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7.51. Dinámica de Suelos (Obligatorio)

7.51.1. Justificación ↑ Volver arriba

Dinámica de Suelos es una electiva avanzada de la línea de Ingeniería Geotécnica que extiende el marco estático de resistencia al corte y deformación desarrollado en Mecánica de Suelos II hacia el régimen de carga variable en el tiempo relevante para sismos y maquinaria vibratoria. El curso comienza con los fundamentos teóricos de los sistemas dinámicos de un grado de libertad y la propagación unidimensional de ondas a través de depósitos de suelo, y luego desarrolla las herramientas necesarias para caracterizar la sismicidad, procesar señales de movimiento fuerte y determinar las propiedades dinámicas de los suelos a partir de ensayos de laboratorio y campo. Esta base sustenta el análisis de la respuesta sísmica de sitio y la estabilidad sísmica de taludes, estructuras de retención y cimentaciones, y se aplica a dos problemas de diseño de escala marcadamente distinta: el diseño de cimentaciones para maquinaria vibratoria bajo cargas dinámicas de estado estacionario, y la evaluación, mitigación y análisis post-sísmico de la licuefacción del suelo, incluyendo la resistencia residual de suelos licuados. Como electiva de especialización posterior a Mecánica de Suelos I y II, el curso prepara a los estudiantes para realizar los análisis sísmicos geotécnicos requeridos en el ejercicio profesional en un país de alta sismicidad.

7.51.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

1. Formular modelos dinámicos de un grado de libertad y ecuaciones de propagación unidimensional de ondas para caracterizar cómo viajan las ondas sísmicas a través de depósitos de suelo.
2. Caracterizar la sismicidad regional, clasificar sismos según sus consecuencias esperadas y procesar señales de movimiento fuerte para su uso en el análisis sísmico geotécnico.
3. Determinar las propiedades dinámicas de los suelos a partir de ensayos de laboratorio y campo para su uso en análisis de respuesta sísmica y licuefacción.
4. Realizar análisis de respuesta sísmica de sitio para estimar la amplificación del movimiento del terreno y los movimientos de diseño.
5. Analizar la estabilidad sísmica de taludes, estructuras de retención y cimentaciones mediante métodos pseudo-estáticos y basados en desempeño.
6. Diseñar cimentaciones de maquinaria vibratoria considerando la rigidez dinámica suelo-cimentación, la evitación de resonancia y las amplitudes de vibración permisibles.
7. Evaluar la susceptibilidad y el desencadenamiento de la licuefacción, evaluar sus efectos en estructuras e infraestructura, y seleccionar medidas de mitigación incluyendo el mejoramiento del terreno.
8. Evaluar la resistencia residual de suelos licuados y realizar análisis de estabilidad post-sísmico.

7.51.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

ABET-1) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas complejos de ingeniería aplicando principios de ingeniería, ciencias y matemáticas. (Usage)

ABET-2) Habilidad para aplicar el diseño en ingeniería y producir soluciones que satisfagan necesidades específicas considerando la salud pública, seguridad y bienestar, así como factores globales, culturales, sociales, ambientales y económicos. (Usage)

ABET-6) Habilidad para desarrollar y conducir experimentación apropiada, analizar e interpretar datos, y utilizar el criterio de ingeniería para obtener conclusiones. (Usage)

7.51.4. Contenido ↑ Volver arriba

7.51.4.1. Ingeniería Geotécnica Sísmica (42 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-2,ABET-6] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Kramer, 1996; Das, 1983; Prakash, 1981)

Temas

1. Sistemas dinámicos de un grado de libertad y propagación unidimensional de ondas en depósitos de suelo
2. Respuesta del sitio y amplificación del movimiento del terreno
3. Análisis de amenaza sísmica y movimientos del terreno de diseño
4. Susceptibilidad a la licuefacción y mecanismos desencadenantes
5. Relación de esfuerzos cíclicos y procedimientos de evaluación de licuefacción
6. Efectos de la licuefacción en estructuras e infraestructura
7. Propiedades dinámicas del suelo y ensayos de laboratorio
8. Diseño de cimentaciones para maquinaria vibratoria bajo cargas dinámicas
9. Métodos de mejoramiento del terreno para mitigar la licuefacción
10. Desplazamiento lateral y fallas por flujo
11. Asentamiento inducido sísmicamente y capacidad portante
12. Diseño basado en desempeño para ingeniería geotécnica sísmica

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Formular modelos de un grado de libertad y ecuaciones de propagación unidimensional de ondas para caracterizar la transmisión de ondas sísmicas a través de depósitos de suelo [Usar]
2. Explicar efectos de respuesta del sitio y características del movimiento del terreno [Familiarizarse]
3. Determinar movimientos del terreno de diseño para análisis sísmico geotécnico [Evaluar]
4. Evaluar susceptibilidad a la licuefacción usando datos de investigación de campo [Usar]
5. Calcular relaciones de esfuerzos cíclicos y evaluar el potencial de licuefacción [Evaluar]
6. Evaluar las consecuencias de la licuefacción en cimentaciones y estructuras [Familiarizarse]
7. Caracterizar propiedades dinámicas del suelo a partir de ensayos de laboratorio y campo [Usar]
8. Dimensionar cimentaciones de maquinaria considerando la rigidez dinámica suelo-cimentación, la evitación de resonancia y las amplitudes de vibración permisibles [Evaluar]
9. Seleccionar y diseñar métodos de mejoramiento del terreno para mitigar la licuefacción [Evaluar]
10. Predecir desplazamientos por desplazamiento lateral y potencial de falla por flujo [Usar]
11. Analizar asentamientos inducidos sísmicamente y capacidad portante reducida [Evaluar]
12. Implementar enfoques basados en desempeño para diseño geotécnico sísmico [Evaluar]

7.51.4.2. Análisis y Estabilización de Taludes (6 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Duncan et al., 2014)

Temas

1. Análisis de taludes infinitos para geometrías simples
2. Método de las dovelas y análisis de equilibrio límite
3. Superficies de falla circulares y no circulares
4. Determinación del factor de seguridad y criterios de aceptación
5. Cartas de estabilidad y métodos simplificados
6. Tipos de deslizamientos y mecanismos de falla
7. Estabilidad sísmica de taludes y análisis pseudo-estático
8. Métodos de estabilización, incluyendo drenaje y refuerzo
9. Sistemas de monitoreo y alerta temprana para taludes inestables
10. Análisis probabilístico de estabilidad de taludes

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Realizar análisis de estabilidad de taludes infinitos para taludes uniformes [Evaluar]
2. Aplicar el método de las dovelas para analizar la estabilidad de taludes [Usar]
3. Analizar taludes con superficies de falla circulares y no circulares [Evaluar]
4. Calcular factores de seguridad e interpretar los resultados [Usar]
5. Usar cartas de estabilidad para evaluación rápida de taludes [Evaluar]
6. Identificar tipos de deslizamientos y sus características distintivas [Familiarizarse]
7. Evaluar la estabilidad sísmica usando métodos pseudo-estáticos [Usar]
8. Diseñar medidas de estabilización de taludes para modos de falla específicos [Evaluar]
9. Implementar sistemas de monitoreo para taludes potencialmente inestables [Usar]
10. Conducir análisis probabilístico de estabilidad considerando la incertidumbre de los parámetros [Evaluar]

7.51.4.3. Técnicas de Mejoramiento de Suelos (6 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Koerner, 2012; Das, 2019)

Temas

1. Métodos de compactación, incluyendo técnicas dinámicas y vibratorias
2. Columnas de grava y métodos de vibro-sustitución
3. Precarga y drenes verticales para tratamiento de suelos blandos
4. Técnicas de mezcla profunda e inyección a alta presión (jet grouting)
5. Estabilización química y métodos de inyección

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Seleccionar métodos apropiados de mejoramiento de suelos para condiciones específicas [Familiarizarse]
2. Diseñar sistemas de columnas de grava para reducción de asentamientos [Evaluar]
3. Calcular la reducción del tiempo de consolidación usando drenes verticales [Usar]
4. Identificar tipos de geosintéticos y sus aplicaciones ingenieriles [Familiarizarse]
5. Dimensionar el refuerzo para estructuras de tierra mecánicamente estabilizada [Evaluar]

7.51.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

Kramer, S. L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall.

Das, B. M. (1983). Fundamentals of Soil Dynamics. Elsevier.

Prakash, S. (1981). Soil Dynamics. McGraw-Hill.

Duncan, J. M., Wright, S. G., and Brandon, T. L. (2014). Soil Strength and Slope Stability. John Wiley & Sons, 2nd edition.

Koerner, R. M. (2012). Designing with Geosynthetics. Xlibris Corporation, 6th edition.

Das, B. M. (2019). Principles of Geotechnical Engineering. Cengage Learning, 9th edition.