Curso : Mecnica de Suelos II

Introduccin a la Dinmica de Suelos

y Licuacin de Suelos

Docente : Ing. Reynaldo Reyes Roque., MSc.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH

SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Introduccin a la Dinmica de Suelos

- Sismo tectnica

- Ondas ssmicas

- Peligro ssmico

SISMO TECTONICA

MAPA DE LAS PLACAS

TECTNICAS DEL MUNDO

Fig 4 Mapa de la Actividad ssmica en el Per 1960

- 1995

Mecanismos focales obtenidos para el peru por tavera y buforn(1998), periodo

1990 - 1996 (mb > 5.8). A) sismos con foco superficial b) sismos con foco

intermedio y profundo

PRINCIPALES FALLAS

ACTIVAS EN EL PERU Fallas Chaquibamba

Falla de Quiches

Sistema de Fallas de la cordillera Blanca

Falla de Huaytapallana

Falla en la regin del Cuzco

Falla Zurite

Falla Tambomachay

Falla de Ausangate

Falla de Huambo - Cabanaconde

Falla de Chulibaya

Falla de Rioja Moyobamaba

Sistema de fallas de la

cordillera blanca

El mayor sistema de fallas activas del Per se

encuentra entre Chiquin y Corongo (Ancash).

Falla normal longitud de 100 Km. constituyendo una

estructura continua .

El sector meridional de 77 Km. con traza

discontinua.

Desplazamiento calculado es de 35 mt. en los

ltimos 50,000 aos y desplazamientos verticales de

1000 mt.para el cuaternario.

Falta normal. Escarpa cerca de Beni

Rached. 1980 El Asnam Terremoto [4].

.

permiten catalogar a esta estructura

regional como una fuente

sismognica continental (intraplaca)

donde se puede esperar que ocurran

en el futuro rupturas con

desplazamientos verticales con

recurrencia de 1,900 a 2,800 aos

(Salazar et al., 1984). A su vez,

Bonnot (1984) y Bonnot y Sbrier

(1985) realizaron trincheras

estimando un intervalo de recurrencia

de 2,480 aos para sismos de mb: 4,5

y 3,000 aos para sismos de mb 7.

No se conocen sismos histricos relacionados con la

reactivacin de estas fallas (Silgado, 1978). Sin

embargo, las evidencias geolgicas y

geomorfolgicas asociadas con la actividad ssmica

superficial con profundidad focal 1230 km y de

magnitud menor que mb: 4,7 (Salazar et al., 1984),

Falla de la Cordillera Blanca

El terremoto de Alaska de 1964 fue de 9,2 en la escala de Richter, siendo uno de los ms fuertes que se han producido en Norteamrica. Provoc la muerte de 131 personas y devast parte de Anchorage y Valdez. El temblor deshizo los cimientos de numerosos edificios y dej grietas en las calles.

ONDAS SISMICAS

PROPIEDADES DINMICAS DE LOS SUELOS

INGENIERA SISMO GEOTCNICA

INGENIERA SISMO GEOTCNICA

PELIGRO SISMICO

PELIGRO SISMICO EN EL PER

1.0 INTRODUCCION

1.1 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO

2.0 SISMOTECTONICA

2.1 INTRODUCCION

2.2 PRINCIPALES RASGOS TECTONICOS

2.2.1 PRINCIPALES FALLAS ACTIVAS DEL PERU

2.3 SISMICIDAD

PELIGRO SISMICO EN EL PER

3.0 DETERMINACION DE FUENTES

SISMOGENICAS

3.1 DETERMINACION DE FUENTES

SISMOGENICAS

3.2 OBJETIVO

3.3 DETERMINACION DE LOS PARAMETROS

SISMOLOGICOS

3.4 PROFUNDIDADES REPRESENTATIVAS DE LOS

HIPOCENTROS DE LAS FUENTES

3.5 LEYES DE ATENUACION

PELIGRO SISMICO EN EL PER

4.0 EVALUACION DEL PELIGRO

SISMICO

4.1 FUNDAMENTOS DEL ANALISIS DEL

PELIGRO SISMICO

5.0 CONCLUSIONES Y

RECOMENDACIONES

IMPORTANCIA DE REALIZAR UN ESTUDIO

DE PELIGRO SSMICO EN EL PER

- Debido a que el Per se encuentra en una de las regiones

de ms alta actividad ssmica que existe en el mundo y

por tanto expuesto a este peligro, que trae consigo la

prdida de vidas humanas y materiales.

Es necesario efectuar estudios que permitan conocer el

comportamiento ms probable de estos fenmenos para

poder planificar y mitigar los grandes efectos que traen

consigo y una forma de conocer el probable compor-

tamiento ssmico de un lugar es mediante la evaluacin

del peligro ssmico en trminos probabilisticos que

podran ocurrir en un lugar determinado.

METODOLOGIA DE PELIGRO

SISMICO

Revisin del Catalogo Ssmico del Proyecto SISRA ( Sismicidadde la regin Andina, 1982) y actualizando con los datosverificados y publicados por el ISC ( International SeismologicalCentre ) y del instituto geofsico del Per, National Earthquakeinformation centre.

Proponer fuentes sismolgicas en base a la Sismicidadencontrada y a las caractersticas tectnicas.

De la revisin de fuentes sismolgicas del Per tenemos laspropuestas por el Dr. Huaco; Casaverde Vargas 1980.

Plantear los parmetros sismolgicos para las fuentespropuestas.

Evaluacin del peligro ssmico en el pas, aplicando la metodologa desarrollada por A. Cornell utilizando el programa RISK (MC GUIRRE, 1976

TERREMOTOS

OCURRIDOS

EN PER

ENTRE

(1513-1959),

LO >VIII MM

DETERMINACION DE LAS FUENTES SISMOGENICAS Y LOS

PARAMETROS PARA LA

EVALUACION DEL PELIGRO

SISMICO

Proyeccin horizontal en funcin de la profundidad de los ejes P para terremotos

con foco superficial (a) y T para terremotos con foco intermedio (b) y profundo (c)

Figura 1.- Sismicidad en la regin Sur de Per para el periodo 1964 - 1996 (M>5.0) y

seccin vertical segn la lnea A-A'. Los crculos muestran los sismos de

foco superficial, los cuadrados con foco intermedio y los tringulos con

foco profundo.

Figura 5.- Mecanismo Focal y orientacin del esfuerzo principal que dio origen al terremoto

de Arequipa del 23 de Junio de 2001. Se indica la ubicacin de 3 rplicas principales

y los valores de magnitud en diferentes escalas.

Los aftershock dividen en zonas del terremoto de Northridge ilustra el rea ancha afectada por

movimientos en el avin de la falta. stos son alguno del aftershocks ms grande (M >4.0). El

crculo ms grande representa el M = 6.7 susto principal.

Modelos de los aviones de la falta de los 1994 Northridge (magenta) y 1971 San Fernando los terremotos (azul)

sugiera que el movimiento en la falta del empujn enterrada responsable para el terremoto de Northridge

terminado aproximadamente 5 kilmetros bajo la superficie. Este movimiento puede haber terminado contra uno

de las faltas que entraron 1971. Las estrellas muestran posiciones del hypocenters de los dos sustos, y las

series de puntos rojos y azules indican situaciones de aftershocks. Compare esta ilustracin con la vista de

perspectiva en page13

SISMICIDAD HISTORICA

Conquista y colonizacin

1532 - 1535

Silgado - Descripcin

Siglo XVI - XIX ciudades principales

Estimacin de Magnitudes

SISMICIDAD INSTRUMENTAL

Catalogo ssmico del Proyecta SISRA Eventos del ao 1900. Verificados por

International Seismological Centre

National Earthquake Information Centre

NOOA

Instituto Geofisico del Per

MAGNITUD MINIMA ( M min )

M min libre = 0

M min propiamente dicha

M min ingenieril = 5

DETERMINACION DE LOS

PARAMETROS SISMOLOGICOS

Magnitud mnima de homogeneidad(Mmin)

Pendiente de la distribucin Gutemberg Ritcher(b)

Tasa media anual de actividad ssmica()

Magnitud mxima (Mmax).

LEY DE ATENUACION

PENDIENTE DE DISTRIBUCION DE LA

ACTIVIDAD SISMICA

DETERMINACION DE ( b ),para cada fuente sismognica: Log N = a - b M

N = Numero de sismos de magnitud M o mayor por unidad de tiempo.

.a,b = Parmetros que dependen de la sismicidad de la zona.

Calcular a y b : Mnimos Cuadrados,mxima verosimilitud

MAGNITUD MAXIMA ( Mmax )

Magnitud maxima probable que puede ser

liberado como energia sismica.

. Seleccionar el sismo mas grande que ha

ocurrido en la fuente en el pasado

TASA DE ACTIVIDAD SISMICA m

Numero de sismos con magnitud igual o mayor a la magnitud minima en cada una

de las fuentes es el valor del parametro en

una distribucion de Poisson.

= - Tasa media anual de ocurrencia de eventos

mayores o iguales que la magnitud minima de

homogeneidad.

LEYES DE ATENUACION

Ln ( a ) = 4.23 + 0.8 Ms Ln ( R + 25 )

Dr Casaverde y Vargas ( 1981 )

Ln ( a ) = 8.38 + 0.41 Ms 1.2 Ln( R + 40)

Dr Huaco ( 1980 )

. a = aceleracion cm/ sg2

. R = distancia hipocentral km

FUNDAMENTOS DEL ANALISIS DEL

PELIGRO SISMICO

n

P(A) = S ( A / Ei ) * P ( E i )

i

FUNDAMENTOS DEL ANALISIS DEL

PELIGRO SISMICO

P(I i ) = P[I / ( s , r ) ]fs ( S ) f R ( r ) ds dr

Se determina el estudio del Peligro ssmico

prediciendo probabilisticamente las aceleraciones

mximas que podran ocurrir en cualquier punto

de la superficie materia de la evaluacin,

mayormente en basamento rocoso.

METODOLOGIA PARA LA EVALUACIN

DEL PELIGRO SISMICO

- Evaluacin de riesgos y peligros

- Estudios de propagacin de ondas

- Anlisis dinmico de presas de tierras

- Anlisis dinmico de cimentaciones

- Licuefaccin

- Estudios de microzonificacin ssmica

- Estabilidad antissmica

- Etc.

DINMICA DE SUELOS

FIGURA-6 MAPA DE DINMICA DE

SUELOS

Segn A. Martnez Vargas 1977

FIGURA-7 MAPA DE ISOPERIODOS DE

LIMA-PER

Segn Zenn Aguilar et al (2005)

(No remplaza al de dinmica de suelos)

FOTO AEREA IMAGEN SATELITAL

1930 2007

MAPAS DE MECNICA DE SUELO DE LIMA

(A. Martnez Vargas-1975-77) (CISMID-APESEG-2006)

12

3

5

6

9 10

10a

10b

10c10d

11

12

14

15

16

17 18

19

20

21

22

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26

27

28

R I O

S

A N

T A

13

R I O

P A

R I A

C

3a

6

9 10

10a

10b

10c10d

11

12

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15

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24

25

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13

9 10

26

2

3

4

5

17

1

87

22

2323a

23b

IA

IA

IB

IB

IIA

IIA

IIA

IIB

IIB

IIIA

IIIA

IIIA

IIIB

IVA

IVA

IVA IVA

IVA

IVA

IVA

IVA

IVB

VA

VA

VB

VB

VB

8945.0

0 N

8955.0

0 N

8954.5

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0 N

8953.5

0 N

8953.0

0 N

8952.5

0 N

8952.0

0 N

8951.5

0 N

8951.0

0 N

8950.5

0 N

8950.0

0 N

8949.5

0 N

8949.0

0 N

8948.5

0 N

8948.0

0 N

8947.5

0 N

8947.0

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8946.5

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8946.0

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8945.5

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8944.0

0 N

8943.0

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8942.5

0 N

8943.5

0 N

8944.5

0 N

219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E219.00 E

8945.0

0 N

8954.5

0 N

8954.0

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8953.5

0 N

8953.0

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8952.5

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8952.0

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8951.5

0 N

8951.0

0 N

8950.5

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8950.0

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8949.5

0 N

8949.0

0 N

8948.5

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8948.0

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8947.5

0 N

8947.0

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8946.5

0 N

8946.0

0 N

8945.5

0 N

227.00 E227.00 E227.00 E227.00 E227.00 E227.00 E227.00 E227.00 E227.00 E227.00 E227.00 E

223.50 E

224.00 E

224.50 E

225.00 E

222.00 E

222.50 E

223.00 E

220.50 E

221.00 E

221.50 E

8955.0

0 N

219.50 E

8955.0

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220.00 E

8955.0

0 N

220.50 E

8955.0

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221.00 E

8955.0

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221.50 E

8955.0

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222.00 E

8955.0

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223.00 E

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223.50 E

8955.0

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224.00 E

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224.50 E

8955.0

0 N 225.00 E

225.50 E

226.00 E

226.50 E

220.00 E

8942.0

0 N

219.50 E

8941.5

0 N

8941.0

0 N

8940.5

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

8940.0

0 N

225.00 E

8940.5

0 N

225.00 E

8941.0

0 N

225.00 E

8942.0

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225.00 E

8941.5

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225.00 E

8942.5

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8945.0

0 N

226.50 E

8945.0

0 N

226.00 E

8945.0

0 N

225.50 E

225.00 E

8943.0

0 N

225.00 E

8943.5

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225.00 E

8944.0

0 N

225.00 E

8944.5

0 N

225.00 E

8945.0

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8943.5

0 N

8943.5

0 N

8943.5

0 N

220.50 E220.50 E220.50 E220.50 E220.50 E220.50 E220.50 E

225.00 E 225.00 E 225.00 E 225.00 E 225.00 E 225.00 E 225.00 E 225.00 E 225.00 E 225.00 E

8950.0

0 N

8950.0

0 N

8950.0

0 N

8950.0

0 N

HUARAZPLAN DE DESARROLLO URBANO

HUARAZ

INDEPENDENCIA

BOLOGNESIHUARMEY

OCROS

ASUNCION

RECUAY

AIJA

CARHUAZ

HUARAZ

HUARI

YUNGAY

CARLOS FERMIN

FIDCARRALD

ANTONIO

RAYMONDI

MARISCAL

LUZURIAGA

HUAYLAS

POMABAMBACORONGO

SIHUAS

CASMA

SANTA

PALLASCA

N

N

GOBIERNO PROVINCIAL DE HUARAZ

GOBIERNO DISTRITAL DE INDEPENDENCIA

DOCUMENTOS FUENTE MUNICIPALES

MICROZONIFICACION

ING. LOMBARDO MAUTINO

DR. ALFREDO VERA ARANA

DR. HUGO YUEN CARDENAS

ECO. EDUARDO MAURICIO S.

ARQ. CARLOS MORALES PONCE

B. ARQ. ROSA CABALLERO CABANA

O. M. N :

HUARAZ - INDEPENDENCIA

HUARAZ

ANCASH

ANGELES

AUTORIDADES

ING. CARLOS SALAZAR

ING. VICTOR GARCES DIAZ

ARQ. RONALD CORRALES PICARDO

- CARTA NACIONAL - IGN

- PLANOS REGULADORES DE

HUARAZ ELABORADOS POR

CODUH - ODUS 1979

- PLAN DE ZONIFICACION 1996-2002

- PLANO PETT

- CATASTRO DEL GOBIERNO

PROVINCIAL DE HUARAZ

- CATASTRO DEL GOBIERNO

DISTRITAL DE INDEPENDENCIA

- TRABAJO DE CAMPO :

EQUIPO TECNICO DEL PLAN DE

DESARROLLO URBANO

HUARAZ-INDEPENDENCIA

2004-2009

PSAD 561/20000

JULIO-2004

SISMICA

SIMBOLO ZONA SUELO PREDOMINANTECARGA NIVEL PERIODO

SIMBOLO(Kg./cm2) (m.) ( S. )

LEYENDA

I-ALimos y arena arcillosa , seguido de gravas arcillosas pobremente graduadas

2.00-2.50 > 6.00 0.15 - 0.25No se espera asentamientos , tampoco la presencia de grietas .La amplificacin sismica es minima

I-B 2.00-2.50 > 6.00 0.15 - 0.20No se espera amplificacin ssmica zona potencialmente vulnerable a aluviones y avalanchas

DEL SUELOADMISIBLE FREATICO

II-A

Arena limo arcillosa seguido de arena limosa a partir de 2.5 m. subyace un 1.50-2.00 > 7.00 0.35 - 0.45 No existe la posibilidad de asentamientos , ni ocurrencias de grietas , es probable que

ocurra la amplificacion ssmica.estrato de arena arcillosa

II-BGravas y arenas poco densas de diversas

1.00-2.00 > 3.00 0.30 - 0.40La topografia presenta una pendiente ligeramente pronunciada .No existe la posibilidad

graduacin

III-AArena limo arcillosa , seguido de

1.00-1.50 > 3.00 0.25 - 0.35No se espera asentamientos , tampoco la presencia de grietas en el suelo ,

existe la posibilidad de amplicacin ssmicaarena arcillosa

III-Ben un matriz de arena limo arcillosa

1.00-2.00 0.30 - 0.35Topografia de pendiente pronunciada . Se espera asentamientos y aplificacin ssmica

moderada . Usas zapatas conectadas para edificios de mas de 4 pisos y poca carga

IV-AArcilla de baja compresibilidad,seguido de

< 1.00 0.45 - 0.55Es factible la ocurrencia de asentamientos y grietas. posible amplificacin ssmica

debido a la topografia y nivel freatico alto.

IV-BGravas y arenas sueltas de distinta

< 1.50 0.35 - 0.40Topografia de pendiente pronunciada . Se espera asentamientos , agrietamientos

y amplificacion sismica . Se recomienda usar zapatas conectadas

V-A Arcilla de baja compresibilidad , seguido de --- ---Se presenta asentamientos y agrietamientos de diferente magnitud .

Amplificacin ssmica elevada .Zona no habitable

V-B sucesivas capas de arcilla limosa o arena < 1.00 1.00 - 0.65 0.3Condiciones mas desfavorables .Topografia plana .se espera asentamientos ,

agrietamientos y amplificacin ssmica.Se recomienda usar plateas de cimentacin arcillosa blandas y poco consolidados para estructuras de mas de dos pisos.

Para las zonas NO INDICADAS se recomienda estudios especficos de lo contrario se considera V- A , V - B o IV - ANOTA:FUENTE TESIS UNASAM - FIC

PLANO:

Para edificios superiores a 3 pisos debern tener estudios de suelos

Figura. Diagrama de flujo donde se muestra la ruta utilizada para evaluar la Respuesta Ssmica

LINEAL EQUIVALENTE

ANLISIS NO LINEALES

MTODO VIGA CORTANTE

Anlisis Unidimensional

MTODO ELEMENTOS FINITOS Anlisis Bidimensional

MTODO ELEMENTOS FINITOS

ANLISIS SSMICO

ANLISIS DE RESPUESTA SISMICA

Licuacin de Suelos

MODALIDADES MS FRECUENTES

PERDIDAS DE CAPACIDAD PORTANTE

SUBSIDIENCIAS

INESTABILIDAD DE LADERAS

VOLCANES O ERUPCIONES DE ARENA

NIIGATA, 1964

PERDIDA DE CAPACIDAD PORTANTE

Fuente: Johanson, Univ.

Washington, 2000

PERDIDA DE CAPACIDAD PORTANTE

VENEZUELA, 1985

PERDIDA DE CAPACIDAD PORTANTE

FUENTE: UNI. SAN LUIS, 2001

PERDIDA DE CAPACIDAD PORTANTE

KOBEFuente: Johanson, Univ.

Washington, 2000

INSTABILIDAD DE MUROS DE

SOSTENIMIENTO

KOBEFuente: Johanson, Univ.

Washington, 2000

INSTABILIDAD DE LADERAS

Fuente: Johanson, Univ.

Washington, 2000

SISMO PERU, 1970

INESTABILIDAD DE LADERA

FUENTE: UNI. SAN LUIS, 2001

INESTABILIDAD DE LADERA

FUENTE: UNI. SAN LUIS, 2001

INESTABILIDAD DE LADERA

LOWER SAN FERNANDOFuente: Johanson, Univ.

Washington, 2000

INESTABILIDAD DE LADERA

LOWER SAN FERNANDO

VOLCANES DE ARENA

VENEZUELA, 1989

VOLCANES DE ARENA

FUENTE: UNI. SAN LUIS, 2001

SUBSIDIENCIA

LICUACION

CARACTERSTICAS DEL FENMENO.

El equilibrio esttico es roto por la aplicacin de acciones estticas

o dinmicas, en suelos con una reducida resistencia residual.

Las acciones externas derivan en un proceso de crecimiento de las

presiones de poros, sin posibilidad de disipacin rpida en

funcin del tiempo de carga.

La resistencia residual es la existente en el suelo licuado.

Acciones desencadenantes:

Estticas: construcciones o excavaciones.

Dinmicas: sismos, explosiones, pilotajes, etc.

Las fallas se asocian con grandes desplazamientos y acciones

catastrficas.

Los fenmenos de licuacin consisten en la prdida de

resistencia al esfuerzo cortante, temporal o definitivo. Tal

prdida conduce al colapso a cualquier estructura edificada

sobre o hecha de un material que entra en licuacin

RELACION DE TENSIONES CICLICAS (CSR)

Cyclic Stress Ratio

DEFINICIN

Parmetro de caracterizacin pseudo emprica de las

solicitaciones generadas por el sismo en el perfil de terreno

ECUACION BASICA

Seed e Idriss (1971)

amax aceleracin horizontal pico en el terrenovo; vo tensiones totales y efectivas

rd factor de reduccin de las tensiones

d

vo

vomax

vo

av rg

aCSR

'65.0

'

amax

h

max=(h/g) amax

h