Licuación de suelos: por qué el terreno se comporta como líquido

La licuación es la pérdida transitoria de resistencia de un suelo granular saturado durante una sacudida sísmica. El suelo no se convierte en agua ni se disuelve. Lo que ocurre es que la presión del agua contenida en sus poros aumenta hasta anular el contacto entre los granos, y sin ese contacto el material pierde su capacidad de soportar esfuerzos de corte.

El punto de partida es un suelo suelto, granular y saturado, es decir, con todos sus espacios vacíos llenos de agua. En reposo, el peso de las partículas se transmite de grano a grano y el agua de los poros soporta una presión relativamente baja. Esa transmisión de fuerzas entre granos es lo que se denomina esfuerzo efectivo, y es la que le da al terreno su resistencia mecánica.

Cuando llega la onda sísmica, el terreno se deforma cíclicamente, muchas veces por segundo y en direcciones alternantes. Si el material es suelto, tiende a compactarse con cada ciclo. Como está saturado y el agua no puede escapar con esa rapidez, la reducción de volumen se traduce en un aumento de la presión del agua en los poros, que empieza a soportar una parte creciente de la carga.

A medida que la presión de poro sube, el esfuerzo efectivo disminuye, porque la carga total se reparte cada vez más hacia el agua y cada vez menos hacia el esqueleto mineral. Cuando la presión de poro iguala la tensión total, el esfuerzo efectivo se anula y el suelo pierde prácticamente toda su resistencia al corte. En ese estado se comporta como un fluido denso, y cualquier estructura que se apoye en él puede hundirse, inclinarse o volcarse.

La licuación no ocurre en cualquier terreno ni en cualquier sismo. Requiere la coincidencia de tres condiciones: saturación, material granular suelto y una sacudida lo bastante fuerte y prolongada. Si falta una de las tres, el fenómeno no se desarrolla, y esa es la razón por la que dentro de una misma ciudad algunos sectores lo sufren y otros no.

La saturación es indispensable porque el mecanismo depende de que el agua quede atrapada en los poros. Por eso el nivel freático es un dato clave: por encima de él el suelo no está saturado y la licuación es improbable, mientras que por debajo el riesgo crece. Los depósitos cercanos a ríos, lagunas, deltas y rellenos artificiales suelen tener el nivel freático muy somero.

El material debe ser granular y suelto. Las arenas y los limos arenosos de grano fino, depositados de forma reciente y poco compactados, son los más susceptibles. Las arcillas plásticas y los suelos cohesivos no licuan con facilidad, porque sus partículas están ligadas entre sí por fuerzas que el aumento de presión de poro no destruye de inmediato. Un suelo denso y bien graduado también resiste mejor, porque su tendencia a compactarse es mucho menor.

La intensidad y la duración de la sacudida completan el cuadro. Hacen falta aceleraciones considerables y, sobre todo, muchos ciclos de carga: una sacudida larga sobre un depósito blando es más peligrosa a este respecto que una breve y violenta. La profundidad del depósito, su edad geológica y la distancia a un drenaje natural también influyen, porque determinan con qué facilidad puede disiparse la presión acumulada.

En superficie, la licuación deja señales reconocibles. La más característica son los volcanes de arena: pequeñas emisiones de material granular y agua que brotan por grietas y orificios del terreno, a veces formando conos alrededor de una boca. Su presencia es la prueba más visible de que la presión de poro alcanzó la superficie y de que el suelo perdió resistencia en profundidad.

También aparecen desplazamientos laterales del terreno, en los que un bloque de suelo se mueve hacia un río, un canal o un talud, agrietando y desplazando lo que tenga encima. Se observan asentamientos diferenciales, con zonas que bajan de forma desigual, y en las áreas más blandas pueden aparecer ondulaciones o hundimientos amplios. Las estructuras enterradas ligeras, como tanques y conducciones, tienden a flotar o a desplazarse hacia arriba.

El daño a las edificaciones no requiere que la construcción tenga defectos. Una cimentación superficial sobre terreno licuado pierde de golpe el apoyo que necesita: el edificio se hunde, se inclina de forma diferencial o se vuelca por completo, muchas veces con la estructura intacta. Ese es el rasgo que distingue la licuación de un problema de calidad constructiva, y lo que la hace tan destructiva en edificaciones que, de pie, habrían resistido bien.

Es importante no confundir la licuación con la amplificación de sitio. La amplificación es un fenómeno de respuesta: el depósito blando hace que el terreno se mueva con más amplitud y durante más tiempo, y el edificio sufre una demanda mayor. La licuación es un fenómeno de resistencia: el terreno no sacude más al edificio, simplemente deja de sostenerlo. Ambas pueden ocurrir en el mismo depósito y sumarse, pero son mecanismos distintos y se evalúan de forma distinta.

En Venezuela y Colombia la licuación es motivo de atención técnica en varios tipos de terreno. Preocupa en las llanuras aluviales y en los valles de ríos grandes, en los deltas y las llanuras costeras, en los rellenos artificiales ganados al mar o a los ríos y en los sectores con nivel freático somero. Los valles del Magdalena y del Cauca, con sus depósitos aluviales extensos y poco consolidados, y las tierras bajas del Caribe figuran entre las zonas donde el fenómeno se ha documentado con más frecuencia.

Los sismos que afectaron a Popayán en 1983 y al Eje Cafetero en 1999 son los casos que mejor ilustran el problema en la región. En ambos se documentaron manifestaciones de licuación y fallas del terreno en depósitos aluviales, que agravaron el daño en infraestructura y en construcciones cimentadas sobre esos materiales. Esos episodios mostraron que el comportamiento del suelo puede pesar tanto como la calidad de la estructura en el resultado final.

La evaluación se apoya en la exploración geotécnica del subsuelo. El ensayo de penetración estándar mide la resistencia que opone el terreno a un muestreador que se introduce a golpes, y el ensayo de penetración de cono ofrece un registro continuo de la resistencia y de la presión de poro. Con esos datos, el nivel freático y la granulometría se aplican procedimientos simplificados que comparan la resistencia cíclica del suelo con la demanda sísmica esperada. De ahí se derivan índices de potencial de licuación, y el método simplificado de Seed e Idriss, publicado a comienzos de la década de 1970 y recalibrado después, es la base histórica de buena parte de ellos.

La mitigación sigue tres caminos. El primero es evitar el sitio: no emplazar hospitales, colegios, depósitos de agua ni infraestructura crítica sobre los depósitos más susceptibles, y regular el uso del suelo en consecuencia. El segundo es mejorar el terreno, mediante densificación, columnas de grava, sustitución del material o instalación de drenes que aceleren la disipación de la presión de poro. El tercero es cimentar profundo, con pilotes u otros elementos que transmitan las cargas a estratos competentes por debajo del suelo licuable.

Ninguna de esas medidas se decide con criterios generales. Requieren un estudio geotécnico específico del sitio, con exploración propia y un sismo de diseño coherente con la norma vigente: la NSR-10 en Colombia y la COVENIN 1756 en Venezuela. Este material es educativo y no sustituye ese estudio ni las indicaciones de los organismos oficiales, como el Servicio Geológico Colombiano, FUNVISIS y las autoridades de gestión del riesgo.