Contrariamente a la sabiduría convencional, la licuefacción del suelo durante los terremotos puede ocurrir lejos de los epicentros, en condiciones de drenaje y con niveles de densidad de energía sísmica relativamente bajos. El hallazgo de un equipo internacional de investigadores podría permitirnos evaluar y prepararnos mejor para los riesgos de terremotos.

Uno de los peligros más catastróficos e inquietantes relacionados con los terremotos es la licuefacción del suelo. Esto ocurre cuando las sacudidas sísmicas aumentan temporalmente el espacio entre los granos individuales del suelo, provocando una pérdida de solidez. El suelo comienza a comportarse como un líquido viscoso, en el que pueden hundirse vehículos, edificios y otras estructuras. Al mismo tiempo, la infraestructura enterrada, como las tuberías, puede “flotar” hacia la superficie (ver figura). La licuefacción también puede provocar que el suelo se extienda y se agriete, e incluso provocar deslizamientos de tierra.

Si bien la licuefacción del suelo puede ser un efecto devastador de un terremoto, puede tener aplicaciones útiles. Los ingenieros civiles inducen deliberadamente la licuación para mejorar la calidad del suelo antes de la construcción y minimizar el riesgo de licuación sísmica. Esto se puede hacer mediante voladuras, compactación dinámica y vibroflotación, que implica una gran sonda vibratoria.

Condiciones sin drenaje

Tradicionalmente, la licuefacción sísmica se ha asociado con condiciones sin drenaje (suelo que no drena agua de forma natural) cerca de los epicentros de los terremotos. Sin embargo, los geocientíficos también han observado que se produce licuefacción lejos del epicentro con niveles más bajos de energía sísmica.

"Este es un escenario bastante común", explica Shahar Ben-Zeev, sismólogo de la Universidad Hebrea de Jerusalén. Por ejemplo, señala, “muchos de los eventos de licuefacción que ocurrieron durante la famosa secuencia de terremotos de Canterbury de 2010-2011 que causaron una enorme cantidad de daños en Christchurch, Nueva Zelanda, ocurrieron en el campo lejano, bajo una entrada de densidad de energía sísmica muy baja. .”

Para comprender cómo esto es posible, Ben-Zeev y sus colegas realizaron simulaciones a escala de grano y experimentos físicos sobre la respuesta de capas de granos sin cohesión y saturados de agua a la sacudida horizontal. Los experimentos físicos se llevaron a cabo en una caja transparente, dentro de la cual una serie de transductores de presión permitían medir tanto el movimiento del grano como la presión de los poros.

Flujo de líquido intersticial

Los investigadores descubrieron que, incluso en condiciones de drenaje, las sacudidas sísmicas pueden desencadenar un flujo de fluido intersticial dentro del suelo, lo que lleva a la acumulación de gradientes excesivos de presión de poro y, como resultado, a la pérdida de resistencia del suelo. Se observó que la licuefacción drenada se desarrolla rápidamente, guiada por el movimiento a través del suelo de un frente de compactación a una velocidad limitada por la tasa de inyección de energía sísmica.

"El mecanismo clásico no drenado se percibe como un proceso acumulativo, es decir, la presión de los poros aumenta gradualmente con el tiempo", explica Ben-Zeev. Sin embargo, añade: “En el escenario drenado, la presurización es rápida y más instantánea. En consecuencia, encontramos que el parámetro de control para la licuefacción drenada es la potencia sísmica (la tasa de entrada de densidad de energía sísmica al suelo)”.

Los hallazgos, señaló el equipo, también tienen implicaciones sobre cómo interpretamos las características geológicas relacionadas con la licuefacción asociadas con terremotos pasados ​​que no se han medido con instrumentos sísmicos.

“Los procedimientos de toma de decisiones y formulación de políticas con respecto a la preparación para terremotos se basan en catálogos de terremotos, principalmente el intervalo de tiempo de recurrencia de una determinada magnitud de terremoto en una región, explica Ben-Zeev. Una forma de construir un catálogo que se remonta a antes de los registros de instrumentos, señala, es examinar la deformación de los sedimentos blandos en el registro geológico.

"Si se encuentran pruebas de eventos de licuefacción del suelo, es posible calcular los parámetros del movimiento del suelo que desencadenaron la licuefacción y luego limitar la distancia epicentral y la magnitud", afirma. "Nuestro estudio, que demostró que la licuefacción puede iniciarse bajo sacudidas de intensidad relativamente baja, exige un nuevo examen del movimiento paleoterrestre posiblemente sobreestimado".

No explicado completamente

Oliver Taylor, ingeniero geotécnico con ECS limitada quien no participó en el estudio cree que el trabajo es significativo: “[Ben-Zeev y sus colegas] brindan una visión profunda de los suelos que se licuan fuera del régimen clásico no drenado. Esto es algo que se ha observado in situ, pero que nuestro conocimiento actual no explica completamente”.

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Sin embargo, Taylor señala que el equipo solo probó la condición de suelo más suelta posible en arena uniforme no compactada. "El problema con esto", añade, "es que sólo crea el 'peor de los casos' a partir del cual se 'validan' los resultados, y puede no ser representativo de las condiciones in situ donde se realizó la licuefacción de baja densidad de energía". observado".

Calificando el estudio de "muy interesante", Chi-Yuen Wang − un geofísico aplicado de la Universidad de California, Berkeley – señala que “no está claro por qué [la] simulación no consideró la compresibilidad del suelo poroso, dado que este último es el componente principal del almacenamiento de suelo a poca profundidad, que controla la evolución de la presión de los poros”.

Una vez completado su estudio inicial, Ben-Zeev y sus colegas han estado utilizando el mismo marco teórico para explorar el misterio de cómo la licuefacción del suelo puede ocurrir muchas veces en el mismo lugar. No se espera que esto ocurra porque el episodio inicial debería densificar el suelo y evitar la relicuefacción en el futuro.

El estudio se describe en Naturaleza Comunicaciónes.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/