Licuefacción de suelo: qué es, cómo se produce y cómo evitarla

La licuefacción de suelo se refiere al proceso por el cual un suelo granular saturado de agua pierde su resistencia y rigidez debido a la aplicación de un esfuerzo, como puede ser un terremoto, y se comporta como un líquido viscoso. Aunque no es exclusivo de los suelos poco cohesivos, este fenómeno es especialmente crítico en estos, sobre todo al encontrarse en regiones con elevada actividad sísmica, donde las consecuencias pueden incluir el asentamiento de estructuras, la inclinación de postes y el cierre de arterias de transporte.

Existen diferentes grados destructivos referidos al proceso de licuación según las características del terreno, el ambiente y los agentes que lo hayan desencadenado. Desde el hundimiento de muros de contención, presas y edificios de manera súbita hasta moderados asentamientos del terreno en periodos prolongados de tiempo.

La licuefacción ocurre cuando las partículas de suelo están dispuestas de tal manera que el agua entre ellas no puede ser expulsada rápidamente, usualmente debido a una carga rápida como la onda de un sismo. Semejante drenaje circulatorio provoca que la presión del agua intersticial aumente y las partículas de suelo pierdan contacto entre ellas, perdiendo así la rigidez del conjunto. En el momento que la carga gravitacional no sea soportada por la estructura mineral, cualquier inestabilidad incentivará el movimiento de las partículas que, al ver disminuida su cohesión, se moverá con mayor facilidad, fluyendo y deformándose de manera significativa.

Otros factores como la densidad tienen un papel importante en la licuefacción de suelo. Por esa razón, los estudios geotécnicos buscan medir y modificar la densidad del suelo con técnicas de mejora, como la compactación o la vibroflotación, enfocadas en aumentar la densidad y así disminuir la probabilidad de licuefacción. A ella se unen otras variables intrínsecas del material como la granulometría, tamaño y forma de las partículas. Como puede esperarse, los suelos con texturas con granulometrías mixtas donde las partículas más pequeñas ocupan el espacio libre entre las más grandes son más resistentes a estos eventos. De la misma forma que ocurre si comparamos los terrenos con granos angulosos con los que tienen cantos redondeados, los primeros ofrecen mayor dificultad para reorganizarse ante las vibraciones y menos tendencia a fluir.

Al mismo tiempo la amplitud de la filtración oscilatoria incide en la eficacia de la licuefacción, por lo que comprobar la permeabilidad del suelo es esencial para determinar su influencia. Otros procesos geológicos posteriores a la sedimentación como la cementación y la compactación también deben estudiarse al detalle cuando se realiza un estudio de estas características.

Las condiciones que predisponen a un suelo a la licuefacción incluyen: la saturación de agua, una estructura suelta de partículas de suelo, y la existencia de una fuente de carga rápida. Los suelos con alto contenido de arena fina son particularmente susceptibles. Además, los niveles freáticos altos o fluctuantes aumentan el riesgo de licuefacción.

Así, terrenos con escasa permeabilidad y elevada capacidad de cambiar de volumen con la humedad como las arcillas son más tendentes a experimentar procesos de licuefacción que terrenos cementados y cohesivos. A nivel más local, los rellenos sanitarios donde existe la acumulación de aguas pluviales pueden fomentar la licuación de los desechos y el suelo circundante, aumentando el riesgo de hundimiento durante un temblor o inestabilidad.

La tragedia ocurrida en la presa de la Mina de Fernandinho (Brasil) el 16 de mayo de 1986 es un ejemplo donde el colapso de los depósitos de relaves mineros, muy fracturados y saturados de agua resultó en licuefacción, lo que produjo un flujo de lodo devastador que movilizó 350.000 m³ de material, arrastrando a todos los operarios que encontraba a su paso.

Por su parte, un ambiente de elevada sismología como la región de Niigata (Japón) en 1964 es uno de los ejemplos clásicos para describir el proceso de licuación. En ese momento, las estructuras construidas sobre suelos arenosos saturados sufrieron daños significativos que dejaron profundas secuelas en la región.

Como se ha señalado, los niveles freáticos fluctuantes pueden saturar intermitentemente capas de suelo que, tras un evento sísmico, podrían licuarse. Un caso ejemplo es la ciudad de Christchurch, Nueva Zelanda, que sufrió licuefacción en el terremoto de 2011 debido a los altos niveles del agua subterránea. Estos son algunos ejemplos donde los factores condicionantes de la licuefacción actuaron sobre el terreno.

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Para evitar la licuefacción, es clave la identificación de áreas susceptibles mediante mapas de zonificación y estudios de suelos. Una vez identificadas las zonas más peligrosas y próximas a poblaciones, se pueden aplicar técnicas de mitigación como la compactación dinámica, la inclusión de geo-mallas, y el drenaje de suelos para reducir los niveles de agua intersticial.

Otro método es el uso de bentonita para introducirla en los espacios intersticiales y que sea una reacción química la que promueva una mayor resistencia del material. Este sistema puede usarse en combinación con laponita, una partícula sintética 10 veces menor que la bentonita y que provoca una gelificación retardada que ayuda a paliar los efectos adversos que la bentonita puede provocar en el terreno.

También es vital considerar estas condiciones en el diseño de nuevas estructuras, aplicando normativas de construcción sismo-resistentes que consideren la interacción suelo-estructura. Lo que queda bastante claro, es que solo la investigación y el conocimiento del proceso y de las variables que intervienen pueden permitir no solo monitorizar la evolución de un terreno susceptible, sino la prevención de procesos destructivos como la licuefacción de suelos.

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