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Abatimiento del nivel fre谩tico en excavaciones

Figura 1. Agua en excavaci贸n. http://www.saboredo.com/el-agua-en-la-obra-civil/

Cuando se quiere construir bajo el nivel fre谩tico, es necesario desecar el subsuelo antes de realizar la excavaci贸n para permitir que los trabajos se efect煤an en condiciones relativamente secas (Figura 1).聽La ausencia de agua (sin llegar a un estado completamente seco) en la excavaci贸n estabiliza el fondo y los taludes, reduce las cargas laterales en los taludes, hace que el material de excavaci贸n sea m谩s ligero y f谩cil de manejar y evita un fondo movedizo y lodoso, muy inconveniente para las actividades posteriores.

Para conservar una excavaci贸n libre de agua, en casi todos los tipos de suelos, el nivel fre谩tico se debe mantener a una profundidad, por lo menos de 60 cm o, preferentemente, a 150 cm por debajo del fondo de la excavaci贸n.

Aunque son los contratistas especializados en este tipo de trabajos los que determinan con mayor detalle las necesidades y los posibles rendimientos de la operaci贸n, siempre es necesario un an谩lisis simplificado que definir “a priori” qu茅 equipos ser铆an necesarios y la viabilidad de la operaci贸n.

En la Figura 2聽se muestra un esquema simplificado de la operaci贸n del abatimiento del nivel fre谩tico. En 茅l se puede ver c贸mo var铆a la depresi贸n en el nivel fre谩tico con la distancia al punto de bombeo. Se pueden utilizar pozos de observaci贸n o piez贸metros a ciertas distancias (como r1 y r2) para controlar la depresi贸n realizada.

Figura 2. Esquema del abatimiento del nivel fre谩tico mediante un pozo

Un an谩lisis simplificado del fen贸meno implica, tal y como indica Dupuit (Harr, 1062) asumir que (a) para una peque帽a inclinaci贸n de la l铆nea de filtraci贸n, las l铆neas de flujo son horizontales y (b), que el gradiente hidr谩ulico es igual a la inclinaci贸n de la superficie libre y es independiente de la profundidad.

La ecuaci贸n que rige el caudal en este caso es la siguiente:

En este caso, se asume que toda la capa de terreno es homog茅nea con un coeficiente de permeabilidad hidr谩ulica “k”.

Si se cumple que “q” es constante a lo largo del flujo, la ecuaci贸n anterior se puede integrar entre las distancias r1 y r2, obteni茅ndose la siguiente expresi贸n:

Por tanto, una vez se ha determinado la extensi贸n de la excavaci贸n, usando los par谩metros r1, r2, h1 y h2, se puede utilizar la expresi贸n anterior para determinar la capacidad requerida por la bomba. Asimismo, se podr铆a utilizar la expresi贸n anterior para determinar el coeficiente medio de permeabilidad del terreno sabiendo el caudal bombeado.

Es evidente que, en un caso real, existen muchas capas de terreno, con diferentes propiedades, por lo que la ecuaci贸n anterior debe particularizarse. Remitimos al lector al trabajo de Cedergreen (1989) para situaciones diferentes a las descritas. Tambi茅n pod茅is ver algunos problemas resueltos que pusimos en su momento en una entrada anterior.

Referencias

Cedergreen, H.R., 1989, Seepage, Drainage and Flow Nets, John Wiley, New York.

Harr, M., 1962, Groundwater and Seepage, McGraw-Hill, New York.

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10 agosto, 2018
 
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