"Si no puedes explicarlo de forma sencilla, no lo entiendes lo suficientemente bien" (Albert Einstein).
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"Si no puedes explicarlo de forma sencilla, no lo entiendes lo suficientemente bien" (Albert Einstein).
La licuación de suelos y sus consecuencias económicas
La licuación de suelos es un fenómeno asociado típicamente a la ocurrencia de sismos, que genera la pérdida de la resistencia al corte del terreno y la consecuente ocurrencia de deformaciones significativas en el mismo, con efectos muchas veces devastadores para estructuras e infraestructura de servicio que se convierten en millones de dólares en pérdidas ¿Quieres saber más sobre este tema? Continúa leyendo este post…
Contenido
Qué es la licuación de suelos
Básicamente, podemos decir que la licuación es el proceso mediante el cual un sedimento que se encuentra sumergido (es decir, por debajo del nivel freático) experimenta una pérdida de resistencia y deja de comportarse como un sólido para comportarse como un líquido viscoso. Cualquier suelo puede licuar, aunque los tipos de sedimentos más susceptibles de hacerlo son arenas y limos limpios, con un bajo porcentaje de coloides de arcilla.
Típicamente, la licuación es producida por la acción de ondas sísmicas (primordialmente de corte), las cuales atraviesan estratos de suelos granulares saturados, distorsionando la estructura del suelo y causando el colapso de grupos de partículas que se encuentran bajo un arreglo en estado suelto. Estos colapsos incrementan la presión de poros entre los granos cuando el drenaje no puede ocurrir y, recordando un poco el Principio de Esfuerzos Efectivos propuesto por Terzaghi, lo que físicamente ocurre es que, si la presión de poros alcanza valores cercanos al peso del suelo suprayacente, el estrato de suelo granular se comporta temporalmente como un líquido viscoso, perdiendo su resistencia al corte. En este momento se dice que la licuación ha ocurrido.
¿De qué depende la licuación? Hay tres factores que influyen significativamente en la susceptibilidad a la licuación, que deben analizarse de la manera más completa posible en estudios geotécnicos desarrollados en terrenos en los que se sospeche que puede ocurrir este tipo de fenómeno, y son los siguientes:
- La densidad del suelo.
- El contenido de arcilla o de agentes cementantes en el suelo.
- Las restricciones de drenaje existentes.
La Figura 1 ilustra esquemáticamente el proceso de licuación, destacando de manera particular los efectos de la ocurrencia del fenómeno sobre la estructura del terreno.
Figura 1 El fenómeno de licuación del terreno: a) depósito de suelos granulares sumergidos de baja compacidad; b) incremento de la presión de poros y pérdida de la resistencia al corte por efecto de ondas sísmicas; c) densificación del terreno luego del sismo (Fuente: disponible en https://www.geotech.hr/en/soil-liquefaction/).
De la figura anterior, es importante destacar que, una vez ocurrida la licuación, se produce un reacomodo de las partículas de suelo en un estado más denso, lo cual se traduce en deformaciones importantes del terreno y, por ende, de las estructuras apoyadas en el mismo.
Como un comentario adicional a tomar en cuenta al momento de desarrollar un estudio geotécnico, es importante destacar que la licuación está restringida a ambientes geológicos de depósitos recientes de arenas y limos en los cuales el nivel de agua subterránea se encuentra cercano a la superficie. Así, los sedimentos más susceptibles a licuar son típicos de formaciones deltaicas, márgenes de ríos, áreas de inundación, depósitos eólicos y rellenos hidráulicos pobremente compactados. El SCEC/USC (1999) define las zonas de peligro a la licuación, y el EERI (1994) reseña que el fenómeno de licuación puede generar diversos tipos de fallas, a saber: a) falla por flujo; b) desplazamiento lateral; c) oscilaciones del terreno; d) pérdida de la capacidad de soporte del suelo; e) asentamientos; f) incremento de la presión lateral en muros de contención.
La afectación sobre obras civiles
Tal como se desprende de la sección anterior, resulta claro que la licuación del suelo puede llegar a tener efectos desastrosos sobre edificios e instalaciones de servicio, especialmente asociados a los asentamientos post-licuación. Algunos efectos de la ocurrencia del fenómeno se muestran en la Figura 2.
Figura 2 Efectos de la licuación del terreno (Fuente: recopilado en https://www.google.com/).
En general, los posibles efectos sobre las obras civiles pueden resumirse de la siguiente manera:
- Fallas de edificios. Los cimientos de un edificio se diseñan en función de la capacidad portante del suelo. En caso de licuación, de acuerdo a lo mencionado anteriormente, la capacidad portante del suelo prácticamente se anula, lo cual trae como consecuencia que el edificio se hunda en el terreno, o bien que se incline o, incluso, vuelque. Adicionalmente, en casos menos severos, los asentamientos diferenciales post-licuación pueden generar la aparición de grietas en la estructura.
- Rotura de fundaciones. El asentamiento irregular de los cimientos puede ocasionar la aparición de grietas de cierta importancia en los mismos, lo cual se traduce en una situación peligrosa para la seguridad de la estructura, dado que unos cimientos agrietados no distribuyen uniformemente la carga sobre el terreno.
- Deslizamientos de taludes. La licuación prácticamente puede destruir algunos taludes. Durante la ocurrencia del fenómeno, pueden generarse grandes fisuras y grietas en el cuerpo de los mismos, a partir de las cuales el material fluye hacia abajo y se asienta en la base, representando una amenaza potencial para las estructuras cercanas y los servicios públicos.
- Fallas de muros de contención. Un muro de contención falla por deslizamiento, inclinación o vuelco. El suelo licuado ejerce una fuerza adicional sobre el muro de contención, por lo que puede provocar el fallo del muro, particularmente cuando el sistema de drenaje se encuentra tapado.
- Daños en pilotes. La cimentación por pilotes actúa como una columna que transfiere la carga estructural a los estratos más profundos. El suelo licuado ejerce una presión lateral sobre el pilote que provoca su pandeo, ocasionando que el pilote pueda deformarse y disminuir su capacidad de carga de manera significativa o, incluso, partirse (como se ha documentado en numerosos eventos sísmicos a lo largo de los años).
- Afectaciones sobre servicios públicos. La licuación afecta especialmente a los servicios públicos, tales como tuberías de agua, alcantarillado y gas, aceras y calles en general, dado que son estructuras que se caracterizan por su baja rigidez.
Según este breve recuento, es evidente que el fenómeno de licuación puede ocasionar daños significativos a todo tipo de estructuras y servicios.
Consecuencias económicas del fenómeno de licuación
En general, podemos decir que la licuación del terreno constituye un peligro potencial secundario asociado a los terremotos, pero que, sin embargo, puede causar graves daños a las infraestructuras, contribuyendo de manera significativa a las pérdidas económicas asociadas a la ocurrencia de eventos sísmicos.
Para ofrecer una idea sobre las consecuencias económicas del fenómeno de licuación, en la Tabla 1 se presenta información recopilada por Chansky et al (2019) sobre sismos americanos, en un trabajo desarrollado en la universidad de Tufs bajo el auspicio del USGS.
Tabla 1 Desglose de los costes debidos a la licuación asociados a diferentes sismos ocurridos en USA (Fuente: tomado de Chansky et al, 2019).
La Figura 3, por su parte, ilustra los costos asociados a los eventos anteriores de manera porcentual, respecto al costo total estimado para cada evento.
Figura 3 Costos porcentuales asociados a los costos totales estimados para cada evento sísmico individual (Fuente: tomado de Chansky et al, 2019).
Tal como se desprende de la tabla y figura anteriores, las pérdidas por licuación pueden variar desde casi nada hasta cientos de millones de dólares, abarcando sectores que van desde la agricultura hasta la infraestructura de transporte. Sin embargo, es importante destacar que, tal como señalan Chansky et al, la recopilación de la información sobre daños probablemente asociados a la licuación del terreno es una tarea harto complicada, que incluye la revisión de fuentes gubernamentales, informes, documentos científicos y artículos de prensa, para luego asignar un valor al coste de reposición de esos daños a partir de otras fuentes diversas (tales como consultores en Ingeniería Civil, empresas aseguradoras, y bancos, entre otras).
A manera de comentario final, vale destacar que el calcular de manera precisa las pérdidas asociadas a la ocurrencia de licuación durante un evento sísmico, permitiría estimar de manera mucho más precisa el impacto económico global de un terremoto, lo que, a su vez, serviría de base para que los entes gubernamentales, empresas aseguradoras, y el gremio ingenieril, tomen las previsiones económicas necesarias.
Referencias
- Amundaray, J. I. (2006) “Suelos potencialmente licuables y medidas de remediación”. Ingeniería Forense y Estudios de Sitio / Guía para la Prevención de Gestión de Riesgos. Prensas Venezolanas. Caracas, Venezuela.
- Boiero, A., Amundaray, J., Grases, J. y Tamargo, L. (2008) “Evaluación del potencial de licuación, técnicas de mejoramiento del subsuelo y obtención del espectro de respuesta sísmico”. Conferencia 50th Aniversario de la Sociedad Venezolana de Geotecnia. Caracas, Venezuela.
- Chansky, A.; Baise, L; & Meyer, M. (2019) “Liquefaction loss estimation in US”. American Geophysical Union, Fall Meeting. Moscone Center, San Francisco, USA.
