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GEO-RIESGOS EN AGUAS PROFUNDAS
Juan Manuel Mayoral Villa
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Riesgos relacionados con la inestabilidad del lecho marino (a pequeña y gran escala).
Riesgos relacionados con perforaciones y producción
Grupos principales:
Geo-riesgos en aguas profundas
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Principales efectos de inestabilidad del fondo marino.
Geo-riesgos en aguas profundas
Estabilidad del fondo oceánico
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Análisis no-lineal de la respuesta sísmica de taludes sumergidos
Geo-riesgos en aguas profundas
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Objetivo:
Se presenta un procedimiento de fácil aplicación práctica, para la evaluación de la respuesta sísmica de taludes submarinos en suelos predominantemente arcillosos, que se basa en un modelo numérico unidimensional que incorpora una ley constitutiva no-lineal. El modelo constitutivo es capaz de predecir la evolución de la presión de poro antes, durante y al final del sismo.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Casos Históricos
Banda Aceh, Indonesia, antes del tsunami (Digital Globe)
26 dic. 2004, Mw=9.34
Geo-riesgos en aguas profundas
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Casos Históricos
Banda Aceh, Indonesia, después del tsunami (Digital Globe)
26 dic. 2004, Mw=9.34
Geo-riesgos en aguas profundas
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Casos Históricos
Escenario sismo-tectónico de la costa del Pacífico de México (Farreras et al., 2005).
NayaritJaliscoColimaMichoacánGuerreroOaxacaChiapas
Geo-riesgos en aguas profundas
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Descripción del problema
Geo-riesgos en aguas profundas
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Talud hipotético de arcilla de pendiente
Geo-riesgos en aguas profundas
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Variación de la densidad, , y la resistencia, su, con la profundidad.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Variación del módulo, Gmáx, y velocidad, Vs, con la profundidad.
Geo-riesgos en aguas profundas
Gmáx
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Distribuciones del coeficiente de consolidación, cv, con la profundidad.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Historias de aceleraciones y espectros de respuesta.
SubducciónSuperficial
Geo-riesgos en aguas profundas
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Descripción del modelo numérico
Geo-riesgos en aguas profundas
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Modelo idealizado
1 11 1
jel
j
Gk
h
el elel el elc m k
M u C u K u P t
2 11 26
j j m mel
m m
h F Fm
F F
Geo-riesgos en aguas profundas
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Condiciones de frontera para resolver el problema de difusión.
vuc ut
1 11 1
velel
el
cA
h
1
12el
el
hD
0
t t t
t t t
A t
D
Geo-riesgos en aguas profundas
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Estado de esfuerzos idealizado asumidos en el modelo.
Geo-riesgos en aguas profundas
Gmáx
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Propiedades del modelo constitutivo utilizadas en los análisis.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Análisis paramétrico
Geo-riesgos en aguas profundas
Evento superficial
Evento de subducción
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Evento superficial
Geo-riesgos en aguas profundas
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Respuesta dinámica del talud en términos de espectros de respuesta.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Respuesta dinámica del talud en términos de historias de aceleraciones.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Ciclos de histéresis generados durante el evento dinámico.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Historia de desplazamientos
Geo-riesgos en aguas profundas
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Variación de la presión de poro antes, durante, y después del sismo (Caso 1).
Geo-riesgos en aguas profundas
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Geo-riesgos en aguas profundas
Variación de la presión de poro antes, durante, y después del sismo (Caso 2).
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Efecto del coeficiente de consolidación
Caso 1 Caso 2
Geo-riesgos en aguas profundas
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Evento de subducción
Geo-riesgos en aguas profundas
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Respuesta dinámica del talud en términos de historias de aceleraciones.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Ciclos de histéresis generados durante el evento dinámico.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Historia de desplazamientos
Geo-riesgos en aguas profundas
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Geo-riesgos en aguas profundas
Variación de la presión de poro antes, durante, y después del sismo (Caso 1).
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Geo-riesgos en aguas profundas
Variación de la presión de poro antes, durante, y después del sismo (Caso 2).
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Efecto del coeficiente de consolidación
Caso 1 Caso 2
Geo-riesgos en aguas profundas
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Trayectorias de esfuerzos a 2.5 m de profundidad.
Evento superficial Evento de subducción
Geo-riesgos en aguas profundas
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Influencia del ángulo del talud
Variación de la deformación angular en el tiempo.
-1
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Def
orm
ació
n an
gula
r,
(%)
Tiempo, t (s)
Sismo de Manzanillo
Geo-riesgos en aguas profundas
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Influencia del estado de esfuerzos
Influencia del comportamiento a largo plazo en la respuesta del talud a una profundidad de 50 m.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Influencia del estado de esfuerzos
Influencia del comportamiento a largo plazo en la respuesta del talud a una profundidad de 50 m.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Influencia del estado de esfuerzos
Influencia del comportamiento a largo plazo en la respuesta del talud a una profundidad de 50 m.
Geo-riesgos en aguas profundas
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Conclusiones
Geo-riesgos en aguas profundas
Las evaluaciones del riesgo de falla de taludes submarinos deben considerar explícitamente el comportamiento no-lineal del suelo a través de un esquema que permita tomar en cuenta las características principales del sismo, intensidad, duración y contenido de frecuencias, explícitamente en los análisis.
El modelo constitutivo empleado para caracterizar el geo-material debe de ser capaz de predecir, con un número de parámetros limitado y de fácil obtención práctica, la evolución de la presión de poro antes durante y al final de evento dinámico, y su impacto en la reducción de resistencia no drenada del suelo y los desplazamientos permanentes asociados. Esto debe tenerse en cuenta en el diseño de cimentaciones de obras costeras o fuera de costa, aledañas al sitio en cuestión.
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Conclusiones
Geo-riesgos en aguas profundas
La presión de poro acumulada durante un terremoto puede tardar décadas en disiparse, lo que debe tomarse en cuenta en el análisis para evaluar el riesgo de falla del talud durante réplicas u otros sismos posteriores.
El marco metodológico presentado aquí, además de ser de fácil aplicación práctica, constituye una representación integral del comportamiento de suelos durante carga cíclica.
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Investigación en desarrollo
Geo-riesgos en aguas profundas
Actualmente se esta modificando la metodología descrita para aplicarla al análisis de interacción sísmica de estructuras piloteadas o ancladas con celdas de succión.
Se sigue trabajando en la implementación del modelo en una plataforma numérica más robusta.
Se están desarrollando alternativas experimentales para obtener los parámetros del modelo .
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Geo-riesgos en aguas profundas
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Fuerzas actuando sobre una plataforma marina
Geo-riesgos en aguas profundas
Peso propio de la estructura principal y secundaria, incluyendo pilotes, placas y lastres.
Fuerza hidrostática que actúa sobre la estructura incluyendo presión externa y flotación.
Fuerzas debidas al viento. Fuerzas debidas a corrientes y
oleaje. Fuerzas sísmicas. Fuerzas inducidas a la
plataforma por operaciones como perforación, manipulación de materiales, anclajes a barcos.
Fuerzas inducidas por la grúa de la cubierta.
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Ejemplo de cimentación con estructuras ancladas.
Colocación de celda de succión (Moore Engineering Services).
Esquema de las fuerzas actuando en la celda (Tomado de Andersen et al., 2008).
Geo-riesgos en aguas profundas
Celda de succión