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• Mijail Sulla Merma

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MECÁNICA DE SUELOS APLICADA A CIMENTACIÓN Y VÍAS DE TRANSPORTE

LICUEFACCIÓN DE SUELOS

INTEGRANTES 

Ccaña Sisa Carlos

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Manrique Enríquez Jimmy

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Sucasaire Guerreros Christian

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Suya Merma William

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Quispe hachircana Yuri

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Cruz Huamani César Enrique

INTRODUCCION

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La licuación del suelo describe el comportamiento de suelos que, estando sujetos a la acción de una fuerza externa (carga), en ciertas circunstancias pasan de un estado sólido a un estado líquido, o adquieren la consistencia de un líquido pesado. Es más probable que la licuefacción ocurra en suelos granulados sueltos saturados o moderadamente saturados con un drenaje pobre, tales como arenas sedimentadas o arenas y gravas que contienen vetas de sedimentos impermeables.

GENERACION DEL FENOMENO

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La licuación o licuefacción de suelos, es un proceso que ocurre generalmente en arenas saturadas que tienden a densificarse cuando son sometidas a cargas cíclicas o monotónicas. Si el drenaje es lento o inexistente la presión de poros se puede incrementar hasta anular el esfuerzo efectivo, con lo cual sobreviene la flotación de las partículas y la perdida de la resistencia al esfuerzo cortante. En el suelo licuado se producen grandes deformaciones para muy bajos esfuerzos de corte, las cuales causan daños a los edificios, puentes, líneas vitales y obras de infraestructura en general.

Representación esquemática del fenómeno de licuación. a) Estado inicial de tensiones. b)Fuerzas de contacto entre las partículas. c) Disminución de las fuerzas de contacto entre partículas, al incrementarse la presión de poros.

SUSCEPTIBILIDAD A LA LICUEFACCIÓN 

¿Por qué se licuan los suelos?

Es importante reconocer que la licuación no ocurre de manera aleatoria y que por el contrario se requieren ciertos ambientes geológicos e hidrológicos, y que ocurre principalmente en depósitos recientes de arena y limo con altos niveles freáticos Entre más reciente, suelto y saturado sea un depósito de suelos granulares, será mucho más susceptible a la licuación. Son más susceptibles las arenas finas relativamente uniformes. Son menos susceptibles los depósitos bien gradados con tamaños hasta de gravas, aunque éstas últimas ocasionalmente se licuan

Los factores que aumentan la probabilidad de que el terreno se comporte como un líquido son varias:

 Distribución del tamaño de los granos  Profundidad de las aguas subterráneas  Densidad  Peso del recubrimiento y profundidad del suelo  Amplitud y duración de la vibración del terreno  Edad del depósito  Origen del suelo

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Según (Rodríguez Pascua, 1997), el suelo completamente saturado, con arenas sin cohesión, generalmente limpias, que pueden incluir algo de gravas puede ser licuefactado durante la sacudida sísmica.

Éstas, manifestaciones, notoriamente visibles en la superficie del terreno, pueden constituir indicadores de áreas susceptibles a la licuefacción. Los materiales más vulnerables a la licuefacción son: Las arenas limpias, no consolidadas y saturadas y los ambientes sedimentarios más favorables para la génesis de licuefacciones son: playas, barras arenosas y sistemas fluviales, ambientes lacustres y fluviolacustres.

MECANISMO DE LICUACIÓN 

Normalmente se presenta en los suelos granulares finos sueltos, en los que el espacio entre partículas individuales es rellenado con agua. Como consecuencia de los poros cubiertos totalmente con agua, se ejerce una presión sobre las partículas del suelo circundante. Cuando un terremoto afecta al suelo, las partículas del suelo tienden a reagruparse hacia un estado compacto causando que el agua ejerza una fuerte presión para empujar afuera los espacios vacíos que estaban ocupados.

Tipo de suelo y posición del nivel de Agua en las zonas críticas de licuación

Características de la Arena saturada limpia con alto potencial de licuación

POTENCIAL DE LICUACION 

La medida del potencial de licuación como consecuencia de un terremoto es un problema complejo. Son bien conocidos los factores o los parámetros en diversos suelos y las características sísmicas que influyen en este problema. Dichos factores incluyen la intensidad y duración de los terremotos, la ubicación de la tabla de agua subterránea, el tipo de suelo, la densidad relativa del suelo, la gradación del tamaño de las partículas, la forma de las partículas, el entorno de los depósitos del suelo, las condiciones de drenaje, la presión de confinamiento del suelo, la duración del sismo y la cementación de los depósitos.

FENOMENO DE LA LICUACION EN LOS SUELOS 

La licuación (o licuefacción) de suelos, ocurre cuando un material no consolidado (generalmente arenas) pierde su resistencia al esfuerzo cortante a causa de una vibración intensa y rápida (sismos), que rompe su estructura granular al reducir su presión inter-granular. Al iniciarse la vibración, por efecto de un sismo, el material se expande y las partículas sólidas adoptan un estado muy suelto (por perdida del soporte mutuo entre los granos); cuando el movimiento cesa, el material tiende a compactarse bruscamente, produciendo las presiones intersticiales que causan la licuación.

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Falla de Flujo: La falla de flujo es el tipo de falla más catastrófico causado por la licuación pues comúnmente desplaza decenas de metros grandes masas del terreno.

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Corrimiento Lateral: El corrimiento lateral involucra el desplazamiento de grandes bloques de suelo como resultado de la licuación.

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Oscilaciones del Terreno: Donde el terreno es plano o la pendiente demasiado suave para permitir corrimientos laterales, la licuación de estratos subyacentes puede causar oscilaciones que no dependen de las capas superficiales,

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Pérdida de la Resistencia del Suelo de Soporte: Cuando el suelo que soporta un edificio u otra estructura se licua y pierde su resistencia, se pueden presentar grandes deformaciones en su interior, las cuales hacen que las estructuras superficiales se asienten y se inclinen.

Falla de Flujo

Corrimiento Lateral

Oscilaciones del Terreno

Pérdida de la Resistencia del Suelo de Soporte

EFECTOS DE LA LICUACIÓN EN LAS FUNDACIONES DE EDIFICACIONES 

Fundaciones Superficiales: Es importante que todos los elementos estructurales estén conectados adecuadamente para que al momento de presentarse un asentamiento éstos trabajen de forma uniforme

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Fundaciones profundas sobre pilotes: La licuación puede causar grandes cargas laterales sobre los pilotes.

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Los pilotes hincados a través de una capa débil de suelo que presenta un potencial de licuación a una capa más fuerte

TÉCNICAS DE MITIGACIÓN DEL RIESGO POR LICUACIÓN 

La primera medida para mitigar este riesgo está relacionada con el mejoramiento de los suelos susceptibles a licuación y la segunda es evitar construir en ese tipo de suelos

Ensayo de penetración estándar

Ensayo de penetración estándar

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El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés standard penetration test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que se quiere realizar un reconocimiento geotécnico.

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Constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación.

Ensayo de penetración estándar

Ensayo de penetración estándar

MÉTODOS BASADOS EN EL ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR 

SEED E IDRIS.

En base al sismo ocurrido en Nigata en 1964 y muchos otros datos históricos y resultados de laboratorio en arenas limpias sometidas a ensayos triaxiales cíclicos, propusieron un método simple para estimar la resistencia a la

licuación de las arenas tomando en cuenta la densidad relativa derivada del ensayo S.P.T. Finalmente esta información se complementó al presentar un nuevo criterio donde se establece la importancia del contenido de finos en la resistencia a la licuación de las arenas.

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TOKIMATSU Y YOSHIMI.

En base a los resultados de ensayos de laboratorio de licuación de arenas saturadas, indicaron que los efectos de movimientos sísmicos que causan licuación pueden ser representados por dos parámetros: la aceleración horizontal del terreno y el numero de ciclos de movimientos significativo, dichos parámetros son agregados a las formulas dadas por anteriores investigadores, como factores de corrección en términos de la profundidad y la magnitud del terremoto respectivamente, donde dichos parámetros incluyen a su vez la profundidad en metros y la magnitud del sismo.

METODO SIMPLIFICADO SEED E IDRIS.

Cociente de esfuerzos cíclicos (Resistencia tangencial del suelo) amax = aceleración máxima durante el sismo g = aceleración de la gravedad β = parámetro empírico(se recomienda usar β = 0.65) rd = factor de reducción Pv o σo = esfuerzo efectivo Pv’o σo = esfuerzo efectivo vertical

Pv = Ɣ𝑠𝑎𝑡 ∗ ℎ

Con el valor de Pv’ o σo hallamos Cq con la siguiente figura. Relación entre N y qC en la punta del cono holandés, en kg/cm2. (Schmertmann, 1970)

𝑞𝑐 𝑁 N : número de golpes (dato del ensayo) qc : resistencia de punta medida con un cono eléctrico

Determinar factores de corrección Cq

Qc : resistencia modificada. Cq : factor de correción

Con esta tabla hallamos rd ( factor de reducción)

Rango de valores de rd para diferentes perfiles de suelo. (Seed e Idriss, 1982)

Una vez hallado con la siguiente tabla :

y Qc determinamos si el suelo es licuable o no

MÉTODOS BASADOS EN EL ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR 

IWASAKI Y TATSUOKA.

En base al trabajo realizado por Seed e Idriss (1971), la carga dinámica inducida en el elemento de suelo por un movimiento sísmico puede ser estimada agregando un factor de reducción del esfuerzo de corte dinámico.

EN LA NORMA TÉCNICA E. 050 SUELOS Y CIMENTACIONES, NOS DA A CONOCER SOBRE LICUACIÓN DE SUELOS

LA NORMA NOS HABLA DE DOS TIPOS DE SUELOS :  Suelos granulares finos ubicados bajo la napa freática

 Suelos cohesivos las solicitaciones sísmicas pueden originar el fenómeno denominado licuación, el cual consiste en la pérdida momentánea de la resistencia

al corte del suelo, como consecuencia de la presión de poros que se genera en el agua contenida en sus vacíos originada por la vibración

que produce el sismo.

Ensayos Estándar de Penetración SPT NTP 339.133 (ASTM D 1586) espaciados cada 1 m.

Arena fina, arena limosa, arena arcillosa, limo arenoso no plástico o grava empacada en una matriz constituida por algunos de los materiales anteriores. Deberá de profundizarse la investigación de campo hasta encontrar un estrato no licuable de espesor adecuado en el que se pueda apoyar la cimentación.

Licuación de suelos finos cohesivos Si se encuentran suelos finos cohesivos que cumplan simultáneamente con las siguientes condiciones:  Porcentaje de partículas más finas que 0,005 m