‘AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO’
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA. CARRERA PROFESIONAL DE INGENIRIA CIVIL.
CURSO:
TEMA:
MECÁNICA DE SUELOS APLICADAS A CIMENTACIONES
LICUACION DE SUELOS ARENOSOS POR SISMOS EN PERU
DEDICATORIA
En primer lugar agradecer dios por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud, ser el manantial de vida y darme lo necesario para seguir adelante día a día para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad a mi madre por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor. A mi padre por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y por su amor y a todos aquellos que ayudaron directa o indirectamente a realizar este documento.
TEMA:
LICUACION DE SUELOS ARENOSOS POR SISMOS EN PERU ........... 1
DEDICATORIA ....................................................................................................................... 1 INTRODUCCION .................................................................................................................... 3 RESUMEN ............................................................................................................................... 5 SEMANA 5................................................................................................................................... 5
Licuación de suelos ............................................................................................................. 6 Efectos .................................................................................................................................... 7 Licuefacción inducida por terremoto .............................................................................. 8
CASOS OCURRIDOS EN EL PERÚ ...................................................................................... 8
Aspectos sísmicos............................................................................................................... 9 Daños estructurales .......................................................................................................... 10 Mecanismos de licuación ................................................................................................. 11 Potencial de licuación ....................................................................................................... 12 Comentarios finales de este terremoto ocurrido en nuestro país ........................ 13 CONCLUSIONES ................................................................................................................. 14 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 15
INTRODUCCION Después de ocurrido el terremoto Pisco-Perú-2007, hemos realizado una serie de estudios, observaciones y evaluaciones geotécnicas en la zona del desastre
más afectadas por este evento sísmico, considerándose principalmente las ciudades de Ica, Pisco, Chincha y Tambo de Mora, en el departamento de Ica, Perú. Los trabajos de investigación en el sitio se han venido desarrollando desde el 16 de Agosto del 2007, esto es, al día siguiente de ocurrido el sismo habiéndose obtenido valiosa información de campo con evidencias gráficas, exploración de suelos con mapeo de grietas, fotografías y caracterizaciones del material geotécnico subyacente a las áreas más afectadas, considerándose que el sismo, que llegó a magnitud cercana a 8.0 Mm, ha originado los mayores daños debido a la generación del fenómeno de licuación de las arenas, sueltas y saturadas donde se apoyaban una gran cantidad de edificaciones de todo tipo y equipos industriales y de comunicación, generándose la pérdida de capacidad portante, desplazamientos y empujes laterales, surgencia de agua por el agrietamiento y juntas de losas del pavimento, así como algunos pequeños giros y hundimientos como consecuencia del desarrollo temporal de presiones intersticiales muy altas generadas por el movimiento sísmico
RESUMEN El sismo del 15 de Agosto del 2007, ocurrido al sur de Lima, Perú: ha originado graves daños debido al desarrollo del fenómeno de licuación en extensas áreas industriales y de vivienda, apoyadas sobre suelos arenosos saturados. Se comentan una serie de soluciones diseñadas después de ocurrido el terremoto en base a estudios de campo y aplicación de experiencias y tecnología que evalúa el potencial de licuación de los suelos subyacentes al área crítica más afectada. Se establece que ocurrió una considerable disminución de la capacidad portante en las cimentaciones existentes, mostrándose soluciones diseñadas para mitigar el efecto post licuación que pueda ocurrir en el área.
SEMANA 5 LICUACION DE SUELOS ARENOSOS POR SISMOS: Generación del fenómeno – Casos ocurridos en el Perú. Metodologías para establecer el potencial de licuación sísmica de suelos. Soluciones y recomendaciones para proyectos de edificaciones.
Licuación de suelos 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. La licuefacción de suelos es un fenómeno en el cual los terrenos, a causa de saturación de agua y particularmente en sedimentos recientes como arena o grava, pierden su firmeza y fluyen como resultado de los esfuerzos provocados en ellos por temblores. 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 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. 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
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 efectivas.
Efectos La licuefacción puede causar daño a estructuras en varias maneras. Los edificios cuyos cimientos están directamente en la arena que se licúa experimentan una pérdida de apoyo repentina, que resulta en el asentamiento drástico (asentamiento absoluto) e irregular (asentamiento diferencial) 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.
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.
Licuefacción inducida por terremoto La licuefacción inducida por terremoto es uno de los principales contribuyentes al riesgo sísmico urbano. Las sacudidas hacen que aumente la presión de agua en los poros lo que reduce la tensión efectiva, y por lo tanto disminuye la resistencia al corte de la arena. Si existe una corteza de suelo seco o una cubierta impermeable, el exceso de agua puede a veces surgir en la superficie a través de grietas en la capa superior, arrastrando en el proceso arena licuificada, lo que produce borbotones de arena, comúnmente llamados "volcanes de arena". El estudio de características de licuefacción resabios de terremotos ocurridos en épocas prehistóricas, llamado paleo licuefacción o paleo sismología, puede brindar gran cantidad de información sobre los terremotos que ocurrieron antes de que existieran registros históricos o se pudieran realizar mediciones precisas
CASOS OCURRIDOS EN EL PERÚ El sismo del 15 de agosto del 2007, ocurrido al sur de Lima, Perú: ha originado graves daños debido al desarrollo del fenómeno de licuación en extensas áreas
industriales y de vivienda, apoyadas sobre suelos arenosos saturados. Se comentan una serie de soluciones diseñadas después de ocurrido el terremoto en base a estudios de campo y aplicación de experiencias y tecnología que evalúa el potencial de licuación de los suelos subyacentes al área crítica más afectada. Se establece que ocurrió una considerable disminución de la capacidad portante en las cimentaciones existentes, mostrándose soluciones diseñadas para mitigar el efecto post licuación que pueda ocurrir en el área. Los trabajos de investigación en el sitio, obtuvieron información valiosa de campo con evidencias gráficas, exploración de suelos, fotografías y caracterizaciones de material geotécnico de las áreas más afectadas. Considerando que el sismo alcanzó una magnitud de casi 8 grados Mn. Los mayores daños originados debido a la generación del fenómeno de licuación de las arenas, sueltas y saturadas donde se apoyaba una gran cantidad de edificaciones, generándose la pérdida de capacidad portante, desplazamientos y empujes laterales, surgencia de agua por el agrietamiento y las juntas de losas de pavimentos, así como algunos pequeños giros y hundimientos como consecuencia del desarrollo temporal de presiones intersticiales muy altas generadas por el movimiento sísmico.
Aspectos sísmicos La sismicidad del Perú se debe a eventos producidos por la subducción inter placa como resultado de ruptura de la zona de contacto de la placa de nazca y la placa sudamericana suprayacceente y eventos entrapaces que ocurren dentro de las dos placas. Por otro lado, la distribución espacial de las réplicas del sismo ocurridas entre el 15 y 21 de Agosto 2007, todas con magnitudes mayores a los 3 ML, se muestra en la Figura 5, obsérvese la presencia de tres agrupamientos importantes que sugieren el desarrollo de un proceso complejo de ruptura. El mecanismo focal para el sismo de Pisco es coherente con el tipo de deformación presente en el borde occidental del Perú. Así mismo, se observa que los mayores daños por efectos de licuación se han producido en el sector litoral de Chincha definiendo una franja de 150 m a 300 m entre la línea de playa y el f rente de los acantilados o la gran duna de “Pampa de Ñoco”. Esta franja de falla por licuación incide sobre
un ancho de 40 m aproximadamente, tal como se muestra en la figura 6.
Daños estructurales Los daños estructurales a consecuencia del terremoto Pisco-Perú-2007 han dejado en evidencia que no se ha tomado en cuenta el comportamiento mecánico del suelo en el diseño de la cimentación de las estructuras. De la evaluación efectuada en las construcciones antiguas de adobón, adobe y quincha se observa que el 80% han colapsado o han sufrido daños severos, en la zona de desastre. La ocurrencia del fenómeno de licuación de los suelos granulares finos saturados ha producido daños estructurales en edificaciones importantes como el Penal de Tambo de Mora, la plataforma de la Carretera Panamericana Sur en los tramos cercanos al litoral como en el sector JahuayChincha, edificaciones de playa y las instalaciones industriales de empresas pesqueras. Debido al maretazo posterior al terremoto, la acción del agua afectó a las edificaciones cercanas al litoral, destruyendo los muros perimetrales (Figuras 7 y 8).
Mecanismos de licuación La licuefacción del suelo es uno de los temas más interesantes y complejos de la geotécnica de terremotos. 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. Debido a que el promedio de movimientos es, por lo general, rápido así como el promedio por el cual el agua puede salir o escapar del suelo, la presión del agua en los espacios se incrementa (exceso de presión de agua) tendiendo a empujar las partículas del suelo unas con otras. Debido a que las partículas ya no se encuentran en estrecho contacto unas con otras, la resistencia del suelo decrece, produciéndose una falla en el caso que el suelo no pueda soportar más la carga impuesta. Bajo tal tensión en las fallas y el tiempo para disipar este exceso de presión de agua, las partículas colapsan al interior de una formación compacta mientras que el exceso de agua fluye por un camino hacia la superficie. Esto sucede en simultáneo con el asentamiento que logra el depósito por el estado de densidad luego de la falla. Las figuras siguientes (9 y 10) muestran las evidencias del desarrollo del fenómeno de licuación en la zona del desastre del sismo Pisco-Perú-2007.
Potencial de licuación La medida potencial de licuación como consecuencia de un terremoto es un problema complejo. Son bien conocidos los factores o los parámetros en diversos suelos y 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 partículas, el entorno de los depósitos de suelo, las condiciones de drenaje, la presión de confinamiento del suelo, la duración del sismo y 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 a Lisiara (1920), tales asentamientos pueden alcanzar normalmente entre 10 a 20 cm. Los efe tos de una deformación tan significativa se agravan si ocurren de manera diferencial, más aun 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 catástrofe, por tanto la evolución del potencial de licuación y la formulación de las correspondientes medidas de mitigación son un factor muy importante en la evacuación delas cimentaciones por efectuarse en el área.
Comentarios finales de este terremoto ocurrido en nuestro país Los daños causados en este terremoto, se han originado por el desarrollo de altas presiones intersticiales que produjeron la licuación en los estratos superficiales del suelo arenoso saturado subyacente a obras de ingeniería de todo tipo que soportaron un terremoto de magnitud de 8 Ms y aceleración que llego a ¡hasta 0.48 g, según datos de agencias oficiales peruanas. De las investigaciones efectuadas se detectó una sustancial disminución de la capacidad de carga del suelo licuado que llego a superar el 50%. Para preservar a las estructuras de daños graves en caso de un sismo severo en el futuro se adoptaron procedimientos de mejoramiento convencionales para lograr una mejor performance en las cimentaciones reparadas para soportar cargas después de sismo. Las columnas de grava cortas también han resultado una solución eficaz y económica y se han instalado dentro de rellenos reforzados, cimentación en platea sobre rellenos compactados y en otras estructuras especiales cimentadas sobre suelos débiles y licuables por sismos. Finalmente, recomendamos tomar en consideración el efecto post-licuación en caso de terremoto severo, que los procesos de mitigación se efectúen antes que las obras de recuperación, y evitar la carencia de estrategias congruentes que no aprovechan la experiencia ni aprenden lecciones.
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. 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 sur del Perú.
BIBLIOGRAFIA
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A. Carrillo Gil, Dr. Ing., P.E., F. ASCE Unidad de Investigación, Facultad de Ingeniería Universidad Ricardo Palma, Lima, Perú
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Dr. Ing. Jorge Elías Alva Hurtado
