agotamiento de napas_para estudio
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AGOTAMIENTO DE NAPAS SUBTERRÁNEAS
Instituto AIEP 24/11/2012
AGOTAMIENTO DE NAPAS SUBTERRÁNEAS
Sofía Quiroga Fredes
Construcción Civil Sede Providencia
Técnico en Construcción Civil Neftalí Ferrari
AGOTAMIENTO DE NAPAS SUBTERRÁNEAS
Instituto AIEP 24/11/2012
INDICE
1_INTRODUCCION
2_RESUMEN
3_FUNDAMENTACION
4_METODOLOGÍA
5_ANTECEDENTES GENERALES
6_CONSIDERACIONES
7_AGOTAMIENTOS
8_PROCEDIMIENTO PARA LA EJECUCION
9_CONCLUSIONES
10_BIBLIOGRAFIA
11_ANEXOS
11.1_MAPA MUNDIAL DE RECURSOS DE AGUAS SUBTERANEAS
11.2_ DECLARACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL ESTACIONAMIENTOS
SUBTERRÁNEOS PLAZA SUCRE, V REGIÓN (extracto)
11.3_EXTRACTO INFORME MECANICA DE SUELOS
11.4_ADENDA Nº 2 A LA DECLARACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL DEL
PROYECTO “SISTEMA DE ALCANTARILLADO DE ISLA DE MAIPO,
REDES SECUNDARIAS, ETAPA 1 Y 2” (extracto)
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2_RESUMEN
“El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada momento en los continentes.”
En nuestro trabajo de construir debemos ser capaces de regirnos a planes, tiempos y presupuestos; pero algo que no debemos ignorar es sobre qué o con qué trabajamos, nos
solo debemos ser apegados a las normas, también debemos ser conscientes de que la tierra, como organismo vivo, y todos sus componentes nos exige también prestar
constante atención; éste es el caso del agua. Y del agua subterránea, aquella que es más compleja de ver o dimensionar, debemos entonces asesorarnos por expertos, considerar costos de estudios, materiales y maquinarías en busca de el sistema que nos ofrezca la
mejor oportunidad de proyectar y ejecutar aquel plan que estamos por construir, teniendo siempre en cuenta que “la tierra actúa de diferente manera dependiendo de la mecánica y
la conformación geológica”.
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1_INTRODUCCION
La prospección1 del agua requiere de un conocimiento básico de los diferentes tipos de formaciones que contienen agua subterránea que se pueden encontrar en la corteza terrestre. (020867-08)
El método más antiguo para la extracción del agua subterránea excavar un hoyo en el suelo, a una profundidad por debajo del nivel de la napa de agua subterránea. Por lo general, la cantidad de agua que se puede recolectar de esta manera es bastante limitada y cuando se necesite una mayor capacidad de extracción, se debe explotar el acuífero en un área mayor de contacto. Se puede hacer esto ampliando el ancho de la excavación, extendiéndola a una mayor profundidad o aumentando ambos, el ancho y la profundidad. Saber cuáles de estos métodos pueden y deben aplicarse en un caso en particular depende del espesor de la formación del suelo contenedora de agua y de la profundidad de la napa de agua subterránea.
El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada momento en los continentes2.
El agua del subsuelo es un recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la población mundial, pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación.
Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja.
Un acuífero es un terreno rocoso permeable dispuesto
bajo la superficie, en donde se acumula y por donde circula el agua subterránea.
En terrenos de alto nivel freático3, con vertientes internas o pozos subterráneos, al excavar podrían presentar distintas cantidades de agua dentro de los fosos (excavación con agotamiento), por lo cual en el ítem se requiere incorporar equipos para la realización del mismo.
Para otorgar mayor calidad portante a la base de la excavación, en los 2 casos se debe realizar la compactación de la base, sea con fuertes golpes con
roca o con maquinaria niveladora de suelos, lo cual es óptimo para la construcción.
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.
1Exploración debajo de la tierra para descubrir si hay minerales, petróleo, agua u otras cosas. 2 Groundwater Resources of the World. UNESCO Paris 2006 3 Nivel de las aguas subterráneas - en acuíferos no confinados - en diferentes puntos de la cuenca. El nivel freático es un indicador utilizado para determinar la disponibilidad de agua subterránea con fines de aprovechamiento. Asimismo, el nivel freático afecta los niveles de crecida y, dependiendo del uso de la tierra, sus variaciones pueden ser beneficiosas o perjudiciales.
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La elección del método de excavación depende 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.
Es función de éste trabajo explicar los distintos medios 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.
En primer lugar se detallan y presentan los distintos medios de extracción de agua que han estado presentes a lo largo de la historia, mismos métodos que han sido usados por la construcción para la extracción o agotamiento de aguas en obras. Con esto se puede hacer una comparación directa con métodos ancestrales y aquellos métodos que actualmente mediante una mayor tecnología nos permiten el desarrollo de proyectos acotados, eficaces y seguros.
3_FUNDAMENTACION
http://bit.ly/UKhmkr
Es de suma importancia dentro de la planificación de cualquier proyecto el buen estudio de los terrenos e impactos que éste pudiera generar, no solo pensando en la buena materialización de la obra, como medio de adquirir recursos; sino que además considerar que estas serán utilizadas por personas y ellas y sus necesidades debieran ser el fin principal en la buena gestión de la obra.
De allí que el tema del Agotamiento de Napas Subterráneas y el cómo este se ejecute es un “pilar” fundamental. Es requerido entender las necesidades del proyecto y su implantación en el terreno a modo de no restar calidad y evitar catástrofes que la misma naturaleza podría generar.
Es el Objetivo de éste trabajo llegar a conclusión si de los sistemas presentes para el agotamiento de napas alguno es o será el más eficiente constructivamente. Para lo cual se revisaran cada uno de ellos y cómo se ejecutan.
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4_METODOLOGÍA
Logré reunir la información necesaria para la comprensión de este procedimiento constructivo mediante una búsqueda detallada en bibliotecas virtuales.
En principio fue recopilación desordenada de aquellas distintas metodologías de ejecución; en el proceso me di cuenta, al igual que en toda obra, de la necesidad de entendimiento del terreno a trabajar, por lo cual me dedique a la búsqueda de información e imágenes que reflejaran y explicaran la conformación hidrográfica y geomorfológicas de diferentes terrenos, llegando a un breve resumen de lo que sería más aplicado a éste trabajo.
Habría querido poder encontrar una obra física donde poder rescatar mayor material real para hacer el seguimiento del procedimiento, a falta de aquello es que logré reunir una galería de proyectos en los cuales se hizo hincapié en el sistema de agotamiento mediante wellpoint; puesto que concluí que es uno de los más especializados y eficientes que se presentan.
Partiendo de una base histórica de los sistemas de excavaciones y extracción de agua pude plantear este tema como una recopilación de ejecuciones que más que ser innovaciones han sido especializaciones de los mismos, lo que ha logrado una mayor tecnificación de procesos ya existentes.
http://bit.ly/T1gdzC
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5_ANTECEDENTES GENERALES
Hemos visto que los sedimentos ubicados cerca de la superficie del suelo contienen algunos espacios vacíos, por lo que exhiben porosidad. En muchos casos estos espacios se encuentran interconectados entre ellos. El agua contenida en los espacios vacíos es capaz de moverse desde un espacio a otro, lo que produce la circulación de agua a través del suelo, sedimento o roca. Esta habilidad de los acuíferos de transportar agua, así como de almacenarla, es una de las propiedades hidrogeológicas más importante y significativa.
Uno de los principales problemas en la construcción para los cimientos de una obra es el agua de las napas subterráneas que afloran a cotas donde va la construcción, generalmente al hacer la excavación nos encontramos con lagunas, en las cuales, si queremos trabajar es imposible por el barro, por las dificultades que presenta el agua para cumplir con las especificaciones en las distintas obras.
Antiguamente los agotamientos para sacar el agua se hacían mediante bombas bencineras y prácticamente el espacio para trabajar era un verdadero barrial. Posteriormente esto se solucionó bajando el nivel de la napa mediante punteras y nivelando la napa un metro más bajo de la cota de sello que se necesita. 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.
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Hemos visto que los sedimentos ubicados cerca de la superficie del suelo contienen algunos espacios vacíos, por lo que exhiben porosidad. En muchos casos estos espacios se encuentran interconectados entre ellos. El agua contenida en los espacios vacíos es capaz de moverse desde un espacio a otro, lo que produce la circulación de agua a través del suelo, sedimento o roca. Esta habilidad de los acuíferos de transportar agua, así como de almacenarla, es una de las propiedades hidrogeológicas más importante y significativa.
Los sedimentos de grano grueso y no consolidado son los mejores productores de aguas subterráneas que existen en la naturaleza. Así mismo, arcillas son a menudo utilizadas en aplicaciones de ingeniería debido a su reducida permeabilidad intrínseca.
La permeabilidad intrínseca es una función del tamaño de los poros en el sedimento no consolidado. Mientras más pequeño es el tamaño de los sedimentos, más grande es el área superficial en contacto con el agua contenida en los poros. Este aumento en el área superficial provoca un incremento en la resistencia friccional del flujo, lo que disminuye la permeabilidad. En sedimentos bien distribuidos (es decir no homogéneos) la permeabilidad es proporcional al tamaño representativo del sedimento.
Agotar napas en terrenos locales evita serios peligros
Un ejemplo a destacar es la calidad de los suelos del Gran Concepción, que ya ha demostrado que son necesarios estudios exhaustivos para la fundamentación de una obra constructiva. Esto es lo planteado por un profesional de la zona en entrevista local: 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
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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.
Sistema acuífero artesiano
1. Acuífero
2. Estratos impermeables
3.Área de infiltración
4. Pozo artesiano
5. Nivel de saturación
6. Pozo subartesiano
7. Manantial artesiano
Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja.
La única excepción significativa, la ofrecen las rocas solubles como las calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación 4, en el que el agua excava simas, cavernas y otras vías de circulación, modelo que más se ajusta a la creencia popular.
4 El agua se acidifica cuando se enriquece en dióxido de carbono, por ejemplo cuando atraviesa un suelo, y reacciona con el carbonato, formando bicarbonato, que es soluble. Las aguas superficiales y subterráneas van disolviendo la roca y creando galerías y cuevas que, por hundimiento parcial, formando linas y, por hundimiento total, forman cañones.
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6_CONSIDERACIONES
Las excavaciones para fundaciones son el primer ítem constructivo de obra, que se refiere a extraer los volúmenes de tierra en los espacios donde se albergara la cimentación de la edificación.
Y para su correcta ejecución se requiere previos estudios de Análisis de mecánicas de suelo y las Declaraciones de Impacto Ambiental correspondientes para tener en claro la Normativa Ambiental específica aplicable al proyecto5.
Las excavaciones para fundaciones en la construcción definen la posición, largo, ancho y altura de las cimentaciones de las mismas, estas se encuentran en los planos de construcción de fundaciones y cortes para conocer las alturas y dar exactitud al proceso.
Es la operación que se presenta en obra para efectuar una cavidad con formas geométricas bajo el terreno, o en su caso para nivelar o desmontar un terreno, donde se ejecuta una obra civil.
Los tipos más corrientes de excavación son:
• A cielo abierto_ En zanja
• En pozo_ En galería de mina
Los procedimientos de excavación más conocidas son:
1. MANUAL_ Con el uso de palas, picotas
2. MAQUINARIA_ con el uso de retroexcavadoras, excavadoras, zanjadoras, etc.
3. CON USO DE EXPLOSIVOS: Mediante el uso de dinamita y sus accesorios
(nitrato, guía y fulminante) y el uso de un Compresor con martillos neumáticos
Los tipos de fundaciones que pueden presentarse en la obra son distintos, por lo cual también requieren diferenciar los procesos de excavación, por lo que es importante que un supervisor que conozca sobre temas constructivos se encuentre presente al momento de realizarlos.
Aquellas a cielo abierto se realizan para la construcción de sótanos y son ejecutadas mediante banquetas cuando la profundidad es mayor a 2 mts. Son una serie de escalones de los cuales los peones van lanzando el material excavado en forma escalonada. La altura de cada banqueta es +/- 2 mts.
5 Anexo 2 : DECLARACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL ESTACIONAMIENTOS SUBTERRÁNEOS PLAZA SUCRE, V REGIÓN (extracto)
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Cuando la altura es considerable y el tipo de terreno lo permite, se excava en niveles sucesivos, comunicando los niveles mediante rampas, para el trabajo de acarreo con carretillas. Si el volumen es grande, es preferible usar equipo pesado adecuado.
En zanja, son excavaciones estrechas y largas, generalmente de poca profundidad. Se proyectan para:
Cimientos, buscando la cota firme de terreno Instalación de tuberías, estas se vuelven a rellenar una vez colocados los ductos Instalación de elementos de drenaje, cuando se ha de drenar el terreno
Cuando se hace excavación manual, el ancho mínimo será 60 cms, siendo importante que las paredes de la zanja sean verticales.
Las excavaciones en pozo son totalmente verticales y subterráneas.
En excavaciones de pozos hechos manualmente, la dimensión mínima en que se trabaja es de 1 mt., los más conocidos son las perforaciones de pilotes.
Existen excavaciones en terrenos secos, las que se denominan excavaciones sin agotamiento, lo que significa que no es necesario utilizar ningún equipo para extracción de agua de las fosas de excavación y no se deben considerar en el ítem.
En terrenos de alto nivel freático, con vertientes internas o pozos subterráneos, al excavar podrían presentar distintas cantidades de agua dentro de los fosos, excavación con agotamiento, por lo cual en el ítem se requiere incorporar equipos para la realización del mismo.
Derrumbamiento de las paredes de la zanja
La causa más importante de las muertes relacionadas con los trabajos en zanjas es el derrumbamiento de las paredes de las mismas, que puede ocasionar el aplastamiento o la asfixia de los trabajadores. Las paredes de la zanja pueden resultar debilitadas a consecuencia de actividades realizadas en el exterior, pero en las inmediaciones de la misma.
• No deben colocarse cargas pesadas en el borde de la zanja.
• No deben excavarse zanjas en la proximidad de estructuras como edificios o líneas férreas, ya que la excavación puede socavarlas y debilitar sus cimientos, causando de este modo el hundimiento de las estructuras y de las paredes de la zanja.
• No se debe permitir que los vehículos se aproximen demasiado a los bordes de la zanja; a tal efecto, es aconsejable colocar topes horizontales o banquetas de tierra.
En las fases de planificación conviene solicitar el asesoramiento de un ingeniero o técnico competente.
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Tipos de terreno y entorno
La elección adecuada de un sistema de protección de los trabajadores depende del terreno y de las condiciones del entorno. La resistencia del terreno, la presencia de agua y las vibraciones originadas por la maquinaria o por otras causas próximas, son factores que afectan a la estabilidad de las zanjas. Los terrenos en los que se ha practicado una excavación con anterioridad, nunca recuperan su resistencia. La acumulación de agua en una zanja, independientemente de su profundidad, es indicativa de la situación más peligrosa. Antes de la elección de un sistema adecuado para la protección de los trabajadores, es preciso tener en cuenta la clase del terreno y evaluar el escenario de la construcción. Un plan de seguridad y salud adecuado de un proyecto debe dar respuesta a las condiciones y riesgos singulares del mismo.
Protección de los trabajadores
El ataluzado evita el desplome de las zanjas, al eliminar el peso (del terreno) que puede dar origen a la falta de estabilidad de la zanja.
El ataluzado, incluyendo el banqueo (ataluzado hecho en varios escalones) requiere que la zanja tenga una mayor anchura en su parte superior. El ángulo del talud depende del terreno y de las condiciones en que se encuentra, pero los taludes varían desde 0,75 horizontal: 1 vertical a 1,5 horizontal: 1 vertical. El talud de 1,5 de base por 1 de altura requiere un ensanchamiento de 1,5 m por cada metro de profundidad, a ambos lados de su parte superior. Incluso la menor inclinación de un talud resulta beneficiosa. Sin embargo, los anchos que requieren los taludes impiden a menudo su aplicación en las obras de construcción.
La entibación 6 se puede usar en todos los casos. Una entibación consiste en un montante a cada lado de la zanja con codales entre ambos Las entibaciones contribuyen a evitar el hundimiento de las paredes de la zanja, al empujar hacia fuera contra las paredes de la misma. Las entibaciones clareadas consisten en, montantes y arriostramientos transversales, con el terreno formando arco entre ellos; se usan en terrenos arcillosos, que son los que presentan una mayor cohesión. Los montantes no deben distar más de 2 m entre sí. Se pueden alcanzar mayores separaciones entre los
6 La entibación es un tipo de estructura de contención provisional muy flexible, empleada habitualmente en construcción e ingeniería civil. Se construye mediante tablones de madera o elementos metálicos y placas cuadradas, de dimensiones que rondan un metro por un metro.
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arriostramientos mediante el empleo de largueros horizontales que mantengan los montantes en su sitio.
La entibación tupida se emplea en terrenos granulosos y de escasa cohesión; las paredes de la zanja se protegen totalmente con tableros. Los tableros pueden ser de madera, metálicos o de fibra de vidrio; son corrientes los paneles de acero. La entibación estanca se emplea cuando se encuentran minas o filtraciones de agua.
El empanelado estanco impide que el agua erosione y arrastre las partículas del terreno al interior de la zanja.
Un sistema de entibación 7 siempre ha de mantenerse bien apretado contra el terreno para evitar los derrumbamientos. Los codales pueden ser de madera o roscados; pueden ser gatos hidráulicos o neumáticos. Los largueros pueden ser de madera o metálicos.
Los escudos o cajas de excavación de zanjas son elementos de protección individual de gran tamaño; no impiden el derrumbamiento de las paredes de la zanja, pero protegen a los trabajadores que se encuentran en su interior.
Los escudos suelen fabricarse de acero o aluminio y su tamaño oscila comúnmente entre 1 a 3 m de altura y 2 a 7 m de longitud; existen muchos otros tamaños y deben superponerse.
Deben existir sistemas de protección in situ para contrarrestar los movimientos peligrosos de los escudos en caso de que una pared de la zanja se derrumbe. Uno de estos sistemas consiste en efectuar el relleno a ambos lados del escudo.
7 No son impermeables. Por eso, se ha de rebajar el nivel freático empleando una red de drenaje o pozos puntuales, well-points (en inglés). Estos pozos se emplean sólo en terrenos con elevada permeabilidad.
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7_AGOTAMIENTOS
El método más antiguo para la extracción del agua subterránea es cavar un hoyo en el suelo, a una profundidad por debajo del nivel de la napa de agua subterránea. Por lo general, la cantidad de agua que se puede recolectar de esta manera es bastante limitada y cuando se necesite una mayor capacidad de extracción, se debe explotar el acuífero en un área mayor de contacto. Se puede hacer esto ampliando el ancho de la excavación, extendiéndola a una mayor profundidad o aumentando ambos, el ancho y la profundidad.
Saber cuáles de estos métodos pueden y deben aplicarse en un caso en particular depende del espesor de la formación del suelo contenedora de agua y de la profundidad de la napa de agua subterránea.
Agotamiento de Napas
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 o deprimir, 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 del subsuelo.
La determinación de dirección de flujo y la medición de los volúmenes de agua disponibles, se pueden obtener fácilmente a través de instrumentación (piezómetros8) que deben ser instalados en terreno, para medir el efecto de agotamientos de prueba parciales.
Atendido los costos que estas mediciones traen asociados, 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.
Las obras de agotamiento de napas consisten básicamente, en la realización de perforaciones de poca profundidad, alrededor de la zona a deprimir, instalación de punteras, manifold y bombas succionadoras correspondientes, que una vez en funcionamiento, comienzan gradualmente a bajar el nivel del agua del subsuelo, en la zona requerida.
Para planificar correctamente la cantidad de punteras y potencia de las bombas a utilizar es necesario tener en cuenta varios factores:
1. La superficie que se desea deprimir: El perímetro a agotar, debe contar con los sobre anchos adecuados para permitir la instalación de los manifold y punteras perimetrales y por ende se debe considerar el espacio para la entibación o talud adecuado a cada situación.
2. La permeabilidad del terreno: La permeabilidad del terreno, es uno de los factores que va a influir en forma directa en la selección de la potencia de la bomba, a mayor permeabilidad, más potencia y caudal.
8 El tubo piezométrico es, como su nombre indica, un tubo en el que, estando conectado por uno de los lados a un recipiente en el cual se encuentra un fluido, el nivel se eleva hasta una altura equivalente a la presión del fluido en el punto de conexión u orificio piezométrico, es decir hasta el nivel de carga del mismo.
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El agotamiento superficial consiste en dejar salir el agua que está en la superficie extrayéndola mediante bombas que desagüen por tuberías. El agotamiento superficial consiste en hacer un pozo en la superficie de tal forma de que las aguas se encaucen hacia ese pozo mediante zanjas periféricas de la excavación. Es más barato y más rápido de instalar que el agotamiento subterráneo, es más flexible para dimensionar el equipo a usar, además los caudales varían con la profundidad y extensión de la excavación y con la lluvia y otros factores, además se pueden emplear bombas, cañerías y mangueras normales. El problema de este sistema de agotamiento es que se trabaja permanentemente sobre barro.
http://www.maishule.org/resources/cavando+pozo.JPG
El agotamiento subterráneo consiste en hacer pozo de extracción de aguas subterráneas. Se extrae el agua antes de que aflore. En casos especiales (suelos finos, no cohesivos), el agua, debido a su gradiente hidráulico, erosiona y destruye el suelo (lo tubifica). En esos casos es necesario usar agotamiento subterráneo. Consiste en rodear la excavación de pozos de extracción de aguas subterráneas. Tienen que equiparse y ponerse en función antes de excavar. Con agotamiento subterráneo se logran taludes más verticales y excavaciones en terreno seco.
El sistema consiste en rodear de pozos la excavación. En general, es más caro y menos flexible que el agotamiento superficial. Excepto cuando el suelo permite usar punteras o wellpoint (suelos finos y poco cohesivos). Las punteras consisten en cañerías que se clavan mediante chorros de agua a presión. Luego se conectan todos los mini pozos a una cañería (colector). Una bomba succiona dicha cañería y se logra rebajar la napa como máximo unos 6 a 7 metros.
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Los medios horizontales extendidos para la captación y extracción de agua subterránea reciben el nombre de galerías y se les puede subdividir en zanjas de percolación, drenes de filtración y túneles.
Debido a las dificultades y costos de excavación sólo se deben usar las galerías en los casos en que la napa de agua subterránea esté a una profundidad superficial no mayor a los 5 u 8 metros por debajo de la superficie del suelo. Las galerías ofrecen la única solución práctica cuando se va a captar agua subterránea de acuíferos de poca profundidad con un pequeño espesor saturado. Estos acuíferos tienen que ser explotados en una gran área e contacto. También son recomendables las galerías en áreas costeras en donde el agua dulce que se va a extraer se encuentra encima del agua salada.
Entonces el descenso o abatimiento del nivel 9 de la napa dulce debe mantenerse en lo mínimo posible, de lo contrario, surgirá el agua salada y se mezclará con el agua dulce.
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. El diseño también presentara pocos problemas:
• Suficiente ancho y profundidad para asegurar que el agua recolectada fluya a baja velocidad de tal forma que se prevenga la erosión de los lados de la acequia y que se limiten las pérdidas de carga.
• La profundidad debe ser mayor a 1.0 m y preferiblemente de 1.5 m para reducir
cualquier penetración de luz solar en el agua, donde estimulará el crecimiento de plantas y algas y provocará resistencia al flujo del agua.
• Los lados de la zanja deben ser ligeramente inclinados para proporcionarles
estabilidad. Esto es particularmente importante para el área de la zanja que tenga contacto con la superficie.
• Para zanjas profundas, es deseable un terraplén horizontal aproximadamente 0.5
m sobre el nivel normal del agua para facilitar el acceso para el trabajo de limpieza y mantenimiento.
http://bit.ly/QjD3qb
9 Descenso del nivel o abatimiento: es el descenso de la napa de agua subterránea alrededor de un colector de agua subterránea, resultante de la extracción del agua.
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8_PROCEDIMIENTO PARA LA EJECUCION
Una vez realizado el trazado y replanteo en el terreno se debe proceder excavar, según los limites demarcados para tal efecto, pudiendo presentarse dos posibilidades: Excavaciones manuales_ En las cuales estará presente el obrero, y las herramientas necesarias para la excavación, dependiendo del tipo de terreno a intervenir (blando, semi duro o terreno duro), existiendo también un costo distinto de mano de obra por las diferentes excavaciones. Al momento de realizar el rubro se debe tener en cuenta que la tierra actúa de diferente manera dependiendo de la mecánica y la conformación geológica de la misma, registrándose distintos coeficientes de cohesión y esponjamiento que permiten variación en sus reacciones. De una u otra forma es importante alejar de la fosa de excavación el material extraído, (más aun si no existe un estudio de suelos) para que el peso de la tierra no cause deslizamientos en las caras de la excavación. Para este tipo de excavación se utilizaran herramientas sencillas como palas y picos.
http://bit.ly/TOXo3b
Excavaciones con maquinaria_ Este tipo de excavación es más rápida y tiene mayor precisión, ya que la maquinaria aleja fácilmente el material extraído de la fosa, además de no causar tanto sufrimiento a la superficie por ser menor el manipuleo de la misma. En ambos casos el fondo de la excavación deberá nivelarse, revisando con sumo cuidado que no quede suciedad e impurezas dentro de su superficie. Para otorgar mayor calidad portante a la base de la excavación, en los dos casos se debe realizar la compactación 10 de la base, sea con fuertes golpes con roca o con maquinaria niveladora de suelos, lo cual es óptimo para la construcción.
10 (…)hablamos de compactación cuando el terreno no esta totalmente saturado y actúan fuerzas sobre el terreno tales como la succión capilar del agua intersticial.(Consolidacion de suelos_ http://bit.ly/ULoJm1 )
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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.
Apuntalamientos y entubados
Reciben estos nombres al conjunto de elementos de madera o metálicos utilizados de modo provisional, en zanjas, pozos y galerías que evitan el desprendimiento de tierra durante su excavación.
Este hecho depende de dos factores:
tipo de terreno característica de la obra y requerimiento del pliego de especificaciones técnicas
El objeto de este trabajo es proteger al obrero contra deslizamientos del terreno mientras trabajan bajo rasante del terreno. Cuando las zanjas son de poca profundidad y el terreno lo permite, se prescinde de esta precaución.
En terreno medianamente resistente, el entibado y apuntalado se puede hacer mediante tablas o tablones intercaladas y apuntalado por "puntales" y cuñas
Para terrenos menos cohesivos, se utiliza como entibados tablones a sección llena, cubriendo totalmente las paredes de la zanja o el pozo, empalmado con parantes y puntales con cuñas y contra cuñas.
Por último para terrenos sueltos o reblandecidos por las aguas del nivel freático, se recomienda contrarrestar con entibado metálico deslizante.
http://bit.ly/QNxcJw http://bit.ly/XjskyQ
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Agotamiento de zanjas y pozos
Constituye uno de los problemas que se puede presentar en una fundación o zanja de cimentación. El terreno aparece seco por encima y luego al excavar nos encontramos con nivel freatico 11.
Como equipo es usada una bomba de achique de agua limpia; bomba de achique de lodos, con diámetros de salida de 2", 3", 4", con motores a gasolina de 3 HP, 5 HP y a diesel de 8 HP respectivamente.
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Existe otro método si la pendiente del terreno lo permite; hacer una red de tubos perforados (drenes), combinados con pozos que vierten en canales colectores, para desembocar finalmente en un canal de evacuación. Importante hacer un aforo del caudal que aporta el nivel freático, para dimensionar la bomba y establecer un costo unitario por hora de bombeo.
El sistema wellpoint ó Bombas “de chorro”
Estas bombas trabajan en forma similar a las venturis, pero con agua en vez de aire, con una bomba se alimentan de 8 a 10 pozos, los pozos son pequeños y requieren de pozos de menor diámetro que las bombas de pozo profundo.
Para planificar correctamente la cantidad de perforaciones y la potencia de las bombas a utilizar es necesario tener en cuenta varios factores:
• La superficie que se desea deprimir: la superficie que se desea deprimir debe ser sobre dimensionada (20% aproximadamente), para solventar correctamente la perdida de rendimiento por recuperación de la napa.
• 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 mas permeabilidad, más potencia y caudal.
11 El nivel freático corresponde (en un acuífero libre) al lugar en el que se encuentra el agua subterránea.
AGOTAMIENTO DE NAPAS SUBTERRÁNEAS
Instituto AIEP 24/11/2012
• El tiempo necesario para iniciar las obras, del tipo de obra va a depender el tiempo necesario para agotar las napas:
En trabajos de agotamiento permanentes como construcción de sótanos, cocheras, sala de máquinas, estacionamientos, edificaciones, etc. En trabajos de agotamiento transitoria como es llenado de bases, por ejemplo para obras de alcantarillado, cámaras impermeables, reparación de estanques 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 más el agua que ingresa por la napa, a una velocidad variable según la permeabilidad del terreno, que solo es posible determinar con exactitud, con las primeras pruebas de aforo (medición del agua que se evacua).
• El costo que se está dispuesto a afrontar, a veces es necesario colocar más unidades de agotamiento, punteras y pozos con bombas para acelerar el proceso, ya que de aumentar solo 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 obras posteriores asi lo permiten, logrando un agotamiento en costos bastantes significativos, ya que las bombas se reutilizan a medida que la obra avanza.
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En los siguientes gráficos se muestra el esquema de una perforación para depresión de napas subterráneas:
En la figura 1 se grafica la construcción de una perforación para depresión de napas según el siguiente detalle:
• Se realizara un pozo de estudio para verificar el diámetro y profundidad de la perforación definitiva.
• Una vez realizado el pozo de estudio, se procederá a realizar la perforación definitiva, con diámetro y profundidad determinado por el estudio.
• Se realizara un pozo de estudio para verificar el diámetro y profundidad de la perforación definitiva.
• Una vez realizado el pozo de estudio, se procederá a realizar la perforación definitiva, con diámetro y profundidad determinado por el estudio.
• Se entubara con caño camisa de PVC ranurado en 0.9mm en toda su longitud con sus respectivos dispositivos entradores, permitiendo esto el centrado del caño camisa con la perforación, dejando en la parte superior 3 mts de caño ciego.
• Se gravara el espacio anular entre el pozo y el caño camisa con grava silícica de granulometría 1.5 a 2 mm, no permitiendo este proceso el arrastre de sedimentos del terreno y no cambiar la estructura del mismo, a su vez proteger el equipo electrobomba ante desgastes de los sedimentos mencionados.
• Se instalara el equipo electrobomba sumergible de potencia determinada por la permeabilidad del terreno.
• Para conocer a ciencia cierta los alcances del funcionamiento del sistema se pueden realizar perforaciones de muestreo alejándose de la perforación original.
En depresiones de napas permanentes como en el caso de subsuelos de edificios como cocheras subterráneas se realizaran las perforaciones con sus equipos de bombeo y sensores electrónicos de nivel para no permitir la suba de napa de los niveles establecidos; así mismo se tomaran precauciones sobre sellado superficial del pozo para no ser este el lugar mas vulnerable a la entrada de agua de napa.
En la figura 2 graficamos el sellado cementicio superior y la tapa de tipo estanca, no permitiendo este proceso la entrada de agua ante un desperfecto eléctrico o de equipo de bombeo.
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9_CONCLUSIONES
Si los agotamientos de napas no se realizan todos de la misma manera va a depender del tipo de suelo a deprimir, arcilla, arena, limo, mixtos u otros.
Por lo general las punteras de una misma profundidad no entregan el mismo caudal esto dependerá del escurrimiento “drenaje” producto de la granulometría del subsuelo y presión del manto acuífero.
Los agotamientos pueden ser a zanja o tajo abierto, además con sistemas de punteras wellpoints aplicándolos a excavaciones de poca o mucha profundidad, mediante escalonamientos y terrazas con punteras perimetrales.
Las depresiones con punteras se calculan dependiendo del área a agotar, granulometría del suelo, cota del nivel freático, presión del manto acuífero, con esto se calcula el caudal a extraer, la profundidad y densidad de la malla de punteras a hincar.
Tipos de hincado:
• Hincado ligero con inyección de agua. • Con roscos de perforación y sifón • Con equipo hidrorotor perforante.
El tiempo de ejecución de las obras, del tipo de obra va a depender el tiempo que se necesite mantener deprimida la napa.
• En trabajos de agotamiento permanente (sótanos, salas subterráneas etc.) • En trabajos de agotamiento transitorio (llenado de bases, cámaras
subterráneas pequeñas, reparación de tanques y/o cisternas subterráneas, etc.)
No se puede dejar de considerar el tiempo que pueda emplear el proceso de agotamiento, que solo es posible determinar con exactitud, con las primeras pruebas de aforo 12.
A veces es necesario instalar más 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.
12 la prueba de aforo es una operación que se debe realizar para determinar el caudal óptimo y niveles de operación de los pozos.
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Es recomendado en estas obras de agotamiento:
• Verificar la existencia de suministro eléctrico de acuerdo al equipo a instalar. • Planificar la tubería de descarga hasta un sumidero existente teniendo en cuenta
la gran cantidad de agua a evacuar 24 horas al 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 no estén terminadas, junto con la tubería y la electricidad, no es posible poner en funcionamiento el sistema.
Los pozos clavados se hacen mediante la introducción de una punta de hincar con filtros (llamada puntera) en una formación que contenga agua.(...) La mayoría de las punteras tienen un diámetro dentro de los 30-50 mm.(...) La puntera es clavada en el terreno usando un mecanismo simple para golpear la parte superior de la tubería. 13
(Ref. Bibliografía 1_)
Se puede concluir entonces que los métodos de extracción ya sean para abastecimiento como para agotamiento se presentan iguales a lo largo del tiempo.
Que seguimos dependiendo de la naturaleza y lo que esta nos permita, si bien tenemos cada día más y mejores herramientas para trabajar con ellas siempre se requiere de un buen estudio, planificación, seguimiento de las normativas y especificaciones que cada tipo de obra nos exija.
13 Sistemas de abastecimiento de agua para pequeñas comunidades; tecnología de pequeños sistemas de abastecimiento de agua en países en desarrollo. Huisman, L.; Azevedo Netto, José Martiniano de; Sundaresan, B. B; Lanoix, J.N.; Hofkes, Ebbo H
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Comparación de sistema entre sistema de abastecimiento y de agotamiento de agua
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10_BIBLIOGRAFIA
1_EXTRACCIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS _ Sistemas de abastecimiento de agua para pequeñas comunidades; tecnología de pequeños sistemas de abastecimiento de
agua en países en desarrollo.
AUTOR: Huisman, L.; Azevedo Netto, José Martiniano de; Sundaresan, B. B; Lanoix, J.N.; Hofkes, Ebbo H
Lima, CEPIS, nov. 1988, p.77-103 Ilus Traducción y publicación por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente - CEPIS (CIR Documentos
Técnicos, 18)
BIBLIOTECA VIRTUAL DE DESARROLLO SOSTENIBLE Y SALUD AMBIENTAL ORGANIZACION PANAMERICANA DE LA SALUD
http://www.bvsde.ops-oms.org/bvsacd/scan/020867/020867-08.pdf
PUBLICACIONES DIGITALES
http://www.pozosprofundosanp.cl/wp-content/uploads/2011/06/El_Sur_02-09-2010-planillo-1c_24_paginas-pag-09.pdf
http://www.buenastareas.com/ensayos/Agotamiento-De-Napas-Subterraneas/3642001.html
http://www.emagister.com/excavaciones-fundaciones-arquitectura-construccion_h
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11_ANEXOS
11.1_MAPA MUNDIAL DE RECURSOS DE AGUAS SUBTERANEAS