Definición sifonamiento suelos
El proceso de sifonamiento puede definirse como una inestabilidad del suelo producida cuando un flujo de agua ascendente genera una presión igual a la presión de tierras, anulando, por tanto, la presión efectiva.
Es decir, el sifonamiento provoca una presión efectiva nula lo que hace que en estas condiciones un suelo sin cohesión pierde su resistencia al corte y se comporte como un fluido.
Un caso típico es el de las arenas movedizas que ya hablamos en un post anterior.
En geotecnia, suele ocurrir en excavaciones profundas al abrigo de pantallas, tablestacas o pilotes secantes donde el nivel freático se encuentra muy elevado y se detectan suelos sin cohesión como limos y arenas.
En estos casos, se producirá un flujo de agua desde el intradós de la pantalla hasta el fondo de la excavación cuyas filtraciones irán a parar a los elementos de agotamiento y drenaje.
Si el gradiente es importante, el fondo de la excavación perdería su estabilidad, disipándose toda la resistencia al corte del material granular. El terreno pasaría a comportarse como un fluido y entraría como en un proceso de licuefacción de suelos.
En excavaciones de más de 6 m de profundidad al abrigo de pantallas impermeables debe estudiarse con detalle puesto que si se produce el sifonamiento del suelo las consecuencias podrían ser muy graves, llevando incluso a la ruina toda la obra.
Cálculo sifonamiento pantallas
El cálculo de la seguridad frente al sifonamiento puede realizarse de forma simplificada tal y como se recomienda en la ROM 0.5 y se expone a continuación:
F=(ϒ´)/(Iv·ϒw)
Donde:
F: Factor de seguridad.
ϒ´: Densidad sumergida ϒ´= ϒsat– ϒw
ϒw: Densidad del agua.
ϒsat: Densidad saturada del suelo.
Iv: Gradiente de salida que conviene determinarlo como la pérdida unitaria de carga media en la zona próxima a la pantalla en el fondo de la excavación. Puede suponerse:
Iv=Δu3/( ϒw·t)
Siendo:
Δu3 = Exceso de presión intersticial en la punta de la pantalla.
t = profundidad de empotramiento de la pantalla.
Esquema filtración de agua en el suelo en un recinto de excavación.
En cuanto al exceso de presión Δu3 en el pie de la pantalla de un ejemplo como el mostrado en la imagen anterior puede determinarse tal y como se muestra en la siguiente imagen:
La ROM 0.5 marca un factor de seguridad mínimo de 1,5 para combinación de acciones cuasi-permanentes, 1,3 para combinación de acciones fundamentales y 1,1 para situaciones accidentales o sísmicas.
A este respecto convine recordar que el Código Técnico de la Edificación CTE-SEC indica que la seguridad frente al sifonamiento en función del gradiente crítico deberá ser mayor o igual que 2 tal y como se muestra a continuación.
ir≤icr/FS=2
donde:
ir = gradiente real en sentido vertical en un sitio.
icr = el gradiente que anula la tensión efectiva vertical en dicho sitio.
El gradiente hidráulico puede estudiarse con las formulaciones expuestas en la amplia bibliografía existente al respecto como por ejemplo Braja, González de Vallejo o Jiménez Salas o calcularse mediante programas de elementos finitos especializados en flujos de agua.
Imagen principal tomada de obrasurbanas.es
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