Caracterización dinámica del Depósito Fluvio-Lacustre de Tunja, empleando ensayos Bender Element

Abstract

The response of a soil to a seismic event is determined by its dynamic properties, its stratigraphic layout and the topography of the area. Currently there are different field and laboratory tests, which allow to know these dynamic properties, with some advantages and disadvantages in terms of their execution time, accuracy in results and cost. In this book we present the results of the dynamic properties of soils found in the fluviolacustrial deposit of the city of Tunja, determined through the Bender Element test and some triaxial tests, in order to contribute to the process of dynamic characterization of the city and therefore to its seismic microzoning. For the development of this research the soils samples had been collected in unaltered condition (minimum 30) in the companies of geotechnical studies of the city, initially couldn’t get any, because they had no recent studies in the study area, for this reason seven probings were conducted at sites located in the fluvio-lacustrine deposit of the city of Tunja in order to obtain the necessary samples for the investigation. Drilling was carried out with the UPTC manual drilling equipment, with depths until 9 meters. Completing the tests proposed for the investigation, the company López Hermanos Ltda. maked a geotechnical study in the study area, located in front of the Coliseum, from where two samples were received. In the same way, the company Civilterra S.A.S received two samples of a study carried out in the neighborhood of Las Quintas. Parallel to the process of sample collection, all available information from the existing dynamic and geotechnical characterization studies of the City of Tunja was consulted with the aim of complementing the research and being able to both validate and compare the results obtained. With the obtained soil samples, 32 Bender Element tests were carried out to determine the shear wave propagation velocities (Vs) and compressive wave velocity (Vp). These tests were performed on the natural moisture at which the soil was, then in saturated condition and for three different levels of consolidation, this to generate variation in the empty relation and to observe how these conditions affected the wave velocities. After running the Bender Element tests, the index properties of each of the samples were determined by means of moisture tests, Atterberg limits, specific gravity, organic matter content and granulometric analysis. For three of the samples obtained three cyclic triaxial tests were carried out. With the results obtained the following analysis were made: - Comparison of the variation of wave velocities for different test conditions. - Graphs were constructed in order to observe the variation of the shear wave velocity (Vs) as a function of properties such as: plasticity index, liquid limit and humidity. - The dynamic properties of the soil were determined. - The advantages and disadvantages of the Bender Element trial were identified areas of homogeneous behavior of the fluvio-lacustrial deposit of the city of Tunja were generated, according to the values of shear wave velocity (Vs) and compressive wave velocity (Vp) obtained by the Bender Element test; for which ArcGIS software version 10.4 was used. Finally, the results obtained were analyzed, comparing them and complementing them with projects and research already carried out.

La respuesta de un suelo ante un evento sísmico está determinada por sus propiedades dinámicas, su disposición estratigráfica y la topografía de la zona. Actualmente existen diferentes ensayos de campo y de laboratorio que permiten conocer estas propiedades dinámicas, con algunas ventajas y desventajas en cuanto a su tiempo de ejecución, precisión en los resultados y costo. En el presente libro se dan a conocer los resultados de las propiedades dinámicas de los suelos encontrados en el depósito fluviolacustre de la ciudad de Tunja, determinadas mediante el ensayo Bender Element y algunos ensayos triaxiales, con el fin de contribuir al proceso de caracterización dinámica de la ciudad y, por consiguiente, a su microzonificación sísmica. Para el desarrollo de esta investigación se tenía planteada la recolección de muestras de suelo en condición inalterada(mínimo 30), en las empresas de estudios geotécnicos de la ciudad en las cuales inicialmente no se logró obtener ninguna ya que no contaban con estudios recientes en la zona de estudio, por tal razón se procedió a la realización siete sondeos en sitios ubicados dentro del depósito fluviolacustre de la ciudad de Tunja, con el fin de obtener las muestras necesarias para la investigación. Las perforaciones se realizaron con el equipo de perforación manual de la UPTC, con profundidades de hasta 9 m. Terminando los ensayos planteados para la investigación la empresa López Hermanos Ltda. realizó un estudio geotécnico dentro de la zona de estudio, localizado frente al Coliseo, de donde se recibieron dos muestras. De igual manera, de la empresa Civilterra S.A.S se recibieron dos muestras de un estudio de suelos realizado en el barrio las Quintas. Paralelamente al proceso de recolección de muestras, se consultó toda la información disponible de los estudios de caracterización dinámica y geotécnica existentes de la Ciudad de Tunja con el objetivo de complementar la investigación y poder tanto validar como comparar los resultados obtenidos. Con las muestras de suelo obtenidas, se realizaron 32 ensayos de Bender Element para determinar las velocidades de propagación de onda cortante (Vs) y de onda compresiva (Vp). Estos ensayos se realizaron en la humedad natural a la cual se encontraba el suelo, posteriormente en condición saturada y para tres niveles de consolidación diferentes, esto para generar variación en las relaciones de vacíos y poder observar de qué manera estas condiciones afectaban las velocidades de onda. Después de ejecutar los ensayos Bender Element se determinaron las propiedades índice de cada una de las muestras por medio de ensayos de humedad, límites de Atterberg, gravedad específica, contenido de materia orgánica y análisis granulométrico. Para tres de las muestras obtenidas se realizaron ensayos triaxiales cíclicos, con el fin de comparar sus resultados con los obtenidos por medio del ensayo Bender Element. Con los resultados obtenidos se realizaron los siguientes análisis: - Comparación de la variación de las velocidades de onda para diferentes condiciones del ensayo. - Realización de gráficas con el fin de observar la variación de la velocidad de onda cortante (Vs) en función de propiedades como: Índice de Plasticidad, Límite líquido y humedad. - Determinación de las propiedades dinámicas del suelo: Velocidad de onda cortante (Vs), Velocidad de onda compresiva (Vp), Módulo de cortante máximo (Gmax) y relación de Poisson (ν). - Identificación de las ventajas y desventajas del ensayo Bender Element - Definición de zonas de comportamiento homogéneo del depósito fluviolacustre de la ciudad de Tunja, de acuerdo con los valores de velocidad de onda cortante (Vs) y velocidad de onda compresiva (Vp) obtenidos mediante el ensayo Bender Element; para lo cual se empleó el software ArcGIS versión 10.4. Finalmente se analizaron los resultados obtenidos, comparándolos y complementándolos con proyectos e investigaciones ya realizadas.