Pruebas de refracción sísmica

Imagen por: Geodatos

Vamos a empezar definiendo lo que son las líneas de refracción sísmica para poder dar una introducción sobre estas líneas.

Estas pruebas se usan para determinar perfiles de velocidades de compresión (llamadas Vp) a lo largo de una línea geofísica y se puede realizar para evaluar espesores de las diferentes partes de un suelo.

Como objetivo principal de estas líneas de refracción sísmica es para adquirir un modelo bidimensional con las diferentes capas del suelo y las velocidades de propagación de las ondas que son transmitidas (P), por lo tanto estás líneas son para deducir la velocidad con que viajan las ondas que vamos a determinar con un aparato, separados los sensores como se explica más adelante.

Actividades a realizar para que podamos identificar el valor de Vp:

• Tirar líneas de 24 geófonos (recondenado según el terreno o la actividad que se desea investigar), con una separación entre ellos que variará según la profundidad analizada.
• Tomar los registros de un martillo de 20 kg producidas en el impacto.
• Copiar los tiempos de llegadas de las ondas Vp (ondas de compresión).
• Hacer el modelo bidimensional con los datos de las velocidades de ondas de compresión, con los métodos de GRM y Delay Time.
• Incorporar las variaciones topográficas en las líneas.
• Aplicar un método iterativo de ajustes para los tiempos medidos y calculados.

Este método sísmico de refracción lo que hace principalmente es crear un impulso elástico que se origina a través de golpes en el suelo ya sea con vibraciones o explosivos.

El conjunto de estos datos consiste principalmente en los registros de tiempos versus la distancia.

¿Para que se utiliza esto en ingeniería civil?

Se utiliza para el estudio del subsuelo para poder determinar las condiciones de meteorización, fracturación y la alteración del mismo, para detección de fallas geológicas.

Aplicaciones:

• Determinar la profundidad a basamento en los proyectos constructivos como ser represas, hidroeléctricas.
• Competencia de la roca donde se asentaran las estructuras.
• Extrapolación lateral de perforaciones puntuales de suelos.
• Túneles.
• Estudios geotécnicos.
• Medida de velocidad de propagación.
• Canteras y explotaciones mineras.
• Estratigrafía del sub-suelo.
• Para determinar la profundidad del sustrato rocoso y morfología.
• Espesor de capa alterada de las rocas.
• Clasificar geométricamente las rocas.
• Encontrar el módulo de deformación estático.
• Determinar la excavabilidad.
• Evaluar depósitos de gravas, arcillas, arena, materiales de construcción.

Para poder conseguir estos datos se utilizan instrumentos como son el Zond ST2D, Reflex 2D Tomography y el software que ellos mismos traen para su instalación.

Explicación del uso:

Se disponen de un numero de sensores que miden el tiempo de propagación de la onda elástica en línea recta con unas distancias conocidas, esto a una distancia del otro extremo y en el punto de disparo de la onda con un martillo o algún otro artefacto adecuado, pues producen vibraciones a todo lo largo del terreno y que son detectadas por cada sensor provisto en el terreno y que se irán graficando en un monitor para su posterior estudio.

El equipo consta de los siguientes materiales:

• Sensores.
• Unidad de adquisición.
• Cables de conexión (entre sensores y unidad de conexión).
• Cable del Trigger (encargado del momento de inicio).

En la siguiente infografía muestro como se determina esta prueba de refracción sísmica y la distribución de los sensores:

Imagen por: IGC

Este método es bastante útil en áreas donde asumimos que hay rocas blandas o depósitos aluviales, o en el peor de los casos suelos blandos, entre los que podemos encontrar grandes variaciones de velocidades de las ondas P y S, pero lo más importante aquí es encontrar la velocidad de propagación de las ondas S para poder determinar las características elásticas del terreno.

Via:Ingeniería Real

Los estratos blandos pueden generar amplificación de ondas sísmicas.

TIMELAPSE: El Nuevo Puente Anti Sísmico de San Francisco OAKLAND

Antes de hablar del nuevo puente que está finalizando hablemos primero del antiguo puente.

Está compuesto por un puente colgante de 2.822 m de longitud al Oeste y de un puente en ménsula de 3.101 m al Este.

El puente se compone de dos segmentos principales que se unen en una isla central, la Isla de Yerba Buena a cada orilla. El segmento occidental termina en San Francisco y se compone de dos puentes colgantes con un anclaje central. La parte oriental termina en Oakland. El puente de la Bahía es, con 7.200 metros, la plataforma de acero más larga del mundo y cuenta con 5 carriles para el tráfico en cada sentido.

Los puentes originales fueron diseñados por Ralph Modjeski. El puente de la bahía se abrió al tráfico el 12 de noviembre de 1936, seis meses antes de la apertura del célebre puente de la misma ciudad Golden Gate. Al puesto de peaje en Oakland (destinado al tráfico en dirección Oeste) le siguen un conjunto de señales luminosas para regular el tráfico. Dos carriles dedicados exclusivamente a los autobuses no han de pasar por el peaje ni seguir las señales luminosas. No hay ninguna señal luminosa reguladora del tráfico en dirección Este, sin embargo el número de vías en dirección a San Francisco está estructuralmente limitado, por lo que se han creado protecciones para las horas punta en esa dirección.

El puente está limitado al tráfico de automóviles. No está autorizado el paso de peatones, ciclistas u otros medios de transporte, si bien, los ciclistas pueden atravesar el puente en los camiones de la compañía CalTrans.

En octubre de 2009 un ingeniero descubre un fallo en una de las estructuras metálicas del puente, por lo que se insertó una pieza metálica para aliviar la tensión. Esta solución no fue duradera por lo que se inserta una segunda pieza en octubre de 2009.

Pero se ha sabido desde hace muchos años que el tramo este era probable que se hundiese con un gran terremoto, de ahí la nueva construcción del nuevo puente anti sísmico que tiene prevista su finalización este verano:

En 1996 se sugirió un puente de reemplazo del tramo este en el que costaría unos cientos de millones de dólares más que una adaptación del actual tramo. Tendría una vida útil mucho más larga prevista (tal vez 75 a 100 años en lugar de 30), y requeriría mucho menos mantenimiento. En lugar de adaptar el puente existente, las autoridades decidieron reemplazar todo el tramo este. El diseño propuesto es un viaducto elevado que consiste en columnas de hormigón armado y hormigón prefabricado segmento se extiende como se ve en la ilustración de la derecha. El criterio de diseño fue que el nuevo puente debe sobrevivir a un terremoto de magnitud 8,5 en cualquiera de varias fallas en la región, pero las faltas en particular el cercano San Andreas y Hayward. La estética de la propuesta no fueron bien recibidas por la sociedad civil ni los políticos, que se caracteriza por ser una "autopista en zancos".

La construcción se ha prolongado más allá de una década y los costes se han disparado a más de 6.000millones de dolares, un montón que se ha dicho al respecto pero mantener el puente intacto en un terremoto siempre ha sido la meta de los ingenieros.

Y para cumplir ese objetivo, se valen de un diseño de estructuras flexibles, en el que cualquier daño potencial estaría limitada a elementos específicos y reemplazables, si fuera el caso.

“Queríamos hacer este puente flexible, de modo que cuando el terremoto viene, la flexibilidad del sistema es tal que, básicamente, viaja sobre el terremoto”, dijo el diseñador jefe, Marwan Nader, vicepresidente de la firma de ingeniería TY Lin International.

El diseño incluye una torre de puente colgante de 525 pies de altura, formado por cuatro ejes de acero que debe oscilar en un terremoto de gran intensidad, hasta unos cinco metros en la parte superior. Pero la peor parte de la fuerza sería absorbida por las placas de conexión entre los ejes, llamados enlaces de corte.

Las juntas a lo largo de todo el lapso que hay de 60 pies de deslizamiento de tubos de acero, llamados tubos de rayos de la bisagra, con secciones de sacrificio del acero más débil que debería ayudar a salvar el resto de la estructura que se mueve en un terremoto.

“En el desplazamiento sísmico que anticipamos, habrá daños”, dijo Nader.“Pero el daño es reparable y el puente puede ser útil sin problemas.”

Los vehículos de emergencia y personal, por lo menos, debe ser capaz de utilizar el puente en cuestión de horas de un gran terremoto, después de inspeccionar los equipos de la estructura y hacer arreglos temporales, como la colocación de placas de acero en ciertas articulaciones. Dado que el Área de la Bahía hay dos grandes aeropuertos se espera que esté fuera de servicio después de un desastre, este puente y el puente de Benicia-Martínez, otro período de actividad sísmica seguro a unas 20 millas al noreste, sería “Lifeline” y estas son estructuras con carreteras para prestar auxilio, a la región afectada a partir de una base de la Fuerza Aérea hacia el interior, dijo Bart Ney, un portavoz del Departamento de Transporte de California.

Hay una fuerte probabilidad de un terremoto de gran magnitud en el área de la bahía- una probabilidad de 2-en-3 de magnitud 6,7 o mayor antes de 2036, según la Encuesta Geológica de Estados Unidos y otras instituciones. Pero los mayores movimientos que se esperan que ocurran dentro de 1.500 años.

Via:MOSINGENIERO BLOG

Uso de aisladores de base en puentes de concreto simplemente apoyados

En el presente artículo se presenta una comparación del comportamiento sísmico de puentes de concreto reforzado simplemente apoyados, usando aisladores de base de tres tipos, los aisladores de elastoméricos de alto amortiguamiento HDRB por sus siglas en inglés (High Damping Rubber Bearings), los aisladores elastoméricos con núcleo de plomo LRB (Lead Rubber Bearings) y el sistema de péndulo de fricción FPS (Friction Pendulum System). Se tomó como caso de estudio el viaducto la flora, definiéndose la geometría y su correspondiente modelamiento en SAP2000. Se definieron las propiedades mecánicas de los tres aisladores usando un modelo bilineal; para el modelo del viaducto se realizó un análisis dinámico no lineal de historias en el tiempo, considerando la no linealidad en los aisladores, usando los sismos de la falla Frontal y la falla Bucaramanga-Santa Marta, escalados a nivel de superficie. Se compararon los resultados del modelo sin aislamiento sísmico versus los tres modelos con sistema de aislamiento sísmico, y se encontró que los diferentes sistemas de aislamiento sísmico reducen signifcativamente la demanda de los desplazamientos y fuerzas cortantes en las pilas del puente que le inducen los probables terremotos que puedan ocurrir.
1. Introducción
Los puentes son estructuras de vital importancia. Ellos actúan como un eslabón importante en la red de transporte terrestre y un daño serio en los mismos durante un evento sísmico, impedirá brindar la ayuda necesaria. La actividad sísmica de las últimas décadas ha puesto de manifesto la vulnerabilidad de los puentes ante este fenómeno.
El control pasivo de estructuras es una de las estrategias que se han propuesto en los últimos años para controlar los desplazamientos y las fuerzas de inercia que se generan en los puentes durante un temblor. El concepto en el que se basa el control pasivo se orienta a la reducción de la demanda sísmica en la estructura y a mejorar su capacidad de disparar energía, más que en tratar de incrementar su capacidad de resistencia o de deformación. La adecuada aplicación de este criterio conduce a sistemas que se comportan en forma elástica durante grandes sismos; contrariamente al diseño tradicional, en el que se pretende mejorar la capacidad de disipar energía de la estructura mediante el daño en los elementos que la forman. Esto representa una importante ventaja, ya que al evitar el daño de los elementos de la estructura se consigue que permanezca en condiciones de fluncionalidad después de ocurrido un siniestro [1].
En la Figura 1(a) se ilustra el efecto de un sismo importante en una estructura típica de un puente, donde las grandes deformaciones generan agrietamientos importantes en las pilas, a las que se les exige una gran ductilidad para lograr disipar la energía del temblor sin que la estructura se derrumbe. En la Figura 1(b) se presenta el caso de un puente con un sistema de aislamiento, con el cual se logran reducir las fuerzas de inercia en las pilas del puente. La disipación de energía inelástica que se demanda en un sismo extremo se realiza por medio de la deformación histerética de los apoyos, en lugar de hacerlo a través del daño en las pilas del puente.

Diferentes estudios realizados [2] - [7], han demostrado la efectividad de usar diferentes sistemas de aislamiento sísmico en puentes. En [8], se muestra un estado del arte detallado de estudios analíticos y experimentales sobre la efectividad de sistemas de aislamiento sísmico y su implementación actual en puentes.
2. Descripción y modelamiento del viaducto la flora
2.1 Geometría
El viaducto la flora es una estructura en concreto pretensado, construido con un sistema de pila y losa, con una longitud total de 298.3 metros. Consta de dos estribos (estribo conucos al norte y estribo tejar moderno al sur) y ocho pilares. El tablero está divido en tres secciones, lo que da como resultado cuatro juntas ubicadas de la siguiente forma: dos en los estribos y las otras dos en los ejes 3 y 6. La altura aproximada en el pilar más alto es de 46 metros que corresponde al eje 4, y la luz más grande la encontramos entre los ejes 7 y 8, de 39 metros. El puente tiene un ancho total de 25 metros y consta de tres carriles y sendero peatonal en cada sentido (verFigura 2).

Las vigas están conformadas por las secciones transversales que se muestran en la Figura 3 y están construidas en concreto pretensado, las vigas se encuentran simplemente apoyadas en sus extremos (un extremo fijo y el otro móvil), en cada luz existen 10 vigas excepto en el tramo comprendido entre los ejes 7 y 8, el cual tiene 11 vigas debido a la longitud de su luz de 39m.