4. agua en los suelos 2016.1(1)

8/18/2019 4. Agua en Los Suelos 2016.1(1)

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2. Agua en los suelos

Ingeniería CivilFaculta de IngenieríaUniversidad Católica de la Santísima Concepción


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1. Introducción2. Agua en reposo3. Agua en movimiento. Filtraciones4. Análisis de filtración5. Efectos de la filtración

Agua en los suelosÍndice


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1. IntroducciónEcuación de Bernoulli

(situación ideal)

ɸ = + + 2donde,

ɸ

: poten: altura : presió:peso

: veloci: aceler

Hipótesis de Bernoulli

•

Fluido perfecto (viscosidad nula)• Fluido incompresible (densidad constante)• Flujo permanente (masa de agua que

atraviesa una sección por unidad de tiempo escontante

• Flujo estacionario (la velocidad no cambia a lolargo del tiempo)

+ +2 = +ɸ = ɸAplicación práctica


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Ecuación de Bernoulli(situación con suelo)NOTAS IMPORTANTES

• EL AGUA NO ES UN FLUIDO PERFECTO, por lo que cuando ATRAVIESA Auna PÉRDIDA DE CARGA (Δ H)

• PARA ESTUDIAR EL FLUJO DE LOS SUELOS, SE DESPRECIA EL TÉRMIN Bernoulli, dado que las velocidades que alcanza el agua son extremadamentaún si éstas son elevadas al cuadrado (Excepto en gravas o arenas gruesas)

+ +2

= + +2

+∆

1. Introducción

ɸ = ɸ +∆0 0


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2. Agua en reposo

Figura basada en apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Costa y Castro, (2010) Santander España.(http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/geotecnia-i)

Agua freática Agua capilar Aguad

Agua ubicada por debajodel nivel freático.

Agua ubicada por encima del nivel freático, por efectode la ascensión capilar del agua proveniente del nivel

freático

Agua ubicada por epor efecto de la llu


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2. Agua en reposoAgua freática

(presiones hidrostáticas)

ɸ = + + 2

0

= ·( )

ɸ = + = 0

ɸ = + = (1)

(2)

Igualando (1) y (2),

PElementopotencial hiNormalmenplástico detamaño de u


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2. Agua en reposoAgua capilar

ℎ: altura de ascensión capilar: tensión superficial del agua en contacto con el aire (0,0735 N: Peso específico del agua

: radio del tubo capilar: ángulo de contacto del agua con la pared: radio del menisco de agua (menisco supuesto esférico, que pu

función de y )

Ley de Jurín

ℎ = 2 · · = 2 ·

· · cos

Figura basada en apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Costa y Castro, (2010) Santander España.(http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/geotecnia-i)


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2. Agua en reposo

=

Succión capilar

• En los puntos en que el agua toca llas fuerzas capilares actúan cauintergranular dentro de dicho suelo

• La succión capilar se define como lpresión de aire, u a, y la del agua, uw

•

La succión capilar incrementa la reun suelo• Alsumergir un suelo en agua DESA

Agua capilar Presión inferior a

Figura basada en “Geotecnia y Cimientos I”, JiménezSalas, J.J. y de Justo Alpañez, J.L.

EN ESTE CURSO, LA SUCCIÓN SERÁ CO(se está por el lado de la seguridad y es el caso má


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3. Agua en movimiento. Filtración

ɸ = + El potencial hidráulico queda definido parasuelos

IMPORTANT• EL AGUA SE MUEVE CUANDO EXISTE

DIFERENTE POTENCIAL HIDRÁULICO.

• EL AGUA VA DESDE UN PUNTO DEL PHIDRÁULICO(punto A en la figura)HACIA la figura) (ɸa >ɸb)

Líneas de flujo (líneas de corrisigue una gota de agua ubicadproblema hasta que ésta esproblema (mediante sistema de


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Apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta,Santander España. (http://ocw.unican.es/ens

Velocidad de filtració

= ɸ =ɸɸɸ= 1 ·1 ·

1+ 1 ·

Gradiente hidráulico ( )(Pérdida de carga por unidad de longitud)

= ∆ ¿Que dirección

tiene el vector?


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Leyde Darcy(1856)

= Ω = · = ·∆

: velocidad (m/s; cm/s)

: Caudal (m3; cm 3)Ω: Área (m2): Coeficiente de permeabilidad (m/s; cm/s): Gradiente hidráulico

∆: Diferencia de altura piezométrica entre A y B (m; cm): Longitud (m; cm)

Figura basada en apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Cos(http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/geotecn


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Factores que afectan la

permeabilidad (k):• Granulometría• Densidad• Forma y orientación de las

partículas

Permeabilidad (k)

Hazem(arenas uniformes)

= 10−

· ( )

Valores habitual

Correlación empírica NOTALa permeabilidad de un sueloparámetros más difíciles de determ

• LABORATOR•

IN SITU


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Edómetro :Célula Rowe y Barden, 1966

(finos de compacidad media a dura)

Tria(finos de compacid

Permeabilidad en Laboratorio(k)

Laboratorio d

Universidad dSantande


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3. Agua en movimiento. FiltraciónPermeabilidad in-situ (k)

Ensayos en pozos

Tomada de Villalobos (2014), ConcepcApuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, DaCosta y Castro, (2010) Santander España.

(http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/geotecnia-i)


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Ensayo de Lefranc

“Geotecnia y Cimientos II”, Jiménez Salas, J.J., deAlpañez, J.L. y Serrano González, A. 198

España

Carga Constante C

• Válido para estimar permeabilidad en SUELOS• Se requiere realizar sondeo previo de la ejecución del

ensayo• Procedimiento simplificado:

i) inyectar agua al terreno conociendo en todomomento su potencial hidráulico (Carga constanteo carga variable)

ii) Medir cantidad de agua infiltrada (caudal)midiendo en función del tiempo

iii) Determinar permeabilidad in situ del suelo(m/seg - cm/seg)


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Ensayo de Lugeon

“Geotecnia y Cimientos

Alpañez, J.L. y Se

• Válido para estimar permeabilidad en MACIZOS ROCOSOS• Se requiere realizar sondeo (D≈70 mm) previo de la ejecución del ensayo• Procedimiento simplificado:

i) Aislar zona de ensayo (aprox 5 m de longitud) mediante manguitosii) Incrementar presión de agua con los siguientes escalones: 0-5;

5-10; 10-5 y 5-0 kg/cm2)iii) Alcanzado presión constante de 10 kg/cm 2 se debe medir la

cantidad de agua que se infiltra en la roca durante 10 minutosiv) Determinar la permeabilidad del macizo rocoso

Unidad de medida

1 Unidad de Lúgeon (U.L.): infiltración de 1 litro de agua por metro linealensayado durante un minuto. La U.L. se obtiene como resultado del ensayodel mismo nombre, es decir a una presión de 10 kg/cm 2 por 10 minutos)


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Ensayo de Lugeon

(Camb

Diagramas hab

Concepto U.L. Presión(kg/cm2)

Muy impermeable 0-1 10

Permeable >3 10

Prácticamente impermeable 1-3 10

Prácticamente impermeable 1,5-6 5Muy permeable >3 10

Muy permeable >6 5

Aproximación admitida en Geotecnia1 U.L. = 10-7 m/seg


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3. Agua en movimiento. FiltraciónAnisotropía

Flujo horizontal Flujo vertical


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4. Análisis de filtración

Condición de flujo• Continuidad• Pérdida de carga

= ·

ψ = · · Σ

ψ = · · Σ =

Según Teorema de Ostrogradsky

Dado que flujo debe ser nulo en

de debe ser 0

= 0

= + + = 0

En coordenadas cartesianas


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4. Análisis de filtraciónSolución de problemas de filtración

Solución analítica

ɸ = ·ɸ = 0

Solución numéric

Apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Costa y Castro, (2010)Santander España. (http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/geotecnia-i)

•

Elementos fini• Diferencias fin

Fuente: http://www.geo-slope.com/pro

f


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Solución gráfica

ii. Dibujar líneas(puntos con el mismo potencial

iii. Dibujar líneas de(tangentes en cada punto al vect

: Número de escalones de la

: Número de tubos de corrien

∆ɸ: Pérdida de potencial

i. Definir información mínima

Si y del suelo son iguales,anteriores serán entre sí PERPEN

Procedimiento de resoluEjemplo

Nota importante

¿Qué caudal de agua se requiere bombear para mantener elnivel freático en el trasdós del muro a una cota de -6.0 m ?

ál d f l ó


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Solución gráfica

Recomenda• q = k• = 1

Q =

Q = k

Cálculo de

Resolución

4 A áli i d fil ió


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Figura basada en apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Costa y Castro, (2010) Santander España.


4. Análisis de filtraciónPresa de materiales sueltos. Método aproximado. Casagrande (19

Problema básico. Parábolas homofocales Problema básico. Correcciones. C

4 A áli i d fil ió


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Figura basada en apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Costa y Castro, (2010) Santander España.


4. Análisis de filtraciónPresa de materiales sueltos. Método aproximado. Casagrande (19

Presa sin dren de pie. Punto de emergencia

4 A áli i d filt ió


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4. Análisis de filtraciónMedios anisótropos

= · ɸ = ·

ɸ

ɸ

ɸ

Suelo estratificado horizonCaso general• = = • = • = = = 0

: perme

: perme

· ɸ + ɸ +

5 Ef t d l filt ió


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5. Efectos de la filtración

Figura basada en apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Costa y Castro, (2010) Santander España. (http://ocw.unican.es/ensena

· 1 + = = =

Sifonamiento

5 Ef t d l filt ió


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5. Efectos de la filtraciónTubificación (Dispersión)

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