LICUACION DE SUELOS.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

E.F.P. INGENIERÍA CIVIL LICUACIÓN DE SUELOS

ARONÉS OCHANTE, Giancarlo Aldair

AYACUCHO – PERÚ 2014


Contenido I.

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................................... 3

II.

LICUACIÓN DE SUELOS ............................................................................................................................... 5 a.

CAUSAS. .................................................................................................................................................. 5

b.

EVALUACIÓN .......................................................................................................................................... 5

c.

PREVENCIÓN........................... ................................................................................................................ 5

III.

MÉTODOS SIMPLIFICADOS DE EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN DE SUELOS. ..................... 6

a.

MÉTODO DE SEED – IDRISS ..................................................................................................................... 6 -

FACTOR DE SEGURIDAD A LA LICUACIÓN ........................................................................................... 6

-

ESFUERZO DE CORTANTE INDUCIDO, APLICADO ................................................................................ 6

-

ESFUERZO CORTANTE RESISTENTE ..................................................................................................... 7

b.

MÉTODO DE TOKIMATSU – YOSHIMI ..................................................................................................... 8 -

ESFUERZO CÍCLICO INDUCIDO POR EL TERREMOTO ........................................................................... 8

-

RELACIÓN DE ESFUERZOS CÍCLICOS RESISTENTES (CORTE) ................................................................ 8

c.

MÉTODO DE IWASAKI TATSUOKA........................................................................................................... 9 -

RELACIÓN DE ESFUERZOS CÍCLICOS ACTUANTES (RECA) .................................................................... 9

-

RELACIÓN DE ESFUERZOS CÍCLICOS RESISTENTES (RECR) ................................................................... 9

IV.

FACTORES DE CORRECCIÓN PARA TERREMOTOS DE DIFERENTES MAGNITUDES ................................ 10

V.

NÚMERO DE CICLOS REPRESENTATIVOS DE TERREMOTOS ...................................................................... 10

VI.

DETERMINACIÓN SI UN SUELO PUEDE LICUARSE ................................................................................. 11

VII.

CRITERIOS PARA EVALUAR LOS EFECTOS DEL DAÑO INDUCIDO POR LICUACIÓN EN EL TERRENO ...... 12

a.

CRITERIO : ÍNDICE DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN (PL) ........................................................................ 12

b.

CRITERIO: ESPESOR DEL ESTRATO LICUABLE, (H2) ............................................................................... 13

VIII.

ANEXO .................................................................................................................................................. 14

E.F.P. INGENIERÍA CIVIL

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I.

INTRODUCCIÓN

Los suelos granulares saturados densos (valor elevado de Yd), cuando son sometidos a una esfuerzo de corte, para deformaciones cercanas a la rotura experimentan el fenómeno de DILATANCIA. Es decir, aumentan su volumen unitario debido al acomodamiento o a la rotación de los granos en el plano de corte (línea negra de la figura 1). Por el contrario si la densidad de la masa de suelo granular es baja, (arena suelta) el proceso de deformación es contractivo, es decir disminuye su volumen y tiene un comportamiento como el que se indica con la línea roja de la figura 1.

Por el contrario si la densidad de la masa de suelo granular es baja, (arena suelta) el proceso de deformación es contractivo, es decir disminuye su volumen y tiene un comportamiento como el que se indica con la línea roja de la figura 1.


3


Si analizamos las gráficas representadas por dos ensayos triaxiales drenados “S” ejecutados sobre dos muestras de suelos granulares saturados, una densa y otra suelta y para una misma tensión de confinamiento s3, observaremos que para deformaciones elevadas las tensiones desviantes sd de ambas arenas (la densa y la suelta) se igualan en un mismo valor, que llamamos Tensión residual. Por otra parte si analizamos la relación de vacíos en función de la deformación vemos que para ambas muestras también la relación de vacíos en la rotura tienden a adoptar un mismo valor que llamamos Relación de vacíos crítica. Este fenómeno fue estudiado por primera vez por A. Casagrande quién notó que para ensayos triaxiales drenados, ejecutados sobre probetas de arena, llega un momento en que la probeta se deforma a velocidad constante, sin incrementos de tensiones y sin cambios de volumen y por lo tanto, con una relación de vacíos constante. En éste estado se dice que el suelo ha alcanzado la “Estructura de Flujo” y a la relación de vacíos correspondiente a ese estado se la denomina Relación de Vacíos Crítica “ec”. Figura 2.


4


II.

LICUACIÓN DE SUELOS

En determinados suelos de naturaleza contractiva, es decir, con tendencia a la disminución de volumen durante el corte, la ocurrencia de un terremoto severo puede producir el incremento gradual de las presiones de poro, reduciendo la resistencia del suelo y su rigidez. A este fenómeno se le conoce como licuación y sus efectos asociados han sido responsables de una gran cantidad de daños en terremotos históricos alrededor del mundo. La licuación ocurre en suelos saturados, esto es, suelos en los cuales los espacios entre las partículas individuales están completamente llenos de agua. Esta agua ejerce una presión sobre las partículas de suelo lo cual influencia la forma como las partículas por sí mismas son presionadas juntas. Antes del terremoto, la presión de agua es relativamente baja. Sin embargo, el movimiento sísmico puede causar que la presión de agua se incremente al punto donde las partículas de suelo puedan fácilmente moverse una con respecto a la otra. La licuación se define como “la transformación de un material granular de un estado sólido a un estado licuado como consecuencia del incremento de la presión de agua de poros”

a. CAUSAS. Cuando se tiene suelos arenosos de grano medio a finos. Limos o matriz arenoso de grano medio Sismos 7.5-8 Nivel freático o alguna escorrentía subterránea de agua.

b. EVALUACIÓN Permite la evaluación y la estabilidad por licuación. Factor de seguridad > 1 (licuación) Factor de seguridad < 1 (no licua)

c. PREVENCIÓN -

Drenes verticales Conduciendo drenajes Estableciendo muelles de agua por presión


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III.

MÉTODOS SIMPLIFICADOS DE EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN DE SUELOS.

Métodos simplificados, en base a ensayos SPT, CPT Y Vs Correcciones para tomar en consideraciones efectos de sobrecarga, nivel del terreno y magnitud sísmica Kσ, Kα y Km

a. MÉTODO DE SEED – IDRISS -

FACTOR DE SEGURIDAD A LA LICUACIÓN

̅   = ̅

Si FL > 1 no se producirá licuación Si FL ≤ 1 se producirá licuación

-

ESFUERZO DE CORTANTE INDUCIDO, APLICADO

̅ =0.65  ̅   ̅

amax g

rd

= esfuerzo cortante promedio inducido = aceleración máxima en superficie = aceleración de la gravedad = esfuerzo total vertical = esfuerzo efectivo vertical = factor de reducción

1,0 ------ en la superficie 0.9 ------ a 10m de profundidad


6


-

̅ 

ESFUERZO CORTANTE RESISTENTE

Del gráfico para Ms = 7.5 y distinto contenido de finos.

1

Valor de N corregido a una sobrecarga de 1 kg/cm2 y 60% de eficiencia.

CN Factor de corrección

̅

 = √ ̅

160 =  60

en kg/cm2

RELACIÓN ENTRE VALORES DE ESFUERZO QUE CAUSAN LICUACIÓN Y VALORES DE N1 PARA SISMOS DE M= 7.5 (Ref. Seed et al., 1984)


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b. MÉTODO DE TOKIMATSU – YOSHIMI -

τd

M amax g

̅ rd

̅ 

-

̅ =0.1−1  ̅ 

ESFUERZO CÍCLICO INDUCIDO POR EL TERREMOTO

= esfuerzo cortante promedio inducido = magnitud del sismo = aceleración máxima en la superficie = aceleración de la gravedad = esfuerzo total vertical = esfuerzo efectivo vertical = factor de reducción = 1-0.015z, z en metros

RELACIÓN DE ESFUERZOS CÍCLICOS RESISTENTES (CORTE) Del gráfico para NC y porcentaje de deformación cortante

Nc = N1 + ΔNf = Valor de N corregido a una sobrecarga de 1 kg/cm2 y por contenido de finos

 =  

̅

 = ̅   ó<2 en kg/cm2


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c. MÉTODO DE IWASAKI TATSUOKA -

RELACIÓN DE ESFUERZOS CÍCLICOS ACTUANTES (RECA)

     =  =  ̅ ̅ rd

-

= esfuerzo total vertical a la profundidad considerada = esfuerzo efectivo vertical a la prof. considerada = 1 - 0.015 * z , z en metros.

RELACIÓN DE ESFUERZOS CÍCLICOS RESISTENTES (RECR)

=  =0.0882 ̅+0. 7 +0.019 0.02≤ 50≤ 0.05 =  =0.0882 ̅+0. 7 +0.225(0.5035) 0.05≤ 50≤ 0.6 =  =0.0882 ̅+0. 7 +0.225(0.5035) 0.6 ≤50≤ 2


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IV.

FACTORES DE CORRECCIÓN PARA TERREMOTOS DE DIFERENTES MAGNITUDES

V.

NÚMERO DE CICLOS REPRESENTATIVOS DE TERREMOTOS


10


VI.

DETERMINACIÓN SI UN SUELO PUEDE LICUARSE

1

Con estos parámetros se determina si en la profundidad estudiada el suelo puede licuarse, de acuerdo con experiencias previas, pues los valores obtenidos al examinar las condiciones de sitios en donde se ha presentado licuación, definen líneas que separan los estados de arenas licuables de lo que no lo son, figura 2.1.

El parámetro rd ≤ 1.0 se utiliza para tomar en cuenta los efectos de amplificación que sufren las ondas sísmicas al atravesar materiales de poca rigidez, como los suelos. Este parámetro disminuye con la profundidad y se puede obtener de la figura 2.2 o bien del análisis de la respuesta sísmica del depósito estudiado.

1

Capítulo 2. Susceptibilidad de licuación en un suelo


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VII.

CRITERIOS PARA EVALUAR LOS EFECTOS DEL DAÑO INDUCIDO POR LICUACIÓN EN EL TERRENO a. CRITERIO : ÍNDICE DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN (PL)


12


b. CRITERIO: ESPESOR DEL ESTRATO LICUABLE, (H2)


13


VIII. ANEXO CÁLCULO DE POTENCIAL DE LICUACIÓN DE SUELOS EN LA CIUDAD DE PIURA (Método Seed e Idriss Simplificado)


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15

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