GEOLOGIA Y GEOTECNIA 2016 - fceia.unr.edu.ar de filtracion... · suelos 2-3) Trazado de la red de...
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GEOLOGIA Y GEOTECNIA2016
REDES DE FILTRACIÓN
Ing. Silvia Angelone
Ing. M. Teresa Garibay
Desarrollo de la clase1) INTRODUCCIÓN
1-1) Características de la masa de suelo1-2) Aspectos geotécnicos del movimiento del agua en el suelo
2) REDES DE FILTRACIÓN2-1) Conceptos generales2 1) Conceptos generales
2-2) Ecuaciones hidrodinámicas que rigen el flujo de agua a través de los suelos
2-3) Trazado de la red de flujo2-3-1) Condiciones hidráulicas de borde2-3-2) Recomendaciones para el trazado de la red de flujo
2-4) Cálculo del gasto o caudal en suelos isótropos
2-5) Cálculo de presiones en el agua dentro de la masa de suelo2-5) Cálculo de presiones en el agua dentro de la masa de suelo
2-6) Estabilidad del suelo2-6-1) Gradiente hidráulico crítico2-6-2) Defensas contra la erosión
2-6-2-1) Filtros naturales2-6-2-2) Filtros con geosintéticos
2-7) Cálculo del gasto o caudal en suelos anisótropos
3) ANALISIS DE FILTRACIONES UTILIZANDO SEEP/W – GeoStudio 2007
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BIBLIOGRAFÍA
• Terzaghi y Peck: arts 11, 12, 22 y 23
• Baja Das. Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Cap. 4
• Apunte de Geología y Geotecnia. FILTRACIONES (2010)
Problemas de Filtración
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Problemas de Filtración
Problemas de Filtración
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Cuestiones a determinar
El gasto o caudal de filtración a través de la zona de flujo
Las presiones dentro de la masa de suelo
Las sobrepresiones de filtración
La influencia del flujo de agua sobre la estabilidad general de la masa de suelo a través de la que escurre.
Las posibilidades del agua de infiltración de producir arrastres de material sólido, erosiones, tubificación, etc.
Las presiones sobre las estructuras.
Hipótesis de partida
Suelo y agua incompresibles. Vv = cte
Régimen permanente. Flujo estacionario
Flujo laminar. Velocidad de filtración baja
Válida la ley de Darcy. (v =k i)
k = constante k constante
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Resolución del ProblemaSe parte de la ecuación de continuidad de Laplace que
gobierna la filtración de cualquier líquido incompresible a través de un medio poroso
02
2
2
2
2
2
zh
kyh
kxh
k zyx
través de un medio poroso
Para el plano y con un suelo isótropo respecto a la
02
2
2
2
zh
xh
Para el plano y con un suelo isótropo respecto a la permeabilidad: kx = kz
Resolución de la ecuación de Laplace
Dos familias de curvas ortogonales entre sí
Líneas de Flujo - Ψ(x, y) = cte
Es una línea a lo largo de la cual de una partícula de agua viaja de aguas arriba a aguas
abajo en medio del suelo permeable
Líneas Equipotenciales Φ(x y) cteLíneas Equipotenciales - Φ(x, y) = cte
Es una línea a lo largo de la cual la carga potencial o nivel piezométrico es igual en todos
sus puntos
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Resolución del ProblemaTrazado de las REDES DE FLUJO
Conjunto de líneas de flujo y líneas equipotenciales
Condiciones de Borde
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Trazado de las restantes Conjunto de líneas de flujo y líneas equipotenciales
Cuestiones a determinar
El gasto o caudal de filtración a través de la zona de flujo
Las presiones dentro de la masa de suelo
Las sobrepresiones de filtración
Las presiones sobre las estructuras.
La influencia del flujo de agua sobre la estabilidad general de la masa de suelo a través de la que escurregeneral de la masa de suelo a través de la que escurre.
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Cálculo del CaudalcteAikq
1 1 2 2i A i A
2110 hhhhh
1 1 2 2
2
2
1
1
L
bah
L
bah
hi: altura piezométrica en cada una de las equipotencialesLi: distancia entre las líneas equipotenciales consecutivas
2
2
1
1
L
a
L
a
Campos cuadrados
Cálculo del Caudal
baikAvAvAvq 2211
ah
kaikq
aL
kaikq
fN
c
hh
N L
a
N
Nhkq
c
f
N
c
f
N
Nhkq
10
Cálculo del Caudal
4Nf 10N 10Nc
f
N
Nhkq
h
cN
.cteNN
c
f
Factor de Forma
Cálculo del Caudal para kx ≠ kzTRAZADO DE UNA RED TRANSFORMADA
02
2
2
2
zh
kxh
k zx0
12
2
2
2
zh
kk
xh
kk
z
z
x
z
22 hh
x
zT k
kxx 02
2
2
2
zh
x
h
TRed cuadrada
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Cálculo del Caudal para kx ≠ kzTRAZADO DE UNA RED TRANSFORMADA
02
2
2
2
zh
x
h
T
Red cuadradaz
xT k
kxx
bb
xT =b
Cálculo del Caudal para kx ≠ kzTRAZADO DE UNA RED TRANSFORMADA
R d d d 1
bh
kAikq
1 b
xh
kq x qqT
Red cuadrada 1 bx
kAikqT
eeT
xze kkk
x
c
fe N
Nhkq
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Cuestiones a determinar
El gasto o caudal de filtración a través de la zona de flujo
Las presiones dentro de la masa de suelo
Las sobrepresiones de filtración
Las presiones sobre las estructuras.
La influencia del flujo de agua sobre la estabilidad general de la masa de suelo a través de la que escurrede la masa de suelo a través de la que escurre.
Cálculo de presiones en el agua dentrode la masa de suelo
h
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Cálculo de presionesen el agua dentrode la masa de suelo
Presión neutra:
( )cAA w
c
Nsp h h
N
Sobrepresión de filtración
1 1( ) ( )cAA A cA w A w
c
Nu h h N h h h h
N
Presiones en el agua dentro de la masa de suelo
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Cuestiones a determinar
El gasto o caudal de filtración a través de la zona de flujo
Las presiones dentro de la masa de suelo
Las sobrepresiones de filtración
Las presiones sobre las estructuras
La influencia del flujo de agua sobre la estabilidad general de la masa de suelo a través de la que escurrede la masa de suelo a través de la que escurre
Cálculo de presión de filtración
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Cuestiones a determinar
El gasto o caudal de filtración a través de la zona de flujo
Las presiones dentro de la masa de suelo
Las sobrepresiones de filtración
Las presiones sobre las estructuras
La influencia del flujo de agua sobre la estabilidad general de la masa de suelo a través de la que escurrede la masa de suelo a través de la que escurre.
Cálculo del gradiente hidráulico de salida
0´´ ziz w
i´ i ´/iw wci /
ii
dN
h
d
hi
cs
cs ii
Planteos de soluciones posibles
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Correcciones del gradiente hidráulico de salida