Gabriel Hoyos Manrique

2133002036

MTODOS DE ABATIMIENTO DEL NIVEL DE AGUA FRETICAS

En la construccin de edificios, presas, tneles, etc., frecuentemente se requiere de excavaciones por
debajo del nivel fretico. Para prevenir desprendimientos en las paredes y asegurar el estado seco de tales
excavaciones, es necesario llevar el nivel del agua por debajo de las paredes y del fondo de la misma,
trabajando as en condiciones firmes para las operaciones de construccin.

En arcillas suaves saturadas, tales como la de la Ciudad de Mxico, el nivel del agua se abate
espontneamente conforme el suelo se excava debido a las presiones de poro negativas inducidas por
descarga. Se requiere entonces el bombeo solamente para controlar el flujo de agua, principalmente a
travs de grietas y lentes permeables, hacia la excavacin. Tambin puede ser necesario eliminar las
presiones de sub-presin en las capas de arena cercanas al fondo de la excavacin.

El bombeo contribuye a evitar cambios en los esfuerzos efectivos dentro del suelo, los cuales ocasionan
expansiones volumtricas y tienen un efecto desfavorable en la resistencia del suelo. Tambin puede
usarse para dar una orientacin favorable a las fuerzas de filtracin dentro del suelo y mejorar as las
condiciones de estabilidad de la excavacin. La extraccin de agua debe reducirse sin embargo a un
mnimo para evitar la consolidacin y los consecuentes asentamientos del rea circundante.

En arcillas impermeables, las redes de flujo no pueden usarse para el diseo de sistemas de bombeo,
puesto que la condicin de flujo no es generalmente establecida. Estos sistemas se disean entonces sobre
una base emprica, usando la experiencia local. Consisten generalmente de una serie de pozos de pequeo
dimetro, incluso para las excavaciones grandes, el caudal de agua extrado generalmente es de unos
pocos litros por segundo.

El agua del terreno se puede controlar por uno o ms tipos de sistemas de bombeo, apropiados al tamao
y profundidad de la excavacin, a las condiciones geolgicas y a las caractersticas del suelo.

Un abatimiento diseado, instalado y operado apropiadamente facilitar la construccin:

Bajando el nivel del agua e interceptando la infiltracin, evitando que el agua emerja por las
paredes o por el fondo de la excavacin.
Incrementando la estabilidad de las paredes excavadas.
Previniendo la erosin del material en las paredes o en el fondo de la excavacin.
Reduciendo las cargas laterales en el tablaestacado o ademe.
Mejorando las caractersticas de la excavacin y las tensiones en suelos arcillosos.
Previniendo la ruptura o empuje del fondo de una excavacin.

Para un diseo adecuado de un sistema de bombeo es siempre recomendable realizar una prueba de
bombeo para la determinacin de:

Permeabilidad media o transmisibilidad y radio de influencia.

Gradiente horizontal probable, cuyo efecto puede ser importante en estructuras vecinas o en
pozos de abastecimiento de agua.
Las eventuales dificultades de instalacin de los pozos, para el diseo y seleccin del
procedimiento constructivo.
El gasto que se puede extraer de un pozo.
Cualquier condicin imprevista que pueda afectar el abatimiento.
 Gabriel Hoyos Manrique
2133002036

MTODOS DE BOMBEO
Zanjas y cunetas

Cuando se tienen pequeas excavaciones y en algunos tipos de suelos (densos, bien graduados o
cementados) es posible, permitir la infiltracin de agua por las paredes y el fondo de la excavacin y
recolectarla en cunetas y zanjas, de las cuales puede ser bombeada posteriormente (Figura 2.1).

Tablaestacado y bombeo abierto

En este mtodo de bombeo, el agua de infiltracin es forzada a entrar por el fondo de la excavacin en el
rea encerrada por el tablaestacado (Figura 2.2). De esta forma, el nivel del agua baja mucho ms rpido
adentro que afuera de la excavacin.

Si la prdida de carga es grande, las fuerzas de infiltracin en el fondo de la excavacin pueden ocasionar
que el suelo cambie con rapidez, perdiendo su resistencia al esfuerzo cortante, y dando lugar a cargas
excesivas en el fondo removido, con la posibilidad de un colapso brusco. Otra desventaja de este mtodo
es que el suelo queda mojado y su manejo se torna difcil.
 Gabriel Hoyos Manrique
2133002036

Zanjas y pozos profundos

Las zanjas tablaestacadas fueron unos de los primeros mtodos utilizados para abatir el nivel del agua. Sin
embargo, son ineficientes, costosas de excavar y trabajan satisfactoriamente slo en materiales
relativamente gruesos. En sustitucin de las zanjas tablaestacadas, es preferible utilizar pozos profundos,
con o sin filtros de grava.

Sistema de pozos-punta

Los pozos-punta son pequeos pozos con pantallas de aproximadamente 5 a 7.5cm de dimetro y de 1m
de longitud. Son fabricados de lminas de latn o de acero inoxidable, con cada uno de los extremos
cerrados o con su propio sistema de inyeccin de agua a presin (self-jetting) (Figura 2.3).

Un sistema de pozos punta es un conjunto de lneas o crculos de este tipo de pozos, instalados a 1 a 4m
alrededor o a lo largo de una excavacin, y ligados a un colector comn de 15 a 30cm de dimetro, a su
vez conectado a un pozo-punta de bombeo (una bomba de vaco y centrfuga combinadas). Una instalacin
tpica de uno de estos sistemas se muestra en la Figura 2.4.

El uso de pozos-punta constituye uno de los mtodos ms comunes para abatir el nivel del agua durante
la construccin de una estructura. Los sistemas de pozos punta son adecuados cuando el sitio donde se va
a construir es accesible y el estrato saturado que se pretende drenar no es muy profundo. Los pozos-punta
son prcticos y econmicos para desaguar pequeas excavaciones.

Por esto, se utilizan con frecuencia en aquellos suelos donde no es necesario abatir demasiado el nivel del
agua y para trabajos de cortes abiertos en suelos saturados. Asimismo, los pozos punta pueden usarse
para desaguar excavaciones profundas con cortes abiertos, instalando filas de pozos punta a cada 4.5m de
elevacin aproximadamente.
 Gabriel Hoyos Manrique
2133002036

Drenaje con pozos profundos

El empleo de pozos profundos es otro mtodo conveniente para abatir el nivel del agua del terreno en
suelos:

Donde la formacin se vuelve ms permeable con la profundidad, o la excavacin penetra o est

delimitada por arena o suelos granulares ms gruesos.
Donde se tiene un espesor suficiente de materiales permeables abajo del nivel al que el agua debe
abatirse, para una adecuada instalacin de pozos y bombas.

En contraste con los pozos-punta, este sistema de abatimiento consiste de pozos profundos y bombas
sumergibles o de turbina que pueden instalarse fuera de la zona de construccin. Sin embargo, en este
tipo de pozos tambin pueden utilizarse bombas eyectoras.

Para abatir el nivel del agua de una excavacin, los pozos profundos se pueden utilizar solos, o bien, en
combinacin con un sistema de pozos-punta como se muestra en la Figura 2.6.

Los pozos profundos que se utilizan para abatir el nivel del agua, generalmente se colocan con un
espaciamiento de 6 a 60 m centro a centro, dependiendo de la profundidad a que se tenga que abatir el
nivel fretico, de la conductividad hidrulica del estrato saturado y del radio de influencia.
Frecuentemente los pozos profundos tienen un dimetro de 15 a 45cm y una longitud de 6 a 17m.

Drenaje horizontal

En aquellos suelos en los que no se quiere utilizar cortes abiertos y el empleo de pozos profundos es
inadecuado, el nivel del agua puede abatirse utilizando un sistema de drenaje Ranney. Este sistema
consiste de diversos tubos perforados horizontales, proyectados de uno o ms pozos de concreto
reforzado. Los tubos perforados pueden extenderse 60m o ms en cualquier direccin. Generalmente, el
agua del terreno que fluye dentro del pozo se bombea hacia fuera por medio de una bomba de turbina.
Este sistema no es recomendable para abatir el nivel del agua en
suelos estratificados.

Sistemas de abatimiento por vaco

Aquellos suelos, como los limos finos (D100.05 mm) con un bajo coeficiente de permeabilidad (10-
4k10-5 cm /s) no pueden ser drenados exitosamente por mtodos de gravedad, debido a que las fuerzas
de capilaridad ocasionan que el agua quede atrapada en los poros del suelo. En estos casos, el suelo puede
ser estabilizado mediante un pozo de vaco o un sistema de pozos-punta.
 Gabriel Hoyos Manrique
2133002036

El sistema de abatimiento por vaco consiste de pozos o pozos-punta y un tubo ms elevado rodeado con
un filtro de arena (Figura 2.7). La parte superior de estos pozos se sella con bentonita o material
impermeable. Si se mantiene un vaco en el pozo y en el filtro de arena, el gradiente hidrulico produce
un flujo hacia el pozo o pozo punta (especialmente en suelos estratificados); asimismo, el suelo en la
vecindad de los pozos se estabiliza debido a la presin atmosfrica, la cual tiende a prevenir la filtracin
en toda la excavacin e incrementa la presin efectiva en los granos del suelo, as como, la resistencia al
corte. Para abatir el nivel del agua en este tipo de suelos, es generalmente adecuado instalar los pozos o
pozos-punta lo ms cercano posible.

Drenaje por electro-smosis

La mayora de los suelos que requieren de un abatimiento de agua, pueden ser abatidos por alguno de los
mtodos descritos anteriormente, sin embargo, existen algunos limos, limos arcillosos y arenas limo-
arcillosas finas que no pueden ser drenados de manera exitosa por alguno de los mtodos anteriores; no
obstante, s pueden ser drenados por pozos o pozos punta en combinacin con un flujo electro-osmtico.
Este mtodo de drenaje es conocido como electro-osmtico o mtodo de drenaje elctrico.

La aplicacin de la electro-smosis para el abatimiento del nivel fretico en suelos fue estudiada por el Dr.
Leo Casagrande. Si dos electrodos se colocan en suelos saturados y se hace pasar entre ellos una corriente
elctrica, el agua contenida en el suelo se desplaza del electrodo positivo (nodo) al electrodo negativo
(ctodo). Haciendo un pozo en el ctodo, el agua puede extraerse por bombeo. De esta manera, el agua
del suelo fluye hacia los pozos (la cual, de otra forma saldra por los taludes excavados y reducira la
estabilidad de la masa de suelo), con esto, se incrementa la resistencia al corte del suelo y la estabilidad
de los taludes.

Mtodos miscelneos para el abatimiento de agua

En algunos suelos gruesos, como las gravas, se ha preferido utilizar inyecciones de ciertas mezclas de
materiales para controlar el agua en una excavacin. Algunas de estas mezclas son:

Mezcla de bentonita y cemento Portland.

Gel de slice.
AM-9 o similares (productos comerciales que tienen una viscosidad similar a la del agua, que les
permite penetrar exitosamente en suelos arenosos finos).

Para que las mezclas funcionen correctamente, los vacos del suelo deben ser lo suficientemente grandes
para que la mezcla sea introducida con facilidad y se obtenga un muro ms o menos continuo.