Análisis de los registros de movimientos fuertes de terremotos

La estabilidad sísmica de las presas de terraplén puede ser evaluada por un método relativamente simple, originalmente propuesto por N. M. Newmark, en los casos en que no hay amenaza de licuefacción o pérdida severa de resistencia al corte bajo agitación sísmica. Este método se basa en la idealización de la masa de deslizamiento potencial como un bloque deslizante en un plano inclinado que experimenta una historia de aceleraciones inducidas por el terremoto. El resultado es un cálculo del desplazamiento final esperado del bloque con relación a la base. Un refinamiento necesario Es la consideración de la amplificación de los movimientos de base en el terraplén, Que se evalúa mediante un análisis elástico lineal. Se han realizado análisis de bloques deslizantes para 348 componentes horizontales de terremotos naturales y 6 registros sintéticos. Estos cálculos, junto con los resultados disponibles de los análisis de amplificación, sugieren que un análisis de coeficiente sísmico pseudostático sería apropiado para presas de terraplén donde no es necesario considerar (a) licuefacción o pérdida severa de resistencia al corte, (b) vulnerabilidad de la presa a pequeños Desplazamientos, o (c) terremotos muy severos, de magnitud o mayor. Un factor de seguridad superior a 1,0, con un coeficiente sísmico igual a la mitad de la aceleración del lecho rocoso prevista, aseguraría que las deformaciones no serían peligrosamente grandes.

Se ha obtenido suficiente experiencia en la aplicación del enfoque de Newmark para poder extraer algunas conclusiones. En ausencia de efectos de licuefacción, las presas con factores estáticos adecuados de seguridad contra el deslizamiento no son previsibles por este análisis para estar sujetas a deformaciones tan grandes como para poner en peligro sus reservorios, a través de limitadas deformaciones de deslizamiento pueden predecirse.

Análisis de desplazamientos permanentes

The major components of a permanent displacement analysis of the Newmark type, as applied by the WES, are shown in Figure 1. The primary component is the analysis of motions of a system consisting of a rigid block sliding on an inclined plane, chosen to represent a potential sliding mass in an embankment, as described by Newmark. A conventional limit analysis, or slope stability analysis, with slight modifications, provides the shearing resistance between the block and plane. Because bedrock motions may be amplified upon being propagated upward through an embankment, a rigid-body model may underestimate displacements, and an analysis of the amplification response of the embankment is incorporated to account for amplified accelerations in the embankment.

Los componentes principales de un análisis de desplazamiento permanente del tipo de Newmark, aplicado por el WES, se muestran en la Figura 1. El componente principal es el análisis de movimientos de un sistema consistente en un bloque rígido que se desliza sobre un plano inclinado, elegido para representar Una masa de deslizamiento potencial en un terraplén, según lo descrito por Newmark. Un análisis de límite convencional, o análisis de estabilidad de pendiente, con ligeras modificaciones, proporciona la resistencia al corte entre el bloque y el plano. Debido a que los movimientos de la roca pueden amplificarse al ser propagados hacia arriba a través de un terraplén, un modelo de cuerpo rígido puede subestimar los desplazamientos, y un análisis de la respuesta de amplificación del terraplén se incorpora para tener en cuenta las aceleraciones amplificadas en el terraplén.

Análisis de estabilidad

El concepto del método tradicional de análisis de coeficientes sísmicos y pseudostáticos se ilustra en la Figura 2. En un análisis de estabilidad estática, por lo demás convencional, tal como un método de análisis de rebanadas, la carga sísmica está representada por una fuerza horizontal kW aplicada estáticamente, donde W es El peso de la rebanada yk es el coeficiente sísmico, que es una fracción de la gravedad. El valor de k es generalmente prescrito por código o regulación, con valores normalmente en el intervalo de 0,05 a 0,20, dependiendo de la sismicidad del sitio.

Para el análisis de desplazamientos permanentes, se evalúa la resistencia al corte entre la masa de deslizamiento potencial y la base subyacente en términos de una aceleración crítica N, definida como la aceleración (del suelo o terraplén por debajo de la superficie deslizante) que reducirá el factor de seguridad Contra el deslizamiento a la unidad, es decir, que hará que el deslizamiento inminente. El valor de N, que se expresa como una fracción de gravedad (g), se obtiene a través de un análisis de estabilidad similar al análisis de estabilidad pseudostática convencional, pero que incluye dos características especiales. Una es que la estabilidad se evalúa en términos de una aceleración crítica más que un factor de seguridad, y la otra es que, debido a que las aceleraciones amplificadas varían sobre la altura del terraplén, se determinan aceleraciones críticas para posibles masas deslizantes cuyas bases se encuentran en Varias elevaciones en la sección (Figura 3).

El análisis se puede realizar utilizando métodos convencionales de análisis de estabilidad tales como los de Bishop (1955) o Morgenstern y Price (1965). Los valores de prueba de la aceleración se pueden utilizar para encontrar el valor que reduce el factor de seguridad a la unidad. El método Sarma (Sarma 1975), que emplea una superficie de deslizamiento de forma arbitraria, determina directamente el valor de N.

7. En principio, el análisis puede realizarse sobre una base de esfuerzos total o efectivo, pero los problemas de estimar las presiones de poro inducidas por el cizallamiento cíclico se evitan usando un análisis de tensión total. La práctica habitual del Cuerpo de Ingenieros para los análisis de estabilidad estática es utilizar una envoltura compuesta de resistencia al cizallamiento basada en el ensayo S (drenaje consolidado) a presiones de confinamiento bajas y el ensayo R (consolidado-sin drenaje) a altas presiones de confinamiento. Esta envoltura de resistencia, que considera de manera conservadora la posible disipación de las presiones de poro negativas inducidas por esfuerzo cortante que pueden ocurrir en el campo pero que no pueden ocurrir en un ensayo no drenado en el laboratorio, se recomienda para suelos permeables. Para suelos de baja permeabilidad, en los que las condiciones no drenadas son más probables de existir durante un terremoto, una envoltura no drenada (R) sería apropiada.

8. Makdisi y Seed (1977) señalan que las deformaciones permanentes sustanciales Puede ser producida por la carga cíclica de suelos a tensiones cercanas al límite elástico, mientras que el comportamiento esencialmente elástico se observa bajo muchos (> 100) ciclos de carga a 80 por ciento de la resistencia no drenada. Ellos recomiendan el uso de 80 por ciento de la fuerza no drenada como "límite de fluencia dinámico" para suelos que exhiben pequeños aumentos en la presión de los poros durante la carga cíclica, tales como materiales arcillosos, suelos sin cohesión, saturados o parcialmente saturados o materiales saturados y sin cohesión muy densos.

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