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MECÁNICA DE SUELOS Cap IV. PERMEABILIDAD DE SUELOS E INFILTRACIÓN. Flujo bidimensional FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL Mgtr. Francisco Chávez Ing. Jenny Sánchez Para que una presa de tierra funcione eficientemente: • Que el gasto de filtración no afecte sensiblemente el volumen de agua disponible en el almacenamiento. • Que las sub presiones por infiltración no afecten la estabilidad de la estructura. • Que no exista peligro de tubificación INFILTRACIÓN A TRAVÉS DEL CUERPO DE UNA PRESA DE TIERRA https://www.youtube.com/watch?v=gJWA4oe_lVQ https://www.youtube.com/watch?v=gJWA4oe_lVQ Inestabilidad debido a la infiltración del agua Proceso de erosión en retroceso desde la superficie de salida del agua por efecto del arrastre de las partículas por el flujo de agua saliente, creando un tubo de dimensiones crecientes, que finalmente lleva al colapso (falla total) de la estructura del suelo circundante. Es necesario comprobar esta situación potencial de inestabilidad al diseñar estructuras de retención de agua. TUBIFICACIÓN Wilfredo Wilfredo Wilfredo Wilfredo Falla en la presa de Teton - Tubificación Ref. “Mecánica de Suelos”. Lambe “El diseño de un sistema de drenaje satisfactorio es uno de los problemas más importantes que supone el proyecto de una presa de tierra” Si no hubiera un pie de enrocamiento, un filtro o drenaje en la presa, la línea de corriente superior, terminaría en el talud aguas abajo, lo cual se debe evitar en todo diseño. El agua que brotase arrastraría partículas de suelo con ella. Este proceso podría producir el colapso de la presa. Para evitar esto se colocan drenes que hagan descender la línea del nivel freático. • La frontera superior de la zona de infiltración es la superficie freática. • Para el análisis de la infiltración se trazará la red de flujo dentro del cuerpo de la presa; para estos casos se precisa: • Calcular y dibujar la línea de saturación • Trazar las líneas equipotenciales y de corriente • Calcular el punto de pretensión de salida de la línea de superficie freática aguas abajo de la presa LÍNEA DE SATURACIÓN O LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO • Se trata de la frontera entre suelo infiltrado y suelo permeable no infiltrado. • Es fundamentalmente una parábola con ciertas desviaciones debidas a las condiciones locales de entrada y salida. Detalle de la superficie freática a la entrada de una zona de infiltración CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO … CONDICIONES DE ENTRADA • Figura (a) • La cara de corriente arriba de la presa, es la superficie de entrada de la zona de infiltración. • Las líneas de corriente la intersecan en ángulos rectos. • Lo anterior se cumple siempre que la pendiente de la cara aguas arriba de la presa sea menor de 90º CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO … CONDICIONES DE ENTRADA • (Figuras b y c) • En algunos casos, cuando se construye un filtro grueso hacia aguas arriba de la presa. La pendiente puede ser igual o mayor de 90º (figuras b y c) • Entonces la superficie freática en la entrada al cuerpo de la presa es siempre horizontal. CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO … CONDICIONES DE ENTRADA Detalle de la superficie freática a la salida de una zona de infiltración sin ninguna intervención en el pie de la presa. Beta es el ángulo en sentido antihorario de la superficie de salida de la línea de superficie freática con la horizontal. CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO … CONDICIONES DE SALIDA • En la superficie de salida, la parábola teórica puede ser modificada en función de las condiciones de pie de presa. • Cuando se coloca un filtro de pie de talud con ángulo β = 180 ° (horizontal), entonces hacemos que la superficie de salida sea horizontal y no se requieren correcciones a la parábola, como se muestra en figura (a). • Cuando la superficie de salida está formada por un filtro angular de pie de talud de material grueso con ángulo 90°<β<180°. La corrección se lleva a cabo relocalizando el punto de salida de la superficie freática, como se muestra en la figura (b). CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO … CONDICIONES DE SALIDA Wilfredo con filtro el nivel de agua cae, filtro en la base del talud, un angulo 180° Wilfredo un talud inclinado, la forma de la parabola va ir cambiando Línea de infiltración, línea superior de flujo o línea de saturación Ref. Manual de ingeniería: EM-1110-2-1901. “Engineering and Desing . Seepage analysis and control for US Army Corps of Engineers Wilfredo desde el pie del talud hasta el punto que corta el agua (A hasta B) Wilfredo Se va escoger con Wilfredo se va determinar el punto c el 0.3 se calcula, b se une con el recorrido de la parabola Diferentes métodos de cálculo para la determinación De la línea superior de flujo Diferentes métodos de cálculo para la determinación de la línea superior de flujo Ref. Adaptación de la New England Waterworks Association Wilfredo mayormente se usa este método Wilfredo Wilfredo Wilfredo el a va ser de manera gráfica Casagrande (1932 -1933) Ref. Marsal y Resendiz Nuñez, 1975 Esta solución para el cálculo de “a” es suficientemente aproximada para fines prácticos en el intervalo de valores de a 0 a 60º. Inestabilidad debido a la infiltración del agua W= 𝜸𝒔𝒂𝒕 − 𝜸𝒘 𝑫 𝒙 𝑫 𝟐 Factor de seguridad contra la tubificación (F): 𝑭 = 𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂 𝒂𝒔𝒄𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝑾 𝒖𝒔𝒙 𝑫 𝟐 Distribución de la presión de infiltración Wilfredo problemas si sucede este fenomeno de TUBIFICACIÓN Wilfredo Wilfredo Wilfredo > VA SER LA FUERZA DEL AGUA QUE LA DEL SUELO Wilfredo CUIDAR-> FENOMENO Wilfredo Wilfredo Wilfredo MENOR QUE 1 Wilfredo > QUE 1 NO HAY PROBLEMA Wilfredo Wilfredo Wilfredo Wilfredo Wilfredo Wilfredo PRISMA Wilfredo FUERZA ASCENDENTE DEL AGUA: Wilfredo PESO DEL SUELO: Wilfredo F=us*(D/2) Inestabilidad debido a la infiltración del agua Incrementar la longitud de la trayectoria de flujo impermeable Verifique si en el escenario mostrado, se produce tubificación. Rebajamiento del agua en las excavaciones ¿Para qué es necesario reducir el nivel del agua subterránea dentro o alrededor de las excavaciones? o Producir condiciones secas de trabajo. o Evitar la elevación hacia arriba en el fondo de las excavaciones. o Para reducir las presiones sobre soportes laterales temporales. o Para mejorar la estabilidad de taludes temporales. o Para reducir el contenido de humedad de terrenos que se vayan a excavar. Rebajamiento del agua en las excavaciones Rebajamiento del agua en las excavaciones Rebajamiento del agua en las excavaciones Inestabilidad debido a la infiltración del agua W= 𝜸𝒔𝒂𝒕 − 𝜸𝒘 𝑫 𝒙 𝑫 𝟐 Factor de seguridad contra la tubificación (F): 𝑭 = 𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂 𝒂𝒔𝒄𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝑾 𝒖𝒔𝒙 𝑫 𝟐 Distribución de la presión de infiltración
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