1. Introducción Uno de los principales problemas en la construcción para los cimientos de una obra, es la existencia de agua proveniente de las napas subterráneas que afloran a cotas donde va la construcción. Esto sucede cuando la cota de construccion llega a una cota inferior del nivel freático, y es entonces cuando no sólo se hace necesaria su extracción, sino que la misma debe ser continua hasta que los orificios por donde pase el agua sean tapados convenientemente, ya que, si queremos trabajar es imposible, por las dificultades que presenta el agua para cumplir con las especificaciones en las distintas obras. Estos problemas se presentan generalmente en terrenos cerca de ríos, mar y lagos. Para poder trabajar será necesario entonces agotar esta napa a una profundidad que nos permita el trabajo en seco. En la actualidad existen diferentes métodos para llevar a cabo este agotamiento del agua. Esto ha permitido que se pueda asegurar el análisis del tipo de terreno que se necesita para la fundación, como a sí mismo el tipo de trabajo a desarrollar de acuerdo a las especificaciones, facilitando el trabajo en todo sentido, ya que se trabaja en seco. La elección del método de excavación dependerá de la naturaleza de la obra, del tamaño del proyecto, la clase de terreno, los medios con que se cuenta, la ubicación de ésta o el tiempo que exista para su ejecución, teniendo la misma validez dentro del proceso constructivo. En el siguiente informe se explicaran los distintos métodos usados en aquellas excavaciones de obras constructivas que por proximidad a zonas acuíferas o por el tipo de suelo en el cual estén planteadas, se vean afectadas por la presencia del agua.
2. Métodos de Sistema de Agotamiento de Agua 2.1 Consideraciones La elección de uno u otro sistema depende básicamente de los siguientes factores: a) Magnitud del rebajamiento a realizar (profundidad a alcanzar y perímetro necesario para dejar en seco). b) La superficie que se desea deprimir: La superficie que se desea deprimir debe ser sobredimensionada (20% aprox.), para solventar correctamente la pérdida de rendimiento por recuperación de la napa. c) Caudal a extraer. d) La permeabilidad del terreno: La permeabilidad del terreno, es uno de los factores que va a influir en forma directamente proporcional en la elección de la potencia de la bomba: a más permeabilidad, más potencia y caudal. e) Disponibilidad real de uno u otro dispositivo f) El costo que se está dispuesto a afrontar: A veces es necesario colocar mas unidades de agotamiento para acelerar el proceso. g) Experiencia previa del técnico responsable del proyecto. h) Diseño constructivo de la obra. 2.2 Agotamiento Superficial Sistema en el que a través de Motobombas extrae el agua superficial que aflora, a medida que la excavación alcanza el nivel freático. Este método es más barato y más rápido de instalar en comparación a otros, siendo más flexible dimensionar el equipo a usar, ya que depende de la utilización de motobombas y mangueras normales. Sin embargo, no es aconsejable utilizarlo cuando se trate de suelos de composición arenosa, pues si ésta es fina existe el peligro de que sea absorbida por la propia bomba, produciéndose una subpresión hidráulica, lo que puede dar lugar a la formación de arenas movedizas. Cabe mencionar que este sistema solo mantiene controlado el agua a nivel superficial de excavación.
El problema que posee este método, es que se trabaja permanentemente sobre barro como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Sistema de Agotamiento Superficial
El rendimiento de las motobombas está en m3/h y va a depender del tipo de motobomba que se va a requerir. Ya que este sistema se ocupa cuando las filtraciones son pequeñas y fluyen de forma regular, las motobombas ocupadas son arrendadas, y el costo por lo general es diario.
2.3 Agotamiento Subterráneo Este método consiste en hacer un pozo de extracción de aguas subterráneas, es decir, se extrae el agua antes de que aflore. Método utilizado en casos especiales (suelos finos no cohesivos), el agua, debido a su gradiente hidráulico, erosiona y destruye el suelo. Además, cabe señalar que es más caro y menos adaptable a las condiciones reales descubiertas al excavar. Los medios horizontales extendidos para la captación y extracción de agua subterránea reciben el nombre de filtración. 2.3.1
Galerías de Filtración
Las zanjas como medio de captación y extracción de agua subterránea son sólo un corte en el suelo para hacer accesible el acuífero desde la superficie. Son fáciles de construir ya sea manualmente o con equipo mecánico. En caso de realizar el agotamiento se debe contar con bombas de agua sumergible de capacidades dependientes a la cantidad de flujo y al incremento por m3/hora de agua dentro de la excavación, para poder drenarla de manera permanente hasta realizar el revestimiento de impermeabilización o el vaciado de la fundación, si no fuese de esta manera, el agua deteriorara directamente la estructura del sistema.
2.4 Pozos Profundos Se realizan excavaciones laterales de diámetros pequeños con profundidades mayores a los del sello de fundación, la cual se irá profundizando a medida que se continúa con la excavación. El número de los pozos variara con arreglo a la extensión e importancia de la obra y de las facilidades con que se cuente para la evacuación del agua. 2.4.1
Perforación
La etapa de perforación se inicia posterior al reconocimiento del terreno y definición del punto a perforar, niveles estáticos y dinámicos posibles, y diámetro de la tubería de perforación. Consiste en perforar los estratos que componen el subsuelo, hasta la profundidad definida por el diseño dejando un espacio interior.
Figura 2. Sistema de Perforación de Pozo Profundo
2.4.2
Bombas
Para profundidades mayores de los 7 metros, que es prácticamente la altura máxima de operación de
las bombas, se colocarán las mismas por debajo de la
rasante del terreno y por encima de la capa freática. De este modo el agua llegará hasta la boca de descarga por efectos de impulsión, y en este punto se realizara el desagüe mediante zanjas o tuberías. Las bombas más
frecuentemente usadas son las de diafragma (figura 3),
accionadas a mano o con motor, y las bombas centrífugas (figura 4 y 5).
Figura 3. Bomba de diafragma
Figuras 4 y 5. Bombas centrifugas
Indudablemente que la más aconsejable para esta clase de
trabajo es la
bomba centrífuga, cuyas dimensiones dependerán del volumen de agua a elevar. Suelen estar provistas de un tubo de succión extensible mediante prensaestopas, y provisto de una válvula de pie. Hay que disponer de las cadenas o cables necesarios para que, fijados estos amarres junto a la bomba, se pueda trasladar con alguna comodidad. Debe tenerse especial cuidado en que las juntas del tubo de succión sean perfectamente impermeables, para lo que se utilizarán anillos de goma.
Figuras 6. Sistema de Pozo Profundo
El rendimiento de las bombas es, como se ha dicho anteriormente, en m3/h, y el costo del arriendo va a depender si es diario o mensual. 2.4.3 Costo 2.4.3.1 Excavación El costo para la realización de los pozos profundos, va a depender de la cantidad de metros lineales a excavar, así como también del diámetro. También dependerá de la cantidad de pozos a realizar. 2.4.3.2
Arriendo de Bomba
El alquiler de la bomba es diario, según condiciones definidas en el contrato suscrito con la empresa suministradora. 2.5 Sistema de Agotamiento de Agua Well-Point Este sistema de agotamiento, nace de la necesidad de empresas constructoras en realizar excavaciones más allá del nivel freático natural, permitiendo a estas trabajar en forma rápida y segura en un subsuelo libre de agua hasta donde sea necesario.
Se trata de un equipo autoaspirante para el bombeo por vacío del agua, en terrenos donde el nivel freático está en una cota más alta que la cota de trabajo. Es un equipo eficaz y económico que mediante lanzas de drenaje hincadas en el terreno, aspira e impulsa las aguas del nivel freático mediante una bomba de vacío, a través de conducciones, y las conduce al punto de desagüe deseado. El agotamiento se produce en muchos puntos a la vez por lo que se reduce el posible efecto del arrastre de finos que se produce al utilizar por ejemplo bombas de fondo para el agotamiento del nivel freático. 2.5.1
Componentes del Sistema
LANZAS DE DRENAJE: Son tubos de acero galvanizado de longitudes variables según la profundidad de la excavación y 50 mm de diámetro, que tienen dispuesto un filtro de 1 m de longitud en el extremo más profundo. Las lanzas se hincan en el terreno y absorben el agua una vez conectadas a la bomba de vacío. MANGUITOS DE UNIÓN: Son tubos flexibles que tienen piezas de empalme en los extremos para conectar las lanzas con la conducción de aspiración. CONDUCCIÓN DE ASPIRACIÓN Ó COLECTOR: Es un tubo flexible o de acero, a cuyos orificios se conectan los manguitos de cada lanza. Los orificios que no son necesarios, se hacen estancos mediante tapones. Conduce las aguas impulsadas hasta la bomba de absorción ó bomba de vacío y desde allí al punto deseado de desagüe. BOMBA DE VACÍO (Figura 8): Se trata de una combinación de bomba de vacío, tanque separador de la mezcla aire-agua y bomba de agua, junto con una unidad de control eléctrico. Es la encargada de crear una subpresión que absorba el agua del nivel freático y la haga circular hasta el punto deseado. BOMBA DE HINCA (Figura 9): Son bombas especiales de agua a presión previstas para el hincado de las lanzas. Estas bombas, se conectan a las cabezas de las lanzas una vez situadas verticales en el terreno de modo que el agua inyectada sale libremente por la punta
de la lanza desplazando y arrastrando el terreno que bordea la punta. El propio vaciado del terreno de las cercanías de la punta de la lanza, hace que descienda toda la lanza.
Figura 7. Componentes del Sistema Well-Point
Figura 8. Bomba de Vacio
Figura 9. Bomba de Vacio
2.5.2 Características de la Bomba 2.5.2.1 Bomba de Hinca Esta serie de equipos de chorro de agua a presión proporcionan la presión requerida para abrir las capas duras del fondo y el caudal de agua necesario para arrastrar el material circundante a la lanza. El equipo de chorro de agua a presión debe funcionar con agua limpia, exenta de sólidos en suspensión. Aconsejamos utilizar preferentemente agua de la red de distribución de agua potable. El equipo jetting, montado sobre un chasis de un eje, con tanque de combustible para servicio de 24 horas. Todos los equipos de chorro de agua a presión son equipados con válvulas de bola que regulan el caudal de agua; reglaje (acelerador) de las revoluciones del motor para variar el caudal y manómetro de lectura de presión.
2.5.2.2
Bomba de Vacio
El equipo está construido como una unidad compacta para funcionar bajo condiciones extremas y presenta un funcionamiento sin polución y especialmente silencioso. El equipo, montado sobre un chasis con un eje con neumáticos y barra de tiro para facilitar su colocación en la obra, consta de los siguientes elementos principales: • Cámara o tanque de separación de aire: consiste en un amplio recipiente cilíndrico con gran capacidad (de 1.5m³), para reducir al mínimo los paros y arrancadas. • En su interior se alojan dos bombas sumergibles eléctricas o bombas para la impulsión del agua, así como los electrodos de barra para el control del nivel eléctrico.
• Consta además de dos bombas de vacío eléctrico adosadas en el exterior de la cámara o tanque. Se trata de dos depresores del tipo multicelular enfriados por aire y lubricados por aceite. • Cuadro de control eléctrico. Todos los equipos están provistos de control de marcha automática, con lo que se reducen al mínimo los costos de funcionamiento. Los elementos de mando eléctrico se hallan en una caja hermética al agua.
2.5.3 Instalación 2.5.3.1 Mediante lanzas directamente en el terreno Utilizando la bomba de hinca jetting, se hincan en el terreno las lanzas, perimetralmente al área de agotamiento. Según la permeabilidad del terreno y la altura de la columna de agua a rebajar, las lanzas se espaciarán más o menos entre ellas, tomando como valor aproximado una lanza cada metro. Un equipo completo de Wellpoint incluye una bomba por cada 100 lanzas, es decir, situaremos una bomba de agotamiento Wellpoint cada 100 m perimetrales o fracción, de la zona a agotar. Se recomienda que el filtro este cubierto por al menos un metro de tierra, para impedir que el sistema tome aire por la parte superior del barreno, en caso de no poder cumplir con esto se puede optar por poner sobre cada lanza un poco de tierra presionada para que haga las veces de tapón.
Figura 10. Instalación mediante lanzas directamente en el terreno
2.5.3.2
Mediante Pozos Drenantes
En los casos de permeabilidades distintas a las indicadas o en terrenos con alto contenido en partículas finas como limos y arcillas, se recomienda la instalación de las lanzas en el interior de pozos drenantes. Para ello, mediante un tornillo sinfín helicoidal de 20/30 cm de diámetro accionado por perforadora acoplada al brazo de la retroexcavadora, se realizan micropozos en los que posteriormente se colocarán las lanzas de Wellpoint. Posteriormente se rellena el pozo con gravas excepto los 1.50 m superiores, que se rellenan con limos arenosos para impedir la entrada de aire en el sistema de aspiración Wellpoint. El resto de proceso de instalación es el mismo.
Figura 11. Instalación mediante pozos Drenantes
2.5.4 Costo 2.5.4.1 Arriendo El alquiler del equipo es diario, según condiciones definidas en el contrato suscrito con la empresa suministradora. El equipo incluye las lanzas de drenaje, manguitos de unión, colector y las bombas. 2.5.4.2
Instalación
El costo de instalación dependerá del número de unidades de lanzas a colocar según las especificaciones del proyecto.
