Caraterização física
Contenido
Área geotecnia
1.Introducción
2.Objetivos
3.Definición
4.Sismicidad en el Perú
5.Casos en el Perú
6.Metodologías para la estimación del potencial de Licuefacción
7.Ejemplo práctico
Caraterização física
Introducción-Motivación
1er Video: Ejemplo de licuefacción
Área geotecnia
Caraterização física
Introducción-Motivación
2do Video: Terremoto de Niigata1964
Área geotecnia
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
Niigata, 1964
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
Loma Prieta, 1989
EERC, UniversityofCalifornia, Berkeley
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
Kobe, 1995
EERC, UniversityofCalifornia, Berkeley
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
Kobe, 1995
EERC, UniversityofCalifornia, Berkeley
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
El Centro (USA), 1979
Sandboils
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
Kobe, 1995
EERC, UniversityofCalifornia, Berkeley
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
Niigata(Japón), 1964
EERC, UniversityofCalifornia, Berkeley
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
San Fernando, 1971
Falla de la Presa
Caraterização física
Introducción
Área geotecnia
San Francisco, 1906
Caraterização física
Definición
Área geotecnia
▪Lalicuefacciónolicuacióndelsuelodescribeunfenómeno
temporalenelqueunsueloparcialmentesaturadoosaturado
pierdesuspropiedadesderesistenciayrigidezdebidoaun
cambiorepentinoenlacondicióndeesfuerzos,ocasionadoporun
incrementosúbitoenelesfuerzocortante,loquesetraduceenla
rápidageneracióndeunexcesodepresióndeporos.
▪Estacondiciónoriginaqueelsuelosecomportetemporalmente
comounlíquido.
▪Lalicuefacciónpuedeocurrircuandohaypresenciadenivel
freáticoalto.
▪Lalicuefacciónsedadebidoalaperdidadelaresistenciadecorte
deunsuelodebidoalincrementorápidodelapresióndeporos,
esasíquesiseimpideeldrenaje,lapresióndeporosaumenta,si
lapresióndeporosaumentalosesfuerzosefectivosdisminuyen.
¿Qué es licuación o licuefacción de suelos?
Caraterização física
Definición
Área geotecnia
¿Qué es licuación o licuefacción de suelos?
▪Cuandoocurrelalicuefacción,laresistenciadelsuelo
decreceysucapacidaddecarga(asociadaalosesfuerzos
efectivos)sereduceoriginandograndesasentamientoso
volcamientodelaestructura.
▪Denotaunacondiciónenlaqueduranteelcursodela
aplicacióndetensionescíclicas,latensiónresidualdeporos
esigualalatensióndeconfinamientoaplicadaal
completarsecualquierciclodetensiones.Sielestadode
tensiónllegaaestacondiciónseproducelicuefacción.
r
Caraterização física
Definición
Área geotecnia
Fuerzas y presiones entre partículas del suelo
Recordemosqueelsueloesunmedio
discontinuoconformadoporpartículas.
Enloscontactosentreestaspartículasse
generanfuerzasdereaccióndeltipo
normalydeltipocortante,perpendicular
yparalelaalassuperficiesdecontacto
respectivamente.
Recordemostambiénquedadaslas
superficiesdecontacto,estasfuerzas
generanesfuerzosdelmismotipo.Porotro
ladositenemossaturacióndelsuelo
tendremoslapresenciadepresiónde
porosdeltipohidrostático(u).
Caraterização física
Definición
Área geotecnia
Licuefacción de suelos
Setraduceenunapérdidaderesistenciaalcortedelterrenogeneradoporunincrementosúbito
delexcesodepresióndeporosenelsuelodemaneratalqueelesfuerzoefectivoseacero.
??????
�=??????
′
+??????
1. Para el mismo volumen A tenemos la siguiente relación:
2. Debido a un evento que genera un incremento súbito en la presión de poros tenemos:
??????
�=(??????
′
−∆??????)+(??????+∆??????)
Se verifica que se produce un exceso de presión de poros ∆??????
3. Si el incremento generado es tal que se produce la siguiente igualdad:
??????
�=(??????+∆??????)
Entonces la presión efectiva será cero (??????
′
=0), lo que significa que en ese instante no existe
contacto entre las partículas que conforman el suelo y que éstas se encuentran flotando en
el agua. Por tanto el conjunto se comporta con la misma estabilidad de un líquido.
Caraterização física
Definición
Área geotecnia
Licuefacción de suelos
Setraduceenunapérdidaderesistenciaalcortedelterrenogeneradoporunincrementosúbito
delexcesodepresióndeporosenelsuelodemaneratalqueelesfuerzoefectivoseacero.
??????
�=??????
′
+??????
1. Para el mismo volumen A tenemos la siguiente relación:
2. Debido a un evento que genera un incremento súbito en la presión de poros tenemos:
??????
�=(??????
′
−∆??????)+(??????+∆??????)
Se verifica que se produce un exceso de presión de poros ∆??????
3. Si el incremento generado es tal que se produce la siguiente igualdad:
??????
�=(??????+∆??????)
Entonces la presión efectiva será cero (??????
′
=0), lo que significa que en ese instante no existe
contacto entre las partículas que conforman el suelo y que éstas se encuentran flotando en
el agua. Por tanto el conjunto se comporta con la misma estabilidad de un líquido.
Caraterização física
Definición
Área geotecnia
¿Qué es licuación o licuefacción de suelos?
▪Causaqueelsuelollegueallímitedelasdeformaciones,ya
seaporlastensionesremanentesenelsueloqueproducen
deformacionesoporladilatacióndelsuelo,posteriormente
lapresióndeporoscae,yelsueloseestabilizabajolas
cargasaplicadas.
▪EnlaNormaTécnicaE.050SuelosyCimentaciones(2018)la
licuaciónseabordaenelCapítuloVI:Condicionesespeciales
decimentación,Artículo38.
Caraterização física
Definición
Área geotecnia
SuelosCohesivos
Algunossuelosarcillosospuedenservulnerablesa
perderresistenciadurantelossismos.Estostienencomo
características:Porcentajedearcillamenoral15%,LLW
L
menoriguala35ycontenidodehumedadmayora0.9
W
L
Sielcontenidodearcillaesmayoral20%,elsuelonoes
licuable,amenosqueseaextremadamentesensitivo.
Sielcontenidodehumedaddecualquiersueloarcilloso
esmenorque0.9W
Lelsuelonoeslicuable.
▪ArcillasSensitivas
▪Lixiviacióndeaguasaladayreemplazoporaguade
lluvia
▪Perdidadelacementaciónnatural
Cuandolahistoriasísmicadelazonahagasospecharla
posibilidaddelicuefacción,elprogramadeexploracióndetoda
eláreacomprometidaporlaestructuradebeincluir
perforacioneshasta15mdeprofundidadcomomínimoyenla
densidadqueespecificalanormadeacuerdoaltipode
estructura.
Lasperforacionesdebentenerunaprofundidadmínimade
15mydebenserrealizadasporlastécnicasdelavadoo
rotativaconensayosdeSPTporcada1m.
Licuación de suelos y la norma
E.050 Suelos y Cimentaciones
Área geotecnia
E.050
EnlaNormaTécnicaE.050SuelosyCimentaciones(2018)la
licuaciónseabordaenelCapítuloVI:Condicionesespeciales
decimentación,Artículo38.
Seindicaqueparaqueunsuelogranularseasusceptiblede
licuarduranteunsismodebepresentarsimultáneamente:
▪Estasconstituidoporarena,arenalimosa,arenaarcillosa,limo
arenosonoplásticoogravaempacadaenunamatrizdealguno
delossuelosanteriores.
▪Encontrarsesumergido.
EnestoscasosedebeincluirenelEMSunanálisis
determinísticoyprobabilísticodelPotencialdeLicuaciónde
lazonaeindicarlaprobabilidaddeocurrencia.
Licuación de suelos y la norma
E.050 Suelos y Cimentaciones
E.050
Área geotecnia
Algunos casos de Licuefacción en el Perú
Ubicación Fecha Magnitud
Chimbote, Áncash31 de mayo de 1970 7.8
Camaná, Arequipa23 de junio de 20016.9
Pisco, Ica15 de agosto del 20078.2
Lagunas, Loreto26 de mayo de 2019 8
Área geotecnia
CasosenelPerú
Área geotecnia
SismicidadenelPerú
Definiciones
-Período de retorno (TR): Es el tiempo promedio que transcurre para que un evento sísmico vuelva
a ocurrir con la liberación de energía similar y en la misma zona de ruptura.
-Período de exposición (tv): Es el tiempo en el cual la estructura a diseñar estará expuesta a la
posible ocurrencia del evento sísmico
-Probabilidad de excedencia: Probabilidad de que un cierto parámetro sea igualado o superado. En
ingeniería trabajaremos principalmente con la aceleración horizontal.
Pr%=1−??????
−
��
�??????
Probabilidad de
Excedencia
Tiempo de vida útil
(años)
Período de Retorno
(años)
10% 50 475
5% 50 975
2% 50 2475
7% 70 975
Área geotecnia
SismicidadenelPerú
Curvas de Isoaceleraciones:
LaprimeraestaciónacelerográficainstaladaenelPerúdatade1944enlaEstaciónParquedela
Reserva(tipoSTD)porelU.S.CoastandGeodeticalSurveyencooperaciónconelIGP.
SinembargoelCatálogosísmicodelquesedisponeenelPerúdatade1960alafechayelnúmero
deestacionesacelerográficashaidoenaumento.
Conlasestacionesinstaladasdiversosautoreshanrealizadoinvestigacionesmediantemétodos
probabilísticosparaestimarlasaceleracionesensuperficieenelterritorionacional:
-Casaverdey Vargas(1980)
-Alva y Castillo (1993)
-Monroy y Bolaños (2004)
-Gamarra y Aguilar (2009)
-IGP (2014)
-Roncal y Aguilar (2017)
Alemplearlascurvasdeisoaceleracionessedebetenercuidadoenelperíododeretorno
empleado,eltipodesuelo(segúnVs)ylaordenadaespectral(usarT=0.0s)
a/g para un periodode
retorno de 100 años
(Casaverdey Vargas)
Referencial
a/g para un periodode
retorno de 50 años
(Casaverdey Vargas)
Referencial
Área geotecnia
Monroy y Bolaños (2004)
Área geotecnia
MAPA DE
LICUACIÓN
DE SUELOS
EN EL PERÚ
Fuente: Alva
(2019)
Definición
Chimbote, Áncash
31 de mayo de 1970
( MagnitudMw= 7.8)
J. Alva (2019) ACTUALIZACIÓN DE LA OCURRENCIA DEL FENÓMENO DE LICUACIÓN DE SUELOS EN EL
PERÚ. UNI
CasosenelPerú
Área geotecnia
Camaná, Arequipa
23 de junio de 2001
( MagnitudMw= 6.9)
J. Alva (2019) ACTUALIZACIÓN DE LA OCURRENCIA DEL FENÓMENO DE LICUACIÓN DE SUELOS EN EL
PERÚ. UNI
CasosenelPerú
Área geotecnia
Pisco, Ica
15 de agosto de 2007
( MagnitudMw=8.2)
•A. Carrillo Gil y L. AlcayhuamanA. (2008) LICUACIÓN DE SUELOS DURANTE EL SISMO
PISCO-PERU-2007 Sixth LACCEI International Latin American and Caribbean Conference
for Engineering and Technology (LACCEI’2008)
CasosenelPerú
Área geotecnia
Tambo de Mora, Ica
15 de agosto de 2007
( MagnitudMw=8.2)
•Blog, Ing. Ángel San Bartolomé
CasosenelPerú
Área geotecnia
Lagunas, Loreto
26 de mayo de 2019
( MagnitudMw 8.0)
•J. Alva (2019) ACTUALIZACIÓN DE LA OCURRENCIA DEL FENÓMENO DE LICUACIÓN DE
SUELOS EN EL PERÚ. UNI
CasosenelPerú
Área geotecnia
MétodosdeCálculodelPotencialdeLicuefacción
Área geotecnia
Métodos
de Cálculo
Métodos
determinísticos
Métodos
probabilísticos
Métodosorientadosalacuantificaciónde
uníndicenuméricodirectoquepermita
estimarlaocurrenciadeunevento.Enel
casodelicuefacciónseestimaráelvalor
delfactordeseguridad.
Métodosorientadosalacuantificaciónde
laprobabilidaddeocurrenciadeun
determinadoevento.
MétodosdeCálculodelPotencialdeLicuefacción
Área geotecnia
Métodos
de Cálculo
Basados en el
Número de
golpes
obtenido en el
ensayo SPT
Basados en los
registros de
velocidades de
ondas de corte Vs
Seed&Idriss1971
Youd&Idriss2001
Yegian&Withman1978
Tokimatsi&Yoshimi1983
Kishida&Ohsaki1969,entreotros.
Basados en
métodos numéricos
-Elementosfinitos
-Diferenciasfinitas
-Elementosdiscretos
MétodosdeCálculodelPotencialdeLicuefacción
Área geotecnia
Métodos de Cálculo
En el presente curso estudiaremos los siguientes métodos:
-Método determinístico: Método propuesto por Seed& Idriss(1971) con algunas
actualizaciones mostradas en el workshop 1997.
-Método probabilístico: Método de Youd& Noble (2001)
El suelo como elemento rígido
▪Seasume,porsimplificación,un
comportamientodesólidorígidoparael
suelo.
▪Enlabasedelprismasegeneraráun
esfuerzocortante
máxrqueesgenerado
comorespuestadelaacciónsísmica
considerandoalsuelocomounelemento
rígido.
▪Sinembargo,elsuelonotieneun
comportamientorígido,sinodeformable.
MÉTODODETERMINÍSTICODESEED-IDRISS
Elsuelocomoelementodeformable
▪Debidoaqueseconsideraqueelcomportamientodel
sueloesdeformable,elesfuerzocortantemáximogenerado
serámenor,
máxd.
▪Elfactorrdesunfactordereducciónquepermiteobtener
losresultadosparaunelementodeformableapartirdelos
resultadospreviosparaunelementorígido.máxr máx
máxdmáxrd
h
a
g
r
=
=
MÉTODODETERMINÍSTICODESEED-IDRISS
r
d= 1.0 -0.00765 z para z ≤ 9.15 m (2a)
r
d= 1.174 -0.0267 z para 9.15 m < z ≤ 23 m (2b)
r
d= 0.744 -0.008 z para 23 < z ≤ 30 m (2c)
r
d= 0.50 para z > 30 m (2d)
r
dpropuesto por el
NCEER 1997
MÉTODODESEED-IDRISS
MÉTODODETERMINÍSTICODESEED-IDRISS
¿CómoobtenerelPGA?
La aceleración horizontal máxima podrá ser obtenida en orden de precisión:
1.Estudio de Peligro Sísmico
2.Curvas de Isoaceleraciones
3.Norma E.030
Para el curso se emplearán las curvas de isoaceleracionesque se indiquen en
cada caso, se deberá tener presente que se empleará un Tr=475 años, tv=50
años y Te=0.0s.
MÉTODODETERMINÍSTICODESEED-IDRISS
¿CómoobtenerlamagnitudMw?
La magnitud momento Mwpodrá ser obtenida en orden de precisión:
1.Análisis de desagregación sísmica
2.Valores máximos de magnitud registrados en eventos históricos cercanos a la
zona del proyecto
Ejemplodelosresultadosobtenidos
deunanálisisdedesagregación
sísmicaquepermiteobtenerla
Magnitudydistanciaalpuntode
análisisdelafuentesísmicaconmayor
aportaciónenelcálculode
integración.Sepuederealizarconel
softwareCRISIS(desarrolladoporla
UNAM)
Curvas para el
cálculo de CRR
(NCEER1997)
Mw=7.5
Curvabase (arenas
limpias, <5% de finos)
Curvas simplificadas para el
cálculo del CRRa partir del
SPT(N
1
)
60
Ref.: NCEER1997
Estas curvas son para un
Mw= 7.5
CRR
7.5
(N
1)
60
MÉTODODESEED-IDRISS
Análisisdeterminísticodelpotencialdelicuefacción
2.ParacadaprofundidadanalizadabajoelNF:
a.Determinación de las presiones totales y efectivas
0, ´
0
b.Cálculo del factor de reducción r
den función de las profundidades den
análisis
c.Esfuerzo cortante inducido por el sismo CSReq,
avS/´
0
d.Corrección del valor de N por confinamiento y por longitud de barra CR)
e.Esfuerzo cortante promedio requerido para causar licuefacción,
av
/´
0.(Se puedecalcular la a/grequerida para la licuefacción)
f.FSo con las aceleraciones
MÉTODODETERMINÍSTICODESEED-IDRISS
CSR:
1. SOLIDO RÍGIDO
2. EL SUELO ES
DEFORMABLE 3. ESFUERZO DE CORTE
PROMEDIO
El valor de CSR, es el esfuerzo de corte
promedio entre el esfuerzo efectivo.
El esfuerzo de corte promedio, es el
65% del esfuerzo máximo inducido por
el sismo.
MÉTODODETERMINÍSTICODESEED-IDRISS
??????��
��=
??????
??????�
??????
�
′
=0.65.
??????
�
??????
�
′
.
??????
�á�
??????
.??????
�
Ejemplopráctico
Profundidad representativa en el ensayo SPT
CRITERIO 1
Laprofundidadrepresentativa
correspondealamitaddecada
ensayo
CRITERIO 2
La profundidad representativa
correspondealamitaddelespesor
consideradoenladeterminaciónde
NSPT,esdecirlos2últimostramosde15
cm
NOTA: En el curso utilizaremos el criterio 2.
Ejemplopráctico
Determinación del PGA (se verifica en el gráfico que el PGA=0.41g)
Curvas de isoaceleración(Alva y Castillo) 475 años de período de retorno, 10% de probabilidad de excedencia, 50 años de
exposición, T=0.0s. Suelo tipo B (roca)
-9.3°
-78.49°
Ejemplopráctico
Potencial de Licuefacción –E.050 Suelos y Cimentaciones
Fuente: Iwasaki (1984)
Comentarios
-Se verifica por el método determinístico que se producirá licuefacción entre 1.5 m y prácticamente 6.0 m.
-En caso de diseñar cimentaciones profundas (pilotes) no se deberá considerar el aporte por fricción lateral
desde la superficie hasta los 6.0 m.
-Otra alternativa es densificar el suelo por métodos mecánicos de manera que al ejecutar nuevamente
ensayos SPT sobre el suelo densificado, los valores sean tan altos que se reduzca el potencial de
licuefacción