idriss, 1970). Sin embargo, investigaciones recientes han revelado una transición gradual del módulo de reducción en el comportamiento de suelos no plásticos de grano grueso y suelos plásticos de grano fino. (Kramer, 1996).

31 Estado de Arte 3. Variación de las propiedades dinámicas del suelo en función de sus propiedades físicas. Variación del módulo de reducción del suelo en función de la amplitud de la deformación cortante cíclica para diferentes presiones de confinamiento. La figura 4. a) es para suelos con IP=0 y la b) para IP=50.

32 Estado de Arte 3. Variación de las propiedades dinámicas del suelo en función de sus propiedades físicas. Variación del coeficiente de amortiguamiento para suelos de grano fino con amplitud de deformación cortante cíclica y plasticidad. (Kramer, 1996)

33 Conclusiones La caracterización dinámica de un material juega un papel muy importante en el desarrollo de cualquier proyecto y su realización permite que los proyectos sean más seguros y más confiables, ya que se está determinado de manera específica el comportamiento que este va a presentar ante la aplicación de cargas sísmicas. Además al realizarlos es posible identificar fenómenos posteriores al sismo como efectos de sitio o procesos de licuación. En la actualidad el estudio del ensayo de Bender Element no es muy común en comparación con otros ensayos, sin embargo resulta ser de gran utilidad gracias a su bajo costo y fácil aplicación. Adicionalmente debido al rango de deformaciones que maneja, se emplea en la construcción de las curvas dinámicas del suelo (Módulo de reducción y razón de amortiguamiento vs deformación cortante cíclica)

34 Conclusiones A nivel mundial se encuentran diferentes investigaciones aplicadas a la realización del ensayo de Bender Element con objetivos como: obtención de parámetros dinámicos del suelo, comparación con otros ensayos dinámicos de laboratorio y el análisis de los posibles métodos de interpretación que permitan la obtención de resultados más confiables. La ciudad de Tunja cuenta con una serie de investigaciones y estudios relacionados con su caracterización geotécnica y dinámica en pequeños sectores, los cuales se convierten en la base para esta investigación y juegan un papel bastante importante, ya que aparte de ser el punto de partida también permitirán realizar una validación de los resultados obtenidos. Aunque existen una serie de correlaciones y curvas que permiten deducir los parámetros dinámicos del suelo en función de sus propiedades físicas, es importante tener en cuenta que estas han sido planteadas para algún suelo en especial y pueden no llegar a ser altamente representativas para todos los materiales.

35 Gracias