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licuefacción de suelos - consecuencias en las obras en algunos países y el perú.
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UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS
DIPLOMADO EN INGENIERIA ESTRUCTURAL: NUEVAS TENDENCIAS
EN EDIFICACIONES URBANAS E INDUSTRIALES - UPC
DISEÑO SÍSMICO AVANZADO
INFORME N°1
“LICUEFACCIÓN DE SUELOS”
PRESENTADO POR:
WILDER DOMINGUEZ
JOSE ROMERO
JUAN HURTADO
MARKOS SALVATIERRA
EINAR CARREÑO
LIMA – PERÚ
2015
DOC TG-001
TRABAJO GRUPAL PÁGINA
DISEÑO SISMICO AVANZADO – LICUEFACCIÓN DE SUELOS REV: A 2 de 13
INFORME 1
INDICE
1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 3
2 OBJETIVOS ........................................................................................................................ 4
3 METODOLOGÍA ................................................................................................................. 4
3.1 Hipótesis: ..................................................................................................................... 4
3.2 Tipo de estudio: .......................................................................................................... 4
4 LICUEFACCIÓN DE SUELOS ......................................................................................... 5
4.1 Mecanismo de licuefacción ....................................................................................... 5
4.2 Comportamiento del suelo licuefactivo ................................................................... 6
4.3 Métodos para reducir los peligros de la licuefacción ............................................ 8
4.4 Relación con la situación peruana ........................................................................... 9
4.4.1 Licuefacción de suelos en el Perú ....................................................................... 9
4.5 Mapa de Áreas de Licuación de Suelos en el Perú ............................................ 11
5 CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES ................................................................. 12
5.1 Conclusiones ............................................................................................................. 12
5.2 Recomendaciones .................................................................................................... 12
6 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 13
6.1 Bibliografía ................................................................................................................. 13
6.2 Dirección electrónica ................................................................................................ 13
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Asentamiento de vivienda por licuefacción de suelos ......................................... 3
Figura 2: Nivel de agua en zonas de licuefacción ................................................................. 6
Figura 3: Características del suelo (arena). ........................................................................... 6
Figura 4: Curvas esfuerzo-deformación-presión intersticial. ............................................... 7
Figura 5: Cinturón de fuego del pacifico. ................................................................................ 9
Figura 6: Mapa áreas de licuefacción de suelos en el Perú. ............................................. 11
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1 INTRODUCCIÓN
El poder destructivo de la licuefacción del suelo durante un sismo fue observado
en 1964 en Alaska y en Niigata Japón. En Alaska inhabilito 250 autopistas y
puentes. Derrumbamientos costeros causaron grandes daños a los puertos y
pérdidas humanas. En total más de la mitad de los daños por terremotos en
Alaska fueron causados por licuefacción de suelos.
Después de ocurrido el terremoto Pisco-Perú-2007, se ha realizado una serie de
estudios, observaciones y evaluaciones geotécnicas en la zona del desastre más
afectadas por este evento sísmico, considerándose principalmente las ciudades
de Ica, Pisco, Chincha y Tambo de Mora, en el departamento de Ica, Perú.
El sismo, que llegó a magnitud cercana a 8.0 Mm, ha originó los mayores daños
debido a la generación del fenómeno de licuación de las arenas, sueltas y
saturadas donde se apoyaban una gran cantidad de edificaciones de todo tipo y
equipos industriales y de comunicación, generándose la pérdida de capacidad
portante, desplazamientos y empujes laterales, desplazamiento de agua por el
agrietamiento y juntas de losas del pavimento, así como algunos pequeños giros
y hundimientos como consecuencia del desarrollo temporal de presiones
intersticiales muy altas generadas por el movimiento sísmico.
Figura 1: Asentamiento de vivienda por licuefacción de suelos
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2 OBJETIVOS
A. Explicar el fenómeno de licuefacción de suelos.
B. Explicar el comportamiento del suelo sujeto a licuefacción bajo diferentes
densidades de suelo.
C. Explicar la relación con la situación en el Perú.
D. Proveer recomendaciones para mitigar la licuefacción de suelos.
3 METODOLOGÍA
En términos generales, se han seguido las pautas establecidas en la
metodología elaborada en clase.
3.1 Hipótesis:
La licuefacción de suelos causa daños severos sobre cualquier estructural,
portante o no portante.
3.2 Tipo de estudio:
El presente informe es de tipo documental.
Primera etapa: Documental, tiene por finalidad la extracción de literatura para el
desarrollo del tema
Segunda etapa: Discusión, tiene por finalidad seleccionar y estructurar la
presentación del tema.
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4 LICUEFACCIÓN DE SUELOS
4.1 Mecanismo de licuefacción
La definición del licuefacción de suelo es “la transformación de suelo granular de
un estado sólido a un estado licuefactivo por consecuencia del incremento de la
presión de agua en los poros y la reducción del esfuerzo efectivo”.
La licuefacción de suelos es descrita por J.A. Sladen (1985) en su libro
“Licuefacción de suelos durante un sismo” como: “licuefacción es el fenómeno
donde la masa de suelo pierde un gran porcentaje de su resistencia a cortante
cuando está sujeta a cargas monotonicas, cíclicas, de impacto o flujo, y fluye de
manera semejante a un líquido hasta que esfuerzos de corte actuantes en la
masa sean tan bajos como la reducida resistencia al corte”
La licuefacción ocurre conforme las ondas sísmicas se propagan a través de las
capas de sedimento granular lo que induce deformación por cortante cíclica y
colapso por la pérdida de la estructura de las partículas. Conforme el colapso
ocurre el contacto entre granos se distorsiona y las cargas previamente
sostenidas por la fricción entre partículas son transferidas hacia el agua
intersticial entre poros. Esta transferencia aumenta la presión del agua que se
encuentra en los poros (ya que el agua no puede escapar hacia la superficie) por
lo que el agua logra recubrir las partículas de suelo creando una capa que
reducirá el esfuerzo inter-granular. Esto crea que se deforme más el suelo y a su
vez aumente más la presión de agua entre los granos de suelo. Cuando la
presión en los poros alcanza un nivel crítico el esfuerzo efectivo se aproxima a
cero y los sedimentos granulares se comportan como un líquido viscoso y la
licuefacción ha ocurrido.
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Figura 2: Nivel de agua en zonas de licuefacción
Figura 3: Características del suelo (arena).
4.2 Comportamiento del suelo licuefactivo
El comportamiento del suelo a cortante después de que se ha dado la
licuefacción se ha ensayado estática y cíclicamente en laboratorio. Las curvas
de esfuerzo, deformación y la presión de poros de tres ensayos a compresión
triaxial son mostrados en el siguiente grafico de especímenes de arena de
Ottawa preparadas con diferente densidad relativa y saturación.
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Figura 4: Curvas esfuerzo-deformación-presión intersticial.
Espécimen de prueba 4-4: Este espécimen representa un material
granular suelto. Con forme este espécimen fue cargado la presión de
poros aumento aproximándose a la presión lateral de confinamiento. En
este punto el espécimen granular entro en licuefacción y se presentaron
grandes flujos de deformación, indicado con una línea gruesa en el
gráfico. En la fase de licuefacción ocurre cerca del 20% de la deformación
a cortante en aproximadamente un segundo.
Espécimen de prueba 4-7: Tanto como con el espécimen 4-4 las
presiones intersticiales aumentaron durante la deformación inicial al corte
debido al reacomodo de las partículas. A una deformación al corte del uno
por ciento las presiones intersticiales alcanzaron un nivel crítico activando
la licuefacción y deformación de flujo. El espécimen se deformo en carga
axial un 6 por ciento en una fracción de segundo. En este punto, sin
embargo, se desarrolló dilatación en el espécimen, lo que redujo la
presión intersticial, incremento la resistencia al corte, y detiene el flujo.
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Esta contención en el flujo causa que la muestra regrese a una condición
sólida. Un aumento de carga produce una dilatación adicional en la
muestra. Para muestras saturadas ensayadas a corte bajo situaciones no
drenadas el volumen del espécimen permanece constante con la
tendencia a dilatar generando buena reducción de la presión intersticial e
incremento de la resistencia al corte. Este aumento es mostrado en la
curva esfuerzo-deformación de la prueba 4-7. Así, se observa la
resistencia al corte aumentando más del doble durante el corte después
del estado de licuefacción.
-Espécimen de prueba 4-8: Esta muestra era bastante densa como para
licuefactarse. A pesar de esto la presión de poros aumento durante la
carga inicial de la muestra. A grandes deformaciones el espécimen se
dilata fuertemente causando reducción en la presión de poros y alta
resistencia al corte. De esta manera la dilatación ocurrió antes de que la
presión en el agua en los poros aumentara lo suficiente para iniciar la
licuefacción. Cargas cíclicas de corte pueden generar un aumento en la
presión de poros y una consecuente condición de licuefacción en suelos
densos pero las deformaciones largas de flujo son evitadas por la fuerte
tendencia de dilatación. Así, la licuefacción en suelos densos no crea un
peligro considerable en un terremoto.
4.3 Métodos para reducir los peligros de la licuefacción
Básicamente, hay tres métodos para reducir los peligros de licuefacción:
a) Evitar licuefacción Susceptibles:
La construcción en suelos susceptibles de licuefacción se debe evitar. Se
requiere para caracterizar el suelo en un sitio de construcción particular
de acuerdo con los diversos criterios disponibles para determinar el
potencial de licuefacción del suelo en un sitio.
b) Construir estructuras resistentes Licuefacción:
La estructura construida debe ser resistente a la licuefacción es decir, el
diseño de los elementos de cimentación para resistir los efectos de la
licuefacción en todo caso es necesario para construir la estructura en
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suelo licuable debido a la ubicación favorable, restricción de espacio y
otras razones.
c) Mejorar el suelo:
Esto implica la mitigación de los peligros de licuefacción mediante la
mejora de las características de resistencia, densidad y el drenaje del
suelo. Esto se puede hacer usando variedad de técnicas de mejora del
suelo.
4.4 Relación con la situación peruana
4.4.1 Licuefacción de suelos en el Perú
El Perú, por ser un país que forma parte del Cinturón Circumpacífico (ver Figura
5) ubicándose frente a la Placa de Nazca que subduce debajo de la placa
Sudamericana, con un historia de grandes Terremotos y Tsunamis que han
afectado a Lima y Puerto del Callao y Chimbote 1970 ciudades como, Ica,
Arequipa y Tacna y en la Sierra en Ancash, en ceja de selva Moyobamba, Rioja
y Lamas.
Figura 5: Cinturón de fuego del pacifico.
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Los primeros estudios realizados en el Perú acerca del fenómeno de la
licuefacción de los suelos en el País, se debe en gran parte al Dr. Jorge Alva
Hurtado, quien desde los años 80 hasta la actualidad sigue aportando con
estudios y recomendaciones para prevenir los efectos dañinos que producen los
suelos licuables en las estructuras civiles, hidráulicas, etc. por acción de los
sismos que sufre nuestro País.
El Sismo de Chimbote del 31 de mayo de 1970
Quizás, el estudio científico de la licuación de suelos se inició, en el Perú, como
consecuencia del sismo del 31 de mayo de 1970, por los Ingenieros Japoneses,
quienes realizaron la Microzonificación de la Ciudad de. Dentro algunas
características del fenómeno de licuación que se presentó podemos mencionar:
Uno de los casos mejor documentados de licuación de suelos en el
Perú.
La ciudad de Chimbote se ubica a 400 km al norte de Lima,
El sismo fue de subducción con magnitud Ms = 7.8, profundidad
focal de 45 km y ocurrió 50 km costa afuera al oeste de Chimbote,
La máxima intensidad fue de IX grados en la escala de Mercalli
Modificada,
Desplazamiento lateral del terreno por licuación de depósitos
deltaicos y de playa,
Agrietamiento del terreno y compactación diferencial en el centro
de Chimbote
Volcanes de arena y eyección de agua debido a licuación.
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4.5 Mapa de Áreas de Licuación de Suelos en el Perú
En el año de 1983 el Dr. Jorge Alva Hurtado público un mapa con áreas de
licuación de suelos y que se muestra en la Figura 6. Posteriormente, el año 2003,
el Ministerio de Economía y Finanzas, a través de, la Comisión Multisectorial de
Reducción de Riesgos en el Desarrollo (CMRRD)y de la Dirección General de
Programación Multisectorial del Sector Público-MEF(DGPM), publican un MAPA
DE ÁREAS DE LICUACIÓN DE SUELOS, preparado el 2003 en una escala
1/3000000.
Figura 6: Mapa áreas de licuefacción de suelos en el Perú.
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5 CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
a) El fenómeno de licuefacción de suelos puede llegar a causar grandes
daños estructurales y pérdida de vidas producto por altas presiones
intersticiales que originan la licuación.
b) Para evitar situaciones no deseadas se debe construir sobre un suelo que
se encuentre apto para la construcción libre de problemas de licuefacción.
c) Se debe tener un estudio de la zona donde se asegure que el sitio donde
se construirá esté libre de cualquier riesgo de licuefacción (profundidad,
nivel freático, riegos de inundación).
d) Se deberá tener siempre presente el comportamiento que tendrá nuestra
cimentación en caso se presente un nivel freático alto al mismo tiempo
que un movimiento telúrico.
e) Los reconocimientos del perfil del terreno a través de ensayos tipos SPT
o CPT son los más recomendados a la hora de la caracterización de los
materiales.
5.2 Recomendaciones
a) Se recomienda, por lo visto en los ensayos de Youd, cimentar sobre un
suelo afirmado muy denso para mitigar los efectos de la licuefacción, en
caso se tenga que construir en una zona propensa a este fenómeno.
b) Se recomienda evitar un suelo con niveles freáticos altos ya que estos
podrían activar una falla por licuefacción.
c) Se debe evitar construir cerca de zonas de bordes de laderas, ríos o zonas
costeras con alta humedad y nivel freático alto a menos que se analice
correctamente la estabilidad del talud, el tipo de suelo incluyendo además
casos de inundación y sismo, implementando técnicas y/o procedimientos
para disipar los efectos de licuación.
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6 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS
6.1 Bibliografía
1) (International handbook of earthquake and engineering sismology -HK
Lee, Kanamori, Jennings, Kislinnger, pag 1158)
2) (Earthquake engineering reserch institute-Earthquake basics-Bertero,
Gath, Greene, Youd- 1994)
3) Alva Hurtado y colaboradores, (1992), Evaluación del potencial de
licuación de suelos en la ciudad de Moyobamba, IX Congreso Nacional
de Ingeniería Civil, Ica, 14 al 20 de Septiembre de 1992.
4) Braja. M., Das and Ramana, G. V., (2010), Principles of Soil Dynamics,
Second Edition, Cengage Learning, U.S.A.
5) Henríquez Pantaleón, C. I., (2005), Mejora de terrenos potencialmente
licuables con inyecciones de compactación, Tesis Doctoral, Madrid,
España.
6) Ishihara Kenji, (1996), Soil Behaviour in Earthquake Geotechnics,
Clarendon Press Oxford
7) Mike Jefferies & Ken Been, 2006, Soil Liquefaction. A critical state
approach, Taylor and Francis, New York.
6.2 Dirección electrónica
1) http://www.igeotest.com
2) http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/redacis/redacis11_a.pdf
3) http://blog.pucp.edu.pe/media/688/20070908-
Albanileria%20sismo%20del%2015-08-2007.pdf
4) http://academic.uprm.edu/laccei/index.php/RIDNAIC/article/viewFile/342/
353
5) http://www.bcrp.gob.pe/docs/Proyeccion-Institucional/Encuentros-
Regionales/2010/Ica/EER-Ica-Julio-Kuroiwa.pdf
