Comprender cómo calcular la presión de agua sostenida

Para el endurecimiento de la infraestructura, especialmente cuando se sella contra el agua, es posible que se requiera que los profesionales en el terreno calculen la presión de agua sostenida. A menudo surgen preguntas sobre cómo determinar la presión de agua sostenida en diferentes escenarios del terreno. Comprender cómo calcular la presión de agua sostenida es importante porque simplifica la planificación del proyecto. El cálculo es realmente sencillo.

Conclusiones clave

  1. 1. Explicar cómo medir la presión de agua sostenida y 
  2. 2. Proporcionar instrucciones de medición sencillas. 

Una torre de agua frente a Idaho Falls

La presión de agua sostenida en un lugar específico se determina simplemente por la altura (o profundidad) del agua sobre dicho lugar.  A continuación, veremos algunos ejemplos.

Una ilustración que compara la torre de agua con el ducto subterráneo.

Una torre de agua de 6 metros (20 pies) de diámetro tiene 30 metros (100 pies) de altura y está llena. Por consiguiente, el nivel del agua está a 30 metros (100 pies) sobre el suelo. La presión de agua sostenida en el suelo sería de 30 metros (100 pies). La presión de agua sostenida no se ve afectada por el volumen total de agua, solo por la altura. Cerca, hay dos ductos que se elevan 30 metros (100 pies), un ducto de 5 centímetros (2 pulgadas) y de 10 centímetros (4 pulgadas). Ambos ductos están llenos de agua. La presión de agua sostenida sobre el suelo para cada uno también será de 30 metros (100 pies). La cantidad total de agua no tiene en cuenta la presión de agua sostenida para hacer el cálculo, ni tampoco el diámetro del ducto. Los únicos factores que importan son la altura y la profundidad de los ductos.

Sistema de ductos generalizado

Ilustración del sistema de ductos generalizado

Una planta de fabricación tiene un sello en la parte inferior de un complejo sistema de ductos. El sistema abarca cientos de metros (pies) lateralmente a múltiples alturas con ductos de varios diámetros. En cierto momento, este sistema se llena de agua hasta 6 metros (20 pies) por encima del sello. The presión de agua sostenida en el sello es de 6 metros (20 pies). El tamaño de los ductos y la distancia lateral recorrida no influyen en la presión de agua sostenida. Un segundo sello colocado a 30 metros (100 pies) de distancia a la misma profundidad exacta también tiene 6 metros (20 pies) de altura de agua. Solo importa la altura del agua sobre el sello.

Si en esta misma planta hubiera un sello que conecta dos secciones del ducto y ambas secciones del ducto contienen agua, la presión de agua sostenida sobre el sello sería la DIFERENCIA entre la altura/profundidad del agua en cada lado. 6 metros (20 pies) de agua en el lado 1 frente a 4,5 metros (15 pies) de agua en el lado 2 producirían una presión de agua sostenida de 1,5 metros (5 pies), empujando desde el lado 1 hacia el lado 2. Los 4,5 metros (15 pies) de presión en el lado 2 están resistiendo y compensando efectivamente los 6 metros (20 pies) de presión en el lado 1.

Comparación de registros

Una ilustración comparando registros

Dos pozos registros con profundidades idénticas (digamos, 12 pies o 3,6 metros) están colocados al nivel del suelo, pero debido a un cambio en la elevación, el pozo de registro 2, a una cuadra de distancia, es 1,5 metros (5 pies) más alto que el registro 1. Si el nivel del agua subterránea tiene la misma profundidad para ambos pozos de registro, la presión de agua sostenida para un ducto sellado en el fondo del pozo de registro 2 es 1,5 metros (5 pies) más baja que la del pozo de registro 1. Esto se debe a que cuando se mide desde el fondo de los pozos de registro, el agua está 1,5 metros (5 pies) más profunda para el pozo de registro 2. Observe que, en este escenario, los ductos están vacíos y la presión de agua sostenida proviene del agua subterránea que empuja hacia arriba el sello.

No obstante, considere dos pozos de registro idénticos, ambos de 3,6 metros (12 pies) de profundidad. El pozo de registro 1 está ubicado en Denver a 1.615 metros (5.300 pies) sobre el nivel del mar, y el pozo de registro 2 está ubicado en Minneapolis a 253 metros (830 pies) sobre el nivel del mar. Ambos pozos de registro están llenos de agua hasta el tope. La presión de agua sostenida para un ducto sellado en el fondo de cada pozo de registro es de 3,6 metros (12 pies). En este caso, la elevación no ejerce ningún efecto. La información que importa es la profundidad del agua en cada ubicación.

Perforaciones direccionales

Ilustración de perforaciones direccionales

Jupiter Island, Florida, cuenta con energía eléctrica suministrada a través de ductos perforados bajo la vía fluvial intercostera. La elevación de Jupiter Island es de 4,5 metros (15 pies) sobre el nivel del mar, mientras que el continente tiene una elevación de 7 metros (22 pies). Independientemente de la profundidad o la forma de la perforación, o de las condiciones actuales de la marea, un sello en la isla colocado a 4,5 metros (15 pies) sobre el nivel del mar no estará bajo presión de agua sostenida porque no hay agua sobre él. La presión de agua sostenida siempre depende de la profundidad del agua en esa ubicación específica. No obstante, si hay un ducto sellado expuesto al océano a una profundidad de 3 metros (10 pies) durante la marea baja, la presión de agua sostenida en ese sello es de 3 metros (10 pies) durante la marea baja. La presión de agua sostenida aumentará a medida que aumenta la profundidad del agua con la marea entrante.

La presión de agua sostenida es la altura del agua

La presión de agua sostenida simplemente se fundamenta en la altura del agua en el sistema. Se puede hacer un sello para mantener el agua fuera de un sistema o para mantener el agua dentro del sistema. En cualquier caso, la presión sobre el sello se basa en la altura del agua. Aunque la complejidad de los sistemas puede variar, calcular la altura del agua es un concepto sencillo.

A pesar de la información disponible sobre la presión de agua sostenida, el cálculo NO se ve afectado por lo siguiente:

  • La cantidad total de agua,
  • El diámetro del ducto o conducto,
  • La longitud horizontal del ducto o conducto, ni por
  • La elevación geográfica del sistema.

Los ejemplos de este documento ilustran que, independientemente de la complejidad del sistema, la presión de agua sostenida depende solo de la altura (o profundidad) del agua sobre una ubicación específica. Si no hay agua sobre el sello, no hay presión de agua sostenida.