1. Abatimiento del nivel freatico
por tac21 | buenastareas.com
Control de filtraciones en excavaciones bajo el nivel freático. Enrique Tamez González.
Con frecuencia, es necesario excavar a profundidades mayores que el nivel freático para
construir una cimentación; cuando esto sucede, el agua freática fluye hacia la zona
excavada, y obliga al constructor, por lo menos, a conducirla por zanjas colectoras hasta
cárcamos de bombeo para extraerla e impedir la inundación del área de trabajo.
El gasto de agua que se tiene que bombear para mantener el nivel freático abatido depende
de la forma y dimensiones de la excavación y de la permeabilidad de los suelos
involucrados. Este procedimiento, conocido como bombeo de achique, abate el nivel freático
en el interior del área excavada, generando flujo del agua freática a través de los taludes y
del fondo.
Cuando se excava en suelos cohesivos, de baja permeabilidad; como arcillas (CL o CH),
limos arcillosos (MH) o arenas y gravas arcillosas (GC o SC), el gasto de bombeo es,
relativamente, pequeño y fácil de manejar. En cambio cuando se excava con este
procedimiento en suelos no COHESIVOS, de mediana o alta permeabilidad, tales como
limos no plásticos (ML), arenas limosas (SM), y arenas (SW o SP), el gasto de bombeo
crecerá función de la permeabilidad y puede llegar a hacerse prácticamente inmanejable y
peligroso para la estabilidad de la excavación.
Fuerzas de filtración…
En todo tipo de suelo, el flujo del agua hacia el interior de la excavación producefuerzas de
filtración que tienden a provocar fallas por deslizamiento de los taludes y el levantamiento
del fondo de la excavación. El control de fuerzas desfavorables a la estabilidad es entonces
el objetivo principal de la instalación de un adecuado sistema de abatimiento del nivel
freático-durante la construcción de la cimentación. En los suelos no cohesivos, de
permeabilidad media a alta, en los que la resistencia al corte depende solamente de la
presión intergranular, los efectos desfavorables de las fuerzas de filtración en la estabilidad
de los taludes y del fondo se manifiestan de inmediato, y se agravan a medida que se
profundiza la excavación.
La pérdida de resistencia al corte inducida por las fuerzas de filtración ascendentes reduce
el empuje pasivo que actúa en el empotramiento “la pata” de las tablestacas; dando como
resultado la falla de éstas por pateo.
Finalmente, si el gradiente ascendente en el fondo es mayor que la unidad, se pierde
totalmente la presión intergranular y las partículas del suelo no cohesivo quedan en
suspensión en el agua ascendente produciéndose el fenómeno llamado ebullición.
Procedimientos de control de filtraciones…
El abatimiento del nivel freático, mediante instalaciones convenientes de bombeo, extrae el
agua del suelo antes de que llegue al interior de la excavación; éstos son los llamados
2. métodos de drenaje. Procedimientos que impiden la entrada del agua al sitio de la
excavación,interceptándola mediante pantallas impermeables que rodean al sitio de la
construcción.
Métodos de drenaje…
Pozos-punta: este sistema es aplicable a los suelos de permeabilidad intermedia, en que el
coeficiente de permeabilidad varía de 10~2 a 1O4 cm/seg. La punta de succión está
formada por una fina malla metálica o de
plástico, en cuyo interior se aloja un tubo perforado; esta última
tiene unos 0.60 m de longitud y en su extremo inferior está provista por una válvula de pie.
El extremo superior de los pozos punta se conecta a una tubería de 8” a 10 “, la cual a su
vez se conecta al extremo de succión de una bomba centrifuga de impulsor abierto,
conectada también a una tubería de succión creando un vació por lo que la válvula de pie se
cierra en el extremo inferior dejando pasar solamente el agua a través del cedazo.
Este, sistema de pozos-punta sólo puede abatir el nivel freático hasta unos 6m de
profundidad, que es la máxima altura de succión posible por la presión atmosférica.
Pozos profundos: como una alternativa a la instalación de puntas escalonadas, se recurre al
uso de pozos profundos que se instalan en un solo circuito perimetral la excavación de las
bombas de pozo profundo sumergibles se fabrican en una amplia gama de capacidades que
va desde unos 2 a 10 It/seg, hasta gastos mayores de 100 It/seg, lo cual permite, en teoría,
diseñar una instalación para controlar cualquier gasto de filtración y a cualquier profundidad
quepudiera requerirse en la práctica, aun tratándose de excavaciones de gran profundidad
es necesario que la separación entre pozos no sea mayor que la mitad de la profundidad de
abatimiento requerida y que el espejo del agua abatida en cada pozo de bombeo se
encuentre de 2 a 3 m bajo la profundidad de abatimiento deseada en la excavación.
Pozos-punta combinados con vacío: Cuando se tienen depósitos de arenas limosas (SM),
con más de 25 % de limo no plástico, o limos arenosos (ML) cuya permeabilidad varía
entre10-4 y 10-5cm/seg. Los sistemas de bombeo por gravedad pueden requerir un tiempo
muy largo para lograr el abatimiento, o bien, ser totalmente ineficientes en el caso de limos
menos permeables. En tales condiciones se ha recurrido a este sistema que combina un
vació con el sistema de pozos-punta; produciendo una succión que actúa en las paredes del
pozo, a través del filtro aumentando el gradiente de filtración hacia el pozo lo cual aumenta
la velocidad del flujo y desarrolla un estado de tensión en el agua de los poros del suelo que
a su vez, aumenta la presión intergranular y por lo tanto la resistencia al corte del suelo.
De esta manera, no solamente se logra la eliminación de las fuerzas de filtración, sino que
además, el estado de tensión creado en el agua mejorando notablemente las condiciones de
estabilidad de los taludes de la excavación, lo que permite aumentar el ángulo del talud y
reducir el volumen de tierraexcavada.
Bombeo profundo combinado con electroósmosis: En depósitos de limos plásticos y arcillas
limosas de baja permeabilidad (k<10-5 cm/seg) se producen gastos de filtración pequeños
que son fáciles de manejar desde el interior de la excavación además, por ser suelos
cohesivos, no son fácilmente erosionables y puede excavarse en ellos hasta profundidades
