Agotamiento del nivel freático

¿Qué es el abatimiento del nivel freático?

El agotamiento del nivel freático se puede entender como el conjunto de operaciones controladas que se realizan para mantener el nivel del agua a una determinada profundidad y asegurar el correcto desempeño del proceso constructivo.

En general, las soluciones de abatimiento del nivel freático consisten en: barreras físicas, sistemas de bombeo de agua a zonas externas a la excavación o una combinación de ambas.

Normalmente es recomendable que el nivel freático se mantenga a una profundidad superior a los 50 cm por debajo del fondo de la excavación y que se realicen los estudios hidrogeológicos pertinentes, para contemplar el proceso de extracción del agua, sin generar patologías geotécnicas asociadas como asientos o colapsos indeseables en la zona.

Al realizar una obra por debajo del nivel piezométrico, se corre el riesgo de inestabilidad de las paredes y de todas las estructuras enterradas en el terreno que, por subpresiones, sifonamientos, erosión interna o levantamientos hidráulicos del fondo, puedan presentar fallas que perturben el desempeño de la obra además de los inconvenientes propios de trabajar en un terreno inundado.

La presencia de agua puede producir a su vez, una disminución de las propiedades resistentes en los suelos y generar una presión adicional sobre las excavaciones.

Por lo tanto, es recomendable un rebajamiento del nivel freático previo a la excavación para trabajar en condiciones relativamente secas, estabilizar el fondo, reducir las cargas laterales en los taludes y convertir el material de excavación en un material ligero de fácil manejo y transporte.

Tipos de agotamiento del nivel freático

El nivel freático se puede deprimir por distintos métodos, los cuales dependerán de las necesidades y circunstancias de cada obra en particular.

En términos generales, se suelen emplear desde bombas sumergibles en calicatas o pozos perforados (wellpoints) hasta métodos alternativos tales como subdrenes de zanja, micropozos, túneles de drenaje, bloques de drenaje o pozos al vacío.

A continuación, se presentan los más habituales:

Wellpoint o pozos perforados

Este sistema de bombeo consiste en la aspiración del agua por medio de bombas de succión (de pequeño y mediano caudal) en distintos puntos de captación.

Con ello se logra controlar el descenso de agua subterránea en medios de baja permeabilidad donde esta no llegaría por gravedad a los pozos.

Es un método simple, versátil y con una relación de costo-beneficio razonable.

Es útil en una gran variedad de terrenos granulares con distintas densidades y graduaciones pero es especialmente eficiente en arenas de granulometría media sin presencia de finos ya que en otros suelos se necesitan operaciones adicionales de montaje, perforación previa y ejecución de filtro granular para asegurar su adecuado funcionamiento.

Los componentes del sistema son la bomba de hinca, lanzas o agujas, mangueras de presión, colectores para la tubería perimetral, bomba de vacío, alargadores, cuadro eléctrico y los accesorios adicionales pertinentes.

Se debe tomar en cuenta al utilizar el método, la limitación en la altura de aspiración, ya que los pozos llegan hasta 7 metros de profundidad y de 1,5 a 3 metros de extensión.

Del mismo modo, es importante considerar y prevenir durante el proceso, la posibilidad de colapso de la excavación o de los muros de contención por la presión que genera el agua tanto lateralmente como en la parte inferior del terreno excavado.

Wellpoint por inyección

Este método es una variante del pozo perforado con la diferencia del modo de colocación de las herramientas de succión y sobre todo en el rendimiento de estas, debido a que con este método se pueden instalar pozos de bombeo a distintas alturas, sin tener como valor limite los 7 metros que restringen al sistema de bombeo tradicional.

Este método suele ser más eficiente para situaciones complejas.

Método de pozos profundos

Se utiliza para terrenos medianamente permeables, en el orden de 10^-3 a 10^-4 cm/sg.

Consiste en perforaciones revestidas con una tubería ranurada en la parte inferior que permite el ingreso de agua del acuífero y luego su posterior extracción con tuberías de aspiración.

Zanjas drenantes

Son excavaciones realizadas con una retroexcavadora o manualmente y posteriormente rellenadas con material drenante y aisladas de las aguas de escorrentía.

En el fondo suele colocarse una tubería-dren que sirva de drenante para poder captar y transportar el agua subterránea con mayor eficiencia.

Drenes californianos

También llamados subdrenes de penetración.

El sistema se basa en colocar una tubería perforada en el suelo mediante una excavación profunda subhorizontal o ligeramente inclinada, desde un 5% a 20 % de inclinación referente a la pendiente de inicio, con la cual se busca disminuir la altura del nivel freático e incrementar la estabilidad del talud hasta el valor de diseño deseado.

Galerías o túneles de drenaje

Son túneles subhorizontales excavados en el terreno que cuentan de dispositivos de captación y evacuación de aguas subterráneas.

Tienen como objetivo disipar altas presiones de poros y disminuir el nivel freático. Resulta un método poco frecuente debido a su elevado coste y a que su éxito reside netamente en la estructura geológica del terreno y el comportamiento hidrogeológico del mismo, aun así, es recomendado para estabilizar grandes deslizamientos si las condiciones lo permiten.

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