miras hacia el futuro Comportamiento de Terraplenes y ... · Cimentaciones en el Sismo del 16A16...

Congreso de Ingeniería Sísmica, Estructural

y Geotécnica-

Enseñanzas del Sismo del 16 de Abril de 2016

Una retrospectiva de lo aprendido, evaluado y actuado con

miras hacia el futuro

Comportamiento de Terraplenes y

Cimentaciones en el Sismo del 16A16

Xavier Vera Grunauer, Ph.D., D.GE., A.M. ASCE

Director

Instituto de Ingeniería (IIFIUC) de la Universidad Católica de

Santiago de Guayaquil.

Quito, 21 de abril de 2017

Temario

• Tema 1 Comportamiento de Terraplenes✓ Puerto de Manta

✓ Mejía

• Tema 2 Comportamiento de cimentaciones✓ Sector Tarqui/Manta, cimentaciones

superficiales

Tema 1

1.4g

1.06g

0.37g

0.52g0.38g

0.02g

0.19g

0.09g

GEER REPORT (www.geerassociation.org)

Terraplen en Pto Manta

Yi-H

sua

nTu

, N

atio

na

l Ch

en

g K

un

g U

niv

ers

ity

Adrian Tola, Virginia Tech University Forrest Lanning, Miyamoto International

Part II : Selected Geotechnical Observations

MANTA PORT

Yard 500

Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS

Instalaciones del Puerto de Manta 2016Tomado de: Google Earth (Mayo 2016) Desarrollo del Puerto de Manta


Se reportan daños de severos a

muy severos: Manifestaciones

en la superficie del rompeolas

12


1

Deformaciones laterales 2 a 35cm


2

Deformaciones laterales 2 a 50cm

Inst

ala

cio

ne

s d

el P

ue

rto

de

Ma

nta

RO

MP

EO

LAS

Ripalda 2007

Sondeos existentes:

iGeotest 2013


Caso Estático


w%

0 20 40 60 80 100

CO

TA

(m

)

-42

-40

-38

-36

-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

B-124a

PT-38

B-125

ST-2

T# 200

0 20 40 60 80 100

-42

-40

-38

-36

-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

N 1 (60)

0 20 40 60 80 100

-42

-40

-38

-36

-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

Dr (%)

0 20 40 60 80 100

-42

-40

-38

-36

-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

30 35 40 45 50

-42

-40

-38

-36

-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

ESPIGÓN

Cota de terraplen

Fondo Marino

Resistencia y Densidad relativa baja conforme a las perforaciones ejecutadas sobre el cuerpo del rompeolas (ST-2; PT-38)

Youd et al. 2001 based on Seed et al. 1985

CRR

LiquefactionEffects Observed at

Ground Surface

No LiquefactionEffects Observed at

Ground Surface

FS = CRR / CSRC

S

R


CSR = 0.65(amax/g)(σv/σv′) rd

(N1)60 CRR

Factor de Corrección KAfectación por confinamiento

Varios Autores


Factores que alteran el CRR

Factor de Corrección KAfectación por esfuerzo de corte

estático

Boulanger (2003a)


Perforación

CSR MSFCRR

M=7.5, σ=1

Kσ Kα CRR FS liq

ST-02 0.43 0.92 0.15 0.84 0.91 0.10 0.24

PT-38 0.44 0.92 0.22 0.78 1.46 0.23 0.53

Posibles consecuencias por licuación:

• Pérdida completa de resistencia en el

suelo

• Fallas de taludes

• Desplazamiento considerable de pendientes con pendientes mínimas

• Pérdida completa de capacidad

soportante en fundaciones superficiales.

• Asentamientos diferenciales.


Resistencia y Densidad relativa baja conforme a las perforaciones ejecutadas sobre el cuerpo del rompeolas (ST-2)

N1(60)

0 25 50 75 100

Co

ta (

m)

-20

-15

-10

-5

0

5

ST-02

CSR & CRR

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

CSR

CRR

F.S.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

F.S. * Idriss & Boulanger 2008

N.F.

RO

MP

EO

LA

S

ARENALICUABLE

AR

EN

A D

EN

SA

Webber, J. (2.015)33rd Percentil Curva de

Probabilidad


Kramer (2.004)40th Percentil Curva de

Probabilidad

Resistencia Residual en arenas licuables (Sr)

Como caracterizo una arena licuable???


Perforación

Finos (%) N1.60cs Dr (%) CSR

CRR M=7.5, σ=1 FS liq Sr/Esfv'

Esfv' (Kpa) Sr (Kpa)

ST-02 20 14 45.5 0.427 0.148 0.245 0.153 218 33.35

ST-02 20 14 0.21 100 21.00

PT-38 8 21 67.8 0.440 0.219 0.525 0.21 218 45.78

PT-38 8 21 0.29 100 29.00

Perforación

CSR MSFCRR

M=7.5, σ=1

Kσ Kα CRR FS liq

ST-02 0.43 0.92 0.15 0.84 0.91 0.10 0.24PT-38 0.44 0.92 0.22 0.78 1.46 0.23 0.53

Resistencia Residual en arenas licuables (Sr)

Como caracterizo una arena licuable???

Modelo Geo-

Slope

• Geometría pre-sismo.

•Según los agrietamientos

en superficie se extrapoló

tentativas superficies defalla.

• La superficie de falla

TRASLACIONAL obedece

al tipo de material que

compone el cuerpo y

suelo de cimentación del

rompeolas.

* Sección tomada de “Anejo 17. Reparación Dique de Abrigo Actual. Proyecto para el Desarrollo del Puerto de Aguas Profundas de Manta” documento de ineco PROES, recibido por el MTOP en el 2014


Desempeños sísmico de estructuras geotécnicas, SE

ANALIZA POR DESPLAZAMIENTO Y SE VERIFICA POR

FUERZAS


Que dice la NEC-15?...

Kh = 0.60 PGA(g)

Desempeños sísmico de

estructuras geotécnicas.

Movimiento sísmico del suelo


ORIGEN

Corteza superficial:

-Bray y Travasarou 2007

- Jibson

-Rathje y Antonakos

Subducción:

-Bray y Macedo 2017

1. k= Coeficiente sismico, constante que representa la carga del

terremoto.

2. S= Resistencia del material & geometría dan el FS.

3. W= Peso de potencial masa a desplazarse es rígida.


Análisis de estabilidad Pseudo-

estática.

kmax depende de la rigidez y geometría de la masa de suelo

deslizante (ej.: período fundamental)

Ts,1-D = 2.6 H / Vs

Ts, 1-D = Periodo fundamental inicial de la masa de suelo.

H = Altura de la masa de suelo a deslizarse.

Vs = Velocidad de onda de corte promedio de la masade suelo.

Desempeños sísmico de estructuras geotécnicas.


Desempeños sísmico de estructuras geotécnicas.

Bray & Macedo & Travasarou 2017


El PGA según el espectro en roca del sismo del 16 de abril de 2016, PGA =0.42 g

Sa (0,20)= 0,90 g

ESPECTRO EN ROCA

Sa (1,5 Ts)

T (s)

0.01 0.1 1 10

Sa (

g)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

PSHA ROCA Tr=475 años

PGA=0.68gSismo 16A2016 Comp Este (Rock)

Sismo 16A2016 Comp Norte (Rock)

Desempeños sísmico de estructuras geotécnicas 16 Abril 2016.

Buscando el “ky” según metodología Bray & Macedo 2017,

Se buca el F.S:=1.


Según N SPT menos

favorable

Según N SPT mas

favorable

Estado SismoSa

(1.5Ts)Ky FS

BT*

(cm)

MB Range

values (cm)

Actual En Roca 0.9 0.07 1 7922.80 -

97.30

Actual

Superficie

Campo libre

(Liq)

0.55 0.07 1 32.610.40 -

45.00

Estado Sismo

Sa

(1.5Ts) Ky FS

BT*

(cm)

MB Range

values (cm)

Actual En Roca 0.9 0.105 1 4812.50 -

53.40

Actual

Superficie

Campo libre

(Liq)

0.55 0.105 1 17.5 5.20 - 22.40

*Median estimated level

Sr= 21 Kpa


Sr= 29 Kpa

(medido: 20 a 35cm)

(medido: 45 a 60cm)

Inst

ala

cio

ne

s d

el P

ue

rto

de

Ma

nta

RO

MP

EO

LAS

Flow Liquefaction???

Comportamiento

“Dilativo”

Según ST-02

Según PT-38

FSflow > 1

NO FLOW LIQUEFACTION

PUERTO DE MANTA.- Rompeolas

Geometría pre-sismos

Daño 1: Srcrit: 21 KPa

Daño 2: Srcrit: 29 KPa

Perforación: ST-02

Perforación: PT-38

Def. Medida: 45 – 60 cm aprox.

LSS% = 27% - 20%

Def. Medida: 20 – 35 cm aprox.

Hliq = 220cm

LSS % = 15% - 9%

N1(60,cs): 14

N1(60,cs): 21

30%

9%

27% 15%

Alternativas propuestas


21 Kpa

Estado Ky FS BT* (cm) MB Range values (cm)

Actual 0.07 1 79 22.80 - 97.30

Berma 0.15 1 28 6.70 - 28.80

3H:1V 0.108 1 46 12.00 - 51.00

B-Talón 0.145 1 30 7.20 - 31.00

Talón 0.2 1 17 3.70 - 16.40


29 Kpa

Estado Ky FS BT* (cm) MB Range values (cm)

Actual 0.105 1 48 12.50 - 53.40

Berma 0.175 1 22 5.00 - 21.50

3H:1V 0.142 1 31 7.40 - 32.00

B-Talón 0.18 1 21 4.70 - 20.30

Talón 0.245 1 12 2.10 - 10.50


Sa (0,20)= 0,55 g

ESPECTRO CAMPO

LIBRE SUPERFICIE

LICUACION

Sa (1,5 Ts)


Kh = 0.60 PGA(g)

PGA = 0.16g

Análisis por Fuerzas para la alternativa

seleccionada, Berma, Según NEC-15

Sr= 21 KPa; Kh= 0.10 , FS=1.06 > 1.05, FS=1.3

Sr= 29 KPa; Kh= 0.10 , FS=1.18 > 1.05, FS=1.42

Terraplen Puente Mejia



Mejia Embankment –

Bridge

@ Portoviejo



Mejia Embankment -

Bridge

EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA

SPT test – Top of

embankment

Mejia Bridge

CPTu test – Free fieldA

A’

UBICACIÓN

PERFIL A-A’

Liquefable Soil

Cimentaciones Superficiales

Tarqui

DAÑOS OBSERVADOS

DAÑOS GEOTÉCNICOS

GEER Report (2016)

DAÑOS OBSERVADOS

DAÑOS GEOTÉCNICOS

Geoestudios (2016)

MAPA DE DAÑOS

GEOTÉCNICOS OBSERVADOS

LICUACIÓN Y DEGRADACIÓN CÍCLICA

DAÑOS PRODUCTO DE LICUACIÓN

3. Deformaciones Volumétricas

Drenaje Parcial (εp-DR)

Sedimentación (εp-SED)

Consolidación (εp-CON)

2. Deformaciones Inducidas por Cortante

Falla por Capacidad de Carga (εq-BC)

SSI-Induced Ratcheting (εq-SSI)

1. Expulsión de arena

Bray et al. (2016)

N60

0 20 40 60 80 100

Co

ta, m

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

CSR&CRR

0.0 0.6 1.2 1.8 2.4

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

CSR

CRR

FS

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

SM LICUABLE

Ø=36ºN60=15

SM LICUABLE

Ø=34ºN60=10

42

47

Calibration based on cyclic triaxial time histories

PDMY02 parameters from ARS1-3 Dr≈90% Experiment Dr=86% (Axial strain amplitude = 0.47%

and shear strain = 0.73%)

48

Comparison of Deepsoil and OpenSees numerical resultsARS1-1

ARS1-2

ARS1-3

ARS1-4

ARS1-5

•Figura 199. Modelo tridimensional que muestra los elementos de suelo (BrickUP). Sección vertical A-A’ o eje de simetría indicando lo

•s elementos vigas y los elementos de cimentación (SSPBrick) utilizados

Congreso de Ingeniería Sísmica, Estructural y Geotécnica

Logo de su

institución

… reflexión sin acción es desperdicio

¿Preguntas?

El Instituto de Investigaciones de la

Facultad de Ingeniería de la Universidad

Católica Santiago de Guayaquil (IIFIUC)

invita al curso:

Estado del conocimiento en los diseños

y análisis de estructuras sismo-

resistentes en el Ecuador.

• 03 y 04 de julio 2017 • 09h00 - 18h00

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¡Contamos con su presencia!

Con el auspicio de:

Programa de conferencias

Lunes 03 julio 2017

Dr. Eduardo Miranda, Stanford University

Diseño sísmico basado en

fuerzas (4 horas)

Diseño sísmico basado en

desplazamientos (4 horas)

Martes 04 julio 2017

Dr. Eduardo Miranda, Stanford University

Dr. Xavier Vera Grunauer, UCSG

Diseño sísmico de

estructuras en suelos muy

blandos (EM, XVG 3 horas)

Demandas sísmicas durante

el sismo 16/4/2016 (EM, XVG

2 hrs)

Diseño sísmico de

cimentaciones en suelos

blandos o licuables (XVG

1.5hrs)

Temas selectos para mejorar

el diseño sísmico en

Ecuador (EM 2.5 hrs)

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