GEO-RIESGOS EN AGUAS
PROFUNDAS
Juan Manuel Mayoral Villa
Grupos principales:
Riesgos relacionados con la inestabilidad del lecho marino
(a pequeña y gran escala).
Riesgos relacionados con perforaciones y producción
Geo-riesgos en aguas profundas
Principales efectos de inestabilidad del
fondo marino.
Estabilidad
del fondo
oceánico
Geo-riesgos en aguas profundas
Análisis no-lineal de la
respuesta sísmica de
taludes sumergidos
Geo-riesgos en aguas profundas
Objetivo:
Se presenta un procedimiento de fácil aplicación práctica, para
la evaluación de la respuesta sísmica de taludes submarinos
en suelos predominantemente arcillosos, que se basa en un
modelo numérico unidimensional que incorpora una ley
constitutiva no-lineal. El modelo constitutivo es capaz de
predecir la evolución de la presión de poro antes, durante y al
final del sismo.
Geo-riesgos en aguas profundas
Casos Históricos
26 dic. 2004, Mw=9.34
Banda Aceh, Indonesia, antes del tsunami (Digital Globe)
Geo-riesgos en aguas profundas
Casos Históricos
26 dic. 2004, Mw=9.34
Banda Aceh, Indonesia, después del tsunami (Digital Globe)
Geo-riesgos en aguas profundas
Casos Históricos
Nayarit
Jalisco
Colima
Michoacán
Guerrero
Oaxaca
Chiapas
Escenario sismo-tectónico de la costa del Pacífico
de México (Farreras et al., 2005).
Geo-riesgos en aguas profundas
Descripción del
problema
Geo-riesgos en aguas profundas
Talud hipotético de arcilla de pendiente a
Geo-riesgos en aguas profundas
Variación de la densidad, r, y la resistencia, su,
con la profundidad.
Geo-riesgos en aguas profundas
Variación del módulo, G , y velocidad, Vs, con
la profundidad.
máx
Gmáx
Geo-riesgos en aguas profundas
Distribuciones del coeficiente de consolidación,
cv, con la profundidad.
Geo-riesgos en aguas profundas
Historias de aceleraciones y espectros de
respuesta.
Superficial
Geo-riesgos en aguas profundas
Subducción
Descripción del
modelo numérico
Geo-riesgos en aguas profundas
Modelo idealizado
NAF
m1
ü m1
ü mj
ü
h1
G 1,  1
mj
G j,  j
m j+ 1
G j+ 1,  j+ 1
 M   u    C   u    K   u    P  t 
hj
 m el 
h
j+ 1
m j+ 1
 k  el
r j h j  2  Fm

6  1  Fm
Gj  1


h j 1
1  Fm 

2  Fm 
 1

1 
P la n o p o te n cia l d e fa lla

p
ü m oo
a
m oo

c
G oo ,  oo
a
t
S is m o
Geo-riesgos en aguas profundas
h oo
 c  el
 a el  m  el   el  k  el
Condiciones de frontera para resolver el
problema de difusión.
D re n a je lib re
 cv   u 
S u e lo
Geo-riesgos en aguas profundas
t
 A      t  t  a   t   t
  D     t   t     t    0
 D el
R o ca im p e rm e a b le
u
 hel 1 

 
2 1 
 A el
c v el  1


 hel   1
 1

1 
Estado de esfuerzos idealizado
asumidos en el modelo.
Gmáx
Geo-riesgos en aguas profundas
Propiedades del modelo constitutivo
utilizadas en los análisis.
Geo-riesgos en aguas profundas
Análisis paramétrico
Evento superficial
Evento de subducción
Geo-riesgos en aguas profundas
Evento
superficial
Geo-riesgos en aguas profundas
Respuesta dinámica del talud en
términos de espectros de respuesta.
Geo-riesgos en aguas profundas
Respuesta dinámica del talud en
términos de historias de aceleraciones.
Geo-riesgos en aguas profundas
Ciclos de histéresis generados
durante el evento dinámico.
Geo-riesgos en aguas profundas
Historia de desplazamientos
Geo-riesgos en aguas profundas
Variación de la presión de poro antes,
durante, y después del sismo (Caso 1).
Geo-riesgos en aguas profundas
Variación de la presión de poro antes,
durante, y después del sismo (Caso 2).
Geo-riesgos en aguas profundas
Efecto del coeficiente de consolidación
Caso 1
Geo-riesgos en aguas profundas
Caso 2
Evento de
subducción
Geo-riesgos en aguas profundas
Respuesta dinámica del talud en
términos de historias de aceleraciones.
Geo-riesgos en aguas profundas
Ciclos de histéresis generados durante
el evento dinámico.
Geo-riesgos en aguas profundas
Historia de desplazamientos
Geo-riesgos en aguas profundas
Variación de la presión de poro antes,
durante, y después del sismo (Caso 1).
Geo-riesgos en aguas profundas
Variación de la presión de poro antes,
durante, y después del sismo (Caso 2).
Geo-riesgos en aguas profundas
Efecto del coeficiente de consolidación
Caso 1
Geo-riesgos en aguas profundas
Caso 2
Trayectorias de esfuerzos a 2.5 m de
profundidad.
Evento superficial
Geo-riesgos en aguas profundas
Evento de subducción
Influencia del ángulo del talud
4
D e form ac ión a n gu la r, (% )
S ism o d e M a n za n illo
a   
a   
a    
3
2
Ángulo
del talud
0°
5°
10°
1
0
-1
0
20
40
60
80
100
12 0
1 40
160
T ie m p o , t (s )
Variación de la deformación angular
en el tiempo.
Geo-riesgos en aguas profundas
Deformación
angular máxima (%)
0.0942
1.6591
3.1577
Deformación angular
permanente (%)
0.0084
1.6578
3.1564
24
EDEPP
EGEPP
EDEPP
16
EGEPP
EDEPP
20
EGEPP
E xce so d e p re sió n d e p o ro ,    (kP a )
Influencia del estado de esfuerzos
12
8
4
Lom a
P rie ta
C a sca d ia
0
50
100
150
200
250
300
326
0
2
0
2 4 .5
0
M a n za n illo
3
0
50
100
1 5 4 .6
0
4
8
12
16
T ie m p o , t
D u ra n te sism o (tie m p o e n s)
D e sp u é s d e l sism o (tie m p o e n a ñ o s)
E G E P P : E ta p a d e g e n e ra ció n d e l e xce so d e p re sió n d e p o ro
E D E P P : E ta p a d e d isip a ció n d e l e xce so d e p re sió n d e p o ro
Influencia del comportamiento a largo plazo en la respuesta del
talud a una profundidad de 50 m.
Geo-riesgos en aguas profundas
20
EDEPP
EGEPP
EDEPP
36
EGEPP
EGEPP
38
EDEPP
Influencia del estado de esfuerzos
E sfu e rzo co rta n te ,  (kP a )
32
28
24
20
16
12
8
4
Lom a
P rie ta
C a sca d ia
0
50
100
150
200
250
300
326
0
2
0
2 4 .5
0
M a n za n illo
3
0
50
100
1 5 4 .6
0
4
8
12
16
20
T ie m p o , t
D u ra n te sism o (tie m p o e n s)
D e sp u é s d e l sism o (tie m p o e n a ñ o s)
E G E P P : E ta p a d e g e n e ra ció n d e l e xce so d e p re sió n d e p o ro
E D E P P : E ta p a d e d isip a ció n d e l e xce so d e p re sió n d e p o ro
Influencia del comportamiento a largo plazo en la respuesta del
talud a una profundidad de 50 m.
Geo-riesgos en aguas profundas
Influencia del estado de esfuerzos
EDEPP
EGEPP
EDEPP
223
EGEPP
EDEPP
227
EGEPP
E sfu e rzo n o rm a l, n (kP a )
231
219
215
211
207
0
Lom a
P rie ta
C a sca d ia
50
100
150
200
250
300
326
0
2
0
2 4 .5
0
M a n za n illo
3
0
50
100
1 5 4 .6
0
4
8
12
16
T ie m p o , t
D u ra n te sism o (tie m p o e n s)
E G E P P : E ta p a d e g e n e ra ció n d e l e xce so d e p re sió n d e p o ro
D e sp u é s d e l sism o (tie m p o e n a ñ o s)
E D E P P : E ta p a d e d isip a ció n d e l e xce so d e p re sió n d e p o ro
Influencia del comportamiento a largo plazo en la respuesta del
talud a una profundidad de 50 m.
Geo-riesgos en aguas profundas
20
Conclusiones
 Las evaluaciones del riesgo de falla de taludes submarinos deben
considerar explícitamente el comportamiento no-lineal del suelo a través
de un esquema que permita tomar en cuenta las características principales
del sismo, intensidad, duración y contenido de frecuencias, explícitamente
en los análisis.
 El modelo constitutivo empleado para caracterizar el geo-material debe de
ser capaz de predecir, con un número de parámetros limitado y de fácil
obtención práctica, la evolución de la presión de poro antes durante y al
final de evento dinámico, y su impacto en la reducción de resistencia no
drenada del suelo y los desplazamientos permanentes asociados. Esto debe
tenerse en cuenta en el diseño de cimentaciones de obras costeras o fuera
de costa, aledañas al sitio en cuestión.
Geo-riesgos en aguas profundas
Conclusiones
 La presión de poro acumulada durante un terremoto puede tardar décadas
en disiparse, lo que debe tomarse en cuenta en el análisis para evaluar el
riesgo de falla del talud durante réplicas u otros sismos posteriores.
 El marco metodológico presentado aquí, además de ser de fácil aplicación
práctica, constituye una representación integral del comportamiento de
suelos durante carga cíclica.
Geo-riesgos en aguas profundas
Investigación en desarrollo
 Actualmente se esta modificando la metodología descrita para aplicarla al
análisis de interacción sísmica de estructuras piloteadas o ancladas con
celdas de succión.
 Se sigue trabajando en la implementación del modelo en una plataforma
numérica más robusta.
 Se están desarrollando alternativas experimentales para obtener
parámetros del modelo .
Geo-riesgos en aguas profundas
los
Geo-riesgos en aguas profundas
Fuerzas actuando sobre una plataforma marina
E structura
V iento f(t)
P eso propio
O leaje f(t)
P ilotes
t
S ism o f(t)
Geo-riesgos en aguas profundas
 Peso propio de la estructura
principal y secundaria,
incluyendo pilotes, placas y
lastres.
 Fuerza hidrostática que actúa
sobre la estructura incluyendo
presión externa y flotación.
 Fuerzas debidas al viento.
 Fuerzas debidas a corrientes y
oleaje.
 Fuerzas sísmicas.
 Fuerzas inducidas a la
plataforma por operaciones
como perforación,
manipulación de materiales,
anclajes a barcos.
 Fuerzas inducidas por la grúa
de la cubierta.
Ejemplo de cimentación con
estructuras ancladas.
Celda de succión
Colocación de celda de succión
(Moore Engineering Services).
Geo-riesgos en aguas profundas
Esquema de las fuerzas actuando en la
celda (Tomado de Andersen et al., 2008).
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JMMayoralV