UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PARÁMETROS DE SITIO Y PROBLEMAS DE SUELO Jorg Jo rgee Al Alva va Hu Hurt rtad ado o - De Deny nyss Pa Parr rraa Mu Murr rrug ugar arra ra
CENTRO PERUANO-JAPONÉS DE INVESTIGACION INVESTIGACIONES ES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES
PARÁMETROS DE SITIO
ZONIFICACIÓN CONDICIONES LOCALES Micro Mic rozon zonififica icació ción n sí sísm smica ica y est estudi udios os de si sitio tio Condiciones geotécnicas FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA
Normas de Diseño Sismo-Resistente (1977) Fuerza Sísmica Horizontal:
H =
Z * U * S * C * P R d
Normas de Diseño Sismo-Resistente (1977) Z
=
Factor de Zona
U
=
Factor de Uso
S
=
Factor de Suelo
C
=
Coeficiente Sísmico
C =
0.8 T + 1.0 Ts
Z1 Z2 Z3 B C S1 S2 S3
= = = = = = = =
1.0 0.7 0.3 1.3 1.0 1.0 1.2 1.4
Ts = 0.3 s Ts = 0.6 s Ts = 0.9 s
0.16 < C < 0.4
ZONIFICACIÓN El país se ha dividido en 3 zonas, en base a: - Sismicidad - Características de los movimientos sísmicos - Atenuación sísmica - Neotectónica
COLOMBIA ECUADOR
Zonas Sísmicas
ZONA 1
Factores de Zona: BRASIL
Zona
Factor de Zona - Z(g)
3
0.40
2
0.30
1
0.15
El valor corresponde a la máxima aceleración del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años.
Z O N A 3
COLOMBIA ECUADOR
ZONA 1
BRASIL
Z O N A 3
Mapa de Licuación de Suelos Distribución entre casos seguros y casos probables. Evidencias de volcanes de arena, expulsión de agua, agrietamiento y asentamientos. Casos probables asociados a sismos históricos y a recientes con descripción no detallada. Se indica nombre y año del fenómeno. Fenómeno de licuación en la costa, sierra y selva alta. Mayor incidencia en la costa por el tipo de suelo, mayor población y sismicidad alta. Se necesita mayor información.
81°
79°
77°
75°
73°
71°
0°
E C U A D O R
C O L O M B IA
2°
1953 PTO. PIZARRO 1970
4°
BOCAPAN 1970
1970
1970 QUERECOTILLO
LA HUACA
1857 PIURA 1912 MOYOBAMBA
6°
O
1972 JUANJUI
C 8°
B R A S I L E
PATAZ TRUJILLO
1619
A N
1970 CHIMBOTE
O 10°
1970 CASMA 1970 PTO. CASMA
1970
HUACHO
1974
1974
ANCON
12°
LIMA
1974
1948 1974 CAÑETE
P TAMBO DE MORA A PISCO C
14°
1950
1974
CUSCO OROPESA
1974 1958 1664 1813 ICA
OLAECHEA
1746 R. VESECAS
I F I
16°
C
J.E. ALVA HURTADO (1983)
O
AREQUIPA 1528 CAMANA ISLAY 1982
LEYENDA : 18°
AREA DE LICUACION AREA DE PROBABLE LICUACION ARICA
69°
Mapas de Areas de Deslizamientos Revisión de información disponible. Distinción entre casos seguros y casos probables. Disponible versión del INGEMMET. Se incluye nombre de localidad y fecha, así como la referencia. Cronología de deslizamientos. El fenómeno se ha producido en la costa, sierra y selva alta. Mayor incidencia en sierra y selva alta por topografía, geología y clima. Se necesita completar el mapa.
81°
79°
77°
75°
73°
71°
69°
0°
E C U A D O R
C O L O M B IA
2°
RIO TUMBES
1958
4°
CHAMAYA
ANGAISHA
1928
1968
6°
O
SAPOSOA
1972
C 8°
B R A S I L E
MAYAS 1946
A
PELAGATOS 1948 QUICHES 1946-48
SIHUAS 1971
YUNGAY 1923,1970
N
CARHUAZ 1956
O
RECUAY
1970
10° HUANCABAMBA 1937
SAYAN
PAUCARTAMBO 1937 YUNGUL 1957
CHONTABAMBA 1937 1962 SATIPO 1938
TARMA P AS AM AYO
PAR IAHUANCA
12°
M IR AF LOR ES
1969
1 96 6,1 97 4
CAÑETE
P JAHUAY A C
14°
1947
1 90 4,1 95 7
1948
T IC LL AS
1954 HUAYTARA
PISAC 1650
1 98 0, 19 81 OCROS
1950 CANGALLO
PAUCARTAMBO 1650
1916 CUSCO
1942
1513-1515,1950 OLAEC HEA TORAYA
LUCANAS
I
PU QU IO
1971
1746 1942
F I
J.E. AL VA HURTADO L. C HANG CHANG
LEYENDA : 18°
C AR AV EL I
C
16°
AREA DE DESLIZAMIENTO
O
OCOÑA
1 91 3-1 91 4-1 91 5
1958
AREQUIPA
1582,1958 OMATE
1600
1928
Mapa de Distribución de Máximas Intensidades Observadas Revisión de literatura existente. Sismos históricos. Mapas de isosistas. Información puntual. Compatibilización de intensidades Modificación de intensidades. Trazo de envolventes. Alta intensidad en costa y zona subandina. Actualizar normas. Continuar estudio intensidades históricas.
CONDICIONES LOCALES - Microzonificación Sísmica y Estudios de Sitio - Condiciones Geotécnicas
Microzonificación Sísmica Objetivo: Investigar los efectos de sismos y fenómenos asociados sobre el área de interés Casos: Areas de expansión de ciudades Complejos industriales o similares Reconstrucción de áreas urbanas destruidas por sismos
Estudios de Sitio Objetivo: Determinar parámetros de diseño Casos: Limitados al lugar del proyecto Para edificaciones del grupo A Los parámetros no deberán ser inferiores a la Norma
Condiciones Geotécnicas El perfil del suelo se clasifica en base a: - Propiedades mecánicas del suelo - Espesor del estrato - Periodo de vibración - Velocidad de propagación de ondas de corte.
a) Perfil tipo S1: Roca o suelos muy rígidos Velocidades de propagación de onda de corte similar al de una roca, período fundamental menor de 0.25 seg Cimentación Sobre: - Roca sana o parcialmente alterada, qu≥500 kPa (5 kg/cm2) - Grava arenosa densa - Estrato de no más de 20 m de material cohesivo muy rígido sobre roca u otro material con velocidad de onda de corte similar al de una roca. Resistencia al corte no drenada Su≥100 kPa (1 kg/cm2). - Estrato de no más de 20 m de arena muy densa con N>30 glp/pie, sobre roca u otro material con velocidad de onda de corte similar al de una roca.
b) Perfil tipo S2: Suelos intermedios Se clasifican como de este tipo los sitos con características intermedias entre las indicadas para los perfiles S 1 y S3.
c) Perfil tipo S3: Suelos flexibles o con estratos de gran espesor Período fundamental mayor que 0.6 seg, incluyendose los casos en los que el espesor del estrato de suelo excede los valores presentados en los siguientes cuadros:
Suelos Cohesivos
Resistencia al corte típica en condición no drenada (kPa)
Espesor del estrato (m) (*)
Blandos Medianamente compactos Compactos Muy compactos
< 25 25 - 50 50 - 100 100 - 200
20 25 40 60
Suelos Granulares
Sueltos Medianamento densos Densos
Valores N típicos en ensayos de penetración estándar (SPT en golpes/pie)
Espesor del estrato (m) (*)
4 -10
40
10 - 30
45
Mayor que 30
100
(*) Suelo con velocidad de onda de corte menor que el de una roca
d) Perfil tipo S4: Condiciones Excepcionales A este tipo corresponden los suelos excepcionalmente flexibles y los sitios donde las condiciones geológicas y/o topográficas sean particularmente desfavorables.
Parámetros del Suelo Tipo
Descripción
Tp
S
S1
Roca o suelos muy rígidos
0.4
1.0
S2
Suelos intermedios
0.6
1.2
S3
Suelos flexibles o con estratos de gran espesor
0.9
1.4
S4
Condiciones excepcionales
*
*
(*) Tp y S serán establecidos por el especialista, no serán menores que los especificados para el perfil tipo S3.
FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (C) T p C = 2.5 * T
1.25
C ≤ 2.5
Tp = periodo predominante del suelo T = periodo fundamental de la estructura Factor de amplificación de la respuesta estructural respecto a la aceleración en el suelo.
Espectro de Diseño 4.0 3.5 3.0
Tipo S3 Tp=0.9 seg
2.5
C
Tipo S2 Tp=0.6 seg
2.0
Tipo S1 Tp=0.4 seg
1.5 1.0 0.5 0 0
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
Periodo de Vibración, T (seg)
1.75
2.00
Espectro de Diseño 4.0 3.5
Tipo S3 Tp=0.9 seg
3.0 2.5
C*S
Tipo S2 Tp=0.6 seg
2.0 1.5
Tipo S1 Tp=0.4 seg
1.0 0.5 0 0
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
Periodo de Vibración, T (seg)
1.75
2.00
Registro de Aceleraciones - Se obtienen de acelerógrafos. - El registro tiempo-historia se llama acelerograma. - Tiene dos componentes horizontales y una vertical. - Rol fundamental en ingeniería sismo-resistente. - Responde en la zona de altas frecuencias, donde domina la aceleración. - La inspección visual de un acelerograma permite determinar aceleraciones máximas, duración, contenido de frecuencia, forma de onda y distancia al hipocentro. - El acelerograma se debe digitizar y corregir para determinar aceleraciones, velocidades y desplazamientos corregidos.
81°
79°
77°
75°
73°
71°
69°
0°
2°
TUMBES IQUITOS 4°
PIURA PIU
MOY
6°
MOYOBAMBA CHACHAPOYAS CHICLAYO CAJAMARCA
8°
TRUJILLO PUCALLPA
CHI HUARAZ HUANUCO
10°
CERRO DE PASCO
UNI HUANCAYO
12°
MOL CAL
PTO. MALDONADO HUANCAVELICA AYACUCHO CUZCO ABANCAY
14°
16°
ICA
PUNO MAJ AREQUIPA
MOQUEGUA MOQ 18°
TAC
TACNA
ACELERACIÓN, VELOCIDAD Y DESPLAZAMIENTO CORREGIDOS SISMO 17/10/1966, LIMA, PERU INSTITUTO GEOFÍSICO DEL PERU, COMPONENTE N08E VALORES PICO: ACEL= 269.3 CM/S/S, VELOCIDAD= 21.60 CM/S, DESPLAZ.= -16.60 CM -400 n ó i s c / a s 0 r / e l m e c c A
400
-40 d a d s i / c m 0 o c l e V
40 -20
o t n e i m a m z c a l p s e D
0
20
5
10
20
30
40
50
60
70
Acelerógrafo Acelerógrafo
SUELO
ROCA
Cargas Sísmicas
Parámetros Dinámicos Respuesta del Suelo y Estructuras de Tierra Respuesta
G3, h3 G2, h2 G1, h1 Sismo
Registro Instrumental de un Terremoto 0.4
Terremoto de Lima, 1974 Comp. N82O
0.3 g n o c a r e e c
0.2 0.1 0 -0.1 -0.2
a max = 0.32g
-0.3 -0.4
0
10
20
30
Tiempo (seg)
40
50
60
0.8
Acelerograma Calculado en la Superficie del Depósito
0.6 ) g ( n i o i c a r e l e c A
0.4 0.2 0 -0.2 -0.4
a max = 0.64g
-0.6 -0.8 0
5
10
15
0.8
25
30
Terremoto de Lima, 1974 Comp. N82O
0.6 ) g ( n i o i c a r e l e c A
20
0.4 0.2 0 -0.2 -0.4
amax = 0.32g
-0.6 -0.8
0
5
10
15
Tiempo (seg)
20
25
30
Espectros de Respuesta - Analiza los efectos combinados de la aceleración, periodo predominante de vibración y duración de un sismo en las edificaciones. - Respuesta máxima del acelerograma de un sismo en sistemas de un grado de libertad de diferentes periodos fundamentales con un mismo amortiguamiento. - Se obtienen también espectros de respuesta de desplazamiento relativo, velocidad relativa, pseudo velocidad relativa y espectro de Fourier. - El espectro de respuesta de aceleración da una idea de la magnitud de la fuerza sísmica. El de velocidad expresa la energía máxima y el de desplazamiento la magnitud de la deformación.
X(t) Respuesta (Sa)1
Sa acc. max.
b0
T1 (Sa)2 T2 (Sa)3
b1 b2
(Sa)1 (Sa)2 (Sa)3 T1
T2
T3
T3 Respuesta T1, b1
Sa = ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIÓN ABSOLUTA T2, b1
t
a(t)
T3, b1
OBTENCIÓN DEL ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIÓN (Ohsaki, 1976)
Espectros de Respuesta (Seed e Idriss, 1983) 4
o n e r r e l t a r l e 3 t c d e a p s i m e x n á ó i m 2 c n a i r ó e l c e a r c l e A e c 1 A
NUMERO TOTAL DE REGISTROS ANALIZADOS : 104 ESPECTRO PARA 5% DE AMORTIGUAMIENTO A
Arcilla blanda a media y arena - 15 registros
B
Suelos granulares profundos (> 60 m.) - 30 registros Suelos rígidos (> 60 m.) - 31 registros C D
Roca - 28 registros 0 0
0.5
1.0
1.5
Periodo (s)
2.0
2.5
3.0