¿Qué es la licuación de suelos y dónde ha ocurrido en Chile?

La licuación de suelos es uno de los fenómenos geotécnicos más importantes asociados a los grandes terremotos. En determinadas condiciones, un suelo que aparentemente presenta una capacidad de soporte adecuada puede experimentar una pérdida significativa de resistencia durante un sismo, generando asentamientos, desplazamientos laterales, grietas, expulsión de agua y arena y, en casos severos, fallas de estructuras y fundaciones.

Chile, debido a su elevada actividad sísmica, ha experimentado este fenómeno en numerosas oportunidades. De hecho, después del terremoto del Maule de 2010 se identificaron más de 180 sitios con evidencias de licuación, distribuidos aproximadamente entre La Calera y el lago Llanquihue, en una extensión cercana a 950 km.

Esto demuestra que la licuación no es un fenómeno excepcional en Chile y que debe ser considerada dentro de la evaluación geotécnica de determinados terrenos.

¿Qué es la licuación de suelos?

La licuación ocurre principalmente cuando un suelo granular, suelto y saturado es sometido a una solicitación cíclica, como la producida por un terremoto.

Durante el sismo, las partículas del suelo intentan reorganizarse debido a las vibraciones. En un depósito saturado y poco denso, esta tendencia a compactarse genera un aumento de la presión de poros.

Al aumentar la presión del agua contenida entre las partículas, disminuye la tensión efectiva que mantiene en contacto a los granos del suelo:

σ' = σ - u

donde:

• σ' = tensión efectiva;

• σ = tensión total;

• u = presión de poros.

Si la presión de poros aumenta suficientemente, la tensión efectiva puede disminuir de manera importante y, con ella, la resistencia al corte y la rigidez del suelo.

En términos simples, el suelo pierde temporalmente gran parte de su capacidad para transmitir esfuerzos a través del contacto entre sus partículas.

Por eso se utiliza el término "licuación", aunque el suelo no necesariamente se transforma literalmente en un líquido. Lo que ocurre es una pérdida significativa de resistencia y rigidez que puede hacer que el comportamiento del terreno se asemeje, durante un determinado período, al de un material fluido.

¿Qué tipos de suelo son susceptibles de licuarse?

La susceptibilidad a la licuación depende de múltiples factores, pero existen algunas condiciones especialmente relevantes:

• Suelos arenosos o areno-limosos.

• Depósitos sueltos o de baja densidad relativa.

• Suelos saturados o con nivel freático cercano a la superficie.

• Depósitos recientes de origen fluvial, aluvial, deltaico o litoral.

• Rellenos artificiales poco compactados.

• Algunos depósitos de origen volcánico con determinadas características granulométricas y de estado.

Por esta razón, la licuación suele estar asociada a llanuras fluviales, terrazas recientes, bordes de ríos y lagos, zonas costeras, humedales y rellenos artificiales.

Sin embargo, no basta con conocer la granulometría y la posición del nivel freático. La susceptibilidad depende también de la densidad del suelo, su estado tensional, composición, estructura y comportamiento cíclico.

¿Qué daños puede producir la licuación?

La licuación puede manifestarse de diferentes maneras. Entre las más frecuentes se encuentran:

Asentamientos y hundimientos

Cuando el suelo pierde resistencia y posteriormente se densifica, puede producirse un asentamiento permanente del terreno.

Esto puede provocar daños importantes en viviendas, pavimentos, caminos, rellenos y estructuras.

Desplazamiento lateral o lateral spreading

Cuando existe una superficie libre cercana, como un río, lago, canal o borde costero, la pérdida de resistencia puede producir el desplazamiento horizontal de grandes masas de suelo.

Este fenómeno puede generar grietas paralelas al borde del cauce y desplazamientos de varios decímetros o incluso metros.

Durante el terremoto del Maule de 2010, este mecanismo produjo daños importantes en las riberas del río Biobío y en diferentes lagunas y humedales de la zona de Concepción.

Expulsión de agua y arena

Una de las manifestaciones más conocidas son los denominados "volcanes de arena", donde el incremento de presión de poros genera la expulsión de agua y partículas finas hacia la superficie.

Falla de fundaciones y estructuras

La pérdida de capacidad portante y los asentamientos diferenciales pueden provocar inclinación, hundimiento o desplazamiento de estructuras.

También pueden producirse fallas en puentes, estribos, terraplenes, puertos, muelles y estructuras enterradas.

Antecedentes históricos de licuación en Chile

Chile posee una extensa historia de grandes terremotos y, aunque el fenómeno de licuación no siempre fue reconocido o documentado con la terminología geotécnica actual, investigaciones posteriores han permitido identificar evidencias compatibles con este mecanismo en diferentes terremotos históricos.

Un estudio realizado sobre los antecedentes de licuación en Chile identificó evidencias asociadas, entre otros, a los terremotos de 1646, 1906, 1960 y 1985, además de una gran cantidad de sitios afectados durante el terremoto del Maule de 2010.

Terremoto de Valparaíso de 1906

El terremoto de 1906 afectó severamente a Valparaíso y Viña del Mar. Los estudios históricos muestran que las condiciones locales del terreno tuvieron una influencia importante en la distribución de los daños.

En particular, sectores conformados por rellenos artificiales, depósitos lacustres y suelos susceptibles a licuación presentaron comportamientos significativamente más desfavorables que terrenos de mayor competencia.

Este antecedente resulta especialmente interesante para las ciudades costeras, donde pueden coexistir rellenos, depósitos arenosos, niveles freáticos elevados y antiguas zonas de humedales.

Terremoto de Valdivia de 1960

El terremoto de Mw 9,5 de 1960, el mayor terremoto instrumentalmente registrado, produjo numerosas fallas del terreno en el centro-sur de Chile.

Estudios posteriores han identificado evidencias de licuación y otros mecanismos de falla del terreno en Valdivia, Puerto Montt, Llanquihue y otros sectores.

En Puerto Montt, por ejemplo, existe incluso documentación específica sobre la licuación de arenas durante el sismo de mayo de 1960.

En Valdivia, investigaciones modernas han interpretado algunas de las fallas observadas durante el terremoto como consecuencia de licuación de arenas saturadas y/o falla cíclica de materiales arcillosos sensibles.

Terremoto de 1985

El terremoto del 3 de marzo de 1985 también dejó antecedentes de licuación en la zona central.

Uno de los casos documentados corresponde al Muelle Prat de Valparaíso, donde se produjeron daños en estructuras de contención y hundimiento de rellenos, asociados al incremento de las presiones de agua en el terreno.

Este tipo de evidencia resulta especialmente relevante para sectores portuarios y terrenos ganados al mar, donde la combinación de rellenos, materiales granulares y niveles freáticos elevados puede generar condiciones desfavorables.

La licuación durante el terremoto del Maule de 2010

El terremoto del 27 de febrero de 2010 (Mw 8,8) constituye probablemente el mejor ejemplo moderno de la importancia de la licuación en Chile.

Después del terremoto se realizó un extenso catastro que identificó más de 180 sitios con evidencias de licuación, desde La Calera hasta el lago Llanquihue.

Las principales concentraciones de sitios afectados se localizaron en:

Sur de la Región Metropolitana

Se observaron numerosos casos en sectores como Champa, Paine y Abrantes, incluyendo daños en viviendas, calles y pasos a desnivel.

Retiro y Parral

La zona de Retiro-Parral presentó numerosos asentamientos, grietas y expulsión de material.

En algunos sectores, las deformaciones del terreno generaron daños importantes en viviendas y pavimentos.

Concepción y Arauco

Esta fue una de las zonas donde el fenómeno alcanzó mayor relevancia.

Los depósitos arenosos asociados al sistema fluvial del río Biobío, junto con niveles freáticos relativamente superficiales, generaron condiciones especialmente favorables para la licuación.

Se observaron asentamientos, grietas, expulsión de arena y desplazamientos laterales en sectores de Concepción, Hualpén, San Pedro de la Paz, Coronel y Arauco.

El fenómeno también afectó riberas de ríos, lagunas y humedales, donde la presencia de una cara libre permitió desarrollar importantes desplazamientos laterales.

La licuación también ocurrió lejos del epicentro

Uno de los resultados más interesantes del terremoto de 2010 fue comprobar que la licuación puede producirse a grandes distancias de la zona de ruptura.

Se identificaron evidencias en Valdivia, Lago Ranco, Lago Villarrica, Lago Calafquén, Panguipulli y Lago Llanquihue.

Los casos más alejados correspondieron a Playa Calcurrupe, en el Lago Ranco, aproximadamente 280 km desde la zona de ruptura, y Las Cascadas, en el Lago Llanquihue, aproximadamente 350 km.

Esto es particularmente importante porque demuestra que la evaluación del potencial de licuación no puede realizarse únicamente en función de la distancia al epicentro.

¿Qué zonas de Chile presentan antecedentes de licuación?

Considerando los antecedentes históricos y, especialmente, el catastro realizado después del terremoto de 2010, existen registros de licuación en numerosas zonas del país.

Entre las más relevantes se encuentran:

Zona	Principales antecedentes
Valparaíso y Viña del Mar	Terremotos históricos, incluyendo 1906 y 1985
Sur de Santiago	Champa, Paine, Abrantes y sectores de la cuenca del Maipo
Nancagua	Evidencias importantes durante 2010
Retiro – Parral	Numerosos casos de asentamientos y grietas
Concepción	Amplia evidencia de licuación y desplazamiento lateral
San Pedro de la Paz	Suelos arenosos, humedales y riberas
Hualpén	Depósitos asociados a la llanura del Biobío
Coronel – Arauco	Licuación y desplazamientos laterales
Valdivia	Evidencias asociadas a 1960 y 2010
Puerto Montt	Evidencias de licuación durante 1960
Lago Ranco	Evidencias durante 2010
Lagos Villarrica, Calafquén y Panguipulli	Evidencias durante 2010
Lago Llanquihue	Evidencias, incluyendo Las Cascadas, durante 2010

El catastro del terremoto de 2010 también identificó antecedentes en otros sectores y ambientes geotécnicos, incluyendo terrenos ganados al mar, puertos, muelles, terraplenes y tranques de relaves.

¿Cómo se evalúa el potencial de licuación de un terreno?

Desde el punto de vista de la ingeniería geotécnica, la pregunta importante no es solamente si un terreno "es arenoso", sino si las condiciones del depósito permiten que se genere un aumento significativo de presión de poros durante un terremoto.

La evaluación puede realizarse mediante diferentes metodologías y ensayos de terreno, entre ellos:

• SPT (Standard Penetration Test).

• CPT/CPTu (Cone Penetration Test).

• Ensayos de velocidad de onda de corte Vs.

• Ensayos de laboratorio para caracterización granulométrica y propiedades índice.

• Determinación del nivel freático.

• Evaluaciones de susceptibilidad y potencial de licuación mediante metodologías desarrolladas a partir de terremotos históricos.

En Chile, la evaluación debe considerar además las disposiciones de la normativa sísmica y geotécnica aplicable al proyecto.

¿Por qué es importante estudiar la licuación antes de construir?

La principal ventaja de una investigación geotécnica adecuada es que permite identificar el problema antes de que se transforme en un problema estructural.

Un terreno que presenta potencial de licuación puede requerir modificaciones en el sistema de fundación, densificación o mejoramiento del suelo, reemplazo de materiales, drenaje, fundaciones profundas u otras soluciones.

Por el contrario, construir sin identificar esta condición puede llevar a diseñar fundaciones sobre parámetros que no representan adecuadamente el comportamiento del terreno durante un terremoto.

En este sentido, la investigación geotécnica no solamente permite determinar la capacidad portante estática del suelo. También permite evaluar cómo se comportará el terreno frente a las solicitaciones sísmicas, identificando mecanismos como la licuación, los asentamientos post-sísmicos y el desplazamiento lateral.

La importancia de conocer la historia del terreno

Uno de los aspectos más interesantes de la licuación en Chile es que un terreno que ha licuado en el pasado puede volver a hacerlo durante un terremoto futuro.

Los estudios realizados a partir del terremoto de 2010 encontraron evidencias de licuación reiterada en algunos sectores asociados a los ríos Maipo, Tinguiririca, Itata, Biobío y Calle-Calle, así como en sectores de lagos y zonas portuarias.

Por este motivo, conocer la historia sísmica y geotécnica de un terreno constituye una herramienta muy valiosa para evaluar el riesgo.

Conclusión

La licuación de suelos es un fenómeno complejo que depende de la interacción entre tipo de suelo, densidad, saturación, nivel freático, estado tensional y características del terremoto.

Los antecedentes históricos muestran que Chile posee numerosas zonas donde este fenómeno ya se ha manifestado, particularmente en depósitos arenosos y areno-limosos saturados, llanuras fluviales, bordes de lagos, sectores costeros, humedales y rellenos artificiales.

El terremoto del Maule de 2010 demostró además que la licuación puede producirse a cientos de kilómetros de la zona de ruptura y que sus consecuencias pueden ir mucho más allá de un simple asentamiento del terreno.

Por ello, ante un proyecto ubicado sobre depósitos potencialmente susceptibles, la pregunta no debería ser solamente "¿cuál es la capacidad portante del suelo?", sino también:

¿Cómo se comportará este suelo durante el próximo gran terremoto?

Una adecuada investigación geotécnica y evaluación del potencial de licuación permite responder esta pregunta antes de diseñar las fundaciones y, cuando corresponde, adoptar oportunamente medidas de mitigación o mejoramiento del terreno.