Calculadora Potencial de Licuefacción — Seed & Idriss
El método simplificado de Seed & Idriss, actualizado por Youd et al. (2001), es el estándar mundial para evaluar el potencial de licuefacción en arenas y limos saturados. Compara la demanda sísmica CSR (cyclic stress ratio) contra la capacidad del suelo CRR (cyclic resistance ratio), entregando un factor de seguridad FS_L por estrato. Esta calculadora aplica la formulación completa con N1_60 corregido por sobrepresión y finos, coeficiente rd de atenuación con la profundidad, y factor de magnitud MSF, conforme a las recomendaciones NCEER 1997.
¿Qué es y cuándo evaluarla?
La licuefacción ocurre en arenas limpias sueltas a medias saturadas cuando las ondas sísmicas generan exceso de presión de poros que anula las tensiones efectivas y elimina la resistencia al corte. El suelo se comporta temporalmente como un líquido, causando volcamiento de edificios (Niigata 1964, Valdivia 1960), rotura de tuberías y hundimientos diferenciales. Se evalúa siempre que haya arenas o limos bajo la napa en zona sísmica, especialmente si Vs30 < 180 m/s o N1_60 < 30. Existe amplia experiencia documentada en eventos sísmicos mayores con licuefacción de arenas finas y limos bajo la napa en zonas costeras y puertos.
Fórmulas aplicadas
Demanda sísmica CSR (cyclic stress ratio):
CSR = 0,65 · (amax/g) · (σv/σ'v) · rd
rd = 1 − 0,00765·z (z < 9,15 m); rd = 1,174 − 0,0267·z (9,15 < z < 23 m)
Resistencia CRR para Mw = 7,5 (arenas limpias):
CRR7,5 = 1/(34 − N1_60cs) + N1_60cs/135 + 50/(10·N1_60cs + 45)² − 1/200
Corrección por finos FC:
N1_60cs = α + β·N1_60; α, β función del % finos según Youd et al. (2001)
Factor de seguridad:
FS_L = (CRR7,5 · MSF) / CSR
MSF (Magnitude Scaling Factor): MSF = 10^2,24 / Mw^2,56 (Youd et al. 2001)
Interpretación FS_L: < 1,0 licuable; 1,0-1,2 marginal; > 1,2 seguro (NCEER)
Ejemplo de cálculo
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Profundidad z | 6,0 m |
| Tensión total σv | 110 kPa |
| Tensión efectiva σ'v | 70 kPa (napa a −1,5 m) |
| N-SPT campo | 12 |
| N1_60 corregido | 14 |
| % finos FC | 10 % |
| N1_60cs | 16 (corregido finos) |
| amax (Zona 3, suelo D) | 0,48·g (amax = Ao·S) |
| Magnitud Mw diseño | 7,5 |
rd = 1 − 0,00765·6 = 0,954. CSR = 0,65 · 0,48 · (110/70) · 0,954 = 0,65 · 0,48 · 1,571 · 0,954 = 0,468. CRR7,5 con N1_60cs = 16: 1/(34−16) + 16/135 + 50/(160+45)² − 1/200 = 0,0556 + 0,1185 + 0,00119 − 0,005 = 0,170. MSF para Mw = 7,5 es 1,0 (referencia). FS_L = (0,170 · 1,0) / 0,468 = 0,36. Como FS_L < 1,0, el estrato se considera licuable y requiere mitigación. Para el mismo estrato con Mw = 8,8 (megasismo tipo 2010 Maule): MSF = 10^2,24/8,8^2,56 = 173/258 = 0,67. FS_L = 0,170·0,67/0,468 = 0,24, aún más desfavorable.
Resultado: CSR = 0,47 · CRR7,5 = 0,17 · FS_L = 0,36 (Mw 7,5) · Estrato licuable.
Interpretación de resultados
FS_L = 0,36 indica licuefacción altamente probable durante un sismo de diseño. Las medidas de mitigación más usadas son: compactación profunda por vibroflotación o columnas de grava para aumentar N1_60 hasta 25-30; drenes verticales para disipar presiones de poros; inyecciones de jet grouting en estratos puntuales; o traslado de la fundación por pilotes a un estrato no licuable. En la práctica post-sismos de subducción mayores se exige evaluación en zonas costeras con arenas saturadas; ignorar la licuefacción ha causado daños severos en puertos y edificios industriales.
Normativas de referencia
- Youd, T.L. et al. (2001). Liquefaction resistance of soils: Summary report from 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF workshops
- Seed, H.B. & Idriss, I.M. (1971). Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential
- Idriss, I.M. & Boulanger, R.W. (2008). Soil Liquefaction During Earthquakes — EERI Monograph 12
- NCh 433.Of1996 Mod.2012 — Diseño sísmico (remite a estudio específico en Tipo F)
- ASTM D1586 — Standard Penetration Test (SPT)
Preguntas frecuentes
¿Qué suelos pueden licuarse?
Arenas limpias y limos no plásticos saturados con N1_60 < 30 y profundidad < 15-20 m. Gravas suelen no licuarse pero con matriz arenosa sueltas sí pueden. Arcillas con IP > 7 generalmente no licuan (criterio china modificado Boulanger-Idriss 2006).
¿Mw uso 7,5 o el del sismo esperado?
Mw = 7,5 es la referencia en que se calibró CRR (Seed original). Para proyectos en zonas de subducción donde el sismo de diseño es Mw 8,5-9,0, usar MSF apropiado: MSF(Mw 8,8) = 0,67, es decir, la resistencia disponible baja 33 % respecto a Mw 7,5. Impacto importante.
¿Qué hacer si FS_L < 1,0 ?
Opciones en orden de costo creciente: drenes verticales prefabricados, compactación por vibroflotación o DDC, columnas de grava, inyección jet grouting, o fundación pilotada a estrato no licuable. La elección depende del espesor del estrato, propiedades, presencia de estructuras vecinas y restricciones de obra.
¿Se licúan suelos gruesos en sismos de subducción?
Sí, históricamente. En grandes sismos de subducción se ha observado licuefacción de arenas finas y limos en profundidades < 10 m, y licuefacción de arenas limosas con volcamiento de edificios. Ese registro histórico hace obligatorio evaluar licuefacción en toda obra costera con arenas saturadas.