8 Licuacion Nueva Zelanda 2016-02-12 ERA Corto

7/25/2019 8 Licuacion Nueva Zelanda 2016-02-12 ERA Corto

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Mejoramiento de Suelos par

Mitigacin de los Efectos deLicuacin en Christchurch,

Nueva ZelandaIng. Eduardo Rodrguez Arriaga

Virginia Tech

12 de febrero de 2016


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Agenda

1. La secuencia de terremotos de 2010 y 2011 que afectaroChristchurch, Nueva Zelanda y la licuacin severa

2. Descripcin de los mtodos de mejoramiento de suelos pestructuras residenciales y edificios pequeos

3. Desarrollo de las zonas instrumentadas en los paneles deensayo antes de pruebas de sacudida

4. Valores de Vsy Vppara caracterizar los mejoramientos

5. Ejemplo de resultados de las pruebas de sacudida con T-R

un panel de ensayo6. Evaluacin de los ensayos de sacudida e interpretacin de

resultados

7. Pruebas de campo con explosivos en el Sitio 4

8. Conclusiones


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1. Christchurch, Nueva Zelanda

Poblacin: ~390,000

Area Urbana: ~450 km2

Establecido: ~1850

Regin de

Canterbury/

Christchurch

Placa Pacfica

Placa

Australiana

(Prof. Misko Cubrinovski)


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Secuencia de Terremotos en Canterbury 2010-2011

Area de Christchurch

DNC

Leyenda


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185 fallecidos

DNC destruido: 2,400 edificios demolidos (de 3,000)

Prdida econmica total de aprox. 40 billones de

dlares NZ; 20% del PIB de Nueva Zelanda Efectos de licuacin en propiedades residenciales:

40,000 afectados

20,000 afectados severamente

10,000 abandonados

Volcn de arena

Eyecciones de are

limo por doquier

Resumen de Efectos de Terremoto feb. 2011,

Mw6


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Licuacin Severa en los Suburbios

~500,000 t de eyecciones de arena/limo fueron removidas

Grandes hundimientos en algunos suburbios (~1.0m)

(Prof. Misko Cubrin


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8/47



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Desempeo de Cimentaciones de Casas

(Prof. Misko Cubrin

Grieta

Eyeccin de arenaAsentamiento

Ro Avon

Nota: La cimentacin es una losa nivelada


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Dao a las Cimentaciones de Casas

Nota: Las cimentaciones no fueron diseadas para

resistir cargas por licuacin ni esparcimiento lateral

(Prof. Misko Cubrin


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2. Investigar Mejoramiento Superficial de Suelo

Problemas Crticos que Afectan la Reconstruccin

Permanece el riesgo de licuacin en terremotos futuros

Se deben desarrollar soluciones efectivas de ingeniera para1000s de estructuras (hogares y edificios pequeos)

Las soluciones deben ser econmicas y deben permitir la

participacin competitiva de contratistas

Las soluciones deben ser verificables por aseguradoras

Metas Crear una corteza de ~3m debajo de la huella de la casa que

reduzca el desencadenamiento localizado de licuacin

Conducir ensayos de sacudida en el campo con T-Rex

Deteminar los mejoramientos superficiales de suelos

aceptables


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Enfoque: Sacudida en Campo y Ensayos

Explosivos; Tres Sitios Ensayo: Sitios 3, 4 y 6

DNC ChristchurchRo Avon

Sitios 3 y 4

Catedral de Christchurch

Ro Heathcote

Sitio 6

Leyenda

Licuacin moderada a sever

Licuacin baja a moderadaLicuacin en calles(predominantemente, licuacin

no/localizada en propiedades)


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Mtodo de Mejoramiento de Suelo 1:

Compactacin de Impacto Rpido

Rapid Impact Compaction (RIC)

Nivel de suelo original

Nivel despus

Gran mejoramiento de

resistencia de suelo

Mejoramiento objetiv

de resistencia de suelo

Mejoramiento modera

resistencia de suelo a

metros de profundida

Nueva

Corteza

Cprtezaperdida

~0.5m

Hundimiento

Suelo licuable

Corteza no-licuable

H1(antesdeT.)

H1(despusdeme

joramiento)


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Nueva

Corteza

Corteza

perdida

~ 0 5 m

Hundimiento

H1(antesdeT.)

H1(despusdeme

joramiento) Nivel de suelo original

Nivel despus de T.

Nuevacorteza

~ 0 5 m

Suelo licuable

Corteza no-licuable

Grava


Pilotes de Grava Compactada

Rammed Aggregate Piers (RAP)


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Nueva

Corteza

Cortezaperdida

~0.5m

Hundimiento

H1(

antesdeT.)

H1(despusdem

ejoramiento)

Nivel de suelo original

Nivel despus de T.

Nuevacorteza

~0.5m

Suelo licuable

Corteza no-licuable

Concreto fluido


Lechada de Baja Movilidad

Low Mobility Grout (LMG)


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Mtodos de Mejoramiento de Suelo:

4 Fila Sencilla de Vigas Horizontales (SRB)

5 Fila Doble de Vigas Horizontales (DRB)

Suelo licuable

Suelo licuable Suelo licuable

Corteza no-licuable

Corteza no-licuable

Corteza no-licuable


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Pruebas de Campo: Vista de Planta de Sitio 6 con S

Paneles de Ensayo (Fotogrfa Area Antes de Demoliciones)


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3. Desarrollo de Zonas Instrumentadas en Paneles

Ensayo

Sensores hechos en la Univ. de Texas. Todos

los sensores tienen 3.57 cm de dimetro

50, Gefonos 2-D 50, Transductores de Presin de Por


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Instalando Gefonos y Transductores de Presin

Poro con T-Rex

Instalacide Sensor

Cilindro

Hidrulico de

Empuje/Halado

T-Rex


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Preparacin de Sacudida con T-Rex: (1) Enterran

Cables de Sensores, (2) Almohadilla de Grava, (3) C

con T-Rex, (4) Registro de Ensayo

Cables de

sensores

Placa de base de T-Rex


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Arreglo Generalizado de Sensores en Paneles de En

del Suelo Natural, RIC, RAP y LMG en Sitio 6

(a) Seccin Transversal (a) Vista de Planta

4. Caracterizado de Cada Panel de Ensayo Antes de Sacud


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Nota: Arreglo general usado como el proceso de verificacin en campo

Barra de

Fuente #1

Barra deFuente #2

Martillo

Barra

Receptora

de Gefono

Pilote de

Grava (RAP)

Preparacin de Ensayo Crosshole para Medir Perfiles de V


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Ensayo Crosshole: Velocidades de Ondas S en Pan

de Ensayo de Tierra Natural como Perfil de Refere

Analizador

Impactos Verticales

(Fuente Ssmica y

Desencadenador

de Tiempo)

Impactos

Verticales

(Fuente

Ssmica y

Desencadenad

or de Tiempo)

Localizacin

de Punta de

Barra para

Medicin a

1m

Fuente #1

(F1)

Velocidad de onda S (m/s)

Profundidad(m)

Profundidad

Max. = 5m

Caminos Recorridos

por Ondas P y SCaminos Recorridos

por Ondas P y S

Fuente #2

(F2)

Perfiles de Velocidad de Ondas S: Para Evaluar Cam


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en los Paneles de Ensayo de RIC y RAP

(a) En medio del Mejoramiento (b) A Travs del Mejoramie

Mejoramiento Mejoramiento

F1F1 R1F2 F2R1

Velocidad de onda S (m/s) Velocidad de onda S (m/s)

Fondo de

RAP

Fondo de

RAP

Promedio

de Suelo

Natural

Promedio

de Suelo

Natural

Profundidad(m)

Profundidad(m)

Perfiles de Velocidad de Ondas S: Para Evaluar Cam


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en los Paneles de Ensayo de LMG*

(b) A Travs del Mejoramient

Mejoramiento Mejoramiento

F1F1 R1F2 F2R1

Fondo de

LMG

Fondo de

LMG

Promedio

de Suelo

NaturalPromedio

de Suelo

Natural

Profundidad(m)

Profundidad(m)

Velocidad de onda S (m/s) Velocidad de onda S (m/s)

*Nota: Dos conjuntos de ensayos crosshole en el Panel de Ensayo de LMG

(a) En medio del Mejoramiento


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Efecto de Grado de Saturacin (Sr)

en Velocidades de Ondas P y S

Vpcontrolado por SrArena de Grano Mediano'o= 35 kPa

Velocida-

des de

Ondas P

y S (m/s)

Esqueleto

del Material

Grado de Saturacin, Sr, % Sr

Vp

Vs

Vpcontrolado por 'o para Sr < 99%

Vscontrolado por 'o para cualquier Sr (0 a 100%)


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Perfiles de Velocidad de Onda P en Sitio 6:

Para Determinar Dnde el Suelo est Saturado

(a) Los Siete Paneles de Ensayo (b) Panel de Ensayo LMG

Velocidad de onda P (m/s) Velocidad de onda P (m/s)

Profundidad(m)

Profundidad

(m)


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5. Sacudida con T-Rex en Cada Panel de Ensayo

Ejemplo Mostrando los Sensores en el Panel de R

(a) Perspectiva de seccin transversal de

T-Rex listo para sacudir el panel de

ensayo de 22 pilotes de grava

compactada (RAP)

(b) Vista de planta de la porc

central del panel de ensayo

RAP (8 de 22 pilotes)


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Patrn de Separacin del Mejoramiento

Mejoramiento RIC:

Mejoramiento RAP:1era Pasada (1.5 m diam.)

2da Pasada (1.5 m diam.)

Cuello (0.3 m diam.)

Cuerpo (0.6 m diam.)

Proceso de 24hr de Instalacin de Sensores y Carg


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por Etapas con T-Rex en Cada Panel de Ensayo

(a) Instalar Sensores, Carga Vertical Esttica y Desmobilizacin

Instalar

SensoresCarga

Vertical

Esttica,klb

Periodo de

Consolidacin

por la noche

Carga Esttica Constante

Durante Periodos de

Consolidacin y Sacudida

Desmob

Da 1 Da 2

(b) Sacudida Horizontal con T-Rex por Etapas

Sacudida Dinmica

Carga

Esttica

100 ciclos

a 10 Hz

Cargas por Etapas

CargadeSacudidaHorizontal,klb

Periodo de

Equilibracin


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Panel de Ensayo de Suelo Natural en Sitio 6: Etapa 2

Proporcin de Presin de Agua de Poro,

ru, Versus Tiem

Sacudida: 100 ciclos a 10Hz; Etapa 2; Fuerza horizontal pico ~ 6300 lb

Nota:


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Panel de Ensayo de Suelo Natural en Sitio 6: Etapa 5

Proporcin de Presin de Agua de Poro,

ru, Versus Tiem

Sacudida: 100 ciclos a 10Hz; Etapa 5; Fuerza horizontal pico ~ 20,500 lb

Nota:

r


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Ensayo por Etapas de Suelo Natural en Sitio 6:

ruversus L

despus de 100 Ciclosde Sacudida en Cada

Profundidad = 2.1 m

Deformacin cortante, (%)

Proporcindepresindeporo,ru,

(%)

Etapas de Carga:

Notas:

r


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Ensayo por Etapas de Suelo Natural en Sitio 6: ruversus L

despus de 100 Ciclosde Sacudida en Cada


Proporcind

epresindeporo,ru,

(%)

G

Variab

Resp

S

PrDese

mie

Licu

Ter

F

6. Evaluacin de Ensayos de Sacuida con T-Rex en Sitio


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ru de ReferenciaRelaciones de Log para Desencadenamient

Licuacin 100 Ciclosde Sacudida en cada


Proporcindepresindeporo,ru,

(%)

Extrapolacinbasada en Vucetic y

Dobry (1986)

Rango probable de

desencadenamiento de

licuacin en terremoto

fuerte


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Rigidez Total: Suelo Natural y RAP en Sitio 6

Etapa #11.5 kPa Esfuerzo Cortante Nominal

Etapa #25 kPa Esfuerzo Cortante Nominal

Etapa #315 kPa Esfuerzo Cortante

Deformacin CortantDeformacin Cortante (%) Deformacin Cortante (%)

Suelo

Natural Suelo

Natural

Profun

didad(m)

Comparacin de Velocidad de Ondas Cortantes e


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Arena Fina Limosa Entre Campo y Laboratorio

Velocidad de Onda Cortante (m/s)

Paneles de Ensayo de Suelo Natural: Ensayo de Columna Resonante:

(Espec. Reconstituidos ~2.5 m)

Profundidad(m)


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7. Sacudida con T-Rex y Pruebas Explosivas de Campo en S

Losa de Suelo Cemento Suelo Natural

Almohadilla de Grava Fila Doble de Vigas

Licuacin Extensiva Causada por Prueba Explosiva


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Licuacin Extensiva Causada por Prueba Explosiva


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Desempeo de Losa de Suelo Cemento

Antes de Explosivo:

Despus de Explosivo:

Losa de Suelo Cemento

8. Conclusiones


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Hallazgos en Sitio 6:1. La profundidad promedio de tabla de agua en los siete paneles de e

es aproximadamente 0.5 m. Medidas de Vpmostraron que la profun

debajo de la tabla de agua hasta el punto donde la saturacin es 10

vara de 0.8 a 2.3 m.

2. Cambios relativos en Vs entre las distintas condiciones de suelo fuer

usados para identificar las zonas de mejoramiento, zonas de alterac

zonas de poco a ningn cambio.

3. Exceso de presin de poro (u) sustancial a profundidad fue generad

sacudidas a nivel de tierra con T-Rex. Licuacin inicial no fue

desencadenada con T-Rex pero la sustancialupermiti la estimacidesencadenamiento.

4. Como fue evaluado con T-Rex, los mtodos de mejoramiento super

que ms reducen el desencadenamiento de licuacin son RIC, RAP y

5. Como fue evaluado con T-Rex, los mtodos de mejoramiento super

que no desempaaron bien en la reduccin del desencadenamiento

licuacin son LMG y SRB.

8. Conclusiones (continuacin)


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Hallazgos en Sitio 6:6. El perfilamiento de Vp revel que el suelo debajo de la corteza natu

existente (profundidad de ~0.75 m) estaba no saturado. Para la cort

saturada con Vp menos de ~600 m/s, el desencadenamiento de licu

es poco probable, incluso en terremotos fuertes.7. Las pruebas con T-Rex mostraron un gran rango de comportamient

suelo en los primeros 3 m que es probablemente atribuido a las

diferencias en tipo de suelo, estructura y/o grado de saturacin.

Soluciones Recomendadas para Sitios 3, 4 y 6:

1. Desarrollar una corteza no licuable de 3m de espesor.2. Mtodos xitosos de mejoramiento de suelo evaluados con T-Rex y

pruebas explosivas son: RIC, RAP, DRB, Pilotes de Madera 4 m de la

(TP) y Losa de Suelo Cemento.

3. Los mtodos recomendados de mejoramiento de suelo son RAP y L

Suelo Cemento. Deben ser verificados con ensayos ssmicos crossho

pequea escala (Vsy Vp).

Muchas Gracias


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Dr. Kenneth Stokoe y Dr. Brady Cox de la Universidad de Texas, Aust

Ing. Sjoerd Van Ballegooy y Staff de Tonkin & Taylor Ltd

Dr. Russel Green y Staff de la Universidad de Virginia Tech

Apoyo de NSF a travs del programa RAPID (CMMI #0343524)

Apoyo de la Comisin de Terremotos de Nueva Zelanda (EQC)

Apoyo de NSF para NEES@Utexas (CMMI #0927178)

Apoyo de NSF Graduate Research Fellowship Program under Grant

DGE-1110007

Investigadores de la Universidad de Canterbury

Investigadores y Staff de la Universidad de Texas, Austin: Dr. Farnuy

Menq, Ing. Julia Roberts, Ing. Sungmoon Hwang, Mr. Cecil Hoffpauir

Andy Valentine y Mr. Robert Kent

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