CAPÍTULO H.7 EVALUACIÓN GEOTÉCNICA DE EFECTOS SÍSMICOS

ASPECTOS BÁSICOS

EFECTO DE LA LITOLOGÍA Y TIPOS DE SUELOS

(a) La caracterización básica del perfil litológico se establece en términos de los valores de velocidad de onda de corte (Vs) con la profundidad y su variación horizontal, hasta el nivel de roca (rechazo en el ensayo SPT), o suelos duros (Vs 500m/s) mediante ensayos geofísicos en el terreno.

(b) Para los diferentes materiales presentes en el perfil se debe determinar la variación de la rigidez (G) y del amortiguamiento (βs) con el nivel de deformaciones y de esfuerzos. La determinación de la variación de la rigidez dinámica se puede hacer mediante ensayos dinámicos de laboratorio contando con muestras representativas de alta calidad.

(c) Se debe dar consideración explícita a la verificación de la resistencia dinámica de cada material, incluyendo de ser aplicable, la evaluación del potencial de licuación de los suelos granulares y suelos de grano fino de baja plasticidad, y la degradación progresiva de la resistencia dinámica de los suelos finos con el número de ciclos de carga equivalente. También deben calcularse los asentamientos producidos por el sismo empleando criterios o metodologías actualizadas y reconocidas internacionalmente.

Procedimiento en campo para producción y almacenamiento
 de ondas de corte tipo SH. Tomada de jeoprobe.com

EFECTO DEL TIPO DE SOLICITACIÓN — Para el caso de fuentes sismogénicas cercanas (menores de 25 Km de distancia epicentral) con potencial de generación de eventos superficiales (profundidad focal menor de 20 Km), debe considerarse el aporte de la componente vertical de la señal sísmica en el análisis de respuesta del terreno. Generalmente, la aceleración vertical puede variar entre el 50% y el 100% del valor de la aceleración horizontal, según sea cada caso particular.

Las historias de movimiento que se utilicen deben ser representativas de las condiciones en roca, preferiblemente de registros reales sin modificar debidamente sustentados. En todos los casos se debe asegurar que los espectros de aceleración, velocidad y desplazamientos de las señales que se utilicen sean compatibles y representativos de las condiciones de estudio y que estas historias no incluyan efectos previos de respuesta local o topográfica o cualquier otro tipo de anomalía que pueda posteriormente verse reflejada en resultados de respuesta no representativos.

EFECTO DE TOPOGRAFÍA Y DEL TIPO DE ONDAS EN LA RESPUESTA

(a) Componente de ondas de corte que se propaga verticalmente (SH), predominantes en los casos donde la superficie del terreno es horizontal, con pendientes menores de 10%, o donde los efectos topográficos no son relevantes. Para evaluar la respuesta sísmica se pueden emplear modelos numéricos unidimensionales (1D), bidimensionales (2D) o tridimensionales (3D) de propagación de ondas.

(b) Combinación de ondas superficiales y de corte, y efecto de las longitudes de onda de la excitación en relación con la respuesta y la estratigrafía.

(c) Empleo de la instrumentación sísmica para validar los modelos numéricos de respuesta dinámica 1D, 2D o 3D.

(d) En el rango elástico se puede registrar un fenómeno de triple resonancia. En primer término, efecto rocasuelo (similitudes entre los periodos predominantes de vibración de los sismos y los de los depósitos de suelos). En segundo término, efecto suelo-suelo (causado por el confinamiento de las ondas en una artesa) cuyo resultado inmediato es una mayor duración del sismo sentido en el depósito de suelos, en relación con el movimiento originario en roca. En tercer término, un efecto suelo - estructura cuando coinciden sus períodos predominantes de vibración y el período fundamental de la estructura.

(e) La evaluación de la amplificación resulta importante para aceleraciones originarias en roca inferiores a un valor límite que es del orden de 0.4g, para aceleraciones superiores a la se presenta el fenómeno contrario, ó sea una de amplificación. El análisis detallado del fenómeno debe hacerse obligatoriamente para las edificaciones clasificadas como grupos de uso III, IV (Artículo A.2.9.3.6 del Reglamento). Los métodos para efectuar este análisis deben estar adecuadamente sustentados dentro de la dinámica de suelos y la ingeniería sísmica.

ANÁLISIS DE RESPUESTA DINÁMICA 

El tipo de análisis de respuesta dinámica se debe seleccionar de acuerdo con los criterios antes indicados. Los modelos que se utilicen deben ser internacionalmente aceptados, y para su uso se deben establecer de manera clara y explícita los siguientes componentes del análisis:

(a) Señales de entrada — Debe tenerse en cuenta los tipos de fuentes y eventos representativos de la amenaza sísmica.

(b) Extensión del dominio para el modelo de análisis — Debe llegar hasta el nivel de la roca, y para los modelos de 2 y 3 dimensiones se debe representar adecuadamente el problema.

(c) Discretización del medio continúo — En modelos numéricos la discretización de la malla debe ser tal que no produzca efectos numéricos de filtrado de componentes del movimiento.

(d) Relación entre el modelo geotécnico para análisis de respuesta y los parámetros de caracterización dinámica del subsuelo.

(e) Se debe presentar resultados de historias de aceleración historias de esfuerzos cortantes generados o espectros de respuesta tanto de aceleración como de velocidad y desplazamientos.

(f) Se deben presentar historias de desplazamientos totales y relativos en puntos relevantes del problema.

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

Basados en la caracterización y los análisis de respuesta dinámica o utilizando métodos aceptados internacionalmente, según sea las condiciones del sitio, se deben considerar los siguientes aspectos relacionados con la estabilidad del terreno o de las estructuras en contacto con el suelo:

(a) Empujes dinámicos del terreno para estructuras de contención y pilotes de punta.

(b) Deformaciones transientes y permanentes impuestas por el movimiento sísmico a estructuras enterradas.

(c) Deformaciones diferenciales generadas por el sismo en estructuras de gran extensión o en casos en que las condiciones del terreno cambien sustancialmente en el área del proyecto.

(d) Estabilidad de cimentaciones por efectos de volteo, arrancamiento, desplazamiento lateral, capacidad portante o efectos hidrodinámicos.

(e) Potencial de licuación o desplazamiento (corrimiento) lateral por movilidad cíclica

(f) Deformaciones o asentamientos permanentes generados por densificación del terreno.

(g) Definición del coeficiente seudo-estático de fuerza horizontal y vertical en taludes naturales o excavaciones, teniendo en cuenta la incidencia de los efectos topográficos en el análisis de estabilidad durante sismo.

(h) Estabilidad dinámica o seudo-estática de taludes naturales o de excavación de influencia directa para el proyecto, a partir de modelos de respuesta que involucren relaciones esfuerzo-deformación-tiempo o con métodos empíricos.

LA LICUACIÓN Y LOS FENÓMENOS RELACIONADOS

Se denomina licuación a la flotación de partículas producto de la saturación y el lento o nulo drenaje del suelo, que a su vez aumente la presión de los poros.

LICUACIÓN DE FLUJO — Se define como un estado de movimiento catastrófico donde el esfuerzo cortante estático es superior a la resistencia correlativa del suelo en su condición licuada.

Licuefacción de suelo a causa del terremoto
ocurrido en Niigata en 1964. Tomada de Wikipedia.

MOVILIDAD CÍCLICA — En contraste con el anterior, el fenómeno denominado movilidad cíclica tiene lugar cuando el estado de esfuerzos estáticos es inferior a la resistencia del suelo licuado; durante el movimiento sísmico el estado de esfuerzos aumenta en forma escalonada hasta que se alcanza la resistencia del suelo y sobreviene la falla.

VOLCANES DE ARENA — Es un fenómeno que frecuentemente acompaña la ocurrencia de la licuación; durante el movimiento sísmico, o inmediatamente después, el exceso de presión de poros es disipado, normalmente hacia arriba y en puntos localizados, o a lo largo de grietas, se producen erupciones de arena en estado líquido que conforman pequeños volcanes.

SUSCEPTIBILIDAD A LA LICUACIÓN —

(a) Suelos del Holoceno son más susceptibles que los del Pleistoceno a la licuación, a su vez esta es poco común en depósitos de edades anteriores.

(b) El depósito de suelo debe estar saturado, o cerca para que ocurra la licuación.

(c) Son muy susceptibles a la licuación las arenas finas y arenas limosas, relativamente uniformes, con densidad suelta y media.

(d) Los depósitos bien gradados con tamaños hasta de gravas, gravas arenosas y gravas areno-limosas, son menos susceptibles a licuación, pero de todas formas deben verificarse.

(e) Los limos, limos arcillosos y arcillas limosas, de baja plasticidad y con la humedad natural cercana al límite líquido, también son susceptibles de presentar licuación o falla cíclica.

(h) Son más susceptibles de licuación suelos con partículas redondeadas, que angulares. Así como los suelos con partículas micáceas, propios de suelos volcánicos.

(i) Cuando el depósito está en condición seca o con bajo grado de saturación, se genera un proceso de densificación con las consecuentes deformaciones permanentes del terreno y estructuras apoyadas en él.

MÉTODOS DE EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN - Se deben emplear técnicas de laboratorio y/o ensayos de campo, que correspondan a metodologías determinísticas o probabilísticas actualizadas reconocidas internacionalmente. El Estudio Geotécnico deberá describir la susceptibilidad y consecuencias potenciales de licuación y pérdida de resistencia del suelo, y deberá discutir las medidas para la mitigación (numeral H.7.5).

MÉTODOS DE MEJORAMIENTO DE LOS DEPÓSITOS DE SUELOS SUCEPTIBLES A LA LICUACIÓN 

(a) Drenajes y sub drenajes de grava, gravilla, drenajes tipo "Mecha” y pozos para mantener baja la presión del agua y disipar eventuales excesos.

(b) Vibro-densificación — Opera por medio de una licuación moderada que produce densificación del depósito.

(c) Vibro-compactación — Vibración bajo agua que produce la densificación de material; las aberturas son rellenadas luego con material compactado.

(d) Vibro-reemplazo — Huecos perforados a golpes, son luego rellenados con grava arena y piedra, con o sin agentes cementantes.

(e) Pilotes de compactación —Es el hincado con vibración de pilotes de desplazamiento.

(f) Compactación dinámica — Mediante una repetida aplicación del impacto de un gran peso dejado caer desde cierta altura con una guía preparada para el efecto.

(g) Inyecciones de compactación — Inyecciones de una mezcla gruesa y viscosa de material que produce el desplazamiento y la compactación del depósito.

(h) Estribos de sobrecarga — Aumentan la resistencia a la licuación aumentando, con sobrecarga, la presión afectiva de confinamiento.

(i) Pilotes Radicales — A veces llamados banderillas, con diámetro reducido, perforados e inyectados, pueden reducir el potencial de licuación.

(j) Inyección a presión de elementos químicos cementantes del depósito arenoso grueso.

(k) Jet grouting — Que excava, mezcla y rellena materiales adicionales, incluso cementantes mediante chorros de agua a alta presión.

(l) Pilotes y pantallas pre excavadas colocadas con o sin presión, rellenos en cemento, cal, o asfalto.

(m) Vitrificación in-situ — Consiste en la fundición del suelo mediante chorros de fuego que transforman el material en roca.

(n) Explosiones y voladuras — Con un patrón determinado y a una profundidad relacionada con la magnitud del problema, pueden inducir licuación limitada y producir la densificación del material en profundidad.