Riesgos Geológicos – Subpresión y Sifonamiento – efecto del agua sobre las estructuras geotécnicas

En este vídeo, se muestras dos modos de rotura, del terreno, inducidos por las presiones intersticiales o por fuerzas de filtración, que se deben comprobar en todo proyecto geotécnico.

a) rotura por subpresión (flotación),
b) rotura por elevación o inestabilidad hidráulica (sifonamiento) del terreno

La flotación se produce cuando el empuje, por la presión intersticial, bajo una estructura o una capa de terreno de baja permeabilidad alcanza valores mayores que la sobrecarga media transmitida por la estructura (debida a la estructura y/o a la capa de terreno superior). La subpresión es un fuerza ascendente producida por el agua sobre una estructura, elemento de contención o cimentación sumergida.

La rotura por elevación hidráulica del terreno se produce cuando las fuerzas de filtración dirigidas verticalmente hacia arriba se oponen al peso del suelo, y reducen a cero la presión vertical efectiva. Las partículas de suelo se levantan entonces por el flujo vertical de agua, y se produce rotura del terreno (sifonamiento).

Las condiciones de rotura hidráulica del terreno pueden expresarse en términos de tensiones totales y de presión intersticial, o en términos de tensiones efectivas y gradiente hidráulico. El análisis en tensiones totales se aplica a la rotura por subpresión. En la rotura por levantamiento hidráulico (sifonamiento) del terreno el análisis puede hacerse tanto en tensiones totales como en efectivas.

En situaciones, en que la presión intersticial, es hidrostática (gradiente hidráulico despreciable) la única comprobación exigible es la de rotura por subpresión.

La determinación de gradientes hidráulicos, presiones intersticiales o fuerzas de filtración debe tener en cuenta:

a) la variación de la permeabilidad del suelo en tiempo y espacio;
b) las variaciones del nivel de agua y de las presiones intersticiales en el tiempo;
c) cualquier modificación de las condiciones de contorno (por ejemplo, excavaciones aguas abajo).
Se debería considerar que la importancia de la estratificación del suelo puede ser diferente para distintos mecanismos de rotura.

A) Rotura por subpresión

La estabilidad frente a la subpresión de una estructura o de un estrato del terreno de baja permeabilidad debe comprobarse comparando las acciones estabilizadoras (por ejemplo, peso y rozamiento lateral) con las acciones desestabilizadoras permanentes y variables debidas al agua y, posiblemente, a otras causas.

En el vídeo, se muestran ejemplos de situaciones en que debe comprobarse la estabilidad a subpresión.

B) Rotura por levantamiento hidráulico (sifonamiento)

La estabilidad del suelo frente al levantamiento hidráulico debe comprobarse de forma expresa para la condición de estabilidad en términos de presiones intersticiales y tensiones totales.

La determinación del valor característico de la presión intersticial debe contemplar todas las posibles condiciones desfavorables, tales como:

a) estratos delgados de suelo de baja permeabilidad, 
b) efectos espaciales tales como excavaciones estrechas, rectangulares o circulares, bajo el nivel freático.
Las medidas más frecuentemente adoptadas para resistir rotura por levantamiento hidráulico son:
la diminución de la presión intersticial bajo la masa de suelo sujeta a rotura por levantamiento hidráulico; el incremento del peso resistente.

En las normas, como el Eurocódigo 7, se exigen aplicar, coeficientes parciales, a las acciones o los efectos de las acciones de la estructura y a los parámetros de resistencia del terreno para evitar la subpresión.

Puede DESCARGAR

Dewatering, Hydraulic Failure and Subsequent Analysis of a Sheeted Excavation

Schuppener-Hydraulic-failure

EN 1997-1 (2004) (English): Eurocode 7: Geotechnical design – Part 1: General rules

LIBROS

Designers’ Guide to EN 1997-1 Eurocode 7: Geotechnical Design – General Rules

Erosion in Geomechanics Applied to Dams and Levees

Seepage, Drainage, and Flow Nets

Groundwater and Seepage

ICE 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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