ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJERCITO CARRERA DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA...

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJERCITO

CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA CONSTRUCCIÓN

“PELIGROSIDAD SÍSMICA DEL GOLFO DE GUAYAQUIL”

ELABORADO POR:

DIANA SOFIA CUAICAL ANGULO

INTRODUCCIÓN

Los sismos son los fenómenos naturales que causan mayor número de víctimas y daños a nivel mundial, con una destrucción geográfica que abarca gran parte del planeta y con una recurrencia periódica. A pesar de los esfuerzos por intentar predecir los movimientos sísmicos hoy en día la única forma efectiva de evitar sus efectos es la prevención, en su más amplio sentido.

INTRODUCCIÓN

El Ecuador es un país situado en una región caracterizada por su alta sismicidad, ya que se ubica en la convergencia entre la Placa de Nazca y la Placa Sudamericana.

OBTENCIÓN DE ESPECTROS

Método de Abrahamson y Silva

ln 𝑆𝑎 (𝑔 )= 𝑓 1 (𝑀 ,𝑅𝑟𝑢𝑝 )+𝑎12 𝐹𝑅𝑉+𝑎13 𝐹𝑁𝑀+𝑎15 𝐹𝐴𝑆+ 𝑓 5(𝑃 �̂� 𝐴1100 ,𝑉 𝑆 30)+𝐹𝐻𝑊 𝑓 4 (𝑅 𝑗𝑏 ,𝑅𝑟𝑢𝑝 ,𝑅𝑥 ,𝑊 , 𝛿 ,𝑍𝑇𝑂𝑅 ,𝑀 )+ 𝑓 6 (𝑍𝑇𝑂𝑅 )+ 𝑓 8 (𝑅𝑟𝑢𝑝 ,𝑀 )+ 𝑓 10(𝑍1.0 ,𝑉 𝑆 30)Método de Campbell y Bozorgnia

ln 𝑆𝑎 (𝑔 )= 𝑓 𝑚𝑎𝑔+ 𝑓 𝑑𝑖𝑠+ 𝑓 𝑓𝑙𝑡+ 𝑓 h𝑛𝑔+ 𝑓 𝑠𝑖𝑡𝑒+ 𝑓 𝑠𝑒𝑡

Método de Idriss

ln [𝑃𝑆𝐴 (𝑇 )]=∝1 (T )+∝2 (T )M − [β1 (T )+β2 (T )M ] ln (Rrup+10 )+γ (T )+φ (T )F  

Estilos de Fallas: transcurrente (SS), inversa (RV) o normalRango de magnitud (SS): 4.5 a 7.7Rango de magnitud (RV): 4.81 a 7.6Rango de distancia: 0.3 a 199.3 (Km) Rango de Velocidad: 453 a 895 (m/s)

RANGO DE APLICACIÓN

SUBDUCIÓN EN LA COSTA ECUATORIANA

A causa de un choque de una placa oceánica y una placa continental, la placa oceánica se hunde debajo de la placa continental.

La corteza continental incluye los continentes y los sectores del mar de baja profundidad. La corteza oceánica se encuentra en los sectores oceánicos de alta profundidad.

Existe también la subducción según el tipo de cortezas que colisionan:

a) Colisión cortezas oceánicas

b) Colisión cortezas oceánica-continental

a) Colisión cortezas continentales

ZONAS FUENTES ASOCIADAS A

SISMOS CORTICALES

ECUADOR

COLOMBIA

PERU

Zona 11

Zona 3

Zona 5

Zona 10

-764

0

-4

-80 -78

2

-2

-6

-74-82

Zona 2

-76

4

0

-4

-80 -78

2

-2

-6

-74-82-84

Sub I(12)

Sub II (13)

Sub III(14)

Benioff IV(16)

Benioff V (17)

(18)

(15)

ECUADOR

COLOMBIA

PERU

Subd(23)

Zona SubducciónZona Cortical

ECUADOR

COLOMBIA

PERU

Zona 11

Zona 3

Zona 5

Zona 10

-764

0

-4

-80 -78

2

-2

-6

-74-82

Zona 2

-76

4

0

-4

-80 -78

2

-2

-6

-74-82-84

Sub I(12)

Sub II (13)

Sub III(14)

Benioff IV(16)

Benioff V (17)

(18)

(15)

ECUADOR

COLOMBIA

PERU

Subd(23)

Zona SubducciónZona Cortical

ZONAS FUENTES ASOCIADAS A

SISMOS DE SUBDUCCIÓN

FALLAS QUE PUEDEN AFECTAR A LA COSTA ECUATORIANA

ELEMENTOS Y CARACTERÍSTICAS

TIPOS DE FALLAS

NORMAL

INVERSA

CIZALLA O DESGARRE

CÁLCULO DE LOS VALORES DE PGA

Id Falla Capaz TipoPGA (g)

AbrahamsonPGA (g) Campbell

PGA (g) Idriss

1 F. SanJose Inversa 0,0292 0,0228 0,01692 F. Valdivia Cizalla dextral 0,0294 0,0235 0,01713 F. Bachiller Inversa 0,0331 0,0254 0,0194 F. El Achote Inversa 0,0087 0,0155 0,00945 F. Colonche Inversa 0,0315 0,0252 0,01826 F. Colinas Inversa 0,0264 0,0234 0,01587 Carrizal Normal 0,0479 0,0365 0,03398 F. Guayaquil Inversa 0,0422 0,0287 0,02289 F.Babahoyo Cizalla dextral 0,0464 0,0298 0,0242

10 F. Montalvo Inversa 0,0257 0,0209 0,015111 F Chillanes Inversa 0,0103 0,0181 0,012212 F San Antonio Normal 0,0077 0,012 0,01

13F. Puna - El

TriunfoCizalla dextral

0,0488 0,0385 0,033214 F. Boliche Cizalla dextral 0,0465 0,0374 0,031915 F. Milagro Cizalla dextral 0,0705 0,0436 0,03916 Estero Salado Normal 0,0667 0,0555 0,057617 F. Progreso Normal 0,0762 0,0334 0,040618 F. La Cruz Normal 0,0898 0,0379 0,0479

ELEMENTOS FINITOS

Se trabajó con un elemento finito de 8 nodos para definir el campo de desplazamientos y con un elemento finito de 4 nodos para las presiones, este considera una fase sólida y una fase liquida.

U1 U2 U3

U4U8

U7 U6 U5

V1 V2 V3

V4V8

V7 V6 V5P4

P1

P3

P2

NUMERACIÓN DE LOS GRADOS DE LIBERTAD

Se vincula los dos modelos de 8 y 4 nudos, para dar lugar a un elemento finito mixto, que en realidad consta de 20 grados de libertad, porque las presiones en los nodos intermedios son cero, pero por facilidad de solución se trabaja con 24 grados de libertad

1

2

22

23

3

19

20

21 16

17

18 13

14

15

4

5

6 7

8

9

24 10

11

12

U1, V1, P1

U7, V7, P7

U2, V2, P2=0U3, V3, P3

U6, V6, P6=0

U8, V8, P8=0

U5, V5, P5

U4, V4, P4=0

Funciones de forma en los nodos centrales

Funciones de Forma en los nodos esquineros

Funciones de forma para la fase líquida

MATRIZ DE RIGIDEZ

𝐾 𝑒=[ 𝑄 −𝑄𝑠𝑤

−𝑄𝑤𝑠 −𝑃𝑤𝑤]

DONDE:

Matriz de Compatibilidad B :

𝐵(𝑖)=[𝜕𝜙 𝑖(𝑠 , 𝑡)

𝜕 𝑥0

0𝜕𝜙 𝑖(𝑠 , 𝑡)

𝜕 𝑦𝜕𝜙 𝑖(𝑠 , 𝑡)

𝜕 𝑦𝜕𝜙 𝑖(𝑠 , 𝑡)

𝜕𝑥]

Matriz de Jacobiana:

𝐽=[𝜕 𝑥 (𝑠 , 𝑡)𝜕 𝑠

𝜕 𝑦 (𝑠 ,𝑡 )𝜕𝑠

𝜕 𝑥 (𝑠 , 𝑡)𝜕𝑡

𝜕 𝑦 (𝑠 ,𝑡 )𝜕𝑡

]Matriz de Elasticidad

𝐸𝑇=𝐸(1−𝑣)

(1+𝑣 )(1−2𝑣) [ 1 1−𝑣 01−𝑣 1 0

0 01−2𝑣2

]

MATRIZ DE MASAS

Modelos para concentrar las masas

En las caras laterales

En las caras laterales y al

medio

En todos los nodos

𝑚𝑒=𝑃𝑇

𝑔

𝑃𝑇=𝐴𝑆𝑒𝛾

𝑚𝑖=𝐴𝑖𝑒𝛾𝑔

Estructura: Nodo:

Análisis con CEINCI-LAB

Definición de la Geometría

SUELO

ROCA

4 Divisiones

3 Divisiones

División en Elementos Finitos

1

9 10 11 12

12 3 4

8765

2 3 4 5

109876

11 12 13 14

2019181716

15

Análisis con CEINCI-LAB

Grados de Libertad

16

6

11 12 13

7 8

2 3 4 5

109

14 15

1

17 18

2221 23 24

19 20

25

3029282726

12 13 14 15

Vectores de Colocación

16

6

11 12 13

7 8

2 3 4 5

109

14 15

1

17 18

2221 23 24

19 20

25

3029282726

12 13 14 15

16

2 31

17 18

1 1

VC=[0 0 0 0 2 17 1 16]

Elemento finito No 1

Cálculo de la Matriz de Masas

m1 m2 m3 m4 m5

m6 m7 m8 m9 m10

m11 m12 m13 m14 m15

0,0981 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0,1837 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0,1837 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0,1837 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0,0918 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0,0918 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0,1837 0 0 0 0 0 0 0 0

M= 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0918 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0918 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1837 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0918

El cálculo de la matriz de masas se lo realiza en la subrutina vc_suelo

Condensación de la Matriz de Rigidez

Orden de la Matriz de Rigidez Condensada: 15 x 15

𝐾=𝐾 𝐴𝐴−𝐾 𝐴𝐵∗𝑖𝑛𝑣 (𝐾 𝐵𝐵 )∗𝐾 𝐵𝐴

𝐾 𝐴𝐴=𝑆𝑆(1 :𝑔𝑑𝑙∗ ;1 :𝑔𝑑𝑙∗) 𝐾 𝐴𝐵=𝑆𝑆 (1:𝑔𝑑𝑙∗;1+𝑔𝑑𝑙∗ :𝑔𝑑𝑙)𝐾 𝐵𝐴=𝐾 𝐴𝐵

′ 𝐾𝐵𝐵=𝑆𝑆 (1+𝑔𝑑𝑙∗ :𝑔𝑑𝑙;1+𝑔𝑑𝑙∗ :𝑔𝑑𝑙)

FACTOR DE AMPLIFICACIÓN

Es la relación que existe entra la amplitud de las vibraciones de un sistema de un grado de libertad sometido a una excitación armónica y el desplazamiento estático cuando la carga en aplicada estáticamente. El valor del Factor de Amplificación (α) es:

∝=1

√(1−𝑟2)2+(2 𝜉 𝑟)2

𝑾𝒏=√ 𝑘𝑚

𝝃=𝑐

2√𝑚𝑘

Factor de amortiguamientoFrecuencia natural Relación de la frecuencia de la excitación

Para cálculo del factor de amplificación se elaboró un programa en base a Matlab, denominado Factor_amplificacion

Se ingresan todos los valores :Base y altura de 4 y 3 metros respectivamente, módulo de elasticiadad 1000 Tn/m2,el peso específica del suelo 1.6 Tn/m3 .

El Factor de Amplificación calculado es de de 1.6204, el cualse incorpora en los espectros, en las fallas existentes en elGolfo de Guayaquil.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

100

200

300

400

500

600

700

ABRAHAMSON & SILVA

CAMPELL & BOZORGNIA

Falla Amistad Norte

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

100

200

300

400

500

600

700

800

ABRAHAMSON & SILVA

CAMPELL & BOZORGNIA

Falla Amistad Sur

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

100

200

300

400

500

600

700

800

900

ABRAHAMSON & SILVA

CAMPELL & BOZORGNIA

Falla Tenguel

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

100

200

300

400

500

600

ABRAHAMSON & SILVA

CAMPELL & BOZORGNIA

Falla Santa Clara

ESPECTRO NEC-11

Sierra: η=1.8

PELIGROSIDAD SISMICA DE SALINAS

Para encontrar los espectros de respuesta elásticos que podría generar un sismo que se produce en una falla geológica es necesario:

Tipo de falla:

Profundidad de la falla:

Distancia falla-sitio:

Buzamiento aparente:

Ancho de falla:

Posición de la falla:

Vs30:

Magnitud:

Inferida

20 Km

115 Km

85°

10 Km

foot-wall

252,688 m/s

6,72

VALORES DE PGA Para calcular el PGA, del suelo tipo de salinas es necesario calcular la distancia más cercana al plano de ruptura (Rrup), distancia horizontal desde el borde de la ruptura (Rx), profundidad menor desde el borde de la ruptura (Ztor).

R xRjb

Rpx15

15,1 Z tor 15R rup

85prof 20

W 10,0

115,98

115,00

0,87115,0

Los datos obtenidos son:Por el método de Abrahamson el PGA es de 0.0789 gPor el método de Campbell el PGA es de 0.0481 gPor el método de Idriss el PGA es de 0.0227 g

ESPECTROS OBTENIDOS

0 0.5 1 1.5 2 2.5 310

20

30

40

50

60

70

80

90

Periodo [s]

Ace

lera

ción

Esp

ectra

l [g

als]

ESPECTRO DE RESPUESTA

CAMPELL & BOZORGNIA

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Periodo [s]

Ace

lera

ció

n E

spe

ctra

l [g

als

]

ESPECTRO DE RESPUESTA (Abrahamson & Silva)

0 1 2 3 4 5 60

200

400

600

800

1000

1200

Periodo [s]

Ace

lera

ció

n E

spe

ctra

l [g

als

]

CAMPELL & BOZORGNIA

ABRAHAMSON & SILVA

NEC-11

Factor de amplificacion: 1.3381Módulo de Elasticidad 1500 T/m2

Coeficiente de Poisson

0.30

Peso Especifico 1.7 T/m3

PELIGROSIDAD SISMICA DE GUAYAQUIL

Para encontrar los espectros de respuesta elásticos que podría generar un sismo que se produce en una falla geológica es necesario:

Tipo de Falla: InversaProfundidad de la falla: 30 Km Distancia falla-sitio: 136 Km Buzamiento aparente: 45° Ancho de falla: 15 Km Posicion de la falla: foot-wall Vs30: 220,33 m/s

Magnitud: 6.43

VALORES DE PGA Para calcular el PGA, del suelo tipo de salinas es necesario calcular la distancia más cercana al plano de ruptura (Rrup), distancia horizontal desde el borde de la ruptura (Rx), profundidad menor desde el borde de la ruptura (Ztor).

Los datos obtenidos son:Por el método de Abrahamson el PGA es de 0.0457 gPor el método de Campbell el PGA es de 0.0356 gPor el método de Idriss el PGA es de 0.0135 g

R xRjb

Rpx24,7

34,9 Z tor 24,7R rup

45prof 30

W 15,0

138,22

136,00

10,61136,0

ESPECTROS OBTENIDOS

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

10

20

30

40

50

60

70

80

Periodo [s]

Ace

lera

ción

Esp

ectra

l [g

als]

ESPECTRO DE RESPUESTA (Jaime Campbell)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

20

40

60

80

100

120

Periodo [s]

Ace

lera

ción

Esp

ectra

l [g

als]

ESPECTRO DE RESPUESTA (Abrahamson & Silva)

Factor de amplificacion: 1.6204Módulo de Elasticidad 1000 T/m2

Coeficiente de Poisson

0.20

Peso Especifico 1.6 T/m3

0 1 2 3 4 5 60

200

400

600

800

1000

1200

Periodo [s]

Ace

lera

ció

n E

spe

ctra

l [g

als

]

CAMPELL & BOZORGNIA

ABRAHAMSON & SILVA

NEC-11

PELIGROSIDAD SISMICA DE MACHALA

Para encontrar los espectros de respuesta elásticos que podría generar un sismo que se produce en una falla geológica es necesario:

Tipo de Falla: InversaProfundidad de la falla: 12 Km Distancia falla-sitio: 86 Km Buzamiento aparente: 85° Ancho de falla: 10 Km Posicion de la falla: foot-wall Vs30: 213,85 m/s

Magnitud: 6.6

VALORES DE PGA Para calcular el PGA, del suelo tipo de salinas es necesario calcular la distancia más cercana al plano de ruptura (Rrup), distancia horizontal desde el borde de la ruptura (Rx), profundidad menor desde el borde de la ruptura (Ztor).

Los datos obtenidos son:Por el método de Abrahamson el PGA es de 0.0804 gPor el método de Campbell el PGA es de 0.0642 gPor el método de Idriss el PGA es de 0.0292 g

R xRjb

Rpx7,02

7,05 Z tor 7,02R rup

85prof 12

W 10,0

86,29

86,00

0,8786,0

ESPECTROS OBTENIDOS

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

20

40

60

80

100

120

140

Periodo [s]

Ace

lera

ció

n E

spe

ctra

l [g

als

]

ESPECTRO DE RESPUESTA (Jaime Campbell)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Periodo [s]

Ace

lera

ció

n E

spe

ctra

l [g

als

]

ESPECTRO DE RESPUESTA (Abrahamson & Silva)

Factor de amplificacion: 1.2809Módulo de Elasticidad 2000 T/m2

Coeficiente de Poisson

0.20

Peso Especifico 1.8 T/m3

0 1 2 3 4 5 60

200

400

600

800

1000

1200

Periodo [s]

Ace

lera

ció

n E

spe

ctra

l [g

als

]

CAMPELL & BOZORGNIA

ABRAHAMSON & SILVA

NEC-11

CONCLUSIONES

Se observa que existe una diferencia significativa en los valores de PGA (aceleración máxima horizontal del suelo) de cada uno de los métodos empleados para moldear los espectros; las gráficas obtenidas también son distintos.

Para el cálculo del PGA el método de Abrahamson y Silva aplicado a las fallas existentes en el Golfo de Guayaquil muestra un valor mayor en relación a los demás métodos, por seguridad se debe emplear el que mayor PGA presente

La clasificación más utilizada de las fallas existentes en el Golfo de Guayaquil, es por el tipo de desplazamiento que presentan los bloques, si su desplazamiento es vertical es falla de Rumbo, si el horizontal es falla Normal o Inversa.