Condição de um solo para ser liquefazível

Seed e Idriss (1982) consideram que um solo pode liquefazer-se se:

Este critério ficou conhecido como critério chinês.

Cálculo

Os estudos de liquefação sísmica de Seed (1966) levaram a postular as seguintes condições:

A suscetibilidade à liquefação do solo pode ser estimada por diferentes métodos, embora os mais utilizados sejam aqueles baseados nos trabalhos desenvolvidos por Seed e Idriss[6]​ e Youd e Idriss.[7]​ Esses métodos estabelecem que o solo se liquefaz quando a razão de tensão de cisalhamento cíclica (CSR, cíclica shear stress ratio, em inglês) produzida por um terremoto é maior que a razão de resistência tangencial do solo (CRR, cíclica relação de resistência, em inglês). Inglês). O cálculo de CSR e CRR é definido nos regulamentos técnicos de cada país, apresentando pequenas adaptações particulares a cada região ou caso de aplicação.[8]​.

O conhecimento limitado sobre este fenómeno deve-se em grande parte a dois factores:

Um dos problemas fundamentais é o conhecimento rudimentar sobre os mecanismos de ruptura e deformação associados ao fenômeno de liquefação, o que limita a utilização de ensaios elementares para estudá-lo.

A liquefação induzida por terremotos é um dos principais contribuintes para o risco sísmico urbano. A agitação faz com que a pressão da água nos poros aumente, o que reduz a tensão efetiva e, portanto, diminui a resistência ao cisalhamento da areia. Se existir uma crosta de solo seco ou uma cobertura impermeável, o excesso de água às vezes pode subir à superfície através de rachaduras na camada superior, transportando areia liquefeita no processo, produzindo bolhas de areia, comumente chamadas de "vulcões de areia".

O estudo das características de liquefação em vestígios de terremotos que ocorreram em tempos pré-históricos, chamado paleoliquefação ou paleoseismologia, pode fornecer uma grande quantidade de informações sobre terremotos que ocorreram antes que existissem registros históricos ou que medições precisas pudessem ser feitas.[9]​.

A areia movediça ocorre quando uma área de areia solta saturada de água é perturbada. Quando a água presa no bloco de areia não consegue escapar, o solo se liquefaz e perde a capacidade de suportar peso. A areia movediça pode se formar a partir de um fluxo crescente de água subterrânea (como de uma nascente natural) ou de terremotos. No caso de um fluxo de água subterrâneo, a força produzida pelo fluxo de água se opõe à força da gravidade, fazendo com que os grãos de areia flutuem. No caso de terremotos, a força do tremor pode aumentar a pressão das águas subterrâneas próximas à superfície e, no processo, liquefazer depósitos de areia e sedimentos na superfície. Em ambos os casos, a superfície em liquefação perde resistência, o que desestabiliza edifícios e outras estruturas na superfície, fazendo com que se inclinem ou desmoronem.

Os sedimentos saturados podem parecer extremamente sólidos até que uma mudança na pressão do solo ou agitação desencadeie o processo de liquefação, que faz com que a areia forme uma suspensão na qual cada grão fica rodeado por uma fina película de água. Esta configuração confere à areia movediça e outros sedimentos liquefeitos uma textura esponjosa semelhante à consistência de um fluido. Objetos que estão envolvidos em areia movediça afundarão até o nível em que o peso do objeto seja igual ao peso deslocado da mistura areia-água e o objeto “flutuará” de acordo com o princípio de Arquimedes.

As chamadas argilas rápidas ou argilas marinhas, também conhecidas no Canadá como argilas Leda ou argilas rápidas, são um tipo particular de argila extremamente sensível, que quando perturbada tem a tendência de mudar seu estado de relativamente rígido para um estado líquido. Em repouso, as argilas rápidas parecem um gel hidrossaturado. Porém, se você pegar um bloco de argila e bater nele, ele instantaneamente assume a constituição de um fluido, por meio de um processo conhecido como liquefação espontânea. As argilas rápidas se comportam assim porque, embora sejam sólidas, possuem um teor de água muito elevado, que pode chegar a 80%. A argila mantém uma estrutura sólida apesar de seu alto teor de água porque a tensão superficial da água mantém os "flocos" de argila unidos em uma estrutura delicada. Quando a estrutura é quebrada por um golpe, a argila muda de estado e se transforma em fluido.

As argilas rápidas são geralmente encontradas em regiões localizadas no hemisfério norte em países como Rússia, Canadá, Alasca nos Estados Unidos, Noruega, Suécia e Finlândia, todas áreas que foram cobertas por geleiras durante o Pleistoceno.

Argilas em movimento rápido têm sido a causa subjacente de muitos deslizamentos de terra mortais. Só no Canadá, eles foram associados a mais de 250 trabalhos de terraplenagem identificados. Alguns deles são antigos e podem ter sido confundidos com terremotos.[10]​.

Os deslizamentos submarinos são correntes de turbidez e consistem na movimentação de sedimentos saturados pela água que deságua no fundo do mar. Um exemplo desse fenômeno ocorreu durante o terremoto de Grand Banks em 1929, que ocorreu na plataforma continental perto da costa de Newfoundland. Poucos minutos após o evento, vários cabos submarinos começaram a romper-se em sequência, em pontos cada vez mais distantes ao longo da encosta, e afastando-se do epicentro. No total, doze cabos foram quebrados em 28 locais. Os horários e locais exatos em que cada interrupção ocorreu foram determinados com precisão. Os pesquisadores sugeriram que um deslizamento submarino ou corrente turva de sedimentos saturados por água que se movia a uma velocidade de 100 km/h (quilômetros por hora) e se propagava pela plataforma continental ao longo de um percurso de 600 km, rompendo os cabos em seu caminho.[11]​.

A liquefação pode causar danos às estruturas de diversas maneiras. Edifícios cujas fundações estão diretamente na areia liquefeita sofrem uma perda repentina de suporte, resultando em assentamento drástico (recalque absoluto) e irregular (recuperação diferencial) do edifício. A liquefação causa recalques irregulares na área liquefeita e isso pode danificar edifícios e quebrar cabos subterrâneos de serviços públicos onde os recalques diferenciais são grandes. Tubulações de distribuição de água e gás e outras tubulações podem flutuar e mover-se para a superfície. Montes de areia podem entrar em erupção em edifícios através de conexões de serviços públicos, permitindo a entrada de água e danificando a estrutura ou seus sistemas elétricos. A liquefação do solo também pode causar colapsos de plataformas. As áreas ambientais de recuperação de solo (aterros sanitários) são propensas à liquefação porque muitas são recuperadas com preenchimento hidráulico e muitas vezes ficam em solos macios que podem amplificar os tremores causados ​​pelos terremotos. A liquefação do solo foi um fator importante na destruição do distrito da Marina de São Francisco durante o terremoto Loma Prieta de 1989.

A mitigação de danos potenciais devido à liquefação faz parte do campo da engenharia geotécnica.

Condição de um solo para ser liquefazível

Seed e Idriss (1982) consideram que um solo pode liquefazer-se se:

Este critério ficou conhecido como critério chinês.

Cálculo

Os estudos de liquefação sísmica de Seed (1966) levaram a postular as seguintes condições:

A suscetibilidade à liquefação do solo pode ser estimada por diferentes métodos, embora os mais utilizados sejam aqueles baseados nos trabalhos desenvolvidos por Seed e Idriss[6]​ e Youd e Idriss.[7]​ Esses métodos estabelecem que o solo se liquefaz quando a razão de tensão de cisalhamento cíclica (CSR, cíclica shear stress ratio, em inglês) produzida por um terremoto é maior que a razão de resistência tangencial do solo (CRR, cíclica relação de resistência, em inglês). Inglês). O cálculo de CSR e CRR é definido nos regulamentos técnicos de cada país, apresentando pequenas adaptações particulares a cada região ou caso de aplicação.[8]​.

O conhecimento limitado sobre este fenómeno deve-se em grande parte a dois factores:

Um dos problemas fundamentais é o conhecimento rudimentar sobre os mecanismos de ruptura e deformação associados ao fenômeno de liquefação, o que limita a utilização de ensaios elementares para estudá-lo.

A liquefação induzida por terremotos é um dos principais contribuintes para o risco sísmico urbano. A agitação faz com que a pressão da água nos poros aumente, o que reduz a tensão efetiva e, portanto, diminui a resistência ao cisalhamento da areia. Se existir uma crosta de solo seco ou uma cobertura impermeável, o excesso de água às vezes pode subir à superfície através de rachaduras na camada superior, transportando areia liquefeita no processo, produzindo bolhas de areia, comumente chamadas de "vulcões de areia".

O estudo das características de liquefação em vestígios de terremotos que ocorreram em tempos pré-históricos, chamado paleoliquefação ou paleoseismologia, pode fornecer uma grande quantidade de informações sobre terremotos que ocorreram antes que existissem registros históricos ou que medições precisas pudessem ser feitas.[9]​.

A areia movediça ocorre quando uma área de areia solta saturada de água é perturbada. Quando a água presa no bloco de areia não consegue escapar, o solo se liquefaz e perde a capacidade de suportar peso. A areia movediça pode se formar a partir de um fluxo crescente de água subterrânea (como de uma nascente natural) ou de terremotos. No caso de um fluxo de água subterrâneo, a força produzida pelo fluxo de água se opõe à força da gravidade, fazendo com que os grãos de areia flutuem. No caso de terremotos, a força do tremor pode aumentar a pressão das águas subterrâneas próximas à superfície e, no processo, liquefazer depósitos de areia e sedimentos na superfície. Em ambos os casos, a superfície em liquefação perde resistência, o que desestabiliza edifícios e outras estruturas na superfície, fazendo com que se inclinem ou desmoronem.

Os sedimentos saturados podem parecer extremamente sólidos até que uma mudança na pressão do solo ou agitação desencadeie o processo de liquefação, que faz com que a areia forme uma suspensão na qual cada grão fica rodeado por uma fina película de água. Esta configuração confere à areia movediça e outros sedimentos liquefeitos uma textura esponjosa semelhante à consistência de um fluido. Objetos que estão envolvidos em areia movediça afundarão até o nível em que o peso do objeto seja igual ao peso deslocado da mistura areia-água e o objeto “flutuará” de acordo com o princípio de Arquimedes.

As chamadas argilas rápidas ou argilas marinhas, também conhecidas no Canadá como argilas Leda ou argilas rápidas, são um tipo particular de argila extremamente sensível, que quando perturbada tem a tendência de mudar seu estado de relativamente rígido para um estado líquido. Em repouso, as argilas rápidas parecem um gel hidrossaturado. Porém, se você pegar um bloco de argila e bater nele, ele instantaneamente assume a constituição de um fluido, por meio de um processo conhecido como liquefação espontânea. As argilas rápidas se comportam assim porque, embora sejam sólidas, possuem um teor de água muito elevado, que pode chegar a 80%. A argila mantém uma estrutura sólida apesar de seu alto teor de água porque a tensão superficial da água mantém os "flocos" de argila unidos em uma estrutura delicada. Quando a estrutura é quebrada por um golpe, a argila muda de estado e se transforma em fluido.

As argilas rápidas são geralmente encontradas em regiões localizadas no hemisfério norte em países como Rússia, Canadá, Alasca nos Estados Unidos, Noruega, Suécia e Finlândia, todas áreas que foram cobertas por geleiras durante o Pleistoceno.

Argilas em movimento rápido têm sido a causa subjacente de muitos deslizamentos de terra mortais. Só no Canadá, eles foram associados a mais de 250 trabalhos de terraplenagem identificados. Alguns deles são antigos e podem ter sido confundidos com terremotos.[10]​.

Os deslizamentos submarinos são correntes de turbidez e consistem na movimentação de sedimentos saturados pela água que deságua no fundo do mar. Um exemplo desse fenômeno ocorreu durante o terremoto de Grand Banks em 1929, que ocorreu na plataforma continental perto da costa de Newfoundland. Poucos minutos após o evento, vários cabos submarinos começaram a romper-se em sequência, em pontos cada vez mais distantes ao longo da encosta, e afastando-se do epicentro. No total, doze cabos foram quebrados em 28 locais. Os horários e locais exatos em que cada interrupção ocorreu foram determinados com precisão. Os pesquisadores sugeriram que um deslizamento submarino ou corrente turva de sedimentos saturados por água que se movia a uma velocidade de 100 km/h (quilômetros por hora) e se propagava pela plataforma continental ao longo de um percurso de 600 km, rompendo os cabos em seu caminho.[11]​.

A liquefação pode causar danos às estruturas de diversas maneiras. Edifícios cujas fundações estão diretamente na areia liquefeita sofrem uma perda repentina de suporte, resultando em assentamento drástico (recalque absoluto) e irregular (recuperação diferencial) do edifício. A liquefação causa recalques irregulares na área liquefeita e isso pode danificar edifícios e quebrar cabos subterrâneos de serviços públicos onde os recalques diferenciais são grandes. Tubulações de distribuição de água e gás e outras tubulações podem flutuar e mover-se para a superfície. Montes de areia podem entrar em erupção em edifícios através de conexões de serviços públicos, permitindo a entrada de água e danificando a estrutura ou seus sistemas elétricos. A liquefação do solo também pode causar colapsos de plataformas. As áreas ambientais de recuperação de solo (aterros sanitários) são propensas à liquefação porque muitas são recuperadas com preenchimento hidráulico e muitas vezes ficam em solos macios que podem amplificar os tremores causados ​​pelos terremotos. A liquefação do solo foi um fator importante na destruição do distrito da Marina de São Francisco durante o terremoto Loma Prieta de 1989.

A mitigação de danos potenciais devido à liquefação faz parte do campo da engenharia geotécnica.