sismica de taludes

DESLIZAMIENTOS DESLIZAMIENTOS COSISMICOSCOSISMICOS

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ZDeslizamiento de Deslizamiento de TakarazukaTakarazuka en el Japen el Japóón n

activado por un sismoactivado por un sismo

Los movimientos sLos movimientos síísmicos smicos pueden activar pueden activar deslizamientos de tierra.deslizamientos de tierra.

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ClasificaciClasificacióón de los deslizamientos n de los deslizamientos coscosíísmicossmicos ((SassaSassa1996), 1996), 1. Deslizamientos r1. Deslizamientos ráápidospidos2. Deslizamientos lentos2. Deslizamientos lentos3. 3. FracturaciFracturacióónn coscosíísmicasmica

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Existe el triple efecto deExiste el triple efecto de : :

aumento de esfuerzo cortanteaumento de esfuerzo cortante, ,

disminucidisminucióón de resistencia por aumento de la presin de resistencia por aumento de la presióón de porosn de poros

y y deformacideformacióón asociada con la onda sn asociada con la onda síísmicasmica

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Factores que afectan la respuesta de los taludes Factores que afectan la respuesta de los taludes 1. Magnitud de la aceleraci1. Magnitud de la aceleracióón sn síísmicasmica2. Duraci2. Duracióón del sismon del sismo3.3. CaracterCaracteríísticas de resistencia dinsticas de resistencia dináámica de los mica de los

materialesmateriales4.4. Presencia de niveles frePresencia de niveles freááticos ticos 5. Dimensiones del talud.5. Dimensiones del talud.

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Factores que deben tenerse en cuenta :Factores que deben tenerse en cuenta :

a. El valor de las fuerzas sa. El valor de las fuerzas síísmicassmicasb. La amplificacib. La amplificacióón de la fuerza n de la fuerza sismicasismicac. La disminucic. La disminucióón de la resistencian de la resistenciad. El aumento de presid. El aumento de presióón de poros .n de poros .e. Los fene. Los fenóómenos de resonancia .menos de resonancia .f. La magnitud de las deformaciones f. La magnitud de las deformaciones g. La Licuacig. La Licuacióónn

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Las situaciones adquieren un alto grado de criticidad Las situaciones adquieren un alto grado de criticidad cuando se combinan altas susceptibilidades, debidas cuando se combinan altas susceptibilidades, debidas a factores topogra factores topográáficos, geolficos, geolóógicos, climgicos, climááticos y ticos y ssíísmicos.smicos.

MAGNITUD DEL SISMO Y DESLIZAMIENTOSMAGNITUD DEL SISMO Y DESLIZAMIENTOS

Avalanchas de suelo.Avalanchas de suelo.6.56.5Avalanchas de rocaAvalanchas de roca6.06.0

Deslizamientos de roca ,bloques de roca, Deslizamientos de roca ,bloques de roca, esparcimientos laterales, flujos de suelo y esparcimientos laterales, flujos de suelo y deslizamientos submarinosdeslizamientos submarinos

5.05.0Deslizamientos de suelo o bloques de sueloDeslizamientos de suelo o bloques de suelo4.54.5

CaCaíídos de dos de roca,caroca,caíídosdos de suelo, de suelo, fracturacifracturacióónncosismicacosismica

4.04.0TIPO DE MOVIMIENTOTIPO DE MOVIMIENTOMAGNITUDMAGNITUD

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La frecuencia y distribuciLa frecuencia y distribucióón de los deslizamientos n de los deslizamientos coscosíísmicossmicos estestáá relacionada con el mapa de lrelacionada con el mapa de lííneas neas isosisosíísmicassmicas, siendo m, siendo máás frecuentes y de mayor magnitud s frecuentes y de mayor magnitud en los sectores de mayor intensidad sen los sectores de mayor intensidad síísmicasmica

DESLIZAMIENTOS COSISMICOS Y DISTANCIA A LA DESLIZAMIENTOS COSISMICOS Y DISTANCIA A LA FALLA EN EL SISMO DE KOBE (1995)FALLA EN EL SISMO DE KOBE (1995)

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ZLa direcciLa direccióón de los deslizamientos puede tener una n de los deslizamientos puede tener una tendencia hacia la direccitendencia hacia la direccióón mn máás fuerte del sismo, la s fuerte del sismo, la cual es generalmente normal a la direccicual es generalmente normal a la direccióón de la falla que n de la falla que produce el movimiento produce el movimiento ssíísmico(Sassasmico(Sassa –– Fukuoka 1995).Fukuoka 1995).

AnAnáálisis slisis síísmico de taludessmico de taludesELA

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1. Determine la secci1. Determine la seccióón transversal del talud y de la n transversal del talud y de la cimentacicimentacióón de este.n de este.

2. Determine con la ayuda de un ge2. Determine con la ayuda de un geóólogo y un logo y un sismsismóólogologo la la historia aceleracihistoria aceleracióónn--tiempo.tiempo.

3. Determine las propiedades est3. Determine las propiedades estááticas y dinticas y dináámicas esfuerzomicas esfuerzo--deformacideformacióón de los suelos. n de los suelos.

4. Estime los esfuerzos est4. Estime los esfuerzos estááticos iniciales en el talud antes del ticos iniciales en el talud antes del sismo. Esto puede requerir de un estudio de elementos sismo. Esto puede requerir de un estudio de elementos finitos.finitos.

5. Desarrolle un an5. Desarrolle un anáálisis dinlisis dináámico de elementos finitos para mico de elementos finitos para calcular los esfuerzos y deformaciones inducidas. calcular los esfuerzos y deformaciones inducidas.

6. Estime la reducci6. Estime la reduccióón en resistencia al cortante y el aumento n en resistencia al cortante y el aumento en presien presióón de poros resultado del sismo.n de poros resultado del sismo.

7. Calcule la estabilidad del talud utilizando m7. Calcule la estabilidad del talud utilizando méétodos todos convencionales de equilibrio lconvencionales de equilibrio líímite con las resistencias mite con las resistencias reducidas obtenidas .reducidas obtenidas .

8. Si el an8. Si el anáálisis indica que el talud es estable despulisis indica que el talud es estable despuéés del sismo s del sismo se debe de todas formas calcular los desplazamientos se debe de todas formas calcular los desplazamientos permanentespermanentes

Análisis sísmico de taludesAnAnáálisis slisis síísmico de taludessmico de taludesELA

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AnAnáálisis utilizando elementos finitos.lisis utilizando elementos finitos.

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AnAnáálisis seudolisis seudo--estestááticotico

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En los suelos que no pierden resistencia significativa En los suelos que no pierden resistencia significativa durante un sismo la inestabilidad puede ocurrir durante un sismo la inestabilidad puede ocurrir debida a la fuerza de inercia generada por el sismo. debida a la fuerza de inercia generada por el sismo.

Esta fuerza puede modelarse con una fuerza Esta fuerza puede modelarse con una fuerza horizontal, la cual se puede obtener utilizando un horizontal, la cual se puede obtener utilizando un coeficiente scoeficiente síísmico (k). Este sistema de ansmico (k). Este sistema de anáálisis se lisis se le denomina anle denomina anáálisis de estabilidad seudolisis de estabilidad seudo--estestáático.tico.

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Los suelosLos suelos

(Hynes, Griffin y Franklin, 1984) FS > 1.0 y un 20% de reducción de resistencia

½ de la aceleración pico superficial

(Marcuson y Franklin, 1983) FS > 1.0 1/3 a ½ de la aceleración pico superficial

(Seed, 1979) con FS>1.15 y un 20% de reducción de resistencia

0.15

Estado de California0.05 a 0.15

Japón FS > 1.0 0.15 a 0.25

Sismo de gran magnitud, FS > 1.0 (cuerpo de ingenieros, 1982)

0.15

Sismo importante, FS > 1.0 (cuerpo de ingenieros, 1982)

0.10

ObservacionesCoeficiente sísmico k

AnAnáálisis seudolisis seudo--estestááticoticoELA

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Generalmente el coeficiente sGeneralmente el coeficiente síísmico seudosmico seudo--estestáático tico corresponde a una aceleracicorresponde a una aceleracióón horizontal y usualmente no se n horizontal y usualmente no se tienen en cuenta las aceleraciones verticales. tienen en cuenta las aceleraciones verticales.

La resistencia al cortante apropiada para su uso en el anLa resistencia al cortante apropiada para su uso en el anáálisis lisis seudoseudo--estestáático depende de si el antico depende de si el anáálisis es a corto plazo o a lisis es a corto plazo o a largo plazo. Como los sismos ocurren en perlargo plazo. Como los sismos ocurren en perííodos cortos es odos cortos es razonable asumir que con excepcirazonable asumir que con excepcióón de gravas muy gruesas, n de gravas muy gruesas, cantos o guijarros el suelo no drena apreciablemente durante cantos o guijarros el suelo no drena apreciablemente durante el sismo. Por lo tanto, en la mayorel sismo. Por lo tanto, en la mayoríía de los casos deben a de los casos deben utilizarse resistencias no drenadas para el anutilizarse resistencias no drenadas para el anáálisis seudolisis seudo--estestááticotico..

Generalmente se recomienda la utilizaciGeneralmente se recomienda la utilizacióón de los resultados n de los resultados del ensayo del ensayo triaxialtriaxial consolidadoconsolidado--no drenado.no drenado.

F.SF.S. Y COEFICIENTE SISMICO. Y COEFICIENTE SISMICOELA

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AnAnáálisis seudolisis seudo--estestáático de un talud infinitotico de un talud infinito

( )βγββγ

φββγβγ2

2

coscostancoscos

zksenzsenzkzcFS

+−+

=

W

kW

lβ z

N

T

El mEl méétodo mtodo máás sencillo utilizado para analizar s sencillo utilizado para analizar estas deformaciones es el mestas deformaciones es el méétodo todo observacionalobservacional..

Desplazamientos durante los sismosDesplazamientos durante los sismosELA

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0 5 0 15 20 25 30 35 40Distancia del epicentro, km

Rango aproximadode desplazamientos

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Este mEste méétodo se basa en el concepto de un bloque todo se basa en el concepto de un bloque sobre una superficie inclinada, el cual es sujeto a sobre una superficie inclinada, el cual es sujeto a una onda sinusoidal, y se calcula y se calcula la una onda sinusoidal, y se calcula y se calcula la aceleraciaceleracióón n kyky que se requiere para que se exceda que se requiere para que se exceda el equilibrio estel equilibrio estááticotico

AnAnáálisis del bloque deslizantelisis del bloque deslizanteNewmarkNewmark (1965)(1965)

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a(t)a(t)

(a) (b)

Para calcular los Para calcular los desplazamientos se desplazamientos se integran las integran las aceleraciones en aceleraciones en exceso para calcular exceso para calcular las velocidades y luego las velocidades y luego los desplazamientos .los desplazamientos .

Para calcular las Para calcular las aceleraciones craceleraciones crííticas ticas se realiza el anse realiza el anáálisis de lisis de equilibrio lequilibrio líímite.mite.

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1. Determinar si ocurre licuaci1. Determinar si ocurre licuacióón. n.

2. Estimar la reducci2. Estimar la reduccióón en la resistencia no n en la resistencia no drenada. . Para determinar la pdrenada. . Para determinar la péérdida de rdida de resistencia se puede realizar un ensayo resistencia se puede realizar un ensayo simulando la carga ssimulando la carga síísmica antes de realizar el smica antes de realizar el ensayo estensayo estáático de resistencia.tico de resistencia.

3. Calcular el factor de seguridad. Una vez 3. Calcular el factor de seguridad. Una vez determinada la pdeterminada la péérdida de resistencia y/o la rdida de resistencia y/o la presipresióón de poros remanente se puede calcular la n de poros remanente se puede calcular la estabilidad del talud despuestabilidad del talud despuéés del sismo.s del sismo.

AnAnáálisis postlisis post--sismosismo

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FS FS

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Ejemplo :Ejemplo :

San Fernando San Fernando -- CaliforniaCalifornia

Debe tenerse en cuenta que algunos suelos dilatan al Debe tenerse en cuenta que algunos suelos dilatan al cortarse y la resistencia al cortante puede disminuir con el cortarse y la resistencia al cortante puede disminuir con el tiempo desputiempo despuéés del sismo a medida que el suelo drenas del sismo a medida que el suelo drena

EN LAEN LA

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Su=3600 lb/pie²

Su=33

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/pie²

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F.S=1.4

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Su=860

Su=2300 lb/pie²

Su=0

F.S=0.8

Altu

ra (P

ies)

lb/pie²2000 2600

FRACTURACION COSISMICAFRACTURACION COSISMICAFRACTURACION COSISMICA••PENDIENTE FUERTEPENDIENTE FUERTE••SUELOS DUROSSUELOS DUROS••SUELOS FRACTURADOSSUELOS FRACTURADOS

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FS FS

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FRACTURACION COSISMICAFRACTURACION COSISMICAFRACTURACION COSISMICA•••

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La La fracturacifracturacióónn puede generar deslizamientospuede generar deslizamientos•PENDIENTE FUERTE•SUELOS DUROS•SUELOS FRACTURADOS

••PENDIENTE FUERTEPENDIENTE FUERTE••SUELOS DUROSSUELOS DUROS••SUELOS FRACTURADOSSUELOS FRACTURADOS

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FALLAS A TENSIONFALLAS A TENSIONFALLAS A TENSION

Zonas de concentraciZonas de concentracióón de esfuerzos en un sismo.n de esfuerzos en un sismo.

EJEMPLO BUCARAMANGAEJEMPLO BUCARAMANGAEJEMPLO BUCARAMANGA

Las arenas cementadas en ocasiones presentan taludes de gran altLas arenas cementadas en ocasiones presentan taludes de gran altura y ura y pendiente fuerte las cuales son especialmente susceptibles a agrpendiente fuerte las cuales son especialmente susceptibles a agrietamiento ietamiento en el caso de sismos Como resultado se producen fen el caso de sismos Como resultado se producen fáácilmente grietas de cilmente grietas de tensitensióón y su comportamiento puede ser devastador bajo cargas dinn y su comportamiento puede ser devastador bajo cargas dináámicas. micas. El problema es agravado por la amplificaciEl problema es agravado por la amplificacióón de la aceleracin de la aceleracióón en la cresta n en la cresta de los taludes. La amplificacide los taludes. La amplificacióón topogrn topográáfica puede ser hasta de un 76% ( fica puede ser hasta de un 76% ( SitarSitar andand CloughClough, 1983)., 1983).

Deslizamientos de origen volcDeslizamientos de origen volcáániconico

Los deslizamientos pueden estar Los deslizamientos pueden estar relacionados frelacionados fíísicamente con la sicamente con la erupcierupcióón y coinciden con grandes n y coinciden con grandes explosiones en la cabeza del volcexplosiones en la cabeza del volcáán. n.


En las primeras etapas de la erupciEn las primeras etapas de la erupcióón se depositan flujos n se depositan flujos piroclpirocláásticossticos, los cuales forman nuevos domos o ampl, los cuales forman nuevos domos o amplíían an alguno de los existentes, generalguno de los existentes, generáándose deslizamientos en ndose deslizamientos en las faldas del volclas faldas del volcáán.n.


El deposito de materiales aumenta las pendientes de El deposito de materiales aumenta las pendientes de los taludes y los deslizamientos pueden continuar los taludes y los deslizamientos pueden continuar por varios meses despupor varios meses despuéés de la erupcis de la erupcióón.n.


ZonificaciZonificacióón de amenaza a n de amenaza a deslizamientos deslizamientos coco--ssíísmcossmcos

sismica de taludes

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