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Congreso de Ingeniería Sísmica, Estructural
y Geotécnica-
Enseñanzas del Sismo del 16 de Abril de 2016
Una retrospectiva de lo aprendido, evaluado y actuado con
miras hacia el futuro
Comportamiento de Terraplenes y
Cimentaciones en el Sismo del 16A16
Xavier Vera Grunauer, Ph.D., D.GE., A.M. ASCE
Director
Instituto de Ingeniería (IIFIUC) de la Universidad Católica de
Santiago de Guayaquil.
Quito, 21 de abril de 2017
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Temario
• Tema 1 Comportamiento de Terraplenes✓ Puerto de Manta
✓ Mejía
• Tema 2 Comportamiento de cimentaciones✓ Sector Tarqui/Manta, cimentaciones
superficiales
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Tema 1
1.4g
1.06g
0.37g
0.52g0.38g
0.02g
0.19g
0.09g
GEER REPORT (www.geerassociation.org)
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Terraplen en Pto Manta
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Yi-H
sua
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na
l Ch
en
g K
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g U
niv
ers
ity
Adrian Tola, Virginia Tech University Forrest Lanning, Miyamoto International
Part II : Selected Geotechnical Observations
MANTA PORT
Yard 500
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Instalaciones del Puerto de Manta 2016Tomado de: Google Earth (Mayo 2016) Desarrollo del Puerto de Manta
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Se reportan daños de severos a
muy severos: Manifestaciones
en la superficie del rompeolas
12
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
1
Deformaciones laterales 2 a 35cm
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
2
Deformaciones laterales 2 a 50cm
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Inst
ala
cio
ne
s d
el P
ue
rto
de
Ma
nta
RO
MP
EO
LAS
Ripalda 2007
Sondeos existentes:
iGeotest 2013
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Caso Estático
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
w%
0 20 40 60 80 100
CO
TA
(m
)
-42
-40
-38
-36
-34
-32
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
B-124a
PT-38
B-125
ST-2
T# 200
0 20 40 60 80 100
-42
-40
-38
-36
-34
-32
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
N 1 (60)
0 20 40 60 80 100
-42
-40
-38
-36
-34
-32
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
Dr (%)
0 20 40 60 80 100
-42
-40
-38
-36
-34
-32
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
30 35 40 45 50
-42
-40
-38
-36
-34
-32
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
ESPIGÓN
Cota de terraplen
Fondo Marino
Resistencia y Densidad relativa baja conforme a las perforaciones ejecutadas sobre el cuerpo del rompeolas (ST-2; PT-38)
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Youd et al. 2001 based on Seed et al. 1985
CRR
LiquefactionEffects Observed at
Ground Surface
No LiquefactionEffects Observed at
Ground Surface
FS = CRR / CSRC
S
R
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
CSR = 0.65(amax/g)(σv/σv′) rd
(N1)60 CRR
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
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Factor de Corrección KAfectación por confinamiento
Varios Autores
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Factores que alteran el CRR
Factor de Corrección KAfectación por esfuerzo de corte
estático
Boulanger (2003a)
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Perforación
CSR MSFCRR
M=7.5, σ=1
Kσ Kα CRR FS liq
ST-02 0.43 0.92 0.15 0.84 0.91 0.10 0.24
PT-38 0.44 0.92 0.22 0.78 1.46 0.23 0.53
Posibles consecuencias por licuación:
• Pérdida completa de resistencia en el
suelo
• Fallas de taludes
• Desplazamiento considerable de pendientes con pendientes mínimas
• Pérdida completa de capacidad
soportante en fundaciones superficiales.
• Asentamientos diferenciales.
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Resistencia y Densidad relativa baja conforme a las perforaciones ejecutadas sobre el cuerpo del rompeolas (ST-2)
N1(60)
0 25 50 75 100
Co
ta (
m)
-20
-15
-10
-5
0
5
ST-02
CSR & CRR
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
CSR
CRR
F.S.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
F.S. * Idriss & Boulanger 2008
N.F.
RO
MP
EO
LA
S
ARENALICUABLE
AR
EN
A D
EN
SA
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Webber, J. (2.015)33rd Percentil Curva de
Probabilidad
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Kramer (2.004)40th Percentil Curva de
Probabilidad
Resistencia Residual en arenas licuables (Sr)
Como caracterizo una arena licuable???
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Perforación
Finos (%) N1.60cs Dr (%) CSR
CRR M=7.5, σ=1 FS liq Sr/Esfv'
Esfv' (Kpa) Sr (Kpa)
ST-02 20 14 45.5 0.427 0.148 0.245 0.153 218 33.35
ST-02 20 14 0.21 100 21.00
PT-38 8 21 67.8 0.440 0.219 0.525 0.21 218 45.78
PT-38 8 21 0.29 100 29.00
Perforación
CSR MSFCRR
M=7.5, σ=1
Kσ Kα CRR FS liq
ST-02 0.43 0.92 0.15 0.84 0.91 0.10 0.24PT-38 0.44 0.92 0.22 0.78 1.46 0.23 0.53
Resistencia Residual en arenas licuables (Sr)
Como caracterizo una arena licuable???
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Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
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Modelo Geo-
Slope
• Geometría pre-sismo.
•Según los agrietamientos
en superficie se extrapoló
tentativas superficies defalla.
• La superficie de falla
TRASLACIONAL obedece
al tipo de material que
compone el cuerpo y
suelo de cimentación del
rompeolas.
* Sección tomada de “Anejo 17. Reparación Dique de Abrigo Actual. Proyecto para el Desarrollo del Puerto de Aguas Profundas de Manta” documento de ineco PROES, recibido por el MTOP en el 2014
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
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Desempeños sísmico de estructuras geotécnicas, SE
ANALIZA POR DESPLAZAMIENTO Y SE VERIFICA POR
FUERZAS
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Que dice la NEC-15?...
Kh = 0.60 PGA(g)
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Desempeños sísmico de
estructuras geotécnicas.
Movimiento sísmico del suelo
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
ORIGEN
Corteza superficial:
-Bray y Travasarou 2007
- Jibson
-Rathje y Antonakos
Subducción:
-Bray y Macedo 2017
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1. k= Coeficiente sismico, constante que representa la carga del
terremoto.
2. S= Resistencia del material & geometría dan el FS.
3. W= Peso de potencial masa a desplazarse es rígida.
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Análisis de estabilidad Pseudo-
estática.
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kmax depende de la rigidez y geometría de la masa de suelo
deslizante (ej.: período fundamental)
Ts,1-D = 2.6 H / Vs
Ts, 1-D = Periodo fundamental inicial de la masa de suelo.
H = Altura de la masa de suelo a deslizarse.
Vs = Velocidad de onda de corte promedio de la masade suelo.
Desempeños sísmico de estructuras geotécnicas.
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
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Desempeños sísmico de estructuras geotécnicas.
Bray & Macedo & Travasarou 2017
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
El PGA según el espectro en roca del sismo del 16 de abril de 2016, PGA =0.42 g
Sa (0,20)= 0,90 g
ESPECTRO EN ROCA
Sa (1,5 Ts)
T (s)
0.01 0.1 1 10
Sa (
g)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
PSHA ROCA Tr=475 años
PGA=0.68gSismo 16A2016 Comp Este (Rock)
Sismo 16A2016 Comp Norte (Rock)
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Desempeños sísmico de estructuras geotécnicas 16 Abril 2016.
Buscando el “ky” según metodología Bray & Macedo 2017,
Se buca el F.S:=1.
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Según N SPT menos
favorable
Según N SPT mas
favorable
Estado SismoSa
(1.5Ts)Ky FS
BT*
(cm)
MB Range
values (cm)
Actual En Roca 0.9 0.07 1 7922.80 -
97.30
Actual
Superficie
Campo libre
(Liq)
0.55 0.07 1 32.610.40 -
45.00
Estado Sismo
Sa
(1.5Ts) Ky FS
BT*
(cm)
MB Range
values (cm)
Actual En Roca 0.9 0.105 1 4812.50 -
53.40
Actual
Superficie
Campo libre
(Liq)
0.55 0.105 1 17.5 5.20 - 22.40
*Median estimated level
Sr= 21 Kpa
*Median estimated level
Sr= 29 Kpa
(medido: 20 a 35cm)
(medido: 45 a 60cm)
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Inst
ala
cio
ne
s d
el P
ue
rto
de
Ma
nta
RO
MP
EO
LAS
Flow Liquefaction???
Comportamiento
“Dilativo”
Según ST-02
Según PT-38
FSflow > 1
NO FLOW LIQUEFACTION
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PUERTO DE MANTA.- Rompeolas
Geometría pre-sismos
Daño 1: Srcrit: 21 KPa
Daño 2: Srcrit: 29 KPa
Perforación: ST-02
Perforación: PT-38
Def. Medida: 45 – 60 cm aprox.
LSS% = 27% - 20%
Def. Medida: 20 – 35 cm aprox.
Hliq = 220cm
LSS % = 15% - 9%
N1(60,cs): 14
N1(60,cs): 21
30%
9%
27% 15%
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Alternativas propuestas
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
21 Kpa
Estado Ky FS BT* (cm) MB Range values (cm)
Actual 0.07 1 79 22.80 - 97.30
Berma 0.15 1 28 6.70 - 28.80
3H:1V 0.108 1 46 12.00 - 51.00
B-Talón 0.145 1 30 7.20 - 31.00
Talón 0.2 1 17 3.70 - 16.40
*Median estimated level
29 Kpa
Estado Ky FS BT* (cm) MB Range values (cm)
Actual 0.105 1 48 12.50 - 53.40
Berma 0.175 1 22 5.00 - 21.50
3H:1V 0.142 1 31 7.40 - 32.00
B-Talón 0.18 1 21 4.70 - 20.30
Talón 0.245 1 12 2.10 - 10.50
*Median estimated level
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Sa (0,20)= 0,55 g
ESPECTRO CAMPO
LIBRE SUPERFICIE
LICUACION
Sa (1,5 Ts)
Instalaciones del Puerto de MantaROMPEOLAS
Kh = 0.60 PGA(g)
PGA = 0.16g
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Análisis por Fuerzas para la alternativa
seleccionada, Berma, Según NEC-15
Sr= 21 KPa; Kh= 0.10 , FS=1.06 > 1.05, FS=1.3
Sr= 29 KPa; Kh= 0.10 , FS=1.18 > 1.05, FS=1.42
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Terraplen Puente Mejia
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Adrian Tola, Virginia Tech University Forrest Lanning, Miyamoto International
Part II : Selected Geotechnical Observations
Mejia Embankment –
Bridge
@ Portoviejo
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Adrian Tola, Virginia Tech University Forrest Lanning, Miyamoto International
Part II : Selected Geotechnical Observations
Mejia Embankment -
Bridge
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EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA
SPT test – Top of
embankment
Mejia Bridge
CPTu test – Free fieldA
A’
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UBICACIÓN
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PERFIL A-A’
Liquefable Soil
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Cimentaciones Superficiales
Tarqui
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DAÑOS OBSERVADOS
DAÑOS GEOTÉCNICOS
GEER Report (2016)
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DAÑOS OBSERVADOS
DAÑOS GEOTÉCNICOS
Geoestudios (2016)
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MAPA DE DAÑOS
GEOTÉCNICOS OBSERVADOS
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LICUACIÓN Y DEGRADACIÓN CÍCLICA
DAÑOS PRODUCTO DE LICUACIÓN
3. Deformaciones Volumétricas
Drenaje Parcial (εp-DR)
Sedimentación (εp-SED)
Consolidación (εp-CON)
2. Deformaciones Inducidas por Cortante
Falla por Capacidad de Carga (εq-BC)
SSI-Induced Ratcheting (εq-SSI)
1. Expulsión de arena
Bray et al. (2016)
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N60
0 20 40 60 80 100
Co
ta, m
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
CSR&CRR
0.0 0.6 1.2 1.8 2.4
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
CSR
CRR
FS
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
SM LICUABLE
Ø=36ºN60=15
SM LICUABLE
Ø=34ºN60=10
42
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47
Calibration based on cyclic triaxial time histories
PDMY02 parameters from ARS1-3 Dr≈90% Experiment Dr=86% (Axial strain amplitude = 0.47%
and shear strain = 0.73%)
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48
Comparison of Deepsoil and OpenSees numerical resultsARS1-1
ARS1-2
ARS1-3
ARS1-4
ARS1-5
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•Figura 199. Modelo tridimensional que muestra los elementos de suelo (BrickUP). Sección vertical A-A’ o eje de simetría indicando lo
•s elementos vigas y los elementos de cimentación (SSPBrick) utilizados
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Congreso de Ingeniería Sísmica, Estructural y Geotécnica
Logo de su
institución
… reflexión sin acción es desperdicio
¿Preguntas?
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El Instituto de Investigaciones de la
Facultad de Ingeniería de la Universidad
Católica Santiago de Guayaquil (IIFIUC)
invita al curso:
Estado del conocimiento en los diseños
y análisis de estructuras sismo-
resistentes en el Ecuador.
• 03 y 04 de julio 2017 • 09h00 - 18h00
• Auditorio Cámara Construcción Guayaquil
• Entrada $120.00 - CUPOS LIMITADOS
Confirmar su asistencia a:
(04) 268 2340 ext. 122 ó 108
¡Contamos con su presencia!
Con el auspicio de:
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Programa de conferencias
Lunes 03 julio 2017
Dr. Eduardo Miranda, Stanford University
Diseño sísmico basado en
fuerzas (4 horas)
Diseño sísmico basado en
desplazamientos (4 horas)
Martes 04 julio 2017
Dr. Eduardo Miranda, Stanford University
Dr. Xavier Vera Grunauer, UCSG
Diseño sísmico de
estructuras en suelos muy
blandos (EM, XVG 3 horas)
Demandas sísmicas durante
el sismo 16/4/2016 (EM, XVG
2 hrs)
Diseño sísmico de
cimentaciones en suelos
blandos o licuables (XVG
1.5hrs)
Temas selectos para mejorar
el diseño sísmico en
Ecuador (EM 2.5 hrs)