RIESGO LICUEFACCIÓN.
UN FENÓMENO MUY POCO ESTUDIADO, QUE NO HAY QUE SUBESTIMAR.
Los casos históricos de licuación comenzaron a hacerse cada vez más notables a partir del terremoto de Niigata en 1964. Desde de entonces innumerables metodologías han sido desarrolladas para tratar de mitigar sus efectos. Como sabemos, el fenómeno de licuefacción es el estado físico en el que se encuentra un terreno arenoso saturado cuando su resistencia al corte se reduce rápida y notablemente por efecto de la acumulación de presiones intersticiales. Fisicamente se distingue entre tres fenómenos de licuefacción diferentes. Cíclica, movilidad cíclica y fluidificación. Durante el proceso en que actúa la fuerza exterior, por lo general una fuerza cíclica sin drenaje, tal como una carga sísmica de magnitud superior a 5,5° con PGA > 0,15 g y duración de al menos 15 – 20 segundos, 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. Los efectos pueden ser debastantes para aquellas estructuras que se encuentren en este tipo de terreno. Los edificios cuyos cimientos están directamente en la arena que se licúa experimentan una pérdida de apoyo repentina, que resulta en el asentamiento drástico (asentamiento absoluto) e irregular (asentamiento diferencial) del edificio. Forúnculos de arena pueden entrar en erupción en los edificios a través de bocas de conexión de servicios, puede causar colapsos de plataformas, corrimientos, rotaciones, etc. De ahí la importancia fundamental de prevenir técnicamente con el objetivo de mitigar el daño potencial debido a la licuefacción.
PELIGROSIDAD SISMICA
Las normas sismorresistentes intentan evitar la pérdida de vidas humanas, y reducir el daño y el coste económico de los terremotos. Para ello establecen unos criterios y recomendaciones, que han de ser tenidas en cuenta a la hora de construir los edificios o infraestructuras, con el objetivo de que sufran los menores daños posibles y no se desplomen en caso de fuertes sacudidas.
En la actual norma española, el territorio se divide en diferentes zonas teniendo en cuenta su nivel de peligrosidad (calculándose el terremoto más fuerte probable para un periodo de 500 años). Los valores que figuran en el mapa son los correspondientes a la aceleración sísmica dada en valores de g (aceleración de la gravedad).
El mapa permite observar que la zona con mayor peligrosidad sísmica se localiza en las regiones españolas más próximas al límite entre las placas tectónicas euroasiática y africana. Pero también la mayor parte del contorno mediterráneo, Pirineos y parte de Galicia muestran un nivel de riesgo apreciable.
Mapa de peligrosidad sísmica de España 2015 (en valores de aceleración) Fuente Instituto Geográfico Nacional.
ESQUEMA DE INTERVENCIÓN LIQUEMIT DE GEOSEC.
A continuación indicamos algunas de las preguntas más frequentes. Para cualquier aclaración o necesidad no dude en contactar con nuestra oficina técnica: oficinatecnica@geosec.es.
Licuefacción de terrenos en condiciones sísmicas y mejora del terreno ¿qué hacer?
Una vez realizados los controles técnicos oportunos, si una zona está a riesgo de licuefacción será necesario intervenir realizando una mejora del terreno en las capas que se podrían ver afectadas. Las inyecciones de resinas GEOSEC permiten consolidar el terreno para garantizar condiciones geotécnicas respetando el Factor de Seguridad Fs.
¿Cómo evaluar el riesgo de licuefacción del terreno?
Como ya indicado, es posible utilizar métodos histórico empíricos, métodos simplificados o métodos avanzados. Éstos últimos son más complejos y los más empleados son los simplificados con la determinación del factor seguridad Fs = CRR/CSR. Éstos se basan en ensayos in situ (SPT, CPT, DH) y ensayos de laboratorio CRR.
¿Cuáles son las técnicas para la mejora de terrenos?
Las intervenciones de consolidación de terrenos infrayacentes a la cimentación se pueden dividir en tratamientos “activos” y tratamientos “pasivos”. Se definen activas las intervenciones que mejoran las propiedades mecánicas del terreno mediante acciones directas como densificación o cementación. Las tecnologías de intervenciones de tipo “activo”, para la reducción del riesgo de licuefacción en zonas con edificios ya construidos, tienen que utilizar herramientas de tamaño limitado que operen solo en la zona exterior de la estructura realizando perforaciones de diámetro pequeño, sub-verticales, curvilíneas direccionadas, o sub-horizontales con el fin de no producir vibraciones que puedan afectar la estática del edificio.
¿Qué tipo de intervenciones se pueden hacer en terrenos aluviales?
En caso de terrenos aluviales es posible realizar diferentes tipos de intervenciones. Cada una de ellas presenta limitaciones y/o contraindicaciones que dependen de diferentes factores, como por ejemplo las características granulométricas y de permeabilidad del terreno, el perfil estratigráfico, la profundidad y el espesor de los estratos licuefactibles, el nivel de mejora a obtener, la accesibilidad a las zonas de subsuelo a tratar, el tamaño de las herramientas y maquinarias, las vibraciones producidas durante la obra, el coste de la intervención etc.
Es necesario indicar que cada intervención de mejora tendrá que:
- Incrementar la resistencia cíclica de los materiales tratados en cantidad suficiente para evitar que se repita el fenómeno en caso de terremoto igual al que ha ocurrido anteriormente;;
- Tener una impacto ambiental bajo;
- Resultar ser lo menos invasivo posible para la zonas edificadas;
- Involucrar superficies limitadas;
- No alterar las aguas intersticiales ni su química (podrá ser posible solo en zona cercana a los edificios);
- Tener características estables y que duren en el tiempo.
Durante el tratamiento los edificios tendrán que estar bajo monitorización topográfica constante para registrar posibles efectos secundarios. Gracias a los conocimientos, adquiridos hasta ahora, de las litologías del terreno bajo los edificios, los métodos más adecuados y de los cuales se posee más experiencia son:
TRATAMIENTOS ACTIVOS
- a) Inyecciones de permeación con mezclas ligantes (“permeation grouting”)
- b) Inyecciones de compactación (“compaction grouting”)
TRATAMIENTOS PASIVOS
- a) Saturación parcial (“Induced Partial Saturation”).
- b) Drenajes.
¿Qué cosa son las inyecciones de compactación? (compaction grouting)
La finalidad de esta técnica es reducir vacíos y cavidades en terrenos granulares a través de inyecciones de una mezcla de cemento para compactar el terreno incrementando la resistencia a la licuefacción, la rigidez y la reducción de la permeabilidad. En resumen se inyecta la mezcla de cemento a presiones elevadas hasta 3.5 Mpa de abajo arriba a través de tubos de acero colocados en el terreno a una distancia de 1.5 – 3.0 m. El volumen del material inyectado puede variar del 3 al 20% del volumen de terreno tratado. Las inyecciones de compactación generan columnas “consolidadas” que tiene función portante si se ejecutan bajo la cimentación de edificios ya construidos o de nueva construcción; pueden ser utilizadas para llevar al nivel inicial edificios que hayan sufrido rotaciones y es, además, un factor de mejora de las propiedades mecánicas del subsuelo.
¿Qué ventajas tienen las inyecciones de resina con respecto a las de cemento?
Las inyecciones de cemento tienen algunas limitaciones tanto operativas como a nivel de resultado con respecto a las inyecciones de resinas sintéticas. En primer lugar las resinas son más ligeras que las mezclas de cemento en cuanto éstas últimas pueden llegar a un peso de 2000 kg/m3 mientras que las resinas, una vez terminada la reacción química, pueden flotar en agua y no aumentan el peso del terreno. Las resinas tienen una reacción muy rápida (pocos minutos) y consolidan el terrenos con efectos inmediatos; las mezclas de cemento, en cambio, necesitan varios días antes de finalizar su reacción. Las resinas se pueden inyectar tanto en zonas ya edificadas como en zonas exteriores o no edificadas, gracias a herramientas muy prácticas y manuales y no producen levantamientos evidentes, a diferencia de las mezclas de cemento que pueden producir levantamientos de varios centímetros. Las resinas se pueden identificar gracias a sistemas geofísicos de control de la intervención porque se diferencian con respecto al terreno; las inyecciones de cemento, a causa de su naturaleza y de las presiones de inyección elevandas, es posible que se pierdan en el terreno y esto complica su identifcación durante la obra.