Drenaje de Cimentaciones

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INTRODUCCION En la contruccion de diferentes cimentaciones, existen problemas como el nivel freático, asi como también, las cimentaciones en zonas sumergidas, es por lo cual en este trabajo vemos como se hace el bombeo de estos; para la buena realización del aspecto constructivo sin que estos efectos del agua afecten seriamente la construcción.

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I.

MARCO TEORICO Drenaje,

impermeabilización

y

protección

contra

la

hme!a!

Es casi inevitable que ocurran filtraciones de agua en los sótanos de los edificios, a que es precisamente esta parte de la construcción la que está en contacto directo con el suelo, más a!n si consideramos los posibles defectos de la construcción. "ambién es importante el considerar las condiciones de aguas freáticas del suelo al proectar la profundidad de la excavación necesaria para desplantar la losa o cajón de cimentación. #i debe desplantarse por debajo del nivel freático, deben tomarse precauciones especiales para evitar filtraciones importantes dentro de la estructura. En general se utilizan dos métodos$ la utilización de drenajes  la impermeabilización.

DRENA"E %os drenajes son bastante !tiles cuando las filtraciones son peque&as a que es fácil evacuar el agua acumulada a bajo costo, frecuentemente por gravedad, por  medio de alba&ales o zanjas. Entre los drenas más comunes están los en zapatas  los de piso, los drenes en zapata se fabrican con tramos cortos de '() con  peque&as perforaciones que se tienden en zanjas cavadas a un lado de la base de la zapata para ser rellenadas posteriormente con material de filtro; los !ltimos *+ cm de relleno se hacen con material menos permeable para evitar que se filtre el agua de la superficie. %os drenes de piso no son mu comunes sin embargo, es posible que haan flujos de agua por debajo de la losa por lo que se aconseja el uso de drenaje. Estos drenes no deberán conectarse a tubos de bajadas pluviales ni a drenes superficiales.

IM#ERMEA$I%I&ACI'N #i la cantidad de agua que se colecta en los drenes es mu grande, es recomendable el uso de impermeabilizantes en el sótano  permitir que la losa quede sujeta a la presión del agua freática. no de los métodos más eficientes es

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el de membrana, que consiste en colocar una membrana de material asfáltico cerca del exterior del edificio. El material asfáltico se aplica en caliente  es  bastante flexible  lo suficientemente d!ctil como para mantener su integridad en caso de que se presenten peque&os agrietamientos en la estructura. 'ara que la membrana sea totalmente efectiva debe cubrir en su totalidad la superficie de la estructura que esté en contacto con el agua, para ello se requiere la construcción de un sub-piso sobre el cual se coloca la membrana antes de construir la losa como tal. %os muros  pisos que quedan dentro de la membrana están sometidos a la acción de la presión del agua, por lo que deben dise&arse  para soportar dichas acciones. ctualmente pueden utilizarse otros tipos de impermeabilizantes especiales o bien pueden usarse aditivos para disminuir la  permeabilidad del concreto como el humo de s/lice 0o escorias de silicio.

A(IENTO( ) (U$(IDENCIA( En algunas ocasiones, incluso un adecuado planteamiento del sistema de control artificial del nivel freático, puede provocar asentamientos en el área circundante de la obra objeto de actuación. %os asentamientos se pueden producir debido principalmente a$  .- 1nstalaciones de bombeo inapropiadas$ .2. Extracción de arenas o finos procedentes del suelo, consecuencia de un inapropiado dise&o o ejecución de los pozos de bombeo, 3ellpoint u otros dispositivos. %a erosión de suelo provocará tubificación 4piping5  pérdida del mismo. .6 'or bombeos superficiales abiertos en recintos con presencia de diafragmas verticales 7pantallas, tablestacas o cualquier barrera f/sica8, con resultado de erosión de suelo, sifonamiento, levantamiento del mismo en el interior del diafragma, con movimiento del suelo exterior. .* Entrada de suelo por v/as horizontales debidas a fallos o deficiencias de los diafragmas verticales. 1gualmente en ese supuesto puede producirse el fenómeno de tubificación.

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 9.- :scilaciones naturales o con bombeos de dise&o correcto$ 9.2 'or consolidación  compresión de terrenos, principalmente limos  arcillas, a la reducción de las presiones intersticiales, lo que incrementará las tensiones efectivas. Este incremento de las tensiones efectivas, provocará un acomodamiento de los granos del suelo, aumentando su densidad  en consecuencia disminuendo su volumen, lo que se traducir/a en asentamiento. e este modo, las estructuras que se encuentren cimentadas sobre este tipo de depósitos, pueden verse afectadas por asentamiento, en muchos casos sin maores consecuencias. 'ara estructuras soportadas sobre pilotes, esta consolidación puede provocar un arrastre por fricción negativa en el contacto entre la superficie del pilote  el terreno. %as patolog/as incluidas en el grupo a.2, pueden ser evitadas con un dise&o adecuado  una correcta instalación del sistema de pozos  bombeo. )on carácter general, sugerimos que si tras iniciado el primer bombeo  mantenido de forma ininterrumpida durante un periodo de entre *+ minutos  * horas, se observa que el agua bombeada contuviera un grado de finos no aceptable, el sistema de bombeo debiera ser detenido  evaluar las consecuencias en función de la vulnerabilidad del entorno. Es importante contrastar si los materiales hallados durante la perforación de captación, se corresponden con los indicados en los informes previos que sirvieron de base para el dise&o de aquel filtro  empaquetadura de prefiltro. En cualquier caso, la información disponible siempre será solo relativamente completa, dada la variabilidad de los suelos naturales, por lo que además de un buen dise&o  ejecución, será necesario un seguimiento de los trabajos a pie de campo que permita confirmar la validez del dise&o original a las condiciones realmente halladas En cuanto a las patolog/as contenidas en el grupo a.6, de inmediato debiera ser detenido el bombeo  tras el análisis de las alteraciones ocasionadas al suelo, plantear un sistema de bombeo alternativo. . )olocación de tubo de drenaje con la pendiente necesaria hasta el punto de recogida de aguas que enlace con la red de evacuación de aguas. ?. @ijación

de

lámina

geotéxtil,

como

capa

separadora

que

impedirá filtraciones de tierra  sedimentos. =. )olocación de capa de grava de rio con canto redondo que permita la filtración de aguashasta el tubo de drenaje. A. )olocación de lámina geotéxtil, sobre la superficie de la capa de grava, que impediráfiltraciones de tierra  sedimentos.

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:tra problemática relacionada con humedades en muros es la de absorción de agua por capilaridad que asciende desde la cimentación hasta el muro. Este  problema es habitual en muros de contención realizados con piezas cerámicas o de  bloque de mortero. 'ara evitar problemas de humedad en muros realizados con piezas cerámicas o  bloques de mortero, se puede colocar una lámina bituminosa en una de las juntas de mortero situadas a 2? cm del nivel de cimentación.

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III.

A#%ICACIONE(

EUI#O(

DE

(ONDEO

) #ROCEDIMIENTO(

DE

ME"ORA DE

TERRENO(, "ecnolog/a para el control  abatimiento del nivel freático

El sistema de bombeo por generación de vac/o, conocido 4Bellpoint5, es un método de control de descenso de agua subterránea, aplicable en terrenos granulares de diversa densidad  graduación. Es un sistema simple, versátil  de costo razonable. Este sistema de agotamiento de agua puede resultar de gran eficiencia  utilidad en excavaciones cua cota se encuentra por debajo del nivel freático. 'or ejemplo, en la ejecución de sótanos o zanjas para colectores. "iene aplicación en un amplio rango de terrenos granulares, aunque su funcionamiento óptimo se produce cuando se instala en arenas de grano medio sin  presencia de finos. En otro tipo de terrenos pueden ser necesarias operaciones adicionales de montaje 7perforación previa  ejecución de filtro granular8. %a aspiración del agua se produce por vac/o a través de numerosos puntos de captación, tantos como lanzas colocadas, a través de los filtros existentes en los extremos de las mismas. )onsiste básicamente en unas lanzas de 6,? a = m de longitud que se hincan separadas entre 2  2,? m de forma paralela a la zanja que se quiere excavar. Estas lanzas se conectan a una bomba de succión. )uando se hincan se impulsa agua a presión para introducir con facilidad la laza. na vez instalada, se

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succiona el agua para abatir el nivel freático. %a limitación se encuentra en la altura de aspiración, por lo que si se quiere profundizar más, deberán realizarse escalonamientos.

El montaje del equipo no es complicado. %a hinca de las lanzas se realiza mediante inección de agua a presión a través de las mismas. na vez colocadas se conectan al colector principal, que a su vez irá conectado a la bomba de vac/o, desde donde se conducirá el agua extra/da al punto de vertido 7con la auda de dos bombas incorporadas8. El accionamiento  control del funcionamiento del equipo es mu sencillo. %os componentes del sistema son$ •

9omba de hinca

•

%anzas o agujas

•

Cangueras de presión

•

)olectores 7para la tuber/a perimetral8

•

9omba de vac/o

•

Canguitos de unión

•

ccesorios 7codos, tes, tapones tubos bifurcados, uniones, mangueras flexibles8

•

)uadro eléctrico 7*D+ (, *= 8

•

largadores 9

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I-.

ANA%I(I( DE %O( METODO( DE E-ACUACION DE AUA tendiendo al equipamiento  configuración de los sistemas de bombeo, podemos diferenciar cuatro tipos básicos, que describiremos someramente en los siguientes apartados.

a. $OM$EO( (U#ER/ICIA%E( El sistema a base de bombeos superficiales es, sin duda, el de menor complejidad, en cuanto a su dise&o  montaje se refiere , en general, de menor coste, pues se limita a la preparación de puntos o zanjas drenantes, cuo objetivo es concentrar  facilitar el flujo del agua por medio de dichas zanjas hasta la ubicación de las  bombas. "anto las zanjas como los puntos de ubicación de las bombas, en la maor/a de los casos serán ejecutadas por medios mecánicos tales como retroexcavadoras, giratorias  similares. %a limitación en cota de profundidad de estas calicatas nos vienen impuestas en suelos granulares, por la estabilidad de los dichos suelos, prácticamente nula  de elevado riesgo, una vez es cortado el nivel freático. 'or ello, necesariamente será un método que !nicamente debe ser   planteado, a priori, ante necesidades de descenso de nivel freático mu someras, de entre 2  6 metros,  donde los niveles estáticos se encuentren próximos a la cota de superficie del terreno. En este método, igualmente aparece la permeabilidad de los suelos como elemento determinante, pues la distancia entre puntos de bombeos, as/ como los m/nimos gradientes hidráulicos disponibles, puede invalidar el método en suelos de baja conductividad hidráulica. En ocasiones se plantea erróneamente aplicar este método ante necesidades de maores descensos, por su menor coste. En esos casos, las excavaciones de los puntos dren pueden alcanzar los 2+ metros o superior, haciendo uso de maquinaria propia de ejecución de pantallas o similar. 'ara la contención de los suelos granulares saturados, con seguridad inestables a

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estas profundidades, se utilizan fluidos benton/ticos de media a alta viscosidad  maor peso espec/fico que el agua. #i bien es cierto que, en determinados suelos, de este modo queda garantizada la estabilidad del batache, no es menos cierto que el entorno del mismo queda contaminado por los lodos benton/tico, alterando la  permeabilidad natural circundante al punto de captación, por tanto disminuendo su eficiencia  en casos anulando su efectividad.  su vez, con este esquema constructivo, resulta inviable la colocación de adecuados prefiltros de granulometr/as reducidas. uestra experiencia, desaconseja esta práctica para necesidades de descenso de nivel freático maores de 2-6 metros. En cualquier caso, siempre será desaconsejable su uso en excavaciones cuo avance en descenso  bajo nivel freático sea confiado a los bombeos en superficie, pues ante ese supuesto se incrementa el riesgo de desestabilización del fondo de excavación, con riesgo de roturas de fondo, sifonamiento o fluidificación o deslizamiento de taludes, entre.

b. #O&O( DE A%TA CA#ACIDAD nte descensos de nivel freático superiores a ? m, en excavaciones con sistema de diafragma de cierre o confinamiento  en presencia de suelos de alta permeabilidad, será necesario del uso de bombeos de elevada capacidad por punto, lo que condicionado por los diámetros de los equipos de bombeo a utilizar, exigirá maores diámetros de perforación  entubación definitiva, que posibiliten la instalación de las bombas en su interior. puntamos como referencia valores de caudales por punto entorno a 6?-*+ l0s  superiores, debiendo procurar velocidades de flujo entorno a +,+> m0s. uestra experiencia se&ala que, el método de perforación por cable a  percusión presenta maores ventajas , para diámetros de entre >++ mm  A++ mm,  principalmente en lo referente a rendimiento hidráulico del pozo  coste, pues en contraste con otros métodos tradicionales de perforación a rotación, no utiliza para la estabilización de los suelos granulares perforados fluidos de perforación tales como benton/ticos, geles, espumantes, etc. )onviene recordar que el uso de fluidos viscosos de perforación, por la invasión de estos en el medio, disminue la  permeabilidad natural de los suelos perforados. Fl método a percusión por cable, si lo requiere, hará uso de tuber/as auxiliares para la contención de suelos inestables.  o suele ser habitual que las perforaciones cuo objeto sean el control del nivel

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freático superen los *+->+ m de profundidad, si bien esta circunstancia obviamente no es limitante para dicho sistema. )omo principal desventaja cabr/a destacar que,  por su procedimiento  mecánica de ejecución, el método a percusión por cable ofrece menores rendimientos al avance que otros métodos alternativos de  perforación, lo que redunda en plazos maores de ejecución.

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EN(A)O( DE $OM$EO a. En0ayo0 para !eterminar lo0 #ar1metro0 +i!ro2eoló2ico0 )on carácter general, cuando el cap/tulo de control del nivel piezométrico en una obra tiene entidad suficiente, bien por su coste, por su compromiso con la seguridad o por tener un impacto potencial significativo en la ejecución de un  proecto, queda justificado  debiera ser exigida la realización de ensaos de  bombeo. #on mas caros que los ensaos puntuales tipo %efranc 4slug test5 u otros de ascenso o descenso de nivel de pocos minutos, pero son mucho más confiables para la determinación de las propiedades hidrodinámicas del tramo ensaado. demás en algunos casos pueden determinar la existencia de barreras, las caracter/sticas de las capas semiconfinantes o heterogeneidades del terreno. %as limitaciones de este trabajo impiden extendernos en este tema que consideramos tiene la maor importancia. Estos ensaos deber/an realizarse antes del dise&o  preparación de la oferta del sistema de bombeo, En caso contrario dif/cilmente pueden ser realizadas aproximaciones de los valores esperados.

b. Can!o n en0ayo !e bombeo e0 acon0ejable. Gealizar un análisis hidrogeológico detallado en la fase de estudio de un  proecto puede advertir de la necesidad de inclusión de los costes del sistema de control piezométrico, para evitar incurrir en riesgos para la seguridad de la obra  sobrecoses no esperados. n ensao de bombeo es aconsejable hacerlo cuando$ - #e estimen que serán bombeadas grades cantidades de agua. %o que en  principio ocurrirá cuando haan sido detectadas potencias significativas de arenas o gravas limpias o cuando hallemos una fuente de recarga próxima.

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1gualmente se justifica si existen costosos cánones de vertido de agua, generalmente al alcantarillado p!blico. - %as condiciones de un elevado caudal de bombeo sugieran riesgos de afección insostenible al propio acu/fero o cercanos, o existan potenciales riesgos de subsidencia debidos a los descensos. El Ensao de 9ombeo nos audará a estimar los radios de influencia de los  bombeos que se haan de realizar. - Existan dificultades geológicas debidas a la intercalación de potencias de suelo de mu diverso valor de conductividad hidráulica, como puede ser de gravas  arcillas, o arenas  roca,  estas  potencias se vean afectadas por la construcción a ejecutar. - En áreas, generalmente urbanas, donde existan construcciones que puedan ser afectadas  por los descensos piezométricos que puedan producirse o interfieren con el flujo de agua subterránea. )uando existan pozos explotados o abandonados o cuando coincidan ambos supuestos. )on piezómetros sellados a distintos niveles  podemos reconocer gradientes verticales que pudieran producir condiciones artesianas, escapes o filtraciones de recarga entre dichos estratos. - En zonas comerciales e industriales en las que haan podido existir fuentes contaminantes, reconociendo el alcance de la pluma  su migración. - En zonas en las que las prospecciones de reconocimiento haan encontrado un estrato  permeable bajo el subsuelo de la máxima excavación prevista, lo suficientemente cerca que requiera aliviar las presiones de condiciones artesianas. - Exista la necesidad de implantar un método de recarga artificial, como medida correctora al impacto que pudiera generar la ejecución del  proecto.

c. Di0e3o !e #ozo !e $ombeo En la maor/a de ocasiones, será ejecutado un pozo de bombeo que deberá albergar una electrobomba sumergible, si bien en algunos casos, pueden ser  utilizados un conjunto de 3ellpoint, en función del suelo a ensaar. n error  com!n en proectos medioambiental es realizar ensaos de bombeo de mu baja capacidad por limitaciones económicas. #i un acu/fero no es sometido a suficiente estrés, los datos de transmisividad podr/an ser sobreestimados. %os caudales de un ensao de bombeo, suelen estar comprendidos entre > - 6+.+++

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l0min. o obstante, el dise&ador del pozo deberá asumir una horquilla mas estrecha de caudales, dado que el caudal determinará las caracter/sticas del  pozo. Entre las caracter/sticas del pozo, cabe destacar$ a8 El caudal esperado, determinará el equipo de bombeo a utilizar  este a su vez, sus condiciones de trabajo, por tanto condicionará el diámetro nominal de tuber/a definitiva  sus caracter/sticas.  b8 El diámetro perforado del pozo deberá ser el adecuado para permitir el alojamiento del empaquetamiento de gravas  sello. c8 %a profundidad del pozo, vendrá condicionada por la función del mismo  por  las condiciones exigidas de descenso de la obra. #e analizará si dicho pozo  pretende provocar descenso de nivel freático o en su caso, si pretende reducir el valor de piezometr/a de un posible acu/fero confinado subacente, que pudiera  provocar rotura o levantamiento de fondo. d8 El filtro de arena o grava deberá ser el de maor granulometr/a posible, con el l/mite que garantice el nulo arrastre continuo de finos. e8 %a tuber/a filtro, deberá tener el ranurado apropiado para retener el granular  de prefiltro  permitir la captación de agua. f8 :tros detalles a tener en cuenta son, la conveniencia de colocar tapa de fondo en la tuber/a definitiva, que evite  procesos de sifonamiento,  centradores sobre la tuber/a definitiva que garantice su posición concéntrica con respecto a la perforación.

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4. CONC%U(IONE( •

En cualquier proecto de rebajamiento de nivel freático debe realizarse un análisis hidrogeológico que en los casos más sencillos debe incluir un esquema hidrogeológico conceptual con una estimación previa de las caracter/sticas del terreno  un análisis del comportamiento hidrogeológico

•

durante la fase de construcción. #iempre que sea posible. #e deben realizar ensaos de bombeo cuidadosos, para mejorar el conocimiento de las propiedades hidrodinámicas del acu/fero  reducir las incertidumbres que se puedan producir durante la construcción se deben incorporar al proecto en su fase de estudio un análisis del control del agua subterránea con lo que se evitaran sorpresas  costes adicionales

•

imprevistos. El sistema de control deber ser flexible capaz de incorporar medidas correctoras a las posibles singularidades. En obras complejas  de gran extensión deben ser realizados modelos de flujo para analizar distintas

•

alternativas de localización  bombeos en los pozos. El modelo puede utilizarse durante la fase de ejecución para comprobar o modificar el modelo conceptual del acu/fero teniendo en cuenta los datos  proporcionados por los piezómetros de control  la evolución piezométrica a lo largo del proceso de excavación  bombeo. En su caso estos datos pueden  proporcionar información para modificar los parámetros hidrodinámicos del acu/fero o el modelo conceptual. Codelo que se simular/a  validar/a con las nuevas hipótesis para comprobar si reproduce adecuadamente el comportamiento detectado por la red de control.

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