Lección número 7: Licuefacción

Lección número 7: Licuefacción
La licuefacción es un fenómeno en el cual la fuerza y la rigidez de la tierra es reducida
por el movimiento de un temblor u otro movimiento rápido. La licuefacción puede
causar grandes daños durante un temblor.
En esta clase, los estudiantes explorarán los efectos de la licuefacción cuando pasan
temblores que dañan edificios, construyendo un simple modelo. Los estudiantes
también discutirán las diferentes maneras de reducir los peligros de la licuefacción.
Esta actividad está diseñada para 1 hora de clase. Esta lección fue adaptada por Beven et
al. (1995)
Materiales
200 g de surtido de arena fina (de arenero)
1 vaso de plástico limpio de ¼ de litro
1 plato para pastel
1 plomo o un peso similar (al menos de 60 gramos)
Tijeras
Periódico para cubrir el área de trabajo
Agua
Introducción
1. Cubrir la mesa con periódico y el lugar del vaso de plástico, poner la arena fina en el
papel. Preguntar a los estudiantes si el material es adecuado para construir una
estructura usando únicamente la arena. La respuesta es no. La arena está seca y
separada, y esta no puedo ser capaz de tomar ninguna forma. Introduce el tema “no
consolidados” el cual se refiere a lo individualidad, material no cementado así como la
arena seca de la playa.
Las partículas de un material no consolidado pueden separarse fácilmente. Preguntar a
tus estudiantes que piensan sobre las diferentes formas para hacer que los granos de
arena queden juntos. Una forma para poner los granos de arena juntos es mezclarlos con
cemento y agua, el cual produce concreto. Introduce el tema “consolidado” el cual se
refiere al material compactado y cementado. Las partículas de un material consolidado
no se separan fácilmente y pueden tomar forma tales como: ladrillos, arcos y columnas.
Hay algunas formas básicas que permiten a las personas construir estructuras de una
variación infinita.
2. Explicar a tus alumnos que la pérdida de sedimentación contiene espacios vacíos o
poros entre los granos de arena. Algunas veces, los poros entre los granos están llenados
con agua. Dales un ejemplo y ellos pueden narrar el cómo regar de una maceta. Los
espacios vacíos entre los sedimentos secos son llenados con agua cuando la planta está
siendo regada. Introduce el tema “saturación de la tierra” el cual se refiere al suelo, en el
cual los espacios entre partículas individuales están completamente llenas de agua.
Explica a tus estudiantes que esté, el agua, ejerce presión en las partículas de la tierra, y
que ninguna aplicación de presión externa de la tierra empuja hacia un lado las
partículas de la tierra.
3. Ahora, llena el vaso de plástico con arena disuelta y arena seca. Pregunta a los
estudiantes el pronóstico de qué ocurre con las partículas de la arena cuando tú golpeas
cuidadosamente de nuevo el recipiente sobre la mesa. El golpeteo causa la
sedimentación de los granos colocándolos juntos y volviéndose compactos. Preguntar a
los estudiantes que podría pasar si los poros son llenados con agua cuando ellos aprietan
la arena. Los granos sedimentados empujan el agua fuera de los espacios de los poros
cuando ellos se van acercando a cada uno, es similar a cuando el agua es exprimida en
una esponja o ropa. Explicar a los estudiantes que durante un temblor pasan cosas
diferentes: el movimiento hecho por las ondas sísmicas ocurren tan rápido que hay poco
tiempo para que el agua salga de la forma de los granos en sedimentación. Como los
granos sedimentados son empujados juntos, ellos empujan el agua que está atrapada
entre los espacios de los poros. Estos incrementos presionan el agua de los poros y
ocasionan que los granos se separen ya que ellos están empujando. Esto es llamado
licuefacción.
4. Explicar a tus estudiantes que la licuefacción puede causar un gran daño durante un
temblor. Pregúntales que piensan sobre cómo la licuefacción puede ocasionar daño,
particularmente a las estructuras. Anima a tus estudiantes a que piensen sobre otros
tipos de daños provocados por el incremento de la presión del agua debido a la
licuefacción. (Ejemplo: desprendimiento de tierras, colapso de presas, etc.)
5. Mostrar a tus estudiantes fotografías de estructuras dañadas por la licuefacción.
Procedimientos
1. Dividir a los estudiantes en grupos de cuatro. Designa un puesto de trabajo por cada
equipo. Cada puesto de trabajo deberá tener el material enlistado en la parte superior
que esta al inicio de la lección.
2. Decirle a un estudiante de cada equipo que corte alrededor de 5 mm de la parte de
abajo del vaso de plástico e invierte la taza en medio del plato para pastel como se
muestra en la figura 1. Dile al estudiante que tome el vaso firmemente y que vierta la
arena lentamente en la parte de debajo del vaso a un nivel de 10 a 20 mm hasta llenarlo.
Nivela la arena usando los dedos suavemente. No agites el recipiente.
3. Decirle a un estudiante que coloque suavemente el plomo sobre el nivel de la
superficie de la arena y lentamente vierte el agua dentro del plato para pastel por la parte
de afuera del recipiente y de la arena.
4. Decir a los estudiantes que observen que es lo que pasa. El agua comienza a moverse
dentro del arenero lentamente. Decirles a los estudiantes que le digan cuándo la tierra
este saturada completamente.
5. Una vez que la tierra este saturada, decirle a un estudiante que tome el recipiente
firmemente, mientras otro estudiante le da algunos golpecitos a un lado del plato para
pastel. Decir a los estudiantes que observen lo que pasa con el peso del plomo. El peso
comienza a hundirse dentro de la arena mojada. Este fenómeno es llamado licuefacción.
El incremento de la presión del agua en los poros reduce la fuerza del contacto entre las
partículas de la arena, debilitando toda la arena depositada y haciéndola actuar más
como un líquido que como un sólido, de ahí el nombre de licuefacción.
6. Decirle a los estudiantes que el plomo y los golpecitos en este experimento se adapta
a la vida real. El plomo puede ser ocupado por un edificio por la saturación de arena o
tierra. Los golpes constantes representan un temblor largo. Inicia un debate para
preguntar a los estudiantes que piensan sobre los efectos de la licuefacción, en las
personas, casa, escuela, líneas de utilidad enterradas (gas, agua, drenaje) tierras
agrícolas, centros médicos, estación de bomberos y materiales que han sido metidos en
el suelo como desperdicio venenoso. Explicar a los estudiantes que las estructuras
pesadas pueden hundirse de repente o moverse debido a la licuefacción, como el plomo,
en el experimento de arriba. Meter material u objetos más ligeros (como los tanques de
gasolina) pueden moverse y algunas veces flotan a la superficie durante la licuefacción
(esto puede ser examinado, observando los resultados con objetos enterrados en la
arena).
7. Preguntar a tus estudiantes que piensan sobre las formas de reducir el riesgo de
licuefacción cuando construyen nuevas estructuras tales como edificios y carreteras.
Iniciar un debate para preguntarles que opinan sobre las formas por las cuales la presión
del agua en los poros puede ser reducido. Densificación de la tierra y mejora de la
capacidad de sus drenajes, son dos métodos importantes por los cuales el riesgo de la
licuefacción pueden ser reducidos. Decir a los estudiantes qué pueden hacer ellos para
modificar el experimento anterior para esta evaluación. Los alumnos pueden densificar
la arena en el vaso de plástico presionándolo usando sus manos y/o haciendo pequeños
hoyos en el vaso para permitir que el agua salga del vaso. Si el tiempo lo permite, deje
que los estudiantes aporten sus ideas en la evaluación.
8. Recordar a los estudiantes los factores principales de la licuefacción: la flexibilidad y
la sedimentación no consolidada, agua y fuertes temblores. Teniendo esto en mente,
pregúnteles que piensan sobre dónde están ellos más a gusto para ver la licuefacción
inducido por un temblor. Las áreas de la tierra cerca de los ríos o rodeados por los
niveles del mar, pueden ser propensos a los peligros de la licuefacción. En los ejemplos
pueden incluir las costas, pantanos y áreas llenadas artificialmente y aguas subterráneas
poco profundas.
Recursos útiles de Internet
Este sitio proviene de la información básica sobre el “qué”, “cuándo”, “dónde”, “por
qué” y “cómo” de la licuefacción (Universidad de Washington, Colegio de Ingeniería):
http://www.ce.washington.edu/~liquefaction/html/main.html
Un video sobre la licuefacción (Universidad del Estado Utah):
http://www.juniorengineering.usu.edu/lessons/earthquake/earthquake.php
Referencias
Beven, R.Q., Crowder, J.N., Dodds, J.E., Vance, L., Marran, J.F., Morse, R.H., Sharp,
W.L., Sproull, J.D., 1995, Detectives de Temblores y Sismos: paquete de un maestro de
7º a 12º grado (segunda edición), Unión Americana de Geofísicos y Agencia de
Dirección Federal de Emergencias UDFE. (Federal Emergency Management Agency
FEMA 253, 364 p).
Figura 1. Diagrama de la instalación de la licuefacción.