licuefaccion de suleos cuantificado

7/22/2019 licuefaccion de suleos cuantificado

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Metodologa y tcnicas para laCuantificacin del potencial delicuacin en suelos sujetos asolicitaciones dinmicas. Ejemplosde casos.

Por:

Dr. Tupak ObandoIngeniero en Geologa. Master y

Doctorado en Geologa, y Gestin

Ambiental en la Universidad

Internacional de Andaluca UNA

(Huelva, Espaa)

2009


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Introduccin

En este documento se introducen, profundizan y ejemplifican planteamientos analticos

y matemticos relativos a licuefaccin del terreno hasta ahora desarrollados, su

importancia y diferencias entre unos y otros. Asimismo, se reconocen las

caractersticas esenciales de cada planteamiento abordado, y se destaca que cada uno de

ellos han sido herramientas valiosas para el desarrollo de uno de los principales ejes de

accin en la Ingeniera Ssmica. El documento sigue el orden de contenido de acuerdo

con trabajo original del Autor de la presente investigacin, citado en la Bibliografa.

En la actualidad se presentan en

publicaciones cientficas diversas

metodologas internacionales (Seed e

Idriss, 1971; Youd e Idriss, 2001; Yegian y

Whitman, 1978; Tokimatsu y Yoshimi,

1983; Taiping y otros, 1984; Ambraseys,

1988; Seed y otros, 1983; Robertson, 1990;

Kishida y Ohsaki, 1969 y 1970; y otros)

para cuantificar la licuacin de los suelos

(Foto 37) resultantes de acciones

dinmicas (ssmicas), entre estos se

destacan:

Foto 37.GRIETA LONGITUDINAL POR LICUACIN

RO SAN LORENZO, SANTA CRUZ.

CALIFORNIA1971.

.

Mtodos de Kishida y Ohsaki (1969 y 1970)

Mtodo de Seed et.al. (1983)

Los Criterios de seleccin de las metodologas antes citadas para su aplicacin en el

presente trabajo:


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Mtodos analticos. Basados en la determinacin en laboratorio de las

caractersticas de resistencia a la licuefaccin de muestras no alteradas y el

uso de anlisis de respuestas dinmica del predio para determinar la

magnitud de las tensiones de corte inducidas por los movimientos ssmicos.

No obstante, ambas metodologas solicitan definir el nivel de aceleracin del terreno

como prerrequisito para evaluar el potencial de licuefaccin. A menudo este nivel se

establece a partir de relaciones entre la magnitud del sismo, la distancia al epicentro y la

aceleracin pico.

Conjuntamente diversos mtodos saltan a la luz para evaluar la resistencia de los suelos

a la licuacin, tal como se explican a continuacin:

Modelos Fsicos

Estos mtodos requieren del uso de centrfugas o tablas vibradoras para simular la carga

ssmica bajo condiciones de contorno bien definidas. El suelo utilizado en el modelo es

remoldeado para representar diferentes densidades y condiciones geomtricas. A causa

de las dificultades en conseguir un modelo con las mismas condiciones del sitio, los

modelos fsicos rara vez se utilizan para estudiar la resistencia a la licuacin de un sitioespecfico. Sin embargo, los modelos fsicos son valiosos para analizar y entender el

comportamiento generalizado del suelo y para evaluar la validez de modelos

constitutivos bajo condiciones de contorno bien definidas, como se indica en los

comentarios relativos a los mtodos analticos.

Tcnicas Empricas

Entre ellas, uno de mayor difusin y aplicacin, el Procedimiento Simplificado, en

que se calculan dos variables ssmicas primarias tales como: a) la excitacin ssmica de

la capa de suelo, expresada en trminos de la relacin de esfuerzos cclicos promedios

(CSR = tpro / svo); y b) la capacidad de la capa de suelo para resistir la licuacin, en

trminos de la relacin de resistencia a la licuefaccin. En la mayora de las tcnicas

empricas, el valor promedio de la relacin de esfuerzos cortantes cclicos (CSR)

inducidos por el sismo se obtiene de los anlisis de la respuesta dinmica del subsuelo.


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Donde: amax es la mxima aceleracin que se espera en el lugar segn las leyes de

atenuacin, amplificada por el efecto de sitio, considerando que los suelos no se lican y

que las presiones de poros no se incrementan en el proceso; g es la aceleracin de la

gravedad; sv o y sv o son los esfuerzos verticales total y efectivo; y rd es el factor de

reduccin de esfuerzos, el cual vara ampliamente con la profundidad dependiendo del

perfil de suelos tal como sigue:


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Figura 5. Factor rd vs profundidad

Dadas las dificultades para obtener muestras inalteradas de los depsitos de suelos

licuables, en la prctica se usan procedimientos in situ para evaluar la capacidad de los

suelos arenosos para resistir la licuacin: a) penetracin estndar (SPT); b) penetracin

con cono (CPT); c) velocidad de ondas de corte (vs); y c) penetracin Becker en gravas

(BPT). Para asegurar una adecuada definicin de la estratigrafa y una evaluacin

consistente de la resistencia a la licuacin, en cada sitio se debe llevar a cabo dos o ms

de los procedimientos indicados. Por varias ventajas, los procedimientos que ms se

llevan a cabo son el SPT y algunas veces las mediciones de Vs. Para determinar la

resistencia a la licuacin de los suelos arenosos, la relacin CSR se compara con la

relacin CRR. Esta ltima se obtiene de correlaciones empricas entre la relacin de

esfuerzos cclicos demandados para causar licuacin y los valores de N (SPT)

normalizados por profundidad y energa de los golpes del martillo (valores de (N1)60).


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Para determinar la resistencia a la licuacin de los suelos arenosos, la relacin CSR se

compara con la relacin CRR. Esta ltima se obtiene de correlaciones empricas entre la

relacin de esfuerzos cclicos requeridos para causar licuacin y los valores de N (SPT)

normalizados por profundidad y energa de los golpes del martillo (valores de (N1)60).

En la Figura xse muestran las modificaciones que Youd e Idriss (1997) recomiendan

para las curvas empricas propuestas por Seed y otros (1985) para calcular la relacin

CRR, para valores bajos de (N1)60, en un sismo de magnitud de momento Mw = 7.5.

Curvas de la relacin CRR para diferentes contenidos de finos y Mw = 7.5

Mtodos Analticos

Basados en resultados de ensayos de laboratorio para determinar la resistencia a la

licuacin, o las propiedades del suelo usadas para predecir el proceso de la licuacin,mediante programas de computador en condiciones de comportamiento lineal y no

lineal. A causa de lo difcil que es obtener muestras inalteradas de los depsitos de

suelos potencialmente licuables para evaluar sus propiedades dinmicas, los mtodos

analticos generalmente se usan en proyectos especiales o en trabajos de investigacin.

Durante los ltimos aos se han realizado avances importantes en los mtodos analticos

aplicados al proceso de la licuacin. Este progreso ha sido posible gracias al aumento de

los datos experimentales y a la informacin de campo recopilada durante diferentes

eventos ssmicos. Entre los mtodos analticos, tenemos p.ej. el Proyecto VELACS.


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El proyecto VELACS (Verificacin del Anlisis de Licuacin por Estudios de

Centrfuga), realizado en los Estados Unidos de Norteamrica en el ao de 1993,

permiti comprobar la confiabilidad de varios mtodos analticos, confrontando sus

resultados con mediciones realizadas del exceso de presin de poros y la historia de

aceleracin y desplazamientos en diferentes puntos de los modelos ensayados en

centrfugas (Figura x). Estos ensayos fueron realizados en cinco (5) laboratorios para

minimizar el error humano y experimental, y siete (7) de los nueve (9) modelos fueron

duplicados. Los modelos duplicados se realizaron bajo condiciones idnticas a las del

experimento primario (el mismo tipo de equipo e idnticas especificaciones para la

preparacin de la muestra). Del anlisis de la confiabilidad de los resultados obtenidos

se concluyo: a) cuatro (4) de los siete experimentos duplicados suministraron resultados

confiables del exceso de presin de poros; y b) los registros experimentales en trminos

de desplazamientos y aceleraciones son poco confiables si se comparan con los registros

de presin de poros. Por estas razones, se decidi comparar solamente los registros

experimentales de la presin de poros con las predicciones de los mtodos analticos.


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Modelos para Ensayos en Centrfuga del Proyecto VELACS.

De la consecucin de estudios derivados del Proyecto VELAC, en modalidad analtica

y experimental se logr las siguientes consideraciones:

a) Para calibrar modelos debe tenerse en cuenta la variabilidad de las propiedades

dinmicas de los estratos geolgicamente distintos, aunque constituidos de capasuniformes, afecta el comportamiento del suelo durante la licuacin, el flujo del agua

subterrnea y los asentamientos.

b) Las consecuencias de la variabilidad espacial no son an bien entendidas y su

exploracin requiere el uso de tcnicas estocsticas para el anlisis de los datos, debido

a: 1) el alto grado de variabilidad exhibido por las propiedades del suelos (coeficientes

de variacin entre 20% y 60% respectivamente); y 2) el comportamiento fuertemente nolineal del suelo.


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c) La variacin aleatoria de las propiedades del suelo afectan el proceso de licuacin,

sobre todo, la extensin como la generacin de la presin de poros, en depsitos sujetos

a cargas ssmicas

Prediccin del Exceso de Presin de Poros durante la Aplicacin de Cargas Cclicas.


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Despus de licuacin del suelo por sismo de Loma Prieta en San Francisco (USA) para

el ao 1989 se derivan las siguientes consideraciones:

a) La degradacin de las propiedades del suelo es ocasionada por el incremento en la

presin de poros significativos durante el movimiento ssmico.

b) El anlisis por esfuerzos efectivos o esfuerzos totales permite el clculo de

aceleraciones del terreno, importante, por su aplicacin en la determinacin de la

susceptibilidad ante la licuacin de un sitio especfico. Hay que destacar que ello debe

usarse con extremo cuidado, o preferiblemente no deberan usarse.

c) Cuando se modela el comportamiento del perfil de suelos saturados ante diferentes

niveles de aceleracin del subsuelo, un procedimiento basado en esfuerzos efectivos da

progresivamente aceleraciones superficiales menores comparadas con otro basado en

esfuerzos totales (Figura x). La razn de dicho comportamiento es que para

movimientos sucesivamente mayores la extensin de las capas licuables se incrementan,

lo cual conduce a mayores amortiguamientos del movimiento superficial.

Relacin entre aceleraciones de los materiales y esfuerzos resultantes.


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Por otra parte, a la luz de los nuevos conocimientos, muchas de las evaluaciones del

potencial de licuefaccin de los suelos siguen por as expresarlo, un tercer enfoque

basado en tensiones totales, que difiere de los mtodos anteriores en la manera en que

se determina la resistencia a la licuefaccin (Figura 47),siendo representadas a travs

de relacin entre

tensiones de corte

cclico uniforme

promedio que acta

sobre las superficie

horizontales de la

arenas y la tensin

vertical efectiva

inicial. Dicha

relacin se calcula a

partir de modelo de

Seed e Idriss (1971)

explicado unas

pginas ms

adelante.

Figura 47. CORRELACIN ENTRE EL COMPORTAMIENTO DELICUEFACCIN Y LA RESISTENCIA A LAPENETRACIN

Con todo lo antes dicho, es preciso mencionar que el enfoque analtico utilizado paraevaluar el potencial de licuefaccin tambin se basa en una comparacin entre las

resistencias a la licuefaccin establecidas a partir de ensayos cclicos en laboratorio

realizados sobre muestras no alteradas y las tensiones de corte inducidas por los

movimientos ssmicos.

En este enfoque tipo analtico hay que recordar que el desarrollo de curva de resistencia

a la licuefaccin a partir de resultados de ensayos en laboratorio solicita ajustar los datos

para tomar en cuenta factores tales como tensiones cclicas corregidas, la alteracin de


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las muestras, los efectos del envejecimiento, el historial de tensiones cclicas in situ y la

magnitud de las tensiones laterales in situ. Estos ajustes requieren un considerable grado

de criterio profesional. Adems, en muchos casos es imposible obtener muestras de

arena no alteradas.

Una vez establecida una curva de resistencia a la licuefaccin, si se utiliza un anlisis en

base a tensiones totales, el potencial de licuefaccin se evala por comparacin con

estimaciones de

las tensiones de

corte inducidas

por los

movimientos

ssmicos como se

ilustra en la

Figura 48.

Figura 48. PRINCIPIOS DEL ENFOQUE ANALTICO (TENSIONES

TOTALES) PARA EVALUAR EL POTENCIAL DE

LICUEFACCIN

Algunos autores como Kramer (1996), opinan que hay una serie de diferentes criterios

para evaluar la susceptibilidad de licuacin de un depsito de suelo. Estos son:

Criterios histricos.Basado en observaciones de terremotos anteriores, en que

se evidencien sitios licuables en el pasado y se espera que se produzca en el

futuro.

Criterios geolgicos. Aquellos suelos saturados originados por la sedimentacin

en los ros y lagos (fluviales o depsitos aluviales),la deposicin de desechos o

materiales erosionados (depsitos coluvio), o los depsitos formados por accindel viento (depsitos elicos) pueden ser muy susceptibles de licuefaccin.


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Especialmente, suelos con partculas de tamaos de grano uniforme y

depositados en estado sueltos con tendencia a densificarse al estar sujetos a

terremotos. La tendencia de densificacin conduce al aumento de la presin del

agua de poro y la disminucin de la fuerza.

Criterios de composicin. Est en funcin del tipo de suelo. Por ejemplo,

suelos arcillosos, suelos especialmente sensibles capaces de presentar

ablandamiento, siendo su comportamiento similar a de suelo licuado. O bien,

aquellos suelos compuestos por partculas del mismo tamao son ms

susceptibles a la licuefaccin de los suelos con respecto a suelos con una amplia

gama de tamaos de partculas. En un suelo con muchas partculas de diferentes

tamaos, las pequeas partculas tienden a llenar los huecos entre las partculas

ms grandes reduciendo as la tendencia de densificacin y el desarrollo presin

de poros cuando son sacudido. El proceso geolgico produce partculas

redondeadas, si el ngulo de friccin entre las partculas es mayor que entre las

partculas redondeadas tenemos un depsito de suelo con partculas angulares es

normalmente ms fuerte y menos susceptible a la licuefaccin.

Criterios Estado.El primer "estado" de un suelo se define por su densidad y

tensin efectiva al momento que se somete a una carga rpida. En un

determinado nivel de esfuerzos eficaces y flexibles, los suelos son ms

susceptibles a la licuefaccin de los suelos ms densos. Para una determinada

densidad, los suelos firmes son generalmente ms susceptibles a la licuefaccin

de los suelos a bajas densidad

Hoy en da, muchos estudiosos en la materia, consideran que en suelos clasificados de

manera uniforme es ms susceptible a la licuefaccin que un suelo bien clasificado,

esto se debe a la tendencia a la reduccin volumtrica del suelo bien clasificado, en que

el exceso de la presin de poros facilita condiciones drenadas. Para la ocurrencia de la

licuacin de los suelos, particularmente, en aquellos suelos de grano fino para que

licuen deben cumplir con ciertas condiciones granulomtrica propuesta por Wang en el

ao 1979. Estas son:


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Porcentaje de finos de 0,005 mm 0,074 mm.


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Cu< 10

Siendo D60y D10los tamaos efectivos que dejan pasar, respectivamente, el

60 y el 10 % en peso, de las partculas.

c)-El espesor del estrato de suelo no licuable, arriba del licuable, es menor que 8 m

d)-La relacin entre el espesor del estrato no licuable y el licuable, es menor que

e)-La presin efectiva de confinamiento ('c) es menor que 2 Kg/cm

f)-La compacidad relativa (Cr) es menor que el 75 %.

g)-Para la profundidad considerada, el nmero de golpes (N) de la prueba de

penetracin estndar (SPT), es menor que el valor lmite dado por la Figura 49.

Figura 49.RELACIN ENTRE LA POTENCIAL DE LICUACIN

Y LOS VALORES DE NSPT PARA DIFERENTES PROFUNDIDADES Z (M).FueFueFueFuente: Henrquez (2007)nte: Henrquez (2007)nte: Henrquez (2007)nte: Henrquez (2007)

6.1.2.- Mtodos de Ohsaki (1970)

Unos meses ms tarde, resultante de estudios independiente, fue propuesta la

metodologia de Ohsaki, quin consideraba que los suelos se licuan bajo las siguientes

condiciones:


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a)-El nivel fretico est cerca de la superficie.

b)-Las caractersticas granulomtricas satisfacen las siguientes relaciones:

2 mm < D60< 0,2 mm

D10< 0,1 mm

Siendo D60y D10los tamaos efectivos que dejan pasar, respectivamente, el 60 y el 10

% en peso, de las partculas.

c)-El nmero de golpes en la prueba de penetracin estndar (NSPT) es menor

que dos veces la profundidad z expresada en metros.

6.2.- Mtodo de Seed et.al. (1983)

Una de las numerosas relaciones matemticas resultante de reiterados ensayos de

campo conocida fue propuesta por el cientfico Seed en el ao 1983. Hoy da, esta

expresin numrica es muy usada para averiguar las condiciones fsicas del subsuelo.

Este algoritmo esta dado por el siguiente modelo cuantitativo:

V s (m/seg) = 56 (N)1/2

Donde:

Vs: Velocidad de propagacin de ondas de corte

N: Nmero de golpes suministrados al terreno evaluado.

La Ilustracin (Figura 50), presenta relacin no lineal entre las Vs, ubicadas en el eje

horizontal de las abscisas versus los valores de la relacin de esfuerzos cclicos que

producen licuacin, ubicados en el eje vertical de las ordenadas.

De acuerdo con Henrquez, C. (2007), en los 15 m superiores de un depsito de suelo

potencialmente licuable, 'v se mantiene menor que 1,9 Kg./cm y para presiones

menores que dicho valor, CN oscila entre 0,7 y 1,3. Entindase por:

CN:Factor de Correccin, que tiene por expresin, CN= 1 - 1,25 log 'v/'v1; en la cual

'v1= 1 Kg/cm. De estas variables se obtendrn:


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N1 (Nmero de golpes corregidos) = CN* NSPT; N1 = Valor de NSPT normalizado, es

decir, valor que tendra N bajo una presin efectiva de sobrecarga de 1 Kg/cm

Henrquez, C. (2007), opina que an para sismos con M = 8,5, no se producir

licuacin si la Vs, en los 15 m superiores, supera los 350 m/seg. Esto coincide con lo

establecido en otras investigaciones, segn las cuales las arenas del Holoceno, con

valores tpicos de Vs entre 200 y 225 m/seg, son ms susceptibles de licuarse que las del

Pleistoceno, con Vs mayor que 325 a 350 m/seg. (Figura 50)

Figura 50.RELACIN DE ESFUERZOS CCLICOS QUE CAUSAN LA

LICUACIN EN FUNCIN DE (N1)60 Y de Vspara sismos de magnitudes

Diferentes. Fuente: Henrquez (2007)Fuente: Henrquez (2007)Fuente: Henrquez (2007)Fuente: Henrquez (2007)

Por su parte, especialistas ingeniero ssmico, deducen que la Resistencia a la

Licuefaccin incrementa con el aumento de la densidad del suelo, por consecuencia,


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otros parmetros tambin aumentan. Por ello, cientficos destacados como Youd et. al

(2001), Semillas et al. (1985) y otros, han elaborado a partir de datos obtenidos en

campo a travs de ensayos SPT grficas (Figura xxx) sobre la relacin entre dos

parmetros fsicos que participan en la licuacin de los suelos, estos son el Coeficiente

de Resistencia Cclica(CRR, siglas en ingls) y (N1) 60 , es decir el nmero de golpes

suministrado al terreno, representado tambin por la letra N. Dicha grfica fueron

preparada para sismos de magnitud 7.5 Ritcher para contenido de finos < 5%. Esto

puede ser determinado por el siguiente modelo matemtico:

Donde N = (N1) 60, y est limitado para valores menores que 30

Hay que mencionar, que los datos SPT obtenidos son lo suficientemente representativos

de la variabilidad de las facies granulomtricas, y sus valores estn debidamente

normalizados. Este planteamiento es compartido por especialista en la materia (Seed,

1976; Seed et al., 1985; Tokimatsu, 1988; y Cestari, 1990) y varias consultoras privadas

encargadas de la caracterizacin geotcnica y geo-ambiental in situ tal como Igeotest,S.L., Figueres, Girona (www.igeotest.com). Considerando, tambin, que la licuefaccin

un suelo granular saturado sobreviene como resultado de un rpido incremento de la

presin intersticial, derivado de la accin de un esfuerzo cclico de las ondas ssmicas.

La presin del fluido que ocupa los poros puede alcanzar un valor tal que anule la

presin efectiva del suelo, que pasa a comportarse como un fluido.

El potencial de licuefaccin depende de la relacin entre el esfuerzo de corte cclicomedio que acta sobre planos horizontales del suelo durante la carga ssmica y los

esfuerzos efectivos verticales que actan sobre el suelo antes de dicha carga. El ndice

utilizado para determinar la resistencia a la licuefaccin de un terreno CSR (Cyclic

Stress Ratio) fue definido por Seed en el ao 1976.

A su vez, otro de los parmetros valiosos en el anlisis del comportamiento de los

suelos licuable que confirma la intensidad del movimiento ssmico en funcin del

Coeficiente de Esfuerzo Cclico (CSR, siglas en ingls) efectivo promedio. Algunos


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especialistas como Seed and Idriss (1971) indican la siguiente expresin numrica, y

grfica (Figura 51) para CRS:

Figura 51. SUSCEPTIBILIDAD DE

LICUEFACIN EN FUNCIN DEL SPT, (N1)60

PARA UN TERREMOTO DE MAGNITUD 7,5.

Fuente: Vallejos, L (2002)Fuente: Vallejos, L (2002)Fuente: Vallejos, L (2002)Fuente: Vallejos, L (2002)

(Tensin efectiva de sobrecarga )

(Amplitud del esfuerzo cortante equivalente)


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En la Figura 51se muestra la relacin entre CRR CSR y el valor (N1)60 indicando el

lmite entre los suelos susceptibles y los no susceptibles de licuefaccin para un

terremoto de magnitud 7,5 y distintos porcentajes de finos.

Actualmente, se dispone de otros modelos grficos para la identificacin de suelos

licuables. Para ello, las velocidades de ondas de corte constituyen una herramienta

importante para la realizacin de esta labor, tal y como se simplifica en la Figura 52.

Figura 52.CRITERIO DE LICUEFACCINBASADO EN VELOCIDADES DE ONDASDE CORTE PARA ARENAS SUELTASDEL HOLOCENO

Tambin, el Coeficiente de Esfuerzo Cclico se expresa de la manera siguiente:

Para (N1)60menores de 20 golpes de la prueba de penetracin estndar corregido.

Segn Kayen, R. et al., en su estudios Global Shear Wave Velocity Database for

Probabilistic Assessment of the Initiation of Seismic-Soil Liquefaction, consideran la

evaluacin de la licuacin del suelo a partir de la velocidad de onda de corte generada

por sismos apoyado del mtodo probabilstico Bayesiano, y de valores CRR, tal como

se ilustra en laFigura 53.

= 0,011* (N1)60


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Figura 54.LICUEFACCIN PROBABILSTICA PRELIMINAR PARA EL

60% DE DATOS VSGLOBALES PROCESADOS. PL ES LA

PROBABILIDAD DE OCURRENCIA DE LA LICUEFACCIN.... Fuente: Kayen, R. et alFuente: Kayen, R. et alFuente: Kayen, R. et alFuente: Kayen, R. et al (2004)(2004)(2004)(2004)


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Vallejos (2002),opina que a partir de datos experimentales se puede estimar si el suelo

es susceptible de licuefaccin. Calculando el valor de CSR para un valor (N1)60, en la

Figura 55se indica si es posible la licuefaccin para varias magnitudes de terremotos.

Figura 55.SUSCEPTIBILIDAD DE LICUEFACCIN

DE UN SUELO EN FUNCIN DE (N1)60 Y LA

RAZON DEL ESFUERZO CORTANTE CICLICO

CSR PARA DISTINTAS MAGNITUDES.

Fuente: Vallejos, L. (2002)Fuente: Vallejos, L. (2002)Fuente: Vallejos, L. (2002)Fuente: Vallejos, L. (2002)

Una vez conocidos los valores numricos de CRR y CSR, se expresa el potencial de

licuefaccin de un suelo sujeto a un terremoto en funcin de un factor de seguridad

especfico. El factor de seguridad constituye la relacin de coeficientes de capacidad

dinmica contra demanda ssmica, la cual est dada por la siguiente expresin

cuantitativa:

Condicin ineludible: Si FS < 1 significa licuefaccin inicial realizable

Segn Amrico L. Fernndez y Alan R. Crumley en su investigacin Estudio del

Riesgo de Licuacin para la Represa de Ro Blanco: Comparacin entre

Metodologas existentes, los valores de FS menores que uno (1) identifican estratos

licuables tal como se ilustra en la Figura 56


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Figura 56. DEFINICIN DE ESPESORES DE LOS SUB-ESTRATOS

LICUABLES. Fuente:Fuente:Fuente:Fuente: FernndezFernndezFernndezFernndez, A. e, A. e, A. e, A. et. al.t. al.t. al.t. al.

De igual manera, algunas empresas geotcnicas con sede en Serrai (Grecia) como

GeoLogismiki (Geotecnical Engineering Software, www.geologismiki.gr) consideran

que el anlisis de la licuefaccin del suelo est enmarcado en la relacin entre el CSR y

la velocidad de onda de corte cuantificada tal como se ilustra en la Figura 57.


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Figura 57. CURVA DE CSR PARA SISMO CON MAGNITUD DE 7,5 RITCHER

Fuente:Fuente:Fuente:Fuente: www.geologismiki.gwww.geologismiki.gwww.geologismiki.gwww.geologismiki.grrrr

De acuerdo con Rennat, E. et. al. (1997), dicen que la licuefaccin se producir en

todas los limos, arenas, y gravas saturados que tengan valores correctos (N1)60 menoresde 20 en las determinaciones de la Prueba Estndar de Penetracin (PEP) efectuada

cuidadosamente siguiendo procedimientos propuestos por Seed et. al., en el ao 1985.

Por ejemplo, Per.

Esta misma fuente, opinan que aquellos materiales sueltos, saturados con partculas

del tamao de arena estn sujetos a una prdida repentina de resistencia al corte, o

licuefaccin, cuando estn expuestos a un evento ssmico. El peligro de licuefaccinest controlado por:

La densidad del material a menor densidad, ms fcilmente se producir la

licuefaccin.

La presin de confinamiento que acta en el material a menor presin de

confinamiento, se producir ms fcilmente la licuefaccin.


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La magnitud del esfuerzo o deformacin cclicos a mayor esfuerzo o

deformacin, se requerir menor nmero de ciclos para inducir la licuefaccin.

El nmero de ciclos de esfuerzoa los cuales est sujeto el material a mayor

nmero de ciclos mayor posibilidad que se produzca la licuefaccin.

Rennat, E. et. al. (1997), expresan que los ltimos dos factores son una funcin del

evento ssmico y estn ms all del control del diseador. Sin embargo, se puede

controlar la densidad, saturacin, y presiones de confinamiento y se puede reducir la

amenaza de licuefaccin, compactando el material durante o despus de la construccin,

y otros. Estos autorescomparten el criterio manifestado por NCR (1985) con relacin

que los materiales compactados a una densidad relativa de 60% o ms no se licuarn

Garca Nuez (2,007), sugiere una grfica que compara las aceleraciones mximas que

pueden experimentarse en la superficie del terreno antes de la licuacin, amax con los

valores de la velocidad de propagacin de las ondas de corte, Vs, definiendo fronteras

entre las arenas que han sufrido licuacin en algunos sitios del Imperial Valley,

California, durante algunos temblores registrados en 1988 tal como se ilustra en la

figura que sigue.

Correlacin entre la velocidad de ondas de corte y la aceleracin mxima del terreno, antes de la

licuacin. Fuente: Garca Nuez (2,007) retomado de Holzer et al., 1988


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Por su parte, Susana Lpez Querol ([email protected]) del Departamento de

Ingeniera Civil de la Universidad de Castilla-La Mancha (Ciudad Real, Espaa),

considera dos leyes constitutivas especficas que tratan el tema de licuefaccin del suelo

apoyado de un cdigo propio desarrollado en elementos finitos. Estos se explican a

continuacin (Comunicacin telemtica, fecha del 08/04/2009):

Modelo Lpez-Querol & Blzquez o Modelo Endocrnico:

Conocido por el nombre Modelo de Licuefaccin y Movilidad Cclica para suelos

granular medio. Este modelo fue dado a conocer a la comunidad cientfica en el ao

2,006

Esta basado en la representacin del proceso fsico de la licuefaccin, a diferencia de los

dems modelos constitutivos existentes, que se basan en teoras clsicas de plasticidad.

Como regla general, los suelos granulares ms sueltos son ms licuables que los ms

densos, ya que mientras los primeros tienden a contraer su volumen por efecto de las

vibraciones, los segundos tienden a dilatar. Por ello, densificar un suelo disminuye su

potencial de licuefaccin.

En el modelo la distribucin de presiones en el ensayo no es homognea al realizar

ensayos analticos. Sin embargo, si se registran los valores de presiones en las zonas

centrales de las probetas, los resultados suelen ser bastante satisfactorios. El ms

homogneo de todos los ensayos es el triaxial: por eso, entre otras cosas, es el ms

usado y fiable. An en este ensayo, es recomendable medir las presiones en la zonacentral de la probeta, as como las deformaciones internas de cada muestra en la misma

zona.


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Modelo Pastor et al

Conocido por el nombre Ley de Plasticidad Generalizadade los Suelos, dado a

conocer a la comunidad cientfica en el ao 1,990

Este modelo representa muchas ventajas en cuanto a la aplicacin numrica. La ventaja

fundamental de este modelo es que no necesita la definicin analtica de las superficies

de fluencia y potencial plstico, por lo que las operaciones de clculo son muy sencillas.

Adems, es un modelo de plasticidad no asociada, lo que lo hace ms general que la

mayor parte de los modelos clsicos, y ms real, especialmente para las arenas.

Por otro lado, este modelo permite obtener deformaciones de carcter plstico desde los

primeros instantes de la carga, a diferencia de los modelos clsicos, en los que se

obtienen deformaciones plsticas cuando la trayectoria de tensiones alcanza la

superficie de fluencia. Este comportamiento es mucho ms real.

Este modelo se calibra en base a resultados experimentales con triaxial dinmico. El

modelo es ms eficiente desde el punto de vista numrico que el Lpez-querol &Blzquez, pero es menos correcto desde el punto de vista de su significado fsico.

Este modelo est constituido de varios parmetros fsicos, entre ellos, se destaca el

parmetros H, que tiene por condicionante los siguiente: Si H no es el adecuado, las

deformaciones plsticas no estarn bien calculadas.

El Modelo de Plasticidad Generalizada, es una ley calibrada con ensayo triaxial

dinmico. Segn Lpez Querol (Comunicacin telemtica, fecha del 08/04/2009),

opinan que todo ensayo dinmico en laboratorio sera vlido para emplear esta ley,

puesto que es general y generalizada a tres dimensiones. Para ello, habra que emplear

los invariantes de los tensiones de tensiones correspondientes a cada tipo de ensayo,

para realizar la transformacin correspondiente al mismo.

Segn Garca Nuez (2,007), en comparacin con la plasticidad clsica, la teora de la

plasticidad generalizada permite una mayor libertad para especificar los mecanismos


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que gobiernan el comportamiento del modelo. Esta caracterstica permite reproducir

comportamientos que no pueden tratarse con modelos de plasticidad clsica como son la

ocurrencia de deformaciones plsticas en descarga, fenmenos de histresis bajo carga

cclica, licuacin y movilidad cclica.

Garca Nuez (2,007), opina que la ventaja sealada en el primer punto proviene de

formular el modelo sin basarse en un mecanismo rgido como es la superficie de

fluencia y su condicin de consistencia. Esto tiene como principal desventaja que

algunos parmetros del modelo no tengan ningn significado fsico, por lo que es

necesario investigar ms sobre este punto.

Esta fuente, considera que los parmetros del modelo no estn vinculados a la densidad

del material, lo cual implica que la misma arena a densidades iniciales diferentes es

considerada como otro material, con otro conjunto de parmetros. El modelo de

Pastor-Zienkiewicz tiene una gran capacidad para reproducir comportamientos

caractersticos de materiales granulares en condiciones drenadas y no drenadas, tanto

bajo carga monotnica como cclica.

Garca Nuez (2,007) dice que el principal inconveniente del modelo se presenta en el

momento de realizar predicciones lo cual parece estar vinculado a que algunos de los

parmetros no se pueden obtener directamente de ensayos y no tienen un claro

significado fsico, utilizando para ello el procedimiento de prueba y error para su

obtencin. Este sistema permite excelentes ajustes pero no muy buenas predicciones.

Por otra parte posee la ventaja de no tener que definirse una superficie de fluencia y no

tener que verificarse la condicin de consistencia siendo computacionalmente eficiente

al implementarse en un programa de elementos finitos.

Los modelos propuestos solicitan contar con ensayos cclicos no drenados para su

desarrollo.

De acuerdo con Lpez Querol (Comunicacin telemtica, fecha del 06/04/2009), los

parmetros fsicos especficos vienen determinados por la ley constitutiva a emplear, y

esta ley o leyes constitutivas, en el tiempo, y sometiendo el suelo a un registro ssmicoconcreto, determinan la deformacin volumtrica del suelo, y en consecuencia, la


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evolucin de presin intersticial, y por tanto, el potencial de licuefaccin.

Desafortunadamente, los parmetros de las leyes constitutivas raramente tienen un

significado fsico, sino que requieren calibracin en base a ensayos dinmicos no

drenados (corte dinmico, triaxial dinmico). En definitiva: dado un suelo, se le realizan

ensayos dinmicos no drenados, se calibra la ley constitutiva (p. ej., modelo

endocrnico, plasticidad generalizada, USBSAND...), se introducen los parmetros en

un modelo numrico que reproduzca la geologa y condiciones iniciales del

emplazamiento a estudiar, se aplica como solicitacin un registro ssmico - a ser

posible, tomado en el mismo emplazamiento -, y finalmente se obtiene el potencial de

licuefaccin en los diversos puntos de la geometra del suelo.

Lpez Querol (Comunicacin telemtica, fecha del 06/04/2009), opina que para

conocer el potencial de licuefaccin de un depsito de suelo sometido a acciones

ssmicas, lo que obtendr de un modelo numrico con este fin ser la evolucin de la

presin intersticial en los puntos del depsito. Cuanto ms se aproxime esta presin

intersticial a la presin efectiva inicial, mayor ser el potencial de licuefaccin. El

incremento de presin intersticial, y por tanto, disminucin de tensin efectiva, est

relacionada con la prdida de resistencia del suelo, ya que los mdulos elstico y

plstico estn relacionados con esta tensin, segn la mayor parte de los modelos

constitutivos especficos para licuefaccin que existen.

De los cdigos comerciales ms indicados para el estudio de la licuefaccin, yo

destacara FLAC, ya que permite incorporar alguna ley constitutiva especfica con este

fin (en concreto, UBCSAND, de la University of British Columbia). Existen sin

embargo cdigos de investigacin en multitud de universidades, como por ejemplo, el

que empleamos nosotros, y que en principio, podramos poner a su disposicin, si bienya le adelanto que para que nuestro cdigo aporte resultados relevantes, es necesario

contar con datos de laboratorio que permitan la calibracin de los modelos.

De acuerdo con Lpez Querol (Comunicacin telemtica, fecha 06/04/09), los cdigos

comerciales ms indicados para el estudio de la licuefaccin, se destaca FLAC, ya que

permite incorporar alguna ley constitutiva especfica con este fin (en concreto,

UBCSAND, de la University of British Columbia). Existen sin embargo cdigos deinvestigacin en multitud de universidades, como por ejemplo, el que empleamos


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nosotros, y que en principio, podramos poner a su disposicin, si bien ya le adelanto

que para que nuestro cdigo aporte resultados relevantes, es necesario contar con datos

de laboratorio que permitan la calibracin de los modelos.

A su vez, en lo que refiere al empleo de registros ssmico para el estudio de la

licuefaccin del suelo, Lpez Querol (Comunicacin telemtica, fecha 06/04/09), opina

que los registros ssmicos de alguna constituyen el resumen geolgico de cada

emplazamiento. Por ello, si no cuentan con registros propios de la zona de estudio, han

de buscar registros de lugares con geologas similares y los mismos mecanismos de

ruptura (falla profunda o somera, suelos blandos o duros, afloramientos rocosos).

Segn Lpez Querol (Comunicacin telemtica, fecha del 08/04/2009), el modelo

Pastor et. al. es ms eficiente desde el punto de vista numrico que el Lpez-querol &

Blzquez, pero es menos correcto desde el punto de vista de su significado fsico.

Lpez Querol (Comunicacin telemtica, fecha del 13/04/2009), opina que el

planteamiento del modelo Lpez-Querol & Blzquez est basado en el proceso fsico

que origina el fenmeno de la licuefaccin de arenas, mientras que Pastor et al. est

basado en teora de plasticidad de materiales. Este modelo tiene unos parmetros que

carecen de significado fsico, aunque ajustan muy bien el comportamiento del suelo. El

modelo endocrnico o Lpez-Querol & Blzquez, es ms lento y normalmente requiere

ms iteraciones para llegar a la convergencia. Por eso es menos eficiente.


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6.3. Modelo Constitutivo para el Comportamiento Ciclico

Garca Nuez (2,007), considera que existen en la actualidad una gran variedad de

modelos, que han sido propuestos recientemente para caracterizar las propiedadestensin - deformacin de los suelos. Todos estos modelos presentan ciertas ventajas y

limitaciones que los orientan a aplicaciones particulares. Es por esto, que la ley de

Hooke ha sido utilizada sucesivamente en mecnica de suelos para describir las

propiedades generales de los suelos en condiciones de carga lejos de rotura, mientras

que la ley de Mohr-Coulomb, da una buena prediccin del comportamiento del suelo en

condiciones cercanas a la resistencia ltima. Esto se debe a que el flujo plstico para

este nivel de cargas ltimas domina el comportamiento, mientras que las propiedades

elsticas son relativamente de menor importancia.

Segn Nuez (2,007), el criterio para evaluar un modelo deber ser siempre el de

considerar el balance entre los requerimientos de rigor desde el punto de vista de la

mecnica del continuo, los requerimientos reales de representar las propiedades del

suelo desde el punto de vista experimental, as como los requerimientos de simplicidad

en la aplicacin desde el punto de vista computacional.

6.3.1. Perspectiva histrica

Nuez (2,007), opina que dentro de estos modelos, se caracterizan por su carcter

histrico y pionero, los trabajos de:

Drucker y Prager (1952), quienes intentaron modelar el comportamiento plstico

de los suelos en el marco de la plasticidad clsica.

El grupo de Cambridge [Roscoe & Schofield, 1958], desarrolla la teoria de

estado crtico la cual provee las bases para entender y modelar el

comportamiento de suelos granulares y suelos blandos en condiciones drenadas

y no drenadas y destierra finalmente la afirmacin de Terzaghi y Hvorslev

acerca de la existencia de cohesin verdadera en suelos sobreconsolidados.

Desafortunadamente los modelos del estado crtico desarrollados por el grupo de


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Cambridge [Roscoe & Schofield, 1958], [Roscoe & Burland, 1968] no pueden

simular las presiones de poros y las deformaciones permanentes generadas por la

carga cclica [Carter et al., 1982].

En las dos ltimas dcadas se ha producido un avance importante en el desarrollo de

modelos elastoplsticos cada vez ms complejos con la capacidad de modelar el efecto

de la carga cclica, manteniendo algunas de las caractersticas de la plasticidad clsica.

Una descripcin detallada del desarrollo de estos modelos se encuentra en un trabajo de

Pande [Pande & Zienkiewicz, 1982], sobre ecuaciones constitutivas preparada para la

XI Conferencia Internacional de Mecnica de Suelos e Ingeniera de Fundaciones.

Posteriormente, se desarrollan nuevos eventos como el Simposio Internacional sobre

Modelos Numricos en Geomecnica , y la Segunda Conferencia Internacional sobre

Leyes Constitutivas para Materiales de Ingeniera, en la que se presentan nuevas

ecuaciones constitutivas.

En el proyecto VELACS (Verification of Liquefaction Analysis by Centrifuge Studies),

Dafalias (Dafalias, 1994), presenta un interesante anlisis sobre las ecuaciones

constitutivas existentes para modelar el comportamiento dinmico de las arenas. Segn

Garca Nuez (2,007), los modelos se caracteriza de la siguiente manera:

Modelos Plsticos

Bounding surface models

Nested-surfaces model

Modelos de Plasticidad Generalizada

Modelos de Plasticidad Clsica Modelos de Multi-mecanismos

Modelos Directos o Empricos

Garca Nuez (2,007), propone breve descripcin de cuatro grupos de modelos

bastantes interesantes:


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a) Bounding surface models.

Un modelo interesante, y que podramos catalogar como bounding surface, es el

correspondiente a la tercera generacin del modelo MIT, desarrollado por Pestana

[Pestana & Whittle, 1995] y denominado MIT-S1, el cual modela el comportamiento de

arenas, arcillas y limos. El modelo utiliza la misma estructura bsica de su predecesor

(MIT-E3), pero con cambios significativos en la forma de la bounding surface y en la

ley de endurecimiento.

Nuez (2,007), considera que el nmero de parmetros requeridos por el modelo es muy

elevado (15), por lo que su campo de aplicacin se reduce al campo investigativo. El

nuevo modelo desarrollado por Pestana, utiliza 13 parmetros para el modelamiento de

la arena. Una caracterstica importante, es que la ecuacin constitutiva depende no

solamente del estado de tensiones e historia de tensiones, sino que introduce la relacin

de vacios como un nuevo parmetro de estado.

b. Plasticidad Generalizada.

El concepto de plasticidad generalizada fu introducido por Mroz [Mroz & Zienkiewicz,

1981]. Se caracteriza porque no es necesario definir explcitamente la superficie de

fluencia ni el potencial plstico, representando una ventaja puesto que no se debe

verificar la condicin de consistencia. Esto es bastante razonable si se tiene en cuenta

que los suelos son materiales que presentan endurecimiento ablandamiento por

deformacin, que son altamente no lineales y que no existe una superficie de fluencia

claramente definida. El modelo propuesto inicialmente, ha sido sometido a importantesmejoras, como

se puede deducir de las publicaciones subsecuentes aparecidas a partir de 1985. Dentro

de estas se destacan las publicaciones de Zienkiewicz,[Zienkiewicz et al., 1985],

[Zienkiewicz & Pastor, 1986] y en especial las de Pastor, quien introduce cambios

importantes al modelo[Pastor et al., 1985],[Pastor et al.,

1987].


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c. Modelos Hipoplsticos.

La teora de la hipoplasticidad fu desarrollada en la Universidad de Karlsruhe para

modelar el cambio en el estado de tensiones debidos a la reorganizacin de los granos

causados por un cambio de forma. El modelo inicialmente desarrollado por

Gudehus[Gudehus, 1996], ha sido sometido a importantes mejoras, como se desprende

del trabajo de [Herle & Gudehus, 1999], y posteriormente de las investigaciones de

Niemunis[Niemunis, 2003]. A diferencia de los modelos elastoplsticos la relacin

entre la tasa de cambio de las tensiones efectivas y la tasa de deformacin est

definida por una nica ecuacin tensorial. A diferencia de las teoras elastoplsticas, en

la teora hipoplstica no se diferencia explcitamente entre deformaciones elsticas y

plsticas y no se hace uso de superficies de fluencia o potencial plstico, lo que hace

mucho ms fcil su comprensin e implementacin numrica. La forma general de la

ley constitutiva hipoplstica es de la siguiente manera:

Donde H, es un tensor de segundo orden no lineal de las variables de estado,,e, y de

la tasa de deformacin .En las referencias consultadas sobre este modelo, se encontr

que los modelos hipoplsticos tienen una gran capacidad predictiva, para lo cual hacen

uso de ocho (8) parmetros[Cudmani, 2004]

d. Modelos de densificacin.

Los modelos de densificacin usualmente proponen leyes de densificacin de arenas

secas y proporcionan su cambio de volumen con el incremento de presin de poros. A

modo de ejemplo, una teora endocrnica de densificacin de arenas fue propuesta ya en

1977 por Cullar et al [Cullar et al., 1977]. En muchos casos estos modelos tienen

dificultades para simular tambin el comportamiento dilatante [Blzquez et al., 1980].

Recientemente Blzquez y Lpez Queral [Blzquez & Lpez-Querol, 2006], [Lpez-

Querol & Blzquez, 2006], proponen un modelo que combina una ley de densificacin

con la plasticidad y resuelve este inconveniente. El modelo, es utilizado


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satisfactoriamente, en la reproduccin, de ensayos de corte cclico en la arena de

Nevada y la arena del rio Flores. El modelo constitutivo requiere solamente siete

parmetros para la calibracin. Es indudable que este mtodo parece ser muy

prometedor para el anlisis del fenmeno de licuacin.

Garca Nuez (2,007), reconoce que las ecuaciones constitutivas es un campo de

investigacin excitante, sobre el cual se han realizado numerosas publicaciones. Razn

por el cual se selecciono explicar ms adelante el modelo de Pastor, en vista que

constituye una ecuacin base en la formulacin de modelos constitutivos al momento de

los anlisis.

6.3.2. Teora de Plasticidad Generalizada

Garca Nuez (2,007), dice que en plasticidad clsica se asume que existe una superficie

en el espacio de tensiones llamada superficie de fluencia definida por una funcin:

tal que para todo estado de tensiones dentro de esa superficie, los incrementos dedeformacin son puramente elsticos. Cuando el estado de tensiones toca la superficie F

ocurren deformaciones plsticas si el incremento de tensiones est dirigido hacia afuera

de F. No se admiten estados de tensin fuera de la superficie de fluencia y por

consiguiente cuando el incremento de tensiones est dirigido hacia fuera de la superficie

de fluencia esta debe expandirse para que el nuevo estado de tensiones est nuevamente

sobre F. Matemticamente esto se expresa:

Esta condicin se denomina condicin de consistencia y la expansin de F se conoce

como ley de rigidizacin. El vector contiene una serie de parmetros que determinan

la posicin, la forma y el tamao de la superficie F . Estos parmetros en general se

hacen depender de las deformaciones plsticas o bien del trabajo plstico y para definir

el modelo es necesario, adems de definir la superficie de fluencia, establecer la funcin

conocida como ley de rigidizacin:

:


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El incremento de deformacin total es la suma de deformaciones elsticas ms

deformaciones plsticas:

La deformacin plstica est dada por:

Donde Q se denomina Potencial Plstico y es un multiplicador.

Segn Garca Nuez (2007), los modelos de plasticidad generalizada tienen la ventaja

de no necesitar de la determinacin de la forma de la superficie de fluencia ni de la ley

de rigidizacin, pero en cambio hay que resolver otros dos problemas completamente

anlogos como son la determinacin de la direccin de carga n(, ) y el mdulo

plstico HL/U (, ). Si bien en plasticidad generalizada al no necesitar la condicin de

consistencia, se dispone de ms libertad para especificar la funcin HL/U (, ),

tambin es cierto que su significado fsico es menos evidente que en plasticidad clsica

y por ello, los parmetros del modelo son ms difciles de determinar y en general su

relacin con las propiedades fsicas del material es poco clara.

Garca Nuez (2,007), considera que una ventaja real de los modelos de plasticidad

generalizada es que pueden simular comportamientos imposibles de reproducir con

plasticidad clsica como son la ocurrencia de deformaciones plsticas en descarga y

recarga ( dentro de la regin elstica en modelos de plasticidad clsica),

comportamiento observado en ensayos en arenas.

El autor de la presente tesis doctoral recomienda a sus lectores que para mayor detalle

sobre la teora de plasticidad generalizada remitirse a la obra cientfica de Garca Nuez

(2,007), descrita al final del documento en el acpite de Bibliografa.

6.3.3. El Modelo de Pastor Zienkiewicz para arenas

Se supone vlido el principio de tensiones efectivas, definido como:


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Donde p es la presin del agua en los poros y ij es el delta de Kronecker. Para este caso

adoptamos como positivas las tensiones de compresin.

El modelo est formulado en trminos de los invariantes de tensin q y p0 que se

definen como:

Segn Garca Nuez (2,007), el modelo PZ permite que ocurran deformaciones

plsticas en descarga y en recarga (dentro de lo que en un modelo de plasticidad clsica

sera la regin elstica). Adems se fuerza a que las deformaciones en descarga sean decontraccin. Esta caracterstica permite reproducir el incremento de presin de poros

durante la aplicacin de una carga cclica hasta llegar a la licuacin en el caso de una

arena suelta o a la movilidad cclica en el caso de una arena densa. Este comportamiento

no puede ser modelado con los modelos de plasticidad clsica porque la aplicacin de

una carga cclica dentro de la regin elstica no produce un incremento de presin de

poros en absoluto (la trayectoria de tensiones resulta vertical).A continuacin se

presentan los resultados de las predicciones del Modelo de Pastor para la arena deTumaco en ensayos triaxiales cclicos. Para tal fin se utilizarn los parmetros obtenidos

en el captulo anterior, y a partir de ellos, se intentar reproducir el comportamiento ante

carga cclica

El autor de la presente tesis doctoral recomienda a sus lectores que para mayor detalle

sobre la teora de plasticidad generalizada remitirse a la obra cientfica de Garca Nuez

(2,007), descrita al final del documento en el acpite deBibliografa.

Garca Nez (2,007), expresa que unos de los mayores desarrollos en la evaluacin de

licuacin en depsitos de arena ha sido el reconocimiento de que el fenmeno depende

no solamente de la densidad, sino que existen factores adicionales tales como la fbrica,

historia ssmica del depsito, el estado inicial de tensiones y la edad del depsito, entre

otros. Debido a esto se ha visto la importancia de obtener muestras inalteradas de arena;

sin embargo, las tcnicas existentes para la recuperacin de muestras inalteradas son


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muy costosas, por lo cual, la prctica usual es determinar el comportamiento de la arena

ante carga monotnica y cclica sobre muestras reconstituidas.

Esta misma fuente, opina que existe amplia evidencia experimental que muestra que el

comportamiento de arenas saturadas ante carga cclica est significativamente

influenciado por el mtodo de preparacin de la muestra, esto es la manera como se

produce la sedimentacin del suelo.

Dentro de dichas evidencias es importante destacar los estudios adelantados por Mulilis

(Mulilis et al., 1977), quien encontr que dependiendo del mtodo de preparacin de la

muestra, la relacin de tensiones requerida para causar licuacin ante un nmero dado

de ciclos vara hasta en un 100% para muestras compactadas a la misma densidad.

Algunos especialistas (Katyama et al., 1986), realiz pruebas sobre muestras inalteradas

y alteradas compactadas a la densidad in situ. Los resultados se ilustran en la figura

8.42, donde se observa que el mdulo de corte es fuertemente afectado al utilizar

muestras reconstituidas, mientras que el efecto sobre el amortiguamiento es mucho

menor.

Garca Nez (2,007), opina que es importante destacar, que teniendo muy presente las

limitaciones anteriores, los trabajos pioneros de Seed (Seed & Lee, 1966), Lee (Lee &

Seed, 1967) sobre licuacin se realizaron sobre muestras reconstituidas y la

investigacin que actualmente se adelanta no se eximi de esta limitante.

Es preciso destacar uno de los tantos factores influyentes en la licuacin del suelo es la

mineraloga de los materiales. Las caractersticas fsicas de los suelos no cohesivos sondeterminados por

Tamao de la partcula

Forma de la partcula

Textura de la superficie y,

Distribucin Granulomtrica.


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Segn Garca Nez, la composicin mineralgica determina la dureza, clivaje y

resistencia del material.

Efecto del mtodo de preparacin sobre el mdulo de corte sobre

el amortiguamiento. Fuente: Garca Nez (2,007


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Otro de los aspectos importante que tienen influencia en el efectivo desarrollo de la

licuacin del suelo, es tambin, determinado por la forma de las partculas. Algunos

estudios cientficos (Ashmawy et al., 2003), han mostrado que la forma de las partculas

tienen una gran

influencia sobre el

comportamiento

mecnico de suelos

granulares. Para ello, la

forma de las partculas

se caracterizan a travs

de los siguientes

parmetros

adimensionales:

Esfericidad (S) y

Redondez (R). Distribucin de la arena por el tamao del mineral; ntese el

predominio de granos angulares.

En la actualidad, especialistas como Cho et al. (2002), y Santamarina (2004), proponen

una serie de correlaciones a partir de pruebas de laboratorio realizadas a numerosasmuestras de arenas. Los modelos matemticos que siguen fueron desarrollados a partir

de los parmetros de esfericidad (S) y redondez (R) para tal fin:

Relacin de vacos

Velocidad de ondas de corte

Donde


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Es la velocidad de ondas de corte a 1kP a y refleja la sensibilidad de la velocidad de

ondas de corte a la tensin media. Los autores presentan una serie de curvas para la

obtencin de los anteriores parmetros.

Parmetros de estado crtico

Donde cs es el ngulo de friccin en estado crtico, es el intercepto de la lnea de

estado crtico, para una tensin media de 1 kPa. De estos resultan, de acuerdo con

Garca Nez, parmetros tpicos de materiales que han sido influidos por la licuacin

del suelo tal como sigue:

En las imgenes que sigue ilustran algunos de los minerales que podemos encontrar en

aquellas arenas que han sufrido licuacin, tales como las arenas de Tumaco en

Colombia.

(A la izquierda): Mineral tipo Epidota

(A la derecha): Mineral tipo Horblenda


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En la Ilustracin que sigue se

muestran la forma y tamao de

minerales tpicos de aquellos suelos

licuables, que generalmente, son

arenas tal como se mostraron en las

imgenes anteriores

Distribucin por el tamao del mineral.

Algunos elementos tiles para la identificacin del grado de esfericidad y redondez de

las partculas de un suelo lo constituye la grfica que sigue.

Figura x. Carta de esfericidad (S) y redondez (R). Las lneas diagonalescorresponden a partculas de regularidad constante.

Por su parte, Prez Foguet, A. (2,000), dice que la modelacin numrica de los

problemas que afectan geo-materiales (es decir, suelos, rocas y otros) ha sido un rea de

investigacin en los ltimos decenios. Ello debido a el creciente inters de predecir el

comportamiento del material en situaciones prcticas de ingeniera, el gran cambio de


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capacidades y recursos, y la creciente interaccin entre la mecnica computacional,

matemticas aplicadas y diferentes campos de la ingeniera (como p.ej. mecnica de

suelos) apoyados de modelos constitutivos

El estado de la tcnica con respecto a los experimentos, modelos constitutivos, y

simulaciones numrica en el anlisis de geo-materiales es amplia, por lo que el presente

trabajo se centra principalmente en el siguiente:

El constituyente de modelos no lineales del comportamiento mecnico de materiales

granulares.

Prez Foguet, A. (2,000), sugiere dos enfoques diferentes para modelar el

comportamiento mecnico de materiales granulado en el marco de los modelos

constitutivos hasta la fecha existentes: Micro y macroscpico. El primero consiste en la

modelacin micromecnica de cada partcula por separado y calcular comportamiento

en el nivel macroscpico relativo a travs de la interaccin de las partculas. El segundo

modelo se basa en el material como un medio continuo. Varias leyes constitutivas

continua se han utilizado para materiales granulares (normalmente modelos

viscoplstica y elastoplastico). Los modelos Elastoplastico son los ms utilizados para

modelacin isotrmica.

En el modelo que sigue se presenta una ecuacin general constitutiva cuyo nfasis es la

relacin general entre tasas de tensin:

donde ij del estrs es de Cauchy y el tensor de velocidad de deformacin descrita por

la ecuacin:

Donde xi y vi son vectores de velocidad y posicin, respectivamente. Una expresin

comn de ecuacin es:


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donde p es la presin hidrosttica (tensin positiva) y es la viscosidad dinmica. Ello

se describe como:

donde d deviatoric ij es el tensor de tensin. Cuando se supone viscosidad constante,

el lquido es llamado newtoniano. Un fluido newtoniano generalizado se define por una

viscosidad que depende de el tensor velocidad de deformacin. Adems, algunos

lquidos de plstico muestran un "lmite de elasticidad", es decir, por debajo de la valor,

se observa la ausencia de flujo, lo que equivale a una infinidad de viscosidad en

trminos de la ecuacin

En la ilustracin (Tabla xx) se muestra una lista de leyes constitutivas para fluidos:

Tabla xx. Modelos de fluido Newtoniano en funcin de la viscosidad.

Fuente: Prez Foguet, A. (2,000),

De acuerdo con Prez Foguet, A. (2,000), de esa lista, los modelos por Bingham,

Casson y Herschel y Bulkley parecen ser ms apropiado para materiales blandos. Los

modelos de simulacin de un "lmite de elasticidad" valor de hasta que velocidades o

desplazamientos no se producen. Segn la magnitud lmite de elasticidad, que es


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posible reproducir los efectos observados en el comportamiento real de los materiales

blandos.

En las imgenes adjuntas se muestraejemplos de simulaciones por

computadora de leyes constitutivas a

partir de modelos adimensional

Bingham y Carreau para analizar la

influencia del lmite de elasticidad

de los materiales, lo que depende

entre otras cosas, de el esfuerzoaplicado, y la velocidad de

deformacin del material.

Velocidad de deformacin y rotura por

esfuerzo de cizalla resultante de leyes

constitutiva

analtica tipo: a) Bingham-1; b), Bingham-2;c) Carreau-2.

Por otra parte, segn datos aportados por estudios realizados por Hradeck et. Al.

(2,006), la liquefaccin es el proceso de expresivo de la disminucin de la solidez de

suelos finos, saturados con agua a consecuencia de aumento de presines de poros

causados por sismos.

Estos autores, opinan que los movimientos de tierra, aplastamiento o expansin lateral

del suelo, representan bsicas caractersticas de liquefaccin. Cuando los sedimentos se

encuentran en las pendientes (junto con lateritas y productos meteorizados de lodo

como por. ej. en Nicaragua, tenemos el Cerro Tomab o Cerro Las Brisas en el

municipio de Estel), se provoca la activacin de deslizamientos someros y rpidos

flujos terrestres. Estos procesos pueden amenazar la gente, edificacin e infraestructura.


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Hradeck et. Al. (2,006), aseveran que las zonas con riesgo muy alto fueron limitadas a

las partes bajas de la cuenca de Estel con lodos de inundacines, lecho de valle del ro

San Antnio, Ro Viejo y Ro La Trinidad. La fuente, opinan que este territorio,gracias

a lecho geolgico formado por sedimentos descompuestos del grano fino, es proclive a

liquefaccin ssmica, mayormente si ocurren los sismos en la estacin hmeda.

Mapa No 1. Mostrando la Susceptibilidad a licuefaccin de suelos en Cerro Tomab,

Estel, y sus alrededores. Modificado de Hradeck et. al. (2,006)

rea susceptible alicuefaccin ssmica

Licuefaccin de laderasmontaosas


48/48

Bibliografa

Obando, T. (2,009). Modelacin geomecnica y temporal de la

licuefaccin en suelos de minas no metlicas. Estudio Caso: Ciudad de

Managua (Nicaragua). Tesis Doctoral. Editorial Universidad Internacional

de Andaluca UNA (Huelva, Espaa). Huelva. 900pg.

SNTESIS

Se presenta en este documento breve sinopsis de los detalles relevantes e importantes

planteados en esta parte:

Las diversas metodologas internacionales (analizadas en este trabajo Kishida y

Ohsaki , 1969 y 1970; Seed et.al.1983) para cuantificar la licuacin del suelo

resultantes de acciones dinmicas (ssmicas), cuya funcionalidad depende de su

diseo estructural, facilidad de integracin de datos numricos y tratamiento,

entre otros.

Por ltimo, los mtodos referidos consideran las caractersticas de resistencias y

deformacional, geolgica, histrica y composicional, y dinmico de los suelos

integrado en modelos matemticos propuestos en este documento.

Palabras claves: Lmite lquido, ndice de liquidez, granulometra, Coeficiente de

Resistencia Cclica (CRR), Coeficiente de Esfuerzo Cclico (CSR)

licuefaccion de suleos cuantificado

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