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01-08-2017

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Seminario

Gastón Arriagada Sepúlveda.Ingeniero Civil en Obras Civiles. (UACh)

Máster en Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica. (UPM)

Puerto Montt, 29 de Junio de 2017

“Clasificación Sísmica de los Suelos”.

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Gastón Arriagada Sepúlveda

1era. Parte

Breve Introducción

BREVE INTRODUCCIÓN.Del sismo ocurrido el día 27.02.2010 aprendimos varias lecciones:

Donde queda Cobquecura.


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BREVE INTRODUCCIÓN.

Se generó una mirada hacia un lugar un poco olvidado en el áreade la Construcción.

Nos acordamos que teníamos un poco rezagada la ClasificaciónSísmica de los Suelos.

Era tan pequeño el lugar de la Clasificación Sísmica del Suelo quepara efectos prácticos era sólo una Tabla en la NCh 433 Of 1996Mod. 2009.




Tipo deSuelo

I

Descripción

Roca: Material natural, con velocidad de propagación de ondas de corte in-situ igual o mayorque 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 laprofundidad; o bien

b) Grava densa, con peso unitario seco γd igual o mayor que 20 kN/m3, o índice de densidadID(DR) igual o mayor que 75%, o grado de compactación mayor que 95% del valor Proctormodificado; 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 compactaciónsuperior 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

II

a) Arena permanentemente no saturada, con ID(DR) entre 55 y 75%, o N mayor que 20 (sinnormalizar 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 delProctor 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 desobrecarga de 0,10 MPa),

III

Suelo cohesivo saturado con Su igual o mayor que 0,025 MPa (qu igual o menor que 0,050 MPa)IV

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Durante un periodo de tiempo, un Panel de Expertos propuso paraevaluar el comportamiento del suelo y su interacción con lasestructuras.

5 de Noviembre de 2010

D.S. Nº 117 (V y U)

REGLAMENTO QUE FIJA EL DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS



Y no fue hasta el día 02.11.2011que se Decreta el DS. Nº 61

Publicado el día 13.12.2011.

Que deroga el D.S. Nº 117 (V y U).

Nuevo REGLAMENTO QUE FIJA ELDISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS.


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Se generó el mayor cambio en los últimos años en la forma de cómo seNORMA la Clasificación Sísmica del Suelo y la forma de explorar el suelopara su Clasificación Sísmica.

La arena sigue siendo arena, la grava sigue siendo grava, pero cambiamosla Clasificación Sísmica.

Actualizamos nuestra normativa a los estándares internacionales.

La CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS dejó de ser una Tabla.

Y ahora es parte de un documento completo.

Complementando la NCh 1508 Of. 2008 “Estudios de Mecánica de Suelos”



Esto debido principalmente a que según lo estipulado en el Art. 5ºdel DS. Nº 61:

La respuesta sísmica de un depósito de suelo y la solicitaciónsísmica que se desarrolla sobre la estructura.

Interacción suelo – estructura, dependen de:

1) La rigidez a bajas deformaciones de los estratossuperiores.

2) Periodo fundamental del depósito de suelos.3) Nivel de amortiguamiento.4) Excitación sísmica propiamente tal. (Terremoto).


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INTRODUCCIÓN.

De esta forma el Art. 5º del D.S. Nº 61:

“LA CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE SUELOS se ha optado porcentrarla en el parámetro que se estima más relevante en unaprimera aproximación.

En la rigidez a bajas deformaciones de los estratos superiores.

Correspondiente a la VELOCIDAD DE LAS ONDAS DE CORTEpromedio de los 30 metros superiores del terreno (VS30)”.


n

i is

i

n

ii

s

vhh

v

1

130


Ondas de Corte (Vs)

¿Qué es eso?

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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)

b) Ondas Transversales: Secundarias o de corte (S)

Ondas Superficiales:

c) Love. (L) (En honor a Augustus Ed. Hough Love)d) Rayleigh. (R) (En honor a John Strutt baron de Rayleigh 1885)

G

vs

E

v p


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ONDAS DE CORTE

Propagación onda P Propagación onda S

La más destructiva


ONDAS DE CORTE


Ondas P y S

Ondas Superficiales

Hipocentro

Vp ≈ 1,7Vs

Para ν = 0,22

Vr ≈ 0,9Vs≈ 0,5Vp

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ONDAS DE CORTE


Sistema Estructural

¿A qué profundidad está “la roca”?¿Cómo varia Es?

KTC

EsCsTs

as

KTC

Capa elástica sobre Base RígidaModelo elástico isotrópico no homogéneo

as

Rigidez (K)Periodos Propios (Tn).Amortiguamiento (C).

Buen comportamientoE = ∞δ = 0

Roca

Suelo 1

Suelo n ? ¿Rigidez (Es)?¿Amortiguamiento (Cs)?¿Periodo Propio (Ts)?

as

ONDAS DE CORTEEfectos 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 laestructura.


as

Vs contribuye en la amplificación de la señal sísmica

Vs Alta Amplificación Sísmica

Vs Baja Amplificación Sísmica

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ONDAS DE CORTEEn Resumen:


as

La estructura en sí.Con su forma particular.Controlada por el diseño.

El Sismo.¿Cuándo va a ocurrir?.¿Dónde va a ocurrir?Imprevisible su duración, magnitud.contenido de frecuencias.

Interface que participa. + ó -¿Modelo elástico o inelástico?.¿Lineal o no lineal?¿Homogéneo o heterogéneo?¿Capa rígida o Módulos Variables?

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 aplicaciónde la carga.

Lineal:Única pendiente que relaciona la tensión con ladeformación. γ ≤ 10-5

Elástico:Las tensiones en un determinado instante dependensolamente de la deformación local en ese instante y no desu historia pasada.

CHILE


Comportamiento IDEAL del SUELO

De acuerdo con el Dr. Claudio Olalla (UPM):

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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 dela carga.

No Lineal:No es única la pendiente que relaciona la tensión con ladeformación.

An elastic:Las tensiones en un determinado instante no dependensolamente de la deformación local en ese instante sino quetambién de su historia pasada.

DIANA


Comportamiento REAL del SUELO

De acuerdo con el Dr. Claudio Olalla (UPM):

ONDAS DE CORTE¿CÓMO PUEDO MEDIR Vs?

Hay varias formas y técnicas a nivel mundial.

Del Art. Nº 5:

Vs puede ser medida por ensayos:1) Down-hole.2) Cross-hole.3) Sonda de suspensión

A partir de Métodos basados en el análisis de ondas superficiales (OndasRayleigh) tales como:

1) SASW (Spectral Analysis of Surface Waves).2) MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves)3) ReMi (Refraction Microtremor).

SONDAJE

GEOFÍSICA DESUPERFICIE

Refracción (Vp)SPACf-kCorrelaciones.


Fuente

Geófono

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3era. Parte

Clasificación Sísmica de los Suelos

CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS

Art. Nº 2:

Las disposiciones no son exigibles para obras civiles talescomo:

Puentes.Presas.Túneles.Acueductos.Muelles o canales.Edificios industriales, ni instalaciones industriales.

¿Muros de contención de tierras?.¿Redes de agua potable?


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Se deben evaluar en los primeros 30 metros bajo la superficie natural delterreno o hasta la roca, las propiedades que permitan clasificar el suelo defundación en:

- Para conjuntos de viviendas en terrenos de más 8.000 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: Df + 15 m.Siendo Df = nivel del sello de fundación.

Si Df + 15 > 30 m, entonces Vs30 = Vs(Df + 15).

Conocer Parámetros Geotécnicos



-30,0 m

0,0 m

{

NO es obligatorio justificar Vs30 con mediciones in situ, ni NSPT o Su en laprofundidad 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 1508.Of. 2008 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



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Mejorcomportamiento

Menor

Suelos Tipo

A Roca, Suelo cementado

BRoca blanda ofracturada, suelo muydenso o muy firme

C Suelo denso o firme

D Suelo medianamentedenso, o firme

E Suelo de compacidad, oconsistencia mediana

F Suelos Especiales



Suelos Tipo VS30(m/s)

RQD qu

(MPa)N1

(golpes/pie)Su

(MPa)

A Roca, Suelo cementado ≥ 900 ≥ 50 % ≥ 10

BRoca blanda ofracturada, suelo muydenso o muy firme

≥ 500 ≥ 0,40 ≥ 50

C Suelo denso o firme ≥ 350 ≥ 0,30 ≥ 40

D Suelo medianamentedenso, o firme ≥ 180 ≥ 30 ≥ 0,05

E Suelo de compacidad, oconsistencia mediana < 180 ≥ 20 < 0,05

F Suelos Especiales * * * * *

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SUELO TIPO A (Los Buenos)

Se debe justificar:- Vs30 ≥ 900 (m/s)- RQD en roca ≥ 50 (%).- qu en suelo cementado, con un mínimo de 5 mediciones.

En aquellos casos donde el perfil de los 15 m superiores presentaVs > 900 m/seg, no es necesaria la justificación de RQD, ni qu.

Cuando la estructura se apoya íntegramente en el basamentorocoso y éste cumple las características antes indicadas,independientemente de los materiales geotécnicos existentessobre el sello de fundación, el sitio clasifica como Suelo Tipo A.

Nos estamos apoyando en Roca.



SUELO TIPO B

Se debe justificar Vs30 y:- Vs30 ≥ 500 (m/s)- N1 en caso de arenas (> 50 golpes/pie)- qu en el caso de suelos finos (> 0,4 Mpa)- En el caso de Suelos gruesos descripción estratigráfica hasta30,0 m con Tmax cada 5,0 metros.

En el caso que sólo se disponga del perfil de Vs:- Vs aumenta monótonamente con la profundidad, y- Vs30 ≥ 500 m/s

Se puede clasificar como Suelo Tipo C(sin otras mediciones)



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SUELO TIPO B

Una excepción son las gravas fluviales de espesor mayor o iguala 30 m (medidos a partir de la superficie natural), las cualesclasifican en Suelo Tipo B sin necesidad de medir Vs, ni presentarla descripción estratigráfica detallada.

El sustento para establecer la presencia de gravas fluviales deespesor mayor o igual a 30 m, puede ser de tipo geológico, oinformación confiable y demostrable de sectores del entornoinmediato.



SUELO TIPO C

Se debe justificar Vs30 y:- Vs30 ≥ 350 (m/s)- N1 en caso de arenas (> 40 golpes/pie)- qu en el caso de suelos finos (> 0,3 MPa)- En el caso de Suelos gruesos descripción estratigráfica hasta30,0 m con Tmax cada 5,0 metros.

En el caso que:- Vs aumenta monótonamente con la profundidad, y- Vs30 ≥ 350 m/s

Se puede clasificar como Suelo Tipo D(sin otras mediciones)



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SUELO TIPO D

Se debe justificar Vs30 y:- Vs30 ≥ 180 (m/s)- N1 en caso de arenas (> 30 golpes/pie)- Su en el caso de suelos finos (≥ 0,05 MPa)

En depósitos de suelos arenososSe podrá clasificar automáticamente como suelo Tipo D, si:

- Existen mediciones de N1 cada un metro en los 30 m superiores,y N1 ≥ 30 golpes/pie.

- No aceptándose no más de 5 m con N1 en el rango de 20–29golpes/pie.



Se puede clasificar como Suelo Tipo E(sin otras mediciones)

SUELO TIPO D

En el caso que:- Vs aumenta monótonamente con la profundidad,

y- Vs30 ≥ 180 m/s



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SUELO TIPO E

Suelos de consistencia mediana.

Vs30 < 180 (m/s)

Se debe justificar Vs30 y:- N1 en caso de arenas (> 20 golpes/pie)- Su en el caso de suelos finos (< 0,05 MPa)



SUELO TIPO F (Los Malos)

Corresponden a aquellos que presentan singularidades en sucomportamiento mecánico y por tanto REQUIEREN ESTUDIOSGEOTÉCNICOS ESPECIALES:

- Suelos potencialmente licuables: arenas, arenas limosas o limos,saturados con N1 < 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 Fenómenosde amplificación local.



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¿Por qué es importante Clasificar Sísmicamente los Suelos?

¿Por qué esta Normado?¿Por qué esta exigido?

Principalmente, porque al determinar VS30.

Conocemos de forma indirecta el Módulo Cortante promedio delSuelo.

Construimos Obras más Seguras.



)1(2

EGGvs

2

)1(22

Evs


4ta. Parte

Final

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No tenemos que olvidarnosque

Construir:

Saber utilizar el ingenio para tratar deentender 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?



Karl Von Terzaghi (1883 – 1963)

Prologo Géotechnique, Volume 1, Issue 1(1948)

“ Se puede concluir que la mecánica desuelos es simplemente el resultado de dosramas bien establecidas de las ciencias dela ingeniería:

• El estudio de los materiales

• Y la mecánica aplicada.

En la medida que los principios seaninteresantes

la conclusión es correcta.

la diferencia está en las aplicacionesprácticas”.

Su Esencia es:

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“Trabajo a luz apagada”

Ing. Msc. Sr. Pablo Castaños Martínez.

"El primer paso para desarrollar un proyecto“

Profesora (ITR) Sra. Virginia Huanquilef Barría

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5ta. Parte

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.

¡¡ Practica y Teoría ¡¡

Si tenemos dudas, pidamos ayuda.Pero cuidado a quién preguntamos.

CONCLUSIONES

JUGAR CON TIERRA

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¡¡¡ He escatimado algoen la cimentación

pero nadie se vaenterar. !!!


Chiste publicado en el Journal of Soil Mechanics, A.S.C.E., 1964

Chiste publicado en el Journal of Soil Mechanics, A.S.C.E., 1964


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Por su atención.

Muchas gracias.


Gastón Arriagada Sepúlveda.Ingeniero Civil en Obras Civiles. (UACh)

Máster en Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica. (UPM)

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