La licuefacción del suelo es el fenómeno en el cual la rigidez y la fuerza del suelo se pierden bajo la acción de la fuerza sísmica o debido a las condiciones de carga rápida. La licuefacción del suelo se produce en un suelo completamente saturado.
Principio y causas de la licuefacción.
El suelo en condiciones normales se embala de cerca el uno al otro. Las partículas de suelo están estrechamente embaladas debido a las fuerzas de contacto de cada partícula. Este empaque apretado contribuye a la fuerza del suelo.
Cuando el suelo está en estado saturado, los poros y el suelo se llenan completamente de agua. Estas moléculas de agua presentes en el suelo ejercen presión sobre las partículas vecinas. La presión del agua ejercida por estas moléculas de agua aumenta con la acción rápida de la carga o las fuerzas del terremoto. Durante la licuefacción, las presiones de agua se vuelven lo suficientemente altas como para contrarrestar la atracción gravitacional de las partículas del suelo. Esto se explica en la figura-1 y figura-2 a continuación.
La figura-1 (a) muestra las partículas del suelo presentes en el estado no excitado. La columna azul de la derecha muestra la magnitud de la presión del agua de los poros en la muestra del suelo.
Fig. 1. La condición del grano del suelo en estado no alterado
La figura 1 (b) muestra las fuerzas que se crean entre las partículas del suelo durante su interacción.
La figura-2 muestra la condición del suelo a una presión de agua elevada. Aquí, se dice que el suelo está en una condición completamente saturada donde la presión de agua creciente hace que los granos del suelo “floten” como se muestra en la figura-2. Esta actividad flotante disminuye la interacción entre los granos del suelo. Esto promueve las propiedades de la licuefacción.
Fig. 2. Condición del grano del suelo en condiciones completamente saturadas
La ocurrencia de la licuefacción es el resultado de la aplicación rápida de la carga y de la rotura abajo de la arena floja, saturada y de las partículas individuales libremente-embaladas del suelo. Bajo la acción de la fuerza del terremoto o de la condición de cargamento rápida, no hay tiempo para exprimir completamente hacia fuera el agua del poro dentro del suelo. En lugar de ser exprimido, se impide que las partículas de suelo se muevan más cerca unas de otras.
Esto aumenta la presión del agua dentro del sistema del suelo. Esta presión de agua creada es muy alta en comparación con las fuerzas de contacto dentro de las partículas del suelo. Esto suaviza y debilita el depósito del suelo.
Aparte del terremoto y las acciones de gran carga, la licuefacción del suelo puede suceder debido a las prácticas de construcción como la voladura, la vibroflotación, y la compactación dinámica.
Efectos de la licuefacción.
El fenómeno de la licuefacción puede dar lugar a muchos efectos en el suelo y las estructuras tales como:
1. Ebullición de arena.
Cuando la licuefacción se produce por debajo de la superficie que está completamente compactada, la presión del agua por debajo de la superficie hace que el agua se rompa como una burbuja. Estos salen como agua hirviendo. Esto se llama como ebullición de arena.
2. Daño a las estructuras cercanas.
La licuefacción es común en el suelo que está sumergido. Estas condiciones causan un gran daño a la construcción del puente, estructuras que soportan depósitos de suelo sumergidos.
3. Debilitamiento de presas y muros de contención.
Los suelos que soportan presas y muros de contención se someten a la licuefacción, lo que resulta en el colapso de estas estructuras. A medida que las estructuras pierden la capacidad de controlar el inmenso agua, se traduce en inundaciones incontrolables.
4. Deslizamientos de superficie.
El fracaso de los cuerpos de transporte de agua puede dar lugar a deslizamientos superficiales.
5. fracaso de las estructuras bajo terremoto.
La licuefacción seguida por las fuerzas del terremoto hace que las estructuras pierdan su estabilidad. Pueden dividir o inclinarse trayendo el colapso completo de la estructura. Los últimos registros de terremotos han mostrado un gran fracaso en la construcción estructuras debidas a la licuefacción. Estos peligros no proporcionan suficiente tiempo para la evacuación que resulta en una gran pérdida de vida y propiedad.
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Importancia de la licuefacción del suelo.
Después de la licuefacción, el suelo ya no se comporta como una rejilla inactiva de partículas. La fuerza y la rigidez del suelo licuado se reducen significativamente, lo que a menudo resulta en una variedad de fallas estructurales. H ENCE, un suelo licuefecho ya no se considera estable y apto para la construcción de estructuras. No tiene capacidad para tomar incluso su propio peso o peso de las estructuras anteriores. Las estructuras de construcción construidas sobre tal tipo de depósito lean y caigan como se muestra en la figura-4 a continuación.
Fig. 4. fracaso de la estructura del edificio debido a la licuefacción del suelo, Liquifaction en Izmit, Turquía.
Por lo tanto, es muy necesario conocer la importancia del estudio de la licuefacción para que se tomen las precauciones adecuadas antes de la construcción. La comprensión de las posibilidades de licuefacción del suelo ayuda a decidir qué método de tratamiento se elegirá para hacer la licuefacción del suelo libre. Esto por lo tanto ayuda a tener una construcción más fuerte y más segura de la estructura.
Métodos para reducir los peligros de la licuefacción del suelo.
Básicamente existen tres métodos para reducir los peligros de la licuefacción:
1. Evitando la licuefacción de los suelos susceptibles.
Se debe evitar la construcción de suelos susceptibles de licuefacción. Se requiere caracterizar el suelo en un sitio de construcción determinado según los diversos criterios disponibles para determinar el potencial de la licuefacción del suelo en un sitio
Fig. 5. Licuefacción inducida por terremotos
2. Construya estructuras resistentes a la licuefacción.
En ciertas situaciones, la construcción sobre una tierra que muestra las posibilidades de licuefacción no es evitable. Por lo tanto, las estructuras de la Fundación construidas deben ser diseñadas tal manera de resistir los efectos de la licuefacción. Las principales razones para construir estructuras sobre suelos licuables son las restricciones de espacio, las condiciones favorables y otras razones.
3. Mejore el suelo.
Esto implica la mitigación de los peligros de la licuefacción mejorando la fuerza, la densidad y las características del drenaje del suelo. Esto se puede hacer utilizando una variedad de técnicas de mejora del suelo.
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