Riesgos Geológicos – Erosión Concentrada | Falla por Tubificación – Identificación y Solución

En este vídeo, se presenta, de forma detallada, la Erosión Concentrada o Tubificación (Piping) como un tipo de fallo hidráulico interno que se debe comprobar en todo proyecto geotécnico.

La erosión concentrada (tubificación) de la pared del conducto, forma estructura de tubo, dentro de un suelo de grano grueso, no-arcilloso, por el efecto de arco o en un suelo fino arcilloso pero dispersivo, en la interfase entre el terreno arcilloso y el no arcilloso, o en la interfase entre el suelo y una estructura. (Ver Eurocódigo 7).

La tubificación (piping) ocurre en suelos granulares, en la superficie donde el gradiente del flujo se concentra y se extiende regresivamente dentro de la masa del suelo. Por otro lado, el flujo de agua, cambia la química de los granos finos en la arcilla mediante la eliminación de los cationes de sodio, lo que provoca la rotura de los enlaces químicos existentes y la pérdida de cohesión por tubificación.

De la misma forma, se presentan métodos para identificar este fenómeno de una forma práctica, por ejemplo:

  • La erosión concentrada o tubificación (piping), en suelos granulares (no arcillosos), puede ser identificada mediante lo señalado en un vídeo anterior donde presentamos el diagrama de Hjulstrom.
  • La tubificación en en suelos de grano fino (arcillosos) se suele presentar en los suelos dispersivos, y depende del grado de absorción potencial de sodio. Las arcillas kaoliníticas no suelen ser dispersivas, este fenómeno suele ocurrir en zonas semi-desérticas y zonas bajas, con una topografía suavemente ondulada y/o laderas planas, relativamente llanas, donde la lluvia genera filtraciones tienen una alta capacidad de absorción de sodio. Para explorar este fenómeno, en la práctica, tenemos tres ensayos:
  1. El ensayo de “pin-hole” (prueba del alfiler), en la que se pasa agua, con una gran gradiente hidráulico a través de un muestra de suelo (ASTM D4647)
  2. La prueba “crumb test” (prueba de las migajas), observando el comportamiento de pedazos de suelo en una solución de hidróxido de sodio
  3. El doble hidrómetro que se basa en la comparación de la dispersión natural de las partículas de arcilla empleando química y medios mecánicos, observando la diferencia (ASTM D4221)

Se dan posibles soluciones a este tipo de problemas. Entre ellas:

  • Para suelos granulares: incrementar su densidad, mezclar para evitar las brechas (saltos) en la gradación (intentar tener gradaciones diagonales), reducir el gradiente hidráulico aumentando la longitud del flujo mediante barreras o interceptar el flujo con pozos de alivio, o utilizar filtros como el caso de la erosión interna.
  • Los suelos de grano fino (arcillas) muy uniformes, que se han empleado para construir presas sin filtros, en los que las arcillas dispersivas están presentes, que han sido adecuadamente compactadas (2% por encima de la humedad óptima para evitar la contracción y agrietamiento), suelen comportarse bien. De forma alterna, usado un 4% (en masa) de cal hidratada, o cenizas volantes pulverizadas (6%), o yeso (en una mezclado en el suelo o en el agua), y sulfato de aluminio (0.6%), han sido empleados para tratar las arcillas dispersivas en presas de tierra. Hay que tener cuidado con que esas mezclas no produzcan fragilidad indeseada (lo que podría producir grietas de contracción) y presiones de hinchamiento.

En las normas, como el Eurocódigo 7, se explican con más detalle las consideraciones que se deben tomar en cuenta para reducir el riesgo de este tipo de erosión.

📃 Puede DESCARGAR

Schuppener-Hydraulic-failure – https://drive.google.com/file/d/13qmLpqY6CBrxJ5DTo5FJIB6uP6KbLrw8/view?usp=sharing

EN 1997-1 (2004) (English): Eurocode 7: Geotechnical design – Part 1: General rules – https://drive.google.com/file/d/10VzxNscRrMGjqQw0y7vQ9hjGgwM-K4tz/view?usp=sharing

📚 LIBROS

Redes de Filtración, Flujo de Agua y Erosión

Advanced Soil Mechanics, Braja M. Das

Eurocódigo 7 – Geotecnia

E Manual of Geotechnical Engineering Vol 1: Geotechnical Engineering Principles, Problematic Soils and Site Investigation

ICE Manual of Geotechnical Engineering Vol 2: Geotechnical Design, Construction and Verification (Ice Manuals)

ICE Manual of Geotechnical Engineering 2 vol set

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