Clasificación Sísmica de los Suelos.

Transcripción

1 Seminario Clasificación Sísmica de los Suelos.. Ingeniero Civil en Obras Civiles. (UACh) Máster en Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica. (UPM) Puerto Montt, 29 de Junio de

2 1era. Parte Breve Introducción BREVE INTRODUCCIÓN. Del sismo ocurrido el día aprendimos varias lecciones: Donde queda Cobquecura. 2

3 BREVE INTRODUCCIÓN. Se generó una mirada hacia un lugar un poco olvidado en el área de la Construcción. Nos acordamos que teníamos un poco rezagada la Clasificación Sísmica de los Suelos. Era tan pequeño el lugar de la Clasificación Sísmica del Suelo que para efectos prácticos era sólo una Tabla en la NCh 433 Of 1996 Mod BREVE INTRODUCCIÓN. Tipo de Suelo I II III IV Descripción Roca: Material natural, con velocidad de propagación de ondas de corte in-situ igual o mayor que 900 m/s, o bien, resistencia de la compresión uniaxial de probetas intactas (sin fisuras) igual o mayor que 10 MPa y RQD igual o mayor que 50% a) Suelo con Vs igual o mayor que 400 m/s en los primeros 10 m superiores, y creciente con la profundidad; o bien b) Grava densa, con peso unitario seco γ d igual o mayor que 20 kn/m3, o índice de densidad ID(DR) igual o mayor que 75%, o grado de compactación mayor que 95% del valor Proctor modificado; o bien c) Arena densa, con ID(DR) mayor que 75%, o Índice de Penetración Estándar N mayor que 40 (normalizado a la presión efectiva de sobrecarga de 0,10 MPa), o grado de compactación superior al 95% del Valor Proctor Modificado; o bien d) Suelo cohesivo duro, con resistencia al corte no drenado Su igual o mayor que 0,10 MPa (resistencia a la compresión simple qu igual o mayor que 0,20 MPa) en probetas sin fisuras a) Arena permanentemente no saturada, con ID(DR) entre 55 y 75%, o N mayor que 20 (sin normalizar a la presión efectiva de sobrecarga de 0,10 MPa); o bien, b) Grava o arena no saturada, con grado de compactación menor que el 95% del valor del Proctor Modificado, o bien, c) Suelo cohesivo con Su comprendido entre 0,025 y 0,10 MPa (qu entre 0,05 y 0,20 MPa) independiente del nivel freático o bien, d) Arena saturada con N comprendido entre 20 y 40 (normalizado a la presión efectiva de sobrecarga de 0,10 MPa), Suelo cohesivo saturado con Su igual o mayor que 0,025 MPa (qu igual o menor que 0,050 MPa) 3

4 BREVE INTRODUCCIÓN. Durante un periodo de tiempo, un Panel de Expertos propuso para evaluar el comportamiento del suelo y su interacción con las estructuras. 5 de Noviembre de 2010 D.S. Nº 117 (V y U) REGLAMENTO QUE FIJA EL DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS BREVE INTRODUCCIÓN. Y no fue hasta el día que se Decreta el DS. Nº 61 Publicado el día Que deroga el D.S. Nº 117 (V y U). Nuevo REGLAMENTO QUE FIJA EL DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS. 4

5 BREVE INTRODUCCIÓN. Se generó el mayor cambio en los últimos años en la forma de cómo se NORMA la Clasificación Sísmica del Suelo y la forma de explorar el suelo para su Clasificación Sísmica. La arena sigue siendo arena, la grava sigue siendo grava, pero cambiamos la Clasificación Sísmica. Actualizamos nuestra normativa a los estándares internacionales. La dejó de ser una Tabla. Y ahora es parte de un documento completo. Complementando la NCh 1508 Of Estudios de Mecánica de Suelos BREVE INTRODUCCIÓN. Esto debido principalmente a que según lo estipulado en el Art. 5º del DS. Nº 61: La respuesta sísmica de un depósito de suelo y la solicitación sísmica que se desarrolla sobre la estructura. Interacción suelo estructura, dependen de: 1) La rigidez a bajas deformaciones de los estratos superiores. 2) Periodo fundamental del depósito de suelos. 3) Nivel de amortiguamiento. 4) Excitación sísmica propiamente tal. (Terremoto). 5

6 INTRODUCCIÓN. De esta forma el Art. 5º del D.S. Nº 61: LA CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE SUELOS se ha optado por centrarla en el parámetro que se estima más relevante en una primera aproximación. En la rigidez a bajas deformaciones de los estratos superiores. Correspondiente a la VELOCIDAD DE LAS ONDAS DE CORTE promedio de los 30 metros superiores del terreno (V S30 ). v n s30 n hi i 1 i h i 1 vs i Ondas de Corte (Vs) Qué es eso? 6

7 2da. Parte Ondas de Corte (Vs) ONDAS DE CORTE (Vs) Al ocurrir, un sismo, seísmo, temblor suave, gran temblor, se generan: Ondas Internas ó de CUERPO: a) Ondas Longitudinales: Primarias o de compresión (P) v p E b) Ondas Transversales: Secundarias o de corte (S) Ondas Superficiales: v s G c) Love. (L) (En honor a Augustus Ed. Hough Love) d) Rayleigh. (R) (En honor a John Strutt baron de Rayleigh 1885) 7

8 ONDAS DE CORTE Propagación onda P Propagación onda S La más destructiva ONDAS DE CORTE Ondas Superficiales Hipocentro Ondas P y S Vp 1,7Vs Para ν = 0,22 Vr 0,9Vs 0,5Vp 8

9 ONDAS DE CORTE Sistema Estructural Suelo 1 Suelo n Roca a s Rigidez (K) Periodos Propios (Tn). Amortiguamiento (C).? Rigidez (Es)? Amortiguamiento (Cs)? Periodo Propio (Ts)? Buen comportamiento E = δ = 0 a s K T C K T C Es Cs Ts Capa elástica sobre Base Rígida Modelo elástico isotrópico no homogéneo A qué profundidad está la roca? Cómo varia Es? a s ONDAS DE CORTE Efectos en el Suelo de las Ondas Sísmicas: - Superficiales: - Topografía de la superficie de la tierra. Efecto Topográfico. - Bajo la Superficie: - Cambio en propiedades del suelo: Cambios volumétricos, resistencia al esfuerzo de corte, Licuefacción. - Amplificación dinámica. - Resonancia: Igualdad entre las frecuencias del sismo, el suelo y la estructura. Vs contribuye en la amplificación de la señal sísmica a s Vs Vs Alta Amplificación Sísmica Baja Amplificación Sísmica 9

10 ONDAS DE CORTE En Resumen: La estructura en sí. Con su forma particular. Controlada por el diseño. Interface que participa. + ó - Modelo elástico o inelástico?. Lineal o no lineal? Homogéneo o heterogéneo? Capa rígida o Módulos Variables? a s El Sismo. Cuándo va a ocurrir?. Dónde va a ocurrir? Imprevisible su duración, magnitud. contenido de frecuencias. Comportamiento IDEAL del SUELO De acuerdo con el Dr. Claudio Olalla (UPM): C H I L E Constante: Sus propiedades no varían en el tiempo ni el espacio. Homogéneo: Presenta sólo un tipo de respuesta. Isótropo: La respuesta no depende de la dirección de la aplicación de la carga. Lineal: Única pendiente que relaciona la tensión con la deformación. γ 10-5 Elástico: Las tensiones en un determinado instante dependen solamente de la deformación local en ese instante y no de su historia pasada. 10

11 Comportamiento REAL del SUELO De acuerdo con el Dr. Claudio Olalla (UPM): D I A N A Discontinuo: Sus propiedades varían en el tiempo y el espacio. Inhomogéneo: Presenta muchos tipos de respuestas. Anisótropo: La respuesta depende de la dirección de la aplicación de la carga. No Lineal: No es única la pendiente que relaciona la tensión con la deformación. An elastic: Las tensiones en un determinado instante no dependen solamente de la deformación local en ese instante sino que también de su historia pasada. ONDAS DE CORTE CÓMO PUEDO MEDIR Vs? Hay varias formas y técnicas a nivel mundial. Del Art. Nº 5: Refracción (Vp) SPAC f-k Correlaciones. Vs puede ser medida por ensayos: 1) Down-hole. 2) Cross-hole. SONDAJE 3) Sonda de suspensión Fuente Geófono A partir de Métodos basados en el análisis de ondas superficiales (Ondas Rayleigh) tales como: 1) SASW (Spectral Analysis of Surface Waves). GEOFÍSICA DE SUPERFICIE 2) MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) 3) ReMi (Refraction Microtremor). 11

12 3era. Parte Clasificación Sísmica de los Suelos Art. Nº 2: Las disposiciones no son exigibles para obras civiles tales como: Puentes. Presas. Túneles. Acueductos. Muelles o canales. Edificios industriales, ni instalaciones industriales. Muros de contención de tierras?. Redes de agua potable? 12

13 Se deben evaluar en los primeros 30 metros bajo la superficie natural del terreno o hasta la roca, las propiedades que permitan clasificar el suelo de fundación en: - Para conjuntos de viviendas en terrenos de más m2. - Estructuras de 5 ó más pisos sobre la superficie del terreno natural. - Edificios categorías III o IV. (escuelas, hospitales, edificios habitables). Profundidad de exploración en edificio con subterráneos: D f + 15 m. Siendo D f = nivel del sello de fundación. Si D f + 15 > 30 m, entonces V s30 = V s(df + 15). Conocer Parámetros Geotécnicos { 0,0 m -30,0 m NO es obligatorio justificar Vs30 con mediciones in situ, ni N SPT o S u en la profundidad de 30 metros cuando, en el caso particular de: - Estructuras clasificadas III o IV. - Que sean menores a 500 m2. - Que no tengan más de 2 niveles. - Y cuya altura sea menor a 8 m. En estos casos el estudio de Mecánica de Suelos de acuerdo a la NCh Of debe descartar la presencia de suelos: - Licuables. - Susceptibles de densificación por vibración. - Colapsables. - Orgánicos o turbas. - Además el terreno no debe estar afecto a amplificación dinámica 13

14 Suelos Tipo Mejor comportamiento Menor A Roca, Suelo cementado Roca blanda o B fracturada, suelo muy denso o muy firme C Suelo denso o firme Suelo medianamente D denso, o firme Suelo de compacidad, o E consistencia mediana F Suelos Especiales Suelos Tipo VS30 (m/s) RQD qu (MPa) N1 (golpes/pie) Su (MPa) A Roca, Suelo cementado % 10 Roca blanda o B fracturada, suelo muy 500 0,40 50 denso o muy firme C Suelo denso o firme 350 0,30 40 Suelo medianamente D denso, o firme ,05 Suelo de compacidad, o E consistencia mediana < < 0,05 F Suelos Especiales * * * * * 14

15 SUELO TIPO A (Los Buenos) Se debe justificar: - V s (m/s) - RQD en roca 50 (%). - q u en suelo cementado, con un mínimo de 5 mediciones. En aquellos casos donde el perfil de los 15 m superiores presenta Vs > 900 m/seg, no es necesaria la justificación de RQD, ni q u. Cuando la estructura se apoya íntegramente en el basamento rocoso y éste cumple las características antes indicadas, independientemente de los materiales geotécnicos existentes sobre el sello de fundación, el sitio clasifica como Suelo Tipo A. Nos estamos apoyando en Roca. SUELO TIPO B Se debe justificar V s30 y: - V s (m/s) - N 1 en caso de arenas (> 50 golpes/pie) - q u en el caso de suelos finos (> 0,4 Mpa) - En el caso de Suelos gruesos descripción estratigráfica hasta 30,0 m con T max cada 5,0 metros. En el caso que sólo se disponga del perfil de Vs: - Vs aumenta monótonamente con la profundidad, y - V s m/s Se puede clasificar como Suelo Tipo C (sin otras mediciones) 15

16 SUELO TIPO B Una excepción son las gravas fluviales de espesor mayor o igual a 30 m (medidos a partir de la superficie natural), las cuales clasifican en Suelo Tipo B sin necesidad de medir Vs, ni presentar la descripción estratigráfica detallada. El sustento para establecer la presencia de gravas fluviales de espesor mayor o igual a 30 m, puede ser de tipo geológico, o información confiable y demostrable de sectores del entorno inmediato. SUELO TIPO C Se debe justificar V s30 y: - V s (m/s) - N 1 en caso de arenas (> 40 golpes/pie) - q u en el caso de suelos finos (> 0,3 MPa) - En el caso de Suelos gruesos descripción estratigráfica hasta 30,0 m con T max cada 5,0 metros. En el caso que: - Vs aumenta monótonamente con la profundidad, y - V s m/s Se puede clasificar como Suelo Tipo D (sin otras mediciones) 16

17 SUELO TIPO D Se debe justificar V s30 y: - V s (m/s) - N 1 en caso de arenas (> 30 golpes/pie) - S u en el caso de suelos finos ( 0,05 MPa) En depósitos de suelos arenosos Se podrá clasificar automáticamente como suelo Tipo D, si: - Existen mediciones de N 1 cada un metro en los 30 m superiores, y N 1 30 golpes/pie. - No aceptándose no más de 5 m con N 1 en el rango de golpes/pie. SUELO TIPO D En el caso que: - Vs aumenta monótonamente con la profundidad, y - V s m/s Se puede clasificar como Suelo Tipo E (sin otras mediciones) 17

18 SUELO TIPO E Suelos de consistencia mediana. V s30 < 180 (m/s) Se debe justificar V s30 y: - N 1 en caso de arenas (> 20 golpes/pie) - S u en el caso de suelos finos (< 0,05 MPa) SUELO TIPO F (Los Malos) Corresponden a aquellos que presentan singularidades en su comportamiento mecánico y por tanto REQUIEREN ESTUDIOS GEOTÉCNICOS ESPECIALES: - Suelos potencialmente licuables: arenas, arenas limosas o limos, saturados con N 1 < 20 (golpes/pie) - Susceptibles de densificación por vibración. - Colapsables. - Orgánicos o turbas. - Suelos finos saturados con LL > 80 % y espesor > 20 m. - Suelos finos saturados de sensitividad mayor a 10. ( QUICK CLAYS ). Aquellos con TOPOGRAFÍA irregular, se pueden presentar Fenómenos de amplificación local. 18

19 Por qué es importante Clasificar Sísmicamente los Suelos? Por qué esta Normado? Por qué esta exigido? Principalmente, porque al determinar V S30. Conocemos de forma indirecta el Módulo Cortante promedio del Suelo. 2 G vs E G 2(1 ) 2 vs E 2(1 ) Construimos Obras más Seguras. 4ta. Parte Final 19

20 No tenemos que olvidarnos que Construir: Saber utilizar el ingenio para tratar de entender la naturaleza. Mejorar la calidad de vida. Desde la Geotecnia Responder: Me sirve o no me sirve?. Resiste o no resiste?. Será Estable? Colabora o no Colabora? Su Esencia es: Prologo Géotechnique, Volume 1, Issue 1 (1948) Se puede concluir que la mecánica de suelos es simplemente el resultado de dos ramas bien establecidas de las ciencias de la ingeniería: El estudio de los materiales Y la mecánica aplicada. En la medida que los principios sean interesantes la conclusión es correcta. Karl Von Terzaghi ( ) la diferencia está en las aplicaciones prácticas. 20

21 Trabajo a luz apagada Ing. Msc. Sr. Pablo Castaños Martínez. "El primer paso para desarrollar un proyecto Profesora (ITR) Sra. Virginia Huanquilef Barría 21

22 5ta. Parte Conclusiones CONCLUSIONES La Clasificación Sísmica de los Suelos. Llegó para quedarse, debemos realizarla en nuestros proyectos. Qué pasa con el periodo fundamental del depósito de suelos? Aún nos queda mucho por desarrollar. Es la Ciencia más exacta después de la brujería. Pero si mezclamos peras con manzanas obtenemos un delicioso postre. Conozcamos nuestras capacidades. Qué estoy midiendo?. Los ojos sirven sólo para apreciar el paisaje. JUGAR CON TIERRA Practica y Teoría Si tenemos dudas, pidamos ayuda. Pero cuidado a quién preguntamos. 22

23 Chiste publicado en el Journal of Soil Mechanics, A.S.C.E., 1964 He escatimado algo en la cimentación pero nadie se va enterar.!!! Chiste publicado en el Journal of Soil Mechanics, A.S.C.E.,

24 Por su atención. Muchas gracias. Clasificación Sísmica de los Suelos.. Ingeniero Civil en Obras Civiles. (UACh) Máster en Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica. (UPM) Puerto Montt, 29 de Junio de

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