Clase 15.3 Pág. 1 de 5 15.3. RELACIÓN ENTRE LA SUBSIDENCIA DEL TERRENO Y LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS 15.3.1. Subsidencia La subsidencia se define por ser el movimiento descendente del terreno que puede ser debido a causas muy diferentes:

- Causas geológicas: Subducción (fenómeno de gran extensión, no evitable).

- Causas físicas: Compactación de poros, hundimientos cavidades. Estas cavidades pueden tener un origen en el flujo de agua, ya que pueden haberse formado por arrastre de finos (Figura 15.3.1) o por disolución (por ejemplo de yesos o carbonatos, Figura 15.3.2).

Figura 15.3.1. Colapso de un terreno por formación de un gran desplazamiento del suelo bajo la superficie en Glasgow (Escocia). En un momento dado el esqueleto sólido no puede soportar el

peso y se produce el colapso.

Clase 15.3 Pág. 2 de 5

a)

b)

Pérmico

Triásico

Formación de Cadeby

Formación de Edlington

Formación de Brotherton

Formación de Roxby

Areniscas de Sherwood

Depósitos glaciares

Leyenda

Figura 15.3.2. a) Distribución y edades de subsidencias debido a colapso de terrenos yesíferos en el área de Ripon, en el condado de Yorkshire (Inglaterra). Las zonas de colapso están marcadas de negro, con la fecha en que se observó el colapso. b) Sección representativa de la zona, en la que se ve que la causa del colapso es la disolución del yeso, con la consiguiente migración del

sulfato, de modo que en ningún caso puede volver a producirse precipitación.

- Causas geotécnicas: Consolidación (debida al desplazamiento del fluido por

acción de una presión externa).

Clase 15.3 Pág. 3 de 5 15.3.2. Consolidación de un terreno Si tomamos una muestra de un terreno cualquiera veremos que está formado por tres fases: sólida (corresponde a las partículas sólidas), líquida (en general agua dulce o salada, pero puede incluir líquidos en fases no acuosas, como el petróleo) y gaseosa (en general aire, pero pueden encontrarse otros gases en determinados casos). Mucha gente confunde la compactación y la consolidación. La compactación es la reducción del volumen del suelo por pérdida de fase gaseosa. Esto se consigue por la aplicación de una carga vertical más una vibración (es el caso de las compactadoras o rodillos durante la fase de explanación de una carretera). Cuando un suelo no tiene fase gaseosa también se puede reducir el volumen total por la expulsión del agua. Para ello es necesario un aumento de tensiones, pero no de las tensiones totales, sino de unas que se conocen como efectivas. Enunciamos primero el principio de las tensiones efectivas, que de un modo muy simple dice que la deformación del terreno es función de las tensiones efectivas, que en un medio saturado por agua son la diferencia entre tensiones totales y presiones de agua; es decir:

Pw' −σ=σ Donde:

'σ es la tensión efectiva en punto del suelo. σ es la tensión total en dicho punto. Pw es la presión del agua. La consolidación se produce por aumento de 'σ siendo 0' ⟩∆σ cosa que se

puede hacer:

- Por aumento de la presión total sin cambio en las tensiones de agua. Esto se consigue por ejemplo poniendo una sobrecarga (un edificio, un terraplén,...).

- Por reducción de la presión de agua sin variar la tensión total, por ejemplo por bombeo.

Clase 15.3 Pág. 4 de 5 La consolidación no es instantánea y según el tipo de suelo puede llegar a tardar meses o años. Tampoco es reversible, de modo que un terreno consolidará unos determinados centímetros, pero si se vuelven a las condiciones iniciales (por ejemplo, la finalización del bombeo), el terreno “rebota”, pero sólo unos milímetros (como número gordo podemos suponer que el rebote es un décimo de la consolidación). El tiempo que tarda en producirse un cierto porcentaje de lo que será la consolidación final viene dado por un tiempo adimensional, T, definido por:

2btCvT =

donde: Cv es el coeficiente de consolidación y es proporcional a la conductividad hidráulica, K. Así el tiempo necesario para alcanzar un determinado porcentaje de consolidación (el 50, 90%, …), que corresponde a un valor de T determinado, viene dado por:

CvTbt

2=

De ese modo si e igualmente Cv , es decir que cuanto mayor sea el espesor de suelo más tarda en consolidar y además cuanto menor sea la conductividad hidráulica mayor es el tiempo necesario para consolidar. A veces el asentamiento es muy lento (decenas a centenares de años) como es el caso de Venecia.

↑↑⇒ tb ↑↓⇒↓⇒ tK

Ejemplo: Ciudad de México, donde se bombea un caudal próximo a

de una capa muy permeable de más de 50 m de espesor que suprayace sobre una capa de limos arcillosos muy poco permeables, que son los que experimentan consolidación. Así se han experimentado asentamientos superiores a 10 m en el último siglo.

smQ /10 3=

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0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

-100

1820 1860 1900 1940 1980

Met

ros

por e

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el d

el m

ar

Figura 15.3.3. Oscilaciones de nivel registradas en el acuífero de Londres. Se observa una evolución típica de ciudades industriales (ver clase 15.6). Reducción progresiva de niveles

registrada durante la época industrial causada por los fuertes aprovechamientos locales. A partir de los años 70 y debido al abandono o traslados de las industrias, los niveles se recuperan.

Los casos de consolidación causados por exceso de bombeos registrados en la literatura son famosos. Tiene que coincidir la presencia de estos fuertes bombeos con la existencia de capas de materiales altamente compactables. Ejemplos muy conocidos son Venecia, México D.F., Shangai, Londres (Figura 15.3.3)… En el anejo de esta clase se puede encontrar el estudio histórico del problema de consolidación de la ciudad de Venecia.