Modelamiento numérico de asentamientos inducidos por licuación en la zona subductiva chilena.

Abstract

La respuesta dinámica del sitio Los Presidentes en Concepción, Chile, afectado por la licuación durante el terremoto del Maule de 2010 Mw 8.8, es estudiada a través de una serie de análisis dinámicos no lineales (NDAs) bidimensionales (2D) utilizando una caracterización geoestadística del subsuelo, con el objetivo de investigar los patrones de asentamiento y los principales mecanismos de deformación involucrados. Este sitio, caracterizado por un depósito superficial de arenas limpias y limosas intercaladas seguida de una unidad de arena densa, contaba con cuatro torres residenciales idénticas que experimentaron diferentes niveles de asentamiento, con valores máximos que oscilaron entre 7 y 40 cm para la torre más dañada y 0 cm para la estructura menos afectado. Se utilizaron datos de ensayos de penetración estándar (SPT), ensayos de penetración de cono (CPT) y perfiles de velocidad de onda de corte (Vs) en un modelo de kriging ordinario tridimensional (3D) para tener en cuenta la variabilidad espacial inherente al suelo. Se definieron ocho transectos representativos para realizar los NDA empleando los modelos constitutivos PM4Sand y PM4Silt implementados en la plataforma computacional OpenSees. Los resultados sugieren que el mecanismo de deformación inducido por el corte controla la respuesta dinámica del sitio en la mayoría de los casos, mientras que las deformaciones volumétricas inducidas contribuyen, pero en menor medida, a los asentamientos superficiales. Los asentamientos superficiales calculados numéricamente y el rango de amplitud de estos concuerdan con las mediciones LiDAR y de terreno realizadas post-terremoto en 3 de las 4 torres, mientras que los índices de vulnerabilidad a la licuación comúnmente utilizados (e.g., LPI, LSI, LSN, y Sv) subestiman en gran medida los asentamientos observados. Los resultados de este caso histórico ponen de manifiesto las capacidades y limitaciones del uso de NDAs para estimar los patrones de deformación en superficie en sitios licuables sometidos a megaterremotos, destacando también la notable diferencia en la magnitud de los asentamientos en comparación con un terremoto cortical.

The dynamic response of the Los Presidentes site in Concepción, Chile, affected by soil liquefaction during the 2010 Mw 8.8 Maule earthquake, was analyzed through a series of two-dimensional (2D) nonlinear dynamic analyses (NDAs) using a geostatistical characterization of the subsurface, to investigate the settlement patterns and the main deformation mechanisms involved. This site, characterized by a shallow deposit of interbedded clean and silty sands followed by a dense sand unit, included four identical residential towers that experienced different settlement patterns, with maximum values ranging from 7 to 40 cm for the most damaged tower to zero for the less affected building. Data from standard penetration tests (SPT), cone penetration tests (CPT), and shear-wave velocity (Vs) profiles were used in a three-dimensional (3D) ordinary kriging model to account for the inherent soil spatial variability. Eight representative transects were employed to perform the NDAs using the PM4Sand and PM4Silt soil constitutive models implemented in the OpenSees computational platform. The results suggest that the shear-induced deformation mechanism controls the dynamic response of the site in most cases, while volumetric-induced deformations contribute, but to a lesser extent, to the surface settlements. The numerically computed patterns and amplitude range of the surface settlements matched well post-earthquake LiDAR and field measurements for 3 of the 4 towers, while commonly used liquefaction manifestation indexes (e.g., LPI, LSI, LSN, and Sv) greatly underestimated the observed settlements. The results of this case history highlight the capabilities and limitations of using NDAs to estimate surface deformation patterns in liquefiable sites subjected to megathrust earthquakes, also noting the remarkable difference in the magnitude of the settlements compared to a shallow crustal ground motion.