licuefaccion de arenas

7/25/2019 Licuefaccion de Arenas

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LICUEFACCION DE ARENAS



1. INTRODUCCION

En el presente trabajo se analizarán criterios teóricos y conceptuales basados en información

procedente relacionada con la ingeniería de suelos. Se especifican temas, definiciones, gráficos, y

otros hallazgos de mucho provecho para este trabajo

Las cargas dinámicas que actúan sobre cimentaciones y estructuras de suelo pueden originarse por

terremotos, explosiones de bombas, operaciones de maquinarias y martillos, operaciones

deconstrucción (hincado de pilotes), explosiones en canteras, tráfico intenso (incluyendo aterrizaje

de aviones), viento, carga debido a la acción de las olas en el agua, etc. La naturaleza de cada una de

estas cargas es bastante diferente una de otra, siendo los terremotos los que constituyen la fuente más

importante de cargas dinámicas sobre estructuras y cimentaciones.

2. LICUEFACCION DE SUELOS



Es el proceso que conduce a esta pérdida de firmeza o rigidez es conocido como licuación del suelo.

Este fenómeno está principalmente, más no exclusivamente, asociado con suelos saturados poco

cohesivos. El término licuación, incluye entonces todos los fenómenos donde se dan excesivas

deformaciones o movimientos como resultado de transitorias o repetidas perturbaciones de suelos

saturados poco cohesivos.

La licuación se define como “la transformación de un material granular de un estado sólido aun

estado licuado como consecuencia del incremento de la presión de agua de poros” (Youd,1973). La

causa más dramática de daños a edificaciones y obras civiles durante un terremoto es el fenómeno

licuación, el cual es un proceso en el cual el suelo cambia de un material firme a un material viscoso

semi-líquido y bajo condiciones similares a una arena movediza.

¿CUANDO OCURRE LA LICUEFACCION?

La licuación ocurre cuando suelos arenosos son sometidos a vibración, por lo tanto, cuando un

estrato de suelo se licua y empieza a fluir por la acción del terremoto, éste no es capaz de soportar el

peso de cualquier suelo o estructura encima de él, debido a esto, es posible que ocurran una serie de

efectos, algunos catastróficos, como: deslizamientos, flujos, hundimiento o inclinación de

edificaciones, volcanes de arena, asentamientos diferenciales, etc., como ha quedado evidenciado en

numerosos terremotos ocurridos en diferentes partes del mundo.

3. FACTORES QUE DETERMINAN EL FENÓMENO DE LICUEFACCIÓN:

Magnitud del movimiento sísmico.- Está relacionada con la magnitud de los esfuerzos y

deformaciones inducidos en el terreno por este movimiento. Dependiendo de la distancia hipo central,la magnitud del movimiento producirá cierto valor de aceleración máxima en la roca basal, la cual

sufrirá amplificación, dependiendo de las condiciones locales del suelo.

Duración del movimiento sísmico.- Normalmente la duración de un movimiento sísmico es

corto (entre 5 a 40 segundos), pero si este es intenso, predominará la condición no drenada, es

decir la disipación de la presión de poros se verá restringida, y por el contrario se evidenciará



el aumento de la misma, produciendo en algún momento condiciones de esfuerzo efectivo

nulo, y por lo tanto licuación.

Granulometría del suelo.- Los suelos más susceptibles a sufrir licuación son aquellos que

poseen una granulometría uniforme, siendo las arenas finas uniformes las que son más

propensas a licuar que las arenas gruesas uniformes. Además, según algunos autores las

arenas limosas poseen mayor resistencia a sufrir licuación con respecto a las arenas limpias o

con escaso contenido de finos

Densidad Relativa.- Una arena con un valor de resistencia a la penetración estándar de 40

golpes/30cm (densidad relativa de 70 a 80%) puede mostrar evidencias de licuación, pero no

es probable que experimente más del 10% de deformación por corte bajo la influencia de la

vibración sísmica. En contraste con ello, arenas con valor de 20 golpes/pie (densidad relativa

de 30 a 60%), pueden desarrollar relaciones de presiones de poro de 100% y experimentardeformaciones por corte muy grandes del orden del 25-30%, bajo la acción de los esfuerzos

de corte aplicados

Profundidad del nivel freático.- La presión de poros, producida por el agua que ocupa los

vacíos existentes entre las partículas del material debido a la posición de nivel freático, se

incrementa por efecto de la vibración producida en el movimiento sísmico. Por consiguiente,

la ubicación del nivel freático cuando se produzca un terremoto en un depósito arenoso, será

de mucha importancia porque regirá la condición de saturación y por lo tanto, influirá

también en el esfuerzo efectivo.

4. EFECTOS DAÑINOS QUE PRODUCE LA LICUACIÓN:

Son tres tipos de falla del terreno asociados al fenómeno de licuación de suelos:



1) Desplazamiento lateral.- Es el tipo más común de falla del terreno por licuación de suelos,

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

pérdida transitoria de la resistencia de las capas inferiores, esto ocurre generalmente en terrenos

relativamente llanos (con pendientes comprendidas entre el 0.5 y5%). En condiciones normales el

desplazamiento lateral tiene un rango de pocos metros, y en condiciones anormales pueden ocurrirdesplazamientos laterales de varias decenas de metros acompañados de grietas en el terreno y

desplazamientos diferenciales verticales. Los desplazamientos laterales muy a menudo

distorsionan las cimentaciones de edificios, dañan las tuberías de desagües y otras estructuras a lo

largo de la zona afectada. El daño ocasionado por este tipo de falla no es siempre espectacular y

raras veces catastrófico, sin embargo es muy destructor. En el terremoto de Alaska de 1964 se

dañaron 266 puentes hasta el punto de requerir reemplazo o grandes trabajos de reparación. Este

tipo de falla es particularmente destructiva para las tuberías. Por ejemplo, casi todas las roturas de

tuberías en la ciudad de San Francisco durante el terremoto de 1906 ocurrieron en áreas de

desplazamiento lateral; cuando surgieron incendios en la ciudad, no se pudo contar con agua de

las tuberías para extinguir el fuego. Existen técnicas de estabilización contra fallas de

desplazamiento lateral, pero son relativamente caras y sólo únicamente justificables en lugares

críticos. Las técnicas de estabilización incluyen la remoción, compactación, inyección, drenaje o

la utilización de contrafuertes.

2) Falla 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). Los flujos pueden involucrar suelo completamente licuado o

bloques de suelo firme viajando sobre una capa de suelo licuado. Este tipo de falla se desarrollageneralmente enarenas saturadas, sueltas, con pendiente del terreno mayor que 5%.Muchas de las

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mayores y más dañinas fallas de flujo se han desarrollado bajo agua en áreas costeras. Por

ejemplo las fallas de flujo submarinas que afectaron grandes secciones de los puertos de Seaward,

Whittier y Valdez en Alaska. Estas fallas adicionalmente generaron grandes olas que causaron

daños adicionales y pérdidas de vidas. La falla en Valdez durante el terremoto de Alaska de 1964,

involucró 75 millones de metros cúbicos de sedimentos deltaicos y ocasionó la destrucción del puerto. Esta falla ocasionó desplazamientos laterales de 5 metros en la población detrás del

puerto, ocasionando daños adicionales. No se han desarrollado medidas prácticas para estabilizar

fallas de flujo similares a las presentadas. En el caso de Valdez, se trasladó a la población 6 Km al

noroeste, en un terreno más estable. En tierra firme, las fallas de flujo han sido más catastróficas

aunque menos frecuentes que los flujos submarinos. Durante el terremoto de Kansu, China de

1920 se produjeron varias fallas de flujo cuyo tamaño fue de hasta 1.6 Km de largo y ancho. Se

cree que la presión del aire, en vez de la presión de poros generó dichas fallas. No existen técnicas

prácticas para prevenir este tipo de falla. Las fallas de flujo pequeñas durante los terremotos son

comunes en terrenos montañosos húmedos y arenosos. Por ejemplo, en los depósitos de arena

eólica de San Francisco en el terremoto de 1906 y en los depósitos volcánicos de Tokachioki,

Japón y Chile. Otro de los efectos de falla por flujo por licuación inducida por sismo, han sido los

evidenciados en depósitos y presa de relaves antiguas, construidas por el método de aguas arriba,

algunas de ellas con consecuencias catastróficas para los recursos humanos y económicos y para

el medio ambiente. Este tipo de fallas han sido muy comunes en décadas pasadas obligando a

mejorar las técnicas de construcción de presas de relaves en áreas de alta actividad sísmica.

3) 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 sumerja. Aunque esta es una falla espectacular, es la menos común

producida por licuación.



DESCRIPCIÓN

5. PRESIÓN DE POROS BAJO CONDICIONES DE CARGA CÍCLICA

Figura 1.

Representación de

partículas en un depósitode suelo. La altura de la

columna en azul a la

derecha representa el nivel

de la presión de agua de

poros en el suelo.

Figura 2.

La longitud de las flechas

representa el tamaño de lasfuerzas de contacto entre las

partícula sin dividuales del

suelo. Estas fuerzas son

mayores cuando la presión de

agua de poros es baja.

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El exceso de presión de poros, puede desarrollarse bajo condiciones de carga cíclica de tal manera

que origine una disminución del esfuerzo efectivo. Cuando los suelos se encuentran bajo una

condición de consolidación isotrópica, el esfuerzo efectivo puede reducirse a cero cuando el exceso

de presión de poros se incrementa continuamente.

Cuando la carga sísmica excede la resistencia, se espera que ocurra licuación o el máximo exceso de presión de poros. El nivel del desarrollo del exceso de presión de poros puede ser previsto a partir del

método del esfuerzo cíclico.

Los ensayos de laboratorio muestran que el número de ciclos de esfuerzo requeridos para producir

licuación decrece con el incremento de la amplitud del esfuerzo cíclico como se muestra en la

Figura.

La curva mostrada en la Figura 5 es llamada usualmente la curva de resistencia cíclica a la licuación. La curva

de resistencia cíclica es normalizada frecuentemente con relación a la presión de confinamiento efectiva

inicial. Este esfuerzo cíclico normalizado es llamado Relación de Esfuerzo Cíclico o CSR

6. INTENSIDADES SÍSMICAS OBSERVADAS Y LICUACIÓN DE SUELOS

Figura 4:Relación de Presión de

Poros Bajo Condiciones deCarga Cíclica .

Figura 5:

Esfuerzos Cíclicos

Requeridos para

Producir Licuación

Inicial.



Un mapa de máximas intensidades sísmicas observadas (MM) en el Perú fue presentado por

Alva Hurtado et al (1984). El mapa se basó en treinta mapas de isosistas de terremotos

recientes e intensidades puntuales de terremotos históricos. El mapa representa el nivel de

daño independiente de la causa: vibración de suelo, licuación, deslizamientos provocados por

terremotos u otros. Este mapa se preparó como parte de un proyecto regional patrocinado porCERESIS. (Centro Regional de Sismología en América del Sur).

El mapa indica una alta actividad sísmica en la costa peruana debido a la subducción de la

Placa de Nazca debajo de la Placa Suramericana; una actividad sísmica moderada puede

notarse en la Zona Sub andina localizada en la selva nororiental, al este de la cordillera de los

Andes. Intensidades hasta X fueron observadas en la costa del Perú en grandes áreas,

mientras que en la zona sub andina la atenuación es más alta, con intensidades altas en sitios

específicos. La Figura Nº1 presenta la Distribución de las Máximas Intensidades Sísmicas

que Observadas en el Perú

Una revisión de la información histórica de licuación de suelos en el Perú fue presentada por Alva

Hurtado (1983). La evidencia de licuación tal como, el desarrollo de volcancitos de arena y lodo, laexpulsión violenta de agua del terreno, presencia de agrietamiento intenso y asentamiento diferencial



debido a los eventos sísmicos se ha tomado en consideración. Un mapa del Perú que muestra

diferencias entre las áreas de licuación reales y probables encontradas en la literatura fue recopilado

y es presentado en la Figura Nº2.

Veintisiete casos de licuación de suelos en el Perú fueron determinados. Los fenómenos ocurrieron

en la costa, en las regiones montañosas y la selva norte. En la costa la licuación de suelo esgeneralizada debido a la más alta sismicidad y la existencia de mayor población en esta parte del

Perú. Existe una correspondencia entre las intensidades más altas y la ocurrencia de licuación de

suelo en el Perú. Se describirán ejemplos de terremotos que produjeron licuación de suelos en la

costa y la selva y sus efectos.



7. LICUACIÓN DE SUELOS CAUSADA POR EL TERREMOTO DE 1970

Uno de los casos mejor documentados de licuación de suelos en el Perú es el pertinente al terremoto

del 31 de mayo de 1970 en Chimbote. La ciudad se localiza aproximadamente a 400 Km al norte de

Lima, capital de Perú. El 31 de mayo de 1970 un terremoto de magnitud Ms=7.8 y profundidad focal

de 45 Km ocurrió 50 km mar afuera al oeste de Chimbote. Un registro acelero gráfico del terremoto

se obtuvo en Lima, con una máxima aceleración horizontal de 0.11 g. Ningún registro se obtuvo en

Chimbote. Una intensidad máxima de IX en la escala de Mercalli Modificada fue observada. Un

breve resumen de efectos de licuación en Chimbote durante el terremoto del 31 de mayo de 1970 se

presenta a continuación.

También presentó evidencias de licuación de arena saturada en la calle Elías Aguirre en Chimbote.

Morimoto et al (1971) describieron la licuación de suelos en Chimbote y presentaron un mapa de

distribución de grietas del terreno y volcanes de arena (Figura Nº3). En los pantanos y terrenos bajos

en depósito aluvial, se desarrolló licuefacción general con grietas debido a la densificación

diferencial de depósitos de suelo. En depósitos aluviales se desarrolló licuación sub superficial,

generando grietas con volcanes de arena y daños a pozos.



8. EFECTOS DE SUELO CAUSADOS POR LOS TERREMOTOS DE 1990 Y 1991

El 29 de mayo de 1990 y el 4 de abril de 1991, dos terremotos moderados ocurrieron en la región

nororiental del Perú. A pesar de sus magnitudes relativamente bajas, la severidad del daño fue alta

debido al tipo de construcción y condiciones del suelo existentes en las áreas pobladas. La región selocaliza en el Noreste del Perú, con temperatura y precipitación altas. Rocas sedimentarias de los

Periodos Jurásico a Cretáceo se encuentran en las montañas cercanas y materiales del cuaternario en

el valle del río Alto Mayo. Los depósitos cuaternarios están compuestos de suelos aluviales,

coluviales, fluviales y residuales. Moyobamba y Rioja son las ciudades más importantes en el área.

La región es cruzada por el río Mayo, cuyas riveras están compuestas de depósitos de arena licuable.

Se ha reportado efectos del terreno siguientes: licuación de suelo, inestabilidad y corrosión de suelos

en los taludes, asentamientos diferenciales, amplificación de suelo y deslizamientos dentro del área

epicentral. Se describen los efectos de licuación de suelo en la ciudad de Moyobamba. (Alva-

Hurtado et al, 1992).

Grietas del Terreno.- Se observaron grietas de tensión en: 1) la cresta de los taludes de la meseta deMoyobamba, asociadas con la licuación de suelo y desplazamiento lateral, 2) las carreteras, como

zonas de tensión que pueden desarrollar futuros deslizamientos y derrumbes, 3) los suelos blandos en

las riberas del río Mayo.

Licuación de Suelos.- La licuación de suelos ocurrió en el Puerto de Tahuishco en Moyobamba. Se

desarrollaron desplazamientos laterales en la escuela de Tahuishco en 1991 con grietas de 10 cm de

ancho y 50 cm de profundidad. El piso de un aula fue destruido. En 1990 el fenómeno no alcanzó al

edificio de la escuela, pero ocurrió en el patio de la escuela; también aparecieron volcanes de arena

en el patio de la escuela. Durante ambos terremotos, se dañaron segmentos de la carretera entre

Moyobamba y Tahuishco.

La Figura Nº4 presenta los efectos del terremoto en la ciudad de Moyobamba. El subsuelo en las

partes más bajas de la ciudad, como Tahuishco, Azungue y Shango consiste de arenas finas y arenas

limosas con densidades relativas bajas y el nivel de agua alto. El suelo en los taludes se constituye

principalmente por arenas arcillosas y limosas con densidad media y el nivel de agua relativamente

bajo, considerando que el terreno en la parte elevada de la ciudad (meseta) consiste en arcillas y

arenas arcillosas de media a baja capacidad portante y nivel de agua profundo. Las Intensidades

sísmicas en las partes más baja fueron dos grados más altas que en la parte elevada de la ciudad de

Moyobamba



CONCLUSIONES

• Existe alta actividad sísmica en la costa peruana debido a la subducción de la placa de Nazca

debajo de la placa Sudamericana y actividad sísmica moderada en la zona sub andina al estede los Andes.

• La licuación de suelos ha ocurrido en la costa, en la sierra en la zona sub andina del Perú. La

mayoría de los casos ocurrieron en la costa, debido a la mayor sismicidad y población.

• Existe una correspondencia entre las áreas de intensidades altas y la ocurrencia de licuación

de suelos en el Perú. Se presentaron dos casos uno en la costa y el otro en el nor-este del

Perú.



INDICE

1. INTRODUCCION

2. LICUEFACCION DE SUELOS

3. FACTORES QUE DETERMINAN EL FENÓMENO DE LICUEFACCIÓN

4. EFECTOS DAÑINOS QUE PRODUCE LA LICUACIÓN

5. PRESIÓN DE POROS BAJO CONDICIONES DE CARGA CÍCLICA6. INTENSIDADES SÍSMICAS OBSERVADAS Y LICUACIÓN DE SUELOS

7. DAÑOS OCURRIDOS EN TERREMOTOS PASADOS POR EFECTOS DE

LICUACIÓN

8. EFECTOS DE SUELO CAUSADOS POR LOS TERREMOTOS DE 1990 Y 1991

9. CONCLUSIONES



BIBLIOGRAFIA

.wikipedia.org/wiki/Licuefacción _de_suelo

www.dcc.uchile.cl/~roseguel/taller2/licuefaccion

Libro de Braja Das Mecanica de Suelos

portalweb.ucatolica.edu.com

licuefaccion de arenas

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