Ingeniería 33(2): 42-74, Julio-Diciembre, 2023. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica
DOI: 1015517/ri.v33i2.52079
Esta obra está bajo una Licencia de Creative Commons. Reconocimiento - No Comercial - Compartir Igual 4.0 Internacional
Análisis de potenciales manifestaciones superciales de licuación
para la zona de Jacó, Costa Rica
Analysis of potential surcial manifestations of liquefaction for the
area of Jacó, Costa Rica
Diego Alberto Cordero-Carballo
CMG Caracterización y Modelación Geotécnica S.A., San José, Costa Rica
e-mail: diegocordero@cmg.cr
ORCID: 0000-0003-3727-8228
Gonzalo Montalva-Alvarado
Facultad de Ingeniería,Universidad de Concepción, Concepción, Chile
e-mail: gmontalva@udec.cl
ORCID: 0000-0001-8598-7120
Recibido: 8 de agosto 2022 Aceptado: 14 de febrero 2023
Resumen
Se evaluaron potenciales manifestaciones superciales de licuación por medio de índices de severidad a
escala regional para la zona de Jacó, utilizando información generada por quince sondeos CPTu, estimando
la demanda sísmica de manera determinista para veinticuatro escenarios, para aceleraciones esperadas a
partir de ecuaciones de predicción del movimiento del suelo para América Central, considerando sismos
corticales y por subducción, tanto intraplaca como interplaca. Los resultados permiten identicar tres zonas
donde se esperarían diferentes niveles de daño según la amenaza sísmica representada en los análisis por
medio de la magnitud de un sismo y las aceleraciones que este podría producir, y priorizar así aquellas a
investigar con mayor detalle para el desarrollo de proyectos privados, de infraestructura púbica y la ubicación
de edicaciones primordiales. La utilidad de los resultados se basa en orientar a autoridades municipales y
de emergencia a anticipar la respuesta ante la ocurrencia de un escenario de análisis u otro con condiciones
intermedias, en conocer anticipadamente la distribución de los sitios donde el daño podría ser mayor para
orientar los esfuerzos en cuanto a respuesta inmediata y recuperación. Se espera que los resultados de este
proyecto, si bien preliminares, sirvan como insumo para la gestión del riesgo asociado a licuación por medio
de medidas ingenieriles y de otra naturaleza para efectos de ordenamiento territorial y para el desarrollo de
políticas públicas para el distrito de Jacó, como podría ser un plan regulador.
Palabras Clave:
CPT, índices de severidad, Jacó, licuación, manifestaciones superciales.
Ingeniería 33(2): 42-74, Julio-Diciembre, 2023. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica DOI: 1015517/ri.v33i2.52079
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Abstract
Possible surface manifestations of liquefaction were evaluated by means of severity indices at a regional
scale for the Jacó area, using information generated by fteen CPTu, estimating the seismic demand in a
deterministic manner for twenty-four scenarios, for expected accelerations from ground motion prediction
equations for Central America, considering crustal and subduction earthquakes, both intraplate and interplate.
The results allow the identication of three areas where dierent levels of damage would be expected,
depending on the seismic hazard represented in the analyzes by means of the magnitude of an earthquake
and the accelerations that it could produce, and prioritize those to be investigated in greater detail for the
development of private projects, public infrastructure, and the location of essential buildings. The usefulness of
the results is based on guiding municipal and emergency authorities to anticipate the response to the occurrence
of an analysis scenario or another with intermediate conditions, knowing in advance the distribution of the
sites where the damage could be greater in order to guide the immediate response and recovery eorts. It
is expected that the results of this project, although preliminary, will serve as an input for the management
of the risk associated with liquefaction through engineering and other measures, for purposes of land use
planning and for the development of public policies for the district of Jacó, as could be a regulatory plan.
Keywords:
CPT, Jacó, liquefaction, severity indices, surcial manifestations.
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
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1. INTRODUCCIÓN
Según el Código de Cimentaciones de Costa Rica [1], la alta sismicidad del país hace
necesario establecer una denición de las zonas con suelos susceptibles a licuación para lo cual
presenta siete mapas de tipos de suelos que cubren todo el territorio nacional, donde se destacan
zonas con suelos que clasican como aluviales, aluviales en zonas húmedas, arenosos, aluviales
pantanosos y aluviales saturados, todos susceptibles a licuación. Algunos lugares ubicados en
estas zonas han presentado evidencia de licuación ante sismos importantes. Particularmente, se
ha evidenciado la licuación de suelos, documentada para los sismos de Cóbano del 25 de marzo
de 1990 (Mw 7,3), el de Limón del 22 de abril de 1991 (Mw 7,7), el de Puerto Armuelles del
25 de diciembre de 2003 (Mw 6,6), el de Damas del 20 de noviembre de 2004 (Mw 6,2), y el
de Sámara del 5 de setiembre de 2012 (Mw 7,6) [1] [2].
Entre las zonas ubicadas en sitios con suelos susceptibles a licuación, particularmente
suelos aluviales, se destaca la que abarca la ciudad de Jacó, ubicada, aproximadamente, entre
las coordenadas WGS84 latitud 9,636038°, longitud -84,627556° y latitud 9,596517°, longitud
-84,619060°, con una población próxima a las 18000 personas [3] y de gran importancia económica
y social para el Pacíco Central del país.
Si bien existen métodos para estimar el desencadenamiento de la licuación y pronosticar si
el suelo a cierta profundidad licuará o no, estos tienen la limitante que no predicen la severidad
de la manifestación de la licuación en la supercie, que se puede correlacionar más directamente
con el daño potencial a nivel supercial y la respuesta acumulada del depósito de suelo. Este
análisis sí se puede realizar por medio de índices de severidad, como son el índice de potencial
de licuación (LPI) y el número de severidad de licuación (LSN).
Aunque para este trabajo se realiza un análisis determinista, la utilidad de los resultados
se basa en orientar a autoridades municipales y de emergencia a anticipar la respuesta ante
la ocurrencia de un escenario de análisis u otro con condiciones intermedias, en conocer
anticipadamente la distribución de los sitios donde el daño podría ser mayor para orientar los
esfuerzos en cuanto a respuesta inmediata y recuperación luego de llegar a suceder un evento
como los analizados. De igual manera, se espera que sirva de base inicial para futuros proyectos
de análisis a escala regional para distintas zonas de Costa Rica susceptibles a licuación de suelos,
y que los resultados particulares de este proyecto, si bien preliminares, sirvan como insumo para
la gestión del riesgo asociado a licuación por medio de medidas ingenieriles y de otra naturaleza
para efectos de ordenamiento territorial y para el desarrollo de políticas públicas para el distrito
de Jacó, como podría ser un plan regulador.
2. LICUACIÓN DE SUELOS INDUCIDA POR SISMOS
Según [4], la licuación inducida por sismos se reere a los fenómenos de generación sísmica
de exceso de presiones de poro y el consiguiente ablandamiento de suelos granulares saturados,
a tal punto que el mismo se comporta como un líquido perdiendo su rigidez. No obstante, hay
distintos fenómenos, como explosiones, vibraciones de máquinas, entre otros, que pueden
producir el mismo efecto. Para nes de este trabajo, se considera la licuación como producto
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de la vibración del terreno por el paso de ondas sísmicas. Los suelos susceptibles a licuación
suelen ser principalmente arenas y, en menor grado, limos y gravas. La licuación resulta de la
tendencia de la estructura granular de un suelo saturado a colapsar y contraerse, o densicarse,
cuando se somete a una carga cíclica, representada por la aplicación repetida de esfuerzos
cortantes causados por una sacudida sísmica. Antes de la licuación, las fuerzas de contacto
entre las partículas sólidas proporcionan rigidez y resistencia al suelo saturado. La tendencia a
la contracción de la estructura del suelo conduce a una transferencia de la carga que había sido
transportada por la estructura granular al agua intersticial que llena los vacíos entre los granos
individuales del suelo, lo que resulta en un incremento de la presión de poro. Cuando la presión
del agua intersticial aumenta, las fuerzas de contacto entre los granos se reducen, el suelo se
deforma más fácilmente y, en el caso límite, las partículas del suelo pueden perder el contacto
completamente entre sí y se suspenden. Cuanto más suelto es el suelo, mayor es el potencial de
contracción bajo carga cíclica y es más fácil que el suelo se licue. La Fig. 1 muestra un esquema
del proceso de licuación descrito.
Fig. 1. Proceso de licuación de suelos. Adaptado de [5].
La pérdida de resistencia del suelo asociada con la licuación puede provocar grandes
deformaciones del suelo y la incapacidad del suelo licuado de soportar los materiales superpuestos,
incluidas estructuras hechas por el ser humano. Las consecuencias colaterales pueden incluir la
pérdida de vidas y la destrucción de viviendas e infraestructura crítica. La recuperación después
de la licuación del suelo inducida por un sismo puede ser costosa, de decenas de millones a miles
de millones de dólares, y puede llevar muchos años [4]. La Fig. 2 muestra, esquemáticamente,
posibles efectos de licuación sobre infraestructura durante y luego de un sismo.
Fig. 2. Licuación y posibles efectos sobre infraestructura. Adaptado de [5].
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No debe interpretarse, empero, que después de que un suelo se licua siempre su densidad
aumenta. Los ujos ascendentes debido a las presiones de agua intersticial, generadas por el
sismo, pueden disminuir la compacidad de los suelos de tal manera que, incluso después del
reasentarse, la densidad del suelo sea menor a la que era inicialmente. En algunos casos, el ujo
lateral después de que un suelo se licua puede resultar en una reducción en la densidad del suelo,
debido a un fenómeno llamado dilatación, en el que un suelo se expande en volumen cuando se
somete a un esfuerzo de corte [4].
2.1 Suelos susceptibles a licuación
De acuerdo con [5], los tipos de suelos que son susceptibles a licuación son típicamente
aquellos que son geológicamente jóvenes (menos de 11000 años) y que son depositados en
ambientes de poca energía, formándose en capas de suelos sueltos y blandos. Si bien los suelos
granulares arenosos son los más propensos a licuar, los limos de baja plasticidad o “no cohesivos”
pueden licuar igualmente. [5] añade que, adicionalmente a los suelos arenosos y limosos, algunos
suelos gravosos son potencialmente susceptibles a licuación.
La mayoría de los suelos gravosos pueden drenar relativamente bien, por lo que no se
produciría incremento de presiones de poro durante el tiempo que es sometido a cargas cíclicas
de corte; no obstante, cuando los vacíos están llenos de partículas más nas o están rodeados
de suelos menos permeables, el drenaje puede verse impedido y los suelos gravosos pueden
ser susceptibles de licuación. Los suelos arcillosos pueden exhibir también un comportamiento
similar a la licuación, conocido como ablandamiento cíclico [5].
Las zonas que contienen depósitos de suelos potencialmente licuables son comúnmente planas
y cercanas a vías uviales, que históricamente han resultado atractivas para los asentamientos
humanos y la construcción. Los terrenos reclamados al mar o rellenos no compactados o
pobremente compactados cerca de vías uviales son particularmente susceptibles a licuación,
dado que en su mayoría son construidos de forma suelta y en condiciones saturadas [5].
2.2 Clasicación del grado de daño inducido por licuación
El Ministerio de Comercio, Innovación y Trabajo de Nueva Zelanda [5] propone tres grados
de daño por licuación del terreno. Esta clasicación fue desarrollada basada en las observaciones
realizadas a raíz de la secuencia de sismos que afectó a la región de Canterbury, Nueva Zelanda,
en los años 2010 a 2011. El Cuadro I muestra una descripción de las consecuencias a nivel del
terreno según el grado de daño.
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CUADRO I
GRADO DE DAÑO INDUCIDO EN EL TERRENO POR LICUACIÓN
ADAPTADO DE [5]
Grado de daño
inducido en el terreno
Consecuencias típicas a nivel supercial
Nulo a menor
• Sin signos de material licuado expulsado en la supercie del terreno.
• No más que asentamientos diferenciales menores de la supercie del suelo
(ondulaciones de menos de 25 mm de altura).
• Sin movimiento aparente de extensión lateral del suelo (solo grietas mínimas en el
suelo).
• La licuación no causa daño o solo daña cosméticamente a los edicios e infraestructura
(pero aún pueden producirse daños, debido a otros efectos del terremoto).
Menor a moderado
• Cantidades menores o moderadas de material licuado expulsado en la supercie del
terreno (por ejemplo, menos del 25 % de un sitio residencial típico cubierto); y/o
• Asentamiento diferencial moderado de la supercie del suelo (por ejemplo,
ondulaciones de 25 a 100 mm de altura).
• Ningún movimiento lateral de extensión de suelo signicativo (grietas en el suelo
de menos de 50 mm de ancho, pero patrón de agrietamiento sugiere que la causa
es principalmente una oscilación o asentamiento del suelo en lugar de extensión
lateral).
• La licuación causa daños moderados, pero típicamente reparables a edicios e
infraestructura. El daño puede ser sustancialmente menor cuando la licuación se
abordó durante el diseño (cimientos mejorados).
Moderado a severo
• Grandes cantidades de material licuado expulsado en la supercie del suelo (más del
25 % de un sitio residencial típico cubierto); y/o
• Asentamiento diferencial moderado a severo de la supercie del suelo (ondulaciones
de más de 100 mm de altura); y/o
• Movimiento signicativo del suelo que se extiende lateralmente (grietas en el suelo
de más de 50 mm de ancho, con un patrón de agrietamiento que sugiere la dirección
de movimiento cuesta abajo o hacia una cara libre).
• La licuación causa daños sustanciales y perturba los edicios e infraestructura, y
la reparación puede ser difícil o antieconómica en algunos casos. El daño puede
ser sustancialmente menor y es más probable a ser reparable donde se abordó la
licuación durante el diseño (cimientos mejorados y reforzamiento robusto de la
infraestructura).
2.3 Manifestaciones superciales de licuación
La inuencia de una capa de sello no licuable, de espesor H
1
, en la contención de la
manifestación supercial de la licuación de una capa subyacente, de espesor H
2
, fue cuanticada
por Ishihara [6], basado en observaciones de campo. Ishihara relacionó el mínimo valor necesario
de H
2
para que la licuación se manifestara en la supercie de H
1
. La Fig. 3 muestra las curvas
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
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límite H
1
-H
2
desarrolladas por Ishihara a partir de observaciones de campo en varios sismos
y criterio profesional. El punto en el cual las curvas límite se vuelven verticales representan
un espesor de capa de sello luego de la cual no hay manifestación supercial de licuación,
independientemente del espesor de la capa licuada subyacente.
Fig. 3. Condiciones de estraticación del terreno requeridas para tener manifestación
en supercie de licuación. Adaptado de [4].
La Fig. 3 puede ser aplicada a un sistema de dos capas compuesto por una capa de sello no
licuable sobre una capa licuable. No obstante, su aplicación es difícil a sistemas estraticados
con múltiples capas licuables-no licuables intercaladas. Otra limitante de la propuesta de Ishihara
es que no puede identicar los casos en que los asentamientos de una capa licuable no dan lugar
a manifestaciones superciales, tales como asentamientos diferenciales o agrietamientos de la
capa supercial del suelo.
Si los asentamientos por licuación debajo de una capa sello no licuable son de preocupación
ingenieril, se puede evaluar el potencial de esos asentamientos utilizando índices de severidad,
como los presentados a continuación, para considerar las implicaciones ingenieriles del
asentamiento estimado.
En [7], se utilizaron los conceptos resumidos en la Fig. 3 como guía para mitigar daños por
licuación para sistemas de cimentación superciales, creando una capa equivalente no licuable
de sello por debajo de las estructuras. Mientras que este concepto ha sido aplicado a casos con
una capa uniforme no licuable, los casos históricos utilizados para dar soporte a este concepto
son limitados, particularmente con respecto a magnitud de sismo e intensidad, por lo que su
aplicabilidad a futuro debe ser revisada por medio de nuevos casos que se puedan registrar.
2.4 Índices de severidad de licuación
Los índices de severidad o índices de daño potencial por licuación están propuestos para
proporcionar una medida de la severidad de las manifestaciones superciales basados en la
respuesta acumulada a la licuación del perl del terreno [4].
Se han propuesto varios índices de severidad o potencial de daño, entre ellos: el índice
de potencial de licuación (LPI) [8]; el índice de potencial de licuación inspirada en Ishihara
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(LPI
ISH
) [9]; el asentamiento por reconsolidación volumétrica unidimensional (S
1VD
) y el número
de severidad de licuación (LSN) [10].
2.4.1. Índice de potencial de licuación (LPI)
El índice de potencial de licuación o LPI propuesto por Iwasaki et al. [8] provee un índice
ponderado del potencial de desencadenamiento de licuación en un sitio. El valor de LPI se
calcula como:
=
( )
(1)
= 1
( )
1
(2)
= 0 > 1
(3)
FS es el factor de seguridad contra licuación obtenido por medio de un procedimiento de
simplicado de evaluación de licuación basado en esfuerzos. Además, w(z) es una función de
ponderación lineal dada por
( )
= 10
0,5
(4)
z es la profundidad en m por debajo de la supercie del terreno y w(z) = 0 para z > 20 m.
El índice resultante depende del espesor de las capas licuables en los 20 m superiores, la
proximidad de estas capas a la supercie del suelo y la cantidad por la cual el factor de seguridad
contra licuación es inferior a la unidad. A diferencia del procedimiento de Ishihara [8], el LPI se
puede aplicar a un perl con múltiples capas licuables. El LPI puede oscilar entre 0 (sin capas
con un factor de seguridad menor a 1 en los 20 m superiores de suelos) hasta un máximo de 100
(el factor de seguridad contra licuación es cero para todas las capas en los 20 m superiores). Un
análisis de datos de 45 sitios que licuaron durante el terremoto de 1964 en Niigata, Japón mostró
que se produjo una licuación severa en sitios donde el LPI > 15, y poca licuación ocurrió donde
el LPI < 5 [6]. Se han desarrollado mapas de amenaza de licuación utilizando el marco de LPI
para regiones sísmicas en muchas partes del mundo [4].
En [9], se emplearon una función de ponderación de potencia en profundidad (es decir,
1/z, donde z es profundidad) en lugar de la función lineal utilizada en el marco LPI original.
También modicaron el marco de LPI para tener en cuenta el espesor límite de la capa sello
no licuable en el gráco H
1
-H
2
desarrollado por Ishihara. El índice de severidad revisado que
incorporó estas modicaciones, nombradas por Maurer et al. [9] como índice de potencial de
licuación inspirado en Ishihara o LPI
ISH
, redujo el número de predicciones falsas positivas (es
decir, casos en los que las manifestaciones se predijeron, pero no se observaron) en sesenta
casos históricos de seis sismos ocurridos en Taiwán, Turquía, Nueva Zelanda y Estados Unidos.
Concretamente, de los sesenta casos analizados, el 31 % de los casos sin manifestación tenían
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LPI < 5, mientras que el 100 % de los casos sin manifestación, los casos tenían LPI
ISH
< 5. El
LPI y el LPI
ISH
funcionaron igualmente bien, sin embargo, en predecir verdaderos positivos
(casos en los que se observaron manifestaciones como se predijo), con un 94 % de estos casos
correctamente identicados con cualquiera de los índices.
El valor de LPI
ISH
se calcula como
= ( )
,
ISH
(5)
donde
( )
= 1
1 ( ) 3
(6)
caso contrario es cero. Y
( )
=
, ( )
1
(7)
donde H
1
se dene igual que H
1
en la Fig. 3, y z es la profundidad a la capa de interés en
m por debajo de la supercie del suelo.
Aunque el LPI
ISH
muestra mejores capacidades predictivas que el LPI, este todavía puede
producir predicciones incorrectas de las consecuencias de la licuación. Como resultado, todavía
existe la necesidad de un mayor desarrollo de los índices de daño por licuación para ser
considerados cien por ciento conables.
2.4.2 Asentamientos volumétricos por reconsolidación unidimensional (S
1VD
) y el
Número de Severidad de Licuación (LSN)
Similar al LPIISH, el número de severidad de licuación (LSN) utiliza una función de
ponderación de potencia en profundidad (es decir, 1/z, donde z es profundidad) para determinar
la respuesta acumulada de un perl a la licuación. También incluye contribuciones de todas las
capas que tienen un FS < 2 (a diferencia del uso de solo capas con FS < 1 al calcular el LPI).
El LSN se calcula como:
= 1000
(8)
donde εv es la deformación volumétrica post-sismo calculada a la profundidad z (en m)
expresada en forma decimal. Para calcular la deformación volumétrica, van Ballegooy et al. [10]
utilizaron el método propuesto por Ishihara y Yoshimine [11], implementado por Zhang et al.
[11] con datos CPT. En el método de Ishihara & Yoshimine [11], las deformaciones volumétricas
post-licuación se calculan en función del factor de seguridad requerido para desencadenar la
licuación. Debido a que las deformaciones volumétricas de la relación de Zhang et al. [12] son
auto limitantes, el LSN alcanza un valor máximo límite a medida que disminuye el factor de
seguridad. Este valor límite es una función de la densidad relativa del suelo, lo que da como
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resultado un LSN máximo para un perl de suelo dado, independientemente de la intensidad del
movimiento del suelo (p. ej., aceleración máxima del suelo o PGA).
Similar al LPI, el LSN se correlacionó bastante bien con la gravedad de las manifestaciones
superciales observadas durante la secuencia de sismos de Canterbury, Nueva Zelanda,
ocurrida durante entre el 2010- 2011, en áreas donde la licuación no se manifestó en forma de
desplazamientos laterales y para perles que no tenían una capa de sello de arcilla o múltiples
capas no licuables intercaladas con las capas licuables [4]. La deformación volumétrica acumulada
de las capas licuables en el perl del suelo, S
1VD
, no fue tan precisa como el LPI o el LSN. Una
comparación de la precisión de LSN versus la precisión de LPI
ISH
no fue concluyente según van
Ballegooy et al. [7].
2.5 Deformaciones del terreno inducidos por licuación
La reducción signicativa de la rigidez y resistencia de los suelos debido a la acumulación
de exceso de presión de poro resulta en grandes deformaciones por cizallamiento en el suelo
durante una intensa sacudida del suelo. Las deformaciones por cizallamiento cíclicas (transitorias)
máximas suelen oscilar entre el 2 % en arenas densas y el 4 % en arenas sueltas, dando lugar a
grandes desplazamientos laterales cíclicos de la capa licuada [13]. Es importante considerar estos
grandes movimientos laterales cíclicos, porque puede generar cargas cinemáticas signicativas
en estructuras enterradas y cimentaciones profundas.
El comportamiento posterior a la licuación se caracteriza por un proceso complejo que implica
la disipación del exceso de presión de poro, sedimentación, re-solidicación, y re-consolidación
del suelo licuado, resultando eventualmente en asentamiento del suelo. La pérdida de volumen
de suelo debido a la eyección de arena en la supercie del suelo también puede contribuir
signicativamente a la generación de asentamientos totales o diferenciales. Estos asentamientos
inducidos por licuación pueden ocurrir durante y después de la sacudida sísmica, y pueden ser
signicativos, incluso para sitios de terreno llano en campo libre, es decir, sin la presencia de
una estructura superpuesta.
El asentamiento inducido por licuación no debe ser malinterpretado como densicación del
suelo o un indicador de un aumento en la resistencia a la licuación de los suelos licuados. Al
contrario, la licuación resulta generalmente en suelos no homogéneos, volcanes de eyección,
debilidades en el suelo y en una estructura del suelo post-licuación con baja resistencia a la
licuación.
Las magnitudes de los desplazamientos de suelo inducidos por licuación están relacionadas,
generalmente, con el factor de activación de licuación, FL, y al espesor total de la capa licuada.
Basado en una interpretación de estas relaciones, [13] propone un resumen del desempeño de
depósitos de suelos licuados, el cual se muestra en el Cuadro II.
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
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CUADRO II
NIVELES DE DESEMPEÑO GENERALES DE DEPÓSITOS LICUADOS,
ADAPTADO DE [13]
Nivel de
desempeño
Efectos por exceso
de presión de poro y
licuación
Características de la licuación y consecuencias
Valores
característicos de
F
L
, LPI, LSN
L0 Insignicantes
Excesos de presiones de poro no signicativos,
no hay licuación.
F
L
> 1,4
LPI = 0
LSN < 10
L1 Leves
Excesos de presiones de poro limitados,
deformación despreciable del terreno y pequeños
asentamientos.
F
L
> 1,2
LPI = 0
LSN = 5-15
L2 Moderados
La licuación ocurre en capas de espesor limitado
(pequeña proporción del depósito, 10 % o
menos) y extensión lateral; las deformaciones
del suelo resultan en asentamientos diferenciales
relativamente pequeños.
F
L
= 1,0
LPI < 5
LSN = 10-25
L3 Altos
La licuación ocurre en una porción signicativa
del depósito (del 30 % al 50 % del depósito),
resultando en desplazamientos laterales
transitorios, movimientos diferenciales
moderados y asentamientos del terreno en el
orden de 100 mm a 200 mm.
F
L
= 1,0
LPI = 5-15
LSN = 15-35
L4 Severos
Licuación completa se desarrolla en la mayor
parte del depósito, resultando en grandes
desplazamientos laterales del
suelo, asentamientos totales y diferenciales de
más de 200 mm.
F
L
<< 1,0
LPI > 15
LSN > 30
L5 Muy severos
La licuación da como resultado desplazamientos
laterales (ujo), grandes desplazamientos
laterales permanentes del terreno y/o distorsión
signicativa del suelo (deformaciones laterales/
estiramiento, desplazamientos
verticales y distorsión angular).
-
La licuación de capas de suelos relativamente delgadas cercanas a la supercie podría ser
muy dañina y producir efectos equivalentes a los niveles de rendimiento L3 y L4. Una capa
licuada relativamente delgada con baja resistencia residual podría producir extensión lateral y
efectos consecuentes muy severos (nivel de desempeño L5).
Los índices LPI y LSN cuantican el daño inducido por licuación al combinar los efectos de
la severidad de la licuación (valor de F
L
o FS), el espesor de los suelos licuados y su ubicación
dentro el perl del suelo. Los valores umbral de estos índices que se muestran en el Cuadro II,
en relación con los niveles de rendimiento, son solo valores indicativos. Estos umbrales pueden
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variar y no cubren todos los casos de licuación (escenarios y condiciones del terreno). Estos
índices son típicamente utilizados para analizar un área grande y en tales aplicaciones tienen
una capacidad de predicción razonable.
Al ser todos iguales (es decir, F
L
, espesor y ubicación de la capa licuada), las consecuencias
de la licuación y la magnitud de la deformación del suelo inducida por la licuación depende, en
gran medida, de la densidad del suelo. El índice LSN cuantica este efecto de manera simplicada.
La severidad de los efectos de la licuación disminuye con el aumento de la densidad de los
suelos y, lo que es más importante, el mecanismo de deformación del suelo también cambia a
medida que aumenta la densidad del suelo (por ejemplo, la licuación de ujo, la licuación de
tensión cero-efectiva y la licuación transitoria de tensión casi cero con movilidad cíclica son
tipos característicos de comportamiento asociados con arenas muy sueltas, sueltas a medias
densas y densas, respectivamente).
Los rangos proporcionados en el Cuadro II se basan en cálculos de activación utilizando el
método de Boulanger e Idriss [14], y en el análisis e interpretación de los efectos de la licuación
en los terremotos de Canterbury de 2010-2011.
3. CASO DE ESTUDIO
3.1 Ubicación geográca de la zona de estudio
La zona de estudio corresponde al distrito de Jacó, cantón de Garabito, provincia de
Puntarenas, Costa Rica. La propia ciudad de Jacó, cabecera del distrito homónimo, se ubica,
aproximadamente, entre las coordenadas WGS84 latitud 9,636038°, longitud -84,627556° y
latitud 9,596517°, longitud -84,619060° y cuenta con una población cercana a las 18000 personas
[3]. La Fig. 4 muestra la ubicación de la zona de estudio respecto a Costa Rica.
Fig. 4. Ubicación de la zona de estudio respecto a Costa Rica. Tomado de [15].
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
54
De acuerdo con Gómez et al. [16], la zona en estudio se ubica dentro de la cuenca Jacó,
la cual tiene una extensión de 47 km
2
, y consiste en tres micro cuencas correspondientes a los
ríos Pueblo Nuevo (Mona), Copey y Naranjal. Un acuífero se ubica en la parte baja y media de
estas micro cuencas, asentado en depósitos no consolidados, con una extensión aproximada de
15 km
2
. La Fig. 5 muestra el área de la cuenca Jacó.
Fig. 5. Ubicación de la zona de estudio en cuenca Jacó. Tomado de [16].
3.2. Amenazas geológicas de la zona de estudio
De acuerdo con la Comisión Nacional de Prevención de Riesgos y Atención de Emergencias
[17], el cantón de Garabito se localiza en una región sísmica caracterizada por el choque de las
placas Cocos y Caribe.
Estos eventos suelen tener magnitudes altas, a profundidades mayores a los 20 km, con
epicentros alejados de los centros de población. Hay registros históricos de sismos de importancia
frente a las costas del Pacíco costarricense, que han causado daños de relevancia en el cantón.
Históricamente, para la ciudad de Jacó, la Red Sismológica Nacional destaca dos sismos.
El primero ocurrió el 12 de noviembre de 2017, 22 km al sur de la ciudad de Jacó, con una
profundidad de 18 km y una magnitud de 6,3 Mw, con una intensidad VI en la Escala de Intensidad
Mercalli Modicada, siendo su origen la subducción de la placa Cocos respecto a la placa
Caribe. Este sismo se destaca por haber sido el primero de magnitud mayor a 6,0 localizado en
la zona sismogénica interplaca frente a Jacó desde la fundación de la Red Sismológica Nacional
en 1973 [18].
Ingeniería 33(2): 42-74, Julio-Diciembre, 2023. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica DOI: 1015517/ri.v33i2.52079
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El segundo sismo corresponde al del 24 de agosto de 2020, con una profundidad de 23,5 km
y una magnitud de 6,0 Mw, con una intensidad VI en la Escala de Intensidad Mercalli Modicada
para la ciudad de Jacó, siendo su origen la subducción de la placa Cocos respecto a la placa Caribe.
Este sismo se destaca por haber sido el segundo de magnitud mayor a 6,0 localizado en la zona
sismogénica interplaca frente a Jacó desde la fundación de la Red Sismológica Nacional [19].
Según la Comisión Nacional de Prevención de Riesgos y Atención de Emergencias [17],
entre los efectos geológicos más importantes de un sismo cerca del cantón de Garabito están la
amplicación de ondas sísmicas y la licuación del terreno, estando ubicada la ciudad de Jacó
en terrenos susceptibles a presentar ambos fenómenos.
3.3 Susceptibilidad a licuación para la zona de Jacó
En Costa Rica, se destacan como potencialmente licuables las zonas aluviales costeras y
las llanuras de inundación de los ríos más importantes. Las investigaciones realizadas hasta el
2003 han permitido establecer que las planicies de inundación de los ríos Reventazón, Pacuare,
Chirripó, Parismina, Banano, Bananito, Vizcaya, Estero, Savegre y Térraba en la costa Pacíca de
Costa Rica reúnen condiciones para que ocurra licuación [1]. El propio Código de Cimentaciones
de Costa Rica [1] presenta una zonicación de los tipos de suelos de Costa Rica, entre los que
se destacan los suelos aluviales, los suelos aluviales en zonas húmedas, los suelos arenosos, los
suelos aluviales pantanosos y los suelos aluviales saturados como susceptibles a sufrir licuación.
Se presenta en la Fig. 6 el mapa de tipos de suelos de la Hoja Quepos (escala 1:600000)
del Código de Cimentaciones de Costa Rica [1], en la que se destaca la ubicación de la ciudad
de Jacó en suelos que se clasican como suelos aluviales. La zona de análisis corresponde a la
resaltada en color naranja en la Fig. 7, con un área de aproximadamente 11,3 km
2
.
Fig. 6. Mapa de tipos de suelos de la hoja Quepos. Tomado de [1].
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
56
Fig. 7. Mapa de tipos de suelos para zona de Jacó. Adaptado de [1].
Bogantes et al. [20] indican que estos suelos tienen su origen en la deposición de los
materiales nos (limos y arcillas) arrastrados por los ríos, por lo que son típicos de las llanuras
aluviales del país. Por ser suelos de tipo transportado, sus características y estratigrafía son muy
variables, tanto en planta como en profundidad. Por la topografía plana en la que se ubican,
frecuentemente presentan un nivel freático supercial, lo que, aunado a su bajo contenido de
arcillas, los hace susceptibles a licuarse en caso de sismo. Destacan por su susceptibilidad a
licuarse durante sismos fuertes. Por su origen transportado, son suelos en general blandos, y,
por sus constituyentes no cohesivos (limos y arenas), son suelos permeables. Como en otros
suelos transportados, es muy factible encontrar estratos blandos subyacentes.
3.4 Contexto hidrogeológico de la zona de estudio
Los suelos aluviales identicados en el Código de Cimentaciones de Costa Rica corresponden
con una unidad lito estratigráca asociada a depósitos no consolidados [16]. Según Gómez et
al. [16], todos los depósitos recientes asociados a depósitos por gravedad al pie de las montañas
o coluvies y todos los relacionados a procesos aluviales pertenecen a esta unidad. También,
los depósitos de materiales arenosos con inuencia marina. Los depósitos asociados a material
arrastrado por la acción uvial o de la gravedad son generalmente fragmentos de rocas de
diversos tamaños y de composición inmersa en una matriz limo- arcilla arenosa. Hacia el pie de
las montañas, los bloques de fragmentos son de mayor tamaño y sub redondeadas o redondeadas,
mientras que hacia la parte baja de la cuenca, donde se ubica la zona de estudio, los fragmentos
son más pequeños, dado que han sido arrastrados una mayor distancia, como evidencia de su
menor grado de angulosidad. La Fig. 8 muestra un mapa geológico de la zona de estudio [16].
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57
Fig. 8. Mapa geológico de la zona de estudio. Tomado de [16].
Fig. 9. Mapa hidrogeológico de la zona de estudio. Tomado de [16].
La Fig. 9 muestra el mapa hidrogeológico de la zona donde se destacan dos perles geológicos
de la zona en análisis (perles 2 y 4).
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
58
En la zona de estudio, se ubican dos estaciones sísmicas propiedad del Laboratorio de
Ingeniería Sísmica de la Universidad de Costa Rica, las cuales clasican el tipo de sitio como
S3, según la normativa costarricense, con un valor de Vs30 de 324 m/s para la estación PJAC
[21], única para la cual se aporta este dato. Según el perl de Vs de esta estación, el terreno se
compone de suelos rígidos hasta los 23,7 m de profundidad con un valor de Vs de 295 m/s, de
los cuales se tienen suelos muy densos o roca blanda hasta los 91,4 m, con un valor de Vs de
521 m/s.
3.5 Agua subterránea de la zona de estudio
De acuerdo con Gómez et al. [16] el nivel de agua subterránea en la zona de estudio se ubica
entre los 1 y 5 m de profundidad. Dicha conclusión concuerda con las mediciones tomadas en
los sondeos CPT realizados, con unas variaciones entre los 0,30 y 6,00 m en los sondeos donde
se midió el nivel freático. Estos sondeos se realizaron entre los meses de junio y agosto de 2021,
que corresponden con la época lluviosa de la zona que va de mayo a noviembre [16].
3.6 Zonicación sismo genética de la zona de estudio
Climent et al. [22] presentan una zonicación sismo genética para Costa Rica, tomando en
consideración criterios como patrones de fallamiento, mecanismos de ruptura, tamaño de las zonas
de ruptura de terremotos pasados, entre otros, dando como resultados zonas sísmicas delimitadas
geométricamente en tres dimensiones y regidas por el mismo proceso de producción de sismos.
3.6.1 Zonicación sísmica asociada a fallas corticales para la zona de estudio
Para la zonicación para fallas corticales o superciales, con profundidades de ruptura entre
0 y 25 km, se puede ubicar la zona de estudio en la zona sísmica Antearco Pacíco Central [22].
Por la extensión de las fallas enmarcadas en esta zona, se podría esperar un evento máximo de
magnitud 7,1 Mw.
De acuerdo con el Atlas Tectónico de Costa Rica [23], la zona de estudio es atravesada por
una falla inferida o probable del Terciario y/o Cretácico, y cerca pasan dos fallas del Cuaternario,
La Falla Tárcoles y la Falla Herradura. La Falla Herradura tiene una longitud de 7 km y con
movimiento vertical. Tiene un potencial de generar sismos de magnitud 5,6 Mw con aceleraciones
de 0,2 g y una intensidad máxima VIII en la zona epicentral [24]. La Falla Tárcoles, por su parte,
tiene una longitud de 55 km y es de tipo inversa con una componente transcurrente. Tiene un
potencial de producir sismos de magnitud 7,0 Mw con aceleraciones de 0,5 g a 0,6 g a lo largo de
la zona de ruptura, con intensidades entre VIII y IX en Jacó [25]. Históricamente, para la ciudad
de Jacó se han registrado sismos importantes. Climent et al. [22] destacan un sismo asociado a
la Falla Tárcoles ocurrido en 1924 de Mw 7,0 que alcanzó intensidades máximas de X.
Para ambas fallas, como para el resto de fallas activas en Costa Rica, el Laboratorio de
Ingeniería Sísmica de la Universidad de Costa Rica ha planteado escenarios simulados de eventos
máximos posibles de acuerdo a la longitud de cada falla, para un sismo con una profundidad de
10 km. Para el caso de la Falla Tárcoles, para un sismo de magnitud Mw 7,0 con una profundidad
de 10 km, se podrían esperar en la zona de estudio aceleraciones cercanas a los 0,20 g; mientras
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que, para la Falla Herradura, para un sismo de magnitud Mw 5,6 con una profundidad de 10
km, se podrían esperar en la zona de estudio aceleraciones cercanas a los 0,20 g [24] [25]. Las
Fig. 10 y 11 muestran los mapas de aceleración máxima para las respectivas fallas y respectivos
sismos a una profundidad de 10 km.
Fig. 10. Mapa de aceleración máxima para posible sismo de Mw 5,6 a 10 km de
profundidad para falla Herradura. Tomado de [24].
Fig. 11. Mapa de aceleración máxima para posible sismo de Mw 7,0 a 10 km de
profundidad para falla Tárcoles. Tomado de [25].
3.6.2 Zonicación sísmica relacionada con la subducción para la zona de estudio
Climent et al. [22] denen dos fuentes sísmicas asociadas con el proceso de subducción
de la placa Caribe sobre la Cocos. Estas fuentes se denen de acuerdo con el mecanismo de
producción de sismos y la profundidad de las mismas, dando como resultados una zona sísmica
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
60
de subducción interplaca, con generación de sismos entre los 25 y 60 km de profundidad, y otra
zona intraplaca con generación de sismos con profundidades mayores a 60 km.
El área en estudio se ubica según Climent et al. [22] en la zona sísmica interplaca Quepos,
la cual podría generar sismos máximos de 7,2 Mw. Respecto a la zonicación intraplaca, el
área en estudio se ubica en la zona sísmica intraplaca Central, la cual podría generar eventos
máximos del orden de 7,5 Mw.
La Fig. 12 muestra el modelo en perl de las zonas sísmicas en profundidad propuesto por
Climent et al. [22] para Costa Rica.
Fig. 12. Modelo en perl de zonas sísmicas en profundidad para Costa Rica.
Tomado de [22].
3.7 Topografía de la zona de estudio
La zona de estudio corresponde con llanuras aluviales de topografía relativamente plana,
correspondientes a zona de deposición de baja energía, rodeada por montañas con elevaciones
aproximadas a los 120 m sobre el nivel del mar (msnm) al oeste, 250 msnm al este y 500 msnm
al norte. La propia zona de análisis se ubica entre los 60 msnm, aproximadamente, y cero msnm
(zona de playa).
La Fig. 13 muestra la ubicación en planta de dos secciones topográcas obtenidas de Google
Earth, mientras que las Fig. 14 y 15 muestran la variación de elevaciones para dichas secciones.
Fig. 13. Ubicación en planta de perles topográcos para zona de estudio.
Tomado de [26].
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Fig. 14. Perl topográco A-A’. Tomado de [26].
Fig. 15. Perl topográco B-B’. Tomado de [26].
La Fig. 16 muestra una imagen aérea con la variación de elevaciones a partir de curvas de
nivel cada 40 m tomada de [15], donde se observan los barrios de la ciudad de Jacó, usados de
referencia para los análisis de resultados.
Fig. 16. Variación de elevaciones a partir de curvas de nivel a cada 40 m para la zona
de estudio. Tomado de [15].
3.8 Sondeos CPTu
Se realizaron en total quince sondeos CPTu con una profundidad máxima de investigación
correspondiente a la de rechazo del cono, la cual se muestra en el Cuadro III.
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
62
CUADRO III
PROFUNDIDAD DE RECHAZO DEL CONO PARA CADA SONDEO
Sondeo
Profundidad de
rechazo (m)
C-1 10,14
C-2 11,09
C-3 13,41
C-4 7,65
C-5 19,71
C-6 13,01
C-7 13,62
C-8 6,71
C-9 13,64
C-10 4,61
C-11 5,99
C-12 3,99
C-13 5,53
C-14 17,92
C-15 23,94
Para la ejecución de los sondeos, se utilizó una máquina de perforación marca TMG modelo
CPT-223 con una capacidad de empuje de 20 t y un cono marca Vertek modelo HT Series 10
cm²/10 t con medición de poro en la posición u
2
. Para la interpretación de los datos, se aplicó
un ltro de correlación cruzada entre la resistencia del cono, q
c
, y la resistencia por fricción,
f
s
, para compensar el desfase entre las profundidades en las que se miden ambos parámetros.
La Fig. 17 muestra la ubicación de los sondeos CPTu realizados en una imagen aérea de la
zona de estudio, y la Fig. 18 la ubicación de los sondeos respecto al mapa de suelos del Código
de Cimentaciones de Costa Rica [1].
Fig. 17. Ubicación de sondeos en imagen de Google Earth. Tomado de [15].
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Fig.18. Ubicación de sondeos en mapa de tipo de suelos según Código de
Cimentaciones de Costa Rica.
3.9 Descripción geotécnica de la zona de estudio
Al tratarse de una zona tan extensa las condiciones geotécnicas varían de un punto a otro, por
lo tanto, no se tiene un perl geotécnico homogéneo que permita describir toda el área analizada.
No obstante, se puede indicar, de forma general, que a nivel supercial se identicaron arenas,
arenas limosas y limos arenosos de densidad relativa suelta a media, subyacidas por arenas de
compacidad, variando entre suelta y densa, con intercalaciones de arcillas y arcillas limosas a
diferentes profundidades del perl según la ubicación de los sondeos, de consistencia variante
entre suave y dura.
3.10 Método de análisis, magnitud de sismos, aceleraciones máximas y escenarios
de análisis
Para la determinación del desencadenamiento de la licuación, se hizo uso del método de
Boulanger y Idriss [14]. La escogencia de este método sobre otros se hizo en función a que
este considera de una manera más precisa la forma de la curva de resistencia a licuación, que
depende del tipo de suelo y su densidad, como se ha observado en ensayos de laboratorio [10].
Para la determinación de las magnitudes de sismos a considerar en los análisis, se tomó de
referencia la zonicación sismo genética realizada por Climent et al. [22] para Costa Rica, que
separa las fuentes en relacionadas con el proceso de subducción, tanto interplaca como interplaca,
así como en relacionadas con sistemas de fallas corticales.
Sobre los sismos por subducción, Climent et al. [22] identican dos zonas sísmicas, una de
subducción interplaca y otra intraplaca. El área en estudio se ubica en la zona sísmica interplaca
Quepos con sismos máximos esperables de hasta 7,2 Mw. Por su parte, el área en estudio se
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
64
ubica en la zona sísmica interplaca Central, la cual podría producir sismos máximos cercanos
a 7,5 Mw.
Sobre los sismos corticales, la zona del proyecto se ubica en la zona sísmica Antearco
Pacíco Central con un potencial de producir un sismo máximo de magnitud 7,1 Mw [22]. El
Laboratorio de Ingeniería Sísmica identica dos fallas activas en la zona de estudio, la Herradura
y la Tárcoles, descritas en el apartado 3.6 anterior, las cuales muestran un potencial de producir
sismos máximos de una magnitud congruente con la propuesta por Climent et al. [22] para
sismos corticales en la Zona Pacíco Central, de magnitud 5,6 Mw y 7,0 Mw, respectivamente,
para la ruptura total de la falla a una profundidad de 10 km.
Para la determinación de las aceleraciones máximas a considerar en los análisis, se hizo uso
de las ecuaciones predictivas del movimiento del suelo para sismos corticales y de subducción
propuestas por Schmidt [27] para América Central. Se analizan escenarios considerando
aceleraciones iguales a la media y a la media más una desviación estándar para cada caso.
Dadas las anteriores consideraciones, junto a las variaciones máximas del nivel freático,
que se estiman para la zona por Gómez et al. [16], se analizan los siguientes escenarios:
Escenarios para sismos corticales
1. Nivel freático a 1 m, magnitud 7,0 Mw, distancia hipocentral 10 km, aceleración 0,52
g (1,34 g, considerando una desviación estándar).
2. Nivel freático a 1 m, magnitud 7,0 Mw, distancia hipocentral 25 km, aceleración 0,22
g (0,55 g, considerando una desviación estándar).
3. Nivel freático a 5 m, magnitud 7,0 Mw, distancia hipocentral 10 km, aceleración 0,52
g (1,34 g, considerando una desviación estándar).
4. Nivel freático a 5 m, magnitud 7,0 Mw, distancia hipocentral 25 km, aceleración 0,22
g (0,55 g, considerando una desviación estándar).
Escenarios para sismos por subducción interplaca
5. Nivel freático a 1 m, magnitud 7,2 Mw, distancia hipocentral 25 km, aceleración 0,80
g (1,80 g, considerando una desviación estándar).
6. Nivel freático a 1 m, magnitud 7,2 Mw, distancia hipocentral 60 km, aceleración 0,26
g (0,59 g, considerando una desviación estándar).
7. Nivel freático a 5 m, magnitud 7,2 Mw, distancia hipocentral 25 km, aceleración 0,80
g (1,80 g, considerando una desviación estándar).
8. Nivel freático a 5 m, magnitud 7,2 Mw, distancia hipocentral 60 km, aceleración 0,26
g (0,59 g, considerando una desviación estándar).
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Escenarios para sismos por subducción intraplaca
9. Nivel freático a 1 m, magnitud 7,5 Mw, distancia hipocentral 60 km, aceleración 0,38
g (0,85 g, considerando una desviación estándar).
10. Nivel freático a 1 m, magnitud 7,5 Mw, distancia hipocentral 280 km, aceleración 0,05
g (0,12 g, considerando una desviación estándar).
11. Nivel freático a 5 m, magnitud 7,5 Mw, distancia hipocentral 60 km, aceleración 0,38
g (0,85 g, considerando una desviación estándar).
12. Nivel freático a 5 m, magnitud 7,5 Mw, distancia hipocentral 280 km, aceleración 0,05
g (0,12 g, considerando una desviación estándar).
3.11 Evaluación de las potenciales manifestaciones en supercie para el escenario
de análisis crítico
Se presenta a continuación un análisis de los resultados para el escenario considerado como
crítico, correspondiente al número 5, el cual supone el nivel freático a 1 m de profundidad y
que suceda un sismo de magnitud 7,2 Mw a una distancia hipocentral de 25 km, produciendo
una aceleración media en la zona de estudio de 0,80 g.
Si bien el Código de Cimentaciones de Costa Rica dene la zona de la ciudad de Jacó como
susceptible a licuación, pudiéndose en un principio suponer que el potencial de licuación y sus
posibles consecuencias pudieran ser las mismas para toda el área, los análisis realizados permiten
determinar que no es así. Al contrario, los suelos con mayor potencial de licuación, asociados
a valores de LPI altos, se concentran en una zona que corresponde a los suelos no consolidados
atravesados por el Río Copey y la Quebrada Doña María, cuerpos de agua que corren a través
de los barrios Copey, Camboya, Santa Lucía y Los Frijoles, asociados a los sondeos C-3, C-4,
C-5, C-6, C-14, C-9 y C-7 y en los cuales se podría esperar licuación severa según los valores
de LPI estimados. Precisamente, en esta zona, se ubican algunos centros de enseñanza primaria
y secundaria, entre otra infraestructura primordial, los cuales se verían expuestos, en mayor
grado, a potenciales daños producto de licuación de suelos, en caso de que utilicen sistemas de
suelo- cimentación superciales.
Existe otra zona correspondiente a barrios Pochotal y Los Cholos, donde los resultados de LPI
obtenidos permiten concluir que el potencial de licuación es bajo. En esta zona, se ubica el centro
de salud de la ciudad de Jacó y la estación local de Cruz Roja, organismo de primera respuesta
ante una eventual emergencia. Entre ambas zonas, donde se ubican los barrios La Amistad y El
Invu, según los valores de LPI estimados, se esperarían condiciones intermedias. En el barrio
La Amistad, se ubica la estación de bomberos de la ciudad de Jacó, igualmente institución de
primera respuesta ante una eventual emergencia. La Fig. 19 muestra la distribución de los valores
de LPI obtenidos en la zona de estudio, siendo la zona azul la que presenta menores valores de
LPI y las rojas los mayores, las verdes corresponden a zonas intermedias.
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
66
Fig. 19. Mapa de LPI para escenario 5 (aceleración media).
La Fig. 20 muestra un gráco con los valores de LPI asociado a cada sondeo para el escenario
de análisis 5.
Fig. 20. Gráco de LPI para escenario 5 (aceleración media).
La Fig. 21 muestra, por su parte, un gráco con la variación de los valores de LSN para el
escenario de análisis 5.
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Fig. 21. Gráco de LSN para escenario 5 (aceleración media).
De acuerdo con los niveles de desempeño que dene la New Zealand Geotechnical Society
[20], para la zona de terreno que abarca los sondeos C-3, C-4, C-5, C-6, C-14, C-9 y C-7,
con valores de LPI entre 9,4 y 26,7 y valores de LSN entre 12 y 42, sería de esperar que se
presenten daños moderados a severos, que podrían verse representados supercialmente por
asentamientos desde los 10 cm a más de 20 cm. Esta categorización corresponde con la estimación
de asentamientos realizados para los mismos sondeos, que va desde los 5 a 17 cm, según se
muestra en la Fig. 22.
Fig. 22. Gráco de asentamientos para escenario 5 (aceleración media).
Para la zona que abarca los sondeos C-10, C-13, C-12 y C-11, los valores de LPI y LSN
permiten concluir que en este caso se esperarían daños leves o insignicantes, asociados a
deformaciones despreciables del terreno y pequeños asentamientos. Esta misma condición se
reeja en la estimación de asentamientos realizada, pues, para los sondeos C-10, C-11 y C-12,
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
68
los asentamientos estimados están por debajo de los 0,5 cm y, para el sondeo C-13, se estimaron
en 2,5 cm, aproximadamente.
Por último, para la zona identicada como de potencial de daño intermedio, correspondiente
a los sondeos C-1, C-2, C-8 y C-15, los valores estimados de LPI y LSN permiten determinar
que para la zona de los sondeos C-1, C-2 y C-8 se podrían esperar daños altos, asociados a
asentamientos en el rango de los 10 a 20 cm, mientras que, para la zona del sondeo C-15, se
esperarían daños moderados. A partir de la estimación de los valores de asentamientos, los
resultados del sondeo C-2 corresponden a un nivel de desempeño moderado, mientras que los
sondeos C-1, C-8 y C-15 están asociados a un nivel de daño alto, con valores estimados de
asentamientos entre 9 y 10 cm. Para el sondeo C-2, los asentamientos estimados son de casi 5 cm.
A pesar de estas últimas observaciones, se tiene que para la descripción que hace la New
Zealand Geotechnical Society [13] sobre los niveles de desempeño esperado y para los valores
de asentamientos estimados, existe una buena correlación entre estos resultados y podría usarse
esta clasicación como base para una escala adaptada a las condiciones propias de la ciudad de
Jacó, ajustando las consecuencias esperadas, en cuanto a asentamientos superciales, a la escala
de valores de LPI y LSN que hace esta institución.
Otro factor importante a evaluar ante los resultados obtenidos es el efecto del nivel freático.
Esto permite también anticipar la variación en el potencial de licuación y posibles daños en
supercie ante la ocurrencia de un sismo en época seca o en época lluviosa, y denir planes
de respuesta en caso de que un sismo con características similares a las analizadas suceda con
nivel freático somero o a mayor profundidad.
Se presenta en la Fig. 23 el mapa de LPI y en las Fig. 24 y 25 grácos con los resultados
LPI y LSN considerando el nivel freático, a 5 m de profundidad, considerando un sismo de 7,2
Mw y una aceleración de 0,80g, correspondiente con el escenario 7 analizado.
Fig. 23. Mapa de LPI para escenario 7 (aceleración media).
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Fig. 24. Gráco de LPI para escenario 7 (aceleración media).
Fig. 25. Gráco de LSN para escenario 7 (aceleración media).
Se observa que la zona identicada como de bajo potencial mantiene su comportamiento,
mientras que la zona donde se esperaría mayor daño migra ahora hacia la zona del sondeo C-7,
manteniendo, no obstante, un nivel de daño esperado alto. Sin embargo, para el resto de sondeos,
el potencial daño esperado baja a leve (sondeo C-14) y a moderado.
Por tanto, la ocurrencia del sismo de análisis con niveles freáticos altos o bajos tiene
implicancia en los potenciales daños que pudieran ocurrir y en las zonas donde sería esperable
potenciales manifestaciones de licuación.
Se analizan ahora las condiciones estratigrácas del terreno y la interacción entre capas
correspondientes a los resultados obtenidos. En cuanto a la zona de bajo potencial de licuación,
correspondiente a los sondeos
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
70
C-10, C-11 y C-12, se identicaron suelos con comportamiento mecánico asociado a arcillas
y arcillas limosas, suelos poco susceptibles a sufrir movilidad cíclica. Estos sondeos corresponden
a la zona que atraviesan las quebradas Lisa y Seca para las cuales sería recomendable una mayor
investigación con sondeos CPT y otros métodos que permitan obtener muestras para envío a
laboratorio para conrmar las características de los suelos ensayados, revisar los resultados
obtenidos en esta investigación y modicar el mapa de suelos susceptible a licuación, según
corresponda.
Referente a la zona con alto potencial de licuación, para los sondeos ubicados en esta zona,
se tiene de forma general una distribución en básicamente toda la profundidad de los sondeos
de capas potencialmente licuables, que varían en espesor, pero distribuidas a lo largo de todo
el sondeo. También, se observó la presencia de un estrato de espesor importante a profundidad
potencialmente licuable, pero con capas superciales, si bien de poco espesor, pero igualmente
licuables. Para la primera condición, este comportamiento hace que la tendencia en los resultados
de LPI y LSN sea similar, en cuanto a que se tiene una distribución en el perl del terreno de
muchas capas potencialmente licuables con una acumulación en todo el perl de deformaciones
volumétricas. Mientras que, para el segundo caso, se tiene una concentración en el perl de
capas potencialmente licuables con las deformaciones volumétricas concentradas en dichas
capas, donde la acumulación de los asentamientos esperados se da en profundidad, lo cual podría
mitigar las potenciales manifestaciones en supercie de la licuación.
Para el caso de las zonas con potencial intermedio, básicamente se tiene el segundo caso antes
mencionado, donde las capas potencialmente licuables de suelo son de espesor importante pero
concentradas en profundidad en el terreno o pocas y muy delgadas, pero ubicadas en supercie,
según se muestra en la Fig. 26.
Fig. 26. Variación en la distribución de capas potencialmente licuables de acuerdo
con estratigrafía identicada a partir de sondeos C-3 y C-9
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71
4. CONCLUSIONES
Los resultados de este estudio permiten concluir que:
4.1
La zona analizada categorizada como de suelos susceptibles a licuación presenta una zona
denida donde el potencial de licuación es muy bajo, con suelos con comportamiento
mecánico asociados a arcillas y arcillas limosas. El resto de la zona muestra un
comportamiento diferenciado, con zonas donde el potencial es mayor que en otras.
4.2
Esta variación en el potencial de licuación se puede asociar a virtuales daños y
manifestaciones superciales diferenciados por zona, según la amenaza sísmica
representada en los análisis por medio de la magnitud de un sismo y las aceleraciones
que este podría producir.
4.3 La identicación de zonas con mayor potencial de evidencia supercial de licuación,
retratado así por medio de índices de severidad de licuación, permite priorizar las
zonas a investigar con mayor detalle para el desarrollo de proyectos privados, de
infraestructura púbica y la ubicación de edicaciones primordiales como pudieran ser
escuelas, gimnasios, clínicas, estaciones de bomberos, entre otros. Estas consideraciones
deberían tomarse en cuenta para un plan regulador, aprovechando que hay zonas donde
hay poca o nula infraestructura construida.
4.4 Se hace evidente la necesidad de realizar una investigación con un mayor alcance para
la valoración del potencial de licuación y las posibles consecuencias (riesgo) sobre la
infraestructura ya construida y su posible afectación en caso de presentarse un sismo
con características similares a los analizados en este estudio. Esta valoración debería
hacerse de forma independiente para la infraestructura que se evalúe, es decir, un análisis
para líneas vitales, por ejemplo, otro para infraestructura habitacional o edicios de
corta altura, otra para edicios de mayor altura, etc., tomando en consideración para
estos últimos casos el sistema estructural, el material de construcción, el estado de la
construcción, etc.
4.5 La ocurrencia de un sismo, si bien se podría considerar que produciría aceleraciones
similares en toda la zona de estudio, tendría efectos muy distintos en diferentes partes
según lo evaluado.
4.6 Los resultados obtenidos por medio de índices sirven de insumo para la generación de
mapas y para la toma de decisiones en zonas especícas donde se esperarían mayores
daños superciales por licuación de suelos.
4.7 El potencial de licuación de un sitio no imposibilita la construcción de infraestructura,
pero sí es un indicativo que el diseño y construcción de las obras que se contemplen
deben ser adaptadas técnicamente a las condiciones potenciales de licuación. Esto podría
requerir de una exigencia mayor en el alcance y cantidad de investigación geotécnica
para zonas con mayor potencial de licuación, así como mayores inversiones para estos
proyectos en su adaptación a las condiciones identicadas. En el caso de estructuras,
CORDERO-CARBALLO, MONTALVA-ALVARADO: Análisis de potenciales manifestaciones superficiales...
72
podría tratarse de cimentaciones profundas o sistemas de mejoramiento de suelos,
los cuales, según su alcance, podrían representar una inversión importante para los
proyectos que se planteen.
4.8
Se pueden caracterizar zonas particulares dentro del área analizada, donde las
manifestaciones superciales de licuación serían mayores respecto a otras zonas. Se
recomienda implementar zonas de observación en las cuales sería potencialmente
evidente a nivel supercial la ocurrencia de licuación. Estas zonas se deberían estudiar
en mayor detalle y podrían ser usadas de base para la calibración de rangos de daño
esperado ante un eventual sismo que produzca evidencia supercial de licuación.
4.9
Las estructuras enterradas, como líneas vitales (e.g. acueductos, gaseoductos) son
predominantemente afectadas por la deformación del suelo circundante. Es importante
identicar las zonas críticas de este tipo de infraestructura y ubicarlas respecto a los
mapas generados para tomar las acciones de reforzamiento necesarios para que no fallen
en caso de emergencia, o bien construir sistemas con redundancia que no detengan su
funcionamiento en caso de que se presente licuación en un grado tal que dañe partes
de estos sistemas.
4.10 Los índices de severidad de licuación discutidos pueden proporcionar una indicación
de la gravedad de un problema de asentamiento inducido por licuación, pero requerirán
ajustarse a partir de casos de ocurrencia de licuación apegadas a las condiciones propias
de la zona de estudio.
ROLES DE AUTORES
Diego Cordero-Carballo: Conceptualización, curación de datos, análisis formal, adquisición
de fondos, investigación, metodología, administración del proyecto, recursos, software, validación,
visualización, redacción – borrador original.
Gonzalo Montalva-Alvarado: Conceptualización, metodología, supervisión, redacción –
revisión y edición.
REFERENCIAS
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0x8fa1c76ab9610c83:0x1bf37ea58fddf6!8m2!3d9.6202396!4d-84.6217487!16zL20vMGdnMHN2.
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