PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE ESCUELA DE CONSTRUCCIÓN CIVIL / FACULTAD DE INGENIERÍA

PROF.: CAROLA SANHUEZA PLAZA

GEOTECNIA – CCL2353

CARTILLA Nº4

“LICUEFACCIÓN DE SUELOS – TERREMOTO 27F”

1. Tema: Artículo presentado al VII Congreso Chileno de Ingeniería Geotécnica (2012) “Efectos del terremoto del 27F en el subsuelo del puerto de Coronel”. Extracto de Geo-engineering Reconnaissance of the 2010 Maule, Chile Earthquake. Report of the NSF Sponsored GEER Association Team “Liquefaction and Lateral Spreading”. 2. Objetivos

2.1. Determinar el esfuerzo a una determinada profundidad por efecto del peso propio del suelo.

2.2. Comprender y aplicar el concepto de esfuerzo efectivo en un suelo. 2.3. Conocer y comprender el fenómeno de Licuefacción de suelos, asociado al esfuerzo

efectivo del suelo. 2.4. Comprender y aplicar los distintos modelos teórico-empíricos para determinar el

incremento de esfuerzo dentro de la masa de suelo a una determinada profundidad. 2.5. Predecir las deformaciones del suelo debidas al incremento de carga.

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De acuerdo a los artículos adjuntos, se solicita:

1. Defina los conceptos de “licuefacción”, “lateral spreading” y “sinkhole”. Además, indique cómo se relacionan estos conceptos. Apóyese en el artículo de GEER para su respuesta.

2. Mencione las características de los suelos presentados en ambos artículos, que son

propensos a sufrir de los fenómenos “licuefacción” y “lateral spreading”.

3. ¿Qué metodología seguiría usted para definir cuál de los 2 muelles, de acuerdo a los perfiles mostrados en la figura 5 del artículo del congreso, posee un riesgo de licuefacción mayor respecto del otro? Se debe señalar claramente: pasos a seguir, ensayos de laboratorio, ensayos de terreno y parámetros del suelo que se obtienen en cada caso.

4. Interprete, compare y concluya en relación al fenómeno de licuefacción, según las gráficas de los sondajes ST-2 y SST-1 que se muestran en la figura 7 del artículo del congreso.

5. Elabore un cuadro (tabla) en la cual se indiquen claramente los daños generados en el terreno y/o en las instalaciones u obras, por cada uno de los fenómenos geotécnicos (licuefacción, lateral spreading y sinkhole). Considere ambos artículos para la elaboración del cuadro (tabla).

6. Resuma, de acuerdo a la información proporcionada por GEER, las zonas de Chile propensas a licuefacción.

7. ¿Cómo fue la influencia del estrato de fango en los fenómenos geotécnicos generados por el terremoto 27F en la zona del Puerto de Coronel? Explique.

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PAUTA DE IDEAS

1. Defina los conceptos de “licuefacción”, “lateral spreading” y “sinkhole”. Además, indique cómo se relacionan estos conceptos. Apóyese en el artículo de GEER para su respuesta.

Licuefacción Licuefacción se define como una perdida relevante de fuerzas en suelos granulares, sueltos y saturados debido al efecto sísmico que induce exceso de presiones intersticiales reduciendo su resistencia. Lateral Spreading Se define como el desplazamiento finito, causado por la acumulación de presión de poros debido al proceso de licuefacción en un depósito poco profundo durante un terremoto, provocando una disminución de su resistencia al corte. Sinkhole Sinkhole o abertura, son socavones de variadas dimensiones ocasionados por el arrastre de los sedimentos ubicados bajo la superficie del terreno. Producto de la acción sísmica, producto del desplazamiento del terreno, puede arrastrar los sedimentos o dañar las tuberías, provocando el daño en el material. De esta manera, la fuerza externa proveniente del sismo, en suelos sueltos y granulares provoca un aumento de las presiones de poros, lo que se traduce en una pérdida de la resistencia del material provocando una falla por licuefacción y el onsecuente desplazamiento lateral. Lo anterior, en forma conjunta, puede generar el arrastre de sedimentos generando un socavón o Sinkhole.

2. Mencione las características de los suelos presentados en ambos artículos, que son propensos a sufrir de los fenómenos “licuefacción” y “lateral spreading”.

Los suelos propensos a licuefacción son suelos granulares (en específico arenas y limos,

como también la combinación de éstos), de baja compacidad (en estado suelto), con valores

de penetración normalizada menores a los 20 golpes/pie, sumado a la condición de

saturación que deben poseer.

En cuanto a la deformación lateral, se asocia a suelos con baja densidad, situación que

imposibilita resistir esfuerzos laterales o de corte. Tales casos corresponde a fangos y arenas

con depositación sedimentaria sin ningún tipo de compactación, donde sus densidades

relativas las clasifican como sueltas a muy sueltas.

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3. ¿Qué metodología seguiría usted para definir cuál de los 2 muelles, de acuerdo a los perfiles mostrados en la figura 5 del artículo del congreso, posee un riesgo de licuefacción mayor respecto del otro? Se debe señalar claramente: pasos a seguir, ensayos de laboratorio, ensayos de terreno y parámetros del suelo que se obtienen en cada caso.

En cuanto a la metodología a efectuar para determinar si se produjo licuefacción están los métodos de terreno, laboratorio y métodos empíricos. En terreno, recolectar información acerca de afloramiento de agua contenida en el terreno, formación de cráteres o volcanes de arena, asentamientos y grietas.

Se pueden realizar los siguientes ensayos: Geofísica, resistividad eléctrica, al interior

de Sondajes, SPT, otros. En laboratorio, tomar una muestra de suelo representativa, caracterizar geotécnicamente

el suelo, determinando: DR, Límites y granulometría, Corte directo cíclico o triaxial cíclico, Columna resonante.

Luego de hacer todas las pruebas y ensayos de terreno y laboratorio se deben comparar con los rangos establecidos (según bibliografía) de parámetros de suelo definidos como licuables: Según el Gráfico de Casagrande la licuefacción, Según Gibbs y Holtz (1957) que establecieron una correlación entre la Densidad Relativa y el número de golpes del ensayo SPT, entre otros.

4. Interprete, compare y concluya en relación al fenómeno de licuefacción, según las

gráficas de los sondajes ST-2 y SST-1 que se muestran en la figura 7 del artículo del congreso.

La estratigrafía presente muestra suelos correspondientes a arenas, fangos y arenas

licuables. En ambos sondajes se atraviesan los tres tipos de suelos, siendo la mayor

diferencia a la profundidad de 10 a 15 metros, debido a la disminución del espesor del

estrato licuable donde se alcanzan valores de 20 golpes/pie para el ST-2 y 40 golpes/pie para

SST-1. Para las profundidades restantes los resultados no varían más de 5 golpes. Ahora

bien, según los valores obtenidos de SPT y las condiciones dadas con su correlación con el

método de Kishida, a los 15 m de profundidad, concuerda con el estrato de suelo licuable

presentado.

5. Elabore un cuadro (tabla) en la cual se indiquen claramente los daños generados en el terreno y/o en las instalaciones u obras, por cada uno de los fenómenos geotécnicos (licuefacción, lateral spreading y sinkhole). Considere ambos artículos para la elaboración del cuadro (tabla).

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Tabla Comparación:

Fenómeno

Geotécnico

Daños generados en el terreno y/o en las Obras

Licuefacción Grietas y asentamientos en la explanada de acopio de

contenedores.

Elevación cámara de tratamiento de aguas.

Grietas distintas que afectaron considerablemente el

sector Norte del muelle.

Inclinación de estructura del puerto y caída de

containers.

Eyecciones de suelo a lo largo de variados ríos

pertenecientes a la zona afectada por el 27F.

Daños en cruces con elementos de drenaje y cursos de

agua.

Fallas de estructuras de silos y tanques (Arauco, San

Fernando, Chillan y Lebu).

Fallas en estructuras de puentes.

Fallas en infraestructura vial.

Lateral Spreading Las deformaciones conducen tensiones de corte a

terrenos inclinados, cargas a terraplenes y a muchas

otras construcciones.

Daños en puertos, puentes y carreteras.

Grietas y levantamientos en zonas de acceso al muelle

y patios centrales.

Desplazamiento de estribo en el Muelle Sur.

Inclinación de pilotes del Muelle Norte, variación con

respecto a la vertical, deslizamiento y

desprendimiento.

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Giro de ala inferior de la viga y pandeo de atiesadores.

Daños en la zona de Concepción en la Laguna de Tres

Pascuales.

Daños en casas y servicios industriales

Sinkhole Provoca colapso del terreno, lo que se traduce en

aberturas de hasta 3 metros de diámetros con 2,5

metros de profundidad (en este caso, falla el relleno

provocando daños en infraestructura vial ubicada en

el patio del puerto).

6. Resuma, de acuerdo a la información proporcionada por GEER, las zonas de Chile propensas a licuefacción.

Se observó una gran propagación lateral inducida por la licuefacción en la zona central y en

el borde sur-oeste de la costa de la Laguna de Tres Pascuales en concepción, además de

observó en las siguientes cuencas hidrográficas de norte a sur:

Río Maipo, Río Rapel, Estero Nilahue, Lago Vichuquen, río Mataquito, Río Maule, río Itata, río

Bio Bio, río Carampangue y otros.

7. ¿Cómo fue la influencia del estrato de fango en los fenómenos geotécnicos generados

por el terremoto 27F el zona del Puerto de Coronel? Explique.

La ubicación del estrato de fango es sobre el lecho marino y el sector de taludes. Este fango

tiene nula resistencia comprobada a través de sondajes marinos, donde el equipo SPT

descendía bajo su propio peso. El estrato de fango debe su baja resistencia a su formación

por material de finos en suspensión que decantan sin ningún tipo de compactación, pero

sumado a esto se tiene el estrato de arena que se ubica sobre este fango siendo la base para

la explanada del Muelle, que cumple las mismas condiciones de baja densidad. Resumiendo,

la baja resistencia característica del fango no ayuda a soportar los esfuerzos laterales de la

masa de suelo.