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El procedimiento consiste en comparar la resistencia cíclica promedio a la licuefacción del depósito con la carga cíclica promedio impuesta por el sismo. La metodología utiliza los resultados de la prueba de penetración estándar SPT para evaluar la resistencia cíclica promedio del depósito a la licuefacción. Sin embargo, existe una metodología más reciente que utiliza los resultados de la prueba de penetración de cono CPT (Stark and Olson, 1995).
Metodología con la prueba de penetración estándar (SPT)
Para determinar la resistencia cíclica promedio del depósito con los resultados de la prueba de penetración estándar SPT, el número de golpes N obtenido en esa prueba debe ser corregido por esfuerzo efectivo de sobrecarga, contenido de finos y eficiencia en la ejecución del ensayo. Debido a que el valor de N para un determinado depósito está en función del esfuerzo efectivo de sobrecarga, el valor medido de N se convierte a un valor de presión de sobrecarga estándar N1 mediante la siguiente expresión propuesta por Liao y Whitman (1985):
En la ecuación, N representa el número de golpes medidos en la prueba de penetración estándar, sv0 es el esfuerzo efectivo en Pa a la profundidad donde se midió N y N1 es el número de golpes a una presión de sobrecarga estándar.
Adicionalmente, los valores de N medidos en la prueba de penetración estándar SPT necesitan ser corregidos por eficiencia. La energía que efectivamente imparte el martillo durante la ejecución de la prueba de penetración estándar usualmente difiere en diferentes partes del mundo y la misma varía entre 40% y 90% de la energía teórica (Schmertmann, 1976). Para evaluar el potencial de licuefacción se seleccionó el 60% como el valor estándar y el mismo se designa como N60. Por lo tanto, cuando el valor de N se determina impartiendo una energía diferente de 60%, la misma debe ser convertida al valor estándar mediante la expresión:
Donde E representa la eficiencia usada en la determinación de N. El cuadro A.1 presenta valores de eficiencia en la prueba de penetración estándar de varios países.
Cuadro A.1
|
País |
Eficiencia |
|
Argentina |
0,45 |
|
China |
0,50 |
|
Colombia |
0,50 |
|
Japón |
0,66 |
|
USA |
0,60 |
|
Venezuela |
0,43 |
Fuente: De Coduto, 1994
El valor del número de golpes corregido por eficiencia y esfuerzo efectivo de sobrecarga se denota como (N1)60. Este valor representa una medida de la densidad relativa del deposito o resistencia promedio a la licuefacción de arenas limpias con contenido de finos pasante del tamiz No. 200, menor de 5%.
Cuando el contenido de finos es mayor de 5%, el valor de (N1)60 debe ser corregido. Esto se debe a que el grado de drenaje durante la SPT disminuye con el incremento del contenido de finos, por lo tanto, el número de golpes medido durante el ensayo subestima la resistencia a la liquefacción en las arenas limosas. Por ello, el valor de (N1)60 debe ser incrementado en la cantidad D(N1)60 dada en la figura A.1.
Figura A.1 Corrección por finos
para la prueba de penetración
estándar
La magnitud del esfuerzo cíclico promedio impuesto por el sismo se puede estimar con el procedimiento simplificado propuesto por Seed e Idriss (1982), según la siguiente expresión:
donde:
t(sismo) = Esfuerzo de corte cíclico promedio impuesto por el sismo.
amax = Máxima aceleración del sismo impuesta en la superficie del terreno.
g = Aceleración de la gravedad.
rd = Coeficiente de reducción de esfuerzos, el cual puede ser evaluado como:
rd = 1- 0.01 z (z es la profundidad en metros).
svo = Esfuerzo total a la profundidad donde se evalúa el potencial.
s’vo = Esfuerzo efectivo a la profundidad donde se evalúa el potencial.
Metodología con la prueba de penetración estándar SPT
Una vez calculados los valores de (N1)60 (incluida la corrección por finos) y el esfuerzo cíclico promedio impuesto por el sismo, estos valores son ploteados como abcisas y ordenadas, respectivamente. Los puntos cuyas coordenadas estén en la parte superior de la línea divisoria representarán depósitos susceptibles de sufrir licuefacción, mientras que los puntos cuyas coordenadas estén en la parte inferior de la línea divisoria representarán depósitos donde se espera que no se produzca licuefacción.
La línea sólida en la figura A.2 representa la línea divisoria entre los casos donde se observó licuefacción y los casos donde no se observó licuefacción en sismos de magnitud 7.5, cuya energía genera usualmente unos 15 ciclos representativos de carga. La ecuación de la línea sólida en la figura A.2 viene dada por la siguiente expresión:
donde:
t = Esfuerzo de corte cíclico promedio requerido para causar licuefacción.(N1)60 = Valor del número de golpes de la prueba de penetración estándar debidamente corregido por esfuerzo de sobrecarga, eficiencia y finos.
Como puede apreciarse en la figura A.2 y su respectiva ecuación, es sólo válida para valores de (N1)60 menores de 20 golpes.
Para sismos de diferente magnitud, el número de ciclos representativos de carga varía y por consiguiente el esfuerzo de corte cíclico promedio también varía. Por lo tanto, la línea sólida en la figura A.2 debe ser modificada para sismos de diferentes magnitudes. Seed e Idriss (1982) desarrollaron un factor de corrección Cn para ajustar la línea sólida de la figura A.2 o la ecuación. Este factor de corrección aparece en el cuadro A.2.
Figura A.2 Criterio de
licuefacción
Cuadro A.2
Factor de corrección según la magnitud
del sismo
|
Magnitud del sismo |
Cn |
|
8,5 |
0,89 |
|
7,5 |
1,0 |
|
6,75 |
1,13 |
|
6 |
1,32 |
|
5,25 |
1,5 |
Las ordenadas de línea sólida de la figura A.2. deben multiplicarse por el factor de corrección Cn correspondiente a la magnitud del sismo considerado para generar una nueva línea divisoria que servirá como limite entre licuefacción y no-licuefacción para un sismo de esa magnitud.
Ejemplo de evaluación del potencial de licuefacción
Se estima que un sismo de magnitud 7,5 generará una aceleración de 0,15 g en un depósito de arena uniforme (Cu = 3) fina y relativamente limpia (contenido de finos menor de 5%) ubicado a cierta distancia del epicentro. Se determinó que el nivel freático se encuentra a un metro de profundidad. Se realizó una prueba de penetración estándar (SPT) con 60% de eficiencia y se determinó que el número de golpes N a 7 m de profundidad es de 12 golpes. Se desea evaluar la susceptibilidad a la licuefacción del deposito a dicha profundidad.
Solución
a) Se calcula el esfuerzo total y el esfuerzo efectivo a 7 m de profundidadsvo = 19 KN/m3 7 m= 133 kPa
s’vo = svo - U = 133 kPa - 6 m 9.81KN/m3 = 74.14 kPab) El valor medido de N se convierte a un valor de presión de sobrecarga estándar (N1)60. Debido a que se usó una eficiencia de 60% en la prueba de penetración estándar (SPT), el factor de corrección por eficiencia es la unidad, mientras que la corrección por presión de sobrecarga se determina según la ecuación.
Este valor de N = (N1)60 = 12 será usado como abcisa en la figura A.2. No es necesario hacer la corrección por finos ya que el mismo es menor de 5%.
c) La carga cíclica promedio inducida por el sismo se estima según la ecuación.
la cual resulta en 0,16Este valor será usado como ordenada en la figura A.2
d) Se plotean los valores de (N1)60; en la figura A.2 este punto se ubica en la parte superior de la línea divisoria y, por lo tanto, habrá licuefacción en caso de un evento sísmico como el descrito.
Aluvión: Depósito de suelo que generalmente está compuesto por grava, arena y algunos limos. Los aluviones son el resultado del arrastre de sedimentos de ríos o corrientes de agua.
Amenaza: Fenómeno natural o provocado por la actividad humana (antrópico) que se torna peligroso para las personas, propiedades, instalaciones y para el medio ambiente.
Análisis de vulnerabilidad: Proceso para determinar los componentes críticos de los sistemas a fin de establecer las medidas de mitigación ante amenazas.
Arcilla preconsolidada: Arcilla que en el pasado geológico fue sometida a una carga mayor que la que soporta en la actualidad.
Buzamiento: Inclinación de la recta de máxima pendiente de un estrato con respecto a un plano horizontal.
Capacidad operativa: Capacidad para la cual fue diseñado el componente o sistema.
Caño: Canal angosto por donde circula una corriente de agua en forma intermitente.
Carga: Máxima altura de bombeo de una estación de bombeo.
Componente: Parte discreta de un sistema capaz de operar independientemente, pero diseñado, construido y operado como parte integral del sistema.
Confiabilidad: Probabilidad de falla de un componente o sistema.
Depósito coluvial: Suelo formado al pie de una montaña o ladera producto del desprendimiento o arrastre de material de la montaña o ladera.
Desastre: Manifestación de un fenómeno natural o antrópico que se presenta en un espacio y tiempo limitado, y que causa situaciones de emergencia que exceden la capacidad de respuesta.
Diaclasa: Fractura sin desplazamiento presente en macizos rocosos.
Emergencia: Situación inesperada que se presenta por el efecto de una amenaza.
Estado de emergencia: Situación declarada ante la inminencia del efecto de una amenaza o después que ésta ha ocurrido.
Falla: Fractura con desplazamiento en macizo rocoso provocada por movimientos geológicos.
Fenómeno natural: Manifestación de las acciones de la naturaleza, tales como terremotos, huracanes, erupciones volcánicas y otros.
Flexibilidad: Se refiere a la capacidad de operación alternativa de los componentes.
Flujo de viento en la altura: Flujo de vientos fuertes que se producen dentro de la banda de nubes del tipo cirros.
Masa de aire: Porción de aire extensa con una aproximada homogeneidad horizontal (uniformidad) en sus propiedades físicas. La temperatura y la humedad de la porción del aire pueden variar de un nivel a otro. Debe cubrir una vasta área.
Meteorización: Conjunto de modificaciones de la roca causadas por agentes atmosféricos, tales como lluvia, vientos y cambios de temperatura.
Onda tropical: Masas de nubes embebidas en el cinturón de los vientos alisios que desde las bajas presiones ecuatoriales se desplazan hacia el oeste y se extienden hacia el polo. Aparecen en el mes de junio en el Atlántico tropical cuando la temperatura del agua de mar empieza a aumentar sobre los 28 °C.
Plan de emergencia: Conjunto de medidas que se aplican antes, durante y después de una amenaza como respuesta al efecto de la misma.
Plan de mitigación: Conjunto de medidas y obras para minimizar los efectos de las amenazas y reducir la vulnerabilidad de los componentes de los sistemas.
Preparación: Conjunto de medidas definidas que deben implantarse antes de que se presenten los impactos de las amenazas.
Prevención: Acciones de preparación para disminuir los efectos de las amenazas.
Programa para la atención de emergencias y desastres: Comprende el plan de emergencia y el plan de mitigación.
Quebrada: Corriente de agua de régimen permanente o intermitente de poco caudal.
Redundancia: Componentes o subcomponentes adicionales de operación en paralelo, por ejemplo, los grupos de bombas en una estación de bombeo.
Riesgo: Medida del impacto de una amenaza, expresada en términos probabilísticos.
Río: Corriente de agua de régimen permanente o intermitente que se desplaza por un cauce, tiene una fuente o cabecera y desembocadura a una gran cuenca.
Sistema de agua potable: Conjunto de componentes construidos e instalados para captar, transmitir, tratar, almacenar y distribuir agua a los usuarios. En su más amplia acepción comprende también las cuencas y acuíferos.
Suelo residual: Suelos formados por efecto de la meteorización de la roca madre. Estos suelos no han sido transportados y presentan vestigios de la roca original.
Vaguada: Resultado de la penetración de aire frío desde niveles altos hacia la superficie. Generalmente la circulación de esta masa de aire frío tiene forma de V. La nubosidad típica de esta formación son nubes del tipo estratiforme que produce llovizna y escasa visibilidad.
Vulnerabilidad: Medida de la debilidad de un componente para resistir los efectos de las amenazas naturales o antrópicas.
Zona de convergencia intertropical (ZCIT): Zona de baja latitud, relativamente estrecha, en la cual las masas de aire que provienen de los dos hemisferios convergen en niveles bajos sobre los océanos, ligadas estrechamente a un régimen de vientos débiles y variables. La ZCIT es el límite entre los vientos alisios del noreste y sureste del hemisferio norte y sur, respectivamente. Es la zona de nacimiento de los ciclones tropicales que ocasionalmente devastan áreas de los trópicos y, en algunos casos, son los responsables de pérdidas de vidas humanas.
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