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INDICE

• INTRODUCCION

• FORMAS EN QUE SE ENCUENTRA

• COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (K)

• SIFONAMIENTO O EBULLICION

• CARGAS DE AGUA

• FLUJO UNIDIMENSIONAL

• FLUJO BIDIMENSIONAL

• METODOS DE SOLUCION DE REDES DE FLUJO

• AGOTAMIENTO DE SUELOS

• SISTEMA DE REBAJAMIENTO DEL NIVEL FREATICO

• SISTEMA DE WELLPOINTS

Indice

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EL AGUA EN EL TERRENO

Capa freática colgada

acuífero

acuífero

acuicluso

acuiclusoNf principal

El agua subterránea recurso mineral mas importante extraído de la tierra( 30% del consumo diario en el mundo)

- Agua fósil : Atrapada en el intersticio de los sedimentos (a menudo salada).

- Agua meteórica : Parte de la precipitación que se filtra

Ciclo: Filtrado - extraída - evaporada - distribuida por el viento - condensación - vuelve a la superficie del terreno.

Acuicluso

Pozo artesiano

Acuifero

Acuicluso

Formas en que se encuentra (División arbitraria)

Ej:Al2OnSiO2kH2OForma gral.de las arcillas.

N y k=valores numéricos de ligazón molecular

PELICULA QUE ENVUELVE LAS PARTICULAS DE SUELO SOBRE LA CUAL ACTUAN LAS FUERZAS MOLECULARES DE ADHESION

Parte del agua adsorvida no es removida al secar el suelo a 100�� ��

C y por lo tanto para todo efecto practico, se considera que el grano-película no removida es la partícula de suelo

1.- AGUA ADSORBIDA

2.- AGUA CAPILAR

3.-AGUA GRAVITACIONAL

4.-(AGUA DE COMBINACION QUIMICA)

1.-AGUA ADSORBIDA

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Expansiones y contracciones en el suelo. La textura es inversamente proporcional a los cambios de volumen.

Debido al agua higroscópica el volumen del suelo aumenta hasta un valor máximo de higroscopía según los siguientes valoresArena 1% del volumen del suelo secoLimo 5% del volumen del suelo secoArcilla 20% del volumen del suelo seco

EFECTO DE LOS CAMBIOS VOLUMETRICOS DEL SUELO EN LAS LOSAS DE PAVIMENTO

HUMEDO SE MANTIENE SECO

LOSA PAVIMENTO

EJECUCION EN PERIODO SECO

HUMEDO

expansión

EJECUCION EN PERIODO HUMEDO

SECO SECO

SE MANTIENE

HUMEDO

LOSA PAVIMENTO

contracción

1.1.-CAMBIOS DE VOLUMEN

1.1.-CAMBIOS DE VOLUMEN

1.2.-CAMBIOS DE COHESION

1.3.-CAMBIOS DE ESTABILIDAD MECANICA

AGUA HIGROSCOPICA: Es aquella que se condensa en la superficie de las partículas cuando un suelo seco es expuesto al aire húmedo.

Co

hes

ión (

Kg/c

m2)

1401201008040 60

γ = cte

W % con respecto a L.L

1.2 CAMBIOS DE COHESION (C)

Para una determinada densidad del suelo existe una relación inversa entre el valor de la resistencia al corte y su humedad

La capacidad de un suelo de absorber agua sin perder su cohesión o pasar al estado semi-fluido queda expresada por el IP

Suelo inalterado

Suelo remoldeado

Los suelos granulares poseen la propiedad de desarrollar estabilidad

interna debido al mutuo soporte de las partículas.

Esta propiedad se puede alterar por la película de agua adsorvida con

un efecto mucho mas importante en los suelos de textura fina que en

los gruesos donde es casi nula.

Ej: LIMOS CON AGUA<ESTABILIDAD MECANICA Y BAJA CAPACIDAD EN SOPORTE.

1.3 CAMBIOS EN LA ESTABILIDAD MECANICA

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VALORES TIPICOS DE hc PARA DIFERENTES SUELOS

Los procesos de adsorción y capilaridad corresponden a complicados mecanismos físicos de condensación y evaporación que se producen en la superficie de un sólido y en el se establece un equilibrio entre las fases; sólida liquida y gaseosa.

Arena gruesa

Arena media

Arena fina

Limo Arcilla

250

200

150

100

50

0

+300 +500

2.-AGUA CAPILAR

Es aquella que se eleva sobre el nivel de agua libre gravitacional, es decir por encima del nivel en el cual la presión es igual a la atmosférica, hasta la zona de aireación o no saturada

El comportamiento del agua capilar esta influido por una serie de factores tales como la textura, estructura, movimiento del N.F, etc.

(Esta suspendida en el suelo y no escurre libremente sino que por gravedad)

N.T

Zona de aireación

N.F Agua capilarhc

Agua libre

3.- AGUA GRAVITACIONAL O LIBRE

ES AQUELLA CUYO MOVIMIENTO O ESTADO DE EQUILIBRIO ESTA DETERMINADO FUNDAMENTALMENTE POR LA ACCION DE GRAVEDAD Y SE RIGE POR LAS LEYES DE LA HIDRAULICA

PROBLEMAS PRESENTADOS EN EL AGUA LIBRE

1.- Flujo de Agua (Estudio de leyes que rigen su movimiento)

2.- Efecto sobre las presiones efectivas del suelo.

1.- FLUJO DE AGUA

Existen dos tipos de movimientos de agua

i) LAMINAR (<V)

ii) TURBULENTO (>V)

El movimiento laminar corresponde a la mayoría de los problemas de flujo de

agua en los suelos. Su estudio se hace aplicando la ley de Darcy.(París 1850).

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k = Q

i·A

Donde:Q : Volumen que se descarga en un tiempo ti : Gradiente hidráulicoA : sección del suelo en la dirección normal al flujo

i = h1 - h2

�

LA PERMEABILIDAD ES LA PROPIEDAD DE LOS SUELOS QUE TIENE EL MAS AMPLIO RANGO DE VARIACION

k grava limpia = 10 cm/seg = 1010

k arcilla plástica 10-9 cm/seg

Vd = Q = k·i

A

Plano de

comparaciónsuelo

Línea de energía totalpiezometros

ho

A B C D

Línea de gradiente hidráulico

L

∆h

h1Derrame

1. Evaluación de la cantidad de filtración a través de presas y diques, hacia pozos de agua

2. Evaluación de subpresión bajo estructuras para un análisis de estabilidad

3. Control de velocidad de filtración para evitar erosión de una masa de suelo

4. Velocidad de consolidación

ES LA PROPIEDAD DE UN SUELO QUE PERMITE EL PASO DE UN FLUIDO A TRAVES DE EL, BAJO LA APLICACIÓN DE UNA PRESION HIDROSTATICA.

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CARGA CONSTANTE

Se recoge “Q” en el tiempo “t”

V = - dh

dt

Por lo tanto el flujo resultante hacia la muestra

CARGA VARIABLE CARGA CONSTANTE

(con dispositivo de rebalse)

QL

h

Area “a”

A

h2

h1k = Q·lA·h·t

(cm/seg)

CARGA VARIABLE

qentra = -a·dh

dt

qsale = A·v=A·k·iFlujo a través de

la muestra

Por continuidad

Separando, integrando y partiendo del tiempo t1=0 (Cte de integración = 0)

q entra =q sale =>

K= a·L·ln h1

A·t h2(CM/SEG)

-a dh = A·k·h

dt L

1. SUELO IN-SITU ESTRATIFICADO

2. ESTRUCTURA IN-SITU DISTINTA QUE EN LABORATORIO

3. EFECTOS DE BORDE

4. T✁✁ ✁✁

=> VISCOSIDAD

5. SI k ES MUY PEQUEÑO EXISTE EVAPORACION Y FILTRACIONES EN EL EQUIPO

6. EL GRADIENTE HIDRAULICO i=Dh/L DE LABORATORIO GENERALMENTE ES MUCHO MENOR QUE EN TERRENO

7.- OTROS

LIMITACIONES DE LA DETERMINACION DE k EN LABORATORIO

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1. LA VISCOSIDAD DEL FLUIDO (varia con la temperatura)

%Pasa por #100 (en peso) K�10-3(cm/seg)(suelo>1”)

0 30 a 100

2 3 a 35

4 1 a 15

6 0.2 a 6

7 0.1 a 1

3. PRESENCIA DE DISCONTINUIDADES

2. EL TAMAÑO Y CONTINUIDAD DE LOS POROS Y GRIETAS A TRAVES DE LOS CUALES PASA EL FLUIDO.

• Tamaño y forma de las partículas

• Densidad del suelo (k varia entre 20 veces γγγγdmax y γγγγdmin)• Estructura del suelo

SIFONAMIENTO O EBULLICION

• El sifonamiento es un estado, no un material• El i ascensional para que exista sifonamientoen un suelo c =0,

no cargado es igual a:

σv`= σv-µ = (a·γw+b·γb+∆qs)-h·γw

Si ∆qs=0 y a= 0, c=0

σv`= b·γt - h·γw

i =∆ ht = h-bb b

o h = b (i+1)

∴ σ`= b·γt·-b·(i+1)·γw

Si ∃ SIFONAMIENTO σ` = 0 e i = ic

γt = γw + ic ·γw → ic = (γt - γw) / γw = γb/γw

a

b

γb/γw ≈ 1

Suelo

A

h∆∆∆∆ qs

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CARGAS DE AGUALA FILTRACION DE UN LIQUIDO A TRAVES DE UN SUELO SE DERIVA DE LA RXISTENCIA DE UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL HIDRAULICO ENTRE DOS PUNTOS DE SU MASA.

El potencial entre cada punto puede establecerse de acuerdo con el teorema de Bernoulli:

Z : altura geométricau : presión del liquido sobre la atmósfera

v : velocidad de filtración

La diferencia de potencial entre dos puntos (Dh = ha-hb) genera un gradiente hidráulico, “i”, en la dirección S:

Esta ecuación define dos familias de curvas características, ortogonales entre si: las

líneas de corriente o trayectorias de flujo y las líneas equipotenciales, donde h = cte.

Para caso plano y terreno uniforme

Es despreciable frente a los otros dos

h = z + u + v2

γw 2g

v2

2g

A partir de “i“ se puede establecer la ecuación que rige el movimiento del agua en suelo

Por lo tanto Dh/l

φ= funcion potencial

Ecuación de Laplace(Medio isotropo, bidimensional)

(Si existe anisotropia)

Ds

Dhlim

ds

dhi

Ds 0→−=−=

2

2

2

2

2

2

dz

dKz

dy

dKy

dx

dKx

φφφ⋅+⋅+⋅

02

2

2

2

=⋅

+⋅ zd

hd

xd

hd

1.- VELOCIDAD a la que escurre el agua a través del suelo (Por ejemplo para

determinar el caudal de fugas a través de una presa de tierra).

2.- CONSOLIDACION

por ejemplo : Calculo de la velocidad del asentamiento.

3..- RESISTENCIA

por ejemplo: Calculo del F.S. de un terraplén.

4.- ALTERACIONES como erosión interna, arrastre de partículas, etc..

En problemas de ingeniería de suelos, el agua se considera que fluye de A a B según una línea recta con cierta velocidad efectiva.

- Tamaño del poro

- Posición del poro (distancia entre poros)

La velocidad de escurrimiento es función de :

FLUJO UNIDIMENSIONAL

En estos casos, el gasto de filtración, el gradiente y la carga en cada punto se

obtienen utilizando la ley de Darcy y otros principios básicos de la hidráulica.

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FLUJO BIDIMENSIONAL

- EL POTENCIAL HIDRAULICO- EL GRADIENTE- LA VELOCIDAD- LA DIRECCION DEL FLUJO- EL CAUDAL UNITARIO DE FILTRACION

• Conocidas ambas curvas características se obtiene en cada punto:

Se trata de obtener las dos familias de características. a traves de la funcion de flujo ΨΨΨΨ (x, z) (que da las líneas de corriente) y la función de potencial φφφφ (x, z) (que proporciona las equipotenciales)

PROCEDIMIENTOS DE RESOLUCION DE REDES DE FLUJO

Sistema de cuadrados o rectángulos formados por la intersección de líneas de flujo y líneas equipotenciales o de igual carga potencial (perpendiculares).

RED DE FLUJO

Este problema se presenta en cualquier estructura que tenga contacto con el agua (presas, puertos, etc.)

En estos flujos, los principios básicos con que se resuelven los problemas unidimensionales no bastan. Para ello se recurre al concepto de red de flujo.

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

LA EXPERIENCIA LO MUESTRA Y LA TEORIA LO PRUEBA QUE UNA NAPA

DE AGUA, EL NIVEL PIEZOMETRICO ES EL MISMO EN TODOS LOS PUNTOS.

POR EL CONTRARIO, SI HAY UN

ESCURRIMIENTO (CARACTERIZADO

POR LAS LINEAS DE FLUJO (a, b,

c,...), LOS PUNTOS (A, B, C...)

PRESENTAN EL MISMO NIVEL

PIEZOMETRICO Y ESTAN SITUADOS

SOBRE UNA MISMA SUPERFICIE,

PERPENDICULAR A ESTAS LINEAS

DE FLUJO, ESTAS SUPERFICIES

LLEVAN EL NOMBRE DE

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

c

b

aA

B

C

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A.- RESOLUCION DE LA ECUACION DE LAPLACE MEDIANTE EL

USO DE VARIABLES COMPLEJAS QUE PERMITAN RESOLVER

GRAN NUMERO DE PROBLEMAS DE CONTORNO.

B.- MODELOS ANALOGICOS ELECTRICOS (Se utilizan modelos

bidimensionales, sobre papeles conductores especiales que

simulan el terreno)

C.- METODOS NUMERICOS, RESOLVIENDO LA ECUACION DE

LAPLACE POR DIFERENCIAS FINITAS.

D.- METODOS MANUALES, DIBUJANDO LA RED DE CORRIENTE A

MANO ALZADA, BASANDOSE EN SUS PROPIEDADES.

PARA HALLAR ESTAS FUNCIONES SE RECURRE A LOS

SIGUIENTES PROCEDIMIENTOS: