UNIVERSIDAD UNIVERSID AD SAN IGNACIO IGNA CIO DE LOYOLA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DINÁMICA DE SUELOS
Luiss Mig Lui Miguel uel Caña Cañabi bi Quispe Quis pe 07 Ab Abri ril,l, 2016 2016
Tiempo de Carga -3
10 10 (Segundos)
-2
10
-1
1.0
(Minutos)
Problemas Dinámicos
10 s
e d or e m ú N
ol ci C
10 10 10 10
2
n ió c ar bi V
10 1.0
2
10
3
10
10
4
10 2
Problemas Estáticos Estructura Temporales y Permanente
Voladuras Bombas
1.0
10
Terremoto Compactación por pilotes
3
Cargas de Tráfico
4
5
a gi t a F
Cimentación de máquinas
Carga de parqueo de vehículos Carga por oleaje inducida
Clasificación de los problemas dinámicos Ishihara (1996)
Tiempo de Carga -3
10 10 (Segundos)
-2
10
-1
1.0
(Minutos)
Problemas Dinámicos
10 s
e d or e m ú N
ol ci C
10 10 10 10
2
n ió c ar bi V
10 1.0
2
10
3
10
10
4
10 2
Problemas Estáticos Estructura Temporales y Permanente
Voladuras Bombas
1.0
10
Terremoto Compactación por pilotes
3
Cargas de Tráfico
4
5
a gi t a F
Cimentación de máquinas
Carga de parqueo de vehículos Carga por oleaje inducida
Clasificación de los problemas dinámicos Ishihara (1996)
Magnitud de la Deformación Cortante
10 -6
10 -5
10 -4
Propagación de ondas, Vibración
Fenómenos Características Mecánicas Efecto de Repetición de Carga Efecto de Velocidad de Carga
10 -3 Fisuramiento, Asentamiento Diferencial
Elástico
Módulo cortante, relación de
Constantes
Poisson, amortiguamiento
Elásto - Plástico
10 -2
10 -1 Deslizamiento, Licuación Falla
Angulo de fricción interna, Cohesión
Métodos Sísmicos Medición Ensayo de In-situ vibración In-situ Ensayo de carga repetida Propagación de ondas
Medición Columna en el resonante Laboratorio Ensayo de carga repetida
Variación de las propiedades del suelo con la deformación cortante
Deformación Cortante
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
Pequeña
Mediana
Grande
Deformación
Deformación
Deformación
Deformación
de Falla
Elástico Elásto-Plástico Falla Efecto de Repetición de Carga Efecto de Velocidad de carga Modelo Método de análisis de la respuesta
Modelo Lineal Elástico Método Lineal
Modelo Visco Elástico Método Lineal Equivalente
Modelo tipo Historia de Carga Método de Integración Paso a Paso
Modelamiento del suelo en función de los niveles de deformación Ishihara (1996)
MODELOS ESFUERZO-DEFORMACION
1
MODELO LINEAL VISCOELASTICO -NATURALEZA HISTERETICA DE LA CURVA ESFUERZO-DEFORMACION -MODELO KELVIN -MODELO MAXWELL -
τ
τ γ τ2
τ1
G
G
γ1
G´
γ2
G´
a) Modelo Kelvin
b) Modelo Maxwell
Modelos viscoelásticos típicos
δ/
Fm K sec δ
Fm x x , F
t F
Fuerza y desplazamiento durante carga cíclica
Relaciones Histeréticas Esfuerzo-Deformación Esfuerzo
G1
G2
1
1
Deformación
γ
1
γ
2
F
Energía Perdida ∆E
Energía Almacenada E
x
ψ=
∆E E
Capacidad de Amortiguamiento
1000
τ W
γ
500
2
∆W
) m c/ s a ni d(
0
τ
Curva Experimental - 500
-1000 -0.008
Curva Visco Elástica Teórica -0.006
-0.004
-0.002
0
0.002
0.004
γ
Lazo histerético para deformación armónica oscilatoria.
0.006
Recarga
Descarga
Modelo No Lineal
Pérdida asociada a amortiguamien to
Definición de amortiguamiento
Deformación de Referencia
Modelo Hiperbólico
Módulo de corte y amortiguamiento
Módulo Cortante para Arenas (Seed e Idriss, 1970) 80 1/2
70
K2
G=1000 K 2 ( σm' )
D r 90%
60
D r
75%
50
D r
60%
ps f
45% D r 40% D r 30% D r
40 30 20 10 0 10
-4
10
-3
10
-2
10
Defor mación Cor tante ( % )
-1
1
Módulo Cortante de Arenas (Seed e Idriss, 1970)
1.0 e t n o a t m r i o x c á . m f e e d t a n a e t r t n o a c t r l o o u c d o o l u M d o M
0.8 0.6
Rango de valores 0.4 0.2 0
10-4
10-3
10-2
Deformación Cortante, γ (%)
10-1
1
Módulo Cortante para Arenas Seed & Idriss, 1970
Módulo Cortante para Arenas Dr =75 y 40%
Amortiguamiento en Arenas
Amortiguamiento en Arenas Influencia del Confinamiento
Amortiguamiento de Arenas (Seed e Idriss, 1970) 28
Weissman and Hart (1961) Hardin (1965)
) % ( o t n e i m a u g i t r o m A e d n ó z a R
Drnevich, Hall and Richart (1966)
24
Matsushita, Kishida and Kyo (1967) Silver and Seed (1969)
20
Donovan (1969) Hardin and Drnevich (1970) Kishida and Takano (1970)
16 12 8 4 0
-4
10
10
-3
10
-2
10
Deformac ión Cortante γ (%)
-1
1
Modulo Cortante de Suelos Cohesivos (Vucetic y Dobry, 1991) 1.0
0.8
x a 0.6 m
G / G
OCR=1-15
0.4
15 30
IP=200 100 50
0 0.2
0.0 0.0001
0.001
0.01
0.1
1
Deformación Cortante Cíclica (%)
10
Amortiguamiento de Suelos Cohesivos (Vucetic y Dobry, 1991)
) % ( o t n e i m a u g i t r o m A e d n ó z a R
IP=0
25
15 20
30 15
OCR = 1-8
50 100
10
200
5
0 0.0001
0.001
0.01
0.1
Deformación Cortante Cíclica (%)
1
10
Modulo Cortante de Suelos Cohesivos
Efectos de Sobre-consolidación
Efectos de Plastic Plasticid ida ad
Am A m o r t i g u am amii en entt o en Ar A r c i l l as
Mód ódul ulo o Cortante Cor tante de Grava Gravass (Seed et. al., 1984)
1.0 e t n o a t m r i o x c á . m f e e d t a n a e t r t n o a c t r l o o u c d o o l u M d o M
0.8 0.6
Rango de valores
0.4 0.2 0
10-4
10-3
10-2
Def o r m ac i ó n Co r t an t e, γ (%)
10-1
1
Módulo Cortante de Gravas (Seed et. al., 1984)
Amortiguamiento de Gravas (Seed et al., 1984) 24 Datos para gravas y suelos gravosos
) % ( o t n e i m a u g i t r o m A e d n ó z a R
Valores promedio para arenas
20
Límite superior e inferior para arenas 16
12
8
4
0
-4
10
10
-3
10
-2
10
Deformac ión Cortante γ (%)
-1
1
MEDICION DE LAS PROPIEDADES DINAMICAS DEL SUELO Ensayos de Campo Ensayos a Bajo Nivel de Deformación Ensayos a Gran Deformación Ensayos de Laboratorio Ensayos en Elementos a Baja Deformación Ensayos en Elementos a Gran Deformación Ensayos en Modelos
Ensayos con Bajo Nivel de Deformaciones
REFRACCIÓN SÍSMICA Método consiste en la medición de los tiempos de viaje de ondas de compresión (P), generadas por una fuente de energía impulsiva a unos puntos localizados a distancias predeterminadas a lo largo de un eje sobre la superficie del terreno.
REFRACCIÓN SÍSMICA Profundidad de Investigación La profundidad de investigación (h) es directamente proporcional a la longitud de la línea extendida (L) en el terreno, con una relación de 1/3 a ¼, las ondas grabagas son producto de refracciones de discontinuidades del medio. Una condición importante para la aplicación y validez del método es que la velocidad de propagación d e las ondas aumente con la profundidad V1
Ensayo de refracción sísmica, disposición detallada de la conexión de cables a los geófonos, trigger, equipo de adquisición y amplificador
REFRACCIÓN SÍSMICA Aplicaciones • Ingeniería Civil (fundaciones, puentes, presas, trabajos
mediambientales, etc). • Determinación de macizo rocoso, grado de alteración y
competencia de la roca. • Aplicaciones en el campo de la hidrogeología. • Prospección en actividades mineras. • Análisis numéricos. • Arqueología.
REFRACCIÓN SÍSMICA Limitaciones
• Diferentes rocas con semejante velocidad de
propagación. • No detecta estratos de baja potencia. • La distancia entre sensores controla la preción
conque se puede evaluar el espesor de los estratos.
REFRACCIÓN SÍSMICA Impacto
Unidad de Adquisición y Procesamiento de Datos
Geófono vertical y cable conductor de señales para realizar ensayos de refracción sísmica y ensayos en pozo abierto de poca profundidad
Xc Disparo
t8
t7
t6
t4 t5
t2 t1 t3
Frente de Ondas
Posiciones del Frente de Ondas en un Medio de Dos Estratos a tiempos t 1, t 2,...
Ley de Snell
Cuando la onda sísmica alcanza la frontera entre dos materiales de distinta velocidad sísmica, las ondas son refractadas.
Cuando el ángulo de incidencia iguala al ángulo crítico en la frontera, la onda refractada se mueve a lo largo de la frontera entre los dos materiales, transmitiendo energía de nuevo a la superficie.
Esta frontera es llamada un refractor.
Fuente
sen i = sen Vo sen r sen V1
Estrato 1 Velocidad = V1
α = Angulo Críti co
de Incidencia
i α
Estrato 2 Velocidad = V2
r
Refracción de Trayectoria de los Rayos a Través de una
• Parámetros: - Tiempo de inicio del movimiento sísmico (tiempo cero) - Distancia entre el punto de impacto y el sensor - Primer arribo de energía sísmica que llega a los sensores
DIRECTA
ic i
r
ic
V1
REFRACTADA
V2
o t n e i m a z a l p s e D
Onda P Onda S
Onda R
Tiempo
Onda Hipotética Registrada por un Geófono en la Superficie de un Medio Elástico Homogéneo a Cierta Distancia de la Fuente
Trazas y Domocromitas
t
TIEMPO DE INTERSECCION,
D
1
=
XC
V2 - V1
2
V2 + V1
O P M EI T
1 Ti
v2
1 v1
DISTANCIA CRITICA, X
C
X DISTANCIA
DISPARO H E v1 F
v2
α
D1
G
(
SIN α =
v1 v 2
Caso Simple de Dos Estratos con Límites Planos y Paralelos y Carga Tiempo Distancia Correspondiente
Perfil de Velocidades de Ondas P
Criterios de Análisis (Ensayos de R.S.)
VALORES PROMEDIOS DE Vp SEGÚN LA NORMA ASTM-D5777 Velocidad Vp
Descripción pie/s
m/s
Suelo intemperizado
800 a 2000
240 a
610
Grava o arena seca
1500 a 3000
460 a
915
Arena saturada
4000 a 6000
1220 a 1830
Arcilla saturada
3000 a 9000
910 a 2750
Agua
4700 a 5500
1430 a 1665
Agua de mar
4800 a 5000
1460 a 1525
Arenisca
6000 a 13000
1830 a 3960
Esquisto, arcilla esquistosa
9000 a 14000
2750 a 4270
Tiza
6000 a 13000
1830 a 3960
Caliza
7000 a 20000
2134 a 6100
Granito
15000 a 19000
4575 a 5800
Roca metamórfi ca
10000 a 23000
3050 a 7000
ENSAYO MASW/MAM
ENSAYO MASW/MAM
ENSAYO MASW/MAM
ENSAYO MASW/MAM
Criterios de Análisis (MASW/MAM)
shot 0105
LLEGADA DE LAS ONDAS S 14 Vs = 300 m/s
Vp = 630 m/s 12
10 ) m ( d8 a d i d n u f o6 r P
Vp = 1550 m/s
Vs = 630 m/s
4 Vp = 1890 m/s 2 Vs = 655 m/s 0 0
Estrato N° 1 2 3
Velocidades Vp (m/s) Vs (m/s) 630 300 1550 630 1890 655
Poisson σ 0.35 0.40 0.43
5
10
15 20 Milisegundos
25
30
Módulo Densidad 2 3 E d (T/m) Gd (T/m) (T/m ) 44744.1 16530.6 1.8 238319.0 85050.0 2.1 263252.9 91933.9 2.1 2
m
Tipo Valor de N de 10 20 0 Suelo
1
Tiempo de Viaje ( x 10-2 ) sec. 3 4 5 6 7 8 9
2
10
11
12
1.35 mm Vs = 155 m sec
5
V p = 10
Owi Island N°1 C2 Tokyo Bay
210
580
1300 m sec
100 140 120
15 1890
195 150
20
Ejemplo de Prospección de velocidades por el método Downhol
Determinación de propiedades dinámicas de los materiales. ρ = 0.2 V p 0.25 ν=
(V p /Vs )2 - 2 2 ((V p /Vs )2 - 1)
Gd = ρ Vs 2 Ed = 2 (1 + ν )G Donde: ρ = densidad volumétrica. ν = relación de Poisson. Gd = módulo de corte. E = módulo de Y
Prospección de velocidades por el método Downhole
Oscilógrafo t
Fuente de Impulso
Receptor
Receptor
Determinación de velocidades por el método Crosshole
Ensayos con Grandes Deformaciones
CPT/ CPTu https://www.youtube.com/ watch?v=s_mglPcXriI
CPT/ CPTu Resistencia a la Fricción (ton/ft)
Varilla de Hincado
Amplificador de Señal
0
Inclinómetro Biaxial
6 4 2 0
Relación de Fricción (%)
Resistencia por Punta (ton/ft)
100 200
300 400 500
0 2 4 6 8
10 Geófono Biaxial Manguito de Fricción (150 cm2 )
Celda de Carga del Manguito de Fricción
)t
f( 20
d a di d 30 n uf or 40 P
50 60
Celda de Carga por Punta
(a)
(b)
a) Típico Penetrómetro de cono con Sensor Sísmico Incorporado;
SPT https://www.youtube.com/ watch?v=qhQFSvaCr_0
SPT
Estimación del Módulo Cortante a partir de Ensayos SPT Go = N0.78
Imai y Yoshimura (1970)
Go = 1.22 N0.62
Ohba y Toriumi
(1970)
Go = 1.39 N0.72
Ohta et al
(1972)
Go = 1.20 N0.80
Ohsaki e Iwasaki (1973)
Go = 1.58 N0.67
Hara et al Go en Kpa N
0.833 N60
(1974)
Ensayos de Laboratorio
Ensayo del Presiómetro a) Instalación del equipo
b) Curva típica
Ensayo del presurímetro a) Instalación del equipo
b) Curva típica
Unidad de control
p
Sondaje
,a
a)
Deformación Plástica
di ge
Membrana flexible cilíndrica presurizada por el fluido rr
Deformación Elástica
P
Cierre de poros
er
s
oc n ói
b)
Volumen corregido de la cavidad, V
ENSAYOS DE LABORATORIO
Ensayo de Columna Resonante Ensayo Triaxial Cíclico Ensayo de Corte Directo Simple Cíclico Ensayo de Corte Torsional Cíclico Ensayos en Mesa Vibradora Ensayos en Centrífuga
ENSAYO TRIAXIAL CÍCLICO
Pistón de carga
Junta tórica (anillo "0")
Disco cerámico
Tubo de nylon flexible Juntas tóricas (Anillos "0") Cámara de perspex
Membrana de caucho
Agua
Muestra de suelo
Juntas tóricas (Anillos "0"
Bandas de papel filtro
Discos de caucho lubricados (arriba y abajo) Hacia la bureta de drenaje
Desde el controlador de presión de cámara
Disco cerámico
Cámara Triaxial
Hacia el transductor de presión intersticial
ENSAYO DE CORTE SIMPLE CÍCLICO
ENSAYO DE CORTE SIMPLE CÍCLICO
ENSAYO DE CORTE SIMPLE CÍCLICO
Ensayo de corte torsional cíclico
Ensayo de corte torsional cíclico Esfuerzo Axial
Presión
Presión
Externa
Interna
Torque
σz τz θ
τθ z σθ
σr
