Rebajamiento brusco del nivel freático

damm

Novel
He leído en varios libros que al descender el nivel freático en un terreno que sirve de apoyo a una edificación (por la razón que sea), el terreno pierde resistencia y la edificación puede asentar bruscamente.

mi pregunta es ¿Porque sucede este fenómeno? Calculando la carga de hundimiento de un terreno, según el CTE, da mayores resistencias para un nivel freático profundo que superficial.

¿Qué pensáis?
 
Pues supongo que la razón en parte es que con el agua te llevas los finos...
Y muchos finos es algo gordo..., y asienta... :D:D:D
 
Cuando hay agua en un suelo (nivel freatico), parte de la carga transmitida al terreno se la lleva el agua. Si el agua desaparece toda aumenta la tensión en el terreno, y al haber mas tensión habrá mas deformación.

En cianto a los finos es otro fenomeno. Si haces un pozo y no pones un filtro, el agua arrastra los finos, y granito a granito haces una cueva... y luego desastre.
 

damm

Novel
Entonces cuando calculo la carga de hundimiento; ¿Es mejor dar por hecho que el nivel freático esta profundo aunque no sea cierto? así interpreto que toda la presión la absorberá el terreno y entonces estaré del lado de la seguridad.
 
hola,

si calculas la tensión de hundimiento de una cimentación considerando que no tienes freático, cuando la verdad es que sí lo tienes, el valor de la densidad del terreno que usarás será la densidad natural, sin embargo, en la realidad, el peso del suelo que debería considerarse (bajo el freático) es el que viene dado por la densidad sumergida. Al ser menor la densidad sumergida que la natural, el coeficiente de seguridad disminuye en caso de que el freático esté alto. así pues, si haces el cálculo de la tensión admisible sin considerar el freático tendrás un valor superior al real.

otra cosa que sucede cuando se produce un abatimiento del freático es un incremento de la tensión vertical efectiva que solicita el terreno que antes estaba debajo de la cota piezométrica y ahora no lo está. puesto que el terreno suprayacente se encontraba bajo el agua, la tensión vertical efectiva a una cota dada aumenta en relación a la diferencia entre el peso específico natural y el sumergido

dado que un aumento de la tensión vertical efectiva lleva aparejada una deformación, se producirá un asiento en el suelo. este asiento será cuasi despreciable si el valor de la tensión de preconsolidación del terreno está por encima del valor de la tensión vertical efectiva final. pero si no es así, esto es, en suelos normalmente consolidados, la deformación puede ser muy importante

finalmente, en caso de suelos coherentes con tendencias expansivas, un descenso de la cota piezométrica puede comportar una disminución de la humedad del material, dando lugar a una retracción del mismo, produciéndose en consecuencia un asiento de las cimentaciones que quedaran sobre esa arcilla... esto, la verdad, es bastante teórico, puesto que hablar de acuíferos y de niveles freáticos cuando tratamos con materiales arcillosos a veces es un tanto confuso (la arcilla es impermeable y solo puede hablarse de un verdadero acuífero si lo que tenemos son niveles permeables intercalados con la arcilla).... creo que en algunas partes de Madrid hay descritas bastantes patologías, en los años 60 y 70, que derivan de un caso como este

en fin... un descenso de la cota piezométrica puede llevar aparejados bastantes comportamientos raros del terreno... no es casualidad que en el capítulo que el CTE dedica a la gestión del agua se haga mención de forma reiterada en la necesidad de establecer con la precisión adecuada el margen de variación previsible de la cota piezométrica, y que debamos reflejar en el proyecto estas variaciones, que tienen tanto incidencia sobre la seguridad estructural como sobre el uso del edificio (no podemos escudarnos delante del juez, pues, en los manidos argumentos de que el agua hace cosas imprevisibles)

comentar nomás que hablar de pérdida de la resistencia no es del todo consecuente con lo que estamos diciendo... evidentemente hay parámetros (como la cohesión) que dependen directamente del estado de consistencia del terreno, y que el estado de consistencia de un suelo por fuerza depende de su humedad... pero precisamente una desecación del material aumenta la cohesión, así como el rozamiento (puesto que el valor de la tensión normal efectiva aumenta al quitar el agua de en medio), por lo que no se produce en ningún caso una pérdida real de resistencia del terreno (en sentido estricto) si no alguno de los procesos que comentaba antes...

... no sé si me he explicado bien

f.

ps. lo del lavado de finos solo por la disminución de la cota piezométrica es algo bastante poco probable... tengamos presente que un acuífero ya desarrolla un gradiente hidráulico de por sí, que siempre será superior al pequeño gradiente que podemos establecer por el descenso de la cota piezométrica... cualquier fino susceptible de ser lavado ya lo habrá sido... de hecho, los presuntos problemas de lavado de finos normalmente no lo son tales (es un buen argumento para encolomarle al terreno un problema que generalmente tiene que ver con deficiencias de compactación en rellenos)... creo que solo en casos en los que hacemos un abatimiento del freático voluntario, mediante bombeo, llegamos a generar gradientes capaces de hacer este tipo de cosas...
 
El terreno, al bajar el freático, se quedará semisaturado, sin presión pero con cierta cantidad de agua ¿frena esa agua los asientos?
 
si cuando dices "frena", te refieres a si los ralentiza, pues dependerá de la permeabilidad del terreno... para el caso de unas arenas, pues no, puesto que la liberación de la presión intersticial es cuasi inmediata... si son arcillas, pues sí... al asiento inmediato (función del módulo de deformación no drenado) habrá que sumarle el asiento por consolidación, que como todos sabemos es más lento

pero si cuando dices "frena", te refieres a "reduce", entiendo que no ha lugar; el suelo a la cota X se encuentra solicitado por una tensión vertical efectiva superior a la que se daba antes del descenso de la cota piezométrica, y la deformación consecuente será función solo de la magnitud de ese incremento, y del módulo de deformación (o del coeficiente de compresibilidad en suelos finos) del terreno

... vamos, creo yo...

f.

ps. por cierto... habría que tener en cuenta una cosa... cuando se dice "Cuando hay agua en un suelo (nivel freatico), parte de la carga transmitida al terreno se la lleva el agua. Si el agua desaparece toda aumenta la tensión en el terreno, y al haber mas tensión habrá mas deformación. " esto es cierto pero solo en parte. Si un terreno saturado es sometido a un incremento de la tensión vertical, inicialmente el agua asume parte de esa tensión, incrementando el valor de la presión intersticial (ya sabemos que el agua no es compresible a efectos prácticos); no obstante, ese aumento de presión interscial desaparecerá más o menos deprisa en función de la permeabilidad del suelo, el cual finalmente drenará el exceso de presión hasta igualar el valor de la tensión en el agua y a la cota X con el valor de la tensión hidrostática a esa cota (que depende solo de la altura de la columna de agua), llegado este punto, la totalidad de la tensión vertical es asumida por el esqueleto sólido.

Así pues, al rebajar la cota piezométrica, incrementamos el valor de la tensión efectiva (que es la diferencia entre la total y la intersticial) por lo que la fracción sólida se ve más solicitada, pero no porque la fracción sólida asuma una tensión vertical que anteriormente estuviese asumiendo el agua.
 
si cuando dices "frena", te refieres a
Ciertamente no tenía muy claro en qué estaba pensando. Los asientos no se producirán inmediatamente si hay agua y no puede salir porque el terreno es impermeable... pero acabará saliendo antes o después, como dices. Ahora bien, si el freático vuelve a subir, habrá servido de algo esa impermeabilidad... ¿podemos concluir que el suelo arcilloso es menos sensible a las variaciones temporales del nivel freático?

frankie ha dicho:
esto, la verdad, es bastante teórico, puesto que hablar de acuíferos y de niveles freáticos cuando tratamos con materiales arcillosos a veces es un tanto confuso (la arcilla es impermeable y solo puede hablarse de un verdadero acuífero si lo que tenemos son niveles permeables intercalados con la arcilla)
Entiendo hasta cierto punto que no se pueda hablar de acuífero en arcilla, pero no entiendo por qué no es compatible suelo arcillos -impermeable- con nivel freático si el nivel freático es el lugar común de los puntos de presión nula (atmosférica) y en la arcilla también puede haber agua -aunque no pueda pasear a gusto- y puede tener presión.

frankie ha dicho:
Si un terreno saturado es sometido a un incremento de la tensión vertical
Hoy estoy preguntón y este comentario me recuerda una cuestión que más de una vez me planteé desde las primeras veces que leí sobre mecánica de suelos: ¿por qué toda la bibliografía se refiere siempre a suelos saturados?
 
en cuanto a lo de las arcillas y los acuíferos... desde un punto de vista hidrogeológico estricto, se entiende por acuífero al conjunto formado por un terreno saturado en el que se da un gradiente hidráulico y al agua que por el mismo discurre... verás... en un suelo impermeable no se puede hablar de la aplicación de la ley de Darcy, y si no se cumple la ley de Darcy, ya sabes que no se cumple la ley de Terzaghi sobre las presiones efectivas... así que cuando hablamos de acuíferos y arcillas estamos haciendo ciertas simplificaciones que... bueno... son eso, simplificaciones

en los textos de mecánica de suelos hay tres "estadios" de conocimiento... el Lambe y Withman por ejemplo está estructurado así... suelo seco (leyes básicas de la mecánica) suelos saturados (se implementa la ley de las tensiones efectivas) y suelos semisaturados (en los que el comportamiento es bastante más complejo y no se cumplen las anteriores)

da la casualidad de que la mayoría de suelos con los que tratamos están parcialmente saturados... y, o bien les aplicamos las leyes que son válidas para suelos secos, o bien las de suelos saturados... es una simplificación que por desgracia, en el nivel de trabajo que puede realizarse con los recursos que se tienen a disposición de un estudio geotécnico convencional es prácticamente imposible salvar... de otro lado, sería dudoso que fuese rentable: ponernos a calcular un chalet, e incluso una plurifamiliar normal con los parámetros de un modelo elastopástico de Druker-Prager, o un Cam-Clay, nos dará como resultado ahorrarnos un 30 % del coste de la cimentación, si bien en el estudio nos gastaríamos el doble de lo ahorrado...

como siempre, cuestion de leuros...

aunque... si lo miramos en relación a las toneladas de CO2 que se dejarían de emitir si reducimos en un 30 % el hormigón vertido y acero colocado en todos los cimientos del país... tal vez saldría muy a cuenta...
 
da la casualidad de que la mayoría de suelos con los que tratamos están parcialmente saturados... y, o bien les aplicamos las leyes que son válidas para suelos secos, o bien las de suelos saturados...
OK. Y por lo que leo, a las arcillas se les suelen aplicar sistemáticamente las leyes de suelos saturados, de ahí todo el lío de la consolidación, asientos de consolidación...
 
bueno, es que precisamente las arcillas (cuando son arcillas de verdad), aunque no estén por debajo del freático, están o saturadas o casi saturadas en condiciones normales... justificar esto necesita meterse uno en explicar lo que es la succión en los suelos, pero para no aburrirnos, podemos hacerlo de una forma más sencilla, más empírica

... se define el límite de retracción de una arcilla como aquella humedad por debajo de la cual el suelo deja de experimentar una retracción (cambio de volumen) por efecto de desecación, o dicho a la inversa, una arcilla con una humedad por encima del límie de retracción puede admitir más agua, sí, pero lo hace a costa de hinchar... o sea, que el límite de retracción marca la humedad de saturación de una arcilla... la experiencia te dirá que no encuentras muchas arcillas con humedades por debajo del límite de retracción (serían unas arcillas con los típicos "mud cracks" que se observan en barrizales desecados) salvo que sean superficiales, así que por debajo de 1 m de la superficie, una arcilla acostumbra a estar a una humedad cercana a la saturación... ergo, podría aplicarse sin remilgos toda la mecánica de suelos saturados

hasta aquí nos podríamos quedar muy tranquilos pensando que aplicamos a las arcillas conceptos (los de suelos saturados) que realmente les corresponden... el problema es que los suelos que normalmente denominamos "arcillas" contienen en realidad una proporción de "arcilla" de verdad del orden del 20 % al 60 %... el resto acostumbra a ser una mezcla de limo y arena muy fina... y a ese "mix" le endosamos los criterios de "suelo saturado" y consideramos que además se le puede encuadrar en un comportamiento propio de unas arcillas de verdad (que son las menos)

en fin... todos convenimos que es una simplificación, claro... pero es lo que hay... cuanto menos conviene no perder de vista hasta qué punto simplificamos, para no caer después en argumentos puristas (un tanto naïfs) del tipo "la resistencia al corte no drenado es la mitad de la compresión simple", cuando se aplica esta máxima a un suelo que en realidad tiene solo un 30 % de arcilla, y el resto es limo y arena fina carbonatados, y que por falta de cohesión rompe a 150 kPa, por lo que se le da una Cu = 75 kPa, y te acaban diciendo que la tensión admisible de una zapata corrida de 50 cm es de 125 kPa, cuando toda la vida se han cargado 2 Kg/cm2 y nunca ha pasado nada...

¿falla la teoría? ¿es acaso la mecánica de suelos una disciplina con coeficientes de seguridad muy elevados?

no, el problema es que se eleva a rango de ley lo que no es más que una simplificación, y se aplica el precepto a destajo...

... vamos, creo yo...
 
Gracias, frankie.
Sabía yo que, además de una impresión al leer cualquier texto de mecánica de suelos, el comentario sobre que las arcillas suelen estar saturadas lo había leído explícitamente en algún libro.

Terzaghi:
6.3 Porosity, Water Content, Unit Weight, and Density
(...)
Coarse sands located above the water table are usually humid. Fine or silty sands are moist, wet, or saturated. Clays are almost always completely or nearly saturated, except in the layer of surface soil that is subject to seasonal variations of temperature and moisture.(...)

Con tu explicación queda mucho más claro. La mecánica de suelos está repleta de simplificaciones que en ninguna parte se explican como tales.

Lo de la mezcla de arenas y arcillas es otra cosa muy simpática, una artificial línea roja que separa dos mundos que poco tienen que ver, sin intermedios. Creo que lo comentamos alguna vez hablando del módulo de balasto, pero también para asientos cambia todo, hasta los métodos aplicables.

Y si me sacas el tema de la cohesión, me rematas, ya alguna vez lo comentamos...
 
Efectivamente, casi siempre se supone que las arcillas están saturadas... excepto en un caso, los taludes en arcilla, en los que se presupone que pueden estar desecadas en su parte más superficial y puede haber una grieta de tracción que minimiza el factor de seguridad.

En cuanto al uso de métodos más sofisticados, como pueden ser los que corresponden a hipótesis de suelos semisaturados, para usarlos se deben de cumplir dos condiciones, como mínimo:

- Que sean necesarios.
- Que sirvan para algo.

En los países bajos, con un montón de material blando ganado al mar, en rellenos portuarios (más de lo mismo), bajo un edificio muy cargado en un suelo blando, bajo una central nuclear, etc, puede tener sentido calentarse la cabeza con modelos raros y afinar hasta el extremo mirando si las presiones intersticiales son más o menos grandes, pero no en un informe cualquiera en el que hemos pinchado en dos puntos y estamos extrapolando "a lo burro" con cuatro SPT.

Como dice @frankie, está muy bien conocer los modelos para suelos Cam, pero siempre y cuando los apliquemos a las arcillas del Cam, y a ser posible en el propio Cambridge.

Si no conocemos el suelo con seguridad, no vale la pena usar estos métodos, porque un simple estrato de arenas intercalado por medio nos puede falsear todos los resultados, eso por no mencionar una bajada del nivel freático, una rotura de una tubería, unas inundaciones como las de estos días por el norte y muchas más cosas que no justifican un estudio tan sensible frente a factores externos.

Y volviendo al tema original, @damm, no confundas asiento y hundimiento, son dos cosas distintas y con principios teóricos distintos. No voy a demostrarlo matemáticamente (porque es un tostón ;)) pero si voy a recordarlo, los suelos tienen dos tipos de deformación, con y sin cambio de volumen, y que se produzca una u otra deformación depende del cambio de tensiones.

Si cambian las tensiones totales pero no las efectivas se trata de una deformación sin cambio de volumen, cuando cambian las efectivas es cuando se produce la deformación con cambio de volumen.

Si el agua desaparece, caso que tu planteas, cambian las tensiones efectivas, cambia el desviador de tensiones, y el suelo se deforma con cambio de volumen, es decir, asienta. El mejor ejemplo es también el más clásico, la torre de Pisa.
 
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