Fragmento de uno de los módulos del “Curso de licuefacción de suelos durante terremotos: fundamentos y técnicas de mitigación“.
Métodos de mejora ante problemas de licuefacción. Uno de los métodos:
Contenido
1.1. Desaturación. Tratamientos biotecnológicos
En los últimos años se han desarrollado tratamientos físicos y biológicos con el objeto de conseguir mejorar las características mecánicas y el comportamiento geotécnico de suelos licuefactables o conseguir su desaturación parcial. A continuación repasamos algunos de los más sobresalientes, que aunque todavía se encuentran en fase de estudio teórico y experimental, resultan muy prometedoras a medio plazo.
1.1.1. Desaturación parcial inducida
En este tipo de técnicas se propone inyectar aire en la masa del suelo licuefactable, tratando de no provocar hidrofractura en el mismo, por lo que resultan aptos para el tratamiento de suelos de soporte de estructuras ya ejecutadas. Se basan en la inyección a presión mediante una bomba, que consigue que pequeñas burbujas de aire queden atrapadas dentro del sistema intersticial del suelo.
Yoshimi et al. (1989) ya habían determinado en ensayos de corte torsional cíclico en laboratorio que la inyección de burbujas de aire en el interior del suelo conseguía aumentar la resistencia a la licuefacción CRR por un factor de 3 al hacer que descendiera el grado de saturación de las probetas ensayadas a un 70%.
La desaturación puede tener lugar, incluso, como efecto secundario durante la puesta en obra de otro tipo de contramedidas frente a la licuefacción. Así, Okamura et al. (2004) determinaron que tras la puesta en obra de columnas de arena se producirían desaturaciones hasta niveles del 70 al 91% del grado de saturación tras la instalación de estas soluciones de sustitución-densificación profunda. Algunos investigadores (como Camp et al., 2010) señalan que para asegurar la durabilidad del método, sería conveniente realizar reinyecciones periódicas.
Una de las principales incertidumbres de este método (como sucede en la desaturación biológica que veremos en el apartado 3.6.2) es la estabilidad a largo plazo del tratamiento. Okamura et al. (2006) determinaron en emplazamientos ensayados previamente, donde se habían ejecutado columnas de arena, que la variación del grado de saturación había resultado muy pequeña (para ello, tomaron muestras inalteradas de suelo mediante sondas de congelación).
Existen otros métodos físico-químicos alternativos a la inyección de aire a presión (Shi et al., 2019), como la electrólisis o la inyección de reactivos químicos (como el perborato de sodio, que genera oxígeno en interior del suelo).
A pesar de encontrarse en un estado inicial de desarrollo, las técnicas de inyección de aire podrían beneficiarse de la existencia de equipos ya utilizados en proyectos de remediación ambiental (como por ejemplo la técnica de air sparging, utilizada desde mediados de los años 80 para conseguir la volatilización de contaminantes hidrocarbonados mediante la inyección de aire por debajo del nivel freático, dentro del volumen intersticial contaminado, como indican Camp et al., 2010).
Sin embargo, Camp et al. (2010) señalan las dos incertidumbres principales de esta metodología para su uso como potencial método de mitigación de la licuefacción: por un lado, todavía no es bien conocido cómo se distribuyen las burbujas de aire, si lo hacen de forma uniforme o si crean paquetes parcialmente saturados envueltos por zonas saturadas (o, incluso, canales de aire que han sido observados en aplicaciones de air sparging). Por otro lado, los investigadores indican que se deben realizar más ensayos para comprobar si la desaturación el suelo no puede implicar un aumento de la compresibilidad del suelo, lo que podría suponer un cierto nivel de asentamientos impuesto sobre las estructuras que se encuentren sobre el suelo tratado.
1.1.2. Tratamientos biotecnológicos
DeJong et al. (2013) describen un intenso trabajo en el estudio de ciertos procesos biológicos que pueden conseguir la mejora resistente de suelos, entre los que se pueden destacar estas aplicaciones:
- Precipitación inorgánica: uno de los procesos más interesantes, y que mayor número de esfuerzos ha recibido en el campo de las mejoras microbianas, es el correspondiente a la precipitación inducida microbiológicamente de calcita.
Este efecto se consigue gracias a la actividad metabólica de la Sporosarcina pasteurii, que consigue la hidrólisis enzimática de urea, generando subproductos y un pH adecuados para que se produzca la precipitación de carbonato cálcico en los contactos intergranulares de suelos arenosos. El proceso se muestra de forma simplificada en el siguiente esquema (Ortiz Palacio et al., 2016):
Este tipo de técnicas consiguen la cementación entre granos del suelo, por lo que se posiciona como una técnica muy atractiva para conseguir aumentar la resistencia y disminuir la compresibilidad de suelos arenosos, así como de conseguir disminuir notablemente su susceptibilidad a la licuefacción. Para estimar la aplicabilidad de estos métodos, se han realizado multitud de ensayos de laboratorio así como varias experiencias de campo, que han dado lugar a resultados bastante prometedores.
Además, estos métodos están también siendo usados con éxito en aplicaciones de reparación y regeneración de hormigones y fábricas de mampostería.
- Generación de gases para procesos de desaturación: si en un suelo arenoso saturado conseguimos introducir un volumen suficiente de burbujas de gas en el agua intersticial, el suelo resultante quedará parcialmente saturado y, por ello, decrecerá de una forma muy importante su susceptibilidad a sufrir licuefacción (Sherif et al., 1.997; Ishihara et al., 2.001). Por ejemplo, se pueden utilizar técnicas de desnitrificación bacteriana con la Acidovorax sp. mediante la generación de nitrógeno y dióxido de carbono que quedan en forma de burbujas en el agua intersticial:
- Formación de biopelículas: los microorganismos se adhieren a las partículas del suelo, generando sustancias poliméricas extracelulares (EPS, Extracellular Polymeric Substances) durante su actividad metabólica. Esta biopelículas así formadas consiguen algunas cambios de gran interés en algunos suelos: pueden aumentar la resistencia a la erosión o disminuir la permeabilidad del suelo.
