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Mejoramiento de Suelos par
Mitigacin de los Efectos deLicuacin en Christchurch,
Nueva ZelandaIng. Eduardo Rodrguez Arriaga
Virginia Tech
12 de febrero de 2016
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Agenda
1. La secuencia de terremotos de 2010 y 2011 que afectaroChristchurch, Nueva Zelanda y la licuacin severa
2. Descripcin de los mtodos de mejoramiento de suelos pestructuras residenciales y edificios pequeos
3. Desarrollo de las zonas instrumentadas en los paneles deensayo antes de pruebas de sacudida
4. Valores de Vsy Vppara caracterizar los mejoramientos
5. Ejemplo de resultados de las pruebas de sacudida con T-R
un panel de ensayo6. Evaluacin de los ensayos de sacudida e interpretacin de
resultados
7. Pruebas de campo con explosivos en el Sitio 4
8. Conclusiones
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1. Christchurch, Nueva Zelanda
Poblacin: ~390,000
Area Urbana: ~450 km2
Establecido: ~1850
Regin de
Canterbury/
Christchurch
Placa Pacfica
Placa
Australiana
(Prof. Misko Cubrinovski)
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Secuencia de Terremotos en Canterbury 2010-2011
Area de Christchurch
DNC
Leyenda
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185 fallecidos
DNC destruido: 2,400 edificios demolidos (de 3,000)
Prdida econmica total de aprox. 40 billones de
dlares NZ; 20% del PIB de Nueva Zelanda Efectos de licuacin en propiedades residenciales:
40,000 afectados
20,000 afectados severamente
10,000 abandonados
Volcn de arena
Eyecciones de are
limo por doquier
Resumen de Efectos de Terremoto feb. 2011,
Mw6
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Licuacin Severa en los Suburbios
~500,000 t de eyecciones de arena/limo fueron removidas
Grandes hundimientos en algunos suburbios (~1.0m)
(Prof. Misko Cubrin
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Licuacin Severa en los Suburbios
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Licuacin Severa en los Suburbios
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Licuacin Severa en los Suburbios
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Licuacin Severa en los Suburbios
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Desempeo de Cimentaciones de Casas
(Prof. Misko Cubrin
Grieta
Eyeccin de arenaAsentamiento
Ro Avon
Nota: La cimentacin es una losa nivelada
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Dao a las Cimentaciones de Casas
Nota: Las cimentaciones no fueron diseadas para
resistir cargas por licuacin ni esparcimiento lateral
(Prof. Misko Cubrin
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2. Investigar Mejoramiento Superficial de Suelo
Problemas Crticos que Afectan la Reconstruccin
Permanece el riesgo de licuacin en terremotos futuros
Se deben desarrollar soluciones efectivas de ingeniera para1000s de estructuras (hogares y edificios pequeos)
Las soluciones deben ser econmicas y deben permitir la
participacin competitiva de contratistas
Las soluciones deben ser verificables por aseguradoras
Metas Crear una corteza de ~3m debajo de la huella de la casa que
reduzca el desencadenamiento localizado de licuacin
Conducir ensayos de sacudida en el campo con T-Rex
Deteminar los mejoramientos superficiales de suelos
aceptables
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Enfoque: Sacudida en Campo y Ensayos
Explosivos; Tres Sitios Ensayo: Sitios 3, 4 y 6
DNC ChristchurchRo Avon
Sitios 3 y 4
Catedral de Christchurch
Ro Heathcote
Sitio 6
Leyenda
Licuacin moderada a sever
Licuacin baja a moderadaLicuacin en calles(predominantemente, licuacin
no/localizada en propiedades)
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Mtodo de Mejoramiento de Suelo 1:
Compactacin de Impacto Rpido
Rapid Impact Compaction (RIC)
Nivel de suelo original
Nivel despus
Gran mejoramiento de
resistencia de suelo
Mejoramiento objetiv
de resistencia de suelo
Mejoramiento modera
resistencia de suelo a
metros de profundida
Nueva
Corteza
Cprtezaperdida
~0.5m
Hundimiento
Suelo licuable
Corteza no-licuable
H1(antesdeT.)
H1(despusdeme
joramiento)
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Nueva
Corteza
Corteza
perdida
~ 0 5 m
Hundimiento
H1(antesdeT.)
H1(despusdeme
joramiento) Nivel de suelo original
Nivel despus de T.
Nuevacorteza
~ 0 5 m
Suelo licuable
Corteza no-licuable
Grava
Mtodo de Mejoramiento de Suelo 2:
Pilotes de Grava Compactada
Rammed Aggregate Piers (RAP)
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Nueva
Corteza
Cortezaperdida
~0.5m
Hundimiento
H1(
antesdeT.)
H1(despusdem
ejoramiento)
Nivel de suelo original
Nivel despus de T.
Nuevacorteza
~0.5m
Suelo licuable
Corteza no-licuable
Concreto fluido
Mtodo de Mejoramiento de Suelo 3:
Lechada de Baja Movilidad
Low Mobility Grout (LMG)
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Mtodos de Mejoramiento de Suelo:
4 Fila Sencilla de Vigas Horizontales (SRB)
5 Fila Doble de Vigas Horizontales (DRB)
Suelo licuable
Suelo licuable Suelo licuable
Corteza no-licuable
Corteza no-licuable
Corteza no-licuable
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Pruebas de Campo: Vista de Planta de Sitio 6 con S
Paneles de Ensayo (Fotogrfa Area Antes de Demoliciones)
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3. Desarrollo de Zonas Instrumentadas en Paneles
Ensayo
Sensores hechos en la Univ. de Texas. Todos
los sensores tienen 3.57 cm de dimetro
50, Gefonos 2-D 50, Transductores de Presin de Por
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Instalando Gefonos y Transductores de Presin
Poro con T-Rex
Instalacide Sensor
Cilindro
Hidrulico de
Empuje/Halado
T-Rex
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Preparacin de Sacudida con T-Rex: (1) Enterran
Cables de Sensores, (2) Almohadilla de Grava, (3) C
con T-Rex, (4) Registro de Ensayo
Cables de
sensores
Placa de base de T-Rex
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Arreglo Generalizado de Sensores en Paneles de En
del Suelo Natural, RIC, RAP y LMG en Sitio 6
(a) Seccin Transversal (a) Vista de Planta
4. Caracterizado de Cada Panel de Ensayo Antes de Sacud
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Nota: Arreglo general usado como el proceso de verificacin en campo
Barra de
Fuente #1
Barra deFuente #2
Martillo
Barra
Receptora
de Gefono
Pilote de
Grava (RAP)
Preparacin de Ensayo Crosshole para Medir Perfiles de V
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Ensayo Crosshole: Velocidades de Ondas S en Pan
de Ensayo de Tierra Natural como Perfil de Refere
Analizador
Impactos Verticales
(Fuente Ssmica y
Desencadenador
de Tiempo)
Impactos
Verticales
(Fuente
Ssmica y
Desencadenad
or de Tiempo)
Localizacin
de Punta de
Barra para
Medicin a
1m
Fuente #1
(F1)
Velocidad de onda S (m/s)
Profundidad(m)
Profundidad
Max. = 5m
Caminos Recorridos
por Ondas P y SCaminos Recorridos
por Ondas P y S
Fuente #2
(F2)
Perfiles de Velocidad de Ondas S: Para Evaluar Cam
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en los Paneles de Ensayo de RIC y RAP
(a) En medio del Mejoramiento (b) A Travs del Mejoramie
Mejoramiento Mejoramiento
F1F1 R1F2 F2R1
Velocidad de onda S (m/s) Velocidad de onda S (m/s)
Fondo de
RAP
Fondo de
RAP
Promedio
de Suelo
Natural
Promedio
de Suelo
Natural
Profundidad(m)
Profundidad(m)
Perfiles de Velocidad de Ondas S: Para Evaluar Cam
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en los Paneles de Ensayo de LMG*
(b) A Travs del Mejoramient
Mejoramiento Mejoramiento
F1F1 R1F2 F2R1
Fondo de
LMG
Fondo de
LMG
Promedio
de Suelo
NaturalPromedio
de Suelo
Natural
Profundidad(m)
Profundidad(m)
Velocidad de onda S (m/s) Velocidad de onda S (m/s)
*Nota: Dos conjuntos de ensayos crosshole en el Panel de Ensayo de LMG
(a) En medio del Mejoramiento
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Efecto de Grado de Saturacin (Sr)
en Velocidades de Ondas P y S
Vpcontrolado por SrArena de Grano Mediano'o= 35 kPa
Velocida-
des de
Ondas P
y S (m/s)
Esqueleto
del Material
Grado de Saturacin, Sr, % Sr
Vp
Vs
Vpcontrolado por 'o para Sr < 99%
Vscontrolado por 'o para cualquier Sr (0 a 100%)
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Perfiles de Velocidad de Onda P en Sitio 6:
Para Determinar Dnde el Suelo est Saturado
(a) Los Siete Paneles de Ensayo (b) Panel de Ensayo LMG
Velocidad de onda P (m/s) Velocidad de onda P (m/s)
Profundidad(m)
Profundidad
(m)
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5. Sacudida con T-Rex en Cada Panel de Ensayo
Ejemplo Mostrando los Sensores en el Panel de R
(a) Perspectiva de seccin transversal de
T-Rex listo para sacudir el panel de
ensayo de 22 pilotes de grava
compactada (RAP)
(b) Vista de planta de la porc
central del panel de ensayo
RAP (8 de 22 pilotes)
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Patrn de Separacin del Mejoramiento
Mejoramiento RIC:
Mejoramiento RAP:1era Pasada (1.5 m diam.)
2da Pasada (1.5 m diam.)
Cuello (0.3 m diam.)
Cuerpo (0.6 m diam.)
Proceso de 24hr de Instalacin de Sensores y Carg
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por Etapas con T-Rex en Cada Panel de Ensayo
(a) Instalar Sensores, Carga Vertical Esttica y Desmobilizacin
Instalar
SensoresCarga
Vertical
Esttica,klb
Periodo de
Consolidacin
por la noche
Carga Esttica Constante
Durante Periodos de
Consolidacin y Sacudida
Desmob
Da 1 Da 2
(b) Sacudida Horizontal con T-Rex por Etapas
Sacudida Dinmica
Carga
Esttica
100 ciclos
a 10 Hz
Cargas por Etapas
CargadeSacudidaHorizontal,klb
Periodo de
Equilibracin
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Panel de Ensayo de Suelo Natural en Sitio 6: Etapa 2
Proporcin de Presin de Agua de Poro,
ru, Versus Tiem
Sacudida: 100 ciclos a 10Hz; Etapa 2; Fuerza horizontal pico ~ 6300 lb
Nota:
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Panel de Ensayo de Suelo Natural en Sitio 6: Etapa 5
Proporcin de Presin de Agua de Poro,
ru, Versus Tiem
Sacudida: 100 ciclos a 10Hz; Etapa 5; Fuerza horizontal pico ~ 20,500 lb
Nota:
r
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Ensayo por Etapas de Suelo Natural en Sitio 6:
ruversus L
despus de 100 Ciclosde Sacudida en Cada
Profundidad = 2.1 m
Deformacin cortante, (%)
Proporcindepresindeporo,ru,
(%)
Etapas de Carga:
Notas:
r
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Ensayo por Etapas de Suelo Natural en Sitio 6: ruversus L
despus de 100 Ciclosde Sacudida en Cada
Deformacin cortante, (%)
Proporcind
epresindeporo,ru,
(%)
G
Variab
Resp
S
PrDese
mie
Licu
Ter
F
6. Evaluacin de Ensayos de Sacuida con T-Rex en Sitio
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ru de ReferenciaRelaciones de Log para Desencadenamient
Licuacin 100 Ciclosde Sacudida en cada
Deformacin cortante, (%)
Proporcindepresindeporo,ru,
(%)
Extrapolacinbasada en Vucetic y
Dobry (1986)
Rango probable de
desencadenamiento de
licuacin en terremoto
fuerte
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Rigidez Total: Suelo Natural y RAP en Sitio 6
Etapa #11.5 kPa Esfuerzo Cortante Nominal
Etapa #25 kPa Esfuerzo Cortante Nominal
Etapa #315 kPa Esfuerzo Cortante
Deformacin CortantDeformacin Cortante (%) Deformacin Cortante (%)
Suelo
Natural Suelo
Natural
Profun
didad(m)
Comparacin de Velocidad de Ondas Cortantes e
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Arena Fina Limosa Entre Campo y Laboratorio
Velocidad de Onda Cortante (m/s)
Paneles de Ensayo de Suelo Natural: Ensayo de Columna Resonante:
(Espec. Reconstituidos ~2.5 m)
Profundidad(m)
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7. Sacudida con T-Rex y Pruebas Explosivas de Campo en S
Losa de Suelo Cemento Suelo Natural
Almohadilla de Grava Fila Doble de Vigas
Licuacin Extensiva Causada por Prueba Explosiva
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Licuacin Extensiva Causada por Prueba Explosiva
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Desempeo de Losa de Suelo Cemento
Antes de Explosivo:
Despus de Explosivo:
Losa de Suelo Cemento
8. Conclusiones
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Hallazgos en Sitio 6:1. La profundidad promedio de tabla de agua en los siete paneles de e
es aproximadamente 0.5 m. Medidas de Vpmostraron que la profun
debajo de la tabla de agua hasta el punto donde la saturacin es 10
vara de 0.8 a 2.3 m.
2. Cambios relativos en Vs entre las distintas condiciones de suelo fuer
usados para identificar las zonas de mejoramiento, zonas de alterac
zonas de poco a ningn cambio.
3. Exceso de presin de poro (u) sustancial a profundidad fue generad
sacudidas a nivel de tierra con T-Rex. Licuacin inicial no fue
desencadenada con T-Rex pero la sustancialupermiti la estimacidesencadenamiento.
4. Como fue evaluado con T-Rex, los mtodos de mejoramiento super
que ms reducen el desencadenamiento de licuacin son RIC, RAP y
5. Como fue evaluado con T-Rex, los mtodos de mejoramiento super
que no desempaaron bien en la reduccin del desencadenamiento
licuacin son LMG y SRB.
8. Conclusiones (continuacin)
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Hallazgos en Sitio 6:6. El perfilamiento de Vp revel que el suelo debajo de la corteza natu
existente (profundidad de ~0.75 m) estaba no saturado. Para la cort
saturada con Vp menos de ~600 m/s, el desencadenamiento de licu
es poco probable, incluso en terremotos fuertes.7. Las pruebas con T-Rex mostraron un gran rango de comportamient
suelo en los primeros 3 m que es probablemente atribuido a las
diferencias en tipo de suelo, estructura y/o grado de saturacin.
Soluciones Recomendadas para Sitios 3, 4 y 6:
1. Desarrollar una corteza no licuable de 3m de espesor.2. Mtodos xitosos de mejoramiento de suelo evaluados con T-Rex y
pruebas explosivas son: RIC, RAP, DRB, Pilotes de Madera 4 m de la
(TP) y Losa de Suelo Cemento.
3. Los mtodos recomendados de mejoramiento de suelo son RAP y L
Suelo Cemento. Deben ser verificados con ensayos ssmicos crossho
pequea escala (Vsy Vp).
Muchas Gracias
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Dr. Kenneth Stokoe y Dr. Brady Cox de la Universidad de Texas, Aust
Ing. Sjoerd Van Ballegooy y Staff de Tonkin & Taylor Ltd
Dr. Russel Green y Staff de la Universidad de Virginia Tech
Apoyo de NSF a travs del programa RAPID (CMMI #0343524)
Apoyo de la Comisin de Terremotos de Nueva Zelanda (EQC)
Apoyo de NSF para NEES@Utexas (CMMI #0927178)
Apoyo de NSF Graduate Research Fellowship Program under Grant
DGE-1110007
Investigadores de la Universidad de Canterbury
Investigadores y Staff de la Universidad de Texas, Austin: Dr. Farnuy
Menq, Ing. Julia Roberts, Ing. Sungmoon Hwang, Mr. Cecil Hoffpauir
Andy Valentine y Mr. Robert Kent