Influencia de la minerología, redondez, esfericidad y rugosidad de los granos de arena en la licuefacción de suelos: análisis mineralógico y morfológico de Arenas de Canchamaná, Tambo de Mora y Paracas (Ica - Perú)

Abstract

Las características morfológicas y mineralógicas de los suelos arenosos constituyen factores determinantes en su comportamiento geomecánico. Esta investigación emplea el análisis de imágenes bidimensionales para cuantificar la morfología de las partículas (redondez, esfericidad y textura superficial) de arenas provenientes de Paracas, Canchamaná y Tambo de Mora. Este análisis bidimensional se corroboró mediante imágenes tridimensionales obtenidas por microscopía electrónica de barrido (SEM). Estos estudios se complementaron con análisis mineralógicos mediante difracción de rayos X (DRX) para determinar la composición mineral y evaluar la influencia conjunta de estos parámetros en el potencial de licuefacción medido a través de ensayos triaxiales cíclicos manteniendo una densidad uniforme y aplicando diferentes presiones de confinamiento para las arenas de cada localidad. Las arenas de Paracas, con mayor redondez, esfericidad y menor rugosidad, mostraron una menor resistencia a la licuefacción debido a una fricción intergranular reducida y un número limitado de puntos de contacto. En contraste, las arenas de Canchamaná y Tambo de Mora, con una morfología más irregular, presentaron una mayor resistencia a este proceso. El análisis mineralógico destacó la relevancia de la predominancia de cuarzo como factor que incrementa la resistencia a la licuefacción de los suelos arenosos, siendo Paracas la zona con mayor proporción de este mineral (36%). A su vez, se demostró una consistencia entre los resultados mineralógicos, morfológicos y mecánicos de laboratorio y se subrayó la importancia de replicar los ensayos considerando la densidad de campo in situ propia de cada localidad, la cual varía tanto espacial como verticalmente. De esta manera, el presente estudio resalta la integración de análisis morfológicos y mineralógicos para el desarrollo de modelos más completos que permitan evaluar el comportamiento de suelos en regiones sísmicas.The morphological and mineralogical characteristics of sandy soils are determining factors in their geomechanical behavior. This research employs two-dimensional image analysis to quantify particle morphology (roundness, sphericity, and surface texture) of sands from Paracas, Canchamana, and Tambo de Mora. This two-dimensional analysis was corroborated through three-dimensional images obtained by scanning electron microscopy (SEM). These studies were complemented with mineralogical analyses by X-ray diffraction (XRD) to determine mineral composition and to evaluate the combined influence of these parameters on the liquefaction potential, assessed through cyclic triaxial tests conducted at a uniform density and under different confining pressures for the sands from each locality. The sands from Paracas, characterized by higher roundness, greater sphericity, and lower roughness, exhibited lower resistance to liquefaction, due to reduced intergranular friction and a limited number of contact points. In contrast, the sands from Canchamana and Tambo de Mora, with more irregular morphology, showed greater resistance to this process. The mineralogical analysis highlighted the relevance of quartz predominance as a factor that increases the liquefaction resistance of sandy soils, with Paracas presenting the highest proportion of this mineral (36%). Moreover, this research demonstrated consistency among mineralogical, morphological, and laboratory mechanical results, and emphasized the importance of replicating the tests considering the in situ field density of each locality, which varies both spatially and with depth. Thus, this study underscores the integration of morphological and mineralogical analyses for the development of more comprehensive models to evaluate soil behavior in seismic regions.