licuefacción en chile, sectores críticos, una mirada desde la

GENERACIÓN DE MAPAS DE LICUEFACCIÓN
A PARTIR DEL SISMO DE FEBRERO DE 2010
María Francisca Falcón*, Paola Ramirez*
*Servicio Nacional de Geología y Minería, SERNAGEOMIN
Avenida Santa María 0104, Santiago, Chile
[email protected],
[email protected]
RESUMEN.
Como resultado, del catastro de los fenómenos de peligros geológicos desencadenados por el
sismo del Maule del 27 de febrero de 2010, se pudo comprobar que luego de los daños
provocados por el tsunami, el fenómeno geológico más extendido fue la licuefacción de suelos. En
este trabajo se identifican los factores geológicos condicionantes de la ocurrencia de licuefacción,
y se muestra un mapa de susceptibilidad a escala 1: 1.000.000, para la zona central de Chile.
1. INTRODUCCIÓN. Chile es uno de los países más sísmicos de la Tierra, con un promedio de 1
sismo de magnitud mayor a los 8º Richter cada 10 años durante los últimos 500 años (Petit
Breuilh, 2002). Esto se debe a que Chile se ubica en el borde occidental de la placa tectónica
Sudamericana, donde la Placa de Nazca se subducta bajo la Placa Sudamericana, y se generan
los sismos debido a la liberación de energía producida en la subducción.
El sismo de magnitud 8.8 Mw del 27 de febrero de 2010, y su posterior tsunami provocaron daños
que significaron la muerte 524 personas y pérdidas económicas estimadas en $30 mil millones de
dólares. Este terremoto, de 200 segundos de duración, ocurrió en el límite entre las placas de
Nazca y Sudamericana, con una ruptura de 650 km de largo que se extiende desde la fosa chilena
hasta unos 60 km de profundidad bajo el área continental, alcanzando por el sur la localidad de
Tirúa y por el norte el puerto de Valparaíso (Fig. 1). El área más afectada se ubica en la zona
central de Chile, desde la Región de Valparaíso hasta la Araucanía, y corresponde principalmente
a las ciudades y localidades del borde costero y de la franja conocida como Depresión Intermedia
localizada entre la Cordillera de Los Andes y la Cordillera de la Costa.
El Servicio Nacional de Geología y Minería de Chile (SERNAGEOMIN), inmediatamente después
del evento sísmico realizó un catastro de los fenómenos de peligros geológicos desencadenados
por el terremoto. Como resultado se pudo comprobar que luego de los daños provocados por el
tsunami, el fenómeno geológico más extendido fue la licuefacción de suelos. Este fenómeno fue el
responsable de parte importante de los daños, principalmente en la red vial, puentes, puertos y
carreteras, causando el colapso de infraestructura pública, viviendas, y parte del servicio de agua
potable, luz, gas y alcantarillado; agravando más aún la situación posterior al evento sísmico.
Se observaron los efectos de licuefacción entre la ciudad de Valparaíso por el norte (Región de
Valparaíso) y el Lago Llanquihue por el sur, en el sector de Las Cascadas (Región de Los Lagos),
lo que se traduce en una franja de longitud superior a los 800km.
Varias son las causas del importante daño que produjo el fenómeno de licuefacción, durante el
sismo; las más importantes tienen que ver con el aumento de la vulnerabilidad, en la zona
afectada, debido a la alta densidad de población y ocupación. Se estima en alrededor de 13
millones de habitantes, cerca del 80% de la población del país, lo que implicó una cifra estimada
de 2 millones de damnificados (más del 10% de la población de Chile), asimismo, la intensiva
ocupación de suelos correspondientes al borde costero, humedales y zonas inundables
susceptibles de licuefactarse, y que históricamente han sido afectadas por estos fenómenos,
anteriormente no constituían alto riesgo puesto que no estaban pobladas.
En la actualidad, la alta demanda de suelos para la expansión urbana, requiere de una pronta
regulación e incorporación del peligro de licuefacción entre las zonas de restricción de los
instrumentos de planificación territorial (planos reguladores comunales e intercomunales) y, en las
normas de construcción antisísmica. Estos deben incluir en forma explícita la exigencia de
estudios especiales, que determinen las condiciones de mejoramiento de suelos necesarios para
el uso urbano en estas zonas.
Para dimensionar la distribución y extensión de los suelos susceptibles a licuefactarse, localizados
en la zona central de Chile, se elaboró un mapa a escala 1:1.000.000. El objetivo de este mapa es
orientar la zonificación del peligro de lucuefacción y de susceptibilidad de los suelos a la
licuefacción, a mayores escalas, lo cual debe ser visto como un objetivo prioritario de las
autoridades, para prevenir la pérdida de vidas humanas, el daño patrimonial y grandes pérdidas a
la infraestructura pública y privada, ante futuros sismos.
Definición y causas de la licuefacción:
La licuefacción es un proceso natural mediante el cual determinados tipos de suelo pierden
bruscamente su resistencia mecánica ante una carga dinámica rápida como puede ser un sismo
o, en menor medida, una tronadura. La pérdida de resistencia mecánica del suelo implica que este
se comporta momentáneamente de modo similar a un fluido, siendo capaz de migrar generando
importantes deformaciones en el sustrato.
La licuefacción se genera principalmente en suelos arenosos y areno limosos saturados en agua,
usualmente ubicados cerca de ríos, borde costero u otros cuerpos de agua, donde existe un nivel
freático muy superficial. Además, sucede en los suelos que poseen baja compactación, por
ejemplo, aquellos terrenos ubicados donde antes existieron lagos o lagunas. De igual importancia
es la licuefacción en rellenos antrópicos deficientemente trabajados, principalmente, sobre zonas
de humedales.
Cuando ocurre un sismo, la vibración eleva la presión de agua en los poros del suelo y si esta
llega a igualar o superar la fuerza de contacto entre los granos, la resistencia del suelo se reduce
a cero, experimentando licuefacción. En este caso, la capacidad de carga del suelo es nula y,
efectivamente, el suelo se comporta durante la sacudida como un líquido y cualquier estructura
cimentada en él se hunde o sufre asentamientos diferenciales (INGEOMINAS, 2003).
Algunos factores que condicionan el fenómeno de licuefacción son:
 Origen del suelo. Los suelos depositados por procesos fluviales, litorales y eólicos se
sedimentan fácilmente y sus granos tienen poca probabilidad de compactarse, de modo
que se licuarán con facilidad. Los depósitos glaciales, generalmente, ya son bastante
densos y tienen menor probabilidad de licuarse. Suelos compuestos por roca no son
licuables.
 Distribución del tamaño de los granos. La arena uniformemente graduada, de grano
muy grueso a medio tiene mayor probabilidad de licuarse, mientras que las arenas limosas
finas y las gravas lo hacen bajo cargas cíclicas muy severas.
 Profundidad de las aguas subterráneas. Mientras más cerca de la superficie se
encuentre el nivel de las aguas subterráneas (nivel freático), mayor será la probabilidad de
que ocurra licuefacción.
 Edad del depósito. Los suelos jóvenes (menos de 3.000 años) son débiles y no
cohesivos, de modo que tienen mayor probabilidad de licuarse comparado con aquellos
más antiguos donde han actuado procesos de compactación y cementación natural.
Dichos procesos incrementan su resistencia.
 Amplitud y duración de la vibración del terreno. La licuefacción de suelos bajo
condiciones de tensión provocadas por un terremoto aumenta con la magnitud y la
duración del sismo. Por esta razón, sismos pequeños licuarán únicamente los suelos más
próximos al epicentro, mientras que ante un sismo de magnitud mayor será posible
reconocer licuefacción a distancias muy grandes. En el caso del sismo del 27 febrero de
2010 se observó licuefacción hasta al menos 400 km de distancia del epicentro
(Valparaíso).

Peso del recubrimiento y profundidad del suelo. Las tensiones entre partículas
aumentan a medida que aumenta la presión del recubrimiento (a mayor profundidad).
Mientras mayor sea dicha tensión menor será la probabilidad que ocurra licuefacción. Por
lo general, se ha observado que la licuefacción ocurre a profundidades menores de 9 m y,
rara vez, a mayores de 15 m.
Efectos de la licuefacción:
El fenómeno de licuefacción se manifiesta en la superficie del terreno por la formación de grietas,
hundimientos de terreno, asentamientos diferenciales de estructuras, “golpes de agua”
(surgimiento de agua) y volcanes de arena. Los dos últimos son producto del súbito aumento de la
presión de agua de poros ocasionada por la vibración, forzando a que este fluido fluya
rápidamente a la superficie. Si el flujo asciende lo suficientemente rápido se generan “golpes de
agua”. Al mismo tiempo, el agua ascendente puede transportar partículas de arena hasta la
superficie donde son depositadas formando montículos de arena, a los que por analogía se les
denomina “volcanes de arena” (Figs. 2 a 5).
La pérdida de cohesión del suelo permite que este se pueda movilizar, diferenciándose varios
tipos de desplazamientos asociados a la licuefacción:
Flujos de tierra: Los materiales del suelo se desplazan rápidamente cuesta abajo en un estado
licuado, a veces causando coladas de barro o avalanchas.
Propagación lateral: Tipo de remoción en masa en que se produce desplazamiento limitado de
las capas superficiales del suelo a favor de pendientes suaves o hacia superficies libres, como por
ejemplo, en márgenes de ríos y taludes de terrazas fluviales. En este tipo de desplazamientos, a
menudo ocurre que las capas subsuperficiales están revestidas de cubiertas antrópicas, como por
ejemplo asfaltos. Cuando las capas más profundas se licuan, las capas superficiales antrópicas,
generalmente, se mueven lateralmente en bloques, tanto durante como después del sismo,
provocando una deformación permanente del suelo y ruptura de las cubiertas.
Flotación: Objetos enterrados en el suelo bajo licuación son desplazados. Es común que tanques,
buzones o tuberías de alcantarillado ascienden a través del suelo y floten en la superficie.
Pérdida de resistencia de soporte: Reducción de la capacidad de soporte de los cimientos
debido al debilitamiento del material del suelo subyacente o colindante. A menudo provocan que
las estructuras se hundan o dañen.
METODOLOGÍA Y ALCANCES DEL TRABAJO
Considerando los factores que condicionan los fenómenos de licuefacción: origen del suelo,
distribución del tamaño de los granos, profundidad de las aguas subterráneas, edad del
depósito y profundidad del suelo, y la observación de que estos fenómenos de licuefacción se
repiten en una misma zona cada vez que un sismo de gran envergadura afecta este territorio, se
consideró muy pertinente efectuar un mapa de todo el territorio que permita mostrar las áreas
susceptibles de sufrir licuefacción debido a las características de sus depósitos.
Utilizando SIG se les asignó a las unidades geológicas un peso determinado que permitiera
mostrar su susceptibilidad a la licuefacción, el cual se muestra en la Tabla 1. Adicionalmente,
mediante superposición de mapas se elaboró un buffer para la red hidrográfica de primer orden
(ríos y lagos) con un ancho de 100 m, que es un valor conservador de acuerdo a lo observado en
terreno para la ocurrencia de fenómenos de propagación lateral.
Al aplicar la metodología desarrollada a todo el territorio nacional, considerando la base geológica
disponible a escala 1:1.000.000, y cotejando con el catastro de daños observados el año 2010, se
obtuvo el Mapa de Chile de Susceptibilidad a la Licuefacción (Figura 6).
Tabla 1: Factores asignados a las unidades geológicas:
Alto
Medio
(3)
(2)
Unidades
geológicas
Origen del
suelo
Granulometría
o tamaño de
partícula
Edad del
depósito
Bajo
(1)
Depósitos no consolidados
Depósitos sedimentarios
litorales actuales, depósitos
fluviales activos, depósitos
lacustres y de remoción en
masa, rellenos antrópicos
(relaves), depósitos eólicos y
deltaicos.
Arenas limpias, finos limosos,
arenas con finos o arenas con
gravas y finos
Depósitos
coluviales y de
remociones en
masa
Holoceno-Pleistoceno
HolocenoPleistoceno
Gravas
arenosas
Nulo
(0)
Roca
Terrazas marinas,
fluviales, lacustres y
de remoción en masa,
depósitos
glaciofluviales,
morrénicos y
fluvioglaciales
Composición variable
entre finos limoarcillosos y arenas con
gravas
Pleistoceno-Plioceno
En el mapa se identifican zonas críticas en todo el territorio nacional, que reúnen las condiciones
de alta susceptibilidad, es decir, son suelos con un alto potencial para generar procesos de
licuefacción. Estas zonas de alta susceptibilidad se concentran en:
1) Depresión intermedia (entre las cordilleras de la Costa y Andina), debido entre otros factores a
la presencia de gran cantidad de depósitos de cenizas volcánicas;
2) Planicies litorales (al poniente de la cordillera de la Costa), por la presencia de marismas y
humedales costeros
3) Áreas ribereñas de ríos, lagos y reservoreos artificiales de agua.
En la depresión intermedia es donde se concentra la mayor cantidad de población y
consecuentemente las grandes ciudades de Chile (Santiago, Rancagua, Curicó, Talca, Chillán,
Los Ángeles), además se encuentra la red vial principal (carretera Norte-Sur) y los principales
puentes que cruzan los ríos.
Por otra parte las planicies litorales concentran la actividad portuaria y también grandes ciudadespuertos como Arica, Mejillones, Caldera, Coquimbo-La Serena, Valparaíso-Viña del Mar, San
Antonio, Constitución, Concepción-Talcahuano. Además de gran cantidad de pequeños poblados
costeros.
En las áreas ribereñas de ríos, la infraestructura principal en riesgo son los puentes, ya que estos
permiten la conectividad del país, como es el caso de los puentes que cruzan el río Bio-bío.
RESULTADOS
Considerando las restricciones de la metodología empleada, asociadas a la escala de la
información geológica existente, la zonificación de las áreas susceptibles de ser afectadas por
fenómenos de licuefacción, es consistente con la mayor parte de las observaciones. Se observa
una gran coincidencia entre las áreas susceptibles de ser afectadas por fenómenos de
licuefacción registradas en la cartografía de peligros de licuefacción elaborados a escalas
1:50.000 – 1:10.000, con posterioridad al sismo del 27 de febrero de 2010 y el resultado obtenido
en este trabajo.
Por otra parte, este mapa permite tener una visión nacional de las zonas más vulnerables a los
fenómenos de licuefacción con el objetivo de orientar y planificar estudios de detalle, los cuales
servirán para incorporar dentro de los instrumentos de planificación territorial este peligro
geológico como zonas con restricciones a la construcción.
Finalmente, esta información debe ser integrada en el diseño de políticas públicas orientadas a la
prevención y mitigación de los graves daños humanos y estructurales que causan los fenómenos
asociados a la licuefacción.
Figura 1. Zona de ruptura del terremoto del 27 de Febrero de 2010, donde se muestra la extensión de la
ruptura (650 km) y las principales ciudades de Chile. El polígono rojo muestra la extensión del área
afectada por licuefacción (Modificado de Universidad de Chile).
Figura 2: Volcanes de arena originados por la
licuefacción de los suelos, en Concepción
(Gentileza de Rodolfo Núñez).
Figura 3: Daños ocasionados por las grietas, en
calles y redes de servicio eléctrico y de agua, en
Concepción (Gentileza de Rodolfo Núñez).
Figura 4: Agrietamiento y propagación lateral en las
orillas de laguna Cahuil.
Figura 5: Colapso de Puente
licuefacción de sus fundaciones.
Tubul,
por
Figura 6: Mapa de Susceptibilidad a la Licuefacción en Chile Central.
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