El fenómeno de la licuefacción del terreno

     

    Sergio Fernández Blázquez, Geólogo - Delegado de la zona Centro

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    ¿Qué se entiende por el término "licuefacción del terreno"?

    Explicamos en profundidad el fenómeno de la licuefacción, su origen y cómo afecta al terreno. 

    ¿Qué es la licuefacción del terreno?

    A veces el terreno puede alcanzar una fluidez que lo puede convertir en una masa en estado viscoso. Esta fluidez se puede producir debido a un movimiento sísmico, un deslizamiento de tierra o a veces también se puede deber a actividades humanas. 

    El terreno sufre una perdida de la rigidez y resistencia debido a los esfuerzos a los que se ve sometido. Esta pérdida de rigidez puede provocar diversas consecuencias para las estructuras que se encuentran sobre el terreno y para el medio ambiente. Algunos de estas consecuencias pueden ser: avalanchas de lodo (si se produce en una ladera), aparición de asientos diferencias o incluso el derrumbe de edificaciones por completo. 

    El fenómeno de la licuefacción del terreno es el causante de estos problemas. 

    Efectos de la pérdida de resistencia del suelo debido a las aguas residuales

     

     

    ¿EN QUÉ TERRENOS SE PUEDE PRODUCIR LA LICUEFACCIÓN Y QUÉ FACTORES PUEDEN INFLUIR EN ÉL?

    El fenómeno de la licuefacción puede afectar a terrenos sueltos que presenten una gran granulometría, es el caso de las arenas que están situadas a poca profundidad.

    El espesor de la capa licuada normalmente variará entre pocos centímetros y medio metro. 

    Si hablamos de los factores y las condiciones que pueden influir en la licuefacción del terreno, nos encontraremos con los siguientes:

    • Terrenos como los depósitos deltaicos, los depósitos fluviales o los depósitos marinos con estratos superficiales. Estos terrenos están formados por material arenoso fino y saturado, un material no consolidado que posee una granulometría uniforme y una densidad media/baja.
    • No suele afectar a los terrenos que se encuentran situaciones a una profundidad superior a los 15 ó 20 metros.
    • En terreno con presencial de arcilla o grava, se puede reducir de forma considerable el fenómeno de la licuefacción.
    • La existencia de capas superficiales en el terreno no licuables, con un espesor mayor a 3 metros, sirven para frenar la licuefacción en el resto de capas. 
    • Sólo los sismos con una magnitud superior a 6 y que se producen con una larga duración, suelen provocar este fenómeno. 
    • Si un terreno ya ha sufrido este fenómeno, es probable que lo pueda a sufrir en otro momento.

    EL FENÓMENO DE LA LICUEFACCIÓN

    Lo primero que necesitamos entender es que un terreno saturado está compuesto por un conjunto de partículas que transmiten fuerzas de contacto. Los valores incidirán en la resistencia de las mismas. 

    Cuando existe un equilibrio entre terreno y agua (fase 1 de la figura), estos valores podrán estabilizar al propio terreno (las resistencias al corte son mayores que las resistencias tangenciales).

    En el caso de que el tensionado se produzca por fuerzas externas (como puede suceder en un terremoto), se pueden producir deformaciones. En estos casos los esfuerzos tangenciales, que son los que aseguran las condiciones de equilibrio estático, son mayores (fase 2 de la figura).

    Cuando se produce un terremoto el terreno se ve sometido a esfuerzos que impedirá el drenaje. 

    Si las arenas se desplazan hacia una configuración de equilibrio de mayor densidad, esto provocará un aumento de la presión neutra, reduciendo las fuerzas de contacto entre los diferentes granos y afectando por lo tanto a la rigidez y la resistencia que presenta el terreno. 

    En casos extremos nos podemos encontrar con granos sólidos que pierden el contacto entre si. Esto se produce cuando la porosidad es muy alta y el sismo es muy intenso y prolongado, provocando que la sobrepresión neutra sea muy elevada.

    El caso límite es aquel en el que el terreno de comporta como un fluido pesado. Esto se produce porque el estado tensional eficaz se anula. La presentación del fenómeno de licuefacción se produce mediante la formación de volcanes de arena a través de los cuales sale el agua que proviene de la arena saturada. 

    No es dañino, pero nos indica la presencia de altas presiones neutras que se encuentran en el subsuelo. 
    Pérdida de la resistencia del terreno por licuefacción causada por un terremoto

    Si resumimos el fenómeno de la licuefacción vemos lo siguiente: 

    • En una fase inicial, antes del terremoto, existe un balance de arena y agua (situación estable).
    • En la fase intermedia, durante el terremoto, se produce una reducción en la resistencia de corte. Esto es debido al rápido aumento de las presiones intersticiales (el movimiento de los edificios).
    • En la fase final, después del terremoto, el terreno tiene un comportamiento similar al de un fluido viscoso. Esto conlleva efectos sobre el medio ambiente y sobre las estructuras. Se pueden producir hundimientos, asientos, desplazamientos, lesiones...

    Ejemplo de licuefacción del terrenoVulcanelli tras la licuefacción del terreno que se produjo durante un terremoto en 2012

    ESTRUCTURAS VULNERABLES Y POSIBLES DAÑOS

    Existen estructuras que son más vulnerables al fenómeno de la licuefacción del terreno. Un claro ejemplo son las estructuras de los puertos, los pilares de los puentes en los ríos o las cuencas hidrográficas. Estas estructuras pueden sufrir graves daños si se produce la licuefacción. 

    Esto es debido a que la licuefacción del terreno puede provocar deformaciones muy grandes en el subsuelo, provocando que los elementos conectados a él pierdan su funcionalidad.

    Edificio tras un terremotoEdificio tras un terremoto M6.4 en Taiwán en el año 2018