Suelos

Escuela Profesional de Ingeniería Civil Mecánica de suelos aplicada Universidad Alas Peruanas

INDICE

1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 02

2 OBJETIVOS .............................................................................................. 03

3 MARCO TEORICO .................................................................................... 03

4 LICUEFACCIÓN DE SUELOS .................................................................. 03

4.1 Mecanismo de licuefacción .................................................................... 04

4.2 Efectos dañinos que producen la licuefacción ...................................... 05

4.2 Comportamiento del suelo licuefactivo ................................................... 06

4.3 Métodos para reducir los peligros de la licuefacción .............................. 07

4.4 Relación con la situación peruana ......................................................... 07

4.4.1 Licuefacción de suelos en el Perú .............................................................. 08

5 CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES .......................................... 08

5.1 Conclusiones ........................................................................................ 09

5.2 Recomendaciones ................................................................................ 10

6 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS ......................................................... 10

6.1 Bibliografía .......................................................................................... 10

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1 INTRODUCCIÓNEl 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.

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 MARCO TEORICO

LICUEFACCIÓN DE SUELOS En aquellos sitios donde el terreno está constituido

por depósitos limosos o arenosos de espesor considerable, poco consolidados,

con nivel freático a pocos metros de profundidad y cercanos a zonas generadoras

de sismos someros de magnitud moderada o grande, puede presentarse el

fenómeno de licuación de arenas. Este fenómeno ocurre cuando la presión del

fluido contenido en los espacios intergranulares aumenta repentinamente como

consecuencia de la presión inducida por el paso de ondas sísmicas, haciendo que

el contacto entre los granos disminuya a tal grado que el cuerpo sedimentario llega

a comportarse, por unos instantes, como un líquido denso. Lo anterior ocasiona

deslizamientos en laderas o que los edificios pierdan la verticalidad en mayor o

menor grado aunque sin sufrir, en muchos casos, daño considerable en su

estructura. El aumento repentino de presión en el interior del cuerpo arenoso,

provoca expulsión de fluido y material térreo hacia la superficie, formando

estructuras con pocos centímetros de altura, conocidas como volcanes de arena.

4 LICUEFACCIÓN DE SUELOS4.1 Mecanismo de licuefacciónLa 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”.

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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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Nivel de agua en zonas de licuefacción

4.1 Comportamiento del suelo licuefactivoEl 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.

Curvas esfuerzo-deformación-presión intersticial.

4.2 EFECTOS DAÑINOS QUE PRODUCEN LA LICUEFACCIÓNFalla de flujo

Son las fallas del terreno más catastróficas causadas por el fenómeno de licuación. Los flujos pueden movilizarse a grandes distancias (decenas de metros), a altas velocidades (decenas de Km/h). También pueden involucrar suelo completamente licuado o bloques de suelo firme viajando sobre una capa de suelo licuado. Este tipo de falla se desarrolla generalmente enarenas saturadas, sueltas, con pendiente del terreno, mayor que 5%.Otro de los efectos de falla por flujo por licuación inducida por sismo, han sido los evidenciados en depósitos y presa de relaves antiguos, construidos por el método de aguas arriba, algunas de ellas con

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consecuencias catastróficas para los recursos humanos y económicos y para el medio ambiente.

Desplazamiento lateral

Es el tipo más común de falla del terreno por licuación de suelos. Este tipo de falla

involucra el movimiento lateral de las capas superficiales como resultado de la

licuación y la pérdida transitoria de la resistencia de las capas inferiores.

El desplazamiento lateral ocurre generalmente en terrenos relativamente llanos

(con pendientes comprendidas entre el 0.5 y 5%). En condiciones normales, el

desplazamiento lateral tiene un rango de pocos metros, y en condiciones

anormales pueden ocurrir desplazamientos laterales de varias decenas de metros

acompañados de grietas en el terreno y desplazamientos diferenciales verticales.

Oscilación del terreno

Donde el terreno es plano o la pendiente demasiado suave para permitir

desplazamientos laterales, la licuación de estratos subyacentes puede causar

oscilaciones que no dependen de las capas superficiales, la cual se manifiesta

hacia los lados, arriba y abajo en la forma de ondas de terreno. En general, dichas

oscilaciones son acompañadas por la apertura y cerramiento de fisuras en el

suelo, y la fractura de estructuras rígidas como los pavimentos y tuberías, Youd

(1992).

Pérdida de la capacidad portante

Cuando el suelo que soporta una edificación licua y pierde su resistencia, pueden ocurrir grandes deformaciones en el suelo, que ocasionan que la edificación se asiente, se incline o se hunda. Aunque esta es una falla espectacular, es la menos común producida por licuación.

Volcanes de arena

Al presentarse la licuación de arenas, se generan presiones de poro muy altas, las cuales obligan a que el agua fluya rápidamente a la superficie, formando pequeños volcanes de arena. Este flujo ascendente de agua puede ocurrir durante o después de un sismo. Los volcanes de arena indican también zonas de posibles asentamientos.

AsentamientosPAG 6


En muchos casos el peso de la estructura puede ser insuficiente para causarlos grandes asentamientos asociados con las pérdidas de capacidad portante descritas anteriormente. Sin embargo, pueden ocurrir pequeños asentamientos cuando la presión de poro se disipa después de un sismo.

Estos asentamientos pueden causar daños aunque menores a los producidos por fallas de flujo, desplazamientos laterales o pérdidas de capacidad portante.

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

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

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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.

Cinturón de fuego del pacifico.

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:

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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.

5 CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES5.1 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.

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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.

Bibliografía1) Braja. M., Das and Ramana, G. V., (2010), Principles of Soil

Dynamics, Second Edition, Cengage Learning, U.S.A.

2) Henríquez Pantaleón, C. I., (2005), Mejora de terrenos

potencialmente licuables con inyecciones de compactación, Tesis

Doctoral, Madrid, España.

3) Ishihara Kenji, (1996), Soil Behaviour in Earthquake Geotechnics,

Clarendon Press Oxford

4) Mike Jefferies & Ken Been, 2006, Soil Liquefaction. A critical state

approach, Taylor and Francis, New York.

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