UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ESTUDIO:

MEJORA DE TERRENOS POTENCIALMENTE LICUABLES CON INYECCIONES DE COMPACTACION

AUTOR:

CARLOS FERNANDO SANCHEZ ACURIO

DOCENTE:

ING. YIMIMY JOHAN CHIPANA MOLINA

CUSCO, DICIEMBRE DEL 2014

CONTENIDO

INDICEINTRODUCCION

1.1 MBITO DE INFLUENCIA DE LA INVESTIGACION1.2 DESCRIPCIN DE LA SITUACIN ACTUAL 1.3 JUSTIFICACIN 1.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA1.5 OBJETIVOS1.6 METODOLOGA DE LA INVESTIGACION1.7 LICUACION DE SUELOS1.8 METODOS DE MEJORA DE TERRENOS PORTENCIALMENTE LICUABLES1.9 INYECCIONES DE COMPACTACIN1.10 INYECCIONES DE COMPACTACION COMO MTODO DE MITIGACION DE LA LICUACION DE SUELOS1.11 ENSAYOS DE VERIFICACION1.12 VERIFICACION CON DATOS DE OBRAS REALIZADAS1.13 CONCLUSIONES 1.14 BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIN

Para estudiar la posibilidad de riesgos de fallas o daos por sismos futuros en construcciones existentes y para el establecimiento de criterios y normas para diseo ssmico en un sitio o en una regin, es indispensable contar con informacin que permita estimar la amenaza ssmica, es decir las caractersticas probables de los movimientos ssmicos de mayor intensidad que puedan presentarse en dicho sitio o regin durante lapsos de varia dcadas o siglos. As mismo tener en cuenta el tipo de suelo que generalmente juega un papel muy importante dentro de la infraestructura y como tal debe ser estudiado para prevenir futuros incidente por fenmenos como el mencionado en esta investigacin.Para muchos el fenmeno de licuacin no representa un riesgo activo, pero en muchas ocasiones ha sido la principal causa de daos en la infraestructura de un pas, quedando el propio sismo por debajo de este, ya que en ocasiones la magnitud del sismo no representa dao alguno; sin embargo el dao colateral si representa un peligro que en este caso lo llamaremos licuacin de arenas.En esta investigacin se habla del fenmeno de licuacin de arenas cuyo comportamiento se presenta bajo algunas condiciones de carga, que inducen al colapso debido a diferentes tipos de esfuerzos producidos antes de la falla del suelo.La licuacin describe un comportamiento de suelos blandos saturados no consolidados, es decir, arenas flojas que van desde un estado slido a tener la consistencia de un lquido pesado o alcanzar un estado licuado. La licuacin es ms probable en suelos poco cohesivos para moderar suelos granulares con drenaje pobre tal como arenas y limos conteniendo las costuras de sedimentos impermeables.El anlisis del fenmeno de licuacin ha causado el inters de muchos, ya que en varios de los ltimos eventos registrados como sismos de alta magnitud se ha demostrado que la licuacin de arenas no solo debilita la estructura del suelo, tambin afecta directamente a todo tipo de estructuras, como edificios, instalaciones industriales, puentes, caminos, puertos, aeropuertos, presas, etc., y a toda edificacin que se encuentra sobre suelos licuables, con esto , se ha concluido que un gran porcentaje de fallas estructurales han ocurrido como consecuencia del comportamiento desfavorables de suelos. Con la finalidad de intervenir en este fenmeno y asegurar su estabilidad se debe determinar la magnitud del peligro que puede provocarse en un suelo potencialmente licuable para lo cual, se tiene que realizar un anlisis detallado para determinar si existe o no la susceptibilidad a licuacin para un suelo. En los captulos prximos se presenta un anlisis para demostrar la potencial de licuacin de un suelo de acuerdo con su estratigrafa donde se denotan los estratos que son propensos a licuarse y hasta que estrato se deber revisar para tener certeza del resultado obtenido,Sin lugar a dudas en aos pasados, no se tena el conocimiento claro de este fenmeno ni se contaba con el avance tecnolgico que hoy nos ayuda a determinar con mayor precisin los alcances y amenazas que vivimos da a da; pero con el desarrollo de nuevas tecnologas se ha logrado combatir la licuacin de arenas mejorando la calidad de los suelos que en principio son adecuados para la construccin y que en este momento ya se cuentan con diversos mtodos que no permiten el hundimiento acelerado de un suelo, hasta la prevencin y mejora de suelos afectados por licuacin de arenas casi afectados en su totalidad.El objetivo de esta investigacin es dar las herramientas necesarias para determinar el anlisis de un suelo potencialmente licuable y conocer si existe o no la licuacin de arenas; por otro lado, dar a conocer alguno de los mtodos para un mejoramiento de suelo, adems de obtener un juicio general del clculo y del mejoramiento para fines que el ingeniero requiera.

AMBITO DE INFLUENCIA DE LA INVESTIGACIONEL REA DE INVESTIGACIN SE ENCUENTRA:DEPARTAMENTO DE CUSCO, PROVINCIA DEL CUSCO.DESCRIPCION DE LA SITUACION ACTUALA) Estado actual del estudio del potencial de licuacinEl estudio del potencial de licuacin se puede abordar mediante dos mtodos:a) Los mtodos basados in situ.b) Los mtodos basados en ensayos de laboratorio.Estos ltimos presentan inconvenientes asociados al hecho de que las muestras que se utilizan en los ensayos no son realmente inalteradas, debido a que siempre resultan afectadas por el proceso de extraccin, y por otro lado los equipos de laboratorio disponibles, no permiten reproducir adecuadamente las condiciones de esfuerzo y de frontera que tiene el suelo in situ.Po lo comentado, ha habido en lo ltimos aos una tendencia hacia los mtodos del primer tipo, es decir, los basados en correlaciones entre el comportamiento observado en sismos previos y las propiedades del terreno determinadas mediante ensayos de campo. Sin embargo la evaluacin involucra un nmero importante de variables, dependientes del terreno y del sismo considerado, cuya influencia es tenida en cuenta de distinto modo segn el mtodo de anlisis aplicado.A causa de lo expuesto resulta complicado, en la mayor parte de los casos, establecer cul es el mtodo ms apropiado. Esto hace que el problema tenga que ser tratado por autnticos expertos, sobre todo en los casos lmites, y que no hay programas informticos convencionales, de tipo determinstico para resolverlo.Ms an estos mtodos basados en ensayos in situ, se alimentan de la informacin de campo disponible en lugares donde se han producido sismos, por lo tanto deben ser actualizados con frecuencia.Por otro lado una vez confirmada la probabilidad de ocurrencia de licuacin en una determinada zona, sus efectos se pueden mitigar de dos puntos de vista distintos, por un lado se pueden modificar las condiciones del terreno de tal manera que se evite su ocurrencia, mientras que por otro lado se pueden atacar las consecuencias originadas por la misma.Debido a la dificultad a la hora de poder predecir los daos potenciales que podra causar la licuacin, es preferible mitigarla con los mtodos orientados y as evitar su ocurrencia. Dentro de estos mtodos, los que son aplicables a obras nuevas estn bastante estudiados, y con ellos se han obtenido resultados satisfactorios no existiendo el mismo nivel de conocimiento en el caso de las aplicaciones a obras ya ejecutadas.B) Estado actual del estudio de las inyecciones de compactacin.Las inyecciones de compactacin constituyen una tcnica muy econmica y flexible, que permite la mejora de terrenos potencialmente licuables a partir de una inyeccin de mortero seco a presin. Esta tcnica aplica el desplazamiento del terreno mismo para producir la mejora. Su utilizacin como mtodo de mitigacin de licuacin es relativamente reciente (desde hace unos 25 aos).A pesar de que la aplicacin de esta tcnica es, relativamente un concepto sencillo envuelve todas las complejidades de la mecnica de suelos, reologia del mortero, perforacin, bombeo y la experiencia de quien la ejecuta. La manera y el grado en que dichos factores son manejados determinan el xito o fracaso de un proyecto dado.Hoy en da el diseo con tratamientos de inyecciones de compactacin se abordan generalmente mediante mtodos empricos, los cuales se basan en las experiencias obtenidas que se encuentran publicadas en decenas de artculos tcnicos. Estos criterios empricos de diseo son fciles de seguir pero al mismo tiempo no son predictivos y en muchos casos no garantizan alcanzar los objetivos fijados.Debido a lo anterior el estudio de las inyecciones de compactacin representa un excelente campo de investigacin sobre todo si se orienta al desarrollo de un mtodo prctico de diseo, tomando en cuenta su aplicacin bajo cualquier condicin, inclusive debajo de edificaciones u obras existentes.1.3 JUSTIFICACIN1.3.1 JUSTIFICACIN TCNICAEl presente proyecto de investigacin proporciona una alternativa tcnica para el mejoramiento de terrenos potencialmente licuables, haciendo uso de las inyecciones de compactacin, que adems pueden ser aplicativas en la ciudad del Cusco.1.3.2 JUSTIFICACIN ECONMICALa aplicacin del presente estudio en la prctica cotidiana no incide sobre los costos a futuro en la edificacin u obra ya que se podrn prevenir grandes gastos en reparaciones.1.3.3 JUSTIFICACIN SOCIALLos resultados de esta investigacin podrn beneficiar a la comunidad al ser estudios validados sobre el uso de inyecciones de compactacin, que puede incidir sobre la generacin de puestos de trabajo en nuestro medio.1.3.5 JUSTIFICACIN POR REELEVANCIAEl estudio permite profundizar y aplicar conocimientos de ingeniera que se requieren en la prctica profesional y que no se proporcionan regularmente en el proceso de formacin de la carrera. Adicionalmente el estudio nos ayudar a determinar una metodologa para el mejoramiento de suelos potencialmente licuables.

1.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA1.4.1 PROBLEMA GENERALCmo influye el mejoramiento de terrenos potencialmente licuables con inyecciones de compactacin?1.5 objetivos de la investigacionEsta investigacin tiene como objetivo fundamental desarrollar un mtodo que permita mitigar el potencial de licuacin en terrenos donde existan obras edificadas a partir de:1. Revisin de los diferentes mtodos de prediccin existente para la evaluacin del potencial de licuacin basados en ensayos in situ, estudiando la manera en que tienen en cuenta las variables implicadas en el problema.2. Estudio de los diferentes mtodos de mejora del terreno para mitigar el potencial de licuacin, incluyendo aquellos cuya aplicacin est orientada a terrenos con obras existentes.3. Estudio de las inyecciones de compactacin como mtodo de densificacin y refuerzo del terreno, con el objetivo de mitigar el potencial, tomando en cuenta su aplicacin en terrenos con obras existentes.4. Estudio tcnico de las inyecciones de compactacin.5. Desarrollo de un mtodo de diseo, basado en el estudio terico comentado en el punto anterior.

1.6 METODOLOGA DE LA INVESTIGACION TIPO: El tipo de investigacin ser Cuantitativa ya que los datos obtenidos se pueden medir o analizar con los instrumentos. Tambin se considera APLICATIVA ya que utiliza un conjunto de conocimientos para obtener un resultado dentro de una ciencia. NIVEL: DESCRIPTIVO.- Si bien es cierto se parte del nivel exploratorio porque se analiza un tema no muy difundido en la ciudad del Cusco, sin embargo se alcanza el nivel descriptivo ya que se cuantifica y evala minuciosamente las variables involucradas en el estudio, para en base a esa medicin inferir respuestas a la problemtica encontrada.La metodologa de investigacin planteada es la siguiente:a) Anlisis del fenmeno de licuacin de suelos y los factores que influyen en su ocurrencia.b) Revisin y estudio de los mtodos existentes para evaluar el potencial de licuacin de los suelos basados en ensayos in situ.c) Realizacin de una base de datos con casos documentados existentes sobre el comportamiento observado de los suelos arenosos en sismos pasados y sus propiedades, determinadas mediante ensayos in situ y de laboratorio.d) Revisin y estudio de los mtodos de mejora de terrenos potencialmente licuables.e) Revisin y estudio de las inyecciones de compactacin como mitigacin del potencial de licuacin.f) Estudio de las herramientas disponibles dentro del campo de la ingeniera, para realizar un estudio analtico de las inyecciones de compactacin y obtener un mtodo de diseo practico, que incluye la posibilidad de tener en cuente la presencia de alguna edificacin en la superficie del terreno.g) Anlisis sobre la efectividad de los tratamientos con inyecciones de compactacin, en la mitigacin del potencial de licuacin.

1.7 LICUACION DE SUELOSLalicuefaccin de suelodescribe el comportamiento desuelosque, estando sujetos a la accin de unafuerzaexterna (carga), en ciertas circunstancias pasan de un estado slido a un estado lquido, o adquieren la consistencia de un lquido pesado. Es un tipo de corrimiento, provocado por lainestabilidad de un talud. Es uno de losfenmenosms dramticos y destructivos y, adems, ms polmicos y peor explicados que pueden ser inducidos en depsitos por acciones ssmicas.Es ms probable que la licuefaccinocurra en suelos granulados sueltos saturados o moderadamente saturados con un drenaje pobre, tales como arenas sedimentadas o arenas y gravas que contienen vetas de sedimentos impermeables. Durante el proceso en que acta la fuerza exterior, por lo general una fuerza cclica sin drenaje, tal como unacarga ssmica, las arenas sueltas tienden a disminuir su volumen, lo cual produce un aumento en la presin de agua en los poros y por lo tanto disminuye latensin de corte, originando una reduccin de latensin efectiva.Los suelos ms susceptibles a la licuefaccin son aquellos formados por depsitos jvenes (producidos durante elHoloceno, depositados durante los ltimos 10,000 aos) de arenas y sedimentos de tamaos de partculas similares, en capas de por lo menos ms de un metro de espesor, y con un alto contenido de agua (saturadas). Tales depsitos por lo general se presentan en los lechos de ros, playas,dunas, y reas donde se han acumulado arenas y sedimentos arrastrados por el viento y/o cursos de agua. Algunos ejemplos de licuefaccin sonarena movediza, arcillas movedizas, corrientes de turbidez, y licuefaccin inducida por terremotos.Segn cual sea lafraccin de vacoinicial, el material del suelo puede responder ante la carga bien en un modo deablandamiento inducido por deformacino alternativamente sufrirendurecimiento inducido por deformacin. En el caso de suelos del tipo ablandamiento inducido por deformacin, tales como arenas sueltas, los mismos pueden alcanzar un punto de colapso, tanto en forma montona o cclica, si la tensin de corte esttica es mayor que tensin de corte estacionaria del suelo. En este caso ocurre licuefaccin de flujo, en la cual el terreno se deforma con una tensin de corte constante de valor reducido. Si el terreno es del tipo endurecimiento inducido por deformacin, o sea arenas de densidad moderadas a altas, en general no ocurrir una licuefaccin por flujo. Sin embargo, puede presentarse unablandamiento cclicoa causa de cargas cclicas sin drenaje, tales como cargas ssmicas. La deformacin durante cargas cclicas depender de la densidad del terreno, la magnitud y duracin de la carga cclica, y la magnitud de inversin de la tensin de corte. Si es que ocurre una inversin de la tensin, la tensin de corte efectiva puede ser nula, en cuyo caso puede ocurrir el fenmeno delicuefaccin cclica. Si no ocurre inversin de las tensiones, no es posible que la tensin efectiva sea nula, en cuyo caso puede ocurrir el fenmeno demovilidad cclica. La resistencia de un suelo sin cohesin frente a la licuefaccin depender de la densidad del terreno, las tensiones de confinamiento, la estructura del terreno (textura, antigedad y cementacin), la magnitud y duracin de la carga cclica, y de si ocurre inversin de la tensin de corte. La licuefaccin de los suelos es un proceso observado en situaciones en que la presin de poros es tan elevada que el agregado de partculas pierde toda la resistencia al corte y el terreno su capacidad soportante. Se producen en suelos granulares: Arenas limosas saturadas Arenas muy finas redondeadas Arenas limpias Rellenos minerosDebido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan, laspresiones intersticialesson tan elevadas que unsesmo, o una carga dinmica, o la elevacin delnivel fretico, pueden aumentarlas, llegando a anular las tensiones efectivas. Esto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comportndose el terreno como un pseudolquido.Si bien los efectos de la licuefaccin han sido comprendidos desde hace mucho tiempo, los ingenieros y sismlogos han tenido un recordatorio sobre su relevancia a partir de los terremotos de 1964 ocurridos enNiigata, JapnyAlaska. El fenmeno tambin jug un papel muy importante en la destruccin del Distrito de la Marina enSan Francisco durante elterremoto de Loma Prietaocurrido en 1989.

1.8 METODOS DE MEJORA DE TERRENOS PORTENCIALMENTE LICUABLES

VIBROFLOTACION

El apisonamiento de los suelos va vibradores es ms conocido bajo el nombre de Vibroflotacin o de Vibrocompactacin. Es una tcnica de estabilizacin de los suelos granulosos tales como la arena, las gravas y terraplenes. El mtodo consiste en poner las partculas en suspensin por vibracin, para que puedan reordenarse en un estado ms compacto

VIBROSUSTITUCIONLas columnas de grava, tambin conocidas como vibrosustitucin, son una tcnica de mejora de suelos mediante vibracin profunda y aporte de gravas al terreno, formando columnas de grava compactada que incrementan la capacidad portante global, reducen los asentamientos y eliminan o reducen significativamente el potencial de licuacin ssmica.

COMPACTACION DINAMICA CLSICALa compactacin dinmica consiste en mejorar la capacidad portante de un terreno potencialmente compresible mediante la aplicacin de esfuerzos dinmicos en superficie, generados por la cada repetida, desde una cierta altura, de una maza que impacta contra el terreno.

COMPACTACION RAPIDALa compactacin rpida constituye una tcnica de mejora del terreno que se logra mediante la densificacin provocada por la aplicacin repetida, en puntos convenientemente espaciados de la superficie del mismo, de impactos de gran energa. Se trata de generar golpes mediante un elevador hidrulico con pesos de 7 a 16 toneladas que se dejan caer desde una pequea altura de 1-2 metros. Estos impactos se realizan dejando caer una pesada maza, sobre una zapata en contacto con la superficie del terreno, especialmente diseada para tal fin.

DEEP MIXINGTcnica en la que un material aglutinante, generalmente de cemento, se inyecta en el terreno para la estabilizacin de suelos yrecuperacin de tierras.En las aplicaciones de estabilizacin de tierra que se suele utilizar para obtener una mejor capacidad de carga del suelo existente, por ejemplo, con el fin de soportar los edificios y otras estructuras.

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REEMPLAZO Y PRE MEZCLADOConsiste en el retiro del material susceptible a licuar, colocando un material, como la mezcla granular con algn agente estabilizante, tal que la unin de los dos sea fcil de compactar en el terreno. Por su alto costo solo se usa en superficies pequeas no tan profundas.

1.9 INYECCIONES DE COMPACTACIN

La inyeccin de compactacin consiste en la inyeccin a presin de una mezcla de cemento de alta consistencia, para formar un bulbo de inyeccin que comprime y compacta el terreno. La mejora se produce por densificacin del terreno.Esta tcnica se emplea para recalces y mejora de terrenos.El procedimiento de trabajo general consiste en la inyeccin en retirada a travs de un varillaje especfico, preparado para facilitar la auto obturacin de la mezcla.Las bombas y tiles a emplear son clave, dada la poca trabajabilidad de la mezcla empleada. Tambin es fundamental el estudio del mortero a emplear, que para cada problema deber ser distinto. Los equipos empleados cuentan con registro continuo de parmetros de inyeccin.

Este mtodose utiliza para incrementar la capacidad de carga y reducir asentamientos en materiales granulares y suelos limo-arenosos de baja compacidad.Tambin se utiliza para mitigar el potencial de licuacin de arenas ante eventos ssmicos.Esta tcnicaadems es ideal para corregir y detener asentamientos de estructuras existentes causados por suelos o rellenos granulares mal compactados.En las inyecciones de compactacinse utiliza un mortero de bajo revenimiento formado por cemento y arena. La introduccin de mortero forma bulbos que desplazan y densifican el suelo.

Rangos aproximados de aplicacin de las inyecciones

1.10 INYECCIONES DE COMPACTACION COMO MTODO DE MITIGACION DE LA LICUACION DE SUELOSEl SPT y el CPT son las tcnicas de reconocimiento in situ ms ampliamente usadas para verificar la efectividad de los tratamientos con inyecciones de compactacin. La eficacia del tratamiento se definir en funcin de los incrementos del nmero de golpes en la prueba SPT y/o los incrementos en la resistencia por punta y fuste en el CPT, comparados a partir de campaas realizadas con anterioridad y posterioridad al tratamiento.

Numero de golpes de la prueba SPT pre y pos tratamiento en una mejora realizada en el Kiser Hospital en San Francisco, California

A partir de los incrementos de golpes del SPT y/o de la resistencia a la penetracin del CPT y mediante el uso de correlaciones se pueden estimar el incremento en densidad relativa lograda por la inyeccin, validando o no el tratamiento.

VENTAJAS DE LA TECNICA DE INYECCION DE COMPACTACION

1 Es una tcnica muy flexible, tiene unas posibilidades de aplicacin ilimitadas, porque sus principios trabajan acorde con las leyes de la fsica, mecnica de suelos y otras leyes mecnicas de suelos.2 No es una tcnica destructiva, por lo general no hay excavaciones y el acceso limitado no es un problema.3 Con la tecnologa existente actualmente se puede llevar un control en todos los elementos involucrados y las fases de inyeccin.4 La perforacin y la inyeccin pueden realizarse con el mismo equipo5 Utiliza el desplazamiento del terreno mismo para producir la mejora.6 Los materiales de la mezcla son materiales comunes, cuyas propiedades son bien conocidas.