El Sistema Wellpoint: Origen y Aplicación

El término Sistema Wellpoint, originado a principios del siglo XX, se refería inicialmente a sistemas de múltiples puntas colectoras (punteras) utilizados en la industria petrolera para la captación o extracción. Su eficacia llevó a la adopción de este sistema en obras de edificación y construcción civil.

El Sistema Wellpoint consiste fundamentalmente en el agotamiento de las aguas subterráneas (napa freática) en un área determinada para permitir la ejecución de trabajos de excavación y cimentación en condiciones secas. Este sistema nos permite trabajar de forma segura y eficiente en las fundaciones de la obra.

Estudio de Mecánica de Suelos Previo

Antes de la implementación del sistema, es crucial realizar un estudio de mecánica de suelos. Un especialista realiza un registro visual de las paredes de pozos de reconocimiento o calicatas, identificando claramente los distintos estratos de suelo. Posteriormente, se toman muestras representativas que son enviadas al laboratorio para someterlas a diversos ensayos, tales como:

• Clasificación de suelos (análisis granulométrico).
• Determinación de propiedades físicas (contenido de humedad, límites de Atterberg, etc.).
• Clasificación de los componentes del suelo según su tamaño (diámetro en mm).

Los resultados de estos análisis permiten clasificar el suelo y entender su comportamiento hidráulico. Por ejemplo, un terreno clasificado como muy limoso con sectores de arenilla presenta características cohesivas y tiende a «embolsar» o transmitir el agua en capas discontinuas, lo que dificulta la captación eficiente de la napa freática.

Componentes del Sistema Wellpoint

Tubo Filtrante (Caño Filtro)

El tubo filtrante de ranura continua es un componente clave. Está constituido por elementos longitudinales (varillas de soporte) alrededor de los cuales se enrolla helicoidalmente un perfil de alambre de sección especial. Este alambre envolvente se suelda a cada varilla en los puntos de contacto mediante soldadura por resistencia eléctrica (sin aporte de material).

La separación controlada entre las vueltas del alambre conforma la abertura del filtro, creando una ranura continua. Esta ranura tiene forma de «V», con la abertura más ancha hacia el interior (eje del filtro), lo que minimiza el riesgo de obstrucción por partículas finas.

Material: Acero Inoxidable

Se utiliza frecuentemente acero inoxidable para la fabricación de los tubos filtrantes debido a su alta resistencia a la corrosión provocada por los agentes químicos presentes en las aguas subterráneas, especialmente en zonas costeras. Comúnmente, se emplean aleaciones como el AISI 304 (aproximadamente 18% de cromo y 8% de níquel).

• Corrosión: Destrucción progresiva del material por reacción química o electroquímica con su entorno.
• Oxidación (Pasivación): Formación de una capa superficial protectora de óxido que previene una corrosión más profunda en ciertos metales como el acero inoxidable.

Resistencia Mecánica de los Filtros

Los tubos filtrantes están sometidos a diversos esfuerzos durante su instalación y operación. Se debe considerar su resistencia a:

• Compresión axial
• Aplastamiento radial
• Tracción

Resistencia a la Compresión Axial

Los filtros se comportan estructuralmente como una columna delgada. Es fundamental evitar el pandeo, especialmente durante la instalación cuando el filtro puede no tener soporte lateral del terreno. Las cargas verticales axiales son soportadas principalmente por las varillas longitudinales. Por ello, es crucial no apoyar los filtros permanentemente en el fondo del pozo durante la instalación y, bajo ninguna circunstancia, golpearlos para forzar su descenso.

Resistencia al Aplastamiento Radial

Las presiones laterales (radiales) ejercidas por el terreno y el agua son soportadas directamente por el alambre envolvente helicoidal. La altura del perfil de este alambre es un factor fundamental para esta resistencia. La combinación de la altura del perfil, el diámetro exterior del filtro y la abertura de la ranura determina la capacidad de resistencia al aplastamiento. Una mayor separación entre las espirales (mayor abertura de ranura) reduce la resistencia al aplastamiento radial.

Resistencia a la Tracción

Las tensiones de tracción, de carácter axial (por ejemplo, durante la extracción del filtro), son soportadas por las varillas longitudinales. Si se superan los límites elásticos del acero, el filtro puede alargarse permanentemente, aumentando la abertura de las ranuras y, eventualmente, fracturarse.

Otros Componentes Esenciales

Tubo Flexible (Ej. Hiper Flex)

Es un tubo flexible, comúnmente de 2 pulgadas de diámetro, que conecta la puntera (tubo filtrante + tubo de subida) a la tubería matriz. Su transparencia permite observar la circulación del agua, ayudando a verificar el correcto funcionamiento de cada punto de captación.

Terminales o Conectores

Actúan como adaptadores para conectar el tubo flexible a la abrazadera (collarín) sobre la tubería matriz, asegurando una unión estanca y sin filtraciones de aire.

Collarines o Abrazaderas

Generalmente diseñados para tuberías matriz de 4 pulgadas o más, estos elementos se fijan (empernan) a la tubería matriz. Protegen la perforación realizada en la matriz y aseguran una conexión hermética para recibir el flujo de agua de las punteras. Incorporan un sistema de sellado (empaquetadura).

Tubería Matriz (Colector Principal o «Pulpo»)

Tubería, usualmente de PVC de alta resistencia hidráulica (u otro material adecuado), que recoge el agua de todas las punteras conectadas. Sirve para evacuar el agua captada. Comúnmente tiene diámetros de 4 pulgadas o superiores. En sistemas grandes, puede actuar como sub-matriz, descargando en colectores de mayor diámetro que conducen el agua al punto de descarga final determinado por el proyecto.

Tubo de Acero Galvanizado (Tubo de Subida)

El tubo filtrante se conecta, generalmente mediante rosca, a un tramo de tubo de acero galvanizado (u otro material resistente), típicamente de unos 4 metros de longitud. El conjunto formado por el tubo filtrante y este tubo de subida se denomina puntera.

Motobomba

Se utilizan bombas centrífugas, a menudo autocebantes, para generar el vacío necesario y extraer el agua del sistema.

Ejemplo: Motobomba Trifásica Modelo 132

(Las especificaciones son ilustrativas y pueden variar)

• Voltaje: 380 V (Trifásico)
• Velocidad: 2920 RPM
• Potencia: 7.5 HP
• Consumo: 11.5 Amperes
• Conexiones: Entrada y salida de 4 pulgadas de diámetro.

En su interior, un impulsor (rodete) gira a alta velocidad, generando succión que se transmite a través de la tubería matriz hasta las punteras, extrayendo el agua del subsuelo. Pueden incluir mecanismos de seguridad, como vacuómetros o sensores de flujo. Las bombas autocebantes requieren un llenado inicial del cuerpo de la bomba y, preferiblemente, de la línea de succión para operar correctamente. Hacer funcionar la bomba en seco puede causar sobrecalentamiento y daños severos al sello mecánico, al impulsor e incluso al motor.

Proceso de Instalación (Inyección) del Sistema Wellpoint

1. Preparación: Coordinación en obra y limpieza del área de trabajo.
2. Perforación e Hincado: Se utiliza una bomba auxiliar (generalmente diésel) y una manguera conectada a una lanza de inyección (tubo de 2″ de diámetro y 4-5 m de longitud). Se bombea agua a alta presión a través de la lanza, que se introduce en el terreno para perforar por chorro de agua (jetting). Simultáneamente, se introduce la puntera (tubo filtrante + tubo de subida) junto a la lanza. La puntera se hinca hasta la profundidad diseñada, asegurando que la sección filtrante quede por debajo del nivel freático a alcanzar y del sello de fundación previsto.
3. Distribución: Las punteras se instalan siguiendo un patrón y espaciamiento determinados por el estudio de suelos y los requerimientos de abatimiento, generalmente perimetralmente al área a excavar. El objetivo es interceptar el flujo de agua subterránea hacia la excavación.
4. Conexión: Una vez instaladas las punteras, se conectan a la tubería matriz. Se une el tubo de subida de la puntera al tubo flexible usando un sellador adecuado (ej. sellador elastomérico). El otro extremo del tubo flexible se conecta al collarín en la tubería matriz mediante el conector correspondiente.
5. Puesta en Marcha: Se conecta la tubería matriz a la bomba principal (eléctrica o diésel). Se ceba el sistema si es necesario y se inicia el bombeo.
6. Evacuación: El agua extraída es conducida por la tubería matriz hacia un punto de descarga autorizado (ej. red de alcantarillado, canal, punto de infiltración).

Es fundamental coordinar la disposición de las tuberías en la superficie con los responsables de la obra para no interferir con las excavaciones, el movimiento de maquinaria y otras actividades constructivas.

Terminología Relacionada con Movimiento de Tierras

Escarpe

Retiro de la capa superficial del terreno, que usualmente contiene materia orgánica (suelo vegetal). Esta operación forma parte de las etapas iniciales del movimiento de tierras. Las capas subyacentes suelen ser de suelo mineral (granular o cohesivo). Es importante retirar esta capa orgánica antes de la excavación principal, ya que su presencia puede contaminar el suelo mineral y, al descomponerse, provocar asentamientos indeseados si se utiliza en rellenos estructurales. El material del escarpe puede destinarse a áreas verdes o ser desechado, pero no debe usarse para rellenos estructurales.

Excavación

Retiro de material del terreno (suelo o roca) en banco, cuyo destino puede ser variado, incluyendo su uso para fines de ingeniería (rellenos, formación de terraplenes, cama de apoyo para fundaciones o tuberías, etc.) o simplemente su desecho.

Excavación Masiva

Corresponde al retiro de grandes volúmenes de material utilizando maquinaria pesada (excavadoras, cargadores frontales, bulldozers).

Excavación Estructural o Remate

Corresponde a la etapa final de la excavación, donde se alcanza la cota de fundación o sello definitivo. Generalmente se realiza con mayor precisión, a menudo con equipos más pequeños o incluso manualmente (cuadrillas con herramientas menores como palas y carretillas) para no alterar el suelo de apoyo.

Rellenos

Colocación y compactación de material (suelo o agregado) para elevar el nivel del terreno, sustituir suelo inadecuado o crear una estructura de tierra (terraplén, base de pavimento, etc.). Se clasifican según su función y control de calidad:

Rellenos Estructurales

Se construyen por capas de espesor controlado, que deben ser humedecidas hasta alcanzar la humedad óptima y compactadas con equipos adecuados hasta lograr una densidad especificada. Su calidad se controla rigurosamente mediante ensayos de mecánica de suelos (ej. Proctor, densidad in situ). Están destinados a soportar cargas importantes (edificios, pavimentos, etc.) y son los de mayor costo económico.

Rellenos No Estructurales

Se realizan con fines paisajísticos, nivelación de áreas recreativas o relleno de huecos sin función portante significativa. No suelen tener requisitos estrictos de compactación controlada (aunque pueden recibir compactación incidental por el paso de maquinaria) ni de clasificación del material. No se controlan mediante ensayos de mecánica de suelos. A menudo se realizan en zonas confinadas (depresiones, cuencas).

Rellenos Semiestructurales

Corresponden a una combinación de los anteriores o a rellenos con requisitos intermedios de compactación y control. Pueden estar destinados a soportar cargas moderadas o tener una capa superior estructural sobre un relleno inferior no estructural.