La licuefacción del terreno constituye uno de los fenómenos geotécnicos más relevantes en zonas con peligrosidad sísmica. Durante un terremoto, determinados suelos granulares saturados pueden perder gran parte de su resistencia al corte como consecuencia del incremento de la presión intersticial, llegando a comportarse temporalmente como un fluido.
La evaluación del potencial de licuefacción es, por tanto, una etapa imprescindible en numerosos proyectos de ingeniería civil, especialmente en cimentaciones, puentes, puertos, presas o infraestructuras lineales situadas en zonas sísmicas.
Aunque existen metodologías ampliamente aceptadas para este análisis, su aplicación requiere combinar numerosos parámetros geotécnicos, correcciones y correlaciones empíricas, lo que convierte el proceso en una tarea repetitiva y propensa a errores cuando se realiza de forma manual.
La inteligencia artificial permite desarrollar aplicaciones capaces de automatizar estos cálculos, facilitando la evaluación del potencial de licuefacción mediante los principales métodos de la literatura técnica basados en SPT, CPTu y velocidad de onda de corte (Vs).
1. Contexto
La aparición de licuefacción depende simultáneamente de las características del terreno y de la intensidad del movimiento sísmico.
Para evaluar este fenómeno resulta necesario considerar, entre otros, los siguientes parámetros:
- Magnitud del terremoto.
- Aceleración máxima esperada (PGA).
- Nivel freático.
- Peso específico del terreno.
- Tensiones tototales y efectivas.
- Resistencia obtenida mediante SPT, CPTu o Vs
El procedimiento habitual consiste en comparar la solicitación sísmica generada durante el terremoto con la resistencia del terreno frente a licuefacción.
La solicitación suele expresarse mediante la Cyclic Stress Ratio (CSR), calculada clásicamente mediante la expresión propuesta por Seed e Idriss:
CSR = 0.65 · amax g · σv0 σ'v0 · rd
donde:
- amax: aceleración máxima del terreno.
- g: aceleración de la gravedad.
- σv0: tensión vertical total.
- σ'v0: tensión vertical efectiva.
- rd: coeficiente de reducción con la profundidad.
Posteriormente, esta solicitación se compara con la resistencia cíclica del terreno (CRR) obtenida mediante diferentes metodologías empíricas.
En función de esta comparación se obtiene el conocido factor de seguridad frente a licuefacción:
FS = CRR CSR
2. Situación actual
Actualmente, la evaluación del potencial de licuefacción puede realizarse mediante diferentes metodologías empíricas desarrolladas a partir de ensayos de campo. Las más utilizadas se basan en los resultados de SPT, CPTu y velocidad de onda de corte (Vs), cada una de ellas con sus propias correlaciones, factores de corrección y ámbito de aplicación.
Métodos basados en SPT
Los procedimientos basados en el ensayo SPT constituyen una de las metodologías más utilizadas a nivel internacional. A partir del valor corregido N1,60 se estima la resistencia cíclica del terreno (CRR), aplicando posteriormente diferentes factores de corrección relacionados con la magnitud del terremoto, el contenido en finos o la tensión efectiva.
Aunque se trata de un procedimiento ampliamente validado, requiere aplicar numerosas correcciones que deben realizarse de forma consistente para obtener resultados fiables.
Métodos basados en CPTu
El ensayo CPTu permite evaluar la resistencia frente a licuefacción a partir de parámetros continuos obtenidos durante la penetración, como la resistencia de punta normalizada qc1Nq o el índice de comportamiento del suelo Ic
Su principal ventaja es la elevada resolución espacial del ensayo, que permite identificar con mayor precisión capas potencialmente licuables. Sin embargo, la aplicación de las distintas correlaciones publicadas requiere conocer las hipótesis y limitaciones de cada metodología.
Métodos basados en velocidad de onda de corte (Vs)
Las metodologías basadas en la velocidad de propagación de la onda de corte estiman la resistencia frente a licuefacción utilizando el parámetro Vs1 corregido por tensión efectiva.
Estos procedimientos resultan especialmente útiles cuando se dispone de ensayos geofísicos o cuando se pretende complementar la información obtenida mediante SPT o CPTu, proporcionando una evaluación independiente del comportamiento dinámico del terreno.
Cada una de estas metodologías presenta ventajas y limitaciones, por lo que en numerosos proyectos resulta recomendable comparar los resultados obtenidos mediante varios métodos antes de establecer una conclusión definitiva sobre el potencial de licuefacción.
En este contexto, la inteligencia artificial permite integrar todas estas metodologías dentro de una única aplicación, automatizando las diferentes correcciones y facilitando la comparación entre los distintos procedimientos de cálculo.
3. Análisis técnico
El cálculo del potencial de licuefacción implica encadenar numerosas operaciones que deben ejecutarse de forma consistente para obtener resultados fiables. Además del cálculo del CSR y del CRR, es necesario aplicar diferentes factores de corrección y verificar que todos los parámetros utilizados corresponden a las condiciones del terreno y del escenario sísmico analizado.
Cuando este procedimiento se realiza manualmente o mediante hojas de cálculo complejas, resulta habitual invertir una parte importante del tiempo en tareas repetitivas de cálculo y comprobación, especialmente cuando se analizan varios sondeos o se comparan distintas metodologías.
La inteligencia artificial permite desarrollar aplicaciones capaces de automatizar todo este flujo de trabajo, integrando en una única herramienta las diferentes etapas del análisis.
Entre las funcionalidades que pueden incorporarse destacan:
- Importación de datos procedentes de ensayos SPT, CPTu o Vs.
- Cálculo automático del CSR a partir de los parámetros sísmicos y geotécnicos del proyecto.
- Aplicación automática de las correcciones contempladas en cada metodología (MSF, tensión efectiva, normalizaciones, entre otras).
- Obtención del CRR mediante el método seleccionado por el usuario.
- Cálculo del factor de seguridad frente a licuefacción para cada profundidad analizada.
- Representación gráfica de los resultados y exportación automática en formato PDF.
De esta forma, el ingeniero puede analizar diferentes escenarios o comparar varias metodologías de cálculo en cuestión de segundos, dedicando el esfuerzo a la interpretación de los resultados y no a la ejecución de cálculos repetitivos.
4. Ejemplo práctico de aplicación
Como ejemplo de este enfoque, se ha desarrollado una aplicación específica para el cálculo del potencial de licuefacción mediante diferentes metodologías de la literatura técnica.
En la pantalla de inicio se introducen los parámetros sísmicos del proyecto y varios factores de cálculo como son el factor de reducción de tensiones o el factor de amplificación topográfica.
Tras esto, se elige la metodología y procedimiento de cálculo que se quiera (SPT, CPTu o Vs). Dentro de cada uno se definen las características del terreno necesarias para el cálculo en función del método seleccionado.
Para el cálculo mediante CPTu se puede usar nuestra aplicación de gestión y tratamiento de datos de ensayos CPTu, la cual eprmite descargar un archivo excel con la información necesaria para el cálculo del potencial de licuefacción.
A partir de esta información la herramienta calcula automáticamente el CSR, aplica las diferentes correcciones necesarias y obtiene la resistencia cíclica del terreno mediante las metodologías seleccionadas.
Los resultados incluyen el perfil de factor de seguridad frente a licuefacción, la comparación entre métodos y los parámetros intermedios utilizados durante el cálculo, facilitando la revisión y validación por parte del ingeniero.
La aplicación permite además comparar diferentes metodologías dentro de un mismo estudio, facilitando el análisis de sensibilidad y la evaluación de las diferencias existentes entre los distintos enfoques propuestos en la literatura técnica.
Todos los resultados pueden exportarse en formato PDF, permitiendo documentar el cálculo e incorporarlo directamente a los informes geotécnicos.
Este ejemplo demuestra cómo la inteligencia artificial permite desarrollar herramientas técnicas capaces de automatizar cálculos geotécnicos complejos, facilitando la aplicación de metodologías clásicas de evaluación de la licuefacción y reduciendo significativamente el tiempo dedicado al procesamiento de datos, sin sustituir el criterio técnico del ingeniero responsable.
Prueba la aplicación de cálculo del potencial de licuefacción
Disponible en versión web y en versión descargable, lo que permite a cualquier profesional acceder a ella, explorar sus funcionalidades y adaptarla a sus necesidades.