Procesos de licuación de suelos asociados a terremotos, provincia de San Juan

Por Silvia Beatriz Palacios.

En la Argentina, el registro sísmico histórico comienza a principios del siglo XVII, décadas después de la llegada de los primeros colonizadores españoles. Los primeros antecedentes de terremotos destructivos se remontan al siglo XVII – XVIII, acontecidos el 3 de septiembre de 1692 en Talavera de Esteco (Salta) y en la provincia de Mendoza, el 22 de abril de 1782. Bondenbender (1894) realizó estudios y descripciones minuciosas de las características y los efectos secundarios generados en el terremoto de 1894, acontecido en la provincia de San Juan. Este suceso se convirtió en el mejor documentado en la Argentina para el siglo XIX y el primer estudio de los procesos de licuación asociados a sismos en el país.

Durante el siglo XIX se registraron al menos 12 sísmicos destructivos, de los cuales 11 se localizaron en la región Noroeste y sólo 1 en la región Este. A partir del siglo XX, los registros instrumentales permitieron conocer con precisión la ubicación y la magnitud de los sismos, aun en los parajes más despoblados. Desde entonces, la Argentina mantiene un importante registro sísmico, que se extiende desde la provincia de Jujuy hasta Tierra del Fuego. Este adelanto, se ha dado en forma simultánea con el desarrollo de la ingeniería y la aplicación de las normas de construcción sismo resistente. La licuación es un proceso en el que un material sólido pasa a un estado líquido. En el contexto sísmico, se refiere a la pérdida de resistencia en suelos no cohesivos saturados debido a la acumulación de presión de agua en los poros, durante la aplicación de cargas cíclicas. Según Terzaghi (1950) el "arreglo" de las partículas en arenas finas o limos gruesos puede ser tan inestable que una leve perturbación en el equilibrio de los granos provoca su reordenamiento en posiciones más estables, lo que reduce la porosidad del sedimento. Cuando este proceso ocurre por encima del nivel freático, puede generar asentamientos en la superficie del terreno, si la licuación sucede por debajo del nivel freático, las consecuencias pueden ser mucho más peligrosas, incluso catastróficas. Este fenómeno es una de las amenazas más problemáticas, ya que afecta gravemente la estabilidad de las estructuras fundadas en el suelo, pudiendo provocar la pérdida total de la resistencia y capacidad de soporte del terreno. Estos efectos negativos, también pueden extenderse a las instalaciones enterradas.
A pesar de los grandes daños que provocan estos procesos, es aún limitado su estudio en la Argentina, debido a que las estructuras que se generan son efímeras, siendo difícil su preservación en el tiempo.

Esta situación ha permitido considerarlas como un “patrimonio geológico efímero” (Palacios et al., 2024) por los importantes datos sísmicos que pueden aportar.

Historial sísmico en los depósitos de suelos en la provincia de San Juan

Los procesos de licuación se han manifestado a lo largo de toda la historia sísmica de la provincia de San Juan, desde 1894, 1944, 1952, 1977 y 2021 (FIGURA 1).

Terremoto de 1894:

El primer registro histórico fue en el terremoto del 27 de octubre de 1894, intensidad máxima de IX en la escala Mercalli Modificada (EMM), INPRES (2006), con epicentro al noroeste de San Juan y la Rioja (FIGURA 1). Fue el sismo de mayor magnitud ocurrido en la Argentina y sus efectos se sintieron a más de 200 km de distancia del foco, por lo que Bondenbender, lo denomino “Terremoto Argentino”, asignándole una magnitud de 8,2. El número de víctimas fatales fue de alrededor de 100, ya que el epicentro se ubicó en una región de densidad poblacional muy baja. Los diarios de la época describieron un sismo muy fuerte, de carácter ondulatorio y larga duración que produjo daños de consideración en las ciudades de San Juan, La Rioja, Córdoba, Catamarca y Mendoza. Con menor intensidad se sintió en Buenos Aires, en ciudades del litoral y en países limítrofes, desde el norte al sur de Chile, en Perú y en algunas poblaciones del sur de Brasil. Según relatos de la época, en febrero de 1893 se pone en alerta a la población por el aumento del caudal del rio San Juan, por lo que se estima niveles freáticos altos en las cuencas de los ríos cordilleranos, al momento del sismo, lo que habría favorecido los procesos de licuación, ampliamente distribuidos en la región. Bondenbender destacó la actuación de dos factores principales, en la generación de este fenómeno; el agua subterránea a escasos metros de profundidad y la presencia de arenas y arcillas sin cohesión, en los depósitos de suelos de valles y llanuras. Bondenbender (1894) describe los efectos del sismo, destacando los numerosos procesos de licuación, entre ellos grietas en el terreno de hasta 50 cm de ancho con emanación de agua y arena, hundimientos del terreno, cráteres y volcanes de arena (FIGURA 2). También menciona las salidas de agua en forma de chorros de hasta 2m de altura.

Terremoto de 1894:

el 15 enero 1944 se produjo un terremoto de 7,4 en la escala de Richter, con una intensidad de IX en la escala Mercalli (INPRES, 1993). El epicentro se situó a unos 20 km al norte de la capital de San Juan, en la localidad de La Laja (FIGURA1). El terremoto que duro entre 15 y 20 segundos, destruyó el 80% de la Ciudad de San Juan y se estima en más 10 mil las víctimas fatales. Este sismo es considerado el evento más destructivo que se haya registrado en el país, a partir de entonces, se incrementaron los estudios para el control urbanístico, la planificación territorial y la prevención de catástrofes, inexistentes hasta ese momento. Se documentaron numerosos procesos de licuación, con salidas de agua al exterior, formación de volcanes y cráteres de arena (FIGURA 2). Se dieron cambios notables en el nivel de las aguas subterráneas y variaciones en los manantiales de agua sulfurosa de las aguas termales (Castellanos, 1945). Se formaron conos de arena o de barro generalmente alineados sobre una grieta y también aislados, sin conexión con grieta alguna. Las extensiones de las grietas variaron entre 100 a 150 m, un ancho variable entre 30 y 40 m y a 100cm de profundidad (FIGURA 2). Con frecuencia estas grietas facilitaron la salida de agua produciendo inundaciones locales.

FIGURA 2. Terremotos de 1894 y 1944. Se observan cráteres de arena con agua y grieta de 660 m de extensión, 1 m de profundidad y ancho de 50 cm. (1894); derrumbes y cráter en una calle principal (1944)

Fuente: Bodenbender (1894). Diario La Nación del 23 de enero de 1944.

Terremoto de 1977:

El terremoto del 23 de noviembre de 1977 tuvo una Magnitud de 7,4 con epicentro en la ciudad de Caucete, San Juan. Tuvo una duración de 55 segundos y alcanzo una intensidad máxima de IX EMM, en la escala Mercalli Modificada (INPRES, 1982). Se registraron 70 víctimas fatales. La licuación de los depósitos de suelos produjo importantes daños en las obras de infraestructura y a los establecimientos industriales, ocasionando un gran deterioro a la economía de la provincia. La particularidad de este sismo fue que en el año del terremoto, debido a los grandes caudales derramados por el rio San Juan, se produjo un notable incremento en la disponibilidad de aguas para riego. Esto provocó el aumento de nivel de la falsa freática, por lo que, al momento del sismo, se encontraba muy cerca de la superficie del terreno, en casi todas las zonas afectadas por la licuación. La composición del subsuelo de la planicie aluvial del río San Juan, también fue un factor de importancia en este proceso, conformada por sedimentos areno limosos sin cohesión. La interrelación de estos factores, entre otros, favoreció los procesos de licuación, los que se extendieron a más de 260 km del epicentro. Los daños para la industria vitivinícola fueron cuantiosos, grandes tanques de vino se hundieron y provocaron grietas en el suelo, por las cuales se produjo salida de agua con arena (FIGURA 3). Algunos tanques quedaron inclinados entre 5º y 10º.

FIGURA 3. Grieta de gran extensión y profundidad; Pequeños cráteres y volcanes de arena formados por procesos de licuación en el interior de una vivienda, hundimientos de tanques de vino, perdida de resistencia en las construcciones

Fuente: Instituto sismológico de Zonda (1978, 1984), INPRES (1977, 1978). Instituto de Investigaciones Antisísmicas. Youd y Keefer (1994).

Terremoto del 18 de enero de 2021:

El sismo se registró las 23:46 hora local. La intensidad fue de VII (EMM) en la ciudad de San Juan y la magnitud Mw 6,5. El epicentro se localizó ~45 km al suroeste de la capital de San Juan (FIGURA 4). A pesar de la elevada magnitud, no hubo víctimas. La profundidad estimada del evento varió según los distintos autores entre 5,6-25km y se percibió a lo largo del centro-oeste del país. El radio máximo de influencia del sismo se estimó en 90 km, considerando la distancia desde el epicentro hasta los sitios más lejanos, donde se identificaron los efectos secundarios (FIGURA 4). El sismo afectó a terrenos cultivados, emprendimientos mineros (canteras de caliza) y áreas pobladas de la provincia. Las áreas afectadas por procesos de licuación fueron más pequeñas que en los terremotos históricos, probablemente, por su menor magnitud y por la mayor profundidad de la freática. Se registraron efectos tales como, asentamientos diferenciales, volcanes de arena con salidas de agua a la superficie, grietas, aumento en el caudal de las vertientes. Se observaron importantes daños en algunos tramos de la ruta nacional N°40, a ∼40 km del epicentro, en calles secundarias y en canales de riego al sur de la ciudad capital (Palacios et al., 2024). Más cerca del epicentro, se reconocieron numerosas grietas paralelas entre sí, en terrenos cultivados (FIGURA 4).

FIGURA 4. Terremoto del 18 de enero de 2021. Se observan numerosas grietas, desplazamientos laterales y volcanes de arena con salidas de agua a la superficie.

Fuente:Palacios, S., Oro, A. y Perucca, L. (2021) Andean Geology 48 (2): 333-349.

El estudio y reconocimiento de las estructuras de licuación se llevaron a cabo aplicando un procedimiento propuesto por Palacios y Perucca (2020). Este evento representó la primera oportunidad de aplicar dicho protocolo para un sismo de magnitud moderada a elevada en el país.

Bibliografía

• Bodenbender, G. (1894). El terremoto argentino del 27 de octubre de 1894. Boletín de la Academia Nacional de Ciencias en Córdoba, 14, 293–329.
• Castellanos, A. (1945). Cuatro lecciones sobre terremotos. Parte B: El terremoto de San Juan (Publicación Nº 6, pp. 77–243). Asociación Cultural de Conferencias de Rosario.
• Obermeier, S. F. (1989). The New Madrid earthquakes: An engineering-geologic interpretation of relict liquefaction features (U.S. Geological Survey Professional Paper 1336-B, 114 pp.). U.S. Geological Survey.
• Palacios, S., Perucca, P., Pantano, A. y Lara, G. (2017). Propuesta metodológica para el análisis de la licuefacción de suelos asociada a sismos destructivos: Pre-Andes centrales, Argentina (31°30′S y 68°25′O). Anuário do Instituto de Geociências, 40, 55–69. http://www.anuario.igeo.ufrj.br.
• Palacios, S. y Perucca, L. (2020). Patrimonio geológico efímero: Propuesta metodológica para el inventario y evaluación de las estructuras generadas por licuación de suelos durante sismos, San Juan, Argentina. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana , 72(1), 1–14.
• Palacios, S., Oro, A. y Perucca, L. (2024). Evaluación de los efectos secundarios tras el terremoto de magnitud 6,6 del 18 de enero de 2021 en San Juan, Argentina: Determinación de la intensidad sísmica mediante la escala ESI-2007. Geología Andina, 51(3), 518–537. https://dx.doi.org/10.5027/andgoV51n3-3704.
• Terzaghi, K. (1950). Mecanismo de los lados de tierra. En S. Paige (Ed.), Aplicación de la geología a la práctica de la ingeniería.

Autores

Silvia Beatriz Palacios. Doctora en Ciencias Geológicas. Profesor ordinario Jefe de trabajos prácticos Adjunto, Instituto de Investigaciones Geológicas (INGEO), Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Nacional de San Juan. silbea09@gmail.com