Agotamiento de Napas En terrenos cerca de ríos, mar, lagos, es frecuente excavar y encontrarnos con napas subterráneas que dificultan el trabajo de excavación y fundado. Para poder trabajar será necesario entonces agotar esta napa a una profundidad que nos permita el trabajo en seco.
Métodos: 1. Pozos Profundos: Consiste en hacer mediante maquinaria en terrenos duros o semi-duros pozos de una profundidad mayor o igual a 1,5 m de la cota del sello de fundación, de manera de colocar bombas que permitan el secado paulatino de los pozos. La cantidad mínima de estos es dos.
2. Canal recolector a pozo: Se hace un solo pozo al cual se conduce el agua por medio de una canaleta, agua que es retirada de este con bomba.
3. Punteras o Wellpoints: Elementos de PVC o metálicos de 2” que se hinca perimetralmente cada ±1 m de espaciamiento. En caso de terrenos anchos, se coloca una corrida en el centro del terreno para acortar la distancia de succión a la mitad.
Lo ideal es colocar las punteras perimetralmente y fuera del sector de la edificación, para poder retirarlas de forma fácil en el caso de ser necesario. En el caso de ser metálicas y sea una losa de fundación (Radier que ocupa toda el área), las punteras quedaran colocadas mientras se hormigona y para retirarlas se deberá antes de hormigonar, encamisarlas con un manto de aislapol amarrado con alambre. Este elemento permanece en su posición hasta que termina el hormigonado, así, al otro día, se retira la puntera mediante un tecle, y se retira lo que se pueda de aislapol, para
luego rellenar la cavidad con hormigón.
El sistema de punteras va conectado a bombas que succionan el agua, estas se conectan a matrices de PVC de • 100, 160, 200 mm, según sea el caso, evacuando el agua a redes de agua lluvias, nunca a un colector de aguas servidas.De no contar con un colector de aguas lluvias, se deberá solicitar permiso municipal para romper veredas y excavar para colocar una tubería extractora hasta donde sea necesario. El permiso es por ocupación, incluso si las mangas pasan por un área verde. (En viña no existen colectores de agua lluvias, hay pozos absorbentes, los cuales llevan el agua a la arena que la absorbe).
Otro sistema, si este resultara muy caro, es hacer pozos fuera del área del terreno a agotar, de manera de echar el agua allí, solo que en terrenos muy absorbentes el agua se devuelve rápidamente. Instalación de Punteras Las punteras se hincan mediante inyección de agua, es decir, se tiene una motobomba conectada a un pozo de agua o tambores, desde donde mediante una manguera succiona el agua, llevándola a un tubo de • 3” que se coloca de punta al terreno, se hace funcionar la bomba y al expulsar el agua a presión sobre el terreno, este se diluye y comienza a hincar el tubo de 3”, hasta llegar a la profundidad requerida y luego se corta el agua, se retira la manguera y por el interior del tubo que hace de camisa se coloca la puntera dejándola en su posición y luego se retira el tubo que hace de camisa, y así sucesivamente hasta que todas las punteras quedan instaladas en su posición.
Agotamiento de Napas
1.1. Introducción
Las pruebas de agotamiento y recuperación son un método de terreno que permite identificar la conductividad hidráulica de un suelo en forma directa, a través de experiencias que involucran la excavación de una zanja, pozo o noria de pequeña profundidad que compromete al menos una parte de la napa de aguas subterráneas. Mediante el uso de una bomba de pequeño caudal es posible extraer el agua del pozo (agotamiento) y luego se mide la recuperación de la napa a lo largo del tiempo. A partir de la información de niveles y de la geometría del pozo es posible estimar el coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica.
1.2. Descripción de la Prueba
Para llevar a cabo la prueba de agotamiento y recuperación, se excava un pozo de sección circular (o aproximada) hasta comprometer parcial o totalmente la napa de aguas subterráneas a lo menos en una longitud de 50 cm. En este caso la excavación no se reviste. El proceso de la prueba propiamente tal consiste en deprimir el pozo mediante el uso de una bomba y se mide su recuperación a través del tiempo. La Figura 1 muestra un esquema detallado de este método.
[pic]
Donde a es el radio equivalente del pozo o calicata en que se realiza la prueba, d es la profundidad del pozo medida desde el nivel freático o de equilibrio, h corresponde a la profundidad medida desde el nivel freático a la que se encuentra la napa en la perforación
cuando el sistema se está recuperando, t es el tiempo en que se mide la recuperación y S es un factor de forma que depende del diámetro de la perforación no entubada y de la profundidad de la perforación medida desde el nivel freático.
En el caso que la perforación atraviese sólo parcialmente la napa, el coeficiente de permeabilidad se estima a partir de la siguiente relación (Luthin, 1966):
[pic] Donde S ’ a ⋅ d / 0,19 en el sistema MKS.
En el caso que la perforación comprometa totalmente el espesor de la napa, el coeficiente de permeabilidad se estima a partir de la siguiente relación:
[pic] El caso analizado en este documento corresponde a la perforación que atraviesa sólo parcialmente la napa, por lo que la expresión del coeficiente de permeabilidad puede separarse en dos términos claramente diferenciables:
[pic] Un primer término, f, está asociado a parámetros geométricos de la perforación: [pic]
El segundo parámetro, m, está asociado al comportamiento hidráulico del acuífero, más exactamente corresponde a la tasa de recuperación del nivel de
agua en el tiempo:
[pic]
Para los propósitos de este estudio se construyó tres calicatas para la realización de pruebas de agotamiento y recuperación. Información relevante de estas tres calicatas se presenta en la Tabla 1.
[pic]
La Tabla 2 muestra la información geométrica equivalente de las perforaciones realizadas. En este caso A corresponde al área promedio de la calicata vista desde la superficie. Debido a la que las calicatas son realizadas con la ayuda de una retroexcavadora, resulta casi imposible obtener una geometría cilíndrica. Para solucionar este problema se aproximó la geometría del perforación a la de un rectángulo y posteriormente se transforma mediante equivalencia de áreas a una circunferencia, obteniéndose el radio equivalente de la calicata.
[pic]
El área del rectángulo es obtenida mediante medidas promedio de una sección inicial efectuada al inicio de la recuperación y otra medida se realiza cuando la prueba de recuperación ha concluido. A continuación se muestran los resultados obtenidos en esta prueba para las tres calicatas realizadas.
La Figura 2 muestra la recuperación de los niveles de agua en la calicata 1 a través del tiempo luego del agotamiento por bombeo. Se observa el adecuado
ajuste de una recta a los datos medidos, lo que nos indica que el parámetro m se puede evaluar como la pendiente de dicha recta. Un comportamiento similar se observa en las Figuras 3 y 4 para las calicatas 2 y 3, respectivamente.
La Tabla 3 resume la información de las pruebas de agotamiento y recuperación para las tres calicatas.
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
En función de los resultados obtenidos se adoptará un valor de 20 m/día como conductividad hidráulica de los materiales ubicados en las cercanías de la zona a intervenir.
De acuerdo a la literatura especializada (Freeze and Cherry, 1980) gravas areno arcillosas tienen valores de conductividad hidráulica comprendida entre 10-4 y 10-3 m/s (9 y 90 m/día), lo que ratifica el valor adoptado para esta zona.
1.3. Referencias Luthin, J. Drainage Engineering. Wiley. 1966. Freeze A. And J. Cherry. Groundwater. Prentice Hall.197
Agotar napas en terrenos locales evita serios peligros
Por las características del suelo local, el proceso de agotamiento de napas se hace cada vez más importante en el rubro de la construcción. Está demostrado que las condiciones de suelo del Gran Concepción y de la intercomuna se califican como “arenas”. Incluso especialistas categóricamente denominan esta calidad de terrenos como “mala”. A través del secado subterráneo de los terrenos se consolidan los cimientos de diversas estructuras, “las que permiten realizar las fundaciones, las bases de cualquier construcción, y en un tiempo perentorio terminar el trabajo de una forma positiva”, explica Abraham Navarrete, gerente técnico de ANP Pozos Profundos. El procedimiento es importante, pero a la vez costoso. El agua se puede encontrar a dos o tres metros del suelo y ésta dificulta las labores de construcción y la seguridad futura de la estructura. “El agua modifica el equilibrio del suelo provocando la inestabilidad del fondo de la excavación o desmoronamiento de los cortes. Puede causar subpresión y como consecuencia, la flotación de estructuras a fines, por lo que peligra cualquier construcción por desmoronamiento”, puntualiza el ejecutivo. A lo que añade que “el proceso permite que en algún movimiento sísmico o inundación los pilares soporten de una forma óptima y, por ende, la construcción”. La duración del agotamiento de napas dependerá de la profundidad de la obra y del peso de la estructura, además de la mecánica de suelo. “Puede durar ocho meses continuado, asociado aun costo que no es menor, porque se debe hacer durante las 24 horas del día. La napa no se agota, sólo se controla”, expone Navarrete.
ANP Pozos Profundos Junto con participar en importantes licitaciones y complejos proyectos, ANP Pozos
Profundos ofrece diversos servicios como el abastecimiento de agua, a través de la captación subterránea, pozos profundos, agotamiento de napas; así como también la asesoría técnica de proyectos, elaboración de Planografía y la toma de muestras de laboratorio. “Nuestro desempeño está en manos de un equipo profesional con años de experiencia en el rubro y la ejecución de proyectos en terreno. Al mismo tiempo, trabajamos con una amplia gama de proveedoras, lo que hace de ANP un proveedor integral que posee la implementación adecuada para cada actividad”, indica el gerente. Realizan mantención eléctrica industrial, instalaciones eléctricas en BT, trabajos en salas de control y eléctricas, canalizaciones, cableados y conexionados. El diseño, fabricación e instalación de tableros de fuerza, control, alumbrado de plantas de agua. Así mismo, participan en proyectos y ejecución de sistema de riego industrial automático, programado, por goteo y aspersión.
Las napas de agua son cuerpos que se están movilizando permanentemente en alguna dirección, la cual varía dependiendo fundamentalmente de:
La época del año Situación Pluviométrica, Obras aledañas, etc.
El flujo de la napa, que en definitiva es el que define la cantidad de agua a agotar, es aún mas errático, puesto que los factores mencionados anteriormente gravitan directamente sobre los volúmenes disponibles en un lugar específico y además debemos incorporar un factor tan importante como lo es la permeabilidad local. La determinación de dirección de flujo y la medición de los volúmenes de agua disponibles, se pueden obtener fácilmente a través de instrumentacián
(Piezómetros) que debe ser instalada en terreno para medir el efecto de Agotamientos de Prueba parciales. Atendido los costos que estas mediciones traen asociados, a saber; proyecto, instrumentación, agotamientos parciales, mediciones y control, informes, tiempos de espera y de ejecución, etc, en la práctica las empresas especializadas fundan su trabajo en los antecedentes aportados por las mecánicas de suelo y el conocimiento empírico del trabajo.
Las obras de agotamiento de napas consisten básicamente, en la realización de perforaciones de poca profundidad, alrededor de la zona a agotar, que una vez en funcionamiento, van agotando gradualmente el subsuelo.
Para planificar correctamente la cantidad de perforaciones y la potencia de las bombas a utilizar es necesario tener en cuenta varios factores:
1. La superficie que se desea deprimir: La superficie que se desea deprimir debe ser sobredimencionada (20% aprox.), para solventar correctamente la pérdida de rendimiento por recuperación de la napa.
2. 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.
3. El tiempo necesario para iniciar las obras: Del tipo de obra va a depender el tiempo necesario para agotas las napas:
En trabajos de agotamiento permanente (sótanos, cocheras, salas de máquinas, etc.) En trabajos de agotamiento transitoria (llenado de bases, cámaras impermeables, reparación de tanques y/o cisternas subterráneas, etc.)
Es muy importante entender que, entre las obras de agotamiento y el terreno ya agotado, va a transcurrir un tiempo necesario para “evacuar” el volumen de agua existente + el agua que ingresa por la napa, a una velocidad variable según la permeablidad del terreno, que solo es posible determinar con exactitud, con las primeras pruebas de aforo.
4. El costo que se esta dispuesto a afrontar: A veces es necesario colocar mas unidades de agotamiento (puntaras y pozo con bomba) para acelerar el proceso, ya que de aumentar sólo la potencia de la bomba, la misma se quedaría funcionando en seco con los daños correspondientes. Otra posibilidad, es ir agotando la zona por sectores, si los Planes de obra posteriores así lo permitiesen, logrando un abaratamiento en costos bastante significativo, ya que las bombas se reutilizan a medida que la obra avanza.
5. Recomendaciones:
Verificar la existencia de electricidad trifásica 380 Volt. al momento de comenzar la obra. Planificar la tubería de descarga hasta un sumidero existente teniendo en cuenta la gran cantidad de agua que se verterá las 24 horas del día. La tubería de descarga será proyectada de antemano, teniendo en cuenta las áreas de trabajo posteriores, del personal así también como de máquinas viales. Tener conocimiento de las ordenanzas locales para napas freáticas. Adelantarse a los contratiempos burocráticos y técnicos, porque hasta que las perforaciones están terminadas, junto con la tubería y la electricidad no es posible poner en funcionamiento el sistema.
