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clasificacion sismica de suelos

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01-08-2017
Seminario
“Clasificación Sísmica de los Suelos”.
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
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1era. Parte
Breve Introducción
Gastón Arriagada Sepúlveda
BREVE INTRODUCCIÓN.
Del sismo ocurrido el día 27.02.2010 aprendimos varias lecciones:
Donde queda Cobquecura.
Gastón Arriagada Sepúlveda
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01-08-2017
BREVE INTRODUCCIÓN.
Se generó una mirada hacia un lugar un poco olvidado en el área
de la Construcción.
Nos acordamos que teníamos un poco rezagada la Clasificación
Sísmica de los Suelos.
Era tan pequeño el lugar de la Clasificación Sísmica del Suelo que
para efectos prácticos era sólo una Tabla en la NCh 433 Of 1996
Mod. 2009.
Gastón Arriagada Sepúlveda
BREVE INTRODUCCIÓN.
Tipo de
Suelo
Descripción
I
Roca: Material natural, con velocidad de propagación de ondas de corte in-situ igual o mayor
que 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%
II
a)
b)
c)
d)
III
a)
b)
c)
d)
IV
Suelo con Vs igual o mayor que 400 m/s en los primeros 10 m superiores, y creciente con la
profundidad; o bien
Grava densa, con peso unitario seco γd igual o mayor que 20 kN/m3, o índice de densidad
ID(DR) igual o mayor que 75%, o grado de compactación mayor que 95% del valor Proctor
modificado; o bien
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 compactación
superior al 95% del Valor Proctor Modificado; o bien
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
Arena permanentemente no saturada, con ID(DR) entre 55 y 75%, o N mayor que 20 (sin
normalizar a la presión efectiva de sobrecarga de 0,10 MPa); o bien,
Grava o arena no saturada, con grado de compactación menor que el 95% del valor del
Proctor Modificado, o bien,
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,
Arena saturada con N comprendido entre 20 y 40 (normalizado a la presión efectiva de
sobrecarga de 0,10 MPa),
Suelo cohesivo saturado con Su igual o mayor que 0,025 MPa (qu igual o menor que 0,050 MPa)
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BREVE INTRODUCCIÓN.
Durante un periodo de tiempo, un Panel de Expertos propuso para
evaluar el comportamiento del suelo y su interacción con las
estructuras.
5 de Noviembre de 2010
D.S. Nº 117 (V y U)
REGLAMENTO QUE FIJA EL DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS
Gastón Arriagada Sepúlveda
BREVE INTRODUCCIÓN.
Y no fue hasta el día 02.11.2011
que 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 EL
DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS.
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01-08-2017
BREVE INTRODUCCIÓN.
Se generó el mayor cambio en los últimos años en la forma de cómo se
NORMA la Clasificación Sísmica del Suelo y la forma de explorar el suelo
para su Clasificación Sísmica.
La arena sigue siendo arena, la grava sigue siendo grava, pero cambiamos
la 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”
Gastón Arriagada Sepúlveda
BREVE INTRODUCCIÓN.
Esto debido principalmente a que según lo estipulado en el Art. 5º
del DS. Nº 61:
La respuesta sísmica de un depósito de suelo y la solicitación
sísmica que se desarrolla sobre la estructura.
Interacción suelo – estructura, dependen de:
1) La rigidez a bajas deformaciones de los estratos
superiores.
2) Periodo fundamental del depósito de suelos.
3) Nivel de amortiguamiento.
4) Excitación sísmica propiamente tal. (Terremoto).
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01-08-2017
INTRODUCCIÓN.
De esta forma el Art. 5º del D.S. Nº 61:
“LA CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE SUELOS se ha optado por
centrarla en el parámetro que se estima más relevante en una
primera aproximación.
En la rigidez a bajas deformaciones de los estratos superiores.
Correspondiente a la VELOCIDAD DE LAS ONDAS DE CORTE
promedio de los 30 metros superiores del terreno (VS30)”.
n
h
v  h

v
s 30
i 1
n
i
i
i 1
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s i
Ondas de Corte (Vs)
¿Qué es eso?
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2da. Parte
Ondas de Corte (Vs)
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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)
vs 
vp 
E

G

Ondas Superficiales:
c) Love. (L) (En honor a Augustus Ed. Hough Love)
d) Rayleigh. (R) (En honor a John Strutt baron de Rayleigh 1885)
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ONDAS DE CORTE
Propagación onda P
Propagación onda S
La más destructiva
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ONDAS DE CORTE
Ondas Superficiales
Ondas P y S
Hipocentro
Vp ≈ 1,7Vs
Para ν = 0,22
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Vr ≈ 0,9Vs
≈ 0,5Vp
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ONDAS DE CORTE
Sistema Estructural
Rigidez (K)
Periodos Propios (Tn).
Amortiguamiento (C).
Suelo 1
Suelo n
Roca
as
?
¿Rigidez (Es)?
¿Amortiguamiento (Cs)?
¿Periodo Propio (Ts)?
K
T
C
K
T
C
Es
Cs
Ts
as
Buen comportamiento
E=∞
δ=0
as
Capa elástica sobre Base Rígida
Modelo elástico isotrópico no homogéneo
¿A qué profundidad está “la roca”?
¿Cómo varia Es?
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ONDAS DE CORTE
Efectos 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 la
estructura.
Vs contribuye en la amplificación de la señal sísmica
as
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Vs
Alta Amplificación Sísmica
Vs
Baja Amplificación Sísmica
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ONDAS DE CORTE
En Resumen:
La estructura en sí.
Con su forma particular.
Controlada por el diseño.
Interface que participa. + ó ¿Modelo elástico o inelástico?.
¿Lineal o no lineal?
¿Homogéneo o heterogéneo?
¿Capa rígida o Módulos Variables?
El Sismo.
¿Cuándo va a ocurrir?.
¿Dónde va a ocurrir?
Imprevisible su duración, magnitud.
contenido de frecuencias.
as
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Comportamiento IDEAL del SUELO
De acuerdo con el Dr. Claudio Olalla (UPM):
C
H
I
L
E
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 aplicación
de la carga.
Lineal:
Única pendiente que relaciona la tensión con la
deformación. γ ≤ 10-5
Elástico:
Las tensiones en un determinado instante dependen
solamente de la deformación local en ese instante y no de
su historia pasada.
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Comportamiento REAL del SUELO
De acuerdo con el Dr. Claudio Olalla (UPM):
D
I
A
N
A
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 de
la carga.
No Lineal:
No es única la pendiente que relaciona la tensión con la
deformación.
An elastic:
Las tensiones en un determinado instante no dependen
solamente de la deformación local en ese instante sino que
también de su historia pasada.
Gastón Arriagada Sepúlveda
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.
SONDAJE
2) Cross-hole.
3) Sonda de suspensión
Refracción (Vp)
SPAC
f-k
Correlaciones.
Fuente
Geófono
A partir de Métodos basados en el análisis de ondas superficiales (Ondas
Rayleigh) tales como:
GEOFÍSICA DE
1) SASW (Spectral Analysis of Surface Waves).
SUPERFICIE
2) MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves)
3) ReMi (Refraction Microtremor).
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3era. Parte
Clasificación Sísmica de los Suelos
Gastón Arriagada Sepúlveda
CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
Art. Nº 2:
Las disposiciones no son exigibles para obras civiles tales
como:
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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CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
Se deben evaluar en los primeros 30 metros bajo la superficie natural del
terreno o hasta la roca, las propiedades que permitan clasificar el suelo de
fundación 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
{
0,0 m
-30,0 m
Gastón Arriagada Sepúlveda
CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
NO es obligatorio justificar Vs30 con mediciones in situ, ni NSPT o Su en la
profundidad 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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CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
Suelos Tipo
Mejor
comportamiento
A Roca, Suelo cementado
Menor
Roca blanda o
B fracturada, suelo muy
denso o muy firme
C Suelo denso o firme
Suelo medianamente
D
denso, o firme
Suelo de compacidad, o
E
consistencia mediana
F Suelos Especiales
Gastón Arriagada Sepúlveda
CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
Suelos Tipo
A Roca, Suelo cementado
VS30
(m/s)
RQD
qu
N1
Su
(MPa) (golpes/pie) (MPa)
≥ 900 ≥ 50 % ≥ 10
Roca blanda o
B fracturada, suelo muy
≥ 500
denso o muy firme
C Suelo denso o firme
≥ 350
Suelo medianamente
D
≥ 180
denso, o firme
Suelo de compacidad, o
E
< 180
consistencia mediana
F Suelos Especiales
*
*
≥ 0,40
≥ 50
≥ 0,30
≥ 40
*
≥ 30
≥ 0,05
≥ 20
< 0,05
*
*
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CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
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 presenta
Vs > 900 m/seg, no es necesaria la justificación de RQD, ni qu.
Cuando la estructura se apoya íntegramente en el basamento
rocoso y éste cumple las características antes indicadas,
independientemente de los materiales geotécnicos existentes
sobre el sello de fundación, el sitio clasifica como Suelo Tipo A.
Nos estamos apoyando en Roca.
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CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
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 hasta
30,0 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
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Se puede clasificar como Suelo Tipo C
(sin otras mediciones)
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CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
SUELO TIPO B
Una excepción son las gravas fluviales de espesor mayor o igual
a 30 m (medidos a partir de la superficie natural), las cuales
clasifican en Suelo Tipo B sin necesidad de medir Vs, ni presentar
la descripción estratigráfica detallada.
El sustento para establecer la presencia de gravas fluviales de
espesor mayor o igual a 30 m, puede ser de tipo geológico, o
información confiable y demostrable de sectores del entorno
inmediato.
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CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
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 hasta
30,0 m con Tmax cada 5,0 metros.
En el caso que:
- Vs aumenta monótonamente con la profundidad, y
- Vs30 ≥ 350 m/s
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Se puede clasificar como Suelo Tipo D
(sin otras mediciones)
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CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
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 arenosos
Se 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 20–29
golpes/pie.
Gastón Arriagada Sepúlveda
CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
SUELO TIPO D
En el caso que:
- Vs aumenta monótonamente con la profundidad,
y
- Vs30 ≥ 180 m/s
Se puede clasificar como Suelo Tipo E
(sin otras mediciones)
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CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
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)
Gastón Arriagada Sepúlveda
CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
SUELO TIPO F (Los Malos)
Corresponden a aquellos que presentan singularidades
en su
comportamiento mecánico y por tanto REQUIEREN ESTUDIOS
GEOTÉCNICOS 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 Fenómenos
de amplificación local.
Gastón Arriagada Sepúlveda
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01-08-2017
CLASIFICACIÓN SÍSMICA DE LOS SUELOS
¿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 del
Suelo.
vs   G
2
G
E
2(1)
vs  
2
Gastón Arriagada Sepúlveda
E
2(1)
Construimos Obras más Seguras.
4ta. Parte
Final
Gastón Arriagada Sepúlveda
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No tenemos que olvidarnos
que
Construir:
Saber utilizar el ingenio para tratar de
entender 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?
Gastón Arriagada Sepúlveda
Su Esencia es:
Prologo Géotechnique, Volume 1, Issue 1
(1948)
“ Se puede concluir que la mecánica de
suelos es simplemente el resultado de dos
ramas bien establecidas de las ciencias de
la ingeniería:
• El estudio de los materiales
• Y la mecánica aplicada.
En la medida que los principios sean
interesantes
la conclusión es correcta.
Karl Von Terzaghi (1883 – 1963)
Gastón Arriagada Sepúlveda
la diferencia está en las aplicaciones
prácticas”.
20
01-08-2017
“Trabajo a luz apagada”
Ing. Msc. Sr. Pablo Castaños Martínez.
"El primer paso para desarrollar un proyecto“
Profesora (ITR) Sra. Virginia Huanquilef Barría
21
01-08-2017
5ta. Parte
Conclusiones
Gastón Arriagada Sepúlveda
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.
JUGAR CON TIERRA
¡¡ Practica y Teoría ¡¡
Si tenemos dudas, pidamos ayuda.
Pero cuidado a quién preguntamos.
Gastón Arriagada Sepúlveda
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01-08-2017
Chiste publicado en el Journal of Soil Mechanics, A.S.C.E., 1964
¡¡¡ He escatimado algo
en la cimentación
pero nadie se va
enterar. !!!
Chiste publicado en el Journal of Soil Mechanics, A.S.C.E., 1964
Gastón Arriagada Sepúlveda
Gastón Arriagada Sepúlveda
23
01-08-2017
Por su atención.
Muchas gracias.
Gastón Arriagada Sepúlveda
“Clasificación Sísmica de los Suelos”.
Gastón Arriagada Sepúlveda.
Ingeniero Civil en Obras Civiles. (UACh)
Máster en Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica. (UPM)
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01-08-2017
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