LICUACIÓN DE SUELOS INTRODUCCION: Las cargas dinámicas que actúan sobre cimentaciones y estructuras de suelo pueden pueden originarse originarse por terremoto terremotos, s, explosio explosiones nes de bombas, bombas, operacion operaciones es de maquinaria maquinarias s y martillos martillos,, operacione operaciones s de construcció construcción n (hincado (hincado de pilotes), pilotes), explosion explosiones es en canteras, canteras, tráfco tráfco intenso intenso (incluyendo (incluyendo aterrizaje aterrizaje de aiones), aiones), iento, carga debido a la acción de las olas en el agua, etc! La naturaleza de cada cada una de esta estas s carg cargas as es bast bastan ante te di"e di"ere rent nte e una una de otra otra,, siend siendo o los los terremotos los que constituyen la "uente más importante de cargas dinámicas sobre sobre estruc estructur turas as y ciment cimentac acion iones! es! #n determ determina inados dos suelos suelos de natura naturalez leza a contractia, es decir, con tendencia a la disminución de olumen durante el corte, corte, la ocurr ocurrenc encia ia de un terre terremot moto o seer seero o puede puede produ producir cir el incre increment mento o gradual de las presiones de poro, reduciendo la resistencia del suelo y su rigidez! $ este "enómeno se le conoce como licuación y sus e"ectos asociados han sido responsables de una gran cantidad de da%os en terremotos históricos alrededor del mundo! La licuación ocurre en suelos saturados, esto es, suelos en los cual uales los esp espacios entre las part& rt&cula ulas indiidual uales están comp comple leta tame ment nte e llen llenos os de agua agua!! #sta #sta agua agua ejer ejerce ce una pres presió ión n sobr sobre e las las part&culas de suelo lo cual in'uencia la "orma como las part&culas por s& mismas son son presio esiona nada das s junta untas! s! $nte $ntes s del terr erremo emoto, to, la presió esión n de agua gua es relatiamente baja! in embargo, el moimiento s&smico puede causar que la presión de agua se incremente al punto donde las part&culas de suelo puedan "ácilmente moerse una con respecto a la otra!
EL FENÓMENO DE LICUACIÓN La licuación se defne como la trans"ormación de un material granular de un estado sólido aun estado licuado como consecuencia del incremento de la presión de agua de poros* (+oud,-./)! (+oud,-./)! La causa más dramática de da%os a edifcaciones y obras ciiles durante un terremoto es el "enómeno licuación, el cual es un proceso en el cual el suelo cambia de un material frme a un material iscoso semi0l&quido y bajo condiciones similares a una arena moediza! La licuación ocurre cuando suelos arenosos son sometidos a ibración, por lo tanto, cuando un estrato de suelo se licua y empieza a 'uir por la acción del terremoto, 1ste no es capaz de soportar el peso de cualquier suelo o estructura encima de 1l, debido a esto, es posible que ocurran una serie de e"ectos, algunos catastrófcos, como2 deslizamientos, 'ujos, hundimiento o inclinación de edifcaciones, olcanes de arena, asentamientos di"erenciales, etc!, como ha quedado eidenciado en nu merosos terremotos ocurridos en di"erentes partes del mundo! mu ndo!
FACTORES FACTORES QUE DETERMINAN EL FENÓMENO DE LICUACIÓN #ntre las causas que originan el "enómeno de licuación se encuentran2
Magnitud del Movimiento Sísmico La magnitud del moimiento está relacionada con la magnitud de los es"uerzos y de"ormaciones inducidos en el terreno por este moimiento! 3ependiendo de
la distancia hipocentral, la magnitud del moimiento producirá cierto alor de aceleración máxima en la roca basal, la cual su"rirá amplifcación, dependiendo de las condiciones locales del suelo, hasta llegar a la superfcie, de esta manera la propagación de las ondas de corte durante un terremoto a tra1s del esqueleto del suelo, producirá una complicada distribución de es"uerzos de corte en "unción del tiempo, causando as& de"ormaciones en la masa de suelo cuya magnitud dependerá de la magnitud del terremoto!
Duración del Movimiento Sísmico 4ormalmente la duración de un moimiento s&smico es corto (entre 5 a 67 segundos), pero si este es intenso, predominará la condición no drenada, es decir la disipación de la presión de poros se erá restringida, y por el contrario se eidenciará el aumento de la misma, produciendo en algún momento condiciones de es"uerzo e"ectio nulo, y por lo tanto, licuación!
Granulometría del suelo Los suelos más susceptibles a su"rir licuación son aquellos que poseen una granulometr&a uni"orme, siendo las arenas fnas uni"ormes las que son más propensas a licuar que las arenas gruesas uni"ormes! $demás, según algunos autores las arenas limosas poseen mayor resistencia a su"rir licuación con respecto a las arenas limpias o con escaso contenido de fnos! #l problema de licuación será más serio si el suelo tiene un coefciente de uni"ormidad mayor o igual a 8!
Densidad elativa 3urante la ocurrencia de un terremoto, una arena suelta puede su"rir licuación mientras que este mismo suelo en un estado más compacto puede no eidenciar el "enómeno! 9na arena con un alor de resistencia a la penetración estándar de 67 golpes:/7cm (densidad relatia de.7 a ;7<) puede mostrar eidencias de licuación en la "orma de olcanes de arena, pero no es probable que experimente más del 7< de de"ormación por corte bajo la in'uencia de la ibración s&smica, aún despu1s de que se hayan desarrollado altas presiones de poros! #ncontraste con ello, arenas con alor de 87 golpes:pie (densidad relatia de /7 a =7<), pueden desarrollar relaciones de presiones de poro de 77< y experimentar de"ormaciones por corte muy grandes del orden del 850 /7<, bajo la acción de los es"uerzos de corte aplicados (eed etal!, -;6)!
!ro"undidad del Nivel #re$tico #s una condición necesaria para que ocurra licuación! La presión de poros, producida por el agua que ocupa los ac&os existentes entre las part&culas del material debido a la posición del niel "reático, se incrementa por e"ecto de la ibración producida en el moimiento s&smico! >or consiguiente, la u bicación
del niel "reático cuando se produzca un terremoto en un depósito arenoso, será de mucha importancia porque regirá la condición de saturación y por lo tanto, in'uirá tambi1n en el es"uerzo e"ectio
E"ectos Da%inos &ue !roduce la Licuación +oud (-.;), propone tres tipos de "alla del terreno asociados al "enómeno de licuación de suelos2
Des'la(amiento Lateral #s el tipo más común de "alla del terreno por licuación de suelos! #ste tipo de "alla inolucra el moimiento lateral de las capas superfciales como resultado de la licuación y la p1rdida transitoria de la resistencia de las capas in"eriores! #l desplazamiento lateral ocurre generalmente en terrenos relatiamente llanos (con pendientes comprendidas entre el 7!5 y5<)! #n condiciones normales el desplazamiento lateral tiene un rango de pocos metros, y en condiciones anormales pueden ocurrir desplazamientos laterales de arias decenas de metros acompa%ados de grietas en el terreno y desplazamientos di"erenciales erticales!
#alla de #lu)o on las "allas del terreno más catastrófcas causadas por el "enómeno de licuación! Los 'ujos pueden moilizarse a grandes distancias (decenas de metros) a altas elocidades (decenas de ?m:h)! Los 'ujos pueden inolucrar suelo completamente licuado o bloques de suelo frme iajando sobre una capa de suelo licuado! #ste tipo de "alla se desarrolla generalmente enarenas saturadas, sueltas, con pendiente del terreno mayor que 5
!*rdida de la Ca'acidad !ortante @uando el suelo que soporta una edifcación licua y pierde su resistencia, pueden ocurrir grandes de"ormaciones en el suelo, que ocasionan que la edifcación se asiente, se incline o sumerja! $unque esta es una "alla espectacular, es la menos común producida por licuación!
DAÑOS OCURRIDOS EN TERREMOTOS PASADOS POR EFECTOS DE LICUACIÓN
$ continuación se presenta un recuento de da%os su"ridos en terremotos pasados, debido a los e"ectos del "enómeno de licuación . +erremoto de Niigata en ,a'ón- en ./01 #l terremoto de 4iigata del = de Aunio de -=6 tuo una magnitud de .!5 en escala de Bichter y ocasionó da%o seero a muchas estructuras en 4iigata! La destrucción se obseró en aquellos edifcios que "ueron cimentados sobre depósitos de suelo suelto saturado! egún el reporte del terremoto, se destruyeron 8777 casas y se perdieron 8; idas! 9n tsunami proocado por moimiento en la base del mar asociado con la ruptura de la "alla, destruyó totalmente el puerto de 4iigata!
+erremoto de Alas2a en U3S3A3- ./01 #l área de la @osta ur de $lasCa ha experimentado muchos terremotos! #l Diernes anto, 8.de Earzo de -=6, un gran terremoto de magnitud EsF-!8 golpeó >rince Gilliam ound y causó seeros da%os en "orma de desprendimiento de tierra y licuación, como se obsera en la Hoto 5!
#ste eento s&smico duró / minutos aproximadamente y "ue sentido en un área de 577777 millas cuadradas! 9n "uerte tsunami aumentó la cantidad de da%o en el muelle, ocasionó muertes durante cinco horas despu1s del terremoto en la @iudad @reciente, @ali"ornia!
+erremoto en C4im5ote- !er6 7./89: $ las /28/ p!m! (hora local) del / de Eayo de -.7 ocurrió un terremoto de magnitud EsF.!; y pro"undidad "ocal de 65 ?m, con epicentro aproximadamente a 57 ?m de la costa del >erú, al Ieste de la ciudad de @himbote! #l terremoto actió un acelerógra"o en Lima, cuya aceleración máxima corregida "ue de 7!g! #n @himbote no se registraron aceleracionesJ sin embargo la máxima intensidad del terremoto se calculó en grado K en la escala de intensidades Eercalli Eodifcada
DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO DE LICUACIÓN Para comprender el en!meno de l"c#ac"!n e$ "mpor%an%e reconocer la$ cond"c"one$ &#e e'"$%en en #n dep!$"%o de $#elo an%e$ de #n $"$mo. Un dep!$"%o de $#elo con$"$%e de #n (r#po de par%)c#la$ "nd"*"d#ale$ de $#elo. En la$ F"(#ra$ + , - $e pre$en%a #na *"$%a e$&#em%"ca de e$%a$ par%)c#la$/ como $e p#ede o0$er*ar cada par%)c#la e$% en con%ac%o con #n n1mero de par%)c#la$ *ec"na$. La$ par%)c#la$ de $#elo apo,ada$ prod#cen #er2a$ de con%ac%o en%re ella$/ e$%a$
#er2a$ $on la$ &#e man%"enen en $# l#(ar a la$ par%)c#la$ "nd"*"d#ale$ , proporc"onan al $#elo $# re$"$%enc"a.
La l"c#ac"!n oc#rre c#ando la e$%r#c%#ra de #na arena $#el%a $a%#rada $e al%era de%er"orndo$e de0"do a la apl"cac"!n de #na car(a *"olen%a. Al de%er"orar$e la e$%r#c%#ra/ la$ par%)c#la$ &#e $e enc#en%ran empa&#e%ada$ com"en2an a mo*er$e l"0remen%e con la "nal"dad de conormar #na e$%r#c%#ra m$ den$a. En #n %erremo%o/ $"n em0ar(o/ no 3a, %"empo $#"c"en%e para &#e el a(#a con%en"da en lo$ poro$ del $#elo $ea e'p#l$ada. E$%o e$% acompa4ado de #n "ncremen%o en la pre$"!n de a(#a la c#al red#ce la #er2a de con%ac%o en%re la$ par%)c#la$ "nd"*"d#ale$ del $#elo/ %an%o &#e la e$%r#c%#ra de $#elo com"en2a a a0landar$e , a perder re$"$%enc"a.
M5TODOS DE AN6LISIS DE FALLAS 7 DE O8TENCIÓN DE LOS ESFUER9OS TECTÓNICOS #l tensor de es"uerzos tectónicos actios puede deducirse mediante el análisis de los siguientes tipos de datos 2
An$lisis de mecanismos "ocales de terremotos; #s el único m1todo que permite la estimación del estado de es"uerzos en todo el rango de pro"undidades de la litos"era! #n apartados posteriores se explicará esta metodolog&a de una "orma detallada!
oturas de sondeos; utiliza las concentraciones naturales de es"uerzos alrededor de los sondeos!
Medidas de es"uer(os 'or so5re 'er"oración ; medidas de es"uerzos de"ormación en un olumen de roca cuando se a&sla del resto del macizo.
#racturación 4idr$ulica; se somete un sondeo a presión hidráulica, hasta que se desarrolla una "ractura de tensión paralela a la dirección de
máxima compresión! ólo in"orma de la orientació n de $demás de los es"uerzos actuales es posible calcular los
es"uerzos(tensores de es"uerzos tectónicos que actuaron en el pasado geológico) a partir de estructuras tectónicas, con m1todos como2 Knersión de poblaciones de "allas2 las "allas nos dan in"ormación del tenso reducido de es"uerzos $nálisis de micro estructuras "rágiles2 desde el estudio de las diaclasas, estatolitos y enas! podemos obtener la orientación de $lineaciones de edifcios olcánicos2 el emplazamiento de diques y olcanes es equialente a un experimento de "racturación hidráulica natural ! in embargo, son los m1todos de inersión de es"uerzos, o análisis de poblaciones de "allas, los que mejor caracterizan el estado de es"uerzos actios en la corteza superior (sismo g1nica)! #ste tipo de análisis "ue inicialmente desarrollado para "allas, aunque es inmediata su aplicación a mecanismos "ocales de terremotos
"AÑO DE LA DIVERSIFICACION Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDU
