03 - Ruben Boroschek

CONSIDERACIONES DE
DEMANDA SÍSMICA EN
OBRAS SUBTERRÁNEAS
Rubén Boroschek, Ph. D
Professor
University of Chile
Honorary Professor
Universidad Nacional San Antonio Abad de
Cusco
Past President COSMOS
www.strongmotion.org
rboroschek@uchile.cl
@boroschek
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www.rba-global.com

DAÑO SÍSMICO
i. Típicamente el daño sísmico es limitado
ii.
El daño se diferencia claramente dependiendo de la
profundidad de la estructura, lo que se correlaciona con
el método constructivo y la geometría del sistema.
iii. Estructuras profundas sufren menos daño que
superficiales
iv. Estructuras en suelo sufren mayor daño que en roca.
v. El daño se reduce con la existencia de revestimiento.
vi. El aumento de rigidez del revestimiento no siempre
beneficia la respuesta sísmica.
vii. Existe una correlación de PGA PGV y Duración con daño.
viii.Duración y demanda de ductilidad cíclica son
importantes de considerar.
C & C < 15 metros
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DISEÑO/DAÑO
SÍSMICO
• Causas del Daño
• Vibración: deformaciones
• Falla del suelo: consolidación,
desplazamiento de fallas, licuefacción,
estabilidad de talud, etc.
http://www.resilience.org.nz
• Los efectos inerciales (aceleración) no
son tan relevantes para la estructura
principal, pero si para su contenido.
http://i2.mirror.co.uk/incoming/article10360213.ece
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NIVEL DE
SEGURIDAD
• NIVEL SEGURIDAD A LA VIDA
• NIVEL SEGURIDAD A LA INVERSIÓN
• NIVEL SEGURIDAD A LA FUNCION
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TOMA DE DECISIONES/DESEMPEÑO
A. DESEMPEÑO ESTRUCTURAL NIVEL DE DAÑO
PELIGRO SP-1 SP-2 SP-3 SP-4 SP-5
SÍSMICO DESPRECIABLE DESP-LEVE LEVE MEDIO SEVERO
FRECUENTE
DISEÑO
MAXIMO
B. TIEMPO ESPERADO DE RECUPERACION
PELIGRO INMEDIATO CORTO MODERADO LARGO MUY LARGO
SÍSMICO (HORAS) (SEMANAS) (MESES-AÑO) MAS 1 AÑO (TAL VEZ NUNCA)
FRECUENTE
DISEÑO
MAXIMO
C. DESEMPEÑO NO ESTRUCTURAL NIVEL DE DAÑO
PELIGRO NP-A NP-B NP-C NP-D NP-E
SÍSMICO DESPRECIABLE LEVE-MEDIO MEDIO-SEVERO SERVERO NO CONSIDERA
FRECUENTE
DISEÑO
MAXIMO
BART: Operacional para Maximum Considered Earthquake
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Por operación Manual
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VARIABLES DE DISEÑO
• Aceleración
• Velocidad
• Desplazamiento
• Espectro de Respuesta
• Registros Sísmico
• Variación espacial de la demanda
(propagación de onda - coherencia)
NORMAS
REGLAMENTOS
RECOMENDACIÓN PRÁCTICAS
• Coherencia:
• Paso de Onda
• Dimensión de la fuente
• Diversidad del tipo de suelo
• Efecto de modificación por condiciones
locales de suelo.
ESTUDIOS DE AMENAZA
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Foto: Boroschek

¿QUÉ DEBO
PEDIR/CONSIDERAR?
Del Sismo:
• Frecuente – Condición Operacional
• Mayor – Condición de Diseño
• Extremo – Máximo
Posible/Capaz/Histórico/Considerado
Definición Determinística (lo se todo)
• Magnitud
• Ubicación
• Condiciones locales, etc.
Definición Probabilística (creo saber cosas)
• Vida Útil (25, 50, 75, 100 años)
• Probabilidad de excedencia del valor de diseño (2, 5,
10, 50%)
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Determinación Probabilidad Excedencia: Modelo Poisson
Si N es el numero de eventos esperados, λ es la tasa
media de ocurrencia del evento y t es el tiempo de
interés:
P N = n = λt n e −λt
n!
La probabilidad de ocurra 1 o más eventos es:
P N ≥ 1 = 1 − P N = 0 = 1 − e −λt
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P N ≥ 1 = 1 − P N = 0 = 1 − e −λt
Alternativamente si me doy la probabilidad P Y T ≥ y ∗ que se exceda en un período T
λ y∗ = − ln 1 − P Y T ≥ y ∗
T
Probabilidad
de Excedencia
P[Y >y]
en T=50 años
de vida útil
Tasa
Excedencia
Período de
retorno
(años)
10% 0.0021052 475 (~500)
Ns NM NR
= P
Y y*| m ,r
f ( m ) f ( r ) mr
y*
i ji ki Mi j Ri k
i= 1 j= 1 k=
1
5% 0.0010256 975 (~1000)
2% 0.0004040 2475 (~2500)
T R = 1
λ y∗
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Modificado de Baker

¿PORQUÉ LOS VALORES DE ESTUDIOS DE
LA AMENAZA HAN SUBIDO?
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CHILE A HISTORY OF LARGE EQ
Modified from Comte
Loveless et al., 2010.
DATE MAGNITUDE APROX LOCATION
1570 Feb.8 8 - 8 1/2 Concepcion
1575 Dec. 16 8 1/2 Valdivia
1604 Nov.24 8 1/2 North de Arica
1647 May. 13 8 1/2 Valparaiso
1657 Mar. 15 8 Concepcion
1730 Jul. 8 8.8 Valparaiso
1737 Dec. 24 7 1/2 - 8 Valdivia
1751 May. 25 8 1/2 Concepcion
1796 Mar. 30 7 1/2 - 8 Copiapo
1819 Apr. 3-11 8.3 Copiapo (3 EQ}
1822 Nov. 19 8 1/2 Valparaiso
1835 Feb.20 8 - 8 1/2 Concepcion
1837 Nov.7 8 Valdivia
1868 Aug.13 8 1/2 Arica
1877 May.9 8 lquique
1880 Aug. 15 7 1/2 - 8 Illapel
1906 Aug.16 7.9 Valparaiso
1922 Nov.10 8.4 Vallenar
1928 Dec. 1 8.4 Talca
1939 Jan.24 8 - 8.3 Chillan
1943 Abr. 6 8.3 Illapel
1950 Dec. 9 8 Calama
1960 May. 22 9.5 Sur de Chile
1966 Dec. 28 8.1 Taltal
1985 Mar. 3 7.8 Zona Central
1995 Jul. 30 8 Antofagasta
2001 Jun.23 8.4 South Peru
2005 Jun.13 7.8 Tarapaca
2010 Feb.27 8.8 Center-South
2014 Apr. 1 8.2 Iquique
2015 Sep. 16 8.3 Canela Baja
Aproximadamente 1 cada 15 años

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REGIONALIZACIÓN
Zonas utilizadas en este estudio definidas según Susa (2004)
Memoria I Nuñez
Guía Boroschek-Comte

ZONA SISMOGÉNICA
Memoria I Nuñez
Guía Boroschek-Comte
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IDENTIFICACIÓN DE ZONAS SISMOGÉNICAS
Sismicidad histórica y reciente
redes globales
Sismicidad redes locales
permanentes o temporales
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Selección de leyes de:
Atenuación=GMPE=GMM
GMPE= Ground Motion Prediction Equation
GMM= Ground Motion Model
• Magnitud
• Distancia
• Tipos fuente, tamaño, asperezas,
barreras, caída, esfuerzo
• Direccionalidad
• Condición de trayectoria
• Condición de sitio
log 10 ( Y) = C 1 + C 2 M w + C 3 H + C 4 R − g log 10 ( R) + C 5 Z
• Intensidad del movimiento
• Características del movimiento
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Contreras, V., Boroschek, R., “Strong Ground Motion Attenuation Relations for Chilean Subduction Zone Interface Earthquakes”. 15 WCEE. 2012.

MONTALVA ET AL (2017)
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ATENUACIÓN INTERPLACA SUELO C
Fig. Ing. Ivan Lopez-Jara

ATENUACIÓN INTERPLACA SUELO C
Fig. Ing. Ivan Lopez-Jara

Generación de Registros Artificiales
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DEMANDA EN PROFUNDIDAD
• Propagación de onda y respuesta de sitio
• Modelos resuelven en forma parcial el
problema. (1D, 2D, 3D)
Hashash et al
¿Pero cual es el límite inferior?
Zhang et al
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¿CÓMO REDUCIMOS LA INCERTIDUMBRE?
Haciendo las cosas bien
MIDIENDO
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Kinemetrics
Nanometrics
Guralp
Trimble
Analog
Devices
MicronOptics
Luna
Microsoft
RapberryShak
e
FLIR
DJI
Buysnip.com
WORLD ECONOMIC FORUM JANUARY 9, 2019:
“THIS IS WHAT THE CITIES OF THE FUTURE COULD
LOOK LIKE”
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SHM – FULLY AUTONOMOUS
Sensing, Processing and
Communicating System
Hardware - Software
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IEC

SENSORES DE FIBRA ÓPTICA:
TOPOLOGÍAS
Dr. Alexis Méndez

VENTAJAS FIBRA
ÓPTICA
Dr. Alexis Méndez
Ala de material compuesto
Source: NASA Langley
400 galgas eléctricas
3000 sensores de fibra

Monitoreo de Ductos con Fibra Óptica:
Ventajas
Fotos: Dr. Alexis Méndez
32

STRAIN MONITORING
ULSAN TUNNEL
IN TUNNELS:
• Integration of aluminum beams and
arches for the monitoring of vertical
deformation and pre-collapse warning
system.
Cortesía : Dr. Alexis Méndez

CONVERGENCE CALCULATION
ε
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ε
ε
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ε
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Strain sensors
ε
ε
ε
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T
ε
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ε
ε
T
ε
T
Slide 34

BUT… CAMERAS AND
VIDEOS ARE EVERYWHERE
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Video: Flowtite South Africa

Video: Flowtite South Africa

Video: Flowtite South Africa

ARE WE THERE YET?
NON SHM Instrumentation
• Ground Level EQ Instrumentation.
• Early Warning Systems
• Real time structural data
Structural Health Status Monitoring
• Nuclear
• LNG
• Dams
• Hospitals
• Bridges
• Data Centers
• Office Buildings
• Residential
• Pipelines
• Tunnels
Demostration or Research Structure
WORLD ECONOMIC FORUM JANUARY 9, 2019:
“THIS IS WHAT THE CITIES OF THE FUTURE COULD
LOOK LIKE”