LUIS ALEJANDRO CORONADO GARCIA

EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN EN SUELOS

LUIS ALEJANDRO CORONADO GARCIA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

DEPTO. DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTA, 2005

EVALUACION DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN EN SUELOS

LUIS ALEJANDRO CORONADO GARCIA

Trabajo de grado, presentado como requisito para optar al titulo de Ingeniero Civil

Director ING. LUIS E. YAMIN

Departamento de Ing. Civil y Ambiental Universidad de los Andes

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA DEPTO. DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTA, 2005

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Civ il y Ambiental

Evaluación del Potencial de Licuación 1

1. INTRODUCCIÓN

Colombia es un país que presenta una gran complejidad tectónica, característica que

se ha manifestado con continuos eventos sísmicos, algunos con resultados

catastróficos en diferentes zonas del país.

El riesgo que presentan estos movimientos sísmicos solo puede ser mitigado si se

tiene un conocimiento detallado de la amenaza que ese riesgo puede generar al

momento de la ocurrencia.

En vista de que en nuestros días es poco probable reducir la amenaza sísmica, es necesario recurrir al estudio de la vulnerabilidad que presentan las construcciones, a

fin de reducir por esta vía los riesgos que los eventos sísmicos tienen sobre las

diferentes poblaciones expuestas.

Así, el conocimiento de la amenaza se convierte en una herramienta para delimitar

unos parámetros de diseño que permitan hacer mas seguras las construcciones y reducir al mínimo posible la vulnerabilidad que estas presentan, buscando generar

diseños seguros y económicos para los usuarios.

2. GENERALIDADES SOBRE LA RESISTENCIA DINÁMICA DEL SUELO

Un deposito de suelo puede estar sometido a cargas estáticas, como las que son brindadas por una estructura construida sobre el; así como a cargas dinámicas como

las que son suministradas por un sismo actuante. Estos dos tipos de cargas tienen

influencia sobre la estructura del suelo generando deformaciones que pueden ser

permanentes o temporales.



La resistencia que presenta el suelo a las cargas que inciden sobre él, esta

directamente relacionada con el esfuerzo cortante, y es una propiedad que esta

principalmente controlada por el esfuerzo efectivo, mas que por el esfuerzo total al

que esta sometido el suelo. Este comportamiento esta expresado mediante la

siguiente relación:

(ec. 1) φστ tan'nc +=

c Cohesión 'nσ Esfuerzo normal efectivo sobre la superficie de la falla

φ Angulo de fricción interna.

La ecuación 1 es conocida como criterio de falla Morh – Coulomb, e indica que la resistencia al cortante que presenta un suelo, es influenciado directamente por el

esfuerzo efectivo al que se encuentra sometido dicho suelo. Este esfuerzo esta

definido por la ecuación No. 2.

(ec. 2) µσσ −= tn'

El esfuerzo efectivo es definido como el esfuerzo al que están sometidas las

partículas de suelo cuando se encuentran en contacto con otras partículas, al

momento de discriminar el empuje que sobre estos granos ejerce el agua presente y

que tiende a separarlas.

Así, al incrementarse la presión hidrostática del suelo, el esfuerzo efectivo puede

verse disminuido y alcanzar valores muy bajos, o incluso nulos.



Diferentes eventos pueden causar el incremento de la presión hidrostática del suelo.

Un suelo sobre el que actúan cargas cíclicas como a las que se ve sometida en un

evento sísmico puede generar este comportamiento.

El incremento que la presión de poros sufre puede ser expresado mediante la siguiente ecuación:

(ec. 2.1) ))(( 313 σσσµ ∆−∆+∆=∆ AB

en donde 1σ∆ y 3σ∆ representan los cambios que se producen en los esfuerzos

principales. Los parámetros A y B representan parámetros de presión de poros

propuestos por Skempton en 1954 (ref. 3).

B es un parámetro relacionado con la humedad del suelo, y presenta el valor de cero

cuando se trata de un suelo seco y uno cuando se trata de un suelo saturado. El parámetro A es un parámetro relacionado con la densidad del suelo, y toma valores

positivos cuando se tienen densidades bajas (suelos sueltos) y valores negativos

cuando se tienen suelos con densidades altas.

De acuerdo a esta ecuación, si se aplica una diferencia de esfuerzo 1σ∆ , se induce

una presión de poros µ . Cuando se quita esa diferencia de esfuerzo 1σ∆ , la mayor

parte de µ sigue permaneciendo. Si se aplica y se remueve repetidamente, la presión

de poros residual aumentara. Si la aplicación de 1σ∆ es constante, las presión de

poros continuara aumentando (ref. 3).



3. ACCIÓN SÍSMICA SOBRE LAS PARTÍCULAS DEL SUELO

Durante un acontecimiento sísmico, cuatro tipos de ondas se propagan a través de los

depósitos de suelo. Estas ondas se clasifican como ondas internas (P, S) y ondas

superficiales (R, L) (ref. 14).

Las ondas P tienen un efecto sobre la masa de suelo al producir cambios de volumen,

estos cambios generan variaciones en los esfuerzos iniciales, mientras las ondas S, R

y L generan un incremento en el esfuerzo cortante al cual se someten las partículas.

El cambio de volumen y la acción de las fuerzas cortantes desembocan en movimientos de las partículas, estas sufren desplazamientos relativos entre si,

produciendo deformaciones en la masa de suelo.

Si una masa de suelo se ve sometida al paso de una onda S, las partículas de suelo

son inducidas a movimientos que inicialmente separan las partículas para después

unirlas de nuevo. Si este movimiento se realiza de forma repetida, las partículas influenciadas sufrirán un proceso de reacomodación unas con respecto a las otras. La

reacomodación de partículas genera que el volumen que los sólidos ocupaban

inicialmente presente variaciones, proceso que genera compactación (ref. 14).

Esta compactación provocada por los movimientos cíclicos de las partículas genera

un incremento por la presión ejercida por el agua presente en los poros de la masa de suelo (ref.4).

Dicho incremento de la presión de los poros de la masa de suelo genera la reducción

del esfuerzo efectivo que experimenta la masa de suelo, debido a la separación de las

partículas, generando perdida de la fricción entre ellas.



4. LICUACIÓN

La licuación es un proceso que generalmente ocurre en arenas saturadas que tienden

a densificarse cuando son sometidas a cargas cíclicas o monotónicas (ref. 6).

La propagación de ondas sísmicas a través de la superficie terrestre generan

densificación de las partículas del suelo y aumento en los esfuerzos de corte a los que

esta sometido dicha masa. Estas variaciones cíclicas ocurren en un lapso de tiempo

muy pequeño, un periodo de tiempo insuficiente para que el agua presente entre los

poros de la masa de suelo pueda ser drenado, generándose un incremento en la

presión hidrostática sobre las partículas individuales.

La densificación que sufren las partículas va aumentando gradualmente con el

incremento en el número de ciclos, incrementándose del mismo modo la presión de

los poros. Este comportamiento genera la reducción en el esfuerzo efectivo y por esta

misma razón, ocasiona la pérdida de la resistencia al corte del depósito de suelo (ref. 4).

Cuando este proceso es iterativo, la presión de poros puede igualar a la presión de

confinamiento inicial, el esfuerzo efectivo se reduce a valores muy bajos que incluso

llegan a cero, momento en el que las partículas del suelo quedan en suspensión y el

suelo se comporta como un fluido viscoso perdiendo su capacidad portante.

El termino “licuación” no es aplicado exclusivamente en arenas. Este concepto también aplica para suelos arcillosos, en los que las arcillas sensitivas (también

llamadas rápidas) pueden mostrar perdida de resistencia. Esta disminución en la

resistencia puede producir inestabilidad que presenta las mismas características de la

licuación.



Sin embargo el proceso que produce la inestabilidad en suelos finos esta relacionado

con una microestructura inestable(ref. 1), diferente al proceso que produce e fenómeno

de licuación en suelos granulares (ref. 10).

5. FENÓMENOS RELACIONADOS A LA LICUACIÓN

Los estudios de potencial de licuación en suelos no presentan como su principal

interés la ocurrencia o no del proceso, sino la capacidad destructiva de este, ya que el

proceso de licuación solo es peligroso cuando se acompaña de desplazamientos o

fallas que inciden sobre las estructuras generando algún peligro y potencial destructivo para ellas (ref. 6).

5.1 Licuación de flujo

Este tipo de falla se caracteriza por presentar desplazamiento de la masa de suelo

que ha sido licuado por sobre un estrato con algún grado de inclinación.

En este estado los esfuerzos estáticos del suelo son mayores que la resistencia

cortante del suelo en su condición licuada (ref. 2). Estas masas de suelo se comportan

como un fluido y se desplazan como un flujo de suelo que se puede acompañar con

transporte de escombros. Estos flujos pueden viajar unos pocos metros o recorrer

grandes distancias y es un tipo de falla con un alto grado de peligrosidad para la

población que se encuentra en las zonas aledañas al sitio de inicio de la falla, principalmente si se encuentran ubicados en una zona mas baja.

La falla de flujo es el tipo de falla más catastrófico causado por procesos de licuación

y es uno de los tipos de falla más comunes en Colombia, aunque en este país ha sido

producida mas por la topografía montañosa que presenta, y por la alta pluviosidad que

genera saturación de suelos, que por eventos sísmicos (ref. 6).



Los flujos se presentan en arenas y limos sueltos y saturados, en taludes

relativamente empinados con pendientes superiores a los 3 grados.

Figura 1. Falla de f lujo causada por licuación

5.2 Desplazamiento lateral

Este tipo de falla es caracterizado por el desplazamiento de las masas de suelo en un

movimiento horizontal relativo desde su posición inicial. Este desplazamiento es

generado por la acción conjunta de las fuerzas inerciales generadas por el sismo,

junto con las fuerzas gravitacionales producidas por el peso del suelo y por algunas

pequeñas pendientes del terreno.

Esta forma de falla puede ser importante en cercanías a canales abiertos como ríos,

en donde los desplazamientos ocurren en ordenes de magnitud de metros, aunque en

regiones con un mayor grado de confinamiento los desplazamientos pueden ser

menores (ref. 13). Este tipo de comportamiento son considerados como casos

especiales por la norma colombiana sismorresistente (ref.2).



Figura 2. Corrimiento lateral debido a licuación

Murindó: En Colombia un ejemplo importante de este tipo de falla es el encontrado

en la llanura de inundación del río Murindó, en el Urabá Antioqueño, en donde se

encuentra ubicado el municipio de Murindó. En este municipio durante los sismos del

17 y 18 octubre de 1992 se destruyo una gran proporción de las edificaciones en

mampostería (hospital, alcaldía, iglesia), así como las redes de acueducto, alcantarillado y energía del municipio (ref. 22).

Figura 3. Oscilación horizontal del terreno causada por licuación

5.3 Oscilaciones del terreno

Este tipo de falla es característica de estratos superficiales resistentes, ubicados

sobre depósitos de arena que han sufrido licuación.

la licuación de los estratos mas internos provocan deformaciones del estrato superior,

que se manifiesta como deformaciones en todas las direcciones (hacia arriba, hacia



abajo y hacia los lados), asemejándose a la forma de ondas. Este tipo de falla genera

grietas, principalmente en estructuras superficiales rígidas como pavimentos, andenes

y daños en tuberías debido a las oscilaciones que sufre el terreno de soporte (ref. 13).

5.4 Pérdida de la Resistencia del Suelo de Soporte

Este tipo de falla se presenta cuando el suelo donde se encuentran cimentadas las

estructuras pierde su capacidad portante debido a el fenómeno de licuación. Esta

perdida en la capacidad del suelo genera grandes asentamientos en las estructuras,

inclinaciones y volcamientos de las edificaciones (ref. 13).

Este fenómeno se presento en el sismo de Niigata-Japón (1964), cuando algunas

edificaciones de 4 pisos del Condominio Kawangishicho sufrieron inclinaciones de

hasta 60º. En este mismo lugar se observo que los tanques enterrados y los pilotes

podían flotar dentro del suelo licuado (ref. 6)

Figura 4. Pérdida de la resistencia del suelo de soporte por licuación



6. SUSCEPTIBILIDAD A LA LICUACIÓN: CONDICIONES FAVORABLES A LA LICUACIÓN

Para realizar un estudio sobre susceptibilidad a licuación, es aconsejable analizar

algunas condiciones favorables que puede poseer el suelo para que se presente dicho fenómeno. Así, se puede obtener información que conlleve ala selección de los

depósitos de suelo en donde la probabilidad de licuación sea mas alta, para así llevar

a cabo un estudio mas detallados, y no generar perdida de tiempo y dinero realizando

estudios sobre depósitos en los que la posibilidad de que ocurra este fenómeno es

muy baja (ref. 6).

Varias características de los suelos pueden estar relacionadas con su susceptibilidad

a sufrir procesos de licuación. Estas características involucran variables de orden

geológico e hidrológico, al igual que condiciones de localización geográfica con

relación a zonas de alta actividad sísmica.

Dentro de las condiciones geológicas, se ha encontrado que depósitos recientes de arenas y limos con altos niveles freáticos presentan una mayor susceptibilidad a la

licuación.

En el valle del cauca existen depósitos de agua subterránea, que se encuentra

ubicada dentro de los estratos más superficiales, a poca profundidad, o inmersa entre

estratos diferentes. El nivel freático en promedio se encuentra a 3 metros de profundidad (ref. 22).

Los depósitos más susceptibles están caracterizados por una edad inferior a los

10.000 años, es decir formaciones del Holoceno, contrario a lo que se espera en

depósitos de mayor edad como los que se formaron antes de el pleistoceno. El

occidente Colombiano se encuentra caracterizado por la presencia de estratos que



alcanzan profundidades de hasta 250 metros, los cuales son de origen fluvial

principalmente generados en el cuaternario.

De estos, los depósitos que pueden sufrir procesos de licuación se constituyen por

suelos aluviales de las llanuras de inundación del río Cauca al igual que de otros ríos de la región, afluentes de la vertiente del pacifico y del río Atrato. También son

depósitos susceptibles a sufrir procesos de licuación formaciones deltaicas,

intermareales y pantanosas (ref. 22)

Los depósitos recientes ubicados en deltas de canales y ríos, llanuras de inundación,

depósitos eólicos y rellenos con poca compactación son los más susceptibles a la licuación. Es así como suelos arenosos con tamaño uniforme de partículas presenta

mayor susceptibilidad a presentar licuación que suelos bien gradados, ya que

presenta una mayor densidad.

Esta relación indica que los suelos con bajas densidades relativas, presentan alta

susceptibilidad a sufrir procesos de licuación. Suelos con densidades relativas mayores al 80% presenta baja susceptibilidad a la licuación mientras que suelos con

densidades inferiores al 50% son relacionados con altas probabilidades a ser licuables

(ref. 14).

La susceptibilidad a la licuación esta igualmente relacionada con la forma de las

partículas, encontrándose que depósitos con partículas redondeadas son mas susceptibles a la licuación que suelo con partículas que tengan forma angular.

El contenido de finos y de arcillas presenta igualmente un parámetro de identificación

de suelos potencialmente licuables. Se ha encontrado que arenas limpias presentan

susceptibilidades más altas a sufrir procesos de licuación que arenas con arcillas, ya

que estas brindan un valor factor de cohesión que el depósito de arenas limpias no posee, incrementando su resistencia a sufrir licuación. En el occidente colombiano los



estratos mas superficiales se conforman de materiales finos cohesivos, que varían su

profundidad entre 2 y 5 metros, mientras para profundidades mayores, los suelos se

constituyen de materiales arenosos con susceptibilidad a licuación.

7. EVALUACIÓN DE LOS ESFUERZOS PRODUCIDOS POR EL SISMO SOBRE UNA COLUMNA DE SUELO

Figura 5. Esf uerzos producidos por un sismo en una columna de suelo.

Al tomar una columna de suelo de la que se asume que es rígida, y en la cual actúa una aceleración máxima en la superficie, se encuentra que el esfuerzo cortante

máximo desarrollado a una profundidad z esta definido por la ecuación No. 4.

(ec. 4) g

az max

max **γτ =

maxa Aceleración máxima sobre el suelo.

maxτ Esfuerzo cortante máximo.

γ Peso unitario.



g Aceleración de la gravedad.

z Altura de la columna de suelo.

El esfuerzo normal actuante a una profundidad z esta definido por la ecuación

(ec. 5) zv *γσ =

Remplazando ecuación 5 en ecuación 4 se obtiene

(ec. 6) g

av

maxmax *στ =

Con base en análisis empíricos y estadísticos de resultados de una gran cantidad de ensayos, se ha observado que la distribución de esfuerzos presentes en un sismo,

que en su forma real presentan un comportamiento irregular, se pueden representar

por medio de una distribución de esfuerzos uniforme equivalente, con amplitud

promedio de 0.65 maxτ (ref. 10).

Figura 6. Historia de esf uerzos durante un sismo.



Así tenemos:

max*65.0 ττ =prom

(ec. 7) vprom ga

στ **65.0 max=

Generalmente el esfuerzo se normaliza con respecto al esfuerzo efectivo existente a

la profundidad en consideración. Dividiendo la ecuación No. 7 por el esfuerzo efectivo se encuentra la ecuación No. 8.

(ec. 8) 'max

' **65.0v

v

v

prom

ga

σσ

σ

τ=

8. FACTOR DE ATENUACIÓN DE ESFUERZOS POR FLEXIBILIDAD DE LA COLUMNA DE SUELO.

Dado que la columna de suelo es deformable y no se comporta de forma rígida como

se había supuesto, es necesario definir un factor de reducción de esfuerzos ya que el

esfuerzo cortante en la superficie es menor que el esfuerzo cortante a una profundidad h.

El coeficiente rd es un factor de reducción de esfuerzos y representa una corrección

aproximada de la flexibilidad del suelo, y para su estimación se pueden usar las

siguientes relaciones (ref. 21):



(ec. 9)

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

><=<

<=<<=

=

m. 30 z Para 0.50 m. 30 z 23 Para z * 0.008 - 0.744

m. 23 z m 9.15 Para z * 0.0267 - 1.174 m. 9.15 z Para z * 0.00765 - 1.0

dr

En estas ecuaciones z representa la profundidad medida desde la superficie en metros.

Los valores de rd propuestos para los diferentes intervalos (ec 9), representan el valor

medio de una gama de posibles valores de rd para un estrato determinado, y a

medida que el estrato se hace mas profundo, la cantidad de los posibles valores para

rd aumenta. Así, con el incremento de la profundidad, los valores de rd adquieren mas incertidumbre. Por esta razón, para profundidades mayores a 15 metros la

incertidumbre es muy alta y el método puede no ser confiable, sin embargo, para

estudios de licuefacción de suelo no se acostumbra a sobrepasar estas profundidades

(ref. 21).

La figura 7 ilustra la curva de los valores rd contra profundidad propuestos por Seed e Idriss en su articulo de 1971, junto con la curva intermedia de los valores de rd medio

planteados en la ecuación 9 para diferentes intervalos de profundidad.

El parámetro rd puede igualmente ser calculado mediante una ecuación alternativa

que describe de una manera aproximada la curva media graficada en la figura 7(ref. 21).

)*001210.0*006205.0*5729.0*4177.0000.1()*001753.0*4113.0000.1(

25.15.0

5.15.0

zzzzzz

rd +−+−+−

=

En esta ecuación z representa la profundidad desde la superficie medida en metros.



Figura 7. rd contra prof undidad del suelo. Curv as de Seed and Idrish (1971). Se enseña la curv a que ilustra

los v alores medios de rd.

Si este factor de atenuación de esfuerzos por flexibilidad es aplicando a la ecuación 8,

se obtiene la ecuación 10.

(ec. 10) dv

v

v

prom rg

a***65.0 '

max' σ

σσ

τ=

Esta relación es definida como relación de esfuerzo cíclico.



9. RELACIÓN DE ESFUERZOS CÍCLICOS (CSR) Y RELACIÓN DE RESISTENCIA CÍCLICA (CRR)

La resistencia a la licuefacción es representada mediante un par de variables que

representan la demanda sísmica puesta en una capa del suelo, expresada como cociente cíclico de esfuerzos (CSR), y la capacidad del suelo de resistir la

licuefacción, expresada como coeficiente de resistencia cíclica del suelo (CRR) (ref. 21).

Si ocurre que relación de esfuerzos cíclicos inducidos por el sismo (CSR) tiene un

valor superior a la relación de resistencia cíclica del suelo (CRR), esto significa que el

fenómeno de licuefacción puede ocurrir (ref. 5)

Seed & Idriss formularon la manera de calcular la relación de esfuerzos cíclicos (CSR)

mediante la ecuación derivada anteriormente:

'max

' ***65.0v

vd

v

prom rg

aCSR

σσ

σ

τ==

maxa Máxima aceleración horizontal en la superficie del suelo generada por el sismo.

promτ Esfuerzo cortante.

g Aceleración de la gravedad.

vσ Esfuerzo total.

'vσ Esfuerzo efectivo.

dr Factor de atenuación de esfuerzos por flexibilidad de la columna de suelo.



10. DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN

El estudio de los suelos en relación a su potencial de licuación requiere de la

definición de un factor de seguridad, que se define como la relación entre la

resistencia disponible del suelo a la licuación con el esfuerzo cíclico que genera el sismo. Estos esfuerzos se normalizan con respecto al esfuerzo efectivo existente a la

profundidad a la que se desea obtener la información.

CSRCRR

Fs =

Los valores que toma este factor de seguridad generalmente varia entre 1.2 y 1.5(ref. 6).

Un factor de seguridad menor que 1 indica que el fenómeno de licuación ocurrirá (ref.

12).

10.1 Método simplificado

Varias metodologías han sido propuestas para determinar el potencial de licuación,

sin embargo una de las más conocidas es un procedimiento denominado “método

simplificado”. Este procedimiento se ha convertido en el método más usado en la

práctica norteamericana y en general es ampliamente aceptado en el ámbito mundial.

Este procedimiento se convirtió en la metodología adoptada por las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente (NSR-98) para el estudio de este fenómeno en Colombia.

El método simplificado es un método empírico y fue desarrollado por H.B. Seed e I.M.

Idriss como respuesta a los sismos ocurridos en Alaska y Niigata, Japón en 1964. El

procedimiento ha sido corregido y mejorado continuamente desde entonces con

nuevos aportes (ref.15,16,17,18,19).



Este método se basa en la comparación de los esfuerzos cortantes que son inducidos

por un sismo de magnitud, frecuencia y duración conocidos, contra los esfuerzos

cortantes críticos a los cuales puede ocurrir licuación a un determinado número de

ciclos (ref. 4).

La determinación de los esfuerzos cortantes críticos de licuación se pueden obtener

mediante dos metodologías, a partir de evaluaciones de observaciones de campo y

datos de ensayos de laboratorio.

10.1.1 Medidas en laboratorio

Ensayos de corte cíclico en los cuales se estudian muestras de suelo representativas

del sector de estudio.

Esta metodología presenta inconvenientes, principalmente en la limitación que en el

número de muestras presenta, debido a los altos costos que conlleva realizar el

ensayo a un gran número de especimenes.

Así, este tipo de estudios generalmente utilizan una limitada cantidad de muestras, las

cuales deben ser representativas del lugar de exploración, lo que puede ser cuestionado si su numero es muy pequeño comparado con el área que debe ser

estudiada. Estas dificultades cuestionan la representatividad de las muestras de

estudio con el depósito in situ (ref. 4).

10.1.2 Medidas en campo Mediante este procedimiento, se correlacionan medidas en campo contra el

comportamiento que presentan depósitos de suelo patrón, en los que han ocurrido

licuación, y en los que no ha ocurrido licuación.



Esta metodología es la más comúnmente aceptada. Presenta ventajas en los costos

del ensayo, lo que conlleva a un mayor numero de puntos para toma de datos,

además por ser un ensayo realizado in situ, no requiere del manejo de muestras.

Entre estas pruebas se incluye la prueba de penetración de cono (CPT), la prueba de penetración estándar (SPT), y la prueba de velocidad de onda cortante (Vs). La

escogencia de la prueba que se debe realizar debe depender de la disponibilidad del

equipo, de las condiciones del sitio, del costo de tales pruebas, y de la preferencia por

parte del investigador según su experiencia (ref. 21).

Las correlaciones mas populares entre el proceso de licuación y pruebas de campo se presentan en el ensayo de penetración estándar, que es una de las correlaciones mas

conocidas y utilizadas, ya que a presentado resultados satisfactorios en la evaluación

del potencial de licuación.

11. CALCULO DEL CRR A PARTIR DE DATOS DEL STP

La gráfica 8 muestra el valor de CSR calculado contra datos de (N1)60 de sitios donde

se observaron, o no fueron observados efectos de la licuación después de que

ocurrieron

sismos en el pasado, junto con curvas de CRR que separan los datos que indican

licuación de los datos indicativos del no licuación para diferentes contenidos de finos. La curva de CRR para un contenido de finos menor de cinco por ciento es el criterio

básico de la penetración para el procedimiento simplificado y se conoce como la

“curva base simplificada”.



Figura 8. Curv a base simplif icada para sismos de magnitud 7.5, recomendada para el cálculo del CRR a partir

de datos del STP con datos empíricos de licuef acción.

Para el cálculo del CRR la curva base simplificada puede ser aproximada a la

siguiente ecuación:

432

32

5.7 ****1***

xhxfxdxbxgxexca

CRR++++

+++=



Donde: CRR7.5 es la relación de resistencia para una magnitud de sismo de 7.5.

009578.006714.3004721.0

05673.11248.00003285.0048.0

0006136.0)1( 60

=−=−=

−−=−=−==

==

dEhc

EgbfaeNx

Esta ecuación es valida para (N1)60 menores a treinta (ref. 21).

11.1 Correcciones a los valores medidos de N

Para que los resultados de los muestreos del ensayo de penetración estándar sean

internacionalmente normalizados, es necesario realizar una serie de correcciones a

parámetros claves, como a la energía que llega a la cuchara muestreadora cuando se

aplica el impacto del equipo. Con esto, es necesario realizar una corrección al número de golpes medido mediante la siguiente relación:

SRBENM CCCCCNN *****)( 601 =

MN : Valor de N registrado en los ensayos.

NC : Factor de corrección de sobrecarga

EC : Factor de corrección por la energía que entrega el martillo (CE=ER/60%)

BC : Corrección por el diámetro de la perforación.

RC : Factor de corrección por longitud del varillaje de perforación.



Tabla 1. Factores de corrección para los v alores de N medidos en el STP. Donde Pa: Presión atmosf érica.

11.2 Correcciones por Magnitud del sismo.

Adicionalmente a las correcciones planteadas por el numero de golpes, es necesario

implantar correcciones por la magnitud del sismo. Estas correcciones se hacen

mediante el uso de unos factores de escala (MFS) que varían de acuerdo a la magnitud del sismo.

Tabla 2. Correcciones de acuerdo a la magnitud del sismo propuestas por v arios autores.

Magnitud del sismo (M) MSF Autor>7,5 102,24/M2,56 Youd and Idris 1997<7,5 Entre 102,24/M2,56 y (M/7,5)-3,3 Idris, Andrus & Stoke

Factor Variable Símbolo CorrecciónPresión de sobrecarga

CN<=2Relación de energía Martil lo cilíndrico 0,5-1,0

Martil lo de seguridad 0,7-1,2Martil lo automático-cilíndrico 0,8-1,3

Diámetro de la perforación 65-115 mm 1150 mm 1,05200 mm 1,15

Longitud del varillaje 3-4 m 0,754-6m 0,856-10 m 0,9510-30 m 1>30 m <1,0

Tipo de muestreador Cuchara partida estándar 1Cuchara partida sin liners 1,1-1,3

CB

CR

CS

CN

CE

5.0' )/( voap σ



Figura 7. Factores de escala por magnitud del sismo.

12. CALCULO DE CRR CON CORRELACIONES PROBABILÍSTICAS

Los procedimientos empíricos que evalúan licuación en suelos, se basan en

información histórica que se encuentra disponible sobre el esfuerzo cortante que se

necesita para que se produzca licuación. Toda esta información ha permitido que los procedimientos empíricos sean una alternativa con un buen grado de aceptación. Por

medio de estos procedimientos se puede estimar a través de las condiciones del

suelo y de las características del sismo, en que lugares ocurrirá licuación.

Sin embargo, algunos suelos en los que se esperaba que ocurriera licuación según

las características del suelo y del sismo, no la desarrollaron al ocurrir un evento sísmico. Esto indica un factor de incertidumbre en la metodología.



Este hecho motivó al desarrollo de una metodología que involucrara mediciones

probabilísticas que permitieran evaluar el potencial de licuación. Los primeros

desarrollos fueron llevados a cabo por Raymond Seed, en un proyecto apoyado por

PEER Lifeline Research Program (ref. 11).

El método probabilístico propuesto amplia la base de datos de los casos históricos

que se conocían sobre licuación, usando nuevas formas de interpretar los resultados

del STP, considerando nuevos factores propios del sitio, y desarrollando

procedimientos que evalúan el comportamiento de la relación de esfuerzos cíclicos

con la profundidad, según la calidad de la información disponible (ref. 11).

En esta metodología se grafican curvas que expresan diferentes probabilidades de

licuación PL. Estas probabilidades son determinadas como una función de la magnitud

de sismo (M), del esfuerzo vertical efectivo ( v'σ ), del contenido de finos (CF) y de los

resultados del ensayo de penetración estándar normalizado N1,60, incluyendo esta

metodología corregida variables que no eran tomadas anteriormente.

En dicha metodología, la relación para obtener las probabilidades PL es como sigue.

[ ]⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++−−−+

=70.2

97.4405.0)'ln(70.3)ln(53.29)ln(32.13)004.01(60.1 FCMCSRFCNP v

Lσ

φ

siendo φ la distribución normal acumulativa. Así, el CRR se calcula como sigue:

[ ]⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +++−−+=

−

32.13)(70.297.4405.0)'ln(70.3)ln(53.29)004.01( 1

60.1 Lv pFCMFCNEXPCRR

φσ



Figura 9. Correlaciones para la ev aluación del potencial de licuación según Seed et al 2001 (Tomada de ref 5)

13. METODOLOGÍA NSR-98

La Norma Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente en el Titulo H,

“Estudios Geotécnicos”, relacionado a el comportamiento del suelo bajo cargas

sísmicas, ha dedicado un capitulo concerniente al tema de licuación de suelos. Este

tema se encuentra descrito en el capitulo H.5. “Suelos Licuables y Otros Efectos Sísmicos”, en el que se sugiere criterios para determinar el potencial de licuación en un depósito de suelo.

Los criterios expuestos en la NSR98, están basados en el método simplificado

descrito anteriormente.



Según el procedimiento propuesto por la norma, el valor promedio de la relación de

esfuerzos cortantes cíclicos (CSR) inducidos por el sismo se estima mediante la

ecuación recomendada por Seed e Idriss.

Ecuación H.5-14 'max

' ***65.0v

vd

v

prom rg

aCSR

σσ

σ

τ==

La norma estima que la resistencia del suelo puede ser medida de acuerdo al número

de golpes del ensayo de penetración estándar para una energía el 60%.

Con estos datos se puede ingresar a las curvas que expresan los criterios de licuación.

Figura 10. Variación de la relación de esf uerzos cíclicos con el ensay o de penetración estándar para

dif erentes v alores de N (Correspondiente a la f igura H.5.1 de la NSR-98)



La curva H.5.1 relaciona la relación de esfuerzos con el número de golpes de ensayo

de penetración estándar y la magnitud del sismo.

Figura 11. Variación de la relación de esf uerzos cíclicos con el ensay o de penetración estándar para

contenidos de f inos div ersos. (Correspondiente a la f igura H.5.2 de la NSR-98)

La curva H.5.2 relaciona la relación de esfuerzos con el número de golpes y el

porcentaje de finos. Esta curva refleja la curva propuesta por Seed et. al. en su

articulo de 1985, que fue modificada para calcular a partir de ella la relación de

resistencia cíclica CRR, obteniéndose la curva de la figura 8, ilustrada anteriormente. La curva presente en la norma no tienes estas correcciones.

La norma considera que el potencial de licuación esta relacionado con la magnitud del

sismo y con la distancia existente entre el deposito de suelo y el epicentro del sismo.



La grafica H.5.3 ilustra la relación entre la magnitud del sismo con la distancia al

epicentro de origen, resaltando la zona en donde se puede producir licuación en

función de la distancia. Esta relación se ha obtenido empíricamente de datos

recopilados de varios sismos ocurridos anteriormente.

Figura 12. Relación entre la magnitud del sismo y la distancia epicentral donde se ha presentado

históricamente licuación. (Correspondiente a la f igura H.5.3 de la NSR-98)

La relación entre la magnitud del sismo y la distancia epicentral donde se ha

presentado históricamente licuación también puede ser es expresada según la

ecuación H.5.15.

(ec. H.5.15) 6.377.0log max −= MR

Donde:

maxR : Es la distancia máxima epicentral en donde puede ocurrir licuación

M : Es la magnitud del momento sísmico.



14. MEDICIONES DE CRR CON VELOCIDAD DE ONDA

La velocidad de onda de cortante es una propiedad básica en la ingeniería de suelos

cuando se estudia el comportamiento frente a un evento sísmico, y esta directamente

relacionada con el modulo de cortante del suelo.

El principio por el cual se usa la velocidad de cortante como un indicativo para

caracterizar la resistencia a la licuación, esta dado porque los factores que afectan la

licuación también afectan sV (estado de esfuerzos, densidad relativa, edad del

deposito etc).

Esta metodología es una técnica interesante, ya que es una metodología no

destructiva, y por lo tanto no existen problemas con alteración en las muestras. Del

mismo modo, el ensayo de velocidad de onda puede ser realizado en terrenos en los

cuales el equipo para realizar ensayos de penetración estándar no puede penetrar,

debido a las condiciones geológicas del deposito.

Las desventajas radican en que la medición de la velocidad de onda de cortante se

hace sobre pequeños esfuerzos, característica poco adecuada si se tiene en cuanta

que el fenómeno de licuación de suelos es un proceso que involucra grandes

esfuerzos.

Otra de las dificultades que presenta el ensayo de velocidad de onda, radica en la

unicidad de los resultados obtenidos. En este ensayo al no tomarse muestras de

suelo, no se pueden realizar caracterizaciones, como clasificación, gradación, o

contenidos de arcillas, parámetro estrechamente ligado con el potencial de licuación.

Por esta razón, las mediciones de velocidad de onda deben estar acompañadas por algunas perforaciones para así lograr identificar los depósitos de suelo que son ricos



en arcilla y por tanto no licuables, y así tener un factor de comparación de los valore

medidos en campo de sV .

14.1 Criterios para evaluar la resistencia a la licuación con sV .

Con base en resultados de investigaciones realizadas en Valle Imperial, California, se

propuso un procedimiento mediante el cual se normalizaban los resultados medidos

de velocidad de onda, teniendo en cuenta los esfuerzos verticales.

25.0

'1 * ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

VO

asS

PVV

σ

aP : Esfuerzo de referencia correspondiente al valor aproximado de la presión

atmosférica (100Kpa) '

VOσ : Presión de sobrecarga efectiva (Kpa).

La figura 21 ilustra la curva de CRR calculada para el Valle Imperial en California. En

esta grafica se ven los valores limites que marcan la resistencia del suelo a licuación, correspondiente a un sismo de magnitud 7.5.



Figura 21. Gráf ica de CRR basado en la v elocidad de onda corregida

La relación entre la resistencia cíclica y la velocidad de onda corregida para un

esfuerzo cortante cíclico promedio que sea constante, avγ , es expresado de la

siguiente forma:

21

0

)(' Sav

prom VfCRR γσ

τ==

Esta formula sugerida por Dobry propone que el valor de CRR pasa por el origen, y

permite realizar extrapolaciones mas allá de las mediciones de campo disponibles

para valores de smVs /125≤ .



Figura 22. Curv as calculadas para calcular el CRR desde datos de v elocidad de onda cortante corregida.

Cuando los valores de sV toma valores mayores a 125 m/s, el CRR tiende

asintóticamente a un valor limite de 1sV . Según esto, la ecuación se convierte en:



( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

−+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛==

csscs

sprom

VVVb

VaCRR

111

2

0

11100'σ

τ

Donde:

1sV velocidad de onda cortante

csV 1 valor limite superior de sV , que separa el comportamiento contractivo y dilativo,

y que varia desde 200 a 215 m/seg dependiendo del contenido de finos. a, b Parámetros propios de cada tipo de suelo.

Esta relación es graficada en la figura 22, donde se discriminan lugares en donde se

puede observar o no licuación. En esta gráfica se toma un sismo de magnitud 7.5, en

donde se encontraron valores para a y par b de 0.03 y 0.9 respectivamente.

Con esta información se sugieren valores de 1sV de acuerdo a la composición del

suelo.

smVs /2201 = para arenas y gravas con contenidos de finos menores al 5%.

smVs /2101 = para arenas y gravas con contenidos de finos de cerca del 20%.

smVs /2001 = para arenas y gravas con contenidos de finos mayores al 35%.

Así, entre mas alto es el contenido de finos encontrado, menor es la velocidad de onda medida.



15. ENSAYOS CÍCLICOS DE LABORATORIO.

Desde los inicios de la década de 1960 los ensayos triaxiales cíclicos han sido

empleados para caracterizar la resistencia a la licuación de suelos granulares. En

estos ensayos, cargas cíclicas son aplicada a las muestras hasta que la licuación ocurre. Los resultados de esta prueba se expresan gráficamente relacionando la

densidad, la amplitud del esfuerzo cíclico y el numero de ciclos que se requieren para

iniciar la licuación.

Estos ensayos son muy utilizados cuando se pretende medir los factores que afectan

los procesos de licuación, sin embargo, cuando se requiere medir resistencia a la licuación de depósitos de suelo, los resultados pueden verse alterados, ya que la

resistencia a la licuación puede verse modificada debido a alteración que sufren las

muestras al ser extraídas, además esta extracción requiere técnicas especializadas y

costosas. Esta razón hace que en ingeniería algunos profesionales no lo utilicen

ampliamente (ref.12).

Cuando se considera un elemento de suelo en estado estático, este se encuentra

sometido a un esfuerzo efectivo vertical vσσ =' , y aun esfuerzo efectivo horizontal

vok σ , donde ok es el coeficiente de empuje de tierras (figura 13, a). Cuando el evento

sísmico genera movimientos en la masa de suelo, el elemento de suelo puede sentir un esfuerzo cortante cíclico que es inducido por estos movimientos (figura 13, b,c).

Este evento se trata de modelar en el laboratorio por medio del triaxial cíclico.

Si se considera una muestra de suelo la cual se encuentra en una presión de

confinamiento 3σ , se obtiene el circulo de Mohr correspondiente en la figura 14.a.



Figura 13. Aplicación de esf uerzos cortantes cíclicos a un elemento de suelo.

Si se varían los esfuerzos iniciales aumentando el esfuerzo vertical, hasta obtener un

esfuerzo vertical dσσ )2/1(3 + y un esfuerzo horizontal dσσ )2/1(3 − , en una muestra

en la que el drenaje del agua no es permitido se obtiene el circulo de Mohr’s

correspondiente a la figura 14.b.

Figura 14.a. Simulación del esf uerzo cortante cíclico en un plano para una muestra sometida a un ensayo

triaxial.



Figura 14.b. Simulación del esf uerzo cortante cíclico en un plano para una muestra sometida a un ensayo

triaxial.

Si posteriormente el esfuerzo vertical decrece obteniendo que dv σσσ )2/1(3 −= y que

dh σσσ )2/1(3 += , se obtiene el correspondiente circulo de Mohr (figura 14.c).

Figura 14.c. Simulación del esf uerzo cortante cíclico en un plano para una muestra sometida a un ensayo

triaxial.



Así, si el esfuerzo normal cíclico dσ)2/1( es aplicado en las direcciones horizontal y

vertical, sobre el plano XX y YY, se puede obtener una condición de esfuerzos

cortantes cíclicos similar al de la figura 13.

Figura 15.a. Esquema de esf uerzos en ensay o triaxial

En el ensayo triaxial, la muestra es sometida a un esfuerzo de confinamiento 3σ , y le

es aplicada una carga vertical dσ (figura 15.a).

Para simular en el triaxial las distribuciones de esfuerzos de la figura 14.b, a la

muestra en la cámara triaxial, que se encuentra sometida a un esfuerzo de

confinamiento 3σ y a un esfuerzo desviador dσ aplicado en forma vertical, se le

reduce la presión de poros en una cantidad igual a dσ)2/1( , como se observa en la

figura 15.b.



Figura 15.b. Esquema de esf uerzos en ensay o triaxial. En la gráfica se aprecia que si a la condición de esfuerzos proporcionada por la

cámara triaxial se le resta presión de poros en un valor de dσ)2/1( , se obtiene una

condición de esfuerzos similares a la que se presenta en la figura 14.b.

De la misma manera, para simular la condición de esfuerzos de la figura 14.c, a la condición de esfuerzos dada por el triaxial, se le realiza un incremento en la presión

de poros igual a dσ)2/1( , con esto, es posible obtener una relación de esfuerzos

similar al de la figura 14.c.

Figura 15.c Esquema de esf uerzos en ensay o triaxial.



15.1 Resultados típicos del ensayo triaxial cíclico

Los resultados de los ensayos triaxiales cíclicos han suministrado información para

lograr una mayor comprensión de el comportamiento de los suelos granulares

saturados cuando se someten a una carga cíclica.

La densidad relativa de una muestra de suelo es un parámetro que ha sido

directamente relacionado con la susceptibilidad a sufrir licuación.

La figura 16 presenta los resultados de ensayos típicos no drenados sobre muestras

de arenas a densidades diferentes, una arena suelta (Dr=38%), y una arena densa

(Dr=78%). Estos ensayos corresponden a muestras de arena del río Sacramento

(Seed and Lee, 1966).

En las dos muestras de arena ensayadas, el esfuerzo efectivo tomo el valor de cero

después de ocurridos 10 ciclos, sin embargo, el esfuerzo desviador requerido para

que esto sucediera fue mucho mas alto en arenas densas (70 Kpa) que en arenas

sueltas (39Kpa).

En el ensayo realizado sobre la muestra de arenas sueltas, cuando la muestra es cargada, durante los primeros ciclos la deformación es pequeña, mientras que la

presión de poros aumenta continuamente. Cuando se llego a un determinado numero

de ciclos (9), la presión de poros aumenta su tasa de cambio, presentando un

incremento brusco hasta alcanzar el valor del esfuerzo de confinamiento. En este

punto, la muestra experimenta grandes deformaciones, que aumentan con los ciclos

de carga siguientes.



Figura 16. Resultados típicos de ensay os triaxiales no drenados sobre muestras consolidadas

isotropicamente. Variación en el niv el de def ormación a medida que se incrementa el numero de ciclos.

En el ensayo realizado sobre la muestra de arenas densas, durante los primeros

ciclos de carga las deformaciones de la muestra siguen una tendencia similar al que

presentan las muestras sueltas presentando deformaciones muy pequeñas.

Después de 9 ciclos de carga cuando la muestra suelta aumenta sus deformaciones abruptamente, las muestras densas iniciaban un proceso de aumento en las



deformaciones, aunque este incremento se realizo a una taza menor que en las

arenas sueltas, incluso después de que la presión de poros alcanzó el valor del

esfuerzo de confinamiento.

Figura 17. Resultados típicos de ensay os triaxiales no drenados sobre muestras consolidadas

isotropicamente. Incremento en la presión de poros a medida que se incrementa el numero de ciclos.

Tanto en arenas sueltas como en arenas densas, la presión de poros presentó un

incremento continuo al aumentar el número de ciclos de carga. De la misma forma,



tanto en las arenas sueltas como en las arenas densas se alcanzó el valor de

confinamiento cuando el numero de ciclos de carga fue en aumento.

En estos ensayos se identificó que el momento en el que la presión de poros alcanza

el valor de confinamiento, y el esfuerzo efectivo se hace cero, el esfuerzo desviador

es nulo ( 0==∆ dv σσ ), y por lo tanto la muestra en este punto se encuentra sometida

a un estado isotrópico de esfuerzos. Posterior a esto, cuando la muestra se carga o

descarga de nuevo, y 0≠dσ , la presión de poros vuelve a disminuir.

Figura 18. Tray ectorias de esf uerzos ef ectiv os típicos en ensay os triaxiales cíclicos sobre muestras

consolidadas isotropicamente.



En las graficas de trayectorias de esfuerzos, se puede ver mas claramente la relación

entre el proceso de acumulación de poros y el incremento en las deformaciones que

sufre la muestra.

Cuando la densidad de una muestra de arena es baja, y este tipo de arenas se someten a un ensayo de corte no drenado, las presiones de porros que se generan en

la muestra son positivas, ya que la muestra trata de sufrir un proceso de contracción.

La contracción que se presenta en este tipo de arenas depende de la facilidad con

que las partículas de arena en la muestra sufran movimientos relativos entre si y se

reacomoden, es decir que la tendencia a contraerse depende entre otros, de la densidad, la gradación de la muestra, la forma de los granos, la distribución de los

granos dentro de la muestra, etc.

Cuando un deposito de arena se encuentra en estado suelto, con baja densidad, la

organización de las partículas ocurre de tal forma que se forman grandes espacios sin

material sólido dentro de la masa de suelo. En campo incluso, se puede encontrar que la densidad no es constante en todo el volumen de suelo.

Con esto, los movimientos cíclicos pueden generar mayores desplazamientos entre

las partículas de suelo que las presentadas en una muestra mas densa, y por lo tanto

generar un incremento en la presión de poros mas rápidamente.

En el ensayo, durante la etapa en que la muestra es cargada, la presión de poros se

ve reducida, mientras que durante la etapa de descarga se presenta opuesto, y la

presión de poros aumenta drásticamente. En este momento el esfuerzo cortante se

reduce hasta llegar a cero.

Así, en la figura se observa como durante la etapa de descarga la trayectoria de esfuerzos se desplaza hacia el origen en el diagrama de esfuerzos, reflejando la



disminución en el esfuerzo efectivo, mientras que en la etapa de carga, la trayectoria

se aleja del origen del diagrama.

En la figura (b) se observa el comportamiento de una muestra con una densidad

relativa mas alta. El comportamiento que presenta esta muestra es caracterizado por la tendencia a dilatarse, incluso cuando el esfuerzo de confinamiento es alto.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 50 100 150 200 250 300

NUMERO DE CICLOS QUE CAUSAN FALLA

ES

FU

ER

ZO

DE

CO

NF

INA

MIE

NT

O

Figura 19. Relación entre el esf uerzo desv iador y el numero de ciclos requerido para que se produzca falla.

La figura 19 muestra los resultados de 5 ensayos sobre muestras de arena suelta de

río Sacramento, publicados por Seed & Lee en su articulo de 1966, y en ella se

observa la relación existente entre el esfuerzo de confinamiento dσ y el numero de

ciclos que se requieren para que la muestra pierda la capacidad portante y falle. En

esta grafica se observa que el numero de ciclos que produce licuación debe ser mas

bajo a medida que el esfuerzo desviador es mayor.

Mientras las cargas sísmicas son aplicadas la presión de poros sufre variaciones, y por lo tanto la resistencia de la muestra también va cambiando, la arena densa sufre

un incremento en su resistencia ya que la presión de poros disminuye. Una arena que

presenta baja densidad disminuye su resistencia porque la presión de poros se

incrementa.



15.3 Potencial de deformaciones

El estado en que el esfuerzo efectivo es cero, y la muestra sufre licuación, es

caracterizado por la ocurrencia de grandes deformaciones cuando de aplica un

esfuerzo cortante.

Sin embargo, el estado en que el esfuerzo efectivo es cero no permanece de forma

indefinida. La variación que sufren las deformaciones cuando se aplica la carga

cíclica, permite que en un momento los granos de arena se encuentren alejados unos

de los otros, posteriormente, con el transcurso de los movimientos, estos granos

volverán a crear puntos de contacto entre si, volviendo a generar una estructura el la arena.

Si la carga cíclica sigue su curso sobre la muestra, la arena presentara ciclos

continuos de licuación – deformación - rigidización. Este comportamiento es ilustrado

en la figura 20. Esta figura señala los resultados obtenidos sobre una muestra de

arena de Ottawa sometida a un ensayo triaxial cíclico.

En la figura esfuerzo deformación es claro que al ser invertido el signo de el esfuerzo

cortante, se presentan grandes deformaciones consecuencia de la licuación que

ocurre en la muestra (fig. 20.a). Este comportamiento esta acompañado por etapas en

que la muestra se rigidiza, momento que se ilustra cuando la trayectoria de esfuerzos

se aleja del origen del diagrama (fig. 20.b).



15.4 Determinación del potencial de licuación con base en el ensayo triaxial

1). Obtención de la historia del esfuerzo cortante máximo generado por un sismo a lo

largo del tiempo en los estratos del suelo ( sismomaxτ ). Se calcula mediante el análisis de

respuesta sísmica.

2). La relación de esfuerzo cortante máximo, ( 'max / vsismo στ ) es calculado desde el

esfuerzo vertical efectivo y el esfuerzo máximo en el tiempo calculado en el paso 1. Este es el CSR

3). Se realiza el ensayo triaxial cíclico sobre muestras inalteradas y se obtiene la

variación entre la relación de esfuerzo cortante cíclico para un numero de ciclos NL y

el numero de ciclos de carga.

Obtener :

4). Se calcula la relación de esfuerzo de licuación ( 'max / vensayo στ ) con los resultados

obtenidos en el paso 3, y realizando las correcciones que sean necesarias.

5). Se calcula el factor de seguridad para licuación con los resultados del paso 4 sobre

los resultados de paso 2.

6). Si el factor de seguridad es un valor inferior a 1, muy posiblemente ocurrirá

licuación.



16. PROCEDIMIENTO PARA LA REALIZACIÓN DE LAS PRUEBAS TRIAXIALES Las pruebas triaxiales implican las siguientes fases (ref. 8)

1) Fabricación e instalación de las muestras; determinación de las características

iniciales.

2) Pre-saturación por circulación bajo escaso gradiente y saturación por contrapresión.

3) Medida del parámetro de Skempton B.

4) Consolidación isotrópica o anisótropa.

5) Ensayo estático.

6) Prueba cíclica.

7) Desmontaje.

16.1 Fabricación e instalación de las muestras; determinación de las características iniciales

Se determina por adelantado la masa seca de material que debe establecerse en cada capa en función de las características elegidas (ref 8).

16.1.1 Determinación de la densidad máxima y mínima del material.

Implementos

- Recipiente de volumen conocido (400 cm3)

- Embudo dispensador.

- Balanza analítica.

- Sólido cilíndrico de 4 kg.

Para la determinación de la densidad máxima del material se procede a colocar

material seco dentro del recipiente suministrado en forma de capas de 1 cm de grosor.

Inmediatamente colocada cada una de estas capas de material dentro del recipiente



se procede a colocar un sólido cilíndrico sobre ellas para posteriormente someter el

molde a vibración por impacto. El material dentro del recipiente sometido a vibración y

con la carga aplicada obtenía su densidad seca máxima.

Se calcula la masa del material encontrado dentro del molde, y con el volumen conocido del molde se determina la densidad máxima del material.

VolM max

max =ρ

Este procedimiento se realiza tres veces y se obtiene un promedio de los valores

obtenidos.

Para la determinación de la densidad mínima del material, se realizo el llenado del

molde de volumen conocido mediante la ayuda de un embudo dispensador, que

permite que el material llegue al molde de la manera mas suelta posible. Mediante un

regla metálica se enrasa el molde con el material adentro de él, para asegurar que el

volumen de material sea el volumen del molde. Se determina la masa del material

dentro del molde y junto con el volumen se determina la densidad mínima

. VolMmin

min =ρ

Este procedimiento se realiza tres veces y se obtiene un promedio de los valores

obtenidos.

16.1.2 Determinación de Gs de la muestra de arena.

Implementos

-Picnómetro 100 cm3

-Balanza analítica

Se colocan 34 gr de la muestra en un picnómetro de volumen de 100 cm3 con agua. La muestra dentro del picnómetro con agua se somete a vibraciones y movimientos, a

fin de retirar todo el aire existente dentro de la muestra.



Se deja el picnómetro con el material y el agua durante 48 horas, tiempo después del

cual el picnómetro se somete a baño de maría durante 15 minutos. Se pesa el

picnómetro con agua y material ya sin aire, y se determina el Gs de la muestra.

16.1.3 Determinación de la cantidad de material dentro de la muestra

Una vez determinadas la densidad máxima y mínima, junto con el Gs, se procede a determinar la cantidad de material que se requiere utilizar en el ensayo para una

densidad relativa determinada. En el caso de este informe la densidad relativa

elegida fue del 70%, correspondiente a un NSTP de 34 golpes ref 3.

1minmax −=

DGs

e

1maxmin −=

DGs

e

Para obtener la relación de vacíos propia para una densidad relativa determinada

utilizamos la siguiente relación:

minmax

max

eeee

Dr−−

=

Dado que en este informe seleccionamos una densidad relativa del 70%, obtenemos la relación de vacíos propia para esta densidad relativa.

maxminmax )(7.0 eeee −−=−

1+=

eGs

dγ

De aquí obtenemos que:

VM d *γ=



Donde V representa el volumen de la probeta en la cual se fabricara la muestra en la

cámara triaxial, y M representa la masa de material requerida para la fabricación de la

muestra.

16.1.4 Fabricación de la muestra

La muestra se fabrica dentro de un molde en el cual se pueda hacer vacío mediante una bomba de succión.

El molde se basa en una placa de antiadherente colocada sobre la base de la celda, y

una membrana interna dentro de la cual se mantendrá la muestra, y que impedirá la

migración de agua desde y hacia el espécimen. Para que la membrana se mantenga

tensa se aplica vacío entre el molde y la membrana para facilitar la fabricación de la

muestra y para evitar posibles pliegues cuando el molde sea retirado.

El molde se instala sobre la base de cámara triaxial, fijándose mediante dos

abrazaderas. Se coloca una piedra porosa y papel filtro sobre la base de la cámara, a

fin de eliminar la posibilidad del taponamiento de los conductos internos de la base

con material, y así evitar errores en las mediciones a realizar.

El procedimiento para la fabricación de la muestra, consiste en la entrada de una

pequeña cantidad de agua al molde, aproximadamente hasta ¼ de la altura.

Posteriormente se coloca material en la misma cantidad, repitiendo este proceso

hasta completar la altura total de la muestra.

El material se coloca con precaución dentro del molde, compactando (por compresión o pequeños golpes) hasta que el grosor de la capa corresponda a la densidad elegida.



Cuando la muestra alcanza el volumen apropiado, se coloca en la parte superior papel

filtro y el pistón de la cámara triaxial. Se fija la membrana al pistón mediante dos

O’rings, que sellaran entradas y escapes de aire y agua hacia la muestra.

Montaje para la fabricación de la muestra. Se observa el molde con la membrana en su interior sobre la base de la cámara triaxial. Se observa igualmente la cámara de vacío.

Se aplica una presión de vacío en el interior de la muestra, utilizando para esto una

bomba de vacío que se conecta a los conductos de la cámara triaxial utilizados para

medir la presión de poros. Esta succión al interior de la muestra se aplica para

garantizar que la muestra no pierda su forma entre el momento de quitar el molde y el

momento de aplicar la presión de cámara.

El molde se retira con precaución, separando las dos partes que lo conforman. Se

instala a continuación la cámara que se asegura firmemente. La cámara se llena con

agua, evitando las sobrepresiones. Se aplica una presión de confinamiento de 50 kPa

(0.5 kg/cm2)y se retira el vacío que actúa sobre la muestra.



En el caso de las pruebas de licuación, se atornilla el pistón sobre la cabeza y se le

bloquea verticalmente para impedir movimientos más tarde.

16.2 Pre-saturación por circulación bajo escaso gradiente y saturación por contrapresión

La pre-saturación se hace por circulación de agua a partir del tanque colocado a 1.5 m

de altura (0.15 kg/cm2), para tener un flujo que provea un volumen de agua suficiente

(100 cm3), que permita saturar los circuitos de captadores de presión intersticial.

Esta pre-saturación va seguida de un período de estabilización de las presiones bajo

las siguientes condiciones:

Presión de confinamiento: 3σ = 50kPa (0.5 kg/cm2)

Contra-presión: u= 30 kPa (0.3 kg/cm2)

16.3 Saturación y Medida del parámetro B de Skempton La saturación se realiza con el objetivo de llenar todos los poros del espécimen con

agua. La saturación por contrapresión se hace continuamente aumentando

simultáneamente la presión de confinamiento y la contrapresión aplicada al interior de

la muestra, manteniendo una diferencia de 20 kPa (0.2 kg/cm2) entre los dos valores.

Es importante mantener esta diferencia, ya que si la contrapresión sube demasiado y

alcanza el valor de 3σ , se producirá licuación en la muestra y se requerirá realizar de

nuevo el montaje.

El parámetro B de presión de destilaciones definido por la siguiente relación:

3σµ

∆∆

=B



µ∆ Cambio en la contra presión interna de la muestra. Es necesario realizar las

correcciones necesarias de acuerdo al equipo de medición.

3σ∆ Cambio en la presión de cámara.

Para la medición del parámetro B, se realiza un incremento el la contrapresión y en la

presión de cámara, estos incrementos son de 50 kPa (0.5 kg/cm2). Se dejan

estabilizar las presiones por un tiempo de 25 minutos y se realizan las mediciones de

µ∆ y 3σ∆ , se calcula el parámetro B. Este procedimiento se realiza hasta que el valor

del parámetro B sea superior a 0.9, punto en el que se garantiza que la muestra a sido

saturada.

Montaje para saturación y consolidación de la muestra. Se observa la cámara triaxial a la cual se conecta el censor de presión de poros. SE observa igualmente la cámara de saturación.



16.4 Consolidación isotrópica

Se realiza una consolidación isotrópica, es decir, donde el esfuerzo vertical de

consolidación efectiva es igual al esfuerzo horizontal de consolidación efectiva.

En el caso de las pruebas triaxiales, la consolidación isotrópica se hace aumentando

el esfuerzo de confinamiento y manteniendo la contrapresión constante, hasta que la diferencia entre la presión de cámara y la contra presión sea la deseada.

En este caso, la presión de consolidación afectiva deseada es de 200 kPa (2 kg/cm2),

sin embargo, la presión de consolidación utilizada fue de solo 100 kPa (1 kg/cm2) ya

que el equipo del que se disponía no permitió llegar a un valor mayor.

Se realizan mediciones de los volúmenes de agua que salen de la muestra como respuesta al incremento de la presión de cámara en un tiempo necesario para que

ocurra la migración del agua.

16.5 Ensayo monotónico

El objetivo de este ensayo es determinar la curva de falla o de plasticidad perfecta. Para obtener esta curva es necesario realizar dos ensayos sobre muestras a la misma

densidad relativa, y con esfuerzo de confinamiento efectivo diferente. Para el caso de

este estudio, se realizaron ensayos a presión de confinamiento efectiva de 100 kPa y

200 kPa (2 kg/cm2).

Dado el objetivo de este ensayo, se realiza el ensayo no drenado, en el cual se aplica una carga a una velocidad inferior o igual a 0.150 mm/min. Al principio de la prueba,

los sensores de fuerza y desplazamiento se colocan en 0.



Las medidas siguientes son tomadas:

• Fuerza axial

• Desplazamiento axial (sensor de 50 ó 100 mm.)

• Presión de confinamiento

• Contrapresión interior.

Se registran todos estos datos.

Montaje ensay o triaxial estático. Se observ a el equipo que aporta carga v ertical, al igual que el equipo de toma

de datos.



16.6 Ensayo cíclico

El objetivo de este ensayo es determinar la línea de potencial de licuación o curva de

potencial cíclico. Para encontrar esta curva, se realizaron dos ensayos sobre

muestras con la misma densidad relativa, y variando la relación cíclica aportada.

Esta relación cíclica es función del esfuerzo desviador aplicado a la muestra y de la presión de confinamiento a la cual se realiza el ensayo.

`'3*2 σ

qRC =

Para el caso del presente estudio se utilizaron relaciones cíclicas correspondientes a 0.375 y 0.7, aplicando una carga de 15kgf y 30 kgf.

Las pruebas se realizaron a una velocidad de carga y descarga constante de 0.5 y 0.1

Hz aproximadamente para un esfuerzo efectivo de 100 kPa (1 kg/cm2). Al inicio de la

prueba, los sensores de fuerza y desplazamiento se vuelven a poner a 0.

Las pruebas se realizan sobre una prensa MTS a esfuerzo controlado, es decir, la

carga aplicada es constante y lo que crece es la presión de poros, de la cual se mide

su variación.

Ensayo 1 Ensayo 2Frecuencia 0,5 Hz 0,1 Hz

Carga 15 Kgf 30 Kgfσ'3 1 kg/cm2 1 kg/cm2Rc 0,375 0,75



Montaje del ensay o triaxial cíclico. Se observ a el equipo que aplica una carga cíclica, al igual que el equipo

para toma de datos.

El desarrollo de la operación es el siguiente:

• Instalación de la cámara triaxial sobre el montaje diseñado.

• Fijación de la cámara a la MTS por medio de abrazaderas para evitar

levantamiento a lo largo del ensayo.

• Desplazamiento del gato de la prensa (controlando el desplazamiento) para conducirlo al contacto del pistón de la célula

• Fijación de la zona de acoplamiento entre el gato y el pistón

• Comprobación de la conexión y el funcionamiento de los captadores, y del

programa de adquisición

• Entrada de los parámetros del programa de control de la prensa



• Paso de la prensa en control de fuerza y ajuste del captador de

desplazamiento a 0

• Puestas en marcha de la prensa.

Las siguientes mediciones son efectuadas:

• Fuerza axial

• Desplazamiento axial (censor de 50 y 100 mm.)

• Presión de confinamiento

• Presión intersticial a la parte superior de la muestra.

Se registran todos estos datos.

16.7 Desmontaje

En final de prueba, los grifos son cerrados y se aísla la muestra. Tras el desmontaje, se miden Se recoge con cuidado todo el material.

16.8 Cálculo de las pruebas

Los esfuerzos medidos por los censores se convierten en valores físicos utilizando los

coeficientes de conversión adaptados. Estos coeficientes de conversión se obtuvieron con anterioridad mediante la calibración de los equipos de toma de datos.

El conjunto de los resultados de una prueba (datos básicos, resultados brutos,

cálculos y curvas) son reunidos en un cuadro Excel.



17. RESULTADOS

17.1 Resultados Ensayos Triaxiales Estáticos

Figura 1. Esfuerzo desviador contra la deformación unitaria para esfuerzo de confinamiento de 100 kPa y 200 kPa.

Figura 2. Esfuerzo desviador contra p’ para esfuerzo de confinamiento de 100 kPa y 200 kPa.

ESFUERZO DESVIADOR vs P'

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

p' (kPa)

s' = 100Kpa s' = 200Kpa ENVOLVENTE

DESVIADOR vs DEF. UNITARIA

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

D ef. Unita ria (%)

s' = 100Kpa s' = 200Kpa



17.2 Resultado Ensayos Triaxiales Cíclicos

17.2.1 Ensayo Relación Cíclica 0.375

Figura 3. Variación de la presión de poros contra tiempo para una relación cíclica de 0.375

Figura 4. Deformación unitaria contra tiempo para una relación cíclica de 0.375

POROS v s TIEMPO

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tiempo (s)

Varia

cion

de

la P

, Por

os (k

Pa)

DEFORMACION vs TIEMPO

-1

0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tie mpo (s )

Def

. Un

itaria

(%

)



Figura 5. Esfuerzo desviador contra el tiempo para un relación cíclica de 0.375 Figura 6. Esfuerzo desviador contra p’ para ensayos triaxiales estáticos y cíclico.

17.2.2 Ensayo Relación Cíclica 0.75


-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 50 100 150

p'= p-u (kPa)

Esfu

erzo

Des

viad

or q

(kPa

) φ'=35°

ESFUERZO DESVIADOR v s TIEMPO

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 5 10 1 5 20 25 30 35 40

Tie mpo (s)

Esf

uer

zo D

esvi

ador

(kP

a)



Figura 7. Variación de la presión de poros contra el tiempo para una relación cíclica de 0.75

Figura 8. Deformación unitaria contra el tiempo para una relación cíclica de 0.75

POROS vs TIEMPO

-20-10

0102030405060708090

100110

0 10 20 30 40 50

Tiempo (s)

Varia

ción

de

P. D

e Po

ros

(kPa

)

DEFORMACION vs TIEMPO

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 10 20 30 40 50

Tiempo (s)

Defo

rmac

ión

Axia

l (%

)



Figura 9. Esfuerzo desviador contra el tiempo para una relación cíclica de 0.75

Figura 10. Esfuerzo desviador contra p’ para ensayos triaxiales estáticos y cíclico.

ESFUERZO DESVIADOR vs TIEMPO

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30 40 50

Tiempo (s)

Esfu

erzo

Des

viad

or (k

Pa)


-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 50 100 150

p'= p-u (kPa)

Esfu

erzo

des

viad

or (k

Pa)

φ'=35°



Figura 11 Relación de esfuerzo cíclico y numero de ciclos de carga para la l icuación.

Figura 12. Comparación curv as de Relación Cíclica contra Número de ciclos. La curv a de DR=70% (densa) es la correspondiente al presente estudio, la curv a de DR=50% (suelta) se tomo de Port and Harbour 1987.

RELACION CICLICA vs NUMERO CICLOS

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

1 10 100

Número de Ciclos (N)

Rc

RE LACION CICLICA vs NUME RO CICLOS

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

1 10 100

Número de Ciclos (N)

Rc

DR=70% DR=50%



18. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO TRIAXIAL.

Con base en los resultados obtenidos de los ensayos triaxiales estáticos, se obtuvo la

línea de falla o de plasticidad perfecta, que presenta un ángulo de 35º. Esta curva

nos permite identificar el conjunto de relaciones entre el esfuerzo efectivo q y la

presión de confinamiento efectiva, separando dos áreas, un área superior a la curva,

la cual indica la zona en la cual la muestra presenta falla, y la zona inferior a la curva, en la cual la muestra permanece estable.

Al superponer los resultados obtenidos en los triaxiales cíclicos y estáticos en la

gráfica de trayectorias de esfuerzos (figuras 6, 10), se encuentra que en las etapas

iniciales del ensayo, la trayectoria de esfuerzos se encuentra ubicada dentro del área

inferior a la curva de falla, y por lo tanto la muestra es estable. Cuando el ensayo se

sigue desarrollando, la trayectoria de esfuerzos corta la línea de falla e ingresa al área de ruptura, punto en el que la muestra falla y presenta licuación.

Es importante ver en estas graficas, que entre mayor sea el esfuerzo desviador

aplicado a la muestra, mas rápido la trayectoria de esfuerzos cruza la línea de falla, y

por lo tanto mas rápido se llega a la licuación. Así para una relación cíclica de 0.375,

se llega a licuación a un valor de p’ de 40 y para el ensayo con relación cíclica de 0.75 se llega a licuación a un p’ de 80.

Los resultados del ensayo triaxial cíclico proveen una relación entre el esfuerzo cíclico

y el número de ciclos de carga que producen licuación (figura 11).

Existen dos formas para determinar el numero de ciclos bajo el cual ocurre licuación en el ensayo triaxial. Una forma esta orientada a evaluar el comportamiento que

presenta la variación en la presión de poros. La otra forma se dirige a evaluar el

comportamiento de la deformación axial que sufre la muestra.



Generalmente se revisa el comportamiento que presenta la presión de poros, y

cuando este comportamiento no es claro se recurre al comportamiento que presenta

la deformación axial. Así, se considera que la muestra a sufrido licuación cuando la

presión de poros se incrementa hasta alcanzar el valor de la presión de confinamiento

efectivo, o a través de la deformación axial, cuando la amplitud de la deformación axial alcanza un valor correspondiente al 2.5% en compresión y 2.5% en tensión

(doble amplitud del 5%). Sin embargo, algunos autores no aceptan este valor de

deformación como un valor de referencia y sugieren que para muestras con una

densidad relativa igual o mayor al 70% es mas representativo usar el valor de 10%

para determinar la licuación.

Para el caso del presente estudio se consideró evaluar el comportamiento de la

variación en la presión de poros para determinar el numero de ciclos al cual ocurre

licuación.

La presión de confinamiento efectiva usada en los dos ensayos tenia un valor de 100

kPa, por lo tanto, cuando la variación en la presión de poros en estos ensayos alcanzó

este valor, se concluyó que la muestra sufre licuación.

En la figura 3 se aprecia el comportamiento que la presión de poros siguió a lo largo

del tiempo en el ensayo con Rc 0.375. Las transición que sufrió la variación de poros

muestra que fue incrementándose a medida que la muestra fue sometiéndose a los

ciclos de carga. En el ciclo numero 18 (a los 35 seg.), la amplitud de esta variación fue

de 100kPa (0.1 kg/cm2), desde su valor inicial hasta su valor final, por lo tanto siguiendo los criterios antes mencionados, se concluye que la muestra sufrió licuación

en este ciclo.

La figura 7 ilustra el comportamiento que la variación en la presión de poros tiene en

el ensayo con Rc 0.75. En este ensayo la variación en la presión de poros presenta

un comportamiento similar al encontrado en el ensayo con Rc 0.375, sin embargo, es importante anotar que en el ensayo con relación cíclica mas alta, según el criterio de



la variación en la presión de poros, la licuación se alcanzó en el ciclo numero 3 (25

segundos), un numero menor que el encontrado con Rc 0.375.

Con esto, es posible concluir, que entre mayor Rc se aplique a la muestra, el número

de ciclos al cual ocurre licuación disminuye.

18.1 Determinación de la relación de esfuerzo cíclico a través del ensayo triaxial.

Para la determinación del potencial de licuación sobre un estrato de suelo, el método

simplificado señala un factor de seguridad expresado de la siguiente forma.

CSRCRR

Fs =

En esta relación CRR representa la resistencia cíclica del suelo, y CSR representa la

demanda sísmica sobre el suelo. Si la resistencia cíclica del suelo es menor que la

demanda a la cual es sometido, el Fs será un número menor que 1, lo que indica una

alta posibilidad de licuación.

El CSR es un valor que se encuentra estudiando el historial del esfuerzo cíclico al cual

se somete el suelo, y se realiza mediante un análisis de respuesta sísmica.

El valor de CRR es encontrado desde los resultados aportados por el ensayo triaxial

cíclico.

Existen varias metodologías propuestas para lograr la determinación del esfuerzo

cíclico a través del ensayo triaxial. En este proyecto se mencionan dos metodologías,

la metodología sugerida por Ishijara y la sugerida por Seed & Idris, por ser

consideradas las metodologías mas representativas.



Estos métodos para cálculo del CRR se resumen a leer la relación cíclica a un

determinado numero de ciclos en los resultados del ensayo triaxial cíclico. A este valor

se le realizan una serie de correcciones que buscan interpolar las características

propias del ensayo a las condiciones reales de campo.

18.1.1 Metodología sugerida por Ishijara para la determinación del CRR.

La metodología propuesta por Ishijara, sugiere un esfuerzo índice de licuación, el cual

se obtiene de la curva de relación de esfuerzo cíclico y número de ciclos de carga

para la licuación, obtenida del ensayo triaxial. Este esfuerzo índice de licuación se

obtiene para un numero arbitrario de ciclos, así, generalmente se usa relación de

esfuerzo obtenida a un numero de ciclos de carga igual a 20.

A este esfuerzo índice de licuación encontrado, se le realizan una serie de

correcciones que se describen a continuación.

18.1.1.1 Corrección por las condiciones de esfuerzos en campo.

El ensayo triaxial cíclico es realizado bajo condiciones controladas, con isotropía de

esfuerzos, sin embargo, la muestra en campo esta consolidada bajo una condición Ko

(coeficiente de empuje de tierras)

Isihara encontró que al multiplicar la relación cíclica encontrada en los resultados del

ensayo triaxial por un coeficiente de corrección, se puede determinar el esfuerzo de

licuación que corresponde a la condición de la muestra en campo.

Este coeficiente de corrección esta dado por la relación :

321 Ko

C+

=



Ko generalmente se toma como 0.5 si se asume que el estrato sobre el que se realiza

el estudio es horizontal.

18.1.1.2 Corrección por movimiento multidireccional En un movimiento sísmico, el esfuerzo cortante puede cambiar de dirección

constantemente, en el ensayo triaxial cíclico sin embargo, el esfuerzo cortante es aplicado en una sola dirección. Este comportamiento hace necesario un factor de

reducción, que por estudios de laboratorio se a especificado como 0.9

9.0=C

18.1.1.3 Corrección por la forma de onda. En el ensayo triaxial cíclico, la onda aplicada mantiene una forma regular, manejada

por la frecuencia aplicada y por el esfuerzo controlado, caso opuesto a lo que ocurre

en un sismo en el cual esta onda puede ser de forma irregular.

Para corregir este efecto, Isihara planteó dos patrones en la forma de onda, un patrón

tipo impacto, y un patrón tipo vibración. Así, se simplifica la complejidad del patrón vibracional del sismo. La corrección de este efecto se lleva a cabo a través de un

factor de corrección Ck.

Patrón Forma Onda Definición Ck

Tipo Impacto

Cuando dos o menos crestas alcanzan una amplitud

mayor a 0,65τmax antes de alcanzar τmax 0,55

Tipo VibraciónCuando tres o más crestas alcanzan una amplitud mayor

a 0,65τmax antes de alcanzar τmax 0,7



kCC

1=

Así:

20'3

1

23*21*9.0

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +

=Nk

koC

CRRσ

σ

18.2 Aplicación metodología Ishijara

En el presente estudio, al tomar 20 ciclos de carga y leer en la grafica se encuentra

una relación cíclica de 0.345. Si se asume un estrato horizontal tenemos ko = 0.5.

Si se asume un patrón de onda tipo impacto tenemos Ck=0.55

Así:

345.0*3

)5.0(21*55.09.0

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +

=CRR

376.0=CRR

18.3 Metodología de Seed & Idris para determinar CRR La metodología propuesta por Seed & Idris, al igual que la metodología sugerida por

Isihara, propone un esfuerzo índice de licuación, el cual se obtiene de la curva de

relación de esfuerzo cíclico y número de ciclos de carga para la licuación obtenida del

ensayo triaxial.



La diferencia radica en el número de ciclos al cual se obtiene este esfuerzo cíclico.

Mientras Isihara propone 20 ciclos, Seed & Idris proponen un número de ciclos

equivalente Ne, el cual es función de la magnitud del sismo, y por medio de gráficas

se puede obtener mediante relaciones empíricas (fig. 13).

Figura 13. Magnitud del sismo (escala Richter) contra número de ciclos equivalentes. Tomada de ref. 3.

La relación entre la magnitud y el número de ciclos equivalente es directamente

proporcional, entre mayor M, mayor Ne. En este caso se plantea como ejemplo, para

un sismo de magnitud M = 8, Ne = 20 ciclos, y para un sismo de magnitud M = 7, Ne = 12 ciclos.

MAGNITUD DEL SISMO vs NUMERO DE CICLOS

0

5

10

15

20

25

30

5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9

Magnitud (M)

Núm

ero

de c

iclo

s (N

e



18.3.1 Corrección por la forma de onda

Seed & Idris definen un esfuerzo cortante de amplitud uniforme promτ , que corrige la

diversidad en la forma de las ondas, aplicándolo sobre el esfuerzo cortante máximo

obtenido del análisis de respuesta sísmica.

max65.0 ττ =prom

18.3.2 Corrección por las condiciones de esfuerzos en campo.

Para realizar la corrección por la simplificación en el estado de esfuerzos en el ensayo

triaxial, se define un factor de corrección Cr, cuyo valor es función de Ko.

Así:

NeN

CrCRR=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= '

3

1

2σσ

Cr Ko Arena0,57 0,4 Arena Suelta0,9 1 Arena Densa



18.4 Aplicación metodología Seed & Idris Si se asume una magnitud de sismo de 7.5 y se revisa la gráfica, se encuentra que Ne es igual a 15 ciclos. Al leer en los resultados del triaxial para un N=15, se encuentra que Rc = 0.41 Si se tiene en cuenta que se utilizó una muestra con Dr =70%, se encuentra que el coeficiente de corrección Ck = 0.9. Así:

[ ] 1541.09.0 == NeCRR

369.0=CRR



19. CONCLUSIONES

1. En el ensayo triaxial cíclico se encontró que la variación en la presión de poros aumenta a medida que se incrementa el numero de ciclos de carga, cuando esta variación alcanza el valor del esfuerzo de confinamiento efectivo, se considera que la muestra sufre licuación.

2. En los ensayos triaxiales cíclicos realizados se encontró una relación inversa entre la relación cíclica y el número de ciclos, así, entre mayor sea la relación cíclica aplicada a la muestra, menor es el número de ciclos que tardará en llegar a la licuación.

3. El ensayo triaxial cíclico busca encontrar la curva de potencial de licuación, que se usará como herramienta para calcular el CRR. Esta curva es una relación entre Rc y el número de ciclos que producen licuación.

4. El valor del coeficiente de resistencia cíclica del suelo CRR se obtuvo a través de dos metodologías, Seed & Idris e Ishijara, y se obtuvieron valores similares en las dos metodologías.0.376 en la metodología de Ishijara, y 0.369 en la metodología de Seed & Idris.

5. Al realizar los ensayos triaxiales cíclicos, es aconsejable controlar la Relación cíclica a través del esfuerzo efectivo de confinamiento tratando que este sea lo mayor posible, a fin de poder aplicar cargas no muy altas que provoquen variaciones en la presión de poros negativas como las encontradas en el presente estudio.



20. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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John T. Christian, Richardo Dobry, W. D. Liam Finn, Leslie F. Harder Jr. Mary Ellen Hynes, Kenji Ishihara, Joseph P. Koester, Sam S. C. Liao, William F. Marcuson Iii, Geoffrey R. Martin, James K. Mitchell, Yoshiharu Moriw aki, Maurice S. Pow er, Peter K. Robertson, Raymond B. Seed, And Kenneth H. Stokoe Ii. “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 / October 2001 / 817

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21. ANEXOS

STP (N) vs DR

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 10 20 30 40 50 60

N

DR

Relación entre la Densidad Relativa y el número de golpes en el Ensayo de Penetración Estándar



TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 1 2. GENERALIDADES SOBRE LA RESISTENCIA DINÁ MICA DEL SUELO........................ 1 3. ACCIÓN SÍSMICA SOBRE LAS PARTÍCULAS DEL SUELO .......................................... 4 4. LICUA CIÓN ........................................................................................................................ 5 5. FENÓMENOS RELACIONA DOS A LA LICUACIÓN......................................................... 6

5.1 Licuación de f lujo........................................................................................................... 6 5.2 Desplazamiento lateral.................................................................................................. 7 5.3 Oscilaciones del terreno................................................................................................ 8 5.4 Pérdida de la Resistencia del Suelo de Soporte .......................................................... 9

6. SUSCEPTIBILIDAD A LA LICUACIÓN: CONDICIONES FAVORABLES A LA LICUACIÓN .......................................................................................................................... 10 7. EVALUACIÓN DE LOS ESFUERZOS PRODUCIDOS POR EL SISMO SOBRE UNA COLUMNA DE SUELO ........................................................................................................ 12 8. FACTOR DE ATENUACIÓN DE ESFUERZOS POR FLEXIBILIDAD DE LA COLUMNA DE SUELO............................................................................................................................ 14 9. RELACIÓN DE ESFUERZOS CÍCLICOS (CSR) Y RELACIÓN DE RESISTENCIA CÍCLICA (CRR) .................................................................................................................... 17 10. DETERMINA CIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN ................................................ 18

10.1 Método simplif icado .................................................................................................. 18 10.1.1 Medidas en laboratorio ....................................................................................... 19 10.1.2 Medidas en campo ............................................................................................. 19

11. CALCULO DEL CRR A PA RTIR DE DATOS DEL STP................................................ 20 11.1 Correcciones a los valores medidos de N................................................................ 22 11.2 Correcciones por Magnitud del sismo. ..................................................................... 23

12. CALCULO DE CRR CON CORRELACIONES PROBABILÍSTICAS ............................ 24 13. METODOLOGÍA NSR-98............................................................................................... 26 14. MEDICIONES DE CRR CON VELOCIDAD DE ONDA ................................................. 30

14.1 Cr iterios para evaluar la resistencia a la licuación con sV . ...................................... 31 15. ENSAYOS CÍCLICOS DE LABORATORIO................................................................... 35

15.1 Resultados típicos del ensayo triaxial cíclico ........................................................... 40 15.3 Potencial de deformaciones...................................................................................... 46 15.4 Determinación del potencial de licuación con base en el ensayo triaxial ................ 47

16. PROCEDIMIENTO PA RA LA REALIZACIÓN DE LAS PRUEBAS TRIAXIALES ........ 48 16.1 Fabricación e instalación de las muestras; determinación de las características iniciales .............................................................................................................................. 48

16.1.1 Determinación de la densidad máxima y mínima del material. ......................... 48 16.1.2 Determinación de Gs de la muestra de arena. .................................................. 49 16.1.3 Determinación de la cantidad de material dentro de la muestra ....................... 50 16.1.4 Fabricación de la muestra .................................................................................. 51

16.2 Pre-saturación por circulación bajo escaso gradiente y saturación por contrapresión........................................................................................................................................... 53 16.3 Saturación y Medida del parámetro B de Skempton................................................ 53 16.4 Consolidación isotrópica ........................................................................................... 55 16.5 Ensayo monotónico................................................................................................... 55 16.6 Ensayo cíclico ........................................................................................................... 57



16.7 Desmontaje ............................................................................................................... 59 16.8 Cálculo de las pruebas.............................................................................................. 59

17. RESULTADOS ............................................................................................................... 60 17.1 Resultados Ensayos Triaxiales Estáticos ................................................................. 60 17.2 Resultado Ensayos Triaxiales Cíclicos..................................................................... 61

17.2.1 Ensayo Relación Cíclica 0.375........................................................................... 61 17.2.2 Ensayo Relación Cíclica 0.75............................................................................. 62

18. DISCUSIÓN DE LOS RESULTA DOS DEL ENSAYO TRIAXIAL.................................. 66 18.1 Determinación de la relación de esfuerzo cíclico a través del ensayo triaxial......... 68

18.1.1 Metodología sugerida por Ishijara para la determinación del CRR. .................. 69 18.2 Aplicación metodología Ishijara ................................................................................ 71 18.3 Metodología de Seed & Idris para determinar CRR................................................. 71

18.3.1 Corrección por la forma de onda ........................................................................ 73 18.3.2 Corrección por las condiciones de esfuerzos en campo. .................................. 73

18.4 Aplicación metodología Seed & Idris ........................................................................ 74 19. CONCLUSIONES ........................................................................................................... 75 20. REFERENCIA S BIBLIOGRAFICAS............................................................................... 76 21. ANEXOS ......................................................................................................................... 79

LUIS ALEJANDRO CORONADO GARCIA

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