Licuacion de Suelos en Las Vias Terrestres
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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL MECANICA DE SULOS APLICADOS A LAS VIAS DE TRANSPORTE PROFESOR: Ing. Aybar INTEGRANTES: - Carhuancho Alcántara Adrián SECCION: Única
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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
MECANICA DE SULOSAPLICADOS A LAS VIAS DE
TRANSPORTE
PROFESOR:
Ing. Aybar
INTEGRANTES:
- Carhuancho Alcántara Adrián
SECCION:
Única
2015 –II
UNIVERSIDAD FERICO VILLARREALMecánica de suelos Aplicados a las Vías de Transporte Licuación de suelos
1. INTRODUCCIÓN
1.1.ANTECEDENTES EN EL MUNDOLa licuefacción 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.
Si bien los efectos de la licuefacción han sido comprendidos desde hace
mucho tiempo, los ingenieros y sismólogos han tenido un recordatorio sobre
su relevancia a partir de los terremotos de 1964 ocurridos en Niigata, Japón y Alaska. El fenómeno también jugó un papel muy importante en la
destrucción del Distrito de la Marina en San Francisco durante el terremoto de
Loma Prieta ocurrido en 1989.
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Licuefacción de suelo a causa del terremoto ocurrido en Niigata en 1964.
Obsérvese cómo los edificios se han inclinado al perder su apoyo en el suelo.
1.2.ANTECEDENTES EN EL PERÚ
Varios investigadores han recopilado información histórica sobre los eventos
sísmicos más importantes que ocurrieron en el Perú desde el siglo XVI hasta
el presente (Silgado, 1978). En esta ocasión se presentarán dos casos de
terremotos relativamente recientes que indujeron licuación de suelos: el evento
de Chimbote del 31de mayo de 1970 en la costa peruana y los terremotos del
29 de mayo de 1990 y del 4 de abril de 1991 en la región de Alto Mayo en el
nororiente peruano.
Chimbote del 31de mayo de 1970
Uno de los casos mejor documentados de licuación de suelos en el Perú es el
pertinente al terremoto del 31 de mayo de 1970 en Chimbote. La ciudad se
localiza aproximadamente a 400 Km al norte de Lima
Una intensidad máxima de IX en la escala de Mercalli Modificada fue
observada. Un breve resumen de efectos de licuación en Chimbote durante el
terremoto del 31 de mayo de 1970 se presenta a continuación.
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Yungay
Ericksen et al (1970) y Plafker et al (1971) indicaron que en Casma, Puerto
Casma, Puerto Casma y cerca de la costa de Chimbote, se produjo
desplazamiento lateral del terreno causado por licuación de los depósitos
deltaicos de playa. Se observaron grietas sobre el terreno que afectaron las
estructuras. La zona central de Chimbote (Casco Urbano) era evidentemente
un área de licuación de suelos y de densificación diferencial.
En Chimbote, Casma y a lo largo de la Carretera Panamericana se notó en la
superficie subsidencia del terreno debido a la licuación.
Cluff (1971) reportó fallas de terreno en Chimbote debido a los depósitos de
playa saturados y sueltos. Volcanes de arena y eyección de agua se
observaron en varias áreas donde el nivel de agua estuvo cerca de la
superficie. Berg y Husid (1973) verificaron la ocurrencia de licuación de suelo
en la cimentación de la escuela Mundo Mejor en Chimbote.
Carrillo (1970) reportó asentamientos de los accesos de casi todos los puentes
en la Carretera Panamericana y asentamiento del Terminal Portuario de
Chimbote. También presentó evidencias de licuación de arena saturada en la
calle Elías Aguirre en Chimbote.
EFECTOS DE SUELO CAUSADOS POR LOS TERREMOTOS DE 1990 Y 1991 El 29 de mayo de 1990 y el 4 de abril de 1991, dos terremotos moderados
ocurrieron en la región nororiental del Perú departamento de San Martin. A
pesar de sus magnitudes relativamente bajas, la severidad del daño fue alta
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debido al tipo de construcción y condiciones del suelo existentes en las áreas
pobladas. La región se localiza en el Noreste del Perú, con temperatura y
precipitación altas. Rocas sedimentarias de los Periodos Jurásico a Cretáceo
se encuentran en las montañas cercanas y materiales del cuaternario en el
valle del río Alto Mayo. Los depósitos cuaternarios están compuestos de
suelos aluviales, coluviales, fluviales y residuales. Moyobamba y Rioja son
las ciudades más importantes en el área. La región es cruzada por el río Mayo,
cuyas riveras están compuestas de depósitos de arena licuable. Se ha
reportado efectos del terreno siguientes: licuación de suelo, inestabilidad y
corrosión de suelos en los taludes, asentamientos diferenciales, amplificación
de suelo y deslizamientos dentro del área epicentral. Se describen los efectos
de licuación de suelo en la ciudad de Moyobamba. (Alva-Hurtado et al, 1992).
El colonial Palacio Municipal de Moyobamba se derrumbó durante el terremoto
principal. El terremoto en Moyobamba agravó los daños de un sismo
acontecido un año antes, muchos edificios coloniales se desplomaron
1.3.ANTECEDENTES EN AREQUIPA
22 de Enero de 1582Silgado (1978), indicaun terremoto que dejó en ruinas a la ciudad de
Arequipa. Después del mismo toda la ciudadquedó anegada por la mucha
agua que corrió por sus calles, probablemente debido alasentamiento y
compresión de la napa freática. En la costa se sumergió un arroyo de agua
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queentraba al Puerto de Islay. La máxima intensidad de este sismo fue de X
MM.
15 de Enero de 1958Terremoto en Arequipa. Silgado (1978) indicó agrietamiento del terreno cerca
de la zona de Camaná, con eyección de aguas negras. La máxima intensidad
del sismo fue de VIII MM
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2. ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES EN CIMENTACIONES
Cada día es más común la exigencia de Técnicos que participan en el estudio de
las estructuras de los edificios que, en los últimos años, a menudo han
mostrado cambios significativos y preocupantes en el estado de agrietamiento.
Las causas de estos fenómenos se deben, en la mayoría de los casos, al
desarrollo de los asentamientos diferenciales generados por cambios en el
cuerpo del edificio, o por cambios en las propiedades geotécnicas de los suelos
de cimentación, ocasionados por ejemplo, por una disminución o aumento del
nivel freático, tuberías rotas, excavaciones próximas, vibraciones.
Un aumento significativo en las propiedades mecánicas del suelo a menudo
puede ser producido con una tecnología de consolidación del suelo mediante la
inyección de resinas expansivas de alta presión de expansión.
ASENTAMIENTO DIFERENCIALMáxima diferencia de nivel entre dos cimentaciones adyacentes de una misma
estructura.
ASENTAMIENTO DIFERENCIAL TOLERABLEMáximo asentamiento diferencial entre dos elementos adyacentes a una
estructura, que al ocurrir no produce daños visibles ni causa problemas.
Los asentamientos diferenciales son los movimientos o desplazamientos relativos
de las diferentes partes de una estructura a causa de un asentamiento irregular
de la misma, provocados por un desequilibrio de esfuerzos en el suelo.
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A continuación se puede observar un gráfico en el que se representan puntos de
apoyo cargados de forma desigual, cimentados con zapatas de ancho diferente, y
cuya incidencia en el terreno se puede asimilar a curvas envolventes
denominadas bulbos de presión.
¿POR QUÉ SE PRODUCEN LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES?Los asentamientos diferenciales pueden originarse por una de las siguientes
causas:
La ausencia de un estudio de suelos antes de empezar una construcción.
La implantación de la edificación directamente sobre terreno vegetal o a
poca profundidad.
La presencia yuxtapuesta de dos estratos diferentes bajo la cimentación.
La construcción de la edificación sobre un suelo heterogéneo, que
contenga áreas rocosas que constituyen puntos duros, o al contrario restos
de residuos vegetales o de materiales orgánicos en descomposición.
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Las modificaciones de obra no consideradas en el proyecto, que ocasionan
sobrecarga excesiva en las bases.
La rotura de una canalización subterránea, provocando que se cambie la
consistencia del suelo.
NOTA:El asentamiento diferencial en arenas tiende a ser más irregular que en arcillas en
proporción, pero no en magnitud.
¿CÓMO AFECTAN A LA ESTRUCTURA LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES DE LA CIMENTACIÓN?
Un asentamiento diferencial entre dos fundiciones continuas de una misma
edificación puede producir ladeo de la estructura y podría llevarla a un posible
volcamiento, una parte de la edificación desciende más que la otra por lo que se
provoca fisuras y grietas.
Estas fisuras por lo general son en diagonal, y siguiendo las juntas de la obra,
estas fisuras pueden ir acompañadas de fisuras horizontales bajo los forjados,
incluso fisuras verticales en los cambios de material.
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Pueden prolongarse en el interior de la construcción por ejemplo a los tabiques o
a los alicatados; pueden afectar a todo el espesor pudiendo producir filtraciones.
La aparición de estas fisuras pueden ocurrir al poco tiempo de la terminación de la
construcción, o al cabo de varios años
El estado límite en este caso corresponde a sacar la estructura de funcionamiento
por el hecho de presentarse una rotación que produce sensación de inseguridad
en los ocupantes sin tener que haber llegado a la pérdida total del equilibrio.
En el caso de un edificio cualquier movimiento diferencial de un apoyo con
respecto a otro, puede cambiar los momentos y fuerzas internas de diseño de la
estructura, con la posibilidad de presentar fallas locales en vigas de conexión o en
cualquier otro elemento.
Los asentamientos diferenciales se limitan a los siguientes valores dependiendo
del sistema estructural de la edificación:
Pórticos L/300Muros L/500 a L/1000
Donde:
L corresponde a la distancia horizontal entre apoyos.
Como se puede apreciar para muros se es mucho más exigente ya que los
muros son más rígidos (admiten menos deformaciones) que los pórticos.
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3. PROBLEMÁTICA DE LA LICUACIÓN DEL SUELO.La licuefacción de 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 un tipo de corrimiento, provocado por la inestabilidad de un talud. Es
uno de los fenómenos más dramáticos y destructivos y, además, más polémicos y
peor explicados que pueden ser inducidos en depósitos por acciones sísmicas.
Durante el proceso en que actúa la fuerza exterior, por lo general una fuerza
cíclica sin drenaje, tal como una carga sísmica, las arenas sueltas tienden a
disminuir su volumen, lo cual produce un aumento en la presión de agua en los
poros y por lo tanto disminuye la tensión de corte, originando una reducción de
la tensión efectiva.
Según cual sea la fracción de vacío inicial, el material del suelo puede responder
ante la carga bien en un modo de ablandamiento inducido por deformación o
alternativamente sufrir endurecimiento inducido por deformación. En el caso de
suelos del tipo ablandamiento inducido por deformación, tales como arenas
sueltas, los mismos pueden alcanzar un punto de colapso, tanto en forma
monótona o cíclica, si la tensión de corte estática es mayor que tensión de corte
estacionaria del suelo. En este caso ocurre licuefacción de flujo, en la cual el
terreno se deforma con una tensión de corte constante de valor reducido. Si el
terreno es del tipo endurecimiento inducido por deformación, o sea arenas de
densidad moderadas a altas, en general no ocurrirá una licuefacción por flujo. Sin
embargo, puede presentarse un ablandamiento cíclico a causa de cargas cíclicas
sin drenaje, tales como cargas sísmicas. La deformación durante cargas cíclicas
dependerá de la densidad del terreno, la magnitud y duración de la carga cíclica, y
la magnitud de inversión de la tensión de corte. Si es que ocurre una inversión de
la tensión, la tensión de corte efectiva puede ser nula, en cuyo caso puede
occurrir el fenómeno de licuefacción cíclica. Si no ocurre inversión de las
tensiones, no es posible que la tensión efectiva sea nula, en cuyo caso puede
occurrir el fenómeno de movilidad cíclica.
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Durante los terremotos el movimiento del terreno puede causar una pérdida de la
firmeza o rigidez del suelo que da como resultados el desplome de edificaciones,
deslizamientos de tierra, daños en las tuberías, entre otros.
3.1. Condición de un suelo para que sea licuable. Este fenómeno está principalmente, más no exclusivamente, asociado con
suelos saturados poco cohesivos. El término licuación, incluye entonces todos los
fenómenos donde se dan excesivas deformaciones o movimientos como
resultado de transitorias o repetidas perturbaciones de suelos saturados poco
cohesivos.
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.
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Los suelos más susceptibles a la licuefacción son aquellos formados por
depósitos jóvenes (producidos durante el Holoceno, depositados durante los
últimos 10,000 años) de arenas y sedimentos de tamaños de partículas similares,
en capas de por lo menos más de un metro de espesor, y con un alto contenido
de agua (saturadas). Tales depósitos por lo general se presentan en los lechos de
ríos, playas, dunas, y áreas donde se han acumulado arenas y sedimentos
arrastrados por el viento y/o cursos de agua. Algunos ejemplos de licuefacción
son arena movediza, arcillas movedizas, corrientes de turbidez, y licuefacción
inducida por terremotos.
La licuefacción de los suelos es un proceso observado en situaciones en que la
presión de poros es tan elevada que el agregado de partículas pierde toda la
resistencia al corte y el terreno su capacidad soportante. Se producen en suelos
granulares:
Arenas limosas saturadas
Arenas muy finas redondeadas (loess)
Arenas limpias
Rellenos mineros
Debido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan, las presiones
intersticiales son tan elevadas que un seísmo, o una carga dinámica, o la
elevación del nivel freático, pueden aumentarlas, llegando a anular las tensiones
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efectivas. Esto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comportándose
el terreno como un «pseudolíquido».
Si bien los efectos de la licuefacción han sido comprendidos desde hace mucho
tiempo, los ingenieros y sismólogos han tenido un recordatorio sobre su
relevancia a partir de los terremotos de 1964 ocurridos en Niigata,
Japón y Alaska. El fenómeno también jugó un papel muy importante en la
destrucción del Distrito de la Marina en San Francisco durante el terremoto de
Loma Prieta ocurrido en 1989.
El conocimiento del proceso y sus efectos se ha basado en tres diferentes
principios:
· Observaciones de campo durante y después de los terremotos.
· Experimentos en el laboratorio en muestras de suelos saturados, y en
modelos de fundaciones y estructuras.
· Estudios teóricos.
Algunos de los efectos de licuación del suelo son catastróficos, tales como la falla
de grandes pendientes o presas, el desplome de edificios y puentes, el colapso
parcial o total de muros de contención. Otros sin embargo son un poco menos
dramáticos como largas deformaciones de la superficie terrestre, el asentamiento
y consecuente inundación de grandes áreas, etc. Aún estos efectos laterales en
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muchos terremotos causan daños de grandes proporciones a carreteras, vías
férreas, tuberías y edificios.
4. TIPOS DE SUELOS
ARENAS MOVEDIZASLas arenas movedizas se producen cuando una zona de arenas sueltas que está
saturada con agua es agitada. Cuando el agua que se encuentra atrapada en el
bloque de arena no puede escapar, se licúa el suelo y pierde la capacidad de
soportar pesos. La arena movediza se puede formar por un flujo en ascenso de
aguas subterráneas (como el que proviene de un manantial natural), o a causa de
terremotos. En el caso de un flujo de agua subterráneo, la fuerza producida por el
flujo de agua se contrapone a la fuerza de gravedad, produciendo la flotación de
los granos de la arena. En el caso de terremotos, la fuerza de la sacudida puede
aumentar la presión de aguas subterráneas próximas a la superficie, y en el
proceso licuar los depósitos de arena y sedimentos de la superficie. En ambos
casos, la superficie que se licúa pierde resistencia, lo que desestabiliza a los
edificios u otras estructuras que se encuentran en la superficie produciendo se
inclinen o derrumben.
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Los sedimentos saturados pueden parecer sumamente sólidos hasta el instante
en que un cambio en la presión del suelo o una sacudida disparan el proceso de
licuefacción.
dicho proceso hace que la arena forme una suspensión en la cual cada grano
pasa a estar rodeado por una delgada película de agua. Esta configuración le
otorga a las arenas movedizas, y otros sedimentos licuados una textura
esponjosa similar a la consistencia de un fluido. Los objetos que se encuentran en
cueltso en arenas movedizas se hundirán hasta el nivel en el cual el peso del
objeto se iguale con el peso desplazado de la mezcla de arena y agua y el objeto
"flote" de acuerdo al principio de Arquímedes.
Este fenómeno se produce cuando arenas finas y desprendidas unas de otras
reciben una cantidad determinada de agua, lo que las satura. Los espacios entre
los granos de arena se llenan de agua, evitando la fricción entre las partículas.
Proceso de formación de las arenas movedizas
El aspecto viscoso tiende a aumentar cuando una persona realiza movimientos
bruscos, por lo que necesitará llevar a cabo movimientos corporales lentos. En los
lugares donde hay playas, el ahogamiento puede ocurrir si alguien queda
atrapado en las arenas movedizas y la marea es creciente.
Según algunos expertos, las arenas movedizas no están determinadas por su
formación de un tipo específico de suelo, y no solamente sucede en la arena sino
con toda clase de suelo granulado. Lo que determina su formación es el conjunto
de condiciones naturales, como la unión del agua y el suelo.
Por lo general, las arenas movedizas tienden a ocurrir principalmente en los
márgenes de los ríos, playas, lagos y otras zonas húmedas.
Tampoco están hechas de arena, sino de arcilla. "Son una mezcla poco
compacta de limos o lodos (partículas muy finas de arcillas) totalmente saturados
de agua", explica.
Es físicamente imposible que una persona que se hunde en arenas movedizas
sea engullida del todo
Estas partículas minúsculas tienen una superficie generalmente rugosa. La
fricción entre estos granos da estabilidad al suelo. En arenas no movedizas los
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espacios entre partículas suponen entre el 25-30%. Sin embargo, los espacios
entre gránulos en arenas movedizas suponen entre el 30-70% del volumen total.
Las partículas están tan separadas unas de otras por el agua que el rozamiento disminuye tanto que el suelo deja de comportarse como un sólido para
hacerlo como un líquido espeso, viscoso y resbaladizo.
Podemos experimentar la sensación de hundirnos en arenas movedizas en las
playas de arena de Mediterráneo, por ejemplo. Si metemos los pies en el agua de
la zona más cercana a la orilla y los hundimos en la arena notamos la
inestabilidad del terreno, explica Arche.
¿Dónde se forman?
Las arenas movedizas se forman en orillas de ríos profundos, como el
Amazonas o el Misisipi, en lagos, pantanos y playas con grandes mareas, con
una diferencia entre alta y baja de 5-6 metros. La Bahía de Morecambe
(Inglaterra), por ejemplo, es célebre por la frecuente formación de arenas
movedizas.
También pueden formarse arenas movedizas en las turberas. Son grandes
llanuras cubiertas de materia vegetal, sobre todo musgos típicos de climas fríos o
muy fríos, que pueden tener varios metros de espesor.
Hay zonas sustentadas sobre arenas movedizas que se hunden con el peso de
algunos animales. "En Irlanda, Dinamarca y Siberia se han encontrado restos muy
bien conservados de vertebrados e incluso seres humanos dentro de las turbas",
señala Arche.
Otro tipo de arenas movedizas son las producidas por terremotos. La fuerza
del terremoto presiona súbitamente las aguas subterráneas que se mezclan con
el terreno ylo transforman en terreno inestable. "Las casas y las carreteras se
hunden como si el suelo que las sustenta se derritiera como un helado", ilustra el
experto.
1. Arenas movedizas producidas por licuefacción del suelo. El sifonamiento se
produce cuando aumenta la presión de agua en el interior de un suelo hasta el
punto de que neutraliza la presión intergranular quedando, pues, los granos de
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suelo literalmente flotando unos con otros y, por tanto, sin resistencia para
soportar pesos. Esto es lo que experimentaron estos JOVENES en una playa
asturiana:
2.- Arenas movedizas producidas por un elevado grado de humedad de suelo
arcilloso. Este fenómeno se produce porque se eleva tanto la humedad de un
suelo fino hasta el punto de que se supera el límite líquido (limite de Atterberg) y
el suelo se convierte en un líquido viscoso. En el video nos ilustran de cómo salir
si nos caemos en uno de éstos.
3.- Arenas movedizas como hidrogel coloide que se comporta como un fluido no
newtoniano. De esta forma, el suelo tiene una apariencia sólida, pero cuando se
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le somete a algún esfuerzo, se libera el agua intergranular y las partículas quedan
en suspensión, adoptando las propiedades de un líquido. Esto se corresponde
con una propiedad típica de algunos tipos de arcillas llamada tixotropía.
ARCILLAS RÁPIDAS
Las llamadas arcillas rápidas o arcillas marinas, también conocidas
en Canadá como arcillas de Leda o quickclays, es un tipo particular de arcilla
sumamente sensible, que al ser perturbada posee la tendencia a cambiar su
estado desde uno relativamente rígido a un estado líquido. En reposo, las arcillas
rápidas parecen un gel hidrosaturado. Sin embargo, si se toma un bloque de
arcilla y se le golpea, instantáneamente toma la constitución de un fluido,
mediante un proceso conocido como licuefacción espontánea. Las arcillas rápidas
se comportan así porque, aunque son sólidas, tienen un altísimo contenido de
agua, que puede ser de hasta un 80%. La arcilla retiene una estructura sólida a
pesar de su alto contenido acuoso, porque la tensión superficialdel agua mantiene
"escamas" de arcilla unidas en una delicada estructura. Cuando la estructura se
quiebra por un golpe, la arcilla cambia su estado y se transforma en un fluido.
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Las arcillas rápidas se encuentran por lo general en regiones ubicadas en el norte
del hemisferio norte en países tales como Rusia, Canadá, Alaska en Estados
Unidos, Noruega, Suecia, y Finlandia, todas estas zonas fueron cubiertas por
glaciares durante el Pleistoceno.
Las arcillas rápidas han sido la causa subyacente de muchos corrimientos de
tierra mortales. Sólo en Canadá, se le ha asociado con más de 250 movimientos
de tierra identificados. Algunos de ellos son antiguos, y pudieron haber sido
confundidos con sismos.
2.1 Corrientes de turbidez Los corrimientos de tierra submarinos son corrientes de turbidez y consisten del
desplazamiento de sedimentos saturados por el agua que fluyen hacia las
profundidades marinas. Un ejemplo de este fenómeno tuvo lugar durante
el Terremoto de Grand Banks de 1929 que ocurrió en la plataforma
continental cerca de la costa de Terranova. A los pocos minutos de ocurrido,
varios cables submarinos empezaron a romperse en secuencia, en puntos cada
vez más alejados a lo largo del talúd, y alejándose del epicentro. En total se
partieron doce cables en un total de 28 lugares. Los tiempos exactos y sitios en
que se produjo cada rotura fueron determinados con precisión. Los investigadores
sugirieron que un deslizamiento submarino o corriente de turbidez de sedimentos
saturados por el agua que se desplazó a una velocidad de 100 km/h y se propagó
hacia abajo por la plataforma continental a lo largo de un recorrido de 600 km,
partiendo los cables a su paso.
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Corrientes de turbidez son avalanchas submarinas de barro y rocas. Estas
avalanchas se mueven con algunos 60 kms por hora hacia abajo. Durante el
movimiento las partículas finas se separan de las partículas grandes. Es decir
abajo llegan al primero las partículas grandes, después las medianas y como
último las partículas pequeñas. Los depósitos característicos de un corriente de
turbidez son sedimentos marinos que muestran una estratificación gradada.
Figura: A: Por impulso de un sismo se desprenden partes del pendiente. B: La
avalancha submarina aumenta su velocidad y un conjunto de partículas finas y
gruesas se muevan hacía abajo. C: Durante el movimiento hacía abajo se
separan las partículas finas de las partículas gruesas. D: por su mayor peso
llegan al primero abajo los clastos gruesos y forman los primeros estratos.
Después se depositan las partículas más finas. E: Finalmente se formó un sector
con estratificación gradada o en inglés "fining up". Significa una secuencia
empieza abajo con clastos relativamente grandes y hacía arriba se disminuye
paulatinamente el tamaño de los clastos.
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EFECTOS
Los edificios cuyos cimientos están directamente en la arena que se licua
experimentan una pérdida de apoyo repentina, que resulta en el asentamiento
drástico e irregular del edificio. La licuefacción causa asentamientos irregulares en
el área licuada, y esto puede dañar los edificios y romper los cables de servicio
público subterráneos donde los asentamientos diferenciales son grandes. Las
tuberías de distribución de agua y gas y otros ductos pueden flotar y desplazarse
hacia la superficie. Forúnculos de arena pueden entrar en erupción en los edificios
a través de bocas de conexión de servicios, con lo que el agua puede ingresar y
dañar la estructura o sus sistemas eléctricos. La licuefacción del suelo también
puede causar colapsos de plataformas. Las áreas de recuperación ambiental de
suelo (rellenos sanitarios) son propensas a la licuefacción porque muchas son
recuperadas con relleno hidráulico, y a menudo se asientan sobre suelos blandos
que pueden amplificar la sacudida de los terremotos. La licuefacción del suelo fue
un factor importante en la destrucción del Distrito Marina de San
Francisco durante el terremoto de Loma Prieta en 1989.
La mitigación del daño potencial debido a la licuefacción forma parte del campo de la ingeniería geotécnica
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5. ESTUDIOS REALIZADOS5.1. ESTUDIOS RELACIONADOS A LA LICUEFACCION DE SUELOS
El limitado conocimiento relativo a este fenómeno se debe en gran parte a dos factores:
Dificultad en observar sus características en condiciones reales. Complejidad del fenómeno, pues para además de ser el resultado de una
acción símica de carácter altamente variable, induce en el suelo un comportamiento fuertemente no lineal e histerético, con fuerte degradación de las características mecánicas del suelo de cada ciclo determinada por la generación de presiones neutras en la muestra bajo acción sísmica.
Uno de los problemas fundamentales es el conocimiento rudimentario sobre los mecanismos de rotura y deformación asociados al fenómeno de la licuefacción, lo que limita el uso de ensayos elementales para estudiarlo.
No existe una definición única para el fenómeno de la licuefacción. Una definición general y cualitativa para este fenómeno, capaz de producir
grandes deformaciones en el terreno y de las estructuras en él existentes, asociado a gran degradación de las características mecánicas de los suelos granulares debido a la generación o migración del exceso de presión neutra resultante de la acción cíclica producida por sismos en condiciones por lo menos parcialmente no drenadas.
Factores de la licuefacción
De acuerdo a la Organización Panamericana de la Salud (OPS, 2003), existen siete factores importantes, que están relacionados con los criterios de susceptibilidad, para determinar la susceptibilidad de un suelo para licuarse, los cuales se detallan a continuación:
Distribución del tamaño de los granos La arena uniformemente gradada, con granos pocos finos o muy gruesos (arena limpia) tiene mayor probabilidad de licuarse y es posible que se vuelva más densa. Las arenas limosas y gravas también son susceptibles a la licuefacción bajo cargas cíclicas muy severas.
Profundidad de las aguas subterráneasPuede ocurrir licuefacción si existe agua subterránea en el punto de la columna del suelo donde se está produciendo la densificación. Mientras menor sea la profundidad, menor será el peso del recubrimiento del suelo y el potencial de que ocurra densificación. Por tanto, mientras menor sea el nivel de las aguas subterráneas, mayor será la probabilidad de que ocurra licuefacción.
Densidad La licuefacción ocurre principalmente en suelos sueltos, saturados y no cohesivos. Ese suelo puede densificarse cuando está sujeto a una carga cíclica. La tendencia a densificarse reduce el volumen de suelo y agua e incrementa la
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presión de poros si los poros se llenan de agua. Cuando la presión de poros se vuelve igual a la tensión media total, el suelo pierde su resistencia y se licua. Si el suelo es denso, habrá menos posibilidad de que se produzca la licuefacción.
Peso del recubrimiento y profundidad del sueloLas tensiones entre partículas aumentan a medida que se incrementa la presión del recubrimiento. Mientras mayor sea la tensión entre las partículas, menor será la probabilidad de que ocurra la licuefacción. Por lo general, la licuefacción ocurre a profundidades menores 9 metros, y rara vez ocurre a profundidades mayores de 15 metros.
Amplitud y duración de la vibración del terreno La capacidad del suelo para resistir una vibración provocada por un sismo sin causar fallas depende de la intensidad del movimiento del terreno, incluida tanto su amplitud como su duración. Los movimientos más fuertes tienen mayor probabilidad de causar fallas. La licuefacción de suelos bajo condiciones de tensión provocadas por un terremoto puede ocurrir ya sea cerca del epicentro durante terremotos pequeños o moderados, o a cierta distancia en caso de terremotos moderados a severos.
Edad del depósito Los suelos débiles y no cohesivos por lo general son jóvenes. Con el tiempo, actúan dos factores para incrementar la resistencia de un suelo típico: la compactación (que cambia la relación de vacíos) y varios procesos químicos (que actúan para cementar los granos del suelo). Una regla general es que los depósitos anteriores al pleistoceno tardío (más de 500.000 años de antigüedad) tienen poca probabilidad de licuarse excepto si sufren una vibración bastante fuerte, mientras que los depósitos del holoceno tardío (menos de 3.000 años de antigüedad) tienen mayor probabilidad de licuarse
Origen del sueloEl suelo depositado por procesos fluviales se sedimenta fácilmente y sus granos tienen poca probabilidad de compactarse. De manera similar, los rellenos artificiales no compactados, generalmente por debajo del nivel del agua, pueden tener deficiencias similares. Una práctica común de décadas pasadas era la colocación de los rellenos hidráulicamente. Todos ellos se licuarán con facilidad. Por otro lado, los sedimentos depositados glacialmente, particularmente aquellos sobre los cuales ha pasado un glaciar, generalmente ya son bastante densos y tienen menor probabilidad de licuarse
Si un depósito de suelos ha sido determinado como susceptible, entonces el segundo paso en el desarrollo de una evaluación de riesgo de licuefacción es considerar el potencial de un suelo para iniciar la licuefacción. Esto generalmente involucra la caracterización de la carga sísmica a la que el suelo está sometido, y la caracterización de la resistencia a la licuefacción del suelo. Como estas caracterizaciones se hacen en términos comunes, se pueden comparar para determinar el potencial de licuefacción del suelo (Kramer y Stewart, 2004)
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Ensayo de penetración estándar 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.
Constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación.
Consiste en contar el número de golpes necesarios para que se introduzca a una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente.
MÉTODOS BASADOS EN EL ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR
El valor de la resistencia a la penetración estándar, o valor N del SPT, se define como el número de golpes necesarios para que el muestreador de caña partida, de 2" de diámetro exterior y 1 3/8" de diámetro interno, penetre 12" en el terreno debido al impacto de la caída libre de un martillo de 140 lb desde una altura de30".Debido a las dificultades para la realización de este ensayo, algunos parámetros de los suelos pueden tal vez ser medidos con mayor exactitud sobre un amplio rango de profundidades, y en condiciones ambientales más difíciles. Sin embargo, debido a que el SPT ha sido tan ampliamente usado en el pasado, la mayoría de los datos de comportamiento de campo están generalmente correlacionados con este índice de resistencia del suelo.
MÉTODO SIMPLIF ICADO DE SEED E IDRISSSeed e Idriss (1966) estudiaron el fenómeno de licuación ocurrido en el terremoto de Niigata en 1964. Basados en los resultados de laboratorio enarenas limpias sometidas a ensayos triaxiales cíclicos, propusieron un método simple para estimar la resistencia a la licuación de las arenas. El método usaba la densidad relativa, derivada del SPT, como un parámetro principal del suelo en la determinación de la resistencia a la licuación.
τdσo
=0 .65amáxgσoσord .
MÉTODO SIMPLIF ICADO DE TOKIMATSU Y YOSHIMIBasados en resultados de extensivos ensayos de laboratorio de licuación de arenas saturadas, Tokimatsu y Yoshimi (1983), indicaron que los efectos de movimientos sísmicos que causan licuación pueden ser representados por dos parámetros: la aceleración horizontal del terreno y el número de ciclos de movimientos significativos. Esta conclusión es incorporada en la siguiente ecuación para la relación del esfuerzo de corte dinámico para una profundidad determinada.
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τdσo
=amíngσ oσ ord .rn
MÉTODO SIMPLIF ICADO DE IWASAKI Y TATSUOKAEn 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.
τdσo
=τmáxσ v
amáxgσoσord .
Por otro lado, Iwasaki y Tatsuoka concluyeron que la relación de esfuerzos cíclicos que causará licuación en un elemento de suelo sometido a cargas dinámicas durante un terremoto puede ser evaluada mediante:
Para:
0 ,02≤D50≤0,6mmτ lσ v
=0 ,0882√ Nσ v+0,7
+0 ,225 log ( 0 ,35D50
)
0,6≤D50≤2,0mmτ lσ v
=0 ,0882√ Nσ v+0,7
−0 ,05
Donde: τ l : esfuerzo de corte cíclico que causará licuación
N: Número de golpes del SPT
D50: Diámetro promedio de las partículas en mm.
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6. LICUEFACCIÓN INDUCIDA POR TERREMOTOSLa licuefacción 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 in líquido
pesado. Es un tipo de corrimiento, provocado por la inestabilidad de un talud. Es
uno de los fenómenos más dramáticos y destructivos, además, más polémicos
que pueden ser inducidos en depósitos por acciones sísmicas.
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.
Durante el proceso en que actúa la fuerza exterior, por lo general una fuerza
cíclica sin drenaje, tal como una carga sísmica, las arenas sueltas tienden a
disminuir el volumen, lo cual produce un aumento en la presión de agua en los
poros y por lo tanto disminuye la tensión de corte, originando una reducción de la
tensión efectiva
Debido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan, las presiones
intersticiales son tan elevadas que un seísmo, o una carga dinámica, o la
elevación del nivel freatico, pueden aumentarlas, llegando a anulas tensiones
efectivos. Esto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comportándose
el terreno como un pseudoliquido
Si bien los efectos de la licuefacción han sido comprendidos desde hace mucho
tiempo, los ingenieros y sismólogos han tenido un recordatorio sobre su
relevancia a partir de los terremotos de 1964 ocurridos en Niigata (Japón), Alaska.
El fenómeno también jugó un papel muy importante en la destrucción del Distrito
de la Marina en San Francisco durante el terremoto de Loma Prieta ocurrido en
1989
Durante un fuerte terremoto cuando la tierra empieza a sacudir, los granos del
suelo a poca profundidad están cortados en una composición sólida. No obstante,
debido a la presencia de agua, se saturan los granos del suelo. Los granos de
arena pueden convertirse en volcanes de arena. Los sedimentos en el fondo
tienen un vínculo fuerte, con mayor presión de confinamiento, y por tanto son
menos probables a licuar. Cuando la arena bajo una capa de arcilla o cieno licúa,
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la capa superior puede deslizarse debido a la gravedad hacia una pendiente,
produciendo un terreno grietas. Fundamentos de puentes, carreteras, edificios, y
el gas y las líneas de alcantarillado puede ser gravemente dañado por estos
movimientos. Terremoto de licuefacción contribuye en gran medida los daños
sísmicos
Evidencias más comunes en fenómeno de licuefacción
1. Volcanes de arena
2. Grietas en el terreno
3. Perdida de la capacidad portante del suelo
4. Movimientos laterales
5. Oscilaciones horizontales en el terreno
6. Falla de taludes por flujo en el terreno
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Volcanes de Arena debido a la licuefacción en el terremoto de Loma Prieta
Estados Unidos 17 de Octubre de 1989
GRIETAS
TERREMOTO EN NIGATA JAPON (Junio de 1964)
Durante junio de 1964, en Nigata Japón, tuvo lugar un terremoto de magnitud 7.5
grados en la escala de Richter, hubo daños muy graves causados por
licuefacción en arenas. Muchas estructuras se asentaron más de un metro y se
inclinaron notablemente; en el terremoto un edificio giró 80 grados, quedando
prácticamente tendido en el suelo. También se pudo evidenciar otros fenómenos
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de licuefacción. Poco después del sismo se observo agua brotando del suelo por
gritas que se formaron, en las cuales llegaron a hundirse casas y automóviles; al
mimo tiempo, se veía emerger a la superficie estructuras que debería permanecer
en el sub-suelo, como fue el caso de un tanque de gas. También ocasiono la
destrucción de uno 3000 edificios y daños cerca de 10 mil millones de dólares.
Algunos efectos de licuación del suelo son catastróficos, tales como la falla de
grandes pendientes o presas, el desplome de edificios y puentes, el colapso
parcial o total de muros de contención. Otros sin embargo son un poco menos
dramáticos como largas deformaciones de la superficie terrestre, el asentamiento
y consecuente inundación de grandes, etc. Aún estos efectos laterales en muchos
terremotos causan daños de grandes proporciones a carreteras, vía férreas,
tuberías y edificios
Las estadísticas de los daños obtenidos durante terremotos pasados indican lo
siguiente
1. Los daños concentran en áreas donde se presentan condiciones
irregulares del suelo; causa de las mayores deformaciones del suelo es la
no uniformidad en el desplazamiento debido a tal condición irregular.
2. El grado de vulnerabilidad depende de la intensidad del movimiento
sísmico, el cual está representado por la máxima aceleración.
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7. Efectos de la licuefacción
Las consecuencias de la falla de un suelo por licuefacción son
catastróficas. Según Troncoso (1992) estas consecuencias pueden ser,
hundimientos, volcamientos, desplomes, asentamientos diferenciales,
colapso de puentes y flotación de estructuras livianas enterradas
Durante la licuefacción, la pérdida de resistencia que el suelo experimenta,
generalmente hace que se produzcan fallas del terreno (OPS, 2003).
Existen varios tipos de fallas del terreno asociadas con la licuefacción.
Según Greene et al. (1994), estas fallas son:
7.1 Fallas de flujo y deslizamientos
Estas son fallas asociadas a superficies inclinadas, como taludes. Las
fallas de flujo y los deslizamientos son las fallas del terreno más
catastróficas causadas por la licuefacción. Estas fallas comúnmente
producen desplazamientos de decenas de metros, de grandes masas de
suelo y en algunos casos, las masas de suelo han viajado varios kilómetros
hacia abajo en terrenos con pendiente, con velocidades considerables. En
el caso de los flujos, los materiales del suelo se desplazan rápidamente
cuesta abajo en un estado licuado, usualmente se producen en arenas
limpias o arenas limosas sueltas y saturadas, en terrenos con pendientes
relativamente pronunciadas.
7.2 Desplazamientos laterales
Los desplazamientos laterales involucran el desplazamiento de grandes
bloques desuelo superficiales como consecuencia de la licuefacción de un
estrato inferior. Cuando los estratos más profundos se licuan, los estratos
superficiales del suelo se mueven lateralmente en bloques sólidos. Este
desplazamiento ocurre debido a la acción de las fuerzas gravitacionales y
de las fuerzas de inercia generadas por el terremoto. El desplazamiento
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horizontal comúnmente se extiende por varios metros y el suelo se rompe
internamente causando fisuras, escarpes y hundimiento de bloques
7.3 Oscilaciones del terreno
Cuando el terreno es plano o la pendiente demasiado suave para permitir
el desplazamiento lateral, la licuefacción de un estrato profundo puede
desacoplar los estratos de suelo superiores, permitiendo la oscilación de
los suelos superficiales en forma de ondas. Estas oscilaciones están
asociadas a la abertura y cierre de fisuras del terreno, y a la fractura de
estructuras rígidas como pavimentos y tuberías.
7.4 Pérdida de la capacidad de soporte y flotación
Cuando el suelo que soporta un edificio u otra estructura se licua y pierde
resistencia, pueden producirse grandes deformaciones, lo que permite el
asentamiento o volcamientos de las estructuras. La falla más espectacular
por pérdida de la capacidad de soporte de los suelos ocurrió durante el
terremoto de Niigata de 1964,en Japón, donde varios de los edificios de
departamentos Kawangishicho se volcaron hasta 60 grados.
Aparentemente, la licuefacción primero se desarrolló en un estrato de
arena a varios metros de profundidad y después se propagó hacia arriba a
través de otros estratos de arena, lo que debilitó el suelo que soportaba los
edificios permitiendo su volcamiento. Por otra parte, los objetos enterrados
menos pesados que el suelo licuado desplazado, como tanques o tuberías,
pueden subir a través del suelo licuado y flotar en la superficie.
7.5 Asentamientos y volcanes de arena
En muchos casos, el peso de las estructuras fundadas en el suelo, no es lo
suficientemente grande como para causar los grandes asentamientos
asociados a la pérdida de capacidad de soporte. Sin embargo,
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asentamientos más pequeños pueden ocurrir debido a la disipación de
presión de poros y la consolidación del suelo después del terremoto.
Estos asentamientos pueden ser destructivos, pero no al nivel de las fallas
que implican grandes desplazamientos o pérdida de la capacidad de
soporte. La erupción de volcanes de arena es una manifestación común de
licuefacción. Estos volcanes son flujos de agua con sedimentos que suben
hacia la superficie del terreno, debido a la mayor presión de poros presente
en el suelo licuado.
7.6 Aumento de la presión lateral sobre estructuras de contención
Si el suelo que se encuentra detrás de alguna estructura de contención se
licua, entonces las presiones laterales sobre esa estructura pueden
aumentar de manera considerable. Este efecto se produce debido a la
pérdida de resistencia al corte del suelo, lo que lo convierte en un líquido
de alta densidad que puede ejercer una presión lateral muy superior a la
presión con la que el muro fue diseñado. Como consecuencia, los muros
de contención pueden ser desplazados lateralmente, inclinarse o fallar
estructuralmente, como ha sido observado en muros junto al mar que
contienen arenas saturadas, en varios terremotos.
8. MEDIDAS PARA MITIGAR LOS EFECTOS DE LA LICUEFACCIÓN
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.
8.1. Evitar áreas donde pueda ocurrir la licuefacción
La primera posibilidad para mitigar los efectos de la licuefacción, es evitar
la construcción de nuevas estructuras sobre suelos susceptibles de
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presentar licuefacción. Existen varios criterios para determinar la
susceptibilidad de un suelo a la licuefacción
8.1.Estructuras resistentes a la licuefacción
Las estructuras resistentes a la licuefacción pueden dividirse en estructuras
con fundaciones superficiales y estructuras con fundaciones profundas. Los
aspectos relativos a estos tipos de fundaciones se verán brevemente a
continuación.
8.1.1. Fundaciones superficiales
En una fundación superficial, 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. Los servicios
públicos enterrados, como cañerías de agua potable y alcantarillado,
deberían tener uniones dúctiles para acomodar los movimientos de la
estructura y los asentamientos que pueden ocurrir debido a la licuefacción.
8.1.2 Fundaciones profundas
La licuefacción puede causar grandes cargas laterales en las fundaciones
de pilotes. Si los pilotes son hincados a través de un estrato de suelo
potencialmente licuable, hasta llegar a un estrato firme, no solo debe
resistir las cargas verticales producidas por el peso de la estructura, sino
que también debe poder resistir las cargas horizontales y los momentos
flectores inducidos por el movimiento lateral si el estrato de suelo
susceptible se licua. La resistencia requerida puede lograrse con pilotes de
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mayores dimensiones o más reforzados. Fundación profunda (Johansson,
2000).
8.2Mejoramiento del suelo
El principal objetivo de las técnicas de mejoramiento del suelo para reducir
los riesgos de licuefacción, es 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 técnicas máscomunes de mejoramiento del suelo se indican a
continuación (Johansson, 2000).
8.2.1 Vibroflotación
La vibroflotación involucra el uso de una sonda vibrante que puede
penetrar en un suelo granular a profundidades mayores de 30 metros. 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.
El vibro-reemplazo es una combinación de vibroflotación con un agregado
de grava, formando columnas de piedras, las cuales aumentan la
densificación, proporcionan un mayor grado de refuerzo y mejoran la
capacidad de drenaje del suelo. El procedimiento consiste en usar un
vibrador para realizar agujeros en el terreno con la ayuda de un chorro de
agua a presión con espaciamientos entre 1,5 a 3 metros y volver a llenar
con grava luego de la extracción.
8.2.2 Compactación dinámica
La densificación por compactación dinámica se realiza dejando caer una
pesada bola de acero desde alturas que van de 10 a 36 metros, en un
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patrón cuadriculado. Este método provee de una solución económica de
mejoramiento de suelo para reducir el riesgo de licuefacción. 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.
8.2.3 Columnas de piedra.
Como se describió anteriormente, las columnas de piedra son columnas de
grava construidas en el suelo. Las columnas de piedra pueden
ser construidas con el método de la vibroflotación o con otros métodos,
como con el usode un tubo de acero, dentro del cual se agrega la grava. En
este método, la grava se compacta con un martillo de caída libre mientras
se va retirando el tubo de acero.
8.2.4 Pilotes de compactación.
La instalación de 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, siguiendo un patrón cuadriculado hasta llegar
a profundidades de 20 metros.
8.2.5 Inyección de grouting de compactación. La 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. Este método es una buena solución si se requiere
mejorar una fundación existente, ya que es posible inyectar el grouting
desde el lado o en un ángulo inclinado para alcanzar el suelo bajo las
fundaciones.
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8.2.6 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. Los drenajes sintéticos pueden ser instalados con varios
ángulos, mientras que los drenajes de grava y arena generalmente son
verticales. Las técnicas de drenaje a menudo son usadas en combinación
con otros tipos de técnicas de mejoramiento del suelo para una reducción
más efectiva del riesgo de licuefacción.
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9. Conclusiones
La licuefacción de los suelos se producen en suelos granulares:
Arenas limosas saturadas
Arenas muy finas redondeadas
Arenas limpias
Rellenos mineros
La licuefacción ocurre principalmente en suelos sueltos, saturados
y no cohesivos. Ese suelo puede densificarse cuando está sujeto a una
carga cíclica. La tendencia a densificarse reduce el volumen de suelo
y agua e incrementa la presión de poros.
Indican que el daño en las tuberías enterradas es mucho mayor en los
terremotos asociados con licuación del suelo que en aquellos que no están
a asociados a tal efecto.
Los suelos susceptibles a la licuación generalmente forman topografía
plana. Por esta razón grandes deformaciones en el terreno no pueden ser
vistas con facilidad
Los daños se concentran en áreas donde se presentan condiciones
irregulares del suelo; la causa de las mayores deformaciones del suelo es
la no uniformidad en el desplazamiento debido a tal condición irregular.
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
Los suelos más susceptibles a la licuefacción son aquellos formados por
depósitos jóvenes (producidos durante el Holoceno, depositados durante
los últimos 10,000 años) de arenas y sedimentos de tamaños de partículas
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similares, en capas de por lo menos más de un metro de espesor, y con un
alto contenido de agua (saturadas).
Para evitar los asentamientos diferenciales debe procurarse que la tensión
del terreno bajo las zapatas sea la misma.
Los daños por asentamientos diferenciales de edificaciones no constituyen
un fenómeno de carácter excepcional sino un fenómeno frecuente.
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10.BIBLIOGRAFÍA
BADILLO, J. (2004).MECANICA DE SUELOS, TOMO 2.MEXICO:
LIMUSA.FRATELLI, M. (1993).
Suelos, Fundaciones y Muros.CARACAS:
BONALDEEDITORES.GONZALEZ, L. (2002).
IngenieríaGeológica.MADRID: PEARSON PRENTICEHALL.GRUS, C.
(2010).EL FENOMENO DE LICUACION DE SUELOS.
-Enciclopedia Salvat, edición 2004, editorial Salvat
BIBLIOGRAFÍA ELECTRÓNICA http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/interesantes/licuacion/
licuacion.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Licuefacci%C3%B3n_de_suelo
http://udocivil678.files.wordpress.com/2010/07/licuefaccion-de-suelos.pdf
http://www.youtube.com/watch?v=lkXL0JyK7lc
http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/redacis/redacis05_p.pdf
www.google.cr.com/arenasmovedizascostarica
www.experimentos.com/arenasmovedizas/licuefacción
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/interesantes/licuacion/
licuacion.htm
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