Sondeos en la ladera: nivel freático, excavación y arena licuable
Un concello de la ría de Arousa proyecta un edificio de dos plantas con sótano de 4,0 m en una ladera suave. Se han realizado tres sondeos alineados según la máxima pendiente, S1, S2 y S3, separados 40 m entre sí, con bocas a 16,0, 14,5 y 13,0 m sobre el nivel del mar. Todos atraviesan 1–2 m de relleno antrópico, un nivel de arena limosa suelta cuyo espesor crece de 3 a 6 m hacia el oeste y, por debajo, granito alterado y granito sano fracturado. El nivel freático medido en los piezómetros es, respectivamente, 12,60, 11,20 y 9,75 m. En el extremo bajo de la ladera hay una surgencia permanente. El laboratorio clasifica la arena como fina y uniforme, con D50 = 0,15 mm y un golpeo SPT de N = 6. El plan municipal de emergencias cita un sismo de magnitud 5,1 sentido en la provincia en 1997.
1. Calcula el gradiente hidráulico entre S1 y S3 y deduce el sentido del flujo. Determina la profundidad del nivel freático en cada sondeo y decide si el sótano de 4,0 m quedará por debajo del agua.
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Gradiente hidráulico: i = Δh / ΔL = (12,60 − 9,75) / 80 m = 2,85 / 80 = 0,0356, es decir, un 3,6 % (36 mm por metro). Es un gradiente alto para un terreno natural y coherente con una ladera que drena hacia la surgencia.
Sentido del flujo: de mayor a menor carga hidráulica, es decir, de S1 hacia S3, siguiendo la pendiente topográfica y hacia la surgencia del extremo bajo. El flujo es descendente y hacia el oeste.
Profundidad del nivel freático (cota de boca − cota del agua):
- S1: 16,0 − 12,60 = 3,40 m
- S2: 14,5 − 11,20 = 3,30 m
- S3: 13,0 − 9,75 = 3,25 m
El nivel está a unos 3,3 m de profundidad en toda la alineación, con pequeñas variaciones.
Consecuencia para el sótano: una excavación de 4,0 m penetra 0,60–0,75 m por debajo del nivel freático en todos los sondeos. No es una excavación «en seco»: exigirá agotamiento (wellpoints o bombeo desde zanjas perimetrales), y hay que prever que el agua acudirá con un caudal estimable a partir de la permeabilidad de la arena. Además, el fondo de la excavación quedará en arena limosa suelta saturada, con riesgo de sifonamiento o de desestabilización del fondo si el gradiente de salida es alto. Conviene un estudio de permeabilidad (ensayo Lefranc o bombeo) antes de dimensionar el sistema de agotamiento.
2. ¿Puede afirmarse que la arena y el granito fracturado constituyen dos acuíferos independientes? Razona qué datos permiten decidirlo y qué ensayo harías.
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No puede afirmarse con los datos disponibles. Los piezómetros no indican en qué unidad está ranurada la toma, y una superficie piezométrica continua y ordenada (12,60 → 11,20 → 9,75) es compatible con dos situaciones muy distintas:
- Un solo acuífero: la arena descansa sobre el granito alterado y hay conexión hidráulica; las cargas se igualan y el flujo atraviesa ambas formaciones.
- Dos acuíferos con cargas parecidas: el granito fracturado tiene su propio nivel, que casualmente coincide con el de la arena; la coincidencia sería una coincidencia numérica, no una prueba de conexión.
Datos necesarios:
- Piezómetros anidados en el mismo sondeo, ranurados por separado en la arena y en el granito sano fracturado, midiendo ambas cargas el mismo día. Si las cargas difieren, hay separación o conexión limitada; si coinciden, la conexión es probable.
- Ensayo de bombeo en uno de los niveles, con observación en el otro: si el descenso se transmite al otro nivel, están conectados. Un ensayo de bombeo con dos piezómetros de observación permite además estimar T y S.
- Ensayos puntuales (slug test) en el granito, mucho menos permeable, para estimar su conductividad.
Por qué importa: si están conectados, el agotamiento del sótano afectará a un área mucho mayor y podría secar la surgencia, con implicaciones ambientales y legales; si no lo están, el bombeo solo afecta a la arena y el caudal será menor. La decisión de diseño (y la posible autorización ambiental) depende de esta respuesta.
3. Valora el riesgo de licuefacción del nivel de arena durante un sismo y propón dos medidas de mitigación justificadas. ¿Qué limitación tiene usar N = 6 tal cual?
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Factores de susceptibilidad presentes:
- Arena fina y uniforme (D50 = 0,15 mm), en el rango clásico de máxima susceptibilidad (0,05–0,5 mm): mal drenada, se genera presión intersticial y no se disipa.
- Densidad relativa muy baja (N = 6): material suelto, con tendencia a la contracción bajo corte cíclico.
- Saturación y nivel freático somero (3,3 m): condición imprescindible para la licuefacción.
- Sismicidad regional: un sismo de magnitud 5,1 sentido en la zona basta para inducir licuefacción en arenas sueltas saturadas a poca profundidad.
- Excavación de 4 m: descarga y elimina el confinamiento del terreno suprayacente, aumentando la susceptibilidad justo en la zona donde se va a cimentar.
Conclusión: susceptibilidad alta. Debe evaluarse formalmente con (N1)60 corregido, granulometría, límites de Atterberg y, preferiblemente, CPT.
Limitación de N = 6: el valor bruto depende de la energía del martillo, del tipo de toma, del diámetro del sondeo y de la presión de confinamiento. Sin corregir a N60 y normalizar a (N1)60 no puede compararse con los ábacos de licuefacción; un N = 6 medido con un martillo de baja energía puede equivaler a un (N1)60 bastante mayor.
Medidas de mitigación:
- Cimentación profunda por pilotes hasta el granito sano o mejora del terreno por columnas de grava/ Jet Grouting bajo la losa: evita apoyar en la arena licuable.
- Densificación o drenaje: compactación por vibración, o drenes verticales que aceleren la disipación de presión intersticial; complementariamente, rebajar el nivel freático de forma permanente reduce la saturación.
Ambas deben acompañarse de un plan de auscultación (piezómetros) durante la excavación.