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TEMA 9. ASPECTOS SÍSMICOS EN EL DISEÑO
DE CIMENTACIONES
Asignatura: Mecánica de Suelos y cimentaciones
Profesor Pedro A. Calderón García
Bloque temático 2: Cimentaciones
Facultad de Artes
Maestría en Construcción
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Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
ÍNDICE1. INTRODUCCIÓN
2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES2.1. Método simplificacdo Art. A.2.4.-A.2.6. NSR-982.2. Método alternativo apéndice H-1 NSR-982.3. Microzonificación sísmica
3. OTROS EFECTOS ASOCIADOS A LA RESPUESTA SÍSMICA
4. FALLO SÍSMICO4.1. Degradación del suelo4.2. Asentamiento sísmico4.3. Deslizamientos
5. LICUACIÓN5.1. Introducción5.2. Determinación del riesgo de licuación5.3. Medidas de prevención
6. REGLAS ESPECÍFICAS PARA CIMENTACIÓN EN ZONA SÍSMICA
7. BIBLIOGRAFÍA
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1. AMPLIFICACIÓN
2. OTROS FENÓMENOS ASOCIADOS CON LA RESPUESTA
SÍSMICA
3. FALLO SÍSMICO
4. LICUACIÓN
BIB
1. INTRODUCCIÓN
Intr ReglasE LocalTema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
Fenómenos dominantes en la respuesta de un depósito de suelo frente a excitaciones
sísmicas:
Otros F Fallo S Licuac
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Concepto: Aumento de aceleraciones por depósito de suelo (efectos locales)
La triple resonancia: roca-suelo, suelo-suelo, suelo-estructuraConsideración de los efectos locales en NSR-98:
1. Método simplificado artículos A.2.4., A.2.5. y A.2.6. NSR-98
2. Método alternativo Apéndice H-1 NSR-98
3. Estudio de microzonificación (artículo A.2.9. NSR-98)
4. Integración, paso a paso, de la ecuación de movimiento
2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES
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2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES2.1. Método simplificado artículos A.2.4, A-2-5 y A-2-6
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
2. Determinación del coeficiente de sitio1. Identificación del perfil de suelo
2,0S4
1,5S3
1,2S2
1,0S1
Coeficiente de
sitio, S
Tipo de perfil
de suelo
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2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES2.1. Método simplificado artículos A.2.4, A-2-5 y A-2-6
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
4. Determinación del coef. de importancia3. Identificación del grupo de uso del edificio
GRUPO IV: Edificaciones indispensables
(hospitales, centrales telefónicas, etc.)
GRUPO III: Edificaciones de atención a lacomunidad
(bomberos, defensa civil, etc.)
GRUPO II: Estructuras de ocupación especial(escuelas, colegios, universidades, etc.)
GRUPO I: Estructuras de ocupación normal
1,0I
1,1II
1,2III
1,3IV
Coeficiente de
importancia, I
Grupo de uso
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2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES2.1. Método simplificado artículos A.2.4, A-2-5 y A-2-6
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
5. Determinación del espectro elástico de diseño
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2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES2.2. Método alternativo apéndice H-1
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
1. Identificación del perfil de suelo
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2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES2.2. Método alternativo apéndice H-1
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
2. Determinación de los coeficientes de amplificación del suelo
(*)(*)(*)(*)(*)F
(*)2,42,83,23,5E
1,51,61,82,02,4D
1,31,41,51,61,7C
1,01,01,01,01,0B
0,80,80,80,80,8A
Aa ≥ 0,5Aa = 0,4Aa = 0,3Aa = 0,2Aa ≤ 0,1
Intensidad del movimiento sísmicoTipo deperfil
(*) Debe realizarse una investigación geotécnica para el lugar
específico y debe llevarse a cabo un análisis de amplificación de la
onda
(*)(*)(*)(*)(*)F
(*)0,91,21,72,5E
1,11,11,21,41,6D
1,01,01,11,21,2C
1,01,01,01,01,0B
0,80,80,80,80,8A
Aa ≥ 0,5Aa = 0,4Aa = 0,3Aa = 0,2Aa ≤ 0,1
Intensidad del movimiento sísmicoTipo deperfil
(*) Debe realizarse una investigación geotécnica para el lugar
específico y debe llevarse a cabo un análisis de amplificación de la
onda
Coeficiente de amplificación Fv para la zona deperiodos largos del espectro
Coeficiente de amplificación Fa para la zona deperiodos cortos del espectro
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2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES2.2. Método alternativo apéndice H-1
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
3. Determinación del espectro elástico de diseño
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2. AMPLIFICACIÓN – EFECTOS LOCALES2.3. Microzonificación
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Ejemplo: microzonificación de la ciudad de Bogotá
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3. OTROS EFECTOS ASOCIADOS A LA RESPUESTASÍSMICALas ondas sísmicas
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
Periodo fundamental de vibración de un suelo
s
n
vn
H T
)12(
4
−
=
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4. FALLO SÍSMICO4.1. Degradación del suelo
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
La reducción del módulo G de cortante, representada por la relación G/Gmax es una
buena medida de la pérdida de rigidez del suelo durante la acción sísmica
4.2. Asentamiento sísmico
En arenas: por densificación
En arcillas: Por incremento y posterior disipación de presiones
intersticiales
Terremoto de Kobe (Japón),1995Deformación de corte, γ (%)
Gmax
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4. FALLO SÍSMICO4.3. Deslizamientos
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
Terremoto
de Alaska,
1959
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.1. Introducción
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
Concepto: Incremento de la presión intersticial por tendencia a la densificación del depósito
de suelo.
Susceptibilidad a la licuación
• Son más susceptibles arenas finas, uniformes (mal graduadas)
• Limos no plásticos también son susceptibles a la licuación
• Los depósitos bien gradados, con tamaños hasta de gravas, son menos susceptibles
• Suelos con partículas redondeadas o planas son más susceptibles que suelos con
partículas angulares
• El suelo debe ser granular, estar saturado y en estado suelto.
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.1. Introducción. Ejemplo: Terremoto de Niigata (Japón), 1964
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.2. Determinación del riesgo de licuación
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
a) Método del SPT (NAVFAC DM 7.3; MIL HDBK 1007/3)
1. Determinación de la relación de esfuerzos cíclicos del depósito
d
v
v
v
cic r g
aCSR *
'**65,0
' 0
max
0 σ
σ
σ
τ ==
Siendo:
τcic = Tensión de cortante cíclico producido por el terremoto de diseño
σ’v0
= Tensión vertical efectiva inicial en la capa estudiada
σv = Tensión vertical total en la capa estudiada
amax = aceleración horizontal máxima a nivel del suelo
r d = Factor de reducción de tensiones. Varía desde un valor de 1,0 en la superficie del suelo
hasta un valor de 0,9 a 10 m de profundidad. Si las tensiones y aceleraciones son
calculadas directamente en un análisis de amplificación, r d debe ser ignorado, o igual a 1,0
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.2. Determinación del riesgo de licuación
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
a) Método del SPT (NAVFAC DM 7.3; MIL HDBK 1007/3)
2. Determinación del valor corregido de SPT, N 60
N 60
= C N
ERm N/60
Tabla con los ratios de energía (ERm) por sistema
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.2. Determinación del riesgo de licuación
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
a) Método del SPT (NAVFAC DM 7.3; MIL
HDBK 1007/3)
3. Estimación del “ratio de resistencia
cíclica” (CRR), basado en el valor del
SPT, que sería necesario para causar
la licuación en un depósito de arenas
limpias en un terreno llano.
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.2. Determinación del riesgo de licuación
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
a) Método del SPT (NAVFAC DM 7.3; MIL HDBK 1007/3)
4. Correcciones
a. Para magnitud “M”, distinta de 7,5 es
CRRM = MSF * CRR7.5
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.2. Determinación del riesgo de licuación
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
a) Método del SPT (NAVFAC DM 7.3; MIL HDBK 1007/3)
4. Correcciones
b. Para arenas con finos se adopta un
N’60 = N60 + ∆N60
donde ∆N60, depende del contenido de
finos
c. Plasticidad de los finos. Para que se produzca
licuefacción deben cumplirse las tres condicionessiguientes:
-Contenido de arcilla < 15%
-Límite líquido < 35%
-wn > 0,9 wLL
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.2. Determinación del riesgo de licuación
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
a) Método del SPT (NAVFAC DM 7.3; MIL HDBK 1007/3)
5. Determinación del coeficiente de seguridad frente a la licuación:
EC
CRR FS =
Debe ser FS > 1,2 (NAVFAC DM 7-03)
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5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.2. Determinación del riesgo de licuación
Tema 9. Aspectos sísmicos cimentaciones
b) Método del SPT (ROM 04)
Relación aproximada entre la la magnitud (M) y la Intensidad
MSK (IMM, escala modificada de Mercalli)
MM I M 3
21+=
Relación
aproximada entrela aceleración
máxima en el
terreno y la
Intensidad MSK
(IMM, escala
modificada de
Mercalli
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• Eliminación de suelos potencialmente licuables y sustitución
• Tratamiento de suelos licuables:
• Vibración profunda: Vibroflotación o vibrosustitución
• Compactación dinámica
• Inyecciones
5. LICUACIÓN (O LICUEFACCIÓN)5.3. Medidas preventivas
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• Calcular zapatas de forma que los asientos sean aproximadamente iguales
• No cimentar en terrenos de diferentes características geotécnicas• Mismo tipo de cimentación en todos los apoyos de la obra
• Vigas de amarre para ac ≥ 0,16 g
• En losas : el c.d.g. de la losa debe coincidir con la resultante de cargas
• En general : planta del edificio sin formas convexas
• En arenas sueltas o muy sueltas (N<10) bajo el nivel freático realizar estudio licuación.
• No se considerará la resistencia por fuste de pilotes en tramos susceptibles de licuación
• Los pilotes deben enlazarse adecuadamente al encepado• En pilotes de H.A. la armadura longitudinal debe extenderse desde la cabeza del pilotes
hasta al menos 4 diámetros por debajo de la zona crítica más profunda (aquellas donde
se produciría su agotamiento estructural durante un terremoto)
6. REGLAS ESPECÍFICAS PARA CIMENTACIÓN ENZONA SÍSMICA
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Bibliografía básica
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (1998) “Normas Colombianas de diseño y construcción Sismorresistente,
NSR-98 ” Ley 400 de 1997, Decreto 33 de 1998, Tomos 1 y 4, Títulos A y H.
Depto. Técnico de Tecnología y Normativa, Puertos del Estado, Ministerio de OO.PP, Transportes y M.A. (España) (1994)
“Recomendaciones Geotécnicas para el Proyecto de Obras Marítimas y Portuarias, ROM 0.5-94”
Naval Facilities Engineering Command (1983) “Soil Dynamics and special design aspects. Design Manual 7.03”
Bibliografía adicional
Comisión Permanente de Normas Sismorresistentes, Ministerio de Fomento (España) (2002) “Norma de construcción
sismorresistente: parte general y edificación (NCSR-02)”
Ingeominas – Universidad de los Andes (1997) “Microzonificación sísmica de Santa Fe de Bogotá”
Naval Facilities Engineering Command (1986) “Foundations and Earth Structures. Design Manual 7.02 ”
Eurocódigo 7 : Proyecto Geotécnico (1998)
7. BIBLIOGRAFÍA
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