Mecánica del suelo – Dilactancia y licuefacción de arenas
La dilactancia es la propiedad de los suelos para exhibir deformaciones volumétricas cuando se los requiere por corte. La dilactancia es positiva si v↑ y negativa si v↓.
En el caso de los suelos compactados bajo la acción del corte aumentan de volumen. Por el contrario, suelos con poca cohesión sufren una disminución de volumen. Es importante mencionar que la dilactancia también está influenciada por el tipo de suelo y su estructura interna. Por ejemplo, los suelos arcillosos tienden a tener una dilactancia negativa debido a su alta cohesión y plasticidad, mientras que los suelos arenosos suelen tener una dilactancia positiva debido a su baja cohesión y alta porosidad.
ecrítico (índice de vacíos crítico):
El índice de vacíos crítico corresponde al índice de vacíos último o residual que permanece luego de una gran deformación de los suelos. Este índice es esencial para entender el comportamiento de los suelos bajo diferentes condiciones de carga y puede ser determinado a través de ensayos de laboratorio.
Índice de vacíos para la resistencia residual última: es el índice de vacíos para el cual se anulan las variaciones volumétricas durante el corte (dilactancia nula). En esa situación el suelo está en estado crítico. Este estado crítico es un punto de referencia importante en la mecánica de suelos, ya que indica el límite de deformación que un suelo puede soportar antes de sufrir un cambio significativo en su estructura.
Ángulo de rozamiento a volumen constante
Es el ángulo de rozamiento que él suelo exhibe cuando posee un índice de vacíos crítico. Esta es una característica del suelo, que depende apenas de la respectiva curva gránulométrica. El ángulo de rozamiento a volumen constante es un parámetro clave en el diseño de cimentaciones y estructuras de contención, ya que determina la resistencia al corte del suelo.
Licuefacción de las arenas
Ocurre bajo la acción de los sismos. Ciertas arenas pierden en esta situación, temporalmente la resistencia corte. Este fenómeno es particularmente peligroso en áreas con alta actividad sísmica, ya que puede provocar el colapso de estructuras y edificios.
En un sismo (requisitos rápidos) por disminución de volumen, se verá un aumento de las tensiones neutras (μ) hasta que éstas igualen las tensiones totales (μ=σ). Este aumento de las tensiones neutras puede generar una condición de inestabilidad en el suelo, lo que puede llevar a la ocurrencia de deslizamientos y otros tipos de fallas geotécnicas.
Con esta situación sucede, las tensiones efectivas se anulan (σ´=0), y la resistencia corte del suelo es nula pudiendo suceder la licuefacción del suelo. Este proceso de licuefacción puede ser acelerado por la presencia de agua en el suelo, ya que el agua reduce la fricción entre las partículas del suelo y facilita su movimiento.
Existen grandes probabilidades de suceder una licuefacción en los cimientos de edificios, sobre arenas, en zonas sísmicas, si estas arenas en su estado natural tuvieran índices de vacíos superiores al índice de vacío crítico. Por lo tanto, es esencial realizar un análisis geotécnico adecuado antes de la construcción en áreas con alto riesgo de licuefacción.
Si una arena en estas condiciones fuese requerida por corte tiende a disminuir de volumen. Si ella estuviese saturada, la acción del sismo provoca una disminución de volumen y un aumento de las presiones neutras (presión del agua). Esta combinación de factores puede llevar a la ocurrencia de la licuefacción, un fenómeno que puede tener consecuencias devastadoras en términos de daños a las estructuras y pérdida de vidas humanas.
Si la presión del agua igual las tensiones totales de este suelo, las tensiones efectivas resistentes de las partículas se anulan y el suelo se fluidifica comportándose entonces como un líquido. Este comportamiento fluido del suelo puede provocar el colapso de las estructuras fundadas sobre él, ya que la resistencia al corte del suelo se reduce significativamente.
Este fenómeno sucede si ocurriera un sismo con una vía de acción extensa, de forma rápida y con sentido a variar rápidamente. Si el requisito sísmico fuese muy rápido y muy localizado, los excesos de tensión neutra rápidamente se disiparían. Luego del suceso del sismo, las partículas del suelo tienen tendencia a reagruparse con una compactación mayor a la que presentaban anteriormente al sismo. Este proceso de recompactación puede llevar a la formación de capas de suelo con diferentes propiedades geotécnicas, lo que puede afectar el comportamiento futuro del suelo bajo cargas adicionales.
La figura a continuación indica un esquema simplificado que ilustra este fenómeno
Esquema simplificado para explicar la licuefacción: a) antes de la licuefacción, b) durante la licuefacción, c) luego de la licuefacción.
La licuefacción tiene o puede tener efectos catastróficos en cualquier estructura fundada sobre un macizo en el que ocurre acción sísmica. Por lo tanto, es esencial tomar medidas preventivas para mitigar el riesgo de licuefacción, como la mejora del suelo mediante compactación o la utilización de técnicas de cimentación profunda.
Estas figuras representan el colapso de diversas estructuras debido a la acción sísmica: (1) derrumbe estructural de un edificio de estacionamiento de automóviles; (2) deslizamiento de tierras en una carretera; (3) ruptura de pilares de un edificio; (4) ruptura parcial de un viaducto en una carretera. Estos ejemplos ilustran la importancia de considerar el riesgo de licuefacción en el diseño y construcción de estructuras en áreas sísmicas.