Antologia de licuefaccion de suelos

Introducción

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.

Es más probable que la licuefacción1
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.2
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.

Según cuál sea la fracción de
vacío inicial, el material del suelo puede responder ante
la carga bien en un modo de ablandamiento inducido por
deformación o alternativamente sufrir
endurecimiento inducido por deformación. En el
caso de suelos del tipo ablandamiento inducido por
deformación, tales como arenas sueltas, los mismos pueden
alcanzar un punto de colapso, tanto en forma monótona o
cíclica, si la tensión de corte estática es
mayor que tensión de corte estacionaria del suelo. En este
caso ocurre licuefacción de flujo, en la cual el
terreno se deforma con una tensión de corte constante de
valor reducido. Si el terreno es del tipo endurecimiento inducido
por deformación, o sea arenas de densidad moderadas a
altas, en general no ocurrirá una licuefacción por
flujo. Sin embargo, puede presentarse un ablandamiento
cíclico a causa de cargas cíclicas sin
drenaje, tales como cargas sísmicas. La deformación
durante cargas cíclicas dependerá de la densidad
del terreno, la magnitud y duración de la carga
cíclica, y la magnitud de inversión de la
tensión de corte. Si es que ocurre una inversión de
la tensión, la tensión de corte efectiva puede ser
nula, en cuyo caso puede ocurrir el fenómeno de
licuefacción cíclica. Si no ocurre
inversión de las tensiones, no es posible que la
tensión efectiva sea nula, en cuyo caso puede ocurrir el
fenómeno de movilidad cíclica.3
La resistencia de un suelo sin cohesion frente a Ia licuefaccion
dependera de Ia densidad del terreno, las tensiones de
confmamiento, Ia estructura del terreno (textura, antigOedad y
cernentacion), Ia magnitud y duracion de Ia carga ciclica, y de
si ocurre inversion de Ia tension de corte.4

Capítulo II

Origen del
Proceso del proceso de licuefacción del
suelo

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 (loess) > 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. Esto motiva que las tensiones tangenciales
se anulen, comportándose el terreno como un
«pseudolíquido».

Si bien los efectos de la licuefacción han sido
comprendidos desde hace mucho tiempo, los ingenieros y
sismólogos han tenido un recordatorio sobre su relevancia
a partir de los terremotos de 1964 ocurridos en Niigata,
Japón y Alaska. El fenómeno también
jugó un papel muy importante en la destrucción del
Distrito de la Marina en San Francisco durante el terremoto de
Loma Prieta ocurrido en 1989.

···- –

Capítulo III

Análisis
sobre la Condición de un suelo para que sea
licuable

Seed and Idriss (1982) consideran que un suelo puede
licuar si:

Capítulo IV

Cálculos
planteados en suelos licuables

Los estudios de la licuefacción sísmica de
Seed (1966) llevaron a postular las siguientes
condiciones:

? Si la presión de poros inducida por la
acción dinámica o cíclica del terremoto
alcanza el valor de la presión de confinamiento, el suelo
alcanzará el estado de licuefacción
inicial ? Si la arena sometida a acción
cíclica alcanza el 20% de deformación se
alcanzará la licuefacción
total.

Antología de la licuefacción de suelos.

Capítulo V

Estudios
desarrollados

El limitado conocimiento relativo a este fenómeno se
debe en gran parte a dos factores:

> Dificultad en observar sus características
en condiciones reales.

> Complejidad del fenómeno, pues para
además de ser el resultado de una acción
sísmica de carácter altamente variable, induce en
el suelo un comportamiento fuertemente no lineal e
histerético, con fuerte degradación de las
características mecánicas del suelo de cada ciclo
determinada por la generación de presiones neutras en la
muestra bajo acción sísmica.

Uno de los problemas fundamentales es el conocimiento
rudimentario sobre los mecanismos de rotura y deformación
asociados al fenómeno de la licuefacción, lo que
limita el uso de ensayos elementales para estudiarlo.

> No existe una definición única para
el fenómeno de la licuefacción.

> Una definición general y cualitativa para
este fenómeno, capaz de producir grandes deformaciones en
el terreno y de las estructuras en él existentes, asociado
a gran degradación de las características
mecánicas de los suelos granulares debido a la
generación o migración del exceso de presión
neutra resultante de la acción cíclica producida
por sismos en condiciones por lo menos parcialmente no
drenadas

16

Capítulo VI

Tipos de procesos
licuables

Arenas movedizas

Las arenas movedizas se producen cuando una zona de
arenas sueltas que está saturada con agua es agitada.
Cuando el agua que se encuentra atrapada en el bloque de arena no
puede escapar, se licúa el suelo y pierde la capacidad de
soportar pesos. La arena movediza se puede formar por un flujo en
ascenso de aguas subterráneas (como el que proviene de un
manantial natural), o a causa de terremotos. En el caso de un
flujo de agua subterráneo, la fuerza producida por el
flujo de agua se contrapone a la fuerza de gravedad, produciendo
la flotación de los granos de la arena. En el caso de
terremotos, la fuerza de la sacudida puede aumentar la
presión de aguas subterráneas próximas a la
superficie, y en el proceso licuar los depósitos de arena
y sedimentos de la superficie. En ambos casos, la superficie que
se licúa pierde resistencia, lo que desestabiliza a los
edificios u otras estructuras que se encuentran en la superficie
produciendo se inclinen o derrumben. Los sedimentos saturados
pueden parecer sumamente sólidos hasta el instante en que
un cambio en la presión del suelo o una sacudida disparan
el proceso de licuefacción. dicho proceso hace que la
arena forme una suspensión en la cual cada grano pasa a
estar rodeado por una delgada película de agua. Esta
configuración le otorga a las arenas movedizas, y otros
sedimentos licuados una textura esponjosa similar a la
consistencia de un fluido. Los objetos que se encuentran
envueltos en arenas movedizas se hundirán hasta el nivel
en el cual el peso del objeto se iguale con el peso desplazado de
la mezcla de arena y agua y el objeto "flote" de acuerdo al
principio de Arquímedes.

Arcillas rápidas

Las llamadas arcillas rápidas o arcillas marinas,
también conocidas en Canadá como arcillas de
Leda o quick clays, es un tipo particular de
arcilla sumamente sensible, que al ser perturbada posee la
tendencia a cambiar su estado desde uno relativamente
rígido a un estado líquido. En reposo, las arcillas
rápidas parecen un gel hidrosaturado. Sin embargo, si se
toma un bloque de arcilla y se le golpea, instantáneamente
toma la constitución de un fluido, mediante un proceso
conocido como licuefacción espontánea. Las
arcillas rápidas se comportan así porque, aunque
son sólidas, tienen un altísimo contenido de agua,
que puede ser de hasta un 80%. La arcilla retiene una estructura
sólida a pesar de su alto contenido acuoso, porque la
tensión superficial del agua mantiene "escamas" de arcilla
unidas en una delicada estructura. Cuando la estructura se
quiebra por un golpe, la arcilla cambia su estado y se transforma
en un fluido.

? Las arcillas rápidas se encuentran por lo
general en regiones ubicadas en el norte del hemisferio norte en
países tales como Rusia, Canadá, Alaska en Estados
Unidos, Noruega, Suecia, y Finlandia, todas estas zonas fueron
cubiertas por glaciares durante el Pleistoceno.

? Las arcillas rápidas han sido la causa
subyacente de muchos corrimientos de tierra mortales. Sólo
en Canadá, se le ha asociado con más de 250
movimientos de tierra identificados. Algunos de ellos son
antiguos, y pudieron haber sido confundidos con sismos. [2]
Corrientes de turbidez Los corrimientos de tierra
submarinos son corrientes de turbidez y consisten del
desplazamiento de sedimentos saturados por el agua que fluyen
hacia las profundidades marinas. Un ejemplo de este
fenómeno tuvo lugar durante el Terremoto de Grand Banks de
1929 que ocurrió en la plataforma continental cerca de la
costa de Terranova. A los pocos minutos de ocurrido, varios
cables submarinos empezaron a romperse en secuencia, en puntos
cada vez más alejados a lo largo del talúd, y
alejándose del epicentro. En total se partieron doce
cables en un total de 28 lugares. Los tiempos exactos y sitios en
que se produjo cada rotura fueron determinados con
precisión. Los investigadores sugirieron que un
deslizamiento submarino o corriente de turbidez de sedimentos
saturados por el agua que se desplazó a una velocidad de
100 km/h y se propagó hacia abajo por la plataforma
continental a lo largo de un recorrido de 600 km, partiendo los
cables a su paso.6

.

.

.

Capítulo VII

Efectos de la
licuefacción del suelo.

La licuefacción puede causar daño a
estructuras en varias maneras.7 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.

Bibliografía

1. Jefferies, M. and Been, K. (Taylor & Francis,
2006) Soil Liquefaction [1]

2. Youd, T.L., and Idriss, I.M. (2001). "Liquefaction
Resistance of Soils: Summary report from the 1996 NCEER and 1998
NCEER/NSF Workshops on Evaluation of Liquefaction Resistance of
Soils", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental
Engineering, ASCE, 127(4), 297-313

3. Robertson, P.K., and Fear, C.E. (1995). "Liquefaction
of sands and its evaluation.", Proceedings of the 1st
International Conference on Earthquake Geotechnical
Engineering, Tokyo

4. Robertson, P.K., and Wride, C.E. (1998). "Evaluating
Cyclic Liquefaction Potential using the cone penetration test."
Canadian Geotechnical Journal, Ottawa, 35(5),
442-459.

5.
http://earthquake.usgs.gov/research/hazmaps/whats_new/workshops/CEUS-
WORKSHP/Tuesday/NE-Tuttle.2.pdf 6. Bruce C. Heezen and Maurice
Ewing, "Turbidity Currents and Submarine Slumps, and the 1929
Grand Banks Earthquake," American Journal of Science, Vol. 250,
December 1952, pp. 849–873.

Anexos

Arriba: Volcanes de arenas y agrietamiento del terreno en
depositos aluviales debido al sismo del 31 de mayo de 1970 en
Perú. Fuente: A. Hurtado

Abajo: Daños a buzones de desague debido a la
licuación. Fuente: A. Hurtado

.

Fuente: http://wwv.
ribd.com/doc/3082987/dllaboratoriogeorecnico

Autor:

Tupak Ernesto Obando Rivera