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AUTÓNOMO

Instituto Profesional AIEP Construcción Civil

MANUAL PARA AGOTAMIENTO DE NAPAS SUBTERRANEAS APLICADOS EN ACTIVIDADES DE CONSTRUCCION CON SISTEMA WELL- POINT

ALUMNOS: PAULINA MENARES VIDAL ROGER GRANDON CAAMAÑO PABLO MONTENEGRO OLIVARES PROFESOR GUÍA: Señor OMAR MOYANO CONCEPCIÓN - DICIEMBRE - 2018

INTRODUCCION

El propósito de este manual, es establecer recomendaciones de diseño de acuerdo a la factibilidad técnica y económica de la instalación de un sistema de agotamiento de napas subterráneas tipo well point, este sistema se realiza por bombeo, con bombas de succión de pequeño a mediano caudal desde pozos de 1,5 a 3,0 m de extensión con altura máxima menor a 7,0 metros, se recomienda este método en rebajamiento de poca profundidad en volúmenes de dimensiones medianas o pequeñas, de suelos estratificados con baja permeabilidad, para mayores profundidades se utiliza instalando redes escalonadas en niveles diferentes. La lluvia es un fenómeno atmosférico que consiste en la precipitación de partículas líquidas de agua, que se distribuye de manera dispersa y puede tomar diferentes cursos cuando cae sobre una zona determinada, Una porción de ésta agua puede correr por la superficie del suelo y desembocar en ríos, lagos, quebradas y arroyos. Otra porción será utilizada por las plantas, otra se evaporará y regresará a la atmósfera, y el resto infiltrará en el suelo. El agua infiltrada en el suelo denominada agua subterránea, representa una fracción importante de la masa de agua almacenada en el suelo. Dentro de los diversos usos del agua subterránea podemos mencionar; agua para uso doméstico, riego, industrial, minería, etc; sin embargo, la presencia de agua subterránea también representa un impedimento al momento de llevar a cabo una obra en una determinada zona y a una cierta profundidad.

Dado que el nivel freático debe mantenerse deprimido sin interrupciones durante el período que se requiera, existen diversas técnicas para drenar el agua existente en un acuífero. El sistema wellpoint es de los métodos más comunes y utilizados al momento de realizar el drenaje del agua subterránea Para ello, se considerarán las variables de estudio de mecánica de suelo, mediante ensayos de laboratorio ( método porchet, densidad natural in situ, método Remi ) y análisis de antecedentes geológicos Posteriormente, se establecerá un modelo conceptual, el cual posee la información recopilada en terreno acerca de las propiedades de los acuíferos, tipos de suelo y, además, respecto al sistema de agotamiento a utilizar, geometría, tiempo para deprimir, interferencia con otras obras, etc. Por otra parte, se explicará en detalle el uso del sistema well point para agotamiento de napas. Se establecerá un sistema determinado, sus componentes como tuberías, los fitting de acuerdo a disponibilidad de mercado y, a partir de dicha configuración, se modelará para distintos espaciamientos y permeabilidades. Se presentarán algunos ejemplos con criterios de diseño, para dimensionar y comparar ambos tipos de sistemas y, teniendo presente los puntos anteriores, se procederá a su cotización y analizar ejecución. Una capa freática es una acumulación de agua subterránea que se encuentra a una profundidad relativamente pequeña bajo el nivel del suelo. Mas precisamente es un acuífero relativamente superficial, pues los acuíferos pueden estar también a mayores profundidades.

De ellas se alimentan pozos y las fuentes de agua, potable o no. Son los acuíferos mas expuestos a la contaminación proveniente de la superficie Una capa freática suele estar limitada por dos superficies, la inferior suele ser un estrato de terreno impermeable a una profundidad mas o menos grande. Por encima hay una zona saturada , la capa freática en si, cuyo limite superior puede ser un estrato impermeable no. Este limite es el que se llama nivel freático. Si el que esta por encima de ese nivel es permeable se tratara normanlmente de una zona insaturada. Por capa freática, se entiende la parte del suelo saturada de agua , es decir aquella que los huecos entres los granos de tierra están completamente llenos de agua, si el estrato que esta por encima no es impermeable , habrá tierras no saturadas, cuyos intersticios contienen además de agua aire.

2. OBJETIVOS 2.1 .- OBJETIVO GENERAL. Elaborar un manual de apoyo para ejecutar agotamiento en movimiento de tierra y construcciones tanto civil como habitacional..

2.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2.2.1.- Evaluar condiciones de terreno 2.2.2.-. Seleccionar equipos 3.- Determinar, calcular, redes y cantidades de equipos. 4.- Apoyar el montaje de un sistema de punteras 5.- Aplicar ejemplo de diseño

.-

1. INTRODUCCIÓN.....................................................................................................8 2. POZOS Y PUNTERAS...........................................................................................10 2.1.

Enfoque al Diseño.........................................................................................10

2.2.

Desarrollo de un modelo conceptual.............................................................11

2.3.

Selección del método y geometría................................................................13

3. HIDRÁULICA DE POZOS.................................................................................... 14

3.1.

Estimación del Caudal.................................................................................. 14

3.1.1.

Régimen Permanente – Método de Dupuit............................................14

3.1.2.

Discusión de las hipótesis de Dupuit.....................................................16

3.2.

Producción del Pozo..................................................................................... 20

3.3.

Cálculo de descensos en pozos.....................................................................22

3.4.

Régimen Impermanente – Método de Theis.................................................24

3.5.

Régimen Impermanente – Método de Jacob.................................................25

3.6.

Superposición de efectos en el caso de Acuíferos Libres.............................26

4. HIDRAULICA DE PUNTERAS............................................................................ 29 4.1.

Descripción General......................................................................................29

4.2.

Comportamiento Hidráulico......................................................................... 34

4.3.

Características del sistema de punteras en relación con el tipo de suelo......38

4.4.

Diseño del sistema WELLPOINT................................................................ 40

4.4.1.

Método del descenso acumulado...........................................................41

4.4.2.

Batería de wellpoints equivalente a una zanja estrecha.........................44

4.4.3.

Batería de wellpoints equivalente a una captación puntual...................46

5. EJEMPLOS DE APLICACIÓN..............................................................................49 5.1.

Ejemplo de aplicación N°1 (pozos).............................................................. 49

5.1.1.

Descensos producidos en los pozos.......................................................59

5.2.

Ejemplo de aplicación N°2 (pozos).............................................................. 61

5.3.

Ejemplo de aplicación N°3 (wellpoints).......................................................67

5.3.1.

Método del descenso acumulado...........................................................69

5.3.2.

Batería de wellpoints equivalente a una zanja estrecha.........................73

5.3.3.

Batería de wellpoints equivalente a una captación puntual...................77

5.3.4.

Resumen de los métodos tratados..........................................................77

6. ANALISIS DE COSTO DE LOS SISTEMAS DE WELLPOINTS Y POZOS. 79 6.1.

Sistema de agotamiento mediante POZOS...................................................79

6.2.

Sistema de agotamiento mediante WELLPOINT.........................................80

6.3.

Estudio económico........................................................................................80

7. CRITERIOS PARA CONSTRUCCION DE POZOS PROFUNDOS.....................82 7.1.

Estudios Preliminares....................................................................................82

7.2.

Localización..................................................................................................83

7.3.

Profundidad del pozo....................................................................................83

7.4.

Diámetros de habilitación y perforación.......................................................84

7.5.

Verticalidad de la Entubación....................................................................... 86

7.6.

Sistema captante............................................................................................87

7.7.

Pared de Grava..............................................................................................91

8. CRITERIOS PARA CONSTRUCCION DE SISTEMA WELLPOINT.................92 8.1.

Método de Instalación...................................................................................92

8.2.

Espaciamiento de los wellpoints...................................................................95

8.3.

Conexiones y empalmes............................................................................... 96

8.4.

Wellpoints..................................................................................................... 98

9. CONCLUSIONES.................................................................................................100 10.

BIBLIOGRAFIA............................................................................................107

ANEXOS...................................................................................................................108 ANEXO I...............................................................................................................109 LAYOUTS DE SISTEMAS DE AGOTAMIENTO..............................................109 ANEXO II..............................................................................................................113 COSTOS DE SISTEMAS DE AGOTAMIENTO.................................................113 ANEXO III............................................................................................................ 116 MEMORIAS DE CÁLCULO............................................................................... 116

INDICE DE FIGURAS Figura N° 2.1 Layouts de sistema de agotamiento................................................... 14 Figura N° 3.1 Pozo de penetración total en acuífero artesiano................................15 Figura N° 3.2 Pozo de penetración total en acuífero libre........................................15 Figura N° 3.3 Superficie real y superficie teórica del nivel freático...........................17 Figura N° 3.4 Gradiente hidráulico máximo en la pared del pozo.............................20 Figura N° 3.5 Producción máxima de un pozo por metro lineal de rejilla..................22 Figura N° 4.1 Sistema de punteras Estero Marga Marga Viña del Mar....................29 Figura N° 4.2 Punteras de PVC y acero inoxidable. (Fuente Griffin Inc)..................30 Figura N° 4.3 de acero inoxidable Estero Marga Marga Viña del Mar......................30 Figura N° 4.4 Unión puntera-colector....................................................................... 31 Figura N° 4.5 Colector de PVC y accesorios............................................................ 32 Figura N° 4.6 Sistema de punteras conectada a bomba de vacío. (Fuente Varisco Wellpoint

Srl)

33 Figura N° 4.7 Sistema de punteras conectada a bomba de vacío............................34 Figura N° 4.8 Sistema de punteras conectada a bomba de vacío............................ 35 Figura N° 4.9 Producción máxima de punteras para diferentes diámetros de perforación. 38 Figura N° 4.10 Aplicación del sistema de punteras para distintas permeabilidades... 39

Figura

N°

4.11

Esquema

de

batería

de

wellpoints

41 Figura N° 4.12 Flujo gravitacional para dos zanjas de penetración parcial y dos recargas 44 Figura N° 4.13 Gráfico para determinar Factor C1................................................... 45 Figura N° 4.14 Gráfico para determinar Factor C2................................................... 46 Figura N° 4.15 Wellpoint modelado como captación puntual...................................46 Figura N° 5.1 Modelo Conceptual de la excavación a deprimir................................50 Figura N° 5.2 Pozo equivalente................................................................................51 Figura N° 5.3 Disposición de Pozos en el terreno....................................................53

Figura N° 5.4 Predicción de descensos................................................................... 55 Figura N° 5.5 Predicción de descensos................................................................... 58 Figura N° 5.6 Geometría de la disposición de los pozos..........................................59 Figura N° 5.7 Modelo Conceptual de la excavación a deprimir................................62 Figura N° 5.8 Disposición de Pozos en el perímetro de la excavación.....................65 Figura N° 5.9 Predicción de descensos................................................................... 65 Figura N° 5.10 Esquema tridimensional de la Predicción de descensos..................66 Figura N° 5.11 Esquema excavación y sistema wellpoint.........................................67 Figura N° 5.12 Gráfico caudal v/s espaciamiento “a”............................................... 71 Figura N° 5.13 Gráfico caudal v/s nº de punteras..................................................... 72 Figura N° 5.14 Descenso v/s espaciamiento para distintos espaciamientos............72 Figura N° 5.15 Flujo hacia una línea infinita de punteras desde una fuente infinita. . 75 Figura N° 7.1 Esfuerzos producidos en tubería de revestimiento de un pozo. 85 Figura N° 8.1 Tubería de acero para inyección de agua a alta presión.................... 92

Figura N° 8.2 Tubería de acero conectada a manguera........................................... 93 Figura N° 8.3 Perforación del terreno para instalación de wellpoint......................... 94 Figura N° 8.4 Extremo inferior tubería de acero....................................................... 94 Figura N° 8.5 Separación entre wellpoints............................................................... 96 Figura N° 8.6 Conexiones de distinto material......................................................... 97 Figura N° 8.7 Diferentes tipos de conexiones.......................................................... 97 Figura N° 8.8 Empalme mediante manguera industrial............................................ 98 Figura N° 8.9 Puntera de confección manual........................................................... 99

INDICE DE TABLAS

Tabla N° 3.1 Valores del Factor de corrección Cx...........................................................................18 Tabla N° 4.1 Presión de agua en función de la temperatura..................................... 37 Tabla N° 4.2 Espaciamiento típico de punteras y tiempos de descensos.................40 Tabla N° 5.1 Caudal máximo aproximado según diámetro de entubación................52 Tabla N° 5.2 Descenso residual............................................................................... 53 Tabla N° 5.3 Datos de entrada................................................................................. 57 Tabla N° 5.4 Determinación de factores A y B.......................................................... 57 Tabla N° 5.5 Resumen de descensos obtenidos a partir de los tres procedimientos... 59

Tabla

N°

5.6

Determinación

del

factor

F

60 Tabla N° 5.7 Determinación del radio de influencia R y caudal Q a extraer..............63 Tabla N° 5.8 Determinación del espaciamiento de los pozos para distintas permeabilidades 64 Tabla N° 5.9 Caudales obtenidos en los distintos métodos...................................... 77 Tabla N° 6.1 Costo total de los sistemas de agotamiento......................................... 81 Tabla N° 7.1 Velocidad crítica según naturaleza del elemento................................. 91

Por encontrarse en el subsuelo, es muy difícil conocer las características de los acuíferos que contienen las aguas infiltradas. En general no hay información sobre sus límites y sus caudales de recarga y descarga naturales. De lo anterior y dada la incertidumbre inherente en cualquier proyecto de ingeniería de suelo, se requiere una serie de estudios y ensayos que hacen posible adoptar alguna aproximación en el desarrollo del diseño de un sistema de agotamiento. Se puede utilizar análisis de sensibilidad para establecer cómo se comportaría el diseño frente a distintas condiciones. Como alternativa, la observación directa puede ser utilizada para modificar el diseño basado en registros de terreno tomados durante la construcción. Ambas aproximaciones, junto con el efecto de la geometría y la estructura geológica del suelo, son muy importantes en el desarrollo de un modelo conceptual realista que permita predecir las depresiones del nivel fratico

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Sabemos también que solamente hay dos fuentes de agua a disposición del hombre que son: las aguas superficiales y las aguas subterráneas. Entendemos por superficies las que comprenden los lagos, ríos, áreas de drenaje que envían el agua a los embalses y los sistemas que permiten captar y retener el agua de las lluvias. Las subterráneas que corresponden a las napas acuíferas contenidas en el subsuelo y que son explotados por medio de la perforación de pozos, manantiales y galerías horizontales. De acuerdo a las interconexiones hidráulicas existentes en la naturaleza las aguas superficiales se pueden convertir en subterráneas y viceversa. Actualmente solo el 3 % de la disponibilidad de agua existente en nuestro planeta es dulce.

Del 100% de las aguas dulces corresponde el 3% a ríos, lagos y glaciares; el 97 % restante se encuentra en el subsuelo como agua subterránea, aproximadamente 1230 km3, de ahí la importancia que para el hombre significan los pozos y su explotación. Mencionare algunos datos significativos sobre algunos pozos construidos por nuestros ancestros: Alrededor del año 2100 A.C. en las postrimerías de la onceava dinastía, un líder de los ejércitos Egipcios (MENTUHOTEP) perforo 14 pozos a una profundidad inferior a los 70mts. Con un ejército de 3,000 hombres en 14,000 días. El pozo más famoso de la antigüedad fue el llamado, pozo de José en El Cairo, construido en roca sólida en dos tramos, el primero tiene 50 metros de profundidad y una sección de 5.5 por 7.3 m., y el tramo inferior con una profundidad adicional de 40 m. más, alcanzando una profundidad total en las dos etapas de 90 m. Fue en las cercanías de París (GRENELLE) donde se construyó el pozo más profundo del mundo durante muchos años, se empezó a construir en 1833, concluyéndose la obra en 1841 con una profundidad total de 548 m. Diez y seis años después, en Paris, se construyó el pozo de PASSY con un diámetro de ademe de 71 cm y 586 m. de profundidad, consiguiéndose un

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caudal de producción aforado de 881m3/hora (245 l/seg) dato insólito ya que por primera vez en la historia se conseguía este caudal en estas condiciones. En esta ocasión se usó una bomba de acción directa movida por vapor, (la primera bomba, construida de este tipo fue en 1840). Como un pequeño resumen a lo antes citado podemos percatarnos que de un mínimo cúmulo de conocimientos tecnológicos, todavía en las postrimerías de la mitad del siglo pasado, en la actualidad podemos disponer de equipos de muy alta eficiencia y confiabilidad de operación.

MANANTIAL Un manantial, naciente o vertiente es una fuente natural de agua que brota de la tierra o entre las rocas. Puede ser permanente o temporal. Se origina en la filtración de agua, de lluvia o de nieve, que penetra en un área y emerge en otra de menor altitud, donde el agua no está confinada en un conducto impermeable. Estas surgencias suelen ser abundantes. Los cursos subterráneos a veces se calientan por el contacto con rocas ígneas y afloran como aguas termales. Dependiendo de la frecuencia del origen (caída de lluvia o nieve derretida que infiltra la tierra), un manantial o naciente puede ser efímero (intermitente), perenne (continuo) o artesiano. Los pozos artesianos son manantiales artificiales, provocados por el hombre mediante una perforación a gran profundidad y en la que la presión del agua es tal que la hace emerger en la superficie. Cuando el agua aflora a la tierra, puede formar un estanque o arroyo. Las aguas termales, así como los géiseres, también son manantiales.

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VASOS COMUNICANTES Vasos comunicantes es el nombre que recibe un conjunto de recipientes comunicados por su parte inferior y que contienen un líquido homogéneo; se observa que cuando el líquido está en reposo alcanza el mismo nivel en todos los recipientes Cuando sumamos cierta cantidad de líquido adicional, éste se desplaza hasta alcanzar un nuevo nivel de equilibrio, el mismo en todos los recipientes. Sucede lo mismo cuando

inclinamos

los

vasos;

aunque

cambie la posición de los vasos, el líquido siempre alcanza el mismo nivel. Esto se debe a que la presión atmosférica y la gravedad son constantes en cada recipiente, por lo tanto la presión hidrostática a una profundidad dada es siempre la misma, sin influir su geometría ni el tipo de líquido. Blaise Pascal demostró en el siglo XVII, la presión que se

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ejerce sobre un mol de un líquido, se transmite íntegramente y con la misma intensidad en todas direcciones (Principio de Pascal). Al menos desde la época de la Antigua Roma, se emplearon para salvar desniveles del terreno al canalizar agua con tuberías de plomo. El agua alcanzará el mismo nivel en los puntos elevados de la vaguada, actuando como los vasos comunicantes, aunque la profundidad máxima a salvar dependía de la capacidad del tubo para resistir la presión. En las ciudades se instalan los depósitos de agua potable en los lugares más elevados, para que las tuberías, funcionando como vasos comunicantes, distribuyan el agua a las plantas más altas de los edificios con suficiente presión. Las complejas fuentes del periodo barroco que adornaban jardines y ciudades, empleaban depósitos elevados y mediante tuberías como vasos comunicantes, impulsaban el agua con variados sistemas de surtidores. Las prensas hidráulicas se basan en este mismo principio y son muy utilizadas en diversos procesos industriales.

MÉTODOS DE REBAJAMIENTO DEL NIVEL FREÁTICO A continuación indicamos los métodos de rebajamiento de nivel freático más usuales:

Wellpoint Se realiza por bombeo, con bombas de succión de pequeño a mediano caudal; desde pozos de 1,50 m a 3,00 m de extensión con altura máxima menor de 7 m. Se recomienda este método en rebajamientos de poca altura, en volúmenes de dimensiones medianas o pequeñas, de suelos estratificados con baja permeabilidad. Para mayores alturas se lo utiliza instalando redes escalonadas en niveles diferentes.

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Wellpoint por Inyección Este método se emplea cuando se necesita instalar wellpoints de succión a distintos niveles, pues no tienen limitación de altura de succión ya que el caudal de agua se arrastra con venturis colocados en los pozos por donde el agua circula bombeada a gran velocidad.

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Método de Pozos Profundos Se realiza en el rebajamiento de acuíferos situados debajo del fondo de recintos de grandes dimensiones a agotar, en terrenos de mucha permeabilidad. Para ello se disponen bombas sumergidas de gran caudal situadas en pozos profundos y separadas entre sí.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS WELL POINT Este sistema como desventaja podría asimilarse la profundidad la máxima de succión la cual debe ser inferior a 7 metros por las cavidades encontradas en los líquidos de la napa, pero la flexibilidad de este sistema no perjudica su funcionamiento, rendimiento ni profundidades máximas, nos permite complementar su incapacidad de succionar por sobre los 7 mts de profundidad complementándose con distintos métodos de succión como por ejemplo:

MÉTODO DE ESCALONADO Se escalona interiormente el perímetro de la excavación instalando nuevas punteras las cuales permitirán una succión más profunda al estar estas en el rango de succión de la primera hilera y así consecutivamente.

POZO DE SUCCION

En el interior de la excavación se excava en un

área

determinada

a

una

mayor

profundidad, acumulando los fluidos para su posterior succión.

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VALOR DEL SERVICIOS

Estos servicios están enfocados a satisfacer a los distintos tipos de estructuras o edificios, los cuales por proyecto no pueden construirse en distintas zonas ya que sus cimientos están a nivel de los acuíferos, comprendiendo el alto valor que presenta el soporte de la estructura o edificación (sus cimientos) este servicio posee un alto valor monetario por distintas razones tales como:    

Equipos y maquinarias utilizadas Suministro de energía y combustible. Mano de obra y procedimiento de trabajo. Constancia del servicio (el cual no debe parar)

EQUIPOS Y MATERIALES PARA EL SISTEMA WELL POINT SUMINISTRO DE ENERGIA ELÉCTRICA El proyecto, necesita de 4 bombas de 7,5 hp (1 HP = 746 W = 0.74 kW) lo que equivale a 5,55 KW cada bomba. Esto genera un requerimiento global de 22,2 KW. Como factor de seguridad, se aplica una tolerancia de un 30% lo que eleva el requerimiento de energía a 28,86 KW, que se aproxima a 30 KW. Los equipos de la obra se abastecerán de bencina y electricidad, para el funcionamiento de los equipos de hincado y succión respectivamente, y de diesel como respaldo en caso de caída de la energía eléctrica. La electricidad será contratada en la CGE y se dispondrá de un generador de electricidad de 30 KVA para casos de emergencias.

GENERADOR DE EMERGENCIA 30 KVA 7

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DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO MODELO Motor

AOSIF 30 KVA Cummins - 4 BT 3.9-G2

Número de cilindros

4

Refrigeración

Agua

Combustible

Diésel

Inyección

Indirecta - Bomba lineal B Y C

Aceite

15 - 40

Alternador

Leroy Somer 42.2L9 J 6/4

Potencia PRP

30 KVA

Voltaje

380 V

Frecuencia

50 Hz

Fase

3

Cos Ø

0,8

Amperaje (potencia continua)

36 A

Amperaje (potencia emergencia)

42 A

Depósito de combustible

100 Lts

Litro por hora

5 Lts/hrs

Peso

950 Kg

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Dimensiones

2250 X 1020 X 1600 mm

Consumo diario: 5 Ltrs/hora ===== 1 día

120 litros x 498 pesos = $ 59.760

BOMBA DE HINCA Son bombas especiales de agua a presión previstas para el hincado de las lanzas. Estas bombas, se conectan a las cabezas de las lanzas, de modo que el agua inyectada sale libremente por la punta de la lanza desplazando y arrastrando el terreno que bordea la punta. El propio vaciado del terreno en las cercanías de la punta de la lanza, hace que descienda toda la lanza.

DESCRIPCIÓN La Motobomba Kipor transforma la energía mecánica producida por su motor diesel en energía cinética, que succiona agua y la impulsa a través de su conducto de salida hacia donde se quiera llevar. Esta máquina de ferretería ha sido diseñada para un uso profesional y sirve, entre otras cosas, para llevar agua desde un punto bajo a uno de mayor altura con fines de riego, de consumo humano o para secar zonas inundadas.

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Entre las características de esta motobomba Kipor se puede mencionar que cuenta con un motor 118 cc de tamaño con 3.5 caballos de fuerza que le permiten mover un caudal de 520 litros por minuto y a una elevación máxima de 32 m.c.a. El diámetro de sus bocas de succión y salida es de 2 pulgadas. Cuenta con un tanque de combustible que tiene una capacidad de 2,6 litros. Uno de los beneficios de esta motobomba es que sus partes principales han sido reforzadas para brindarle una mayor resistencia ante el desgaste y la corrosión, por esto puede ser usada en muchos lugares diferentes y en las condiciones más difíciles. Su chasis es de una aleación especial que reduce el peso total y facilita su transporte y manejo. .

Esta serie de equipos para chorro de agua a presión, proporcionan la presión requerida para abrir las capas duras del fondo del terreno y el caudal de agua para transportar el material resultante de la disgregación de las tierras. El equipo de chorro de agua a presión debe funcionar con agua limpia, exenta de sólidos en suspensión. Se aconseja utilizar preferentemente agua de la red de distribución de agua potable, aunque a veces también se utiliza el agua que se está extrayendo

EQUIPOS DE SUCCIÓN BOMBA MONOBLOCK SERIE AM Las bombas de la Serie AM de Vogt, son monoblock del tipo centrífugas autocebantes horizontales, de aspiración axial y descarga vertical hacia arriba u horizontal, según modelo. Con bridas de succión y descarga roscadas con hilo BSP. Estos equipos están diseñados con impulsor semiabierto y con el sistema Back-Pull-Out, el cual permite su mantención sin que se pierda el alineamiento entre bomba y motor.

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Se trata de bombas aptas para la impulsión de fluidos limpios, sucios, fangosos y con bajo contenido de sólidos.

Las bombas de la Serie A de Vogt, son del tipo autocebantes horizontales, de aspiración axial y descarga vertical hacia arriba u horizontal, según modelo, con bridas de succión y descarga roscadas con hilo BSP. Estos equipos están diseñados con impulsor semiabierto y con el sistema Back-Pull-Out, el cual permite su mantención sin que se pierda el alineamiento entre bomba y motor. Las bombas son aptas para la impulsión de

fluidos limpios, sucios, fangosos y con bajo

contenido de sólidos. Todos los estos equipos deben ser probados y certificados hidráulicamente. Dichas pruebas se realizan bajo la norma ISO 9906.

DESCRIPCIÓN 1. Bomba Centrífuga Autocebante Horizontal, aspiración axial y descarga vertical u horizontal dependiendo del modelo. 2. Diseño robusto, apropiadas para ser accionadas por motor eléctrico y a combustión. 3. Bridas de succión y descarga roscadas con hilo BSP.

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4. Diseñados con impulsor semi-abierto y con el sistema Back-Pull-Out, el cual permite su mantención sin que se pierda el alineamiento entre bomba y motor. La Serie AM fue diseñada para la impulsión de fluidos limpios, sucios y fangosos con bajo contenido de sólidos. Su diseño contempla un cuerpo bomba espiral con conexiones bridadas y patas de anclaje. De aspiración axial y descarga vertical hacia arriba, con bocas de succión y descarga roscada en hilo BSP. 5. Estos equipos poseen impulsor semiabierto, balanceados estática y dinámicamente. La obturación del eje es por medio de sello mecánico auto ajustable y mono-resorte tipo Pac Seal 21. 6. Su diseño compacto (de reducido número de piezas) y de bajo peso, permite realizar las operaciones de mantención y reparación del equipo sin desmontar la carcasa del sistema de tuberías. Además, posibilita el uso de motores normalizados con tapa bridas C-DIN o FF en 2900 rpm y 1450 rpm. 7. El campo de trabajo de la Serie AM cubre un amplio rango de caudales y presiones, lo que permite satisfacer una importante gama de requerimientos. 8. Tipo de Ejecución: Monoblock 9. Tipo de Accionamiento: Motor Eléctrico

APLICACIONES • Riego Tradicional • Sistemas de Drenaje • Agotamiento de Agua de Faenas • Plantas de Tratamiento de Agua • Trasvasije • Sistemas de Punteras • Camiones Aljibe.

DESCRIPCIÓN TÉCNICA        

Caudal Máximo Altura Máxima Tamaño de Descarga Presión Máxima Presión de Succión Velocidad de Giro Temperatura Densidad

-

Hasta 100 m³/h Hasta 28 m.c.a. DN 50 hasta DN 100 Hasta 10 Bar Hasta 1 Bar Hasta 2900 rpm Hasta 70º C Hasta 1 kg /dm³

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MATERIALES Fierro Fundido Nodular GGG - 40 Bronce SAE - 640 Acero Inoxidable CF8M (AISI 316)

HINCADO DE PUNTERAS El hincado de las punteras, se ejecuta con agua a presión, inyectada utilizando las bombas bencineras de 2 pulgadas. El agua se conecta a una lanza de acero, inyectando el agua a través de ésta directamente en el terreno, de modo que el agua inyectada sale libremente por la punta de la lanza desplazando y arrastrando el material que bordea la punta. El propio vaciado del terreno en las cercanías de la punta de la lanza, hace que descienda la lanza.

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MANGUITO DE UNIÓN O MANGUERA ESPIRILADA Manguera de PVC blando con espiral de PVC rígido usada en descarga o succión de todo tipo de líquidos en general, las cual por su flexibilidad no presentan problemas con las deformidades producidas por la compresión y presión que sufre el conductor de fluido.

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COLECTOR La materialidad del colector será a criterio de la empresa, condicionado a los posibles peligros, golpes o daños que pueda recibir el conducto. En este caso se privilegia la elección del tubo FDO brida-brida ya que es el encargado de recibir y distribuir los fluidos recolectados en cada puntera, por lo cual su materialidad mantiene sin daño ni filtraciones el recorrido de fluidos.

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SISTEMA DE ENSAMBLADO

Manguera espirilada

Punteras

Colector Llaves que administraran los fluidos en el colector; tee brida fierro fundido y llave vola.

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Tapón de pvc para punteras de succión y tapón de acero brida para colector.

Pieza que se ensamblaran al colector y bombas de succión Tee fdo brida brida. Sistemas de corte de fluidos . . El uso de ambos tipos de cortes de fluido es necesario para regular que la succión sea continua y evitar cavidades que puedan dañar las cañerías y sistema de bombeo

Mangueras de succión y tipo bombero en 2”

4. METODOLOGÍA

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AGOTAMIENTO DE NAPAS SUB-TERRÁNEAS MÉTODO WELL POINT Una de los principales retos con los que se encontró la ingeniería moderna fue la excavación en terreno bajo el nivel freático, especialmente en aquellos terrenos que presentaban poca estabilidad, causada por el agua, como los terrenos granulares.

LOS WELL POINT O POZOS DRENANTES Es un Sistema que encaja dentro de lo que llamamos desecación del terreno, que en ingles se denomina “DEWATERING”, y viene a solucionar el problema anteriormente expuesto. Cuando el nivel freático no permite realizar una pared de excavación estable, bien sea perpendicular o con un grado de inclinación (talud), podemos reducir la altura de dicho nivel temporalmente evacuando el agua mientras se realiza la excavación y el futuro sistema de contención. Hay que incidir en el carácter temporal de este proceso por lo que la construcción posterior debe diseñarse para trabajar total o parcialmente bajo el nivel freático, una vez que este se recupere. Básicamente, el proceso consiste en la evacuación de agua mediante tuberías perforadas conectadas a un sistema de bombeo. Existen distintas variantes cuyo uso depende de la profundidad necesaria de excavación y las características hidrogeológicas del terreno. La excavación se delimita con la hinca de las denominadas lanzas o agujas, que son tuberías rígidas con terminación en punta para permitir su hincado. Tras estas encontramos una sección de tuberías ranuradas de 1mts, para permitir el ingreso de agua. Se aprovecha al máximo el diseño de estas lanzas, ya que para facilitar su hincado puede utilizarse agua a presión bombeada a la lanza. Estas agujas o lanzas ranuradas se conectan a una tubería general o matriz de evacuación de mayor sección mediante un flexible y estanca la conducción del agua a través de la matriz. Tiene conectada dos bombas autocebantes: una para emergencias y la otra en funcionamiento extrayendo el agua para su posterior vertido en el punto de evacuación

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La limitación de altura de la succión de agua es prácticamente aplicable a cualquier sistema de aspiración convencional. En teoría se podría alcanzar una aspiración máxima de 10.336 metros suponiendo que contamos con la bomba perfecta, porque la presión atmosférica mantiene en equilibrio el peso de la columna de agua y jamás podremos rebasar este limite. Claramente, no estamos contando con las pérdidas por rozamiento, viscosidad ,etc. Pero aun nos encontramos más limitados por otro fenómeno denominado cavitación. Cuando nos situamos en torno a los 7 o mas metros, la succión en la superficie del agua puede provocar que parte de esta pase de estado liquido a gaseoso formando burbujas(cavidades; de ahí el nombre)Estas burbujas tienden a desplazarse a las zonas de mayor presión donde implosionan cediendo a la presión externa (estallan hacia adentro con violencia) lo provoca un rastro de gas a gran velocidad que es capaz de dañar al metal mas duro si choca contra el. El choque es tan violento que deteriora bombas y conducciones, además de acelerar su corrosión. Desde el exterior notaríamos Vibraciones en la matriz y bomba si comienza a producirse este fenómeno. Pero no por ello vamos a limitar el uso de well points en el caso de excavaciones de mayor profundidad. Si el solar lo permite podríamos utilizar el método de bancales. El sistema consistiría en desecar hasta la profundidad máxima en una primera fase. Una vez alcanzada la cota, se colocaría la segunda instalación de well points en un bancal que permitiría desecar a mayor profundidad.

ETAPAS PREVIAS 19

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Se solicita la mecánica de suelo y planos de fundaciones. Con esta información podemos determinar el nivel estático de la napa freática y profundidad de las excavaciones. El perímetro de la zona de agotamiento es de 80 metros y se instalarán tramos de matriz, que constan de una bomba de 4“y 20 punteras hincadas a un metro de distancia cada una, por lo que para este ejemplo serán 4 tramos de matriz.

Se procede a determinar el lugar de la instalación del Well Point, que generalmente se considerar fuera de la línea de edificación. En este caso la mecánica de suelo, nos indica que el nivel estático del agua se encuentra a los 3 mts., por debajo de la cota cero, que es la solera. El sello de excavación se encuentra a - 4.50 mts. y por especificaciones técnicas del proyecto se solicita mantener la napa freática por debajo de la cota -5.70 mts. Por lo tanto se debe deprimir la napa freática 2.70 mts. La etapa siguiente es comenzar las excavaciones y estibaciones hasta la cota 2.50 mts. en donde se comenzarán los trabajos de armado del Well Point.

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PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN WELL POINT ARMADO Y PUESTA EN MARCHA DEL WELL POINT. Una vez realizado el trazado del perímetro de la construcción, instalamos las matrices de 4” idealmente a dos metros de la línea de edificación por el perímetro definido. Se considerará un lado del perímetro como zona de acceso a la excavación. Estas matrices son de 6 metros de largo con flanges en los extremos para unirlas mediante pernos, el largo de los tramos será de 20 metros, eso significa que se instalaran 20 punteras a metro cada una y dos bombas auto cevantes de 4”. Una en funcionamiento y la otra en estado de emergencia, en caso de que esa falle. Estos equipos se dispondrán en un extremo de la matriz y en el otro extremo un flange ciego.

Las descargas de las aguas subterráneas serán vertidas en los sumideros de aguas lluvias más cercano, estas tuberías serán confinadas y protegidas para su seguridad.

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El aprovisionamiento de la energía eléctrica para el funcionamiento de los equipos del Weell point serán suministrados por la empresa mandante, debiendo acondicionar un tablero eléctrico trifásico, considerando partida de los motores estrella- triángulo, de uso exclusivo para el agotamiento. Una vez armado todo lo que es matriz, bombas, energía y descarga de aguas se focaliza en el hincado de las punteras. Para esta actividad se necesita, la lanza de fierro galvanizado de 11/2” con su curva armada con los fitting galvanizados. En el extremo contrario se genera un corte de 45°. La lanza se dispone en forma vertical y se adjunta el tubo de PVC. Se procede a inyectar el agua a presión, gracias a la moto bomba de 2”. La alta presión, generara una perforación en el terreno. Dicha perforación, si el terreno lo permite a medida que la lanza se va hincando la puntera de PVC con ranuras a un costado le sucede lo mismo. Si el terreno no permite este método se hincara la lanza en su totalidad y la puntera será insertada por dentro de la lanza paso siguiente se retira la lanza quedando la puntera embebida en el sub suelo. Este proceso se repite a cada un metro frente a cada conexión de la matriz.

Paso siguiente es unir las punteras hincadas con la matriz por intermedio de una manguera espiralada. Asegurando que esta unión quede completamente estanca. Una vez que todo el sistema se encuentra armado: las punteras a la matriz y la matriz a las bombas, con sus respectivas descargas, se procede a la conexión del tablero eléctrico, la

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electricidad contratada y la conexión del sistema de respaldo. Posteriormente se comienza con la etapa de cebado del circuito. Para este procedimiento se utiliza una bomba de 2”, inyectando agua a la matriz, hasta conseguir que el agua emerja en los tubos de descarga.

Esto significa que no queda aire en el circuito, lo que permite proceder a poner en marcha la bomba de 4” trifásica, la que inicia la succión y en cuestión de 5 minutos debiera estar extrayendo el agua.

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El nivel estático de la napa freática comienza a descender. El tiempo que se demorará en deprimir será relativo: dependerá del terreno, a su capacidad de infiltración y granulometría y a la magnitud de la napa. Se dispondrá de un piezómetro hincado en algún sector de la obra, generalmente en el sector más desfavorable, fuera de la línea de edificación y.se tomaran mediciones cada una hora con el objetivo de poder conocer su depresión y mantener un registro diario. El piezómetro es un tubo de PVC de diámetro superior a 40 mm. Estos equipos funcionaran las 24 horas por un periodo de tiempo dispuesto por el calculista.

MANTENCIÓN DEL SISTEMA WELL POINT Una vez que se consigue deprimir la napa a los niveles deseados, por debajo del sello de excavación, se necesita mantener la napa controlada en estas cotas. Este proceso se realiza con ayuda de las llaves de corte de 11/4 (bola), reduciendo su capacidad de salida hasta que las mediciones realizadas con el piezómetro me indiquen que la napa se mantiene estable. Son aceptables variaciones míminas.

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MANTENCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO Se efectúan mediciones a la napa, a través del piezómetro, cada una hora como mínimo. Se controlará. el buen funcionamiento de las bombas eléctricas, teniendo presente que siempre deben estar extrayendo el agua. Se controlará que no existan fugas en línea de succión y descarga. El personal deberá estar capacitado para realizar reparaciones del sistema que se puedan presentar en las punteras y matrices, como caídas de trozos de madera, piedras u otro objeto de los dañes o obstruya; controlar el tablero eléctrico, el cual deberá contar con disyuntor general, diferencial y contactores para partida estrella tringulo, luz piloto, verde y roja. ´

PARADA DEL SISTEMA WELL POINT Este proceso es muy importante, las llaves de corte se cerrarán en forma gradual en un periodo de tiempo no menor a dos días, el piezómetro será nuevamente nuestro indicador del aumento de la napa freática y a medida que ésta sube su nivel, se van cerrando paulatinamente las llaves de corte.

Imagen N° 19

Llave de corte en puntera.

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Una vez concluido el proceso de corte de llaves, se deberán desenergizar las bombas dando comienzo al desarme del sistema Well-Point. Los equipos se dispondrán en un lugar donde no revista peligro para su posterior retiro

EQUIPOS UTILIZADOS PARA EL SISTEMA WELL POINT - bomba bencinera de 2” 5.5 hp centrifuga (bencinera) con mangueras de succión y descarga tipo bombero. Uso hincado de las punteras. - bombas autocevantes de 4” y 6” para el agotamiento propiamente tal, con sus tableros eléctricos ( partida estrella triangulo).

2.- materiales y equipos empleados en el wellpoint.. 2.1.- tapa gorro pvc hidráulico 40mm. 2.2.- tubería pvc hidráulico 40mm en 6mts.( fabricar ranura do de 50cm de abajo hacia arriba) 2.3.- 1.50mts manguera espire lada de 1 ¼ “. 2.4.- llave de paso tipo bola de 1 ¼” 2.5.- matriz de 4” o 6” en 6mts. fierro o pvc según requerimiento de las especificaciones técnicas. 2.6.- llaves de corte tipo “ compuertas” de 4” o 6” . 2.7.- tubos de pvc en 4” o 6” para la descarga de aguas hacia los colectores de aguas lluvias. 2.8.- fitting: “ T” de fierro en 4” o 6”. 2.9.- bombas auto cevantes de 4” y 6” . 3.- Equipos y materiales necesarios para el hicado de las punteras. 3.1.- lanza de fierro galvanizado de 11/2” 3.2.- fitting de fierro galvanizado en 11/2” , codos 90° niples, unión americana, 3.3.- bomba centrifuga de 2” 5.5 hp mangueras de succión y tipo bombero en 2”

PREVENCIÓN DE RIESGOS EN SISTEMA WELL POINT 26

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RIESGOS Y MEDIDAS PREVENTIVAS A continuación se identifican los riesgos y las actuaciones que deber realizarse en relación con la prevención de Riesgos Laborales, en los trabajos de perforación, hinca de lanzas y montaje de sistema well-point.

IDENTIFICACIÓN DE RIEGOS En trabajos de acopio de materiales

• Atrapamiento entre los elementos del sistema. • Golpes por objetos en maniobras suspendidas. • Caídas de personas al mismo nivel. • Caídas de personas a distinto nivel. • Atropellos. • Caídas de objetos/herramientas a distinto nivel.

MANIPULACIÓN DE LAS LANZAS (hincado) • Atrapamientos entre elementos móviles de la bomba de hinca y entre lanzas. • Aplastamiento de extremidades por las ruedas de la máquina. • Sobreesfuerzos al mover peso. • Golpes al manipular herramientas, lanzas, manguitos, tablestacas, etc.

MANIPULACIÓN DE BOMBAS DE HINCA • Atrapamientos entre elementos móviles del camión grúa de apoyo. • Golpes y cortes por manipulación de elementos hidráulicos y a presión. • Sobreesfuerzos al desplazar peso. • Golpes y cortes al manipular, herramientas, piezas o elementos del sistema. • Caída de elementos suspendidos del camión grúa. • Vuelco del camión grúa. • Aplastamiento de extremidades por las ruedas de la máquina.

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EQUIPOS Y MEDIOS AUXILIARES MAQUINARIA • Bomba de hinca • Sistema WELL POINT (Lanzas, manguitos, tuberías, bomba de vacío, etc.) • Camión grúa • Retroexcavadora

EQUIPOS DE PROTECCIÓN INDIVIDUAL • Chaleco reflectante. • Guantes. • Protectores auditivos. • Calzado de seguridad. • Casco.

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO ACOPIO DE MATERIALES El transporte de los materiales que integran el sistema WELL POINT se realiza normalmente en bateas, paquetes, etc. que precisan el empleo en obra de medios auxiliares para su descarga y traslado a las zonas de uso. En esas tareas se debe observar: 1. Las cadenas, cables o eslingas de la carga y descarga del material han de estar en perfecto estado. 2. Las eslingas metálicas serán sustituidas siempre que presenten algún defecto como los que se exponen a continuación: zanjas en Terrenos Arenosos 1. Las eslingas de tela serán sustituidas en cuanto presenten deshilachados y otros tipos de roturas que afecten a su resistencia. 2. El personal que no intervenga en los trabajos de carga y descarga de los materiales, no circulará por la zona de influencia, para evitar atropellos por la maquinaria. 3. Se prohíbe permanecer debajo de cargas suspendidas. Las cargas se manejarán acompañándolas desde un lateral, pero nunca situándose debajo.

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4. El acopio de los elementos del sistema se realizará de tal forma que el apoyo sea uniforme y correctamente asentado mediante tacos de madera que eviten su deformación y vuelco. 5. En caso de fuertes vientos o condiciones meteorológicas adversas para la ejecución de las tareas de acopio de materiales de forma segura, se suspenderían los trabajos hasta la mejora de las mismas .

MANIPULACIÓN DE LAS LANZAS (hincado): Se realizará un control periódico diario, antes de comenzar los trabajos, del estado de la bomba de hinca, especialmente de su tanque y conducciones de combustible. Esta revisión se realizará por el operario de la máquina. Ante cualquier anomalía deberán suspenderse los trabajos hasta la revisión de la misma por personal especializado. El personal que no intervenga en los trabajos de la manipulación de las lanzas y bombas, no circulará por la zona de trabajo. Durante la pausa de trabajo, se deberá cerrar el equipo para protegerlo de un manejo inadecuado. En caso de fuertes vientos o condiciones meteorológicas adversas para la ejecución de las tareas de hinca de forma segura, se suspenderán los trabajos hasta la mejora de las mismas. Jornadas de Seguridad y Salud Laboral en la Construcción

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5. RESULTADOS

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5. DISCUSIÓN

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6.CONCLUSIONES

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7. BIBLIOGRAFÍA

Johnson Division, 1975. El agua subterránea y los pozos. Jonhson screens. Primera edición. 513 pg.

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GLOSARIO

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ANEXOS

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