Vulnerabilidad a los procesos de subsidencia y licuefacción

En consecuencia de la frecuente e intensa actividad sísmica que ocurre en las inmediaciones de los valles agrícolas de Mexicali e Imperial, históricamente se han reportado episodios severos de licuefacción y subsidencia asociada (Ulrich, 1941; Sylvester, 1979, Zelwer y Granell, 1982; Suárez-Vidal et al., 2007, 2008; McCrink et al., 2011); estos procesos han sido responsables de importantes afectaciones a obras civiles.

Los métodos comunes para evaluar el potencial de licuefacción del suelo consideran las propiedades físicas del suelo, amplitud y duración de la perturbación cíclica que se ejerce. Las anteriores variables se agrupan en los términos conocidos como, resistencia a la licuefacción del suelo (CRR) y demanda sísmica del suelo (CSR), respectivamente. Correspondiendo a pruebas de mecánica de suelos las técnicas más populares para estimar la resistencia a la licuefacción del terreno.

Por otro lado, la velocidad de propagación de las ondas elásticas transversales ha sido relacionada con variaciones cíclicas de esfuerzo para evaluar el potencial de licuefacción del suelo. La velocidad de las ondas transversales se determina mediante sondeos sísmicos en pozos (Andrus y Stokoe, 2000).

Shelley et al. (2015) mencionaron que el método pasivo de análisis de microtremores y el método activo de análisis multicanal de ondas superficiales actualmente son utilizados para evaluar el potencial de licuefacción del terreno. Los autores implementaron los anteriores métodos de prospección sísmica y pruebas de penetración estándar (PPE) en la ciudad de Mexicali, como resultado definieron un estrato superficial, menor a 20 metros de profundidad, susceptible a licuefacción. Dicho estrato se asoció a un rango de velocidades de ondas transversales de 100 − 200 [𝑚 ∙ 𝑠−1].

Con base en la determinación del módulo de cortante realizada en el presente trabajo, obtenida mediante el análisis de la deformación elástica de los materiales que constituyen la formación acuífera estudiada; consideramos que las velocidades de propagación de ondas elásticas transversales (𝑣𝑠) determinadas

alfa (𝛼) y la porosidad (𝜂), complementadas por la profundidad del nivel freático medida en campo (𝑁𝐹); para plantear un criterio simple de determinación de la vulnerabilidad a la licuefacción de los materiales que constituyen la formación acuífera en las inmediaciones de los pozos de monitoreo estudiados.

El criterio propuesto determina cualitativamente la susceptibilidad de los materiales en las inmediaciones de los pozos de monitoreo a la ocurrencia de licuefacción alta, moderada o nula; la vulnerabilidad se define de forma conservadora mediante la representación gráfica del conjunto de variables mencionadas. La elección de los parámetros poroelásticos considerados se fundamenta en lo siguiente:

 El coeficiente Biot-Willis tiende a uno en materiales porosos, donde la compresibilidad de la fase sólida es insignificante y son propensos a la suspensión de partículas en consecuencia del aumento de la presión de poro, por ejemplo sedimentos no consolidados; mientras que tiende a valores bajos en materiales consolidados poco porosos, en los que la compresión es mínima. Adicionalmente, con base en el principio de esfuerzo efectivo se observa que el coeficiente de Skempton alfa es responsable de amplificar o atenuar la variación de la presión de poro.

 La porosidad representa directamente la relación de vacíos que se considera en el procedimiento simplificado para evaluar el potencial de licuefacción de un suelo propuesto por Seed e Idriss (1971). Particularmente, el rango de variación de porosidad considerado en nuestro criterio de evaluación, corresponde al rango de variación de la relación de vacíos en arenas de Nevada EE. UU. reportado por Yamamuro y Lade (1998). Adicionalmente, el valor mayor del rango de variación de porosidad contemplado es comparable con el valor teórico máximo para arenas limosas (Freeze y Cherry, 1979; Domenico y Schwartz, 1997).

 El rango de variación de la velocidad de propagación de ondas elásticas transversales, corresponde al definido mediante el método pasivo de análisis de microtremores y método activo de análisis multicanal de ondas superficiales en el Valle de Mexicali reportado por Shelley et al. (2015).  La profundidad del nivel freático corresponde a las mediciones realizadas en cada uno de los pozos

considerados durante el intervalo de tiempo correspondiente a cada escenario de análisis y que son reportados en el presente trabajo, Tabla 5. Se ha observado que el fenómeno de licuefacción raramente ocurre a profundidades del nivel freático mayores de 20 metros (Seed e Idriss, 1971).

La Figura 23 muestra la integración de las estimaciones del coeficiente alfa, velocidad de ondas transversales, porosidad y la medición de la profundidad del nivel freático, correspondientes al pozo C-03.

Con base en el criterio planteado, conservadoramente se determinó nula a moderada vulnerabilidad a licuefacción de los materiales que constituyen la formación acuífera en las inmediaciones del pozo C-03; sin embargo, la susceptibilidad puede aumentar significativamente como resultado de la cercanía del pozo C-03 a los sistemas de fallas activas que históricamente han originado actividad sísmica; en las proximidades del pozo en cuestión se considera para el diseño de obras civiles una aceleración pico del terreno de 0.38 𝑔 (379.81 [𝑚 ∙ 𝑠−2]) según reporta INEEL (2017).

La Figura 24 ilustra la comparación de susceptibilidad a licuefacción de los materiales que constituyen la formación acuífera en las inmediaciones de los pozos analizados en la tesis. Se determinó moderada a alta vulnerabilidad de licuefacción en las inmediaciones de los pozos con clave PZ-03, PZ-05, PZ-07, G-1-17, RC- 02 y RC-24. Los pozos de monitoreo se localizan en el denominado ambiente lagunar de depositación, a excepción de los pozos RC-02 y RC-24, localizados en una zona de transición donde confluyen los ambientes de depositación deltáico, lagunar y abanicos aluviales.

Figura 23. Determinación de la vulnerabilidad de licuefacción de los materiales que constituyen la formación acuífera en las inmediaciones del pozo C-03, de acuerdo al criterio de evaluación propuesto.

Figura 24. Comparativo de la determinación de la vulnerabilidad de licuefacción de los materiales que constituyen la formación acuífera en las inmediaciones de los pozos analizados, de acuerdo al criterio de evaluación propuesto.