¿Por qué son peligrosas las arenas movedizas?

[Aviso. No voy a entrar en el comportamiento de los fangos no-newtonianos ni en los delicados matices del sifonamiento en las arenas, me voy a centrar en el caso más simple de las arenas movedizas, el del principio de Arquímedes, simplemente]

Todo el mundo entiende (con mayor o menor esfuerzo) el principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido en un fluido en reposo experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen desalojado”.

Para flotar es necesario que ese empuje hacia arriba (↑) coincida con nuestro peso hacia abajo (↓), y para ello debemos desalojar (o sumergir) un volumen equivalente a nuestro peso, que en el caso del agua, viene a ser casi todo el cuerpo hasta la nariz, en posición vertical.

Evidentemente, si el fluido es más denso que el agua, pesa más y no hará falta desalojar tanto volumen, es decir, que en un fluido más denso que el agua se flota más. Por tanto, al ser las arenas movedizas más densas que el agua, ES IMPOSIBLE HUNDIRSE DEL TODO EN ARENAS MOVEDIZAS. Si “casi” flotamos en agua, todavía flotamos más en arenas movedizas, no te puedes hundir, es un hecho.

Vale, pero entonces, ¿por qué tienen las arenas movedizas esa mala fama?

Pues porque esa mala fama es real, no puedes hundirte ni desaparecer “engullido” como en las películas, pero si puedes quedarte medio hundido sin poder salir, y si no te ayudan es muy probable que mueras de agotamiento, hambre, sed, insolación, frío o aburrimiento, y no sólo tú, también tu caballo.

Y no exagero, estas imágenes del siempre riguroso DailyMail, vistas ayer en menéame, muestran lo que le pasó a un caballo que se quedó medio hundido, y el disgusto de su dueña, que veía la marea cada vez más cerca. Al final todo terminó bien, pero las tres horas del susto no se las quita nadie. Esa es la verdadera razón de la mala fama de las llamadas “arenas movedizas”, y no lo que nos ha contado Hollywood.

La noticia con la secuencia completa de fotografías aquí.

Otro día trataremos cuestiones más técnicas, hoy simplemente he querido aprovechar las fotografías para ilustrar la parte “agotadora” del problema, si tienes mucho interés, te recomiendo las cinco entradas que GeoJuanjo tiene sobre el tema.

Estabilidad de taludes en diques. Un ensayo a escala real en Holanda

Las cargas en coronación y la estabilidad de taludes no se llevan bien. Todos sabemos que no se deben colocar cargas en la coronación de un talud o al borde de una excavación… y todos sabemos que se colocan. A veces se trata del propio terreno excavado (“es que llevarlo más lejos es muy incómodo”) y otras de material acopiado (“es que tenerlo cerca es más cómodo”), pero la cuestión es que se hace.

Si hay un país preocupado por la estabilidad de taludes es Holanda. No tiene montañas, cierto, la máxima altura es de 321 msnm, pero tiene diques, muchísimos, y los diques tienen taludes, uno a cada lado.

La denominación oficial de Holanda es Países Bajos, y el nombre no se queda corto, son tan bajos que la viabilidad del 50% del territorio depende de su sistema de diques. La última vez que fallaron, en 1953, hubo más de 1.800 muertos y 70.000 evacuados, dando origen al ambicioso Plan Delta.

Visto lo anterior no resulta extraño que:

La Universidad Técnica de Delft sea muy buena en geotecnia de suelos blandos
Existan «fórmulas holandesas» para muchos ensayos de penetración
Hayan creado un programa de elementos finitos para geotecnia, como el PLAXIS
Tengan un campo de pruebas a escala real para estudiar y controlar la estabilidad de los diques, llamado IJkdijk (de ijken=calibrar y dijk=dique)

Estabilidad de taludes. Vista aérea del dique a escala real de IJkdijk

Pulsa sobre la imagen para ver mejor el dique antes de la rotura (Fuente: Siemens)

Como se suele decir, “en casa del herrero, cuchillo de palo”, ni siquiera los holandeses se libran de tener una torre inclinada por un fallo de cimentación, como es la torre inclinada Oude Kerk, en Delft, pero hoy quiero tratar el tema de los diques, porque, ¿qué se hace con un dique de pruebas? pues probarlo, evidentemente, ¿y cómo se prueba? pues creando una situación lo más parecida posible al caso real… y llevándolo al límite, en este caso, mediante cargas en coronación del talud, contenedores llenos de agua, más exactamente.

El dique de la figura tiene (o tenía) 100 m de longitud, 30 m de anchura, 6 m de altura, núcleo de arena y espaldones de arcilla (1:1,5 y 1:2,5). El esquema del ensayo es muy simple, colocaron sensores por todas partes (inclinómetros, células, cámaras, GPS, LIDAR, infarrojos, etc), luego «jugaron» con los niveles piezométricos hasta alcanzar la situación más parecida a la realidad… y después llenaron de agua los contenedores de la parte superior.

La rotura se produjo el sábado 27 de septiembre de 2008, a las 16:02, hora local, y durante 42 horas grabaron más de 1 TB de información.

Estabilidad de taludes. Detalle del dique de IJkdijk, tras la rotura del talud

Pulsa sobre la imagen para ver mejor el dique después de la rotura (Fuente: Siemens)

Por cierto, el campo de pruebas está tan pegado a la frontera que si el dique hubiera caído un poco más lejos habrían tenido un conflicto internacional con Alemania (es broma… hay casi 50 metros de distancia, por lo menos).

La idea de esta entrada vino al ver el vídeo en The Landslide Blog.

Puentes metálicos bajo impactos laterales

Hace unos días trataba el tema de los esfuerzos laterales en cimentaciones pilotadas, hoy traigo un ejemplo de esfuerzo lateral -producto de un impacto lateral-, sobre el tablero de un puente metálico… con resultados no muy buenos para el puente.

Ocurrió en Kentucky, el pasado viernes 27 de enero. El barco, un carguero de nombre MV Delta Mariner, se dirigía hacia las instalaciones de la NASA en Cabo Cañaveral por el río Tennesse cuando, por un error en la señalización luminosa, confundió el canal de navegación con un canal de recreo, de menor gálibo, llevándose por delante un vano del viejo puente Eggner Ferry (1932), de próxima sustitución.

El MV Delta Mariner transporta piezas para cohetes lanzadera de tipo Atlas y Delta. Hasta hace unos años sólo llevaba cohetes Delta, los Atlas se transportaban en avión (un enorme Antonov, por supuesto), pero 800.000 $ de ahorro decidieron su transporte conjunto.

Las dos primeras fotografías son de Tina Carroll para la agencia AP, la tercera es de WPSD. La noticia es de PhotoBlog.

Contenedores, también sirven para contener desprendimientos de rocas

Gracias a The Landslide Blog (blog que ya deberías conocer) descubro este vídeo, grabado hace unos días (el 23 de diciembre de 2011, más concretamente) en la playa de Sumner, en Christchurch, Nueva Zelanda.

Se trata de un desprendimiento de rocas a causa de un “pequeño” temblor, de magnitud 5.8, al que siguió otro de 6.0, hora y media después.

Tirando del hilo en YouTube llego a este otro vídeo, también del mismo día, pero del segundo temblor, en el que se ven mejor las dos filas de contenedores, dispuestas a modo de barrera tras los temblores de marzo de 2011.

Así pues, se confirma que los contenedores también contienen desprendimientos de rocas, verificando la segunda acepción del verbo contener.

Algo debe cambiar en las Recomendaciones Geotécnicas de Obras Marítimas y Portuarias

«Si queremos que todo siga como está,
es necesario que todo cambie«
El Gatopardo

Las normativas cambian, las instrucciones cambian, los códigos cambian. Todo cambia para seguir igual, pero, ¿qué entendemos por “seguir igual”?.

Para los protagonistas de El Gatopardo, “seguir igual” implicaba seguir manteniendo un estatus, un modo de vida y unos privilegios. Para la técnica, “seguir igual” implica mantener y verificar los requisitos que la sociedad exige… que también cambian.

El ejemplo más claro es la edificación, antes bastaba con estabilidad, funcionalidad y economía, ahora se exige también aislamiento térmico, ergonomía, insonoridad y muchas otras cosas (cosas que no se cumplen, figuran por escrito, si, pero no se cumplen, tonterías las justas, que ya nos conocemos).

En obra pública también hay cambios, nuevas necesidades, nuevos retos, nuevos materiales, nuevas ubicaciones… muchos cambios, tantos que incluso nos hemos acostumbrado ya a los cambios de normativa, la sismorresistente cambia, la de hormigón cambia, la de acero cambia, la de geotecnia cambia… ah… no, esa no cambia, de geotecnia sólo hay una, es para edificación y nadie le hace el más mínimo caso, casi lo había olvidado… casi.

¿Cómo se consigue que los técnicos estén (estemos) al día de estos cambios?

Pues estaría muy bien que fuera de motu proprio o mediante cursos de reciclaje pero no, desgraciadamente no es así. Al final, no queda más remedio que usar la fuerza y hacer que todos esos cambios sean obligatorios, menos en los puertos. Por extraño que pueda parecer, en los puertos españoles todavía se trabaja con “recomendaciones”, ¿son los puertos el último reducto de la ética?, se podría decir que si, pero viendo cómo escogen a sus presidentes…

Dejemos la política, vayamos a la técnica. El artículo que presento tiene poco más de un año. Es de Antonio Soriano Peña, catedrático de Ingeniería del Terreno de la UPM, se publicó en la revista Puertos del Estado de Septiembre-Octubre de 2010, y enumera los previsibles cambios a realizar en las “Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias” a raíz de los últimos estudios realizados por Puertos del Estado.

Pulsa en la imagen si quieres verla mejor, forzar la vista no es bueno.

No voy a resumir el artículo, ya es lo suficientemente conciso. Simplemente voy a transcribir un fragmento de texto de cada sección:

Cimentaciones superficiales –> Los proyectos no deben modificarse, ni siquiera en los procedimientos constructivos empleados, sin una revisión o supervisión semejantes a las que corresponden a los proyectos originales.
Cimentaciones profundas –> Nunca se aprenderá más si no se hacen ensayos de cimentaciones profundas. Sólo podremos aprender sobre el agotamiento de los pilotes si en las obras se realizan ensayos de carga adecuados. En esto España tiene un considerable retraso respecto a otros países desarrollados. El ensayo de carga sobre pilotes será en el futuro obligatorio (Eurocódigos) y aún no hemos comenzado a practicarlos en nuestras obras.
Empuje de tierras –> Las recomendaciones actuales indican que es conveniente usar la teoría del efecto silo para calcular el empuje de las tierras que rellenan las celdas contra sus paredes, pero esta recomendación se queda corta. No cabe duda de que dicha teoría es usada en los cálculos de los problemas asociados a los silos, pero si en estos elementos se tiene gran experiencia práctica y en las recomendaciones específicas de proyecto de silos se indican los coeficientes que deben usarse para realizar los cálculos, no ocurre lo mismo en el ámbito de los cajones marítimos y portuarios, donde la experiencia basada en la observación es más escasa.
Tratamientos del terreno –> La próxima ROM 0.5 debería incidir más en la necesidad de utilizar piezómetros para controlar la evolución de las precargas, particularmente en aquellos casos en los que los incrementos de presión intersticial puedan jugar un papel importante en la estabilidad de las obras. De esto se sabe poco y por eso hay que recomendar que se observe.
Aspectos dinámicos y sísmicos –> En un futuro no muy lejano será posible utilizar modelos numéricos que permitan simular un temporal de cálculo determinado y obtener, con una apropiada relación tensión-deformación para el suelo y unas condiciones de drenaje que representen con suficiente fidelidad la realidad, la solución al problema geotécnico de los diques de abrigo verticales. Puede que algún día se puedan estimar con precisión razonable, los movimientos irreversibles provocados por dicho temporal y, lo más importante, el coeficiente de seguridad mínimo del cimiento durante ese episodio.
Coeficientes de seguridad –> Cuando entren en vigor los Eurocódigos existirán coeficientes de seguridad parciales en las acciones que serán (o podrán ser) específicos para el cálculo geotécnico, y coeficientes de seguridad parciales en las resistencias que serán independientes del modo de fallo, pero siempre quedará un último coeficiente de seguridad dependiente del modo de fallo concreto que se estudie. La compleja situación del mundo de los coeficientes de seguridad no va a simplificarse, puede que incluso sea algo más compleja.

Aquí tenéis el archivo:

Avances con la ROM 0.5 – Últimos trabajos geotécnicos portuarios [pdf – 4 MB]