Licuefacción del suelo: el fenómeno sísmico que convierte terreno firme en arena movediza

Un suelo que se comporta como líquido

Para entender la licuefacción hay que partir de algo que parece evidente pero que la mayoría de las personas nunca ha necesitado cuestionar: el suelo firme que sentimos bajo los pies no siempre lo es. En condiciones específicas, ciertos tipos de terreno pueden perder completamente su capacidad de soportar cargas durante un evento sísmico y comportarse, en cuestión de segundos, como un fluido espeso.

La licuefacción ocurre cuando un suelo arenoso saturado —con sus poros completamente llenos de agua— es sometido a las vibraciones de un sismo. Esas vibraciones generan presión en el agua contenida entre las partículas del suelo. Cuando esa presión aumenta lo suficiente como para igualar la presión de confinamiento del terreno, la tensión efectiva entre partículas cae a cero. El resultado es un suelo que ya no se comporta como un sólido: actúa como una suspensión viscosa, incapaz de soportar el peso de ninguna estructura sobre él.

Visualmente, el fenómeno produce imágenes que resultan difíciles de creer. El terreno expulsa agua y arena por grietas en lo que se conoce como volcanes de arena o sand boils. Los edificios pueden hundirse verticalmente, inclinarse o volcarse sobre su costado. Las tuberías subterráneas más livianas que el suelo licuado flotan hacia arriba. Las calles se agrietan y deforman. Todo esto puede desarrollarse en minutos.

Por qué el agua es el factor determinante

La resistencia de un suelo granular depende del contacto entre sus partículas. Mientras esas partículas se tocan entre sí, se generan fuerzas de fricción que le dan al suelo su capacidad portante. Esta resistencia se describe a través de la tensión efectiva:

σ’ = σ − u

donde σ es la tensión total, u es la presión de poros y σ’ es la tensión efectiva. Es esta última la que controla el comportamiento mecánico del suelo, incluyendo su resistencia al corte.

Durante un sismo, las ondas de vibración comprimen y liberan el suelo repetidamente a una velocidad que el agua no puede compensar drenando hacia afuera. La presión de poros u sube de forma sostenida hasta que se iguala con la tensión total σ. En ese punto, σ’ = 0. Las partículas pierden contacto entre sí, la resistencia al corte cae prácticamente a cero y el conjunto se convierte en una suspensión de arena en agua.

Este mecanismo fue formalizado por H. B. Seed e I. M. Idriss en su trabajo de 1971, que estableció el procedimiento simplificado para evaluar el potencial de licuefacción. Su metodología sigue siendo la referencia técnica fundamental en este campo y sustenta los procedimientos exigidos por la normativa colombiana vigente.

Los casos históricos que definen la comprensión del fenómeno

La licuefacción no es un fenómeno teórico. Ha causado daños masivos en eventos sísmicos documentados, y su estudio sistemático comenzó a partir de dos sismos que ocurrieron con meses de diferencia en 1964.

El caso de Christchurch merece atención especial porque ilustra algo particularmente relevante para el contexto colombiano: la magnitud del sismo no tiene que ser extrema para que la licuefacción sea devastadora. Con 6,3 Mw, el evento por sí solo no habría sido catastrófico. Fueron las condiciones del suelo —depósitos aluviales saturados, sueltos y poco densos— las que convirtieron un sismo moderado en un desastre de primera magnitud.

Qué suelos son vulnerables y cuáles no

No todo suelo licua. El fenómeno requiere una combinación específica de características que, cuando se dan juntas, crean las condiciones para que ocurra. La siguiente tabla resume la susceptibilidad a licuefacción según la clasificación SUCS (ASTM D2487), que es el sistema de referencia estándar en la práctica geotécnica colombiana:

La vulnerabilidad aumenta cuando se combinan tres condiciones: suelo suelto con densidad relativa baja, gradación uniforme con escasos finos plásticos, y nivel freático cercano a la superficie. Cuando esas tres condiciones se presentan juntas, el suelo está en su condición de mayor susceptibilidad.

Esta distinción es clave para entender por qué dos terrenos que visualmente parecen similares pueden tener comportamientos radicalmente distintos frente a un mismo sismo. La composición granulométrica, el nivel de compactación y la profundidad del nivel freático son los factores determinantes, y ninguno de ellos es visible desde la superficie.

Cómo se evalúa el riesgo: la metodología de Seed e Idriss

La evaluación del potencial de licuefacción de un suelo es una tarea de ingeniería geotécnica que requiere datos de campo y análisis especializado. El procedimiento más utilizado internacionalmente se basa en comparar dos magnitudes: el esfuerzo cíclico que impone el sismo sobre el suelo y la resistencia cíclica del material a ese esfuerzo.

Paso 1: Calcular la relación de esfuerzo cíclico (CSR)

La CSR (Cyclic Stress Ratio) representa la demanda que el sismo impone al suelo:

CSR = 0,65 × (amax / g) × (σv / σ’v) × rd

donde:

• amax = aceleración máxima del terreno en superficie
• g = aceleración de la gravedad (9,81 m/s²)
• σv = esfuerzo vertical total en la profundidad de análisis
• σ’v = esfuerzo vertical efectivo en la misma profundidad
• rd = factor de reducción por flexibilidad de la columna de suelo, que disminuye con la profundidad y vale aproximadamente rd ≈ 1,0 − 0,00765z para z ≤ 9,15 m, donde z es la profundidad en metros

El coeficiente 0,65 es un factor de escala que convierte el historial de carga irregular del sismo en ciclos uniformes equivalentes, conforme a la metodología original de Seed e Idriss (1971).

Paso 2: Estimar la resistencia cíclica del suelo (CRR)

La CRR (Cyclic Resistance Ratio) representa la capacidad del suelo para resistir la licuefacción. Se estima a partir de ensayos de campo, principalmente el ensayo de penetración estándar (SPT) o el ensayo de penetración con cono (CPT). El valor de SPT se corrige por energía, sobrecarga y características del suelo para obtener el valor normalizado (N₁)₆₀, que es el insumo directo para estimar la CRR mediante las curvas de Seed et al. (1985) actualizadas por Youd et al. (2001).

Paso 3: Calcular el factor de seguridad frente a licuefacción

FS = CRR / CSR

La interpretación es directa:

En la práctica profesional se exige un factor de seguridad mínimo de 1,25 para considerar que el suelo no licuará, aunque en proyectos críticos —infraestructura hospitalaria, puentes, plantas industriales— este umbral puede elevarse. La definición del nivel de exigencia depende de las características de la estructura y del nivel de riesgo aceptable para el proyecto específico.

La NSR-10 en su Título H establece que en zonas de amenaza sísmica alta e intermedia, y cuando las condiciones del suelo así lo ameritan, el estudio geotécnico debe incluir la evaluación del potencial de licuefacción. Para entender cómo esa zonificación sísmica define los requisitos de diseño en diferentes ciudades del país, el artículo sobre [microzonificación sísmica en Colombia](enlace interno) ofrece el contexto normativo completo.

Zonas de riesgo en Colombia: lo que señala la evidencia técnica

Colombia tiene una exposición sísmica significativa y una geografía que, en varias regiones, combina alta sismicidad con depósitos de suelos susceptibles a licuefacción. El riesgo no está distribuido de manera uniforme en el territorio.

Las zonas costeras del Pacífico colombiano presentan condiciones de particular atención: alta amenaza sísmica derivada de la subducción de la placa de Nazca, depósitos costeros y aluviales de baja densidad y niveles freáticos cercanos a la superficie. Esta combinación hace que la licuefacción sea una consideración real en proyectos de infraestructura en esa región.

En el interior del país, las zonas de mayor atención son los valles aluviales activos con depósitos de arenas y limos saturados próximos a cauces fluviales. En Antioquia, los depósitos aluviales del río Medellín en su recorrido por el Valle de Aburrá contienen materiales granulares que, dependiendo de su densidad y estado de saturación en cada punto, pueden requerir evaluación específica en proyectos con condiciones de carga y exposición sísmica relevantes. Esto no significa que el Valle de Aburrá tenga un riesgo generalizado de licuefacción: significa que en zonas específicas próximas al cauce y sobre depósitos aluviales superficiales, la evaluación forma parte de una práctica geotécnica responsable.

El Servicio Geológico Colombiano ha desarrollado estudios de microzonificación sísmica para varias ciudades del país, incluyendo Medellín, que identifican sectores con diferentes condiciones de suelo y respuesta sísmica. Esos estudios son el insumo técnico de referencia para la planificación y el diseño en contextos urbanos, y deben consultarse en conjunto con el estudio geotécnico específico del predio.

Qué se hace cuando hay riesgo: mitigación y diseño

Identificar potencial de licuefacción en un terreno no significa automáticamente que no se pueda construir sobre él. Significa que el diseño debe reconocer ese riesgo y adoptar medidas de mitigación apropiadas para las condiciones específicas del sitio.

La selección de la medida adecuada no puede hacerse desde una guía general. Requiere conocer la estratigrafía real del terreno, el nivel freático, la intensidad sísmica esperada en el sitio según la zonificación de la NSR-10 y las características de la estructura a construir. El estudio geotécnico específico del predio es el único camino técnicamente válido para tomar esa decisión.

Aviso de exención de responsabilidad

El contenido de este artículo tiene carácter exclusivamente informativo y divulgativo. No constituye asesoría técnica ni profesional para ningún proyecto específico. Las condiciones del suelo y los requisitos normativos varían según el municipio, el tipo de proyecto y las características particulares de cada predio. La información general aquí presentada no reemplaza la evaluación detallada de un especialista sobre tu caso concreto. Si tienes un proyecto en mente o inquietudes sobre el suelo de tu terreno, contáctanos: en Suelos y Suelos YM podemos revisar las condiciones específicas de tu predio y darte una asesoría técnica basada en datos reales, no en generalidades.