¿Qué es el nivel freático? Definición, diferencias con el nivel piezométrico y sus consecuencias en las obras.

¿Qué es el nivel freático? Definición

El nivel freático puede definirse como el nivel superior del agua en un acuífero o más correctamente como el lugar donde la presión del agua es igual a la de la presión atmosférica.

El nivel freático o también llamada capa freática o napa freática puede medirse mediante una perforación en el subsuelo. La distancia medida entre el agua subterránea y la superficie se corresponde con el nivel freático.

Estas perforaciones se denominan piezómetros abiertos y juegan un papel muy importante en los estudios geotécnicos para determinar las condiciones de cimentación, subpresiones, empujes de tierras o, por ejemplo, el abatimiento del mismo en excavaciones bajo el nivel freático.

Normalmente el nivel de agua se mide mediante una sonda piezométrica que no es más que una cinta métrica en cuya punta hay dispuesto un sensor que nos avisa mediante una luz o sonido del contacto con el agua.

El nivel de aguas freáticas también puede ser medido en sondeos o pozos o mediante instrumental especializado como piezómetros de cuerda vibrante, de Casagrande o Drive-in, transductores, etc. Estos aparatos además de medir la profundidad del nivel freático también miden el nivel piezométrico y las presiones intersticiales o presión de poro en los suelos saturados por lo que son de gran utilidad en la ingeniería geotécnica.

Imagen tomada de: https://es.wikipedia.org/wiki/Nivel_fre%C3%A1ticoo

Por último, indicar que en áreas donde el nivel freático se encuentra próximo a la superficie, suele abundar la vegetación freatofita como pueden ser en esteros, cañaverales o juncales.  Normalmente las plantas freatofitas tienen una tolerancia a la salinidad elevada. Una particularidad son los fresnos, chopos, sauces o álamos que son muy sensibles a la salinidad por lo que son un buen indicativo de agua freática potable. Por contra, hay plantas que no necesitan nivel freático ni siquiera sustrato para vivir, éstas son las plantas aéreas o del aire. Otro extremo que nos indica un nivel freático profundo o ausente son las plantas crasas, suculentas y cactus.

¿Qué es nivel piezométrico? Definición

Se define como el nivel superior o la superficie del de agua respecto a una referencia (normalmente respecto del nivel del mar) en los acuíferos libres mientras que en los acuíferos confinados se corresponde con la altura que alcanzaría el nivel del agua en el interior de un sondeo o piezométrico hasta igualarse a la presión atmosférica. Tiene en cuenta y, a diferencia del nivel freático, el exceso de presión que se genera en los acuíferos confinados.

Por tanto, hay que prestar atención en un confundir ambos términos (nivel freático y piezométrico) pues no son sinónimos y no se pueden usar indistintamente.

Al igual que en el nivel freático, el nivel piezométrico también puede ser medido mediante piezómetros abiertos, de cuerda vibrante, Drive-in, Casagrande, etc.

Cuando tenemos varios puntos piezométricos podemos trazar mediante la unión de estos puntos una superficie piezométrica y de este modo generar un mapa de isopiezas (líneas que unen la misma carga piezométrica). Son muy prácticas para determinar la dirección y sentido del flujo subterráneo y el gradiente hidráulico. Aspectos esenciales en los estudios hidrogeológicos de túneles, presas o excavaciones con pantallas bajo el nivel freático.

Al igual que se ha diferenciado con nivel freático y nivel piezométrico, también hay que diferenciar entre el término superficie piezométrica que es el lugar geométrico de los puntos de igual cota piezométrica del término superficie freática que es el lugar de geométrico de los puntos de un acuífero cuya presión es igual a la atmosférica y que coincide con la superficie del agua en acuíferos libres.

Nivel freático en cimentaciones

La existencia de un nivel freático alto constituye un factor de gran importancia en el proyecto y ejecución de cimentaciones cuyos efectos están asociados al tipo de terreno y sobre todo a su permeabilidad.

La consecuencia más directa se traduce en empujes hidrostáticos sobre muros, pantallas o entibaciones y subpresiones sobre las obras de cimentación.

Como más frecuentes pueden considerarse los casos siguientes:

a) Suelos arcillosos blandos

La saturación del terreno por el agua freática hace que tenga una consistencia blanda o fluida y, por tanto, una resistencia baja. Permite bajas presiones admisibles (enlace), elevados asientos, problemas de estabilidad de taludes y fondo de excavaciones.

b) Suelos arcillosos duros y consolidados

La presencia del nivel freático se traduce en pequeños caudales de agua hacia las excavaciones, generalmente a través de fisuras pero sin afectar a taludes moderados o a la capacidad portante del terreno.

Cabe prestar atención a la zona de fluctuación del nivel freático ya que suele presentar una menor resistencia. Debe evitarse esta zona en la medida de la posible bien cimentando por encima o por debajo de la misma.

Otro caso peculiar es el de las arcillas expansivas que se verán menos afectadas si la capa freática se encuentra muy alta y sin variaciones estacionales.

c) Suelos arenosos

Debido a su elevada permeabilidad debe evitarse tener que cimentar bajo el nivel freático. Si ello resulta imprescindible debe construirse recintos estancos como pantallas de hormigón, tablestacas, etc y realizar un rebajamiento del nivel freático. El abatimiento del nivel freático puede hacerse mediante arquetas de bombeo, well-points, etc.

Las variaciones de la napa freática suelen ser importantes en este tipo de suelos por lo que se recomienda medir el freático en distintas épocas del año.

La cimentación debería emplazarse siempre que sea posible por encima del nivel máximo para evitar la inmersión posterior y dar lugar a fenómenos de colapso o asientos bruscos, tanto más bruscos cuanto más flojo esté en su estado natural.

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