Assessment of groundwater level variations using multivariate statistical methods

Evaluación de cambios en el nivel freático mediante métodos estadísticos multivariados

La fluctuación del nivel freático induce cambios en la presión de poros del suelo. Sin embargo, esta variación no se contempla en construcciones subterráneas. Este documento explora la aplicación de un método estadístico para evaluar la variación del nivel freático en diseños geotécnicos. La metodología incluyó: (i) recolección de datos, (ii) formulación estadística y (iii) análisis estadístico de datos. Se recopiló información de los estudios técnicos del proyecto "Metro de Bogotá". Se seleccionaron cuatro sondeos que abarcan 160 m, aproximadamente, donde se construirá la estación 1° de Mayo, al sur de la ciudad. Se utilizaron lecturas de nivel freático reportadas por varios piezómetros, durante 30 días y la variabilidad de los datos se evaluó utilizando el método estadístico multivariado: análisis de perfiles de medidas repetidas. Los resultados presentan un procedimiento para estimar la fluctuación del nivel freático durante un período corto de monitoreo. Se concluyó que el análisis de perfiles de medidas repetidas permite estimar la variación del nivel freático bajo un nivel de significancia 1-α.

Introducción

 Las exploraciones geotécnicas requieren a menudo registrar la posición del agua a lo largo del perfil del suelo. Este registro es un parámetro conocido como nivel de agua subterránea. La identificación del nivel de agua subterránea permite calcular la tensión efectiva. Asimismo, dicho punto de referencia se utiliza para establecer las posibles condiciones de drenaje del suelo en el diseño de la estructura. Por otra parte, el nivel de agua subterránea depende de las condiciones hidrogeológicas del terreno (González de Vallejo y Ferrer, 2011) y su variación está condicionada por el clima y las propiedades hidráulicas del suelo en los parámetros hidráulicos de las capas del suelo (Ruge, Da Cunha, Colmenares, y Mendoza, 2017).

Sin embargo, en muchos casos, la variabilidad de este estado no se contempla como parte del proceso de diseño. Osterberg (2004) afirma que son necesarias mejores prácticas de exploración y muestreo para mejorar la calidad del edificio.  Por lo tanto, para evitar pruebas extra de laboratorio, la variación del nivel de agua subterránea debe incluirse en los diseños de construcciones subterráneas (Tristá, Sotolongo, Cristía, y Fernández, 2016).

La variación del contenido de agua afecta a la rigidez del material y aumenta sus tensiones durante las etapas de recarga (Molina-Gómez, Camacho-Tauta, y Reyes-Ortiz, 2016). Además, las fluctuaciones en el nivel del agua subterránea inducen variaciones en la presión lateral, y esos cambios pueden ser considerados en el diseño de la construcción de muros de contención (Ruge, 2014). Ausilio y Conte (2005) afirman que la posición del nivel del agua subterránea es un problema a la hora de calcular la capacidad portante de las cimentaciones poco profundas. Por lo tanto, el nivel del agua subterránea puede afectar a la estabilidad de las estructuras geotécnicas, como los túneles.