Socied Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural ... · Los resultados obtenidos son envolventes de espectros de respuesta de sitio esperados para diferentes períodos de retorno,

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

INFLUENCIA DE LA INCERTIDUMBRE EN LAS PROPIEDADES DINÁMICAS DE LOS SUELOS

EN VARIOS SITIOS EN LA SONDA DE CAMPECHE EN SU RESPUESTA DINÁMICA

Antonio Ruvalcaba González1 y Joel A. García Vargas2

RESUMEN Se presenta un análisis de la influencia de la variación de las propiedades dinámicas (módulo de rigidez “G”, módulo de rigidez normalizado “G/Gmax” y porcentaje de amortiguamiento “ζ”) de los suelos en varios sitios de la Sonda de Campeche en su respuesta dinámica, ante una excitación dinámica de tipo sísmica aplicada en la base de la estratigrafía. Para estimar la influencia en los espectros de respuesta de la incertidumbre en las propiedades dinámicas de los suelos se emplean modelos estadísticos de resultados de pruebas experimentales de sondeos en varios sitios en el área de interés. Se determina el efecto de la amplificación o atenuación en la respuesta de la columna de suelo debido a la variación de esas propiedades considerando la irregularidad y heterogeneidad de los materiales en un depósito de suelo estratificado. Se determinan los espectros de respuesta en dos profundidades diferentes, consideradas como representativas de la respuesta horizontal y vertical del modelo. Se determinan los resultados en los espectros de respuesta considerando la excitación dinámica en dos direcciones, utilizando dos programas de cómputo para el análisis. Los resultados obtenidos son envolventes de espectros de respuesta de sitio esperados para diferentes períodos de retorno, que pueden usarse para estudiar la respuesta de sistemas tipo estructura-suelo-pilote y también para actualizar los espectros de diseño vigentes.

ABSTRACT

An analysis of variation influence of dynamic properties (shear modulus “G”, normalized shear modulus “G/Gmax” and a damping ratio “ζ”) from soils in various sites of the Sonda of Campeche in the response spectra, subject to a seismic excitation applied at the base of the stratigraphy, is presented. In order to estimate the influence of the uncertainty of dynamic properties of soils in the response spectra, statistical results models are used from sounding experimental tests in various sites in the area of interest.. The effect of amplification or attenuation in the soil column response is determined due to the variation of these properties considering irregularity and heterogeneity of materials in a stratigraphyc soil column. Response spectra from two different depths are determined, considered as representative of the horizontal and vertical response of model. Results in the response spectra are determined considering dynamic excitation in two directions, using two computer programs for the analysis. Obtained results in the response spectra are enveloping from response spectra from expected sites for different return periods, that can be used to estimate the pile-soil-structure type system response as well as to update the current design spectra.

INTRODUCCIÓN

Debido a la heterogeneidad de los materiales geológicos, existen factores que presentan una influencia importante en la respuesta de un sitio ante una excitación sísmica, en el que puedan producirse o no

Competencia de Ingeniería Civil, IMP1, Eje Central Lázaro Cárdenas 152, 07730, México D.F., Profesor en la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación / E.S.I.A.-I.P.N2. Av. Juan de Dios Batíz s/n. Edificio 12, 3er. piso. Unidad Profesional “Adolfo López Mateos”, Zacatenco, 07738 México, D.F. [email protected], [email protected]

1

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

XIV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Acapulco, Gro., 2004

fenómenos importantes que dependen en gran medida de las propiedades dinámicas de los estratos que forman el subsuelo en la región de interés y vecina. Es importante considerar la información de tipo geológico, sísmico, geotécnico y predecir las características de la influencia en la respuesta del suelo definido como movimientos del terreno en un depósito de suelo sobre la superficie o definidos como las ordenadas máximas en las aceleraciones, velocidades o desplazamientos del suelo registrados en la superficie del terreno, a partir de señales sísmicas locales para diferentes tipos de suelo. Esta respuesta puede verse afectada por el efecto de amplificación o atenuación de un movimiento sísmico en un punto dado y tener una estimación del comportamiento del suelo en el lugar de interés y apreciar los efectos del sitio sobre las estructuras costa fuera. Para muchos ingenieros, el principal problema para un análisis de respuesta dinámica es el denominado efecto de propagación de onda, debido a que intervienen varios tipos de problemas como son: la fuente sísmica, mecanismo de falla, análisis dinámico de los suelos, respuesta de sitio, problemas de interacción, etc. que dependen primordialmente de las propiedades dinámicas de los suelos. Estos parámetros presentan variabilidad de distribución en un depósito de suelo y por tanto en las incertidumbres, lo que conduce a determinar en campo o en laboratorio ciertas propiedades para cada problema en particular, y simular la acción dinámica a la que es sometido el suelo. Sin embrago, para entender mejor los diferentes tipos de problemas, para considerar la propagación de ondas, los efectos locales, las propiedades dinámicas de los suelos, etc. se analizaron a partir de dos programas de cómputo, uno llamado “SHAKE” unidimensional y otro llamado “FLUSH” tridimensional.

CARACTERIZACIÓN DE LA ZONA DE INTERÉS Y VECINO AL SITIO DE INTERÉS La caracterización sísmica de la zona de interés ha sido descrita en trabajos previos (Pérez, 2003, Pérez y García 2004) en donde se consideraron los eventos sísmicos registrados desde 1800 a 2001. Los sismos de interés cercanos a la Sonda de Campeche están comprendidos entre magnitudes de Ms=3.0 y Ms=4.0, con un sismo de mayor magnitud igual a 6.0 registrado en los últimos 100 años en un radio de 100km a la redonda en la Sonda de Campeche. En el sureste mexicano se genera una fuerte actividad sísmica, caracterizada por una compleja geología tectónica. Ello ha conducido al establecimiento de diferentes zonas, como fuentes potenciales de generación de sismos que afectan al sitio de interés. Las fuentes sísmicas consideradas se definen como fuentes sísmicas tipo A, tipo B y tipo C, respectivamente.

• Fuente Tipo A ocurre a lo largo de la costa del Pacífico, son causados por la subducción de las placas oceánicas de Cocos y de Rivera bajo la placa de Norteamérica y por ello son conocidos como sismos de subducción (profundidad focal menores a 50km),

• Fuente Tipo B se encuentra asociado a la litosfera en el interior de la parte central del país (profundidad focal intermedia a profunda mayor de 60km)

• Fuente Tipo C sismos superficiales debidos a la actividad que se desarrolla en el cinturón volcánico transmexicano (menores de 20km).

La Sonda de Campeche (sitio de interés) no cuenta con una red acelerográfica o estación sísmica, por lo tanto no tiene información sismológica (registros sísmicos). Sin embargo, para este trabajo se consideró que la Sonda de Campeche tiene la misma estructura geológica, tectónica y sismológica que la ciudad de Minatitlán, Ver, lugar vecino al sitio de interés. La ciudad de Minatitlán contó hasta 1982 con una estación acelerográfica (llamada Mina), por lo que se utilizaron señales sísmicas del sitio. Se considera que los movimientos del terreno esperados en la estación Mina, tengan características similares a los esperados en el sitio de interés.

2


La caracterización sísmica fue desarrollada seleccionando tres señales sísmicas registradas en la estación Mina en sus tres componentes (dos longitudinales y una vertical), clasificada de acuerdo al tipo de fuente sísmica denominadas como tipo A, tipo B y tipo C, asociada a tres eventos principales en la que se propague la onda sísmica. En la figura 1, se presentan la señal sísmica seleccionada para cada tipo de fuente sísmica sólo en una componente en la que se registró la máxima ordenada en las aceleraciones, que se empleará para el análisis de respuesta sísmica, en campo libre. Se tiene un registro de aceleración para el sismo tipo A, en la componente N90W teniendo una ordenada en la aceleración con un valor máximo de 30.40gals, mientras que para el tipo B , tiene una aceleración máxima de 10.40gals en la componente N00E y para el tipo C tiene un valor máximo en las aceleraciones de 66.27gals en la componente N90W. 1.a

1.b

Tipo A-Mina, N90W

-80.00

-60.00

-40.00

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80

acel

erac

ión,

gal

s

0

40

80

120

160

0.01 0.10 1.00 10.00Frecuencia, Hz.

Am

plitu

d de

Fou

rier.
1.c
Tipo B-Mina, N00E

-80.00

-60.00

-40.00

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

0 5 10 15 20 25 30

acel

erac

ión,

gal

s

Tipo C-Mina, N90W

-80.00

-60.00

-40.00

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

acel

erac

ión,

gal

s

Figura 1. Registros de aceleración y espectros dque pudieran afectar a

0

5

10

15

20

25

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00Frecuencia, Hz.

Am

plitu

d de

Fou

rier.

0

5

10

15

20

25

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00Frecuencia, Hz.

Am

plitu

d de

Fou

rier.

e Fourier, de los tres tipos de fuentes sísmicas la Sonda de Campeche.

3


Se obtuvieron espectros de Fourier a partir de las señales sísmicas registradas en la estación Mina, teniendo las siguientes características para el tipo A, se tuvo una amplitud de 158.0cm/s, con un contenido de frecuencia de 0.33Hz, para el tipo B se tiene una amplitud de 20.338Hz con un contenido de frecuencia de 1.139cm/s, y para el tipo C se tuvo una amplitud de 16.25Hz y con una frecuencia de 2.69cm/s, respectivamente.

MODELO DEL ANÁLISIS Para estimar las señales sísmicas que serán representativas para simular los movimientos de suelo en la Sonda de Campeche, se tienen varios factores que están relacionados con la irregularidad de la geometría y heterogeneidad de los materiales que definen un suelo, además de incluir las condiciones locales en dichos sitios de acuerdo a un modelo de propagación (figura 2).

Afloramiento de roca

N.M

N.L.M

I

II

i - I

ao = aceleración máxima desarrollada en el afloramiento de la roca

n - I ab = aceleración máxima en la misma formación rocosa arriba del depósito de suelo

n ag = aceleración máxima desarrollada en la superficie de el depósito del suelo

capa dura(semi-espacio)

Velocidadde onda cortante (Vs)

i

i + I

ag

ab

ao

ρmI

GmI

λmI

movimiento dela partícula

tiempo, s

acel

er, g

tiempo, seg

acel

er, g

tiempo, s

acel

er, g

Figura 2. Modelo de análisis para diferentes sitios en la Sonda de Campeche. A partir de información sismológica, geológica y geotécnica disponible, dichas señales son las observadas en la estación Mina, modificadas para eliminar el efecto de sitio incluyendo la magnitud de los sismos particulares de cada una de las fuentes sísmicas consideradas. Se lleva a cabo una revisión y análisis de los efectos en términos de intensidad sísmica, que se producen en cada una de ellas en el sitio de interés. A partir de esto es posible relacionar posición, magnitud e intensidad de la fuente-sitio, es decir la distancia entre la fuente sísmica y el sitio de interés (Sonda de Campeche) se determinó como el centro geométrico de la zona estudiada. A esta relación se le conoce como ley de atenuación, la cual se ha desarrollado para condiciones geológicas y sismotectónicas, conduciendo a expresiones por cada una de las regiones consideradas. Para este estudio se obtuvieron tres leyes de atenuación, que dependen de la propagación de onda de la fuente sísmica al sitio de interés. Una vez conocida la sismicidad de las fuentes y la ley de atenuación de las ondas

4


generadas en cada una de ellas, incluyendo los efectos de la geología local, se puede determinar la tasa de excedencia de aceleraciones considerando la contribución de los efectos de la totalidad de las fuentes sísmicas y la distancia entre cada fuente y el sitio de interés. MINATITLÁN (REGIÓN VECINA AL SITIO DE INTERÉS) Debido a la carencia de información de tipo sismográfico en la Sonda de Campeche, se adoptaron y escalaron los registros de Minatitlán, sitio que se considera tiene características geológicas similares al sitio de interés. Para incluir las condiciones de sitio se utilizó un programa de cómputo llamado “SHAKE”, en que las señales fueron aplicadas en la base de la estratigrafía para llevar a cabo un análisis de propagación de onda, y se obtuvieron resultados de escalamiento y deconvolución de los tres tipos de sismo analizados. Para este análisis se consideraron propiedades dinámicas del suelo de Mina, determinadas por relaciones empíricas y correlaciones a partir de propiedades índice y algunas mecánicas. El área donde se encuentra la estación, tiene suelo constituido por un material arena-arcilloso café de compacidad media en los primeros dos metros (I), posteriormente se encuentra un estrato de 6.00m (II), con una arena arcillosa rojiza compacidad media, en los siguientes 2.00m (III), se encontró una arcilla-arenosa café de baja plasticidad y en los próximos 5.00m (III), una arcilla-arenosa de alta plasticidad y en los últimos metros (IV), una arena-arcillosa muy densa y a partir de los 19.0m (V), se consideraron suelos similares a las de la Sonda de Campeche. Algunas de las características geotécnicas de los suelos en las que no se contaban con dicha información, fue necesario tomar información de algunos sondeos realizados en la refinería de Minatitlán con un radio aproximado de 500.0m y correlacionarlos con la estratigrafía de interés (figura 3). A partir de la información recopilada fue posible evaluar los parámetros dinámicos (figura 3). Para un intervalo de deformación entre 10-4 % y 10% a partir de un valor inicial de Gmax obtenido. Para evaluar el porcentaje de amortiguamiento del suelo, se determinó de acuerdo a las características de rigidez del suelo siguiendo las recomendaciones de Seed and Idriss. SONDA DE CAMPECHE Se seleccionaron 31 sitios para el análisis de respuesta dinámica. Estos sitios se consideraron representativos de la zona de interés. La región de estudio está constituida por más de 200 tipos de suelo diferentes alternados por estratos de arcilla calcáreas desde muy blandas hasta duras y arenas carbonatadas y sílicas, y otro tipo de suelos como son limos arenosos, coral cementado, lodos carbonatados, etc. Los sondeos seleccionados tienen profundidades alrededor de 125.0m en promedio abajo del lecho marino con un tirante de agua medio de cada sondeo de 60.0m. El trabajo de investigación en campo incluyó, pruebas índice, ensayes de resistencia, pruebas de consolidación también incluyeron pruebas dinámicas como son: columna resonante y pruebas de corte simple directo cíclicas con esfuerzo controlado. Para el análisis de cada sitio se idealizó un modelo la estratigrafía, como se muestra en la figura 4, donde se muestran parámetros del suelo como, tipo de material, módulo de rigidez, peso específico del material. Estos valores se emplean en el programa de computo para realizar simulaciones para cada sitio y determinar el movimiento del suelo en término de aceleraciones y frecuencias del sito.

INCERTIDUMBRE EN LAS PROPIEDADES DINÁMICAS DE LOS SUELOS EN LA SONDA DE CAMPECHE

Se sabe que son varios los factores que influyen en la determinación de las propiedades dinámicas de los suelos, debido a la irregularidad de la naturaleza de materiales geológicos que definen un depósito de suelo y que es una de las principales fuentes de incertidumbre en la ingeniería geotécnica. Para tener una cuantificación de la incertidumbre asociada a estas estimaciones, es decir el intervalo de variación que pueden

5


tener las propiedades reales respecto a las estimadas es necesario tomar en cuenta la variabilidad espacial de los datos disponibles. Para considerar este tipo de aspectos en las propiedades del suelo, se desarrollan criterios en los espectros de respuesta, en el que se determinan las variaciones en la forma del espectro debido al comportamiento en las curvas del módulo de rigidez normalizado y amortiguamiento, para ello se llevan a cabo análisis probabilísticas basado en las combinaciones de movimiento de entrada y propiedades claves del suelo (propiedades dinámicas del suelo), para diseñar espectros de respuesta promedio (m) y un espectro promedio más una desviación estándar (m± σ), en una zona significativa de interacción entre suelo y pilote. La solución para alcanzar una descripción satisfactoria de las variaciones del tipo de material en el subsuelo de la Sonda de Campeche fue determinar un tipo de modelo de suelo de acuerdo a una recopilación de información con las campañas geotécnicas realizadas por Fugro

0.00 0 01.00 3015 1232.00 5468 1663.00 7125 1884.00 8230 2025.00 8894 2106.00 10008 2237.00 10509 2288.00 10698 2339.00 7593 202

10.00 7787 204

11.00 7658 20612.00 8317 21413.00 9112 22514.00 9643 23015.00 10059 23616.00 18615 30617.00 18990 30918.00 19433 31321.12 36800 43124.25 36800 43127.38 36800 43130.50 36800 43133.63 36800 43136.76 36800 43139.89 36800 43143.01 36800 43146.14 36800 43149.27 36800 43152.40 36800 43155.52 36800 43158.65 36800 43161.78 42000 46164.90 42000 46168.03 42000 46171.16 42000 46174.29 42000 46177.41 42000 46180.54 42000 46183.67 42000 46186.79 42000 46189.92 42000 46193.05 42000 46196.18 42000 46199.30 42000 461

102.43 42000 461105.56 42000 461108.69 42000 461111.81 42000 461114.94 42000 461

Gmax tn/m 2

Vs m/s

Espesor del estrato, mts

G max , tn/m2

III

III

IV

V arena

Estrato sólido

Estratos

prof

undi

dad,

mts

Arena arcillosaArena arcillosa compacidad

media

Arcilla arenosa

Arena arcillosa muy densa

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

110.00

0 10000 20000 30000 40000 50000

Figura 3. Perfil de la estratigrafía de la Estación Mina y los resultados obtenidos del módulo de rigidez máximo (Gmax).

6


354.76 1 50

347.94 2 1 51 6.82 1 95.55 33.4341.12 3 2 52 6.82 1 95.55 100.2

1 334.3 4 3 53 6.82 1 95.55 167327.48 5 4 54 6.82 1 95.55 233.8320.66 6 5 55 6.82 1 95.55 300.6314.76 7 6 56 5.9 2 122.92 1556

2 308.86 8 7 57 5.9 2 122.92 1817301.42 9 8 58 7.44 3 115.92 1146293.98 10 9 59 7.44 3 115.92 1224286.53 11 10 60 7.45 3 115.92 1302

3 279.08 12 11 61 7.45 3 115.92 1380271.63 13 12 62 7.45 3 115.92 1458264.18 14 13 63 7.45 3 115.92 1536256.73 15 14 64 7.45 3 115.92 1614

250.1 16 15 65 6.63 4 119.74 2740243.48 17 16 66 6.62 4 119.74 2832

4 236.86 18 17 67 6.62 4 119.74 2924230.24 19 18 68 6.62 4 119.74 3016223.62 20 19 69 6.62 4 119.74 3108215.75 21 20 70 7.87 4 119.74 2407

5 207.88 22 21 71 7.87 4 119.74 2501200.67 23 22 72 7.21 5 110.19 2287193.46 24 23 73 7.21 5 110.19 2350

6 186.25 25 24 74 7.21 5 110.19 2412179.03 26 25 75 7.22 5 110.19 2475171.49 27 26 76 7.54 6 127.38 5315

7 163.95 28 27 77 7.54 6 127.38 5420156.08 29 28 78 7.87 5 111.46 2646148.21 30 29 79 7.87 5 111.46 2717

8 140.34 31 30 80 7.87 5 111.46 2787132.47 32 31 81 7.87 5 111.46 2858

124.6 33 32 82 7.87 5 111.46 29299 116.73 34 33 83 7.87 5 111.46 2999

108.86 35 34 84 7.87 5 111.46 3069100.99 36 35 85 7.87 5 111.46 3140

10 94.93 37 36 86 6.06 6 122.49 569188.86 38 37 87 6.07 6 122.49 579681.9 39 38 88 6.96 5 111.46 3331

11 74.93 40 39 89 6.97 5 111.46 339467.96 41 40 90 6.97 5 111.46 345660.99 42 41 91 6.97 5 111.46 351953.94 43 42 92 7.05 6 12.65 6913

12 46.89 44 43 93 7.05 6 121.65 703839.08 45 44 94 7.81 5 114.65 367331.27 46 45 95 7.81 5 114.65 3749

13 23.46 47 46 96 7.81 5 114.65 382515.64 48 47 97 7.82 5 114.65 39027.82 49 48 98 7.82 5 114.65 3978

0 100 49 99 7.82 5 114.65 4055

Estrato sólido

Tipo de material

γ pcf

GMAX

ksfEspesor del estrato, fts

Figura 4. Modelo idealizado de un sitio típico en la Sonda de Campeche, para el análisis de la respuesta sísmica.

Para el análisis del intervalo de variación en los parámetros del suelo se consideraron los valores esperados (o), valores medios (m) e incertidumbre (desviación estándar “σ”) en las propiedades dinámicas de los suelos. Gmáx, como se muestra en la figura 5. Los modelos para determinar el intervalo de variación descrito para el módulo de rigidez fueron semejantes para determinar el modelo de variación para la relación de amortiguamiento tomando las mismas consideraciones de estudio. Se consideraron combinaciones de la cual se llegaron a seis tipos de modelos de suelo en función del módulo de cortante normalizado G/Gmáx y la relación de amortiguamiento (ξ), con el fin de analizar y estimar la incertidumbre en los parámetros del suelo de las propiedades dinámicas de los suelos de la siguiente manera: -Modelo de suelo tipo I, representados por sus valores esperados e identificados por Go, -Modelo de suelo tipo II, representados por su valor medio e identificado por Gm,

7


-Modelo de suelo tipo III, representados por su valor medio +σ para Gmáx y para sus valores medios -σ para el amortiguamiento, -Modelo de suelo tipo IV, representados por su valor medio +σ para Gmáx y para sus valores medios +σ para el amortiguamiento, -Modelo de suelo tipo V, representados por su valor medio -σ para Gmáx y para sus valores medios -σ para el amortiguamiento, -Modelo de suelo tipo VI, representados por su valor medio -σ para Gmáx y para sus valores medios +σ para el amortiguamiento.

Figura 5. Modelo para determinar el intervalo de variación en el módulo rigidez normalizado (G/Gmáx).

RESPUESTA SÍSMICA EN CAMPO LIBRE PARA ALGUNOS SITIOS

DE LA SONDA DE CAMPECHE Una vez estudiadas las señales de aceleración a partir de las fuentes sísmicas que pudieran afectar a la Sonda de Campeche, obtenidos en la base de la estación Mina, para diferentes períodos de retorno modificados por los efectos de sitio, y tomar en cuenta los modelos de suelo para incluir la incertidumbre en ellos, es posible determinar la respuesta sísmica en los sitios de interés. Los resultados de los análisis en los espectros de respuesta del sitio se determinaron en dos direcciones (en la componente horizontal y vertical), y calculados a dos profundidades, la primera a una profundidad donde la zona de interacción es significativa entre el suelo y el pilote (donde se espera se induzca la mayor parte de la carga a la superestructura durante una actividad sísmica) a los ±15.0m, y también tener en cuenta que a esa profundidad se encuentra un estrato con una rigidez del suelo casi nula, por lo que la onda sísmica “S” no se propaga a través de ellos, debido a que es un material saturado de agua y no puede soportar esfuerzo cortante, y se comporta como un líquido; la segunda profundidad se encuentra al fondo de la cimentación de la estructura marina a ±120.0m donde se encuentra el nivel de terreno firme. En la tabla 1 se muestran los valores esperados de la aceleración horizontal considerando incertidumbre en el suelo, tipo de sismo y de período de retorno. Tabla 1 Valor esperado de la aceleración horizontal a una profundidad de ±15.0m, en función de la incertidumbre en el suelo, tipo de sismo y período de retorno.

Tabla 1.a

max, g Período, s max, g Período, s max, g Período, s max, g Período, s

G+E- 0.07467 1.8 0.07735 1.7 0.0865 1.7 0.08913 1.7G+E+ 0.06009 1.7 0.06746 1.7 0.07535 1.7 0.07801 1.75G-E- 0.07356 1.7 0.08343 1.7 0.09634 1.7 0.10105 1.7G-E+ 0.0639 1.7 0.07199 1.75 0.08116 1.75 0.08512 1.75medio 0.06687 1.7 0.07525 1.7 0.08411 1.7 0.08789 1.75esperado 0.06796 1.7 0.07392 1.75 0.08041 1.75 0.08223 1.7

Aceleraciones dominantes (pico) en el espectro de respuesta

Tipo I100 200 500 1000Tipo de

modelo del suelo

8


Tabla 1.b



500 1000Tipo de modelo

del suelo

Tipo II100 200


Tabla 1.c



Tipo de modelo

del suelo

Tipo III100 200 500 1000


En la tabla 1 y en las figuras 6, 7 y 8, se presenta un resumen de las aceleraciones dominantes en los espectros de respuesta, considerando las incertidumbre en los parámetros del suelo, tipo de sismo y períodos de retorno. Los resultados muestran claramente que los movimientos de aceleración horizontal dominantes para las cimentaciones en las plataformas de la Sonda de Campeche están asociados con movimientos generados por los sismos tipo II, con un período dominante comprendido entre 0.76s y 0.78s. El sismo tipo II produce movimientos horizontales con un factor de hasta 7 veces mayor que para el tipo I y 3.5 veces que para el tipo III, se observa que los espectros de respuesta tienen diferente forma y diferente localización del pico máximo. La tabla 2 muestra las aceleraciones verticales dominantes en los espectros de respuesta, tipo de sismo y períodos de recurrencia.

Tabla 2 Valor esperado de la aceleración horizontal a una profundidad de ±120.0m, tipo de sismo y período de retorno.


Tipo I 0.01212 2.61 0.01433 2.61 0.01709 2.61 0.01892 2.61Tipo II 0.11397 0.89 0.12259 0.86 0.17424 0.86 0.18654 0.86Tipo III 0.02064 0.16 0.0285 0.16 0.04091 0.16 0.04629 0.16

Tipo de sismo

Componente Vertical100 200 500 1000Aceleraciones dominantes (pico) en el espectro de respuesta

Estos resultados muestran claramente que los movimientos de aceleración vertical dominantes para las cimentaciones en las plataformas de la Sonda de Campeche están asociados con movimientos generados por los sismos tipo II, con un período dominante comprendido entre 0.86s y 0.89s.

Figura 6.a 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.1 1 10Frecuencia en, Hz.

Ace

lera

cion

es e

n, g

.

9


Figura 6.b

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2


Ace

lera

cion

es e

n, g

.

Figura 6.c

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2


Ace

lera

cion

es e

n, g

.

Figura 6.d

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2


Ace

lera

cion

es e

n, g

.

Figuras 6. Envolvente de los espectros de respuesta, para el sismo tipo A, a). Tr=100, b). Tr=200, c).Tr=500, d). Tr=1000

Figura 7.a

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8


Ace

lera

cion

es e

n, g

.

10


Figura 7.b

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8


Ace

lera

cion

es e

n, g

.

Figura 7.c

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.1 1 10

Frecuencia, Hz

Ace

lera

cion

es, g

Figura 7.d

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.1 1 10

Frecuencia, Hz

Ace

lera

ción

en,

g

Figuras 7. Envolvente de los espectros de respuesta, para el sismo tipo B, a). Tr=100, b). Tr=200, c).Tr=500, d). Tr=1000.

Figura 8.a

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.1 1 10 100

Frecuencia en, Hz

Ace

lera

ción

en,

g

11


Figura 8.b

0

0.04

0.08

0.12

0.16

0.1 1 10 100

Frecuencia, Hz

Ace

lera

ción

en,

g

Figura 8.c

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.1 1 10 100

Frecuencia, Hz

Ace

lera

ción

en,

g

Figura 8.d

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.1 1 10 100

Período en, seg

Ace

lera

ción

en,

g

Figuras 8. Envolvente de los espectros de respuesta, para el sismo tipo C, a). Tr=100, b). Tr=200, c).Tr=500, d). Tr=1000.

CONCLUSIONES En este trabajo se presentó un enfoque para obtener un espectro de respuesta en campo libre para la Sonda de Campeche, tomando en cuenta la influencia de incertidumbre en las propiedades dinámicas de los suelos ante excitaciones dinámicas. El resultado de las simulaciones realizadas muestra que las aceleraciones horizontales esperadas del sitio determinadas a una profundidad de ±15.0m, mostraron que los sismos del tipo B son lo más importantes, seguidos con los sismos del tipo C y ligeramente inferiores los sismos del tipo A., mientras que para la componente vertical a una profundidad de ±120.0m, fueron los sismos de tipo B los más importante en el estudio de respuesta sísmica (Ruvalcaba, 2004). Según los resultados de la tabla 1 y de las figuras 6, 7 y 8, los espectros envolventes tienen ordenadas máximas en las aceleraciones horizontales a una profundidad de ±15.0m debidos a sismo tipo B, de hasta 0.329, 0.334, 0.694 y 0.784g para períodos de retorno de 100, 200, 500 y 1000 años respectivamente, y sus

12


períodos dominantes rigen entre 0.76 y 0.78s y se observa que el modelo de suelo tipo -G, -E, tiene valores máximos rigiendo al menos en tres períodos (100, 500 y 1000 años) de los cuatros períodos de retorno. En la tabla 2 se tienen ordenadas máximas en las aceleraciones verticales a una profundidad de 120.0m donde los sismos del tipo B resultaron ser los más importantes teniendo aceleraciones de hasta 0.114, 0.123, 0.174 y 0.187g con un período dominante comprendido entre 0.86 a 0.89s, para períodos de retorno de 100, 200, 500 y 1000 años respectivamente. Con los resultados obtenidos en las simulaciones se pueden tomar en cuenta para actualizar el espectro de diseño por sismo en la Sonda de Campeche. Además de observar el comportamiento de las estructuras costa fuera existentes y evaluar los niveles de riesgo asumidos por IMP. Para disponer de información más completa en la región, se sugiere instalar una red sismográfica ó una estación acelerográfica en la Sonda de Campeche, con el fin de poder calibrar o actualizar los resultados aquí obtenidos.

REFERENCIAS Bea, R., G. Audibert, J.M.E and Akky, M.R., (1979), Earthquake response of Offshore Platforms, Journal of structural Eng. American Society of civil Engineering, Vol. 105, No.ST2, February. Borzorgnia Y, Niazi, and Cambell, K.W. (1995), Characteristic of free-field vertical ground motion during the Nortiolge earthquake, Earthquake Spectra, Vol. II. No.2. EERI.. Chávez, M., (1997a), Seismic hazard at sites of the Campeche, bay for the risk assessment of PEMEX offshore facilities, Informe técnico para PEMEX, IMP y Brow and Root International, CISIND, Agosto. Chávez, M, (1997b), Seismic hazard at sites of the Campeche, bay for the risk assessment of PEMEX offshore facilities, Informe técnico para PEMEX, IMP y Brow and Root International, CISIND, Diciembre. Dobry, R.,(1991), Soil properties and Earthquake ground Response, Proceeding Offshore Technology, Conference on soil Mechanics Foundations Engineering’s Association Geotechnical Italiana, Florencia, Italy. García, J.A., (1998), Estimación de espectros de diseño sísmico para plaformas marinas en la Sonda de Campeche, informe interno preliminar, IMP, Julio. Guerra R. y Esteva, L., (1978), Espectros de diseño sísmico en Paraíso, Tab. y Ciudad del Carmen, Camp. Hardin Bobby O. And Drnevich, V.P.,(1971), Shear Modulus and Damping in Soils II: Design Equations and Curves, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 98, No. SM7, Proc. Paper 9006, July.1972, pp. 667-692. Hardin, B.O. and Drnevich, V.P., (1972), Shear modulus and damping in soils: Design equations and curves, Journal of soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 98, SM7, pp. 667-692. Housner, G.W., (1970), Design Spectrum, in Earthquake Engineering, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, pp. 97-106. Idriss, I.M. and Seed, H.B.,(1967), Response of Horizontal Soil Layers During Earthquake, Research report, Soil Mechanics and Bituminous Materials Laboratory University of California, Berkeley, August. Idriss, I.M. and Seed, H. Bolton, (1968), Seismic Response of Horizontal Soil Layers. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol.94, No.SM4, July. Kramer, S.L., (1996), Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ. León, J.L. Jaime, A. And Rabugo A., (1974), Dynamics Proprieties of Soil, Preliminary study, Institute Engineering, UNAM.

13


Lysmer J., T. Udaka, C.F. Tsa and H.B. Seed, (1975), Flush, A computer program for approximate 3-D analysis of soil-structure interaction problem, EERC-75-30. Lysmer, J., (1978), Analytical procedure in soil dynamics, Report No. UCB/EERC-78/29, University of California, Berkeley, December. PEMEX, (1979), Estudio de mecánica de suelos para las plantas hidrodesulfuradoras de naftas, de destilados intermedios, reformadora de naftas, tratadoras y fraccionadora de Hidrocarburos, de Minatitlán, Ver. Noviembre. Pérez Martínez R., (2003), Espectros de diseño sísmico para plataformas marinas en la Sonda de Campeche, ESIA Posgrado – IPN, Tesis de maestría, noviembre. Pérez Martínez R., García Vargas J. A., (2004), Seismic design spectra for offshore platforms at the Bay of Campeche using ISO guidelines, 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, august 1-6, paper no. 1062. Ruvalcaba G. A., (2004), Influencia de la incertidumbre en las propiedades dinámicas de los suelos en la respuesta ante excitaciones dinámicas, Tesis de maestría, SEPI, ESIA, IPN. Schnabel P. B. and J. Lysmer and H. Bolton, (1972), SHAKE, A computer program for earthquake response analysis of horizontally layered sites, Report No. UCB/EERC-72/12, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, December. Seed, H. Bolton and Idriss, I.M., (1970), Soil Moduli and Damping Factors for Dynamics Response Analysis, Report No. UCB/EERC-70/10, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, December, pp. 48. Seed, H.B., Romo, M.P., Sun, J.I., Jaime, A., and Lysmer, J., (1988), Relationship Between Soil Conditions and Earthquake Ground Motions, Earthquake Spectra, pp. 687-729. Wolf, John P., (1985), Dynamics soil-structure interaction, Prentice-Hall, Englewood Cliffs. Zeevaert L., (1988), Sismo-Geodinámica de la Superficie de Suelo.

14

Documents

Socied Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural ... · Los resultados obtenidos son envolventes de espectros de respuesta de sitio esperados para diferentes períodos de retorno,