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