MITIGACIÓN DE LA LICUACIÓN EN SUELOS ARENOSOS Y LIMOSOS CON COLUMNAS DE GRAVA COMPACTADA

Conoce cómo las Columnas de Grava Compactada Mitigan los daños en Áreas Sísmicas

By: Ph.D. Carolina Hernández Valerio

La licuación de suelos es un fenómeno geotécnico donde suelos saturados pierden su resistencia y se comportan como un líquido ante un esfuerzo sísmico. Este fenómeno, especialmente en suelos arenosos y limosos, representa un desafío significativo para la estabilidad de las infraestructuras, como sucedió en Christchurch, Nueva Zelanda, durante la serie de terremotos de 2010-2011, afectando a miles de propiedades. Uno de los métodos de mitigación de licuación más utilizados es la construcción de Columnas de Grava Compactada (Rammed Aggregate Pier™ o RAP). Estas columnas se insertan en el suelo con una máquina que desplaza y densifica los estratos propensos a licuar mediante un apisonamiento vibratorio, creando columnas de grava que, al compactarse, mejoran la resistencia y rigidez del terreno.

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Estudios en Christchurch

La Comisión de Terremotos de Nueva Zelanda (EQC) financió un programa de pruebas a gran escala para evaluar varios métodos de mejora de suelos en sitios afectados por licuación en Christchurch. Entre los métodos evaluados, el sistema RAP se probó ampliamente, y los estudios analizaron la capacidad de este método para reducir el potencial de licuación mediante la densificación del suelo y el aumento de su rigidez.

Figura 1 Gravedad y extensión de los daños en el terreno por licuación registrados en el mapa en el terreno residencial de Christchurch.

Proceso de Instalación de RAP

Los elementos RAP se instalan usando un mandril vibratorio que desplaza el suelo y compacta grava de 20 a 40 mm de diámetro en las cavidades creadas, formando columnas de aproximadamente 600 mm de diámetro. Estas columnas se organizan en un patrón triangular, generalmente entre 1,5 y 3 metros de separación. Este método ha demostrado ser eficaz en suelos arenosos limpios con bajo contenido de finos, donde el índice de comportamiento del suelo (Ic) es menor a 1,8.

Figura 2 Método de construcción de mejora de suelo RAP aplicado en los tres sitios de prueba.

Resultados de las Pruebas

1. Densificación y Resistencia a la Licuación: Los resultados de pruebas de penetración de cono (CPT) mostraron que en suelos con Ic < 1,8, el método RAP aumenta significativamente la resistencia de la punta, reduciendo el potencial de licuación. En suelos limosos (Ic > 1,8), aunque la densificación fue limitada, se observó un aumento en la rigidez del suelo compuesto, lo cual contribuye a reducir la susceptibilidad a la licuación.

2. Rigidez Dinámica: Las pruebas de velocidad de onda de corte (VS) y de vibración Vibroseis revelaron que la presencia de columnas RAP incrementa la rigidez del suelo, especialmente en suelos limosos. Este incremento en la rigidez compuesta mejora la respuesta del suelo bajo esfuerzos cíclicos, reduciendo el riesgo de licuación y la generación de presiones de agua intersticial.

3. Mecanismos de Mitigación: La investigación sugiere que la combinación de densificación del suelo y un aumento de rigidez por la presencia de las columnas RAP mitiga la licuación en capas de arena limpia. Para suelos con mayor contenido de finos, el efecto de mitigación se debe principalmente a la rigidez adicional que aporta la estructura de columnas de grava compactada.

Figura 3 Trazas de CPT antes y después de la mejora del suelo mejorado con RAP en las tres áreas de prueba: (a) qc para todas las trazas, (b) Ic para todas las trazas, (c) qc para todas las capas de suelo con Ic < 1,8, y (d) qc para Ic > 1,8.

Conclusiones

El uso de columnas RAP es un método efectivo para reducir la vulnerabilidad a la licuación en suelos propensos, especialmente en suelos arenosos. Aunque en suelos limosos el efecto de densificación es menor, el aumento en la rigidez del suelo compuesto contribuye a la resistencia frente a licuación. La investigación en Christchurch proporciona una valiosa referencia sobre la efectividad de este método y cómo su diseño y espaciamiento pueden ajustarse a las condiciones específicas del suelo para maximizar la estabilidad en áreas sísmicas.

Referencias

Wissmann, K. J., Van Ballegooy, S., Metcalfe, B. C., Dismuke, J. N., & Anderson, C. K. (2015, November). Rammed aggregate pier ground improvement as a liquefaction mitigation method in sandy and silty soils. In Proc., 6th Int. Conf. on Earthquake Geotechnical Engineering. London: International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering.