Bajando el nivel freático pueden evitarse las dificultades para construir abajo del nivel del agua en depósitos de suelos y puede aumentarse la estabilidad de los mismos. En los materiales de grano grueso, usualmente puede bajarse el nivel freático, drenando el agua a zanjas o galerías, o bombeándola de sumideros o potos. Como la gravedad es la fuerza qu origina la circulación del agua hacia los drenes, el proceso se llama drenaje por gravedad.
Al fluir el agua hacia los drenes, produce presiones de filtración que tienden a mover los granos hacia la salida. Si el suelo es una mezcla de materiales que contiene arena fina o limo, es probable que se deslaven los componentes finos. Lo que puede producir asentamientos o la formación de túneles de erosión en el suelo drenado y, además, obstruir los drenes. Por lo tanto, casi siempre es necesario evitar la migración. Lo que puede lograrse efectivamente cubriendo el material drenado, donde el agua brota, con un material granular más grueso, conocido como filtro, que no impide la salida del agua pero que tiene huecos demasiado pequeños para que los invadan las finas partículas de los materiales que se drenan.
Para que un filtro funcione bien, la curva granulométrica del material que lo constituye debe guardar una relación adecuada con el material que va a protegerse. Los requisitos han sido investigados experimentalmente (Terzaghi, 1922; USBR, 1947). Pueden expresarse por medio de dos relaciones para filtros R
Tabla 2.2 Requisitos para los tamaños de las partículas en los filtros.
En la tabla 2.2 se proporciona una lista de los valores adecuados de R. Además de satisfacer los requisitos con respecto al 50 por ciento y 15 por ciento de los tamaños, la curva granulométrica del filtro debe tener una forma suave sin quiebres pronunciados y ser sensiblemente paralela a la del suelo que se esta protegiendo.
Los requisitos expuestos en la tabla 2.2 se estudiaron para Las presas de tierra y otras instalaciones permanentes. Para protecciones temporales o usos menos exigentes, los límites granulométricos señalados pueden excederse un poco.
Puede suceder que no sea posible satisfacer los requisitos de la tabla 2.2 con un solo material de filtro, que pueda evitar que se deslaven los finos del suelo protegido, aunque sea capaz de dejar pasar toda el agua que le llegue. Entonces, es necesario construir una serie de filtros que vayan siendo sucesivamente más gruesos conforme el agua se aproxime a la salida. Cada capa del sistema debe satisfacer los requisitos de granulométrica para un filtro con respecto a la capa de material adyacente. Tal sistema se llama un filtro graduado. Asimismo, puede darse el caso de que los requisitos de granulometría de un filtro no sean satisfechos por los materiales de que puede disponerse en la localidad sin lavar, cribar o mezclar, El costo de estas operaciones puede ser considerable. En consecuencia, las capas de los filtros graduados frecuentemente se hacen tan delgadas como sea compatible con la operación del equipo de construcción. Estos filtros tan delgados son vulnerables, especialmente durante la construcción. En la mayor parte de los casos, es preferible usar capas más gruesas de materiales naturales, aunque nada más satisfagan aproximadamente los requisitos. Es difícil evitar la segregación de los materiales de filtro, pero debe mantenerse tan pequeña como sea posible.
No puede extraerse toda el agua de un suelo por procesos gravitacionales. La cantidad que queda en los vacíos es de poca importancia comparada con la rapidez con que puede efectuarse el drenaje. En las arenas limpias y en las gravas, sólo se requieren unas cuantas horas o días para bajar el nivel freático varios metros, mientras que en los suelos limosos pueden necesitarse varias semanas.
Al salir el agua de un suelo grueso, parte del espacio vacío es invadido por aire. Sin embargo, en los suelos finos, el espacio vacío decrece en forma continua y prácticamente no hay invasion de aire hasta alcanzar el límite de contracción. A este proceso se le conoce como drenaje por consolidación.
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