Una nueva perspectiva sobre la profundidad de penetración de la escarcha

Predecir la profundidad a la que penetra la escarcha es una consideración importante en la mayoría de los proyectos de infraestructura, minería y energía hidroeléctrica.

En términos simples, la profundidad de la escarcha es el punto más profundo en el que se congela la humedad del suelo. Esto varía según la ubicación y la intensidad de la estación fría, pero debe calcularse correctamente para evitar problemas como el movimiento de suelos y las grietas en los cimientos.

Hay muchas estrategias para pronosticar la penetración de la escarcha, que se explican en numerosas publicaciones, como la 4^ta edición del Manual de Ingeniería de la Fundación Canadiense (CFEM, por sus siglas en inglés). Estos son los métodos que se han usado por años. Sin embargo, tras trabajar en la industria de consultoría geotécnica por más de dos décadas, he visto muchas discrepancias o diferencias menores en la forma en la que se presentan los enfoques que podrían causar previsiones incorrectas de la profundidad de la escarcha y costos innecesarios. Para llegar al fondo de este problema, recientemente hice una revisión detallada de uno de los métodos más utilizados para predecir la profundidad, la Ecuación Berggren Modificada, y de cómo se aplica en la industria.

El problema

Mi revisión implicó un análisis de algunos de los enfoques más frecuentes para usar la Ecuación Berggren Modificada, la mayoría de los cuales podría generar estimaciones imprecisas de la profundidad de la escarcha. A su vez, esto podría acarrear un exceso de diseño que afectaría el costo de la construcción, o una falta de diseño, que es evitable y muy costosa.

Una evaluación de 11 terrenos en las provincias canadienses de Terranova y Labrador, que se encuentran en el norte y tienen temperaturas bajo cero durante el invierno, demostró que la mayoría de los enfoques no eran confiables. Además, no contemplaban los períodos de recurrencia (la probabilidad de que vuelva a ocurrir un evento natural de intensidad similar). Es común que los períodos de recurrencia se usen para estimar la probabilidad de ocurrencia de inundaciones o terremotos para los fines de diseño. No obstante, deben comprenderse en profundidad y usarse correctamente. Por ejemplo: una inundación de 100 años es un evento que no ocurre con frecuencia. Sin embargo, la denominación no quiere decir que solo ocurra una vez cada 100 años. En realidad, significa que todos los años hay una posibilidad en 100 (uno por ciento) de que ocurra una inundación de esa magnitud.

Evaluar los períodos de recurrencia con datos climáticos específicos del terreno es crucial para determinar la profundidad de penetración de la escarcha para el proyecto y, lo que es igual de importante, les permite a los clientes tomar una decisión informada y basada en su tolerancia al riesgo. Un ejemplo sería alguien que quiere construir infraestructura muy importante, como un puente que es clave para el movimiento de bienes y servicios. Por supuesto, los efectos del empuje de la escarcha podrían dañar los cimientos y afectar la operabilidad del puente. En ese caso, es probable que el cliente quiera diseñar un cimiento con un período de recurrencia más largo (por ejemplo, una vez en 50 o 100 años), para reducir el riesgo de interrumpir la cadena de suministro. En este caso, el costo de calcular el período de recurrencia sería mínimo (algunos miles de dólares), en comparación con los ahorros totales para el cliente (cientos de miles en el arreglo de los cimientos o los costos de migración). También beneficiaría al público y mejoraría la resiliencia de la estructura. Y el beneficio no es solo para los clientes de infraestructura. El enfoque de período de recurrencia también puede aplicarse a otros sectores, como la minería y la energía.

Solución innovadora

Es frecuente que haya cierto escepticismo cuando se usa un enfoque diferente para resolver un problema. Algunas objeciones son “Siempre lo hicimos así, ¿para qué lo vamos a cambiar?” o “¿Por qué nos tenemos que preocupar por los períodos de recurrencia si el efecto de la crisis climática hasta ahora indica que los inviernos (períodos de congelamiento) son más cortos y las temperaturas invernales promedio están disminuyendo?”

Para responder a la primera, diría que nunca se debe ignorar un cambio positivo, en especial si ayudará a nuestros clientes a completar proyectos exitosos y rentables en diversos sectores. A la segunda, respondería que el argumento de la crisis climática es inválido. Si bien es cierto que se espera que los inviernos en las regiones del norte se vuelvan más cálidos, mi análisis indica que seguiremos experimentando bajas y altas extremas, como hemos visto en el pasado. Por eso, evaluar los datos climáticos históricos para determinar el período de recurrencia ofrece muchos beneficios para estimar la profundidad de penetración de la escarcha.

Si desea obtener más información, comuníquese con nosotros. Nuestro nuevo enfoque puede ayudarlo a ofrecer una base fuerte, rentable y sustentable para su próximo proyecto.

Para conocer más detalles, lea el informe de Andrew Peach que se presentó en la Conferencia GeoNiagara de 2021 en septiembre:

“Revisión de la Ecuación de Berggren Modificada para la Predicción de la Profundidad de la Escarcha en Suelos de Partículas Gruesas e Índices de Congelamiento del Aire para Diseño (Review of the Modified Berggren Equation for the Prediction of Frost Depth in Coarse-Grained Soils and Design Air Freezing Indices)”