La importancia de evaluar el comportamiento de nuestros suelos: el fenómeno de licuación ante posibles sismos en el oriente de Cali

Andrés Felipe García Barrera, estudiante de la Maestría en Ingeniería Civil con Énfasis en Geotecnia. Crédito: Oficina de Comunicaciones, Facultad de Ingeniería.

Debido a su ubicación geográfica, el lugar en el que se encuentra la ciudad de Cali representa una alta amenaza frente a posibles sismos. Según estudios realizados, la zona del oriente cuenta con suelos que, en caso de presentarse un sismo con características específicas, pueden sufrir de un fenómeno conocido como licuación, que afecta la estabilidad de estructuras, sin importar su composición. Una investigación reconoce la importancia de estudiar el comportamiento de dichos suelos, por medio de la actualización de los instrumentos de medición dinámica, ubicados en la Planta de Tratamiento de Agua Potable PTAP de Puerto Mallarino, a la vez que propone un modelo que contribuye a que investigadores realicen simulaciones detalladas sobre el comportamiento sísmico de la ciudad de Cali, con el objetivo de prever amenazas futuras y minimizar riesgos y daños para la población. 

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La necesidad de actualizar sistemas de medición sísmica en la región 

Debido a sus características (que sean arenas finas o pocas densas, y que se encuentren saturados, es decir cuyos espacios vacíos en su interior estén ocupados por agua) existen ciertos tipos de suelos más propensos a sufrir de un fenómeno conocido como “licuación”, que se presenta como consecuencia de movimientos sísmicos.  Este fenómeno, que se da como resultado del aumento de presión del agua en los poros por la velocidad de un sismo, produce que el suelo pierda resistencia y comience a comportarse como un fluido viscoso, poniendo en peligro todas las estructuras que estén construidas sobre él.  

Este tipo de eventos tienen precedentes a nivel mundial, como el que se produjo luego el terremoto de Niigata, en Japón, en 1964. A nivel nacional, un evento similar se registró en 1979, en el municipio de Tumaco. A nivel local la ciudad de Cali, al ubicarse en una zona de amenaza sísmica alta, presenta una alta vulnerabilidad en materia de movimientos telúricos y de licuación, especialmente en la zona del oriente, donde se encuentra ubicado el distrito de Aguablanca, en donde vive una importante parte de la población.  

Consciente de la vulnerabilidad de sus habitantes, en donde predominan los estratos socioeconómicos 1 y 2, y a la importancia de edificaciones como el Colegio Nuevo Latir, el Jarillón del Río y, con una importancia adicional debido a su naturaleza, plantas de tratamiento de agua potable (PTAP) como la de Puerto Mallarino, Andrés Felipe García Barrera, estudiante de la Maestría en Ingeniería Civil con Énfasis en Geotecnia, lleva a cabo un proyecto de investigación que busca la actualización de instrumentos de medición de eventos sísmicos ubicados en la PTAP de Puerto Mallarino y la implementación de un modelo representativo de la zona, y mediante el cual se pueda analizar los efectos en las propiedades del suelo como la rigidez, ante la aplicación de diferentes señales sísmicas de entrada. 

Su proyecto de investigación, que cuenta con la dirección del investigador y profesor Eimar Sandoval, de la Escuela de Ingeniería Civil y Geomática, busca continuar con un trabajo realizado previamente, repotenciando el centro de monitoreo sísmico ubicado en dicha PTAP, de manera que esté en capacidad de obtener la totalidad de información recibida por los instrumentos de adquisición y sea más fácil el acceso a la misma para utilizarla con propósitos académicos y preventivos para la región del Valle del Cauca, especialmente el distrito de Aguablanca. 

El estado del centro de monitoreo en Puerto Mallarino y la necesidad de actualizar los sistemas de medición 

Como resultado de su trabajo de pregrado, el ahora investigador García Barrera contribuyó a que el Centro de Observación y Análisis de Licuación en Aguablanca (COALA), instalado en 2019, tuviera a su alcance los instrumentos para una medición de dinámica mucho más exacta. Esto se dio gracias a la instalación de dos piezómetros (instrumentos utilizados para medir el nivel y la presión del agua en pozos internos del suelo), ubicados a 4.25 y 6.5 metros de profundidad, y la posterior actualización de la interfaz para visualizar los datos en el centro. Actualmente el COALA cuenta con dos sismómetros: uno superficial y uno a 40 m de profundidad (instrumento que sirve para medir la velocidad del suelo), además de 4 pozos, ubicados a 4, 7, 13 y 40 metros de profundidad, según la ubicación del estrato licuable del suelo.  

Sin embargo, el monitoreo que realiza el Centro no es óptimo, debido a los cortes de energía que se presentan en la zona, que impiden la medición continua de los registros sísmicos presentados en la zona. Además de esta circunstancia, para hacer el acopio de la información es necesario trasladarse a la PTAP directamente, y luego procesarlos en las instalaciones de la Universidad del Valle, lo que implica gastos en materia económica y de tiempos que reducen el avance de las investigaciones.  

La propuesta del investigador Andrés Felipe García Barrera le apunta a solucionar estas problemáticas de orden operativo en el COALA, y utilizar la información recopilada para alimentar un modelo algorítmico de detección de sismos en la zona: “La idea también es implementar un algoritmo de detección de sismos, para que el programa que está adquiriendo la información detecte que ocurrió un sismo y lo pueda guardar de una manera diferente”, cuenta el investigador, y explica que se ha avanzado en la caracterización de la zona en materia de vibración, para separar las que se producen por el ambiente donde está ubicado el Centro y aquellas que corresponden a movimientos sísmicos. Para el desarrollo de este modelo el investigador se ha basado en información suministrada por el Servicio Geológico Colombiano (SGC).  

La investigación y metodología utilizada 

El trabajo del investigador García Barrera tiene como propósitos las siguientes líneas: 1) automatizar el centro de monitoreo, mejorando las condiciones de operabilidad, lo que implica la instalación de un acelerómetro (instrumento destinado a medir aceleraciones en el suelo), un digitalizador y un panel solar de 200 W de potencia, algo que hasta la fecha se ha cumplido; 2) análisis de sensibilidad del algoritmo de detección, ya que desde el 2019 el Centro COALA ha adquirido alrededor de 35 a 40 sismos en la ciudad, y se está buscando mejorar los parámetros de dicho algoritmo para que se adecúen a la zona donde se encuentra el Centro; 3) la creación de un modelo constitutivo numérico con los datos adquiridos en el Centro, para lo cual se recopiló resultados de diferentes pruebas que se han realizado en el laboratorio de geociencias del grupo de investigación en Ingeniería Sísmica, Eólica, Geotécnica y Estructural (G-7) de la Universidad del Valle, al que pertenece el investigador Andrés Felipe García Barrera. 

“La idea es alimentar un modelo constitutivo en el programa OpenSees, de código abierto. Se ajusta los parámetros del modelo con los datos obtenidos en el centro y se estudia su respuesta ante cargas dinámicas. Una vez se cuente con el modelo verificado, será posible introducir un sismo y analizar cómo se comporta ese suelo con una cimentación superficial, con un pilote, cómo afecta a la estructura y la estructura cómo afecta al suelo”, dice el investigador, y aclara que el trabajo que se enmarca en su investigación busca ser un primer paso para que posteriormente, con nuevos investigadores, se pueda llevar a cabo este estudio a una escala más amplia. 

Con lo anterior en mente, el investigador adquirió la información con referencia a registros sísmicos, para lo cual contó con dos fuentes sismogénicas importantes: La Mesa de los Santos, en el departamento de Santander, un lugar conocido por los constantes movimientos telúricos, y Mesetas, en el departamento de Meta. Para el registro se consideró un umbral de relevancia: una magnitud mayor a los 4 Mw. El número de movimientos registrados estuvieron en 40. A la par de este análisis se realizó la actualización de los equipos anteriormente mencionados. 

Por su parte, para el análisis de sensibilidad del algoritmo de detección, el investigador ha establecido los siguientes parámetros: duración de ventana corta, duración de ventana larga, umbral de inicio y umbral de final. Lo que se busca con este análisis es determinar la sensibilidad dentro del algoritmo con base en la modificación de alguno de estos valores. 

La actualización de estos sistemas de medición en el Centro de Observación y Análisis de Licuación en Aguablanca (COALA) y el desarrollo del algoritmo de detección supone un proyecto que, en conjunto, trae consigo consecuencias positivas en materia de registro de sismos y análisis de posibles fenómenos de licuación para esta zona del Valle del Cauca. Para el investigador Felipe García la suya es, a su vez, una apuesta por contribuir a investigaciones que se realicen en los años por venir en la materia.  

Impacto a nivel tecnológico y social 

“La idea es alimentar el conocimiento general que se tiene sobre los suelos potencialmente licuables, cómo se comportan, especialmente acá en Cali”, cuenta el investigador Andrés Felipe García Barrera frente al impacto que su investigación pueda tener en el campo tecnológico. Según él, su apuesta sirve de insumo en la búsqueda de la determinación de cómo disminuir el potencial de licuación que existente en la región. 

Y, de manera específica, en la zona del oriente de la ciudad, donde está ubicada la PTAP y se ha evidenciado que existe un riesgo aún mayor, la actualización de los sistemas de medición y el algoritmo propuesto tienen como propósito instruir acerca del uso correcto del suelo y la mitigación de los posibles daños que pueda causar un evento sísmico en materia de licuación. “Sabemos que la zona del oriente alberga alrededor del 40% de la población de la ciudad. Esta es una población muy vulnerable, y la construcción de los edificios a veces no ha sido regulada por la norma. La idea es analizar cómo se puede mejorar, cómo se puede construir correctamente en este tipo de suelos. Y, ya que sabemos que no se pueden derribar las casas, queremos ver cómo disminuir el potencial de licuación sin afectar las construcciones ya existentes”, son las palabras del investigador.

Si le interesa contactar al estudiante de maestría o conocer más sobre la investigación, escriba a la Oficina de Comunicaciones de la Facultad de Ingeniería: comunicaingenieria@correounivalle.edu.co.