Licuefaccion

LICUEFACCION

CONCEPTO

La licuefacción de suelo describe el comportamiento de suelos que, estando sujetos a la acción de una fuerza externa (carga), en ciertas circunstancias pasan de un estado sólido a un estado líquido, o adquieren la consistencia de un líquido pesado. Es un tipo de corrimiento, provocado por la inestabilidad de un talud. Es uno de los fenómenos más dramáticos y destructivos y, además, más polémicos y peor explicados que pueden ser inducidos en depósitos por acciones sísmicas.

ANALISIS

Es más probable que la licuefacción ocurra en suelos granulados sueltos saturados o moderadamente saturados con un drenaje pobre, tales como arenas sedimentadas o arenas y gravas que contienen vetas de sedimentos impermeables.

Durante el proceso en que actúa la fuerza exterior, por lo general una fuerza cíclica sin drenaje, tal como una carga sísmica, las arenas sueltas tienden a disminuir su volumen, lo cual produce un aumento en la presión de agua en los poros y por lo tanto disminuye la tensión de corte, originando una reducción de la tensión efectiva.

Los suelos más susceptibles a la licuefacción son aquellos formados por depósitos jóvenes (producidos durante el Holoceno, depositados durante los últimos 10,000 años) de arenas y sedimentos de tamaños de partículas similares, en capas de por lo menos más de un metro de espesor, y con un alto contenido de agua (saturadas). Tales depósitos por lo general se presentan en los lechos de ríos, playas, dunas, y áreas donde se han acumulado arenas y sedimentos arrastrados por el viento y/o cursos de agua. Algunos ejemplos de licuefacción son arena movediza, arcillas movedizas, corrientes de turbidez, y licuefacción inducida por terremotos.

RESISTENCIA DEL SUELO

La resistencia de un suelo sin cohesión frente a la licuefacción dependerá de la densidad del terreno, las tensiones de confinamiento, la estructura del terreno (textura, antigüedad y cementación), la magnitud y duración de la carga cíclica, y de si ocurre inversión de la tensión de corte.

La licuefacción de los suelos es un proceso observado en situaciones en que la presión de poros es tan elevada que el agregado de partículas pierde toda la resistencia al corte y el terreno su capacidad soportante. Se producen en suelos granulares:

• Arenas limosas saturadas

• Arenas muy finas redondeadas (loess)

• Arenas limpias

• Rellenos mineros

Debido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan, las presiones intersticiales son tan elevadas que un seísmo, o una carga dinámica, o la elevación del nivel freático, pueden aumentarlas, llegando a anular las tensiones efectivas. Esto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comportándose el terreno como un «pseudolíquido».

Si bien los efectos de la licuefacción han sido comprendidos desde hace mucho tiempo, los ingenieros y sismólogos han tenido un recordatorio sobre su relevancia a partir de los terremotos de 1964 ocurridos en Niigata, Japón y Alaska. El fenómeno también jugó un papel muy importante en la destrucción del Distrito de la Marina en San Francisco durante el terremoto de Loma Prieta ocurrido en 1989.

ANÁLISIS

Condición de un suelo para que sea licuable

Seed and Idriss (1982) consideran que un suelo puede licuar si:

• El porcentaje en peso de partículas <0,005 mm es menor del 15%

• LL<35

• w/LL>0,9

A este criterio se le conoció como criterio chino.

CÁLCULO

Los estudios de la licuefacción sísmica de Seed (1966) llevaron a postular las siguientes condiciones:

• Si la presión de poros inducida por la acción dinámica o cíclica del terremoto alcanza el valor de la presión de confinamiento, el suelo alcanzará el estado de licuefacción inicial

• Si la arena sometida a acción cíclica alcanza el 20% de deformación se alcanzará la licuefacción total.

Licuefacción de suelo a causa del terremoto ocurrido en Niigata en 1964. Obsérvese cómo los edificios se han inclinado al perder su apoyo en el suelo.

La licuefacción permitió que esta boca de alcantarilla flotara y se elevara por sobre la superficie.

ESTUDIO

El limitado conocimiento relativo a este fenómeno se debe en gran parte a dos factores:

• Dificultad en observar sus características en condiciones reales.

• Complejidad del fenómeno, pues para además de ser el resultado de una acción símica de carácter altamente variable, induce en el suelo un comportamiento fuertemente no lineal e histerético, con fuerte degradación de las características mecánicas del suelo de cada ciclo determinada por la generación de presiones neutras en la muestra bajo acción sísmica.

Uno de los problemas fundamentales es el conocimiento rudimentario sobre los mecanismos de rotura y deformación asociados al fenómeno de la licuefacción, lo que limita el uso de ensayos elementales para estudiarlo.

• No existe una definición única para el fenómeno de la licuefacción.

• Una definición general y cualitativa para este fenómeno, capaz de producir grandes deformaciones en el terreno y de las estructuras en él existentes, asociado a gran degradación de las características mecánicas de los suelos granulares debido a la generación o migración del exceso de presión neutra resultante de la acción cíclica producida por sismos en condiciones por lo menos parcialmente no drenadas.

Licuefacción inducida por terremoto

Un mapa de susceptibilidad a la licuefacción - extracto de un mapa del Servicio Geológico de los Estados Unidos de la zona de la bahía de San Francisco. Numerosas zonas en esta área poseen una urbanización de alta densidad.

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