Agotamiento de Suelos

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AGOTAMIENTO DE SUELOS José González Castro Ingeniero Constructor DUOC UC

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AGOTAMIENTO DE SUELOS

José González CastroIngeniero ConstructorDUOC UC

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Unidad N° IUnidad N° IAgotamiento de suelosAgotamiento de suelos

INCONVENIENTES DE LA PRESENCIA DE AGUA EN INCONVENIENTES DE LA PRESENCIA DE AGUA EN UNA EXCAVACIÓN.UNA EXCAVACIÓN.

• • DIFICULTA O IMPOSIBILITA EL TRABAJO MODIFICA EL DIFICULTA O IMPOSIBILITA EL TRABAJO MODIFICA EL EQUILIBRIO DEL SUELO PROVOCANDO LA INESTABILIDAD EQUILIBRIO DEL SUELO PROVOCANDO LA INESTABILIDAD DEL FONDO DE LA EXCAVACIÓN O EL DESMORONAMIENTO DEL FONDO DE LA EXCAVACIÓN O EL DESMORONAMIENTO DE LOS CORTES.DE LOS CORTES.

• • PROVOCA SUB-PRESIÓN Y CONSECUENTEMENTE FLOTACIÓN PROVOCA SUB-PRESIÓN Y CONSECUENTEMENTE FLOTACIÓN DE ESTRUCTURAS AFINES.DE ESTRUCTURAS AFINES.

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CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL METODO DE AGOTAMIENTO DE AGUAS METODO DE AGOTAMIENTO DE AGUAS SUBTERRANEASSUBTERRANEAS

• • PROPOSITO DEL AGOTAMIENTO ( PRESAS, CAMINOS, PROPOSITO DEL AGOTAMIENTO ( PRESAS, CAMINOS, EDIFICIOS, ETC)EDIFICIOS, ETC)

• • CANTIDAD DE AGUA A AGOTARCANTIDAD DE AGUA A AGOTAR• • PROFUNDIDAD DEL NIVEL FREATICOPROFUNDIDAD DEL NIVEL FREATICO• • CONDICIONES GEOLOGICAS DE LA ZONACONDICIONES GEOLOGICAS DE LA ZONA• • FACTORES DE COSTOSFACTORES DE COSTOS

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OBJETIVOS DE LAS EXCAVACIONES PARA DRENADOOBJETIVOS DE LAS EXCAVACIONES PARA DRENADO

• • PRODUCIR CONDICIONES SECAS DE TRABAJOPRODUCIR CONDICIONES SECAS DE TRABAJO• • EVITAR LA ELEVACION O SUBPRESIONES EN EL FONDOEVITAR LA ELEVACION O SUBPRESIONES EN EL FONDODE EXCAVACIONESDE EXCAVACIONES• • REDUCIR LAS PRESIONES LATERALES SOBRE SOPORTESREDUCIR LAS PRESIONES LATERALES SOBRE SOPORTESTEMPORALESTEMPORALES• • MEJORAR LA ESTABILIDAD DE TALUDES TEMPORALESMEJORAR LA ESTABILIDAD DE TALUDES TEMPORALES• • REDUCIR EL CONTENIDO DE HUMEDAD DE TERRENOSREDUCIR EL CONTENIDO DE HUMEDAD DE TERRENOSQUE SE VAYAN A EXCAVAR( EMPRESTITOS)QUE SE VAYAN A EXCAVAR( EMPRESTITOS)

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Sistemas de agotamiento del nivel freático.Sistemas de agotamiento del nivel freático.

ZANJASZANJAS POZOSPOZOS GALERIAS GALERIAS DRENESDRENES PUNTERAS O WELL-POINT.PUNTERAS O WELL-POINT. SISTEMA DEBOMBASSISTEMA DEBOMBAS

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Galerías Galerías En general, las galerías son obras destinadas a la captación En general, las galerías son obras destinadas a la captación

y conducción del agua subterránea hasta un punto y conducción del agua subterránea hasta un punto determinado.determinado.

La construcción de las galerías requieren de una cuidadosa La construcción de las galerías requieren de una cuidadosa planificación de los trabajos para asegurar el buen planificación de los trabajos para asegurar el buen funcionamiento del mismo y a la vez evitar accidentes. La funcionamiento del mismo y a la vez evitar accidentes. La

organización de los trabajos y la concepción de su ejecución organización de los trabajos y la concepción de su ejecución dependerá en todo caso del tipo de material a excavar.dependerá en todo caso del tipo de material a excavar.

Clasificación de las galerías.Clasificación de las galerías. Las galerías pueden ser clasificadas como: a) galerías Las galerías pueden ser clasificadas como: a) galerías

propiamente dichas, b) zanjas o trincheras, c) drenes y d) propiamente dichas, b) zanjas o trincheras, c) drenes y d) captaciones mixtas. captaciones mixtas.

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Zanjas o trincherasZanjas o trincheras: están compuestas por : están compuestas por excavaciones a cielo abierto, utilizadas excavaciones a cielo abierto, utilizadas

fundamentalmente cuando el agua subterránea está muy fundamentalmente cuando el agua subterránea está muy próxima a la superficie del próxima a la superficie del

suelo y no se requieren provocar grandes descensos del nivel suelo y no se requieren provocar grandes descensos del nivel freático.freático.

Este tipo de obra está expuesta a problemas de crecimiento Este tipo de obra está expuesta a problemas de crecimiento de algas, erosión, obstrucción por vegetación o de algas, erosión, obstrucción por vegetación o contaminación superficial. contaminación superficial.

DrenesDrenes: : están compuestos por perforaciones horizontales o están compuestos por perforaciones horizontales o excavaciones de zanja en cuyo interior o fondo se instalan excavaciones de zanja en cuyo interior o fondo se instalan tuberías perforadas o ranuradas conocidas como drenes.tuberías perforadas o ranuradas conocidas como drenes.

Normalmente, los diámetros de los drenes son mayores a 200 Normalmente, los diámetros de los drenes son mayores a 200 mm, con pendientes que fluctúan entre uno y cinco por milmm, con pendientes que fluctúan entre uno y cinco por mil

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Galerías propiamente dichas: son excavaciones Galerías propiamente dichas: son excavaciones horizontales que se inician con un emboquillado o boca de horizontales que se inician con un emboquillado o boca de entrada, desde donde se procede a excavar la galería entrada, desde donde se procede a excavar la galería propiamente dicha. La parte inferior de la galería se propiamente dicha. La parte inferior de la galería se encuentra ubicada por debajo del nivel de agua en la zona encuentra ubicada por debajo del nivel de agua en la zona de saturación.de saturación.

Usualmente las secciones son de 1,80 x 0,80 metros, Usualmente las secciones son de 1,80 x 0,80 metros, llevan pozos de ventilación cada 40 o 100 m a fin de llevan pozos de ventilación cada 40 o 100 m a fin de ventilar la galería y para retirar los materiales ventilar la galería y para retirar los materiales provenientes de la excavación.provenientes de la excavación.

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Las napas de agua son cuerpos que se está movilizando permanentemente en alguna dirección, la cual varía dependiendo fundamentalmente de:•La época del año •Situación Pluviométrica.•Obras aledañas.

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.

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La determinación de dirección de flujo y la medición de los La determinación de dirección de flujo y la medición de los volúmenes de agua disponibles, se pueden obtener volúmenes de agua disponibles, se pueden obtener fácilmente a través de instrumentación (Piezómetros) que fácilmente a través de instrumentación (Piezómetros) que debe ser instalada en terreno para medir el efecto de debe ser instalada en terreno para medir el efecto de Agotamientos de Prueba parciales.Agotamientos de Prueba parciales.

Atendido los costos que estas mediciones traen asociados, Atendido los costos que estas mediciones traen asociados, a saber; proyecto, instrumentación, agotamientos a saber; proyecto, instrumentación, agotamientos parciales, mediciones y control, informes, tiempos de parciales, mediciones y control, informes, tiempos de espera y de ejecución.espera y de ejecución.

en la práctica las empresas especializadas fundan su en la práctica las empresas especializadas fundan su trabajo en los antecedentes aportados por las mecánicas trabajo en los antecedentes aportados por las mecánicas de suelo y el conocimiento empírico del trabajo.de suelo y el conocimiento empírico del trabajo.

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Las obras de agotamiento de napas Las obras de agotamiento de napas consisten básicamente, en la realización consisten básicamente, en la realización de perforaciones de poca profundidad, de perforaciones de poca profundidad, alrededor de la zona a agotar, que una vez alrededor de la zona a agotar, que una vez en funcionamiento, van agotando en funcionamiento, van agotando gradualmente el subsuelo.gradualmente el subsuelo.

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Para planificar correctamente la cantidad de perforaciones y Para planificar correctamente la cantidad de perforaciones y la potencia de las bombas a utilizar es necesario tener en la potencia de las bombas a utilizar es necesario tener en cuenta varios factores:cuenta varios factores:

1. La superficie que se desea deprimir:1. La superficie que se desea deprimir:La superficie que se desea deprimir debe ser La superficie que se desea deprimir debe ser sobredimencionada (20% aprox.), para solventar sobredimencionada (20% aprox.), para solventar correctamente la pérdida de rendimiento por recuperación de correctamente la pérdida de rendimiento por recuperación de la napa.la napa.

2. La permeabilidad del terreno:2. La permeabilidad del terreno:La permeabilidad del terreno, es uno de los factores que va a La permeabilidad del terreno, es uno de los factores que va a influir en forma directamente proporcional en la elección de influir en forma directamente proporcional en la elección de la potencia de la bomba: a más permeabilidad, más potencia la potencia de la bomba: a más permeabilidad, más potencia y caudal.y caudal.

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3. El tiempo necesario para iniciar las obras:3. El tiempo necesario para iniciar las obras:Del tipo de obra va a depender el tiempo necesario para Del tipo de obra va a depender el tiempo necesario para agotas las napas:agotas las napas:

En trabajos de agotamiento permanente (sótanos, En trabajos de agotamiento permanente (sótanos, estacionamientos, salas de máquinas, etc.)estacionamientos, salas de máquinas, etc.)

En trabajos de agotamiento transitoria (llenado de bases, En trabajos de agotamiento transitoria (llenado de bases, cámaras impermeables, reparación de tanques y/o cámaras impermeables, reparación de tanques y/o cisternas subterráneas, etc.)cisternas subterráneas, etc.)

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Agotamientos y depresiones de napas con Agotamientos y depresiones de napas con sistemas de punteras (wellpoints)sistemas de punteras (wellpoints)

Los agotamientos o depresiones de napas no se realizan Los agotamientos o depresiones de napas no se realizan todos de la misma manera  esto dependerá del tipo de todos de la misma manera  esto dependerá del tipo de suelo a deprimir, arcilla, arena, limo,  mixtos  u  otros.suelo a deprimir, arcilla, arena, limo,  mixtos  u  otros.

Por  lo general las punteras  de una misma profundidad no Por  lo general las punteras  de una misma profundidad no entregan  el mismo caudal esto dependerá  del entregan  el mismo caudal esto dependerá  del escurrimiento  “drenaje”  producto de la granulometría del escurrimiento  “drenaje”  producto de la granulometría del subsuelo  y presión del manto acuífero.subsuelo  y presión del manto acuífero.

Los agotamientos  pueden ser  a zanja o  tajo abierto Los agotamientos  pueden ser  a zanja o  tajo abierto además con sistemas de punteras  ( wellpoints ) además con sistemas de punteras  ( wellpoints ) aplicándolos a excavaciones  de poca o mucha aplicándolos a excavaciones  de poca o mucha profundidad,  mediante escalonamientos   y terrazas  con profundidad,  mediante escalonamientos   y terrazas  con punteras perimetrales .punteras perimetrales .

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Las depresiones con punteras  se calculan dependiendo del  Las depresiones con punteras  se calculan dependiendo del  área  a agotar, granulometría del suelo, cota del  nivel área  a agotar, granulometría del suelo, cota del  nivel freático, presión del manto acuífero, con esto se calcula el   freático, presión del manto acuífero, con esto se calcula el   caudal a extraer, la profundidad y  densidad de la malla  caudal a extraer, la profundidad y  densidad de la malla  de  punteras a hincar.de  punteras a hincar.

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Tipos de hincado.Tipos de hincado. Hincado  ligero con inyección de agua.Hincado  ligero con inyección de agua. Con roscos de perforación y sifónCon roscos de perforación y sifón Con equipo hidro rotó perforanteCon equipo hidro rotó perforante

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Agotamiento de Napa Propiamente TalAgotamiento de Napa Propiamente Tal Las obras de agotamiento de napas consisten Las obras de agotamiento de napas consisten

básicamente, en la realización de perforaciones básicamente, en la realización de perforaciones de poca profundidad, alrededor de la zona a de poca profundidad, alrededor de la zona a deprimir, instalación de punteras, manifold y deprimir, instalación de punteras, manifold y bombas succionadoras correspondientes,  que bombas succionadoras correspondientes,  que una vez en funcionamiento, comienzan una vez en funcionamiento, comienzan gradualmente a bajar el nivel del agua  del gradualmente a bajar el nivel del agua  del subsuelo, en la zona requerida.subsuelo, en la zona requerida.

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Aspectos TécnicosAspectos Técnicos Para planificar correctamente la cantidad de punteras y Para planificar correctamente la cantidad de punteras y

 potencia de las bombas a utilizar es necesario tener en  potencia de las bombas a utilizar es necesario tener en cuenta varios factores:cuenta varios factores:

1. La superficie que se desea deprimir:1. La superficie que se desea deprimir:El perímetro a agotar, debe contar con los sobre anchos El perímetro a agotar, debe contar con los sobre anchos adecuados para permitir la instalación de los manifold y adecuados para permitir la instalación de los manifold y punteras perimetrales y por ende se debe considerar el punteras perimetrales y por ende se debe considerar el espacio para la entibación o talud adecuado a cada espacio para la entibación o talud adecuado a cada situación.situación.

2. La permeabilidad del terreno:2. La permeabilidad del terreno:La permeabilidad del terreno, es uno de los factores que va La permeabilidad del terreno, es uno de los factores que va a influir en forma directa  en la selección de la potencia de a influir en forma directa  en la selección de la potencia de la bomba, a mayor permeabilidad, más potencia y caudal.la bomba, a mayor permeabilidad, más potencia y caudal.

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3. El tiempo de ejecución de las obras:3. El tiempo de ejecución de las obras: Del tipo de obra va a depender el tiempo que se necesite Del tipo de obra va a depender el tiempo que se necesite

mantener deprimida la napa.mantener deprimida la napa. En trabajos de agotamiento permanente (sótanos, salas En trabajos de agotamiento permanente (sótanos, salas

subterráneas etc.)subterráneas etc.) En trabajos de agotamiento transitorio (llenado de bases, En trabajos de agotamiento transitorio (llenado de bases,

cámaras subterráneas pequeñas, reparación de tanques y/o cámaras subterráneas pequeñas, reparación de tanques y/o cisternas subterráneas, etc.)cisternas subterráneas, etc.)

Es muy importante entender, que para bajar la napa al nivel Es muy importante entender, que para bajar la napa al nivel requerido, va a requerir un periodo de tiempo, para requerido, va a requerir un periodo de tiempo, para “evacuar” el volumen de agua existente en el área, mas el “evacuar” el volumen de agua existente en el área, mas el agua que ingresa por la napa, a una velocidad variable agua que ingresa por la napa, a una velocidad variable según la permeabilidad del terreno, que solo es posible según la permeabilidad del terreno, que solo es posible determinar con exactitud, con las primeras pruebas de aforodeterminar con exactitud, con las primeras pruebas de aforo

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4. El costo:4. El costo: A veces es necesario instalar más unidades de agotamiento A veces es necesario instalar más unidades de agotamiento

(punteras y pozo con bomba) para acelerar el proceso, ya (punteras y pozo con bomba) para acelerar el proceso, ya que de aumentar sólo la potencia de la bomba, la misma se que de aumentar sólo la potencia de la bomba, la misma se quedaría funcionando en seco con los daños quedaría funcionando en seco con los daños correspondientes.correspondientes.

Otra posibilidad, es ir agotando la zona por sectores, si los Otra posibilidad, es ir agotando la zona por sectores, si los planes de obra posteriores así lo permitiesen, logrando un planes de obra posteriores así lo permitiesen, logrando un abaratamiento en costos bastante significativo, ya que las abaratamiento en costos bastante significativo, ya que las bombas se reutilizan a medida que la obra avanza.bombas se reutilizan a medida que la obra avanza.

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5. Recomendaciones:5. Recomendaciones: Verificar la existencia de suministro eléctrico de acuerdo al equipo a Verificar la existencia de suministro eléctrico de acuerdo al equipo a

instalar.instalar. Planificar la tubería de descarga hasta un sumidero existente Planificar la tubería de descarga hasta un sumidero existente

teniendo en cuenta la gran cantidad de agua a evacuar 24 horas al teniendo en cuenta la gran cantidad de agua a evacuar 24 horas al día.día.

La tubería de descarga será proyectada de antemano, teniendo en La tubería de descarga será proyectada de antemano, teniendo en cuenta las áreas de trabajo posteriores, del personal así también cuenta las áreas de trabajo posteriores, del personal así también como de máquinas viales.como de máquinas viales.

Tener conocimiento de las ordenanzas locales para napas freáticas.Tener conocimiento de las ordenanzas locales para napas freáticas. Adelantarse a los contratiempos burocráticos y técnicos, porque Adelantarse a los contratiempos burocráticos y técnicos, porque

hasta que las perforaciones no estén  terminadas, junto con la hasta que las perforaciones no estén  terminadas, junto con la tubería y la electricidad, no es posible poner en funcionamiento el tubería y la electricidad, no es posible poner en funcionamiento el sistema.sistema.

  

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FIN DE LA PRESENTACIÓN