Licuefaccion De Suelos Exp. Final.pdf

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 <= 15%.  Límite liquido (LL) <=35.  Contenido de humedad (w) > 0,9 LL. Estos suelos pueden ser potencialmente licuables. sin embargo no licuan si se cumple cualquiera de las siguientes condiciones:  Si el contenido de arcilla (partículas más finas que 0,005 m) es mayor que 20%, considerar que el suelo no es licuable, a menos que sea extremadamente sensitiva.  Si el contenido de humedad de cualquier suelo arcilloso (arcilla, arena arcillosa, limo arcilloso, arcilla arenosa, etc.) es menor que 0,9 WL, considerar que el suelo no es licuable.

SISMO DEL 31 DE MAYO DE 1970

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 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

CASA DE BLOQUES DE CONCRETO AFECTADA POR COMPACTACION DIFERENCIAL Y DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ARENA DE PLAYA LICUADAS

ASENTAMIENTO DIFERENCIAL EN MUROS PORTANTES Y VEREDAS EN EL CENTRO DE CHIMBOTE

INUNDACION DE AREA RESIDENCIAL EN EL SURESTE DE CHIMBOTE DEBIDO AL ASENTAMIENTO Y COMPACTACION DEL TERRENO

DAÑO A BUZONES DE DESAGUE DEBIDO A LICUACION

ASENTAMIENTOS Y FISURAMIENTOS DE CARRETERA ASFALTADA DEBIDO A COMPACTACION Y DESPLAZAMIENTO LATERAL DE DEPOSITOS LAGUNARES Y DE PLAYA

SISMOS DEL 29 DE MAYO 1990 Y 4 DE ABRIL DE 1991 Dos sismos moderados en el nororiente peruano. El sismo del 29 de Mayo de 1990 tuvo una magnitud de 6.0 y una máxima intensidad sísmica de VII MM en Rioja. El sismo del 4 de Abril de 1991 tuvo una magnitud de 6.5 y una máxima intensidad de VII MM en Moyobamba. Los efectos en el terreno fueron: licuación de suelos, inestabilidad y erosión de suelos en los taludes, asentamientos diferenciales y amplificación de suelos y deslizamientos. Los sismos fueron producidos por fallas activas.

AGRIETAMIENTO DEL TERRENO EN CARRETERA MOYOBAMBA PUERTO TAHUISHCO DURANTE EL SISMO DE 1990

AGRIETAMIENTO TERRENO Y EYECCION AGUA EN EL COLEGIO TAHUISHCO DURANTE SISMO DE 1991

DEL DE DE EL

DAÑO A CASAS DE TAPIAL Y AGRIETAMIENTO DEL TERRENO DEBIDO A DESPLAZAMIENTO LATERAL EN AZUNGUE

DAÑO A ESTACION DE BOMBEO Y SUBESTACION ELECTRICA DEBIDO A LICUACION DE SUELOS

Terremoto de chincha y pisco de 2007 Fue un sismo registrado en el 15 de agosto de 2007 a las 18:40:57 hora local con una duración de 3 min 30 s. Su epicentro se localizo en las costas del centro de Perú a 40 km al oeste de Pisco y a 150 km al sureste de Lima y su hipocentro se ubico a 39 km de profundidad. El origen del sismo fue el proceso de subducción de la placa oceánica de Nazca bajo la placa continental sudamericana. El sismo presento una ruptura Escala magnitud momento (Mw) fijar en 8.0

Asentamiento de vias

MEDIDAS QUE SE DEBE TOMAR ANTE LA LICUACION DE SUELOS

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Según Johansson (2000), existen tres posibilidades básicas para reducir los riesgos de licuefacción. Estas medidas son evitar los suelos susceptibles de licuefacción, construir estructuras resistentes a la licuefacción o mejorar el suelo.

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La primera posibilidad para mitigar los efectos de la licuefacción, es evitar la construcción de nuevas estructuras sobre suelos susceptibles de presentar licuefacción. Existen varios criterios para determinar la susceptibilidad de un suelo a la licuefacción

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Estabilizar el material licuable

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Agregar peso a la estructura para lograr flotabilidad neutral

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Usar material flexible al movimientos en las construcciones

Evitar áreas donde pueda ocurrir la licuefacción

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Las estructuras resistentes a la licuefacción pueden dividirse en estructuras con:

FUNDACIONES SUPERFICIALES

FUNDACIONES PROFUNDAS

FUNDACIONES SUPERFICIALES

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Es importante que todos los elementos de la fundación estén amarrados, para permitir el movimiento o asentamiento de la fundación de manera uniforme, de esta manera se reducen las tensiones en los elementos estructurales que se encuentran sobre la fundación. Una fundación de tipo losa de hormigón armado, es un buen tipo de fundación superficial resistente a la licuefacción, ya que puede transferir las cargas de una zona licuada a una zona adyacente de terreno firme.

FUNDACIONES PROFUNDAS •

La licuefacción puede causar grandes cargas laterales en las fundaciones de pilotes

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La resistencia requerida puede lograrse con pilotes de mayores dimensiones o más reforzados.

MEJORAMIENTO DEL SUELO VIBROFLOTACIÓN 

Evitar que se produzcan grandes incrementos en la presión de poros durante el terremoto. Esto se puede lograr por medio de la densificación del suelo o mejorando su capacidad de drenaje.

Las vibraciones de la sonda causan que la estructura granular colapse, produciéndose un reordenamiento de las partículas y la densificación del suelo que rodea la sonda. Para tratar un área de suelo potencialmente licuable, la vibroflotación debe realizarse siguiendo un patrón cuadriculado.

COMPACTACIÓN DINAMICA • El método consiste en aplicar cargas de 3 a 8 Ton desde alturas de 4 a 8 m a razón de 10 a 16 veces por lugar. • Para estratos superficiales menores de 3.5 m. • Se recomienda controlar la humedad del suelo. Resultados: • Se produce un reacomodo de las partículas, dando como resultado una estructura más compacta. • Se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 1,6 t/m3 en espesores de 2,5 a 3,5 m lo cual es suficiente para disminuir el colapso de suelos. • Es recomendable realizar la compactación en lugares donde actúan las cargas y no en toda el área de la construcción

COMPACTACIÓN DINÁMICA 

La licuefacción local se inicia bajo el punto de caída, permitiendo la densificación del suelo y cuando el aumento de la presión de poros producido por la compactación dinámica se disipa, se produce la densificación adicional.

COLUMNA DE PIEDRAS En este método, la grava se compacta con un martillo de caída libre mientras se va retirando el tubo de acero.

PILOTES DE COMPACTACIÓN 

Es una forma muy efectiva de mejoramiento del suelo. Estos pilotes normalmente se hacen de hormigón pretensado o madera. La instalación de los pilotes de compactación densifica y refuerza el suelo

INYECCIÓN DE GROUTING DE COMPACTACIÓN

Es una técnica por medio de la cual una mezcla de agua, arena y cemento es inyectada a presión en un suelo granular Este mortero forma un bulbo que desplaza y densifica el suelo adyacente.

TÉCNICAS DE DRENAJE 

Los riesgos de licuefacción pueden ser disminuidos aumentando la capacidad de drenaje del suelo, ya que el aumento de la presión de poros se disipa rápidamente si el agua puede drenar libremente. Las técnicas de drenaje incluyen la instalación de drenajes de grava, arena o materiales sintéticos.

CONCLUSIONES 

Existe alta actividad sísmica en la costa peruana debido a la subducción de la placa de Nazca debajo de la placa Sudamericana y actividad sísmica moderada en la zona subandina al este de los Andes. La licuación de suelos ha ocurrido en la costa, en la sierra en la zona subandina del Perú.

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La mayoría de los casos ocurrieron en la costa, debido a la mayor sismicidad y población. Existe una correspondencia entre las áreas de intensidades altas y la ocurrencia de licuación de suelos en el Perú. Se presentaron dos casos uno en la costa y el otro en el noreste del Perú.