Comportamiento dinámico y evaluación de respuesta sísmica 1D de materiales granulares obtenidos por voladura y chancado

Abstract

En el Perú, el análisis sísmico de estructuras de tierra es de gran importancia debido a la alta sismicidad local. Por ello, se deben llevar a cabo diferentes tipos de análisis para la estimación del comportamiento sísmico de este tipo de estructuras. Una de las herramientas más comunes es el análisis de respuesta de sitio unidimensional, el cual considera el comportamiento dinámico del suelo a partir de la estimación de curvas dinámicas obtenidas de ensayos de laboratorio de alta precisión. La presente investigación incluye una revisión actualizada sobre la respuesta sísmica unidimensional bajo los métodos lineal equivalente (LEQ) y no lineal (NL) así como el estudio del comportamiento dinámico de suelos granulares antrópicos obtenidos por voladura y chancado en la industria minera peruana. Actualmente, en la literatura científica mundial carece de información de las propiedades dinámicas de este tipo de materiales. Asimismo, en nuestro medio, este desconocimiento se ha visto acentuado debido a que por décadas no se ha contado con equipos de laboratorio para realizar ensayos dinámicos y cíclicos sobre todo en el rango de deformaciones muy pequeñas. La tesis demuestra la variabilidad que existe respecto al comportamiento dinámico de estos materiales granulares generados por procesos antrópicos comparados con los de la literatura existente. De esta comparación se concluye que es necesario ejecutar ensayos dinámicos y cíclicos para una mayor confiabilidad de los análisis de respuesta sísmica que reduzcan la incertidumbre en los diseños geotécnicos sísmicos. En la presente investigación se llevaron a cabo 288 análisis de respuesta sísmica unidimensional para realizar comparaciones entre los análisis LEQ y NL con el programa Deepsoil considerando el modelo GQ/H. La investigación demuestra la rapidez y sencillez para realizar análisis no lineales considerando este modelo, por lo cual se recomienda el empleo tanto del programa como del modelo mencionado anteriormente. Los resultados de los análisis muestran diferencias a medida que aumenta la demanda sísmica, obteniéndose menores resultados en términos de la respuesta de aceleraciones en los análisis NL. Por último, las comparaciones entre análisis NL entre los materiales obtenidos por voladura y chancado, muestran mayores aceleraciones espectrales en el segundo caso, debido al mayor efecto lineal (menor degradación) que presenta este material en su comportamiento dinámico. Asimismo, las comparaciones utilizando curvas de literatura como la de Seed et al. (1986) indican resultados no representativos de la amplificación sísmica los cuales representan una incertidumbre al ser utilizado en el diseño sísmico de estructuras de tierra compuestas por materiales similares a los investigados. Los resultados obtenidos concluyen que para el material por voladura se presentará factores máximos de amplificación del orden de 2 a 2,5 mientras que en el material chancado se presentará valores del orden de 3 a 3,5. Por otro lado, al utilizar las curvas de Seed et al. (1986) se obtendrá factores máximos de amplificación del orden de 2 a 3 que se presentarán en periodos superiores al periodo del suelo y para periodos inferiores se presentarán de amplificaciones del orden de 0,5 a 1.

In our country, the seismic analysis of earth structures is very important due to the high seismicity. Hence, different types of analysis for the seismic performance estimation of this type of structures should be carried out. One of the most common tools is the one-dimensional (1-D) site response analysis which considers the dynamic behavior of soil based on the estimation of dynamic curves obtained from laboratory tests of high-precision. This research includes an updated review about the one-dimensional (1-D) seismic response on the linear equivalent (LEQ) and non-linear (NL) methods as well as the study of the dynamic performance of anthropic granular soils obtained by blasting and crushing in the Peruvian mining industry. Nowadays, in the worldwide scientific literature there is not much information about the dynamic properties of this type of materials. Besides, in our environment, this lack of knowledge has increased because of the absence of laboratory equipment during decades to perform dynamic and cyclic tests, especially at very small strains. The research shows the existence of a variability about the dynamic performance of these granular materials generated by anthropic processes compared to the existing literature. Based on this comparison, it is necessary to carried out dynamic and cyclic tests in order to increase the reliability of the seismic response analysis and reduce the uncertainty in the geotechnical seismic design. In this investigation, two hundred and eighty-eight one-dimensional (1-D) seismic response analyses were performed in order to compare LEQ and NL analysis by using the software Deepsoil and the GQ/H model. The research shows how quick and simple is to perform nonlinear analysis considering this model, for which the use of the program and model mentioned above is recommended. The results of the analysis show differences as the seismic demand increases, obtaining minor accelerations response in the NL analysis. Finally, comparisons between NL analysis from blasting and crushing materials show higher spectral accelerations in the second case due to their greater linear effect (less degradation) in the dynamic behavior of this material. Furthermore, comparisons using the dynamic curves from the Seed et al. (1986) literature show non-representative results of the seismic amplification which represents an uncertainty when using in the seismic analysis and design of earth structures composed of similar investigated materials. The results obtained conclude that for blasting material, the maximum amplification factors will be in the order from 2 to 2.5 while in the crushing material, the values will be from 3 to 3.5. On the other hand, when using the curves of Seed et al. (1986) the maximum amplification factors will be in the order from 2 to 3. They will be presented in periods greater than the soil period and for lower periods, the amplifications factors will be in the order from 0.5 to 1.