1
B. METODO SIMPLIFICADO DE EVALUACION DEL POTENCIAL DE LICUACION DE SUELO
POTENCIAL DE LICUACION La medida del potencial de licuación como consecuencia consecuencia de un terremoto es un problema complejo. Son bien conocidos los factores o los parámetros en diversos suelos y las características sísmicas 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. La licuación de los depósitos de arena siempre va seguida por un cierto asentamiento del terreno, lo cual se produce como resultado de la disipación del exceso de presión de poros. De acuerdo con Ishihara (1990), tales asentamientos pueden alcanzar normalmente entre 10 a 20 centímetros. centímetros. Los efectos de una deformación tan significativa se agravan si ocurren de manera diferencial, más aún si la superficie del suelo está algo inclinada la reducción de la resistencia al corte puede causar grandes deformaciones horizontales, conocidas como falla por flujo. El estudio de estos efectos ha sido de gran importancia en la Zona de de la catástrofe, por lo tanto, la evaluación del potencial de licuación y la formulación de las correspondientes correspondientes medidas de mitigación son un factor muy importante en la evaluación de las cimentaciones por efectuarse efectuarse en el área. El análisis del potencial de licuación en este trabajo sigue procedimientos basados en la determinación de la razón de esfuerzos cíclicos (CSR). Esta razón CSR depende directamente de la máxima aceleración horizontal horizontal en el sitio; a fin de obtener un mejor estimado estimado de este parámetro. Es un principio generalmente aceptado que el potencial de licuación de estratos arenosos puede evaluarse utilizando correlaciones entre datos de resistencia a la penetración (SPT) y la resistencia cíclica del material movilizado durante una fuerte excitación vibratoria. En este estudio se utilizaron datos de los ensayos SPT efectuados efectuados y la resistencia resistencia cíclica caracterizada caracterizada por la relación de esfuerzo esfuerzo cíclico (CSR) definiéndolo como el esfuerzo cortante promedio actuante en un estrato normalizado por el esfuerzo efectivo de sobrecarga. Tres métodos han sido utilizados en este trabajo, considerándose el primero de Seed & Idris, el segundo de Tokimatsu & Yoshimi y el tercero de Iwasaki & Tatsuoka. La base de cada uno de ellos se indica a continuación:
IWASAKI Y TATSUOKA. 2
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 para tomar en cuenta la deformación elástica del terreno, que además es función de la profundidad donde se encuentre el estrato. Para una evaluación general se ha efectuado la aplicación de los programas de cómputo mencionados bajo condiciones probables de ocurrencia del fenómeno en el área de la catástrofe. Esto es, considerando en primer lugar condiciones similares a las ocurridas en las zonas críticas de fuerte licuación que ha originado los mayores daños reportados reportados y verificados después del terremoto de Pisco-Perú-2007. Luego se han estimado los peligros de licuación en la zona de menores daños. Tomando en cuenta que los resultados obtenidos son teóricos y por lo tanto ajenos a cualquier evento singular de la naturaleza que pueda ocurrir en el futuro, en cada caso se ha determinado el Factor de Seguridad contra la Ocurrencia de Licuación en el sitio, a fin de establecer los mejores criterios de seguridad y mitigación del fenómeno de licuación que pueda presentarse en el lugar de estudio. Los cálculos efectuados por los tres métodos mencionados se muestran en las Figuras 11 y 12, tomándose terremotos con magnitudes de 7.5 (IGP) a 8.0 Mw (USGS), y aceleración de 0.48g (IGP). En el análisis efectuado se observa que para la Zona Crítica la licuación puede producirse entre 1.60 m hasta 2.30 m de profundidad en promedio, y presenta bajo Factor de Seguridad, por lo que se confirman los mayores daños reportados y por lo tanto debe descartarse ubicar en ella cualquier estructura importante. Dentro del análisis efectuado para cada una de las áreas estudiadas se ha observado que es superficial y el espesor del estrato potencialmente licuable (arena limpia pobremente graduada), es distinto ya que mientras en el área crítica tiene un espesor promedio de 4.00 m, en la zona de menores daños, este estrato presenta un espesor promedio de 2.50 m. Así mismo, las características granulométricas que describen al estrato arenoso indican que en el primero se detecta un contenido de finos promedio de 2.05% con un D50 = 0.50 mm, mientras que en segundo el porcentaje de finos promedio es de 4.23% para un D50 = 0.40 mm.
A continuación se muestran los resultados de cálculos y diagramas correspondientes a la aplicación del método en cada caso:
3
EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN La extensión regional afectada por las fallas en el terreno debido a licuación se ha estimado en base a una fórmula empírica (Kuribayashi y Tatsuoka, 1975), que implica el conocimiento de parámetros tales como la magnitud sísmica y la distancia epicentral al lugar más alejado de ocurrencia de licuación. En la Figura 5 se puede apreciar que para una magnitud de 7.2 y una distancia epicentral epicentral de 30 km, características del terremoto de Abril de 1991, la ciudad de Moyobamba se ubica dentro de esta extensión regional y que efectivamente resultó afectada por la ocurrencia de licuación durante este evento sísmico en sus partes bajas, tales como los sectores Tahuishco, Azungue y la Quebrada Shango. La evaluación del potencial de licuación de Moyobamba Moyobamba se ha realizado mediante la aplicación de métodos simplificados, basados en observaciones de campo del comportamiento comportamiento de depósitos de arena en terremotos pasados, esto implica el uso de algún parámetro in-situ del depósito para determinar semejanzas o diferencias entre estos lugares y otros propuestos, con respecto a su comportamiento potencial (Parra, 1991). Este parámetro puede ser la resistencia a la penetración del suelo y en particular la resistencia a la penetración estándar (SPT) debido a la gran cantidad de datos disponibles d isponibles para establecer una correlación entre este parámetro y su resistencia a sufrir licuación. Siguiendo este criterio, criterio, en Estados Unidos: Unidos: Seed et al (1983), Seed y De Alba (1986) y en Japón: Tokimatsu y Yoshimi (1981, 1983), Iwasaki et al (1978) e Iwasaki (1986) han 4
presentado métodos simplificados en base a ensayos de penetración estándar, apoyados en sus propias experiencias de campo y laboratorio. El programa DLICUA desarrollado en el Laboratorio Geotécnico del CISMID (Parra,1991) incluye estas metodologías simplificadas desarrolladas en los últimos años, realizando el análisis sistemático de los datos, lo que involucra el conocimiento de los siguientes parámetros: parámetros: 1) Perfil estratigráfico estratigráfico del subsuelo, que incluye el tipo de suelo y la ubicación del nivel freático. 2) Las características características de los estratos del subsuelo: densidad, densidad, contenido de finos, diámetro promedio de las partículas. 3) Los valores de la resistencia a la penetración estándar N, con la profundidad. 4) Los parámetros del del sismo de diseño, es decir su su magnitud (Ms) y la aceleración aceleración máxima en la superficie superficie del terreno. Los valores de qc obtenidos obtenidos en los sondajes CPT CPT fueron convertidos a valores de resistencia a la penetración estándar N, según la correlación empírica propuesta por Robertson y Campanella Campanella (1983, 1985). Para realizar esta eva evaluación luación se ha usado como sismo de diseño el terremoto del 4 de Abril de 1991, con una magnitud Ms de 7.2 en la escala de Richter. Debido a la carencia de un equipo acelerográfico en la zona, la aceleración máxima superficial superficial se ha calculado a partir del estudio de riesgo sísmico para el Alto Mayo realizado por Alva et al (1991), en el cual se obtuvieron aceleraciones máximas en el basamento rocoso en función del período de retorno del evento. Este dato importante fue introducido en el programa EQPACK asumiendo un suelo blando desde el basamento hasta la superficie. Debido a la amplificación de las ondas en su trayecto ascendente se obtuvo una aceleración máxima superficial de 0.20 g, la cual se usó en la evaluación del potencial de licuación. licuación. Con la información obtenida de los los sondajes recopilados y ejectuados en este estudio, se efectuó el análisis simplificado de licuación en Moyobamba. En cada sondaje se aplicaron los métodos de Seed e Idriss; Tokimatsu y Yoshimi e Iwasaki y Tatsuoka, para un sismo de 0.20 g de aceleración máxima y magnitud Ms de 7.2, obteniéndose el factor de resistencia a la licuación (FRL) para cada método aplicado a cada nivel de ensayo de penetración penetración estándar.
5
En las Tablas 2 y 3 se presentan algunas salidas del programa DLICUA para los casos casos analizados. En el sondaje analizado realizado en el sector Tahuishco, el análisis de licuación indica la ocurrencia del 6
fenómeno a partir del nivel freático hasta los 8 m de profundidad. En el sector Azungue y la Quebrada Shango, de similares características geotécnicas, geotécnicas, el análisis indica la ocurrencia de licuación desde la superficie hasta los 8 a 10 m de profundidad. En general, todos los casos analizados indican la ocurrencia de licuación de los estratos arenosos de estas zonas bajas de Moyobamba; ya sea por uno o más de los métodos aplicados, es decir para FRL menor que 1. Como un análisis adicional se presenta en la Figura 6 los resultados de los ensayos triaxiales cíclicos llevados a cabo en el Laboratorio Geotécnico del CISMID, sobre muestras disturbadas obtenidas en la exploración de campo de los sectores Tahuishco y Azungue. Se puede apreciar resistencias cíclicas muy bajas, en concordancia con el análisis análisis simplificado realizado. La comparación de los resultados resultados de este estudio, con la documentación del fenómeno ocurrido en Moyobamba durante los sismos pasados, indica que existe correlación entre las zonas donde se reporta licuación y el análisis realizado en los sondajes efectuados en estos mismos lugares. En consecuencia, consecuencia, los métodos simplificados de evaluación del potencial de licuación han sido validados con las evidencias del fenómeno durante los sismos del Alto Mayo.
MÉTODO DE IWASAKI Y TATSUOKA A) Relación de Esfuerzos Cíclicos Actuantes(RECA)
B) Relación de Esfuerzos Cíclicos Resistentes(RECR)
7
CORRECCIONES PARA LA EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN CORRECCIONES PARA LA EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN
CONCLUSIONES 1. Se ha realizado un buen número de sondajes sondajes en la ciudad de Moyobamba y se han recopilado recopilado algunos estudios existentes. existentes. Este banco de datos datos es de vital importancia para para el conocimiento del del subsuelo en el futuro desarrollo de la ciudad.
8
2. Los métodos simplificados simplificados de evaluación del potencial potencial de licuación aplicados aplicados en Moyobamba, Moyobamba, producen resultados semejantes. Es necesario conocer el perfil estratigráfico, características del subsuelo, nivel freático, resistencia a la penetración y el sismo de diseño p ara llevar a cabo el análisis. 3. Se ha realizado el análisis del potencial potencial de licuación en las zonas bajas de Moyobamba Moyobamba para un sismo de Ms=7.2 y 0.20 g de aceleración máxima superficial. Los resultados del análisis confirman la documentación sobre la ocurrencia del fenómeno en terremotos pasados. 4. La metodología aplicada aplicada en este estudio estudio es el resultado del del trabajo iniciado por el CISMID CISMID en Chimbote algunos años atrás. Se propone p ropone la aplicación de esta metodología a otras ciudades del Perú, susceptibles a sufrir los efectos del fenómeno de licuación, para evaluar el potencial de licuación de suelos.
9
