NIVEL FREATICO Y PERMEABILIDAD.

Nivel Freatico y Permeabilidad de los suelos: concepto y determinación («in situ» y en laboratorio)

Permeabilidad de los suelos: concepto y determinación («in situ» y en laboratorio)

¿QUÉ ES EL NIVEL FREÁTICO?

El término «nivel freático» (también manto freático, napa freática o napa subterránea) se utiliza para definir, por una parte, la cantidad de agua acumulada en el subsuelo y que puede aprovecharse para su uso a través de pozos, y, por otra, una capa del subsuelo que contiene aguas freáticas.

¿QUÉ ES EL NIVEL FREÁTICO?

De forma más específica, el nivel freático o capa freática es «el nivel superior del agua en un acuífero o, más correctamente, el lugar donde la presión del agua es igual a la de la presión atmosférica». Podemos encontrar agua tanto por encima como por debajo de este nivel. La que está por debajo se llama agua freática, tiene presión positiva y da lugar a acuíferos. El agua que está por debajo del nivel freático es agua capilar, tiene presión negativa y permanece retenida en los capilares del suelo. En ambos casos, el origen del agua es la sedimentación o la infiltración a través del suelo de un exceso de agua derivado de lluvias, ríos, lagos, mares o deshielos de zonas montañosas. Por otra parte, al hablar del suelo freático también podemos destacar de los llamados «niveles freáticos colgados». Éstas capas de aguas subterráneas aparecen en terrenos impermeables y son independientes del nivel freático convencional, tanto en profundidad como en expansión.

¿QUÉ HACE QUE EL NIVEL FREÁTICO SUBA O BAJE?

El nivel freático viene marcado por la profundidad que alcanza la capa superior de agua acumulada en el subsuelo. Esta profundidad puede variar debido a las lluvias estacionales o al crecimiento del caudal de ríos o lagos cercanos. En las zonas costeras, las mareas y la presión atmosférica también hacen que el nivel freático del suelo suba o baje.

¿POR QUÉ ES IMPORTANTE CALCULAR EL NIVEL FREÁTICO EN CONSTRUCCIÓN?

Saber qué es el nivel freático es fundamental en el ámbito de la construcción. El motivo es que cuando realizamos una excavación por debajo de éste, existe mayor riesgo de inestabilidad y hundimientos. Cuando es necesario realizar una excavación y una cimentación profunda posterior debemos saber si vamos a alcanzar el nivel freático para adoptar medidas que impidan la infiltración y el paso de aguas subterráneas. Estas medidas de contención pueden ser barreras físicas, sistemas de bombeo o una combinación de ambos métodos. Elegir la opción adecuada depende del tipo de terreno y de la profundidad de la excavación.

De forma más específica, los objetivos de determinar el nivel freático del suelo en construcción son: Conocer la capacidad del agua para empujar estructuras o elementos de contención. Cuantificar las subpresiones que incidan en los elementos de apoyo en el subsuelo.

Considerar cualquier tipo de agotamiento freático o impermeabilización previo a la construcción de las cimentaciones. Estudiar la posibilidad de variaciones en los niveles de aguas subterráneas durante la construcción y tras ésta.

Observar la influencia de la capa freática, no solo en el edificio en cuestión, sino también en construcciones cercanas y linderas. Valorar los riesgos de realizar zanjas, taludes, desmontes o cualquier acción que ponga en riesgo la estabilidad del terreno. Calcular las cimentaciones con mayor precisión.

CÓMO REBAJAR EL NIVEL FREÁTICO DEL SUELO

El conjunto de operaciones destinadas a la evacuación de las aguas freáticas presentes en el terreno y que irrumpen en espacios como aparcamientos o sótanos se denominan acciones de «abatimiento de nivel freático». Su objetivo es suprimir o rebajar el nivel freático del suelo para realizar la excavación en seco, bien a la hora de construir desde cero o bien para reparar una humedad o hacer una rehabilitación. Los profesionales del sector tienen en cuenta diferentes técnicas para rebajar el nivel freático en construcción. Destacan fundamentalmente los pozos de bombeo (sistema de extracción de agua mediante aspiración forzada) y los llamados «well-point» (pozos perforados). Estos últimos se usan en terrenos con baja o escasa permeabilidad donde el agua no llegaría por gravedad a los pozos, y permiten trabajar sobre el nuevo nivel freático rebajado gracias a un bombeo por generación de vacío que mantiene el equilibrio entre agua aportada y extraída.

¿CÓMO SE MIDE EL NIVEL FREÁTICO DEL SUELO?

La forma habitual de determinar el nivel freático del suelo y localizar la ubicación de la capa freática es mediante sondeos que permiten detectar dónde está el agua subterránea y dónde debemos hacer la perforación. Esta medida debe realizarse en diferentes momentos y épocas del año, a través de mediciones puntuales, para valorar la estabilidad del terreno. El método tradicional para medir el nivel freático es la flauta con cinta métrica o cable de acero, con la que podemos determinar la posición de las aguas subterráneas de manera fiable y precisa. También pueden utilizarse fotografías infrarrojas, estratigrafía, petrografía, percepción remota, radares o geografía estructural.

Permeabilidad de los suelos: concepto y determinación («in situ» y en laboratorio)

Permeabilidad de los suelos: concepto y determinación («in situ» y en laboratorio)

Permeabilidad de los suelos.

Concepto de permeabilidad.

Definimos permeabilidad como la capacidad de un cuerpo (en términos particulares, un suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos particulares, el agua) sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se determina objetivamente mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoria determinada. El concepto permeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad o transmisividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado.

Permeabilidad de los suelos.

Concepto de permeabilidad.

La permeabilidad se cuantifica en base al coeficiente de permeabilidad, definido como la velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un gradiente unitario. El coeficiente de permeabilidad puede ser expresado según la siguiente función: k = Q / I A Donde: – k: coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica [m/s] – Q: caudal [m3/s] – I: gradiente [m/m] – A: sección [m2)] En proyectos de ingeniería y arquitectura, las unidades con las que se expresa generalmente el coeficiente de permeabilidad son cm/s y m/s; en los ámbitos de la hidráulica o la hidrogeología es habitual observar notaciones como cm/dia, m/año y similares.

Son diversos los factores que determinan la permeabilidad del suelo, entre los cuales, los más significativos son los siguientes: Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica. Composición química del material (naturaleza mineralógica)

Como regla general podemos considerar que a menor tamaño de grano, menor permeabilidad, y para una granulometría semejante (arenas, por ejemplo) a mejor gradación, mayor permeabilidad. En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas y limos, la presencia de ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que disminuye la permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio). A efectos únicamente indicativos, el DB SE-C propone los siguientes rangos de variación para la permeabilidad en función del tipo de terreno en la siguiente tabla: kz: coeficiente de permeabilidad vertical (se asume que la anisotropía de los suelos, especialmente de las arcillas estratificadas, puede comportar variaciones significativas en la magnitud del coeficiente de permeabilidad medido en el plano horizontal.)

La estimación de la permeabilidad en suelos tiene diversos intereses, algunos directos en el proyecto de una edificación, como puede ser la valoración de la influencia de las aguas subterráneas sobre construcciones soterradas (plantas sótano, por ejemplo) a efectos de diseño de sistemas o procedimientos de impermeabilización o drenaje. En tal sentido, el Código Técnico de la Edificación – en su documento básico dedicado a la salubridad (DB HS) – requiere de la valoración cuantificada de la permeabilidad del terreno en contacto con las soleras y las estructuras de contención. La estimación de la permeabilidad de los suelos (y en su caso, del macizo rocoso) puede realizarse mediante tres clases de procedimientos: – Valoración de la permeabilidad mediante relaciones empíricas establecidas entre la misma y alguna característica del suelo, generalmente su granulometría. – Medida directa de la permeabilidad sobre una muestra adecuada (inalterada) en laboratorio. – Estimación directa de la permeabilidad «in situ», realizada durante la ejecución de sondeos o pozos, consistentes en la medida de las pérdidas en una columna de agua con la que se ha inundado la perforación.

De entre los ensayos «in situ», los métodos que se citan generalmente corresponden a los ensayos Lugeon (habitualmente realizado en macizos rocosos fracturados), Lefranc (llevado a cabo generalmente en suelos relativamente permeables) y Slug Test (también en suelos permeables.)

Para el caso de suelos poco permeables, los ensayos «in situ» son poco adecuados, requiriéndose la toma de muestras y la realización de ensayos en laboratorio sobre las mismas. Según el objeto de la investigación puede escogerse entre ensayar muestras adecuadamente inalteradas (si es posible su obtención), o representativas, las cuales se recompactan en el laboratorio para obtener probetas que reproduzcan las condiciones del terreno. Una vez confeccionada la probeta a ensayar, el material se satura y se induce a través del mismo un flujo, cuyo caudal es medido en condiciones preestablecidas. Los métodos habituales de laboratorio son los siguientes:

– Sobre muestras inalteradas o recompactadas: ensayo en célula triaxial, con presión en cola, bajo carga constante o variable (se trata del ensayo más adecuado para suelos de muy baja permeabilidad.) – Sobre muestras recompactadas: Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga constante (generalmente en suelos de permeabilidad alta). Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga variable (apto para suelos de permeabilidad media a baja). Los ensayos de carga constante consisten en el mantenimiento del gradiente hidráulico, determinando el caudal necesario para que dicha carga hidráulica se mantenga constante. En los ensayos de carga variable, en cambio, se inicia el proceso bajo un gradiente determinado, y se observa la variación del mismo con el tiempo.

Las siguientes figuras ilustran los métodos operativos descritos tanto para ensayos en sondeo como en el laboratorio: Esquema del sistema utilizado para la medida de la permeabilidad «in situ» mediante el ensayo Lugeon (nótese la colocación de un obturador en el sondeo, que impide la subida del nivel de la columna de agua por la perforación, y el mantenimiento de la presión hidráulica en la sección ensayada a presión constante, midiendo el caudal inyectado.)

Ensayo Lefranc bajo carga variable

Ensayo Lefranc bajo carga constante

Esquemas de los procedimientos utilizados para la medida de la permeabilidad «in situ» mediante el ensayo Lefranc (en este caso se puede optar por mantener la columna de agua a nivel constante, midiendo el caudal necesario para estabilizarla, o variable, midiendo la variación del gradiente.) Fuente: F.J. Sánchez Sanroman: Medidas Puntuales de Permeabilidad (“slug tests”).

Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos en célula confinada y mediante carga variable

Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos en célula confinada y mediante carga constante

Equipo triaxial utilizado para la determinación de la permeabilidad en suelos, ensayo con probeta confinada mediante presión hidráulica y presión en cola