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ÍNDICE 1.

Introducción ................................................................................................................. 1

2.

Objetivos ....................................................................................................................... 2

2.1. Objetivos De La Investigación ................................................................................... 2 2.1.1.

Objetivo General .................................................................................................... 2

2.1.2.

Objetivos Específicos............................................................................................. 2

3.

Marco teórico ............................................................................................................... 2

3.1. Licuefacción de Suelos .............................................................................................. 2 3.1.1.

Factores que Determinan el Fenómeno de Licuefacción ....................................... 3

A. Magnitud del movimiento sísmico................................................................................. 3 B. Duración del movimiento sísmico ................................................................................. 3 C. Granulometría del suelo ................................................................................................. 3 D. Densidad relativa ........................................................................................................... 4 E. Profundidad del nivel freático........................................................................................ 4 3.1.2.

Efectos Dañinos que Producen la Licuefacción..................................................... 4

A. Falla de flujo .................................................................................................................. 4 B. Desplazamiento lateral ................................................................................................... 5 C. Oscilación del terreno .................................................................................................... 5 D. Pérdida de la capacidad portante.................................................................................... 5 E. Volcanes de arena .......................................................................................................... 5 F. Asentamientos ................................................................................................................ 6 3.1.3.

Susceptibilidad de Licuefacción ............................................................................ 6

A. Criterios de susceptibilidad ............................................................................................ 6 B. Criterios históricos ......................................................................................................... 7 C. Criterios geológicos ....................................................................................................... 7 D. Criterios basados en la composición del suelo .............................................................. 7 3.1.4.

Suelos no Cohesivos .............................................................................................. 7

3.1.5.

Suelos con Presencia de Finos ............................................................................... 8

3.2. Métodos de evaluación de Licuefacción .................................................................... 9 3.2.1.

Métodos para Evaluar el Potencial de Licuación de un Depósito de Suelo ........... 9

3.2.2.

Métodos para Evaluar el Potencial de Licuación en Base al Comportamiento

Pasado Durante Terremotos .............................................................................................. 10 3.2.3.

Método simplificado de SEED-IDRISS .............................................................. 10

4.

Desarrollo de Experiencia ......................................................................................... 11

4.1. Materiales................................................................................................................. 11 4.2. Procedimiento .......................................................................................................... 13 5.

Conclusiones ............................................................................................................... 15

6.

Recomendaciones ....................................................................................................... 15

7.

Bibliografía ................................................................................................................. 16

LISTA DE FIGURAS Figura 1_Esquema de algunos fenómenos asociados a la licuación. ........................................ 6

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1. Introducción Uno de los grandes problemas del colapso de las edificaciones ante un sismo es la falta de identificación adecuada para el tipo de suelo en la que va apoyada la cimentación. Inconveniente que se presenta pues los sismos producen un efecto en el suelo que se le conoce como licuefacción, que consiste en la disminución de la resistencia al corte del terreno.

Se denomina licuefacción al proceso de pérdida de resistencia de ciertos tipos de suelos, que están saturados de agua y que cuando son sometidos a la sacudida de un terremoto, fluyen como un líquido a causa de un aumento de la presión de los poros. La pérdida de resistencia del suelo hace que las estructuras sean incapaces de mantenerse estables y sean arrastradas sobre las masas de suelo líquido.

La licuefacción es un fenómeno cuyo comportamiento es investigado en el mundo los últimos 45 años. En el Perú, la atención a este fenómeno se dio a partir del terremoto del 31 de mayo de 1970, luego de que este sismo provocara la licuefacción de suelos de extensas zonas de la ciudad de Chimbote. Sin embargo, la información que se tiene en el Perú sobre este fenómeno sigue siendo escasa, así como también el estudio de este fenómeno en diferentes localidades del Perú. Por tanto, es tarea de la ingeniería seguir desarrollando análisis y mapeos de la evaluación del potencial de licuefacción de suelos en diferentes lugares del Perú.

La realización de este informe es presentar la información disponible sobre la ocurrencia de licuefacción de suelos que se presenta en la ocurrencia de la actividad sísmica.

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2. Objetivos 2.1. Objetivos De La Investigación 2.1.1. Objetivo General Ampliar más nuestro conocimiento sobre la licuefacción, un fenómeno que afecta a la sociedad debido a que daña las estructuras.

2.1.2. Objetivos Específicos A. Caracterizar los suelos de las zonas afectadas por el fenómeno de licuefacción. B. Verificar si se cumple este fenómeno de manera experimental. C. Realizar investigación teórica respecto a este fenómeno.

3. Marco teórico 3.1. Licuefacción de Suelos En aquellos sitios donde el terreno está constituido por depósitos limosos o arenosos de espesor considerable, poco consolidados, con nivel freático a pocos metros de profundidad y cercanos a zonas generadoras de sismos someros de magnitud moderada o grande, puede presentarse el fenómeno de licuación de arenas.

Este fenómeno ocurre cuando la presión del fluido contenido en los espacios intergranulares aumenta repentinamente como consecuencia de la presión inducida por el paso de ondas sísmicas, haciendo que el contacto entre los granos disminuya a tal grado que el cuerpo sedimentario llega a comportarse, por unos instantes, como un líquido denso. Lo anterior ocasiona deslizamientos en laderas o que los edificios pierdan la verticalidad en mayor o menor grado, aunque sin sufrir, en muchos casos, daño considerable en su

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estructura. El aumento repentino de presión en el interior del cuerpo arenoso, provoca expulsión de fluido y material térreo hacia la superficie, formando estructuras con pocos centímetros de altura, conocidas como volcanes de arena.

3.1.1. Factores que Determinan el Fenómeno de Licuefacción Entre las causas que originan el fenómeno de licuefacción se encuentran: A. Magnitud del movimiento sísmico La magnitud del movimiento está relacionada con la magnitud de los esfuerzos y de formaciones 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, hasta llegar a la superficie. De esta manera, la propagación de las ondas de corte durante un terremoto, a través del esqueleto del suelo, producirá una complicada distribución de esfuerzos de corte en función del tiempo, causando así deformaciones en la masa de suelo cuya magnitud dependerá de la magnitud del terremoto. B. 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. C. 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

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resistencia a sufrir licuación con respecto a las arenas limpias o con escaso contenido de finos. El problema de licuación será más serio si el suelo tiene un coeficiente de uniformidad mayor o igual a 2. D. Densidad relativa Durante la ocurrencia de un terremoto, una arena suelta puede sufrir licuación mientras que este mismo suelo en un estado más compacto puede no evidenciar el fenómeno. Una arena con un valor de resistencia a la penetración estándar de 40 golpes/30cm (densidad relativa de70 a 80%) puede mostrar evidencias de licuación en la forma de volcanes de arena, pero no es probable que experimente más del 10% de deformación por corte bajo la influencia de la vibración sísmica, aún después de que se hayan desarrollado altas presiones de poros. E. Profundidad del nivel freático Es una condición necesaria para que ocurra licuación. La presión de poros producida por el agua que ocupa los vacíos existentes entre las partículas del material, debido a la posición del 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. 3.1.2. Efectos Dañinos que Producen la Licuefacción A. 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). También pueden involucrar suelo completamente licuado o bloques de suelo firme viajando sobre una capa de suelo licuado. Este tipo de falla se desarrolla generalmente enarenas saturadas, sueltas, con pendiente del terreno, mayor que 5%. Otro de los efectos de falla por flujo por licuación inducida por sismo, han sido los evidenciados en depósitos y presa de relaves antiguos, construidos por el método de aguas arriba, algunas de ellas con consecuencias catastróficas para los recursos humanos y económicos y para el medio ambiente. (Ver figura Nº1).

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B. Desplazamiento lateral Es el tipo más común de falla del terreno por licuación de suelos. Este tipo de falla involucra el movimiento lateral de las capas superficiales como resultado de la licuación y la pérdida transitoria de la resistencia de las capas inferiores. El desplazamiento lateral ocurre generalmente en terrenos relativamente llanos (con pendientes comprendidas entre el 0.5 y 5%). En condiciones normales, el desplazamiento lateral tiene un rango de pocos metros, y en condiciones anormales pueden ocurrir desplazamientos laterales de varias decenas de metros acompañados de grietas en el terreno y desplazamientos diferenciales verticales. C. Oscilación del terreno Donde el terreno es plano o la pendiente demasiado suave para permitir desplazamientos laterales, la licuación de estratos subyacentes puede causar oscilaciones que no dependen de las capas superficiales, la cual se manifiesta hacia los lados, arriba y abajo en la forma de ondas de terreno. En general, dichas oscilaciones son acompañadas por la apertura y cerramiento de fisuras en el suelo, y la fractura de estructuras rígidas como los pavimentos y tuberías, Youd (1992). (Ver figura N° 01) D. 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 se hunda. Aunque esta es una falla espectacular, es la menos común producida por licuación. (Ver figura N° 01) E. Volcanes de arena Al presentarse la licuación de arenas, se generan presiones de poro muy altas, las cuales obligan a que el agua fluya rápidamente a la superficie, formando pequeños volcanes de arena. Este flujo ascendente de agua puede ocurrir durante o después de un sismo. Los volcanes de arena indican también zonas de posibles asentamientos. (Ver figura N° 01)

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F. Asentamientos En muchos casos el peso de la estructura puede ser insuficiente para causar los grandes asentamientos asociados con las pérdidas de capacidad portante descritas anteriormente. Sin embargo, pueden ocurrir pequeños asentamientos cuando la presión de poro se disipa después de un sismo. Estos asentamientos pueden causar daños, aunque menores a los producidos por fallas de flujo, desplazamientos laterales o pérdidas de capacidad portante. (Ver figura N° 01)

Figura 1_Esquema de algunos fenómenos asociados a la licuación.

3.1.3. Susceptibilidad de Licuefacción A. Criterios de susceptibilidad No todos los suelos son susceptibles de presentar licuefacción, así que el primer paso en el desarrollo de una evaluación de riesgo de licuefacción es la determinación de la susceptibilidad de licuefacción. La susceptibilidad de licuefacción de un suelo puede ser evaluada usando criterios históricos, geológicos, basados en su composición o según su estado. Estos criterios, descritos por Kramer y Stewart (2004), se presentan a continuación.

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B. Criterios históricos Se ha observado que la licuefacción ocurre frecuentemente en los mismos lugares cuando las condiciones del sitio se mantienen constantes. Por esto, la evidencia de la ocurrencia histórica de licuefacción, observada en forma de paleo- licuefacción, puede ser utilizada como prueba de susceptibilidad de licuefacción, en un determinado lugar. C. Criterios geológicos Las condiciones geológicas también pueden indicar susceptibilidad de licuefacción, por ejemplo, los suelos de depósitos fluviales y eólicos, cuando se encuentran saturados, tienen una alta probabilidad de ser susceptibles de presentar licuefacción. También se ha observado licuefacción en depósitos de abanicos aluviales, playas y estuarios, pero no de manera tan evidente como en los casos anteriores. Otro criterio geológico es la edad del depósito, en general los depósitos de suelos jóvenes son más susceptibles de licuefacción que los depósitos más antiguos. D. Criterios basados en la composición del suelo La composición física de un suelo juega un importante papel en la determinación de su susceptibilidad de licuefacción. Las arenas uniformemente gradadas y limpias, compuestas principalmente de partículas redondeadas son intrínsecamente más susceptibles; mientras que los suelos bien gradados y los suelos con partículas angulares son menos susceptibles. La presencia de finos, particularmente finos plásticos (IP > 10), tiende a disminuir la susceptibilidad de licuefacción. 3.1.4. Suelos no Cohesivos El fenómeno de licuefacción generalmente se asocia con suelos no cohesivos o granulares como resultado de una carga sísmica de suficiente intensidad y duración. Ocurre más comúnmente en suelos sueltos, saturados, granulares, uniformemente gradados y con un bajo contenido de finos. Aunque las arenas son especialmente susceptibles, la licuefacción también se puede desarrollar en algunos limos y gravas.

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Las dos condiciones necesarias para que ocurra la licuefacción son: la presencia de suelos de densidad suficientemente baja, los que tienden a experimentar reducción de volumen, y un estado de saturación completa o casi completa. Bajo estas condiciones, los terrenos no cohesivos tienden a densificarse cuando están sometidos a esfuerzos de corte cíclico, pero el cambio de volumen es impedido debido al drenaje restringido. Como resultado, el exceso de presión de poros se acumula, las tensiones efectivas se reducen, y el suelo pierde resistencia convirtiéndose a un estado licuado. Como la capacidad de los suelos de soportar las cargas producidas por las fundaciones está directamente relacionada con su resistencia, la licuefacción plantea un peligro serio para las estructuras y debe ser evaluada en zonas de riesgo sísmico donde existan depósitos susceptibles. 3.1.5. Suelos con Presencia de Finos Los suelos con presencia de finos también pueden exhibir un comportamiento similar a la licuefacción de arenas, cuando son sometidos a cargas sísmicas. En este caso, pueden producir fallas que tienen muchas de las mismas características de las fallas por licuefacción. En 1999 Wang propuso los siguientes cuatro criterios, la satisfacción de todos estos criterios indica la susceptibilidad de presentar licuefacción: a) Fracción de arcilla (finos menores de 0,005 mm) ≤ 15% b) Límite líquido, LL ≤ 35% c) Contenido de humedad natural, w ≥ 0,9 LL d) Índice de liquidez, LI ≤ 0,75 Estos criterios han sido adaptados en la Norma China Modificada. El potencial de licuefacción para suelos finos puede ser evaluado tomando como referencia esta norma. Según estos criterios, los suelos pueden licuarse si la fracción de arcilla es menor de 15 % (usando la definición china de tamaño de arcilla como partículas menores de 0,005 mm), el límite líquido es menor que 35 %, y el contenido de agua es mayor que 0,9 veces el límite líquido.

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Estos autores recomendaron que los suelos con una fracción de arcilla (considerada como partículas menores de 0,002 mm) menor de 10 % y un límite líquido menor de 32 % sean considerados susceptibles de presentar licuefacción, y que los suelos con una fracción de arcilla mayor de 10 % y límite líquido mayor de 32 % sean considerados poco susceptibles de presentar este comportamiento. Estos criterios se resumen en la siguiente tabla:

Fracción de arcilla < 10% Fracción de arcilla ≥ 10%

Limite Liquido < 32

Limite Liquido ≥ 32

Susceptible...