presentacion - asocem grandes sismos 2012

CONFERENCIA MAGISTRAL

Comportamiento del Suelo en las Zonas Crticas de los Grandes Sismos Peruanos Dr. Ing. Arnaldo Carrillo GilUniversidad Ricardo Palma

AgendaIntroduccinSismicidad HistricaPropiedades dinmicas suelos durosPropiedades dinmicas suelos blandosComportamiento ssmico del sueloAlgunas soluciones practicablesComentarios finales

1. IntroduccinSe presenta un anlisis asociado al comportamiento del suelo producido por los grandes sismos ocurridos en el Per en las ltimas dcadas (1970 y 2007 principalmente) mostrando que el efecto desfavorable del tipo de suelo ha causado daos considerables en prdidas de vida y prdidas econmicas cuantiosas.

Sismo1970AncashDaos debidosa la avalanchadesde elHuascarnproducida porel sismo

Sismo2007IcaPrdidas humanas debidas a destruccin de edificacionesy templosproducidos porel sismo

1. IntroduccinSe establecen diferentes tipos de suelos como el caso del suelo duro subyacente al cono de deyeccin del Ro Rimac, en Lima, o suelos blandos o sueltos, como ocurre en los alrededores de la Metrpoli y en otras ciudades importantes del pas, donde se aprecia modificacin de onda ssmica as como densificacin o licuacin de suelos.

2. Sismicidad histricaEl mecanismo del levantamiento andino se produce por el proceso de subduccin de la tectnica de placas.El relieve submarino tiene como estructura dominante la Fosa Per-Chile constituida por un canal que corre paralelo a la costa desde Valparaso hasta Talara, que en algunos puntos alcanza hasta 6KM de profundidad.

Tectnica de Placas

FOSA PERU-CHILE Y UBICACIN FOCAL DE SISMOS

2. Sismicidad histricaDebido a las tensiones y compresiones a diferentes niveles y pocas, se formaron zonas de fracturas activas.El continuo proceso de subduccin de la corteza ocenica, predominando las compresiones, han originado los eventos ssmicos como resultado de la ruptura de la zona de contacto y los eventos intraplaca correspondientes.

Eventos interplaca o subduccinEl pas ha experimentado 4 grandes eventos ocurridos en 1604, 1687, 1746 y 1868, generando longitudes de ruptura entre 150 a 500 km, que originaron terremotos de rango 8.0 a 8.8. El tiempo de ocurrencia de estos mayores eventos es del orden de 100 aos, lo que hace al territorio peruano potencialmente peligroso.

DISTRIBUCION DE LOS SISMOS DE SUBDUCCION

Eventos intraplacaEstos eventos ocurren con mas frecuencia con magnitudes mayores de 7.3, principalmente dentro de la subduccin de la Placa de Nazca.El ltimo gran sismo ocurri el 2007 con magnitud 7.9 Mw. Este sismo presenta su epicentro y rplicas entre las rupturas de los terremotos ocurridos en Lima en 1974 y en Ica en 1996.

DISTRIBUCION DE CORTEZA SUPERFICIAL

Terremoto de Pisco Per 2007Hora: 6:42 pmProf: 37 KmMag.: 7.0 RitcherFoco: 148 Km Lima 110 Km Ica

3. Propiedades dinmicas:Suelos durosEn el proceso de deformacin elstica de los suelos, las partculas slidas del Conglomerado de Lima pueden ser consideradas como elementos rgidos depositados en estratos potentes que pueden llegar hasta profundidades mayores de 400 m., por lo que puede ser clasificado sismicamente como suelo duro

Perfil de suelo Duro del Conglomerado de Lima Perfiles estratigrficos de suelos en los alrededores de la Ciudad de Lima

Resultados de ensayos en suelos duros

ENVOLVENTES DE CORTANTE CONGLOMERADO DE LIMA

4. Propiedades dinmicas:Suelos blandosLos suelos arenosos saturados sueltos son inestables en caso de un sismo severo originndose efectos de licuacin, fenmeno ocurrido en diferentes lugares del pas durante los sismos de 1970 en Ancash y el 2007 en Ica, principalmente, donde el nivel fretico es casi superficial y la granulometra y SPT presentan caractersticas especiales.

Caractersticas de los suelos licuados en Chimbote Caractersticas del suelo que sufri los efectos de licuacin en Tambo de Mora

Distribucin granulomtrica de los suelos afectados por licuacin Ensayos de Penetracin Normal en los suelos blandos con licuacin Resultados de ensayos en suelos blandos

4. Propiedades dinmicas:Suelos blandosEn el mundo, la licuacin de suelos viene causando graves daos. As en Niigata, Japn, las prdidas alcanzaron mas de US$ 1,000 millones en 1964; en Loma Prieta, USA, en el sismo de 1989 fueron US$ 99 millones y en Kobe (1995) mas de US$ 11.8 mil millones por daos en las instalaciones. Es por ello que trataremos en extenso este fenmeno altamente destructivo que ya ha originado daos en el pas.

Daos por licuacin de suelos

SPNFSVLICUEFACCIN : Mecanismo de fallaCOULOMB: S = c + ( n - ) tan

ARENAS LIMPIAS SATURADAS: S = ( n - ) tan

Vista tpica de partculas de suelo de un depsito saturado sin actividad ssmica. La columna azul a la derecha indica la magnitud de presin intersticial. Las flechas de la segunda figura indican las fuerzas creadas por la interaccin de los granos de sueloMecanismo de falla

Mecanismo de fallaAl producirse un sismo intenso y de larga duracin, la presin intersticial crece rpidamente hasta hacerse igual a la presin normal anulndose la resistencia al cortante y por lo tanto las estructuras apoyadas en el suelo fallan.Barra que indica el aumento de la presin intersticial a medida que el sismo progresa

1 n1 = nS = (1 - 0) tan S010La presin intersticial 1 tiende o es igual al valor de n, entonces S tiende o es igual a cero, segn la ecuacion de Coulomb para arenas limpias saturadas.Mecanismo de fallaasentamiento

4. Propiedades dinmicas:Suelos blandosLos estratos del suelo subyacente a lugares donde el suelo sufri licuacin se presentan a continuacin, as como tambin algunas particularidades encontradas durante la investigacin principalmente en Chimbote en el Norte y Tambo de Mora (Chincha) en el Sur, donde se produjo prdida de capacidad portante y deformaciones importantes.

Estratigrafa tpica de los suelos de Huacho, Chimbote y Huaraz

Estratigrafa tpica en Tambo de Mora, Chincha

5. Comportamiento ssmico del sueloComparando los resultados de ensayos de campo y laboratorio se estableci una relacin entre el tipo de suelo y sus condiciones elsticas y ssmicas, esto es, los suelos blandos y sueltos presentaron bajos mdulos elsticos para mayores intensidades (MMI) ocurriendo lo contrario para el caso de los suelos duros

Modulo Elstico vs. Intensidades

5. Comportamiento ssmico del sueloEl comportamiento dinmico del suelo inestable con alto potencial de licuacin inicialmente se determin utilizando el mtodo semi-emprico de California.Actualmente utilizamos procedimientos basados en la determinacin de la razn de esfuerzos cclicos (CSR) que depende de la mxima aceleracin horizontal en el sitio.

POTENCIAL DE LICUACION PARA SISMO DE 7.5 Ms -2007

POTENCIAL DE LICUACION PARA SISMO DE 0.48g

5. Comportamiento ssmico del sueloPara arenas se pueden aplicar relaciones aproximadas que permiten determinar si la tensin cortante inducida por un terremoto es suficiente para causar licuacin.Hemos elaborado diagramas con rangos de variacin de licuacin y no-licuacin bajo condiciones promedio de posicin del N.F e intensidad ssmica.

Relacin entre la mxima aceleracin superficial y la densidad relativa del suelo para Chimbote

5. Comportamiento ssmico del sueloNormalmente la licuacin de depsitos de arena siempre va seguida por un asentamiento que se produce como resultado de la disipacin del exceso de presin de poro.Tanto en Chimbote (Norte) como en Tambo de Mora (Sur), los asentamientos fueron importantes evidenciando el comportamiento anmalo del suelo.

Deslizamiento ocurrido en un terrapln de la carretera Panamericana NorteLicuacin incompleta con surgencia de agua (Zona Norte) 1970

Destruccin total de casas de adobe, (Zona norte) Falla de terraplenes cimentados sobre suelos licuados (Zona norte) 1970

Densificacin del relleno cercano a un puente (Panamericana Norte) Asentamiento del terrapln de acceso a puente (Panamericana Norte) 1970

Desplazamiento, hundimiento y surgencia de agua (Zona sur) Daos en terrapln por licuacin (Panamericana Sur) 2007

Desplazamientos con asentamientos por licuacin (Panamericana Sur) Asentamientos entre muelle y terrapln (Zona sur) 2007

Agrietamiento con surgencia de agua y asentamiento (Zona sur) Movimiento lateral y falla en los cabezales de los pilotes (Zona sur) 2007

6. Algunas soluciones practicables

6. Algunas soluciones practicablesPilotaje instalado hasta la profundidad de apoyo no licuableAnclajes Pantallas que confinen la zona de apoyo de la estructura


Disminuyendo la porosidad del suelo (compactacin)Abatir el nivel freticoTcnicas de VibroflotacinTerra-ProbeInyeccionesBombeo, Wellpoints, drenes de arena, precarga.

6. Algunas soluciones practicablesCambios en los procedimientos de operacin del proyecto (soluciones no-estructurales)Mtodos de Estabilizacin in situCambios en el proyecto estructural (soluciones estructurales)Control de presiones intersticiales no-deseables (soluciones de drenaje)

Soluciones de recimentacin

Solucione 6. Algunas soluciones practicables s de recimentacin

Geologa de la zona ms afectada durante de terremoto de Ica

REFERENCIAS PRA CONSULTA

3.- REFERENCIAS DE CONSULTAS

7. Comentarios finalesConcluimos que la regin afectada por el sismo de Ancash (1970) cubre una zona extensa donde se presentan suelos de cimentacin generalmente de tipo granular, arenas SP en estado suelto o medianamente compacto intercaladas en algunos casos por limos o gravas, con valores de SPT no mayores de 15 hasta los 8 m de profundidad.

7. Comentarios finales2. En el caso de la zona del sismo de Ica (2007), los depsitos de suelos granulares presentan saturacin y condiciones blandas pantanosas que han fallado por efectos de licuacin con surgencia de agua y disminucin de capacidad portante en las cimentaciones.3. Los daos reportados ascienden al 80% de viviendas de adobe destruidas.

7. Comentarios finales4. Es importante establecer que el terremoto de Ancash (1970), desarrollo una magnitud de 7.7 (Mw), y los mayores daos se originaron por el deslizamiento en el Huascarn, mientras que el sismo de Ica (2007) tuvo una magnitud de 8.0 (Mw) y aceleracin de 0.48g, presentndose daos materiales importantes en las cimentaciones.

Segn USGS:

Hora: 23:40 GMT 6.40 LimaProf: 40 KmMag: 8.0 MwFoco: 148 Km SO Desde Lima 110 Km NO Desde IcaTerremoto de Pisco Per 2007

USGS

Condicin ssmica del sitioReplicasProfundidad del focoMagnitudes

Acumulacin de replicas en la grieta de ruptura

7. Comentarios finales5. Finalmente, es indispensable tomar en cuenta la calidad y condicin de humedecimiento del suelo a fin de evitar prdidas de vida y daos materiales cuantiosos, por lo que ahora recomendamos procedimientos de mitigacin como la instalacin de columnas de grava sin dejar de tomar en cuenta el efecto post licuacin.

GRACIAS

Dr. Arnaldo Carrillo Gil

Telf: +511 433 9591 511 433 1329Fax +511 433 0299Email: [email protected] [email protected]: www.acingenieros.com

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