En este primer post vamos a tratar de explicar, de forma muy esquemática, las diferencias entre dos fenómenos similares, pero no iguales: el sifonamiento y la licuefacción de suelos.

¿Qué es?

Ejemplo de licuefacción del suelo debido a un terremoto (Niigata en 1964)

Como hemos dicho antes, nos encontramos con dos fenómenos parecidos en cuanto a consecuencias: en ambos casos tenemos una pérdida de la capacidad portante producida por la anulación de las tensiones efectivas (visto de una manera un tanto cinematográfica: arenas movedizas). Recordamos la definición de presión efectiva, por si alguno tiene la geotecnia un poco oxidada:

Donde “σ’” es la presión efectiva, “σ” es la presión total y “u” la presión intersticial o de poro.

Se puede ver, por tanto, que para que se anulen las tensiones efectivas tenemos que aumentar la presión intersticial, ya que la presión total se mantendrá constante si no variamos la geometría ni las densidades de los materiales. El fenómeno que hace aumentar a esta presión intersticial será lo que diferencia el sifonamiento de la licuefacción.

SIFONAMIENTO: En este caso, la causa del aumento de la tensión intersticial es un flujo ascendente de agua. Comúnmente esto ocurre en excavaciones al abrigo de pantallas, donde el nivel freático se encuentra relativamente algo y se realiza un bombeo de la excavación. El esquema hidráulico será el de la figura que se encuentra más abajo en el apartado de sifonamiento.

LICUEFACCIÓN: En este fenómeno, el aumento de la presión de poro viene producido por un esfuerzo súbito (y repetido) sobre la masa de suelo. De manera simplificada, podemos decir que en los suelos sometidos a una carga “rápida”, esta carga es absorbida en primer lugar por el agua, produciéndose sobrepresiones intersticiales (al igual que en el caso de la consolidación) que pueden llegar a producir la anulación de tensiones efectivas.

¿Cómo se calcula?

Vale, bien. Hemos visto que son cosas distintas, aunque parecidas, pero… ¿Cómo se calculan?

LICUEFACCIÓN

Cambiamos el orden y empezamos por este fenómeno dinámico, por ser más complicado de estudiar: al margen de ser un hecho difícil de observar, es un fenómeno complejo, teniendo un comportamiento fuertemente no lineal e histerético.

El método de cálculo más extendido hasta el momento es el propuesto por Seed e Idriss (1971, aunque ha sido revisado posteriormente) ^[1][2].

Estos dos autores definen unas condiciones para que el suelo sea licuable, criterio que adoptó el nombre de “criterio chino” (desconozco las razones para el nombre):

·         El porcentaje en peso de partículas <0,005 mm es menor del 15%

·         LL<35

·         w/LL>0,9

Una vez que se ha visto que el suelo cumple las condiciones para ser licuable, se definen dos parámetros: un parámetro que representa la acción sísmica (Cyclic Stress Ratio, o CSR) y otro que representa la resistencia del terreno (Cyclic Resistance Ratio, o CRR). El factor de seguridad frente a la licuefacción se obtiene, como siempre, dividiendo las resistencias entre las acciones.

SIFONAMIENTO

El parámetro fundamental para el cálculo frente a sifonamiento es el gradiente hidráulico. El valor de este gradiente hidráulico puede estimarse de varias maneras: mediante programas de cálculo numérico (los más “asequibles” de entre los software comerciales son el SEEP/W y el Phase2), mediante redes de flujo o, si es posible, mediante ábacos y gráficas para situaciones comunes (entre los que cabe destacar el gráfico del Canadian Foundation Manual para recintos entre pantallas cuadrados, rectangulares y circulares).

Ejemplo de red de flujo para el caso de material homogéneo con sustrato impermeable.

Habrá que comparar dicho gradiente hidráulico con un gradiente hidráulico crítico, que será el que produzca el “fallo”. Este gradiente hidráulico crítico (i_cr) será el que anule las tensiones efectivas.

A la izquierda, leyes de tensiones en régimen estacionario. A la izquierda, con flujo ascendente.

Tomando unos valores “normales” para un suelo arenoso de densidad saturada igual a 20 kN/m³ y densidad del agua próxima a 10 kN/m³, nos resulta que el gradiente crítico suele encontrarse en el entorno de la unidad.

Y por tener un orden de magnitud, el CTE, en su documento básico SE-C ^[3], marca que el factor de seguridad para el sifonamiento (o coeficiente parcial de seguridad, en este caso), debe ser de 2.

Por último, recordar que no hay que confundir el sifonamiento con la rotura de fondo^[4] aunque, de nuevo, son fenómenos similares.

REFERENCIAS

[1] Analysis of Soil Borings for Liquefaction Resistance http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-219182249741411/unrestricted/Chp07.pdf

[2] Draft Guidelines for Evaluating Liquefaction Resistance Using Shear Wave Velocity Measurements and Simplified Procedures (US Department of Commerce). http://fire.nist.gov/bfrlpubs/ build99/PDF/b99021.pdf

 [3] Código Técnico de la Edificación. Documento Básico de Seguridad Estructural – Cimentaciones (Ministerio de Obras Públicas, España) http://www.fomento.gob.es/NR/rdonlyres/ 204AF31C-67E0-402A-BC8A-CB110C8E981F/95705/5.pdf

[4] CURSO DE PATOLOGIA DE ESTRUCTURAS (CODEIN, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Comunidad Valenciana). http://www.prodein.es/wp-content/uploads/PONENCIA-DE-ROTURA-DE-FONDO.pdf