Las Aguas Freáticas en la Construcción

En el campo podemos conocer el nivel del agua freática abriendo un hueco en la tierra, de tal manera que podamos ver dentro de el (50 x 50 centímetros), y esperar que el nivel del agua se estabilice. De esta forma podemos después de una hora mas o menos, que el nivel donde tenemos el agua será el nivel freatico. Esto también lo podemos saber en el laboratorio, después de sacar una muestra de Suelo, el cual lo podemos extraer con un cilindro, el cual hincamos en la tierra, y luego le damos un giro para poder cortar abajo, de donde se extrae luego un cilindro de tierra, el cual podemos analizar, y saber el punto donde el suelo esta saturado, de esta forma, midiendo la distancia de la superficie de la tierra, al punto donde el suelo esta saturado, hallamos el Nivel Freático.

El punto donde el suelo esta saturado de agua, se puede hallar por medio de el ensayo de Contenido de Humedad, el cual nos permite saber, que porcentaje de agua hay en los vacíos del suelo, y cuando este porcentaje sea el 100%, querrá decir que este suelo esta saturado, estando dentro de las aguas freaticas.

El principal problema de el agua en los suelos, a bajas temperaturas, es que al llegar a su punto de congelamiento, esta aumenta su volumen, generando unos esfuerzos residuales, en el suelo, y en las partes donde hay mucho tiempo de heladas, se generan unas grandes hojas de hielo dentro del suelo, el cual, al cambiar el clima, y subir la temperatura, este hielo empieza a deshielarse, quedando unos huecos en el suelo por causa de la filtración del agua en la tierra, causando asentamientos de las estructuras que estén cimentadas sobre el suelo en cuestión.

También se debe tener en cuenta, el tipo de suelo que se tiene, ya que si tenemos un suelo fino, el agua freática subirá por capilaridad a la masa de suelo superior, generando mayor probabilidad de congelamiento, al estar mas expuesta al frío de la superficie. También, si tenemos una grava o una arena limpia, el agua puede filtrarse, por medio de los espacios vacíos que hay en estos materiales, bajando el nivel freatico, y disminuyendo la probabilidad de congelamiento de el agua freática.

Si tenemos limos o arenas limosas en estado de saturación (puede ser bajo el nivel Freático), el efecto de la congelación del agua depende mucho de la manera en que baja la temperatura. Si el enfriamiento es rápido, se provoca la congelación llamada in situ, la cual consiste en capas gruesas de hielo, en medio de la masa de suelo. Si el enfriamiento es lento, el agua se agrupa en pequeñas capitas d hielo, las cuales son paralelas a la superficie expuesta al enfriamiento, lo cual genera una alteración de suelo helado y estratos de hielo.

Cuando encontramos bloques de hielo limpio en la masa de suelo, significa la migración del agua que hay en los intersticios del suelo, a estas masas de hielo. Esta agua, puede ser absorbida por capilaridad, de una masa de suelo inferior, la cual se encuentra dentro del nivel Freático. La forma de evitar esta migración de agua, hacia estos centros de hielo, puede ser, colocando una capa de grava gruesa, por encima del nivel Freático, lo cual genera la detención de la subida del agua por capilaridad, debido a que la grava, tiene unos intersticios muy grandes, no permitiendo la capilaridad del agua dentro del suelo.

Hay varias formas de solucionar los problemas relacionados con el efecto del congelamiento de los suelos, dentro de las cuales tenemos:

Substitución de los suelos susceptibles a la helada por otros no susceptibles, hasta la profundidad necesaria para llegar a niveles más abajo que la penetración del efecto climático.
Hacer un drenaje adecuado para bajar el nivel Freático a una profundidad mayor que la altura máxima de ascensión capilar del suelo.

Excavar hasta el punto donde llega la helada, y colocar un material que no permita la capilaridad, como grava, por lo tanto no permite la subida de aguas freaticas por capilaridad.

Problemas de Capilaridad en la construcción

Una de los grandes problemas que tiene el proceso de capilaridad del agua freática en la construcción, es que al subir esta agua, se humedecen los cimientos de las diferentes estructuras, provocando la corrosión del acero de refuerzo en los cimientos, y algunas veces esta agua freática, cuando los niveles son muy altos, alcanza a subir por capilaridad a las paredes de la edificación, generándose problemas en los ladrillos y los acabados de la edificación. Una solución a este problema es cambiar el suelo sobre el que descansa el cimiento, por un suelo más grueso, que no permita la capilaridad del agua freática. También encontramos soluciones de aditivos para el concreto (inclusores de aire), para poder generar impermeabilidad en este, y de morteros para recubrir estructuras (sika 101) con el fin de ganar impermeabilidad.

En el momento que la cimentación de cualquier estructura, sea una cimentación profunda (pilotes, pilas o cajones), se debe tener en cuenta que esta estructura estará sumergida parcialmente por aguas freáticas, y que esta estructura de cimentación, sufrirá cambios de humedad por la subida y la bajada del nivel Freático.

El nivel freático en excavaciones

Muchas veces en la ingeniería civil, es necesario hacer excavaciones por debajo del nivel freático, lo que puede generar varios problemas si se tiene un suelo permeable, el cual permita que la excavación que se haga, se llene de agua, lo que generaría unas velocidades del agua freática, arrastrando material del suelo a la excavación también, estando sucio siempre la excavación

Hay varias formas de abatir el nivel freático. La más común de ellas es hacer una zanja colectora del agua en la excavación, donde se coloca a bombear el agua hacia otra parte fuera de la excavación. Se debe tener en cuenta que los volúmenes de agua que se deben bombear son muy grandes, ya que el nivel freático siempre tratara de estar constante, lo que puede incrementar los costos de una obra determinada.

Otra de las formas para abatir el nivel freático es la de hacer una serie de pozos al rededor de la excavación, los cuales sacaran el agua de la tierra, bajando el nivel freático en esos puntos, y si tenemos la excavación en medio de estos puntos, el nivel freático de la excavación será abatido. También podemos pensar en hacer una excavación, la cual después de realizada (bajo agua), se puede impermeabilizar, y luego si secar el contenido de agua que queda dentro de esta excavación. Cuando se utiliza este método se debe tener en cuenta la presión que genera el agua tanto lateral como inferior de la excavación, ya que se puede producir el colapso de el suelo de la excavación por el levantamiento del mismo, o el colapso de uno de los muros de contención Se pueden generar muchas otras formas de abatimiento del nivel freático, pero esto realmente se debe determinar al tener el problema real en la obra, y ver todas las variables que esto implica.