Fundamentos de Geotecnia

Clase 12

Nicolás Estrada M. Facultad de Ingeniería Depto. de Ing. Civil y Ambiental

Temas a tratar: !10. Esfuerzos en el suelo

10.3. Esfuerzos inducidos por flujo de agua

En esta clase discutiremos otra de las posibles fuentes de esfuerzos en el suelo: los esfuerzos inducidos por flujo de agua en el suelo.

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10.3. Esfuerzos inducidos por flujo de agua

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Empecemos la discusión con una pregunta:

Considere los dos sistemas siguientes:

Deberían ser diferentes los esfuerzos en el punto C? Por qué?

Efectivamente, los esfuerzos se ven afectados por el flujo de agua en el suelo. Para entender por qué, analicemos un ejemplo ...

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Ejercicio 1: !Para los dos sistemas que se muestran en el tablero, calcule los esfuerzos totales, las presiones de poros y los esfuerzos efectivos en los puntos A, B y C. Cómo cambia el esfuerzo efectivo en C como consecuencia del flujo de agua?

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Vimos que los esfuerzos efectivos se ven afectados por el flujo de agua en el suelo. Particularmente, en el caso de flujo vertical hacia arriba el esfuerzo efectivo es:

Y en el caso de flujo vertical hacia abajo el esfuerzo efectivo es:

Lo que implica que el esfuerzo efectivo es inferior al que se obtiene en condiciones hidrostáticas.

Lo que implica que el esfuerzo efectivo es superior al que se obtiene en condiciones hidrostáticas.

En estas ecuaciones hay algunos términos nuevos con respecto a las variables que hemos utilizado en las clases anteriores. La variable \gamma’ se conoce como el peso específico sumergido y es igual al peso específico del material saturado de agua \gamma_{sat} menos el peso específico del agua \gamma_w. La variable i es el gradiente hidráulico, que en las clases anteriores hemos escrito como \Delta h / l.

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Volviendo al caso del flujo vertical hacia arriba:

Puede el gradiente hidráulico aumentar indefinidamente? !Qué pasa si el gradiente hidráulico (o, lo que es equivalente, la velocidad de Darcy) aumenta mucho?

Si el último término de esta ecuación iguala al segundo, el esfuerzo efectivo se vuelve cero y el material se fluidiza (es decir, empieza a comportarse como un fluido). !Esto nos permite definir un gradiente hidráulico crítico, a partir del cual debe ocurrir la fluidización:

Notemos las importantes implicaciones prácticas del fenómeno de fluidización. Como se discutió en clase, una situación práctica en la que debe tenerse en cuenta el gradiente es cuando se hace una excavación que requiera deprimir el nivel freático. En esta situación, el flujo de agua freática puede llegar a levantar el piso de la excavación.

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En este video se muestran algunos experimentos en los que se fluidiza una capa de arena usando un flujo de aire.

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En este video se muestran algunos experimentos en los que se fluidiza una capa de arena usando un flujo de aire.

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Ejercicio 2: !Analice y discuta la situación real presentada en el tablero, en la que es importante considerar los esfuerzos inducidos por el flujo de agua.

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Fin de la clase 12

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