SEMANA 05 HIDRAULICA SUBTERRANEA

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Mecánica de suelos II
Profesora 
Mg. Luz Matilde García Godos Peñaloza
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La presión intersticial (u) que existe en el suelo con frecuencia es creada por el flujo de agua a través de los poros del suelo.
1. Introducción 
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La diferencia de niveles de agua entre los lados de la presa de concreto crea una infiltración a través de la cimentación 
La presión de poros en el suelo pasa de valores iniciales a finales, que deberán ser compatibles con las nuevas condiciones de frontera hidráulica y con los cambios de volumen que se producen en la masa del suelo 
Flujo transitorio à varía en función del tiempo. 
Flujo estacionario à La presión de poros se equilibra con las nuevas condiciones de frontera y se vuelve independiente del tiempo. 
 
La velocidad con la que se equilibra la presión de poros depende del tipo de suelo 
Arenas y gravas: permiten el flujo rápido y la presión se equilibra rápido. 
Arcillas: el flujo puede demorar años en establecerse (estacionario) y el flujo transitorio se vuelve importante en el estudio de consolidación y expansión de arcillas. 
 
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Problemas típicos de filtración (teoría del flujo estacionario) 
Presa de tierra 
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Flujo en excavaciones en suelos permeables 
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Flujo hacia pozos 
al colocar los pozos, el NF baja y permite excavar o a veces se hace ambas cosas al mismo tiempo 
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El flujo en aguas subterráneas es un flujo laminar (ordenado y en capas, donde cada partícula de agua fluye siguiendo una trayectoria definida), debido a que los poros la mayoría de suelos son pequeños y las velocidades del flujo con bajas 
Al resolver un problema práctico de flujo de agua, se obtiene información fundamental como: 
Gasto de infiltración a través de zona de flujo (Q) à Pérdida a cuantificar 
Influencia del flujo de agua sobre la estabilidad general de la masa de suelo a través de la que ocurre à La presión hidrodinámica puede alterar el gb y el aumento de presión produce la disminución de s y de t 
Las posibilidades del agua de infiltración de producir arrastres de material sólido, erosiones, etc. à Factor de seguridad 
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2. Teoría del flujo estacionario: “Ley de Darcy para el flujo a través de suelos” 
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2. Teoría del flujo estacionario: “Ley de Darcy para el flujo a través de suelos” 
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Darcy concluyó en base a sus experimentos 
Q=k∙i∙A
Q=k∙i∙A
            
 i=∆hL
  
Q: Caudal (tasa de flujo) [m3/s] [l/s] 
k: Conductividad hidráulica (coeficiente de permeabilidad) [m/s] [cm/s] 
A: Sección  transversal al flujo de la muestra 
∆h: Caída de carga hidráulica total 
L: distancia de flujo donde ocurre la pérdida de carga 
i: gradiente hidráulico (pérdida de carga a través de la arena) 
2. Teoría del flujo estacionario: “Ley de Darcy para el flujo a través de suelos” 
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3. Principio de continuidad del flujo 
vx: Velocidad en el punto “x” 
(entrada) 
v(x+∆x) Velocidad en el punto 
x+∆x
 (salida) 
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Las estructuras que se estudian tienden a ser largas en una dirección comparada con las otras dos, por ejemplo: 
Pozos --> el z es largo 
Presas --> el y es largo 
Por lo cual la infiltración se produce en los otros 2 planos. Por tanto, basta con explicar el caso más simple que es el bidimensional (en el eje largo se ignoran los efectos del flujo) 
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Método grafico
Las dos familias de líneas se cortan siempre perpendicularmente ( y es conveniente que formen cuadrángulos con círculos inscritos).
Líneas equipotenciales
Las líneas de flujo se trazan al azar.
Considerar que las líneas equipotenciales y líneas de flujo sean perpendiculares
Luego del dibujo realizado se debe identificar el numero de canales de flujo y numero de caídas de potencial:
La presa debe ser dibujada a escala
Canales de flujo: 
Caídas de potencial: 
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Ejercicio de aplicación 01
LA presa en el grafico esta fundad sobre un deposito homogéneo de arena limosa que tiene coeficiente de permeabilidad k= 4*10-3 cm/seg. 
Calcular el caudal de filtración por debajo de las mismas, el gradiente hidráulico máximo en la salida y la fuerza de sub presión en la base de la presa. Comparar los resultados obtenidos.
Solución:
1. Identificar líneas conocidas
2. Trazar líneas de corriente 
Solución:
2. Trazar líneas de corriente 
Solución:
3.Trazar líneas equipotenciales
Solución:
3.Trazar líneas equipotenciales
Solución:
Solución:
4 .Hallar el caudal de filtración 
4 .Dibujar la pantalla de 2.90 m al inicio y al final, trazar líneas de corriente y líneas equipotencial
Solución:
Solución:
PRACTIQUEMOS:
1. Dibuja la red de flujo y determina el caudal de filtración de la siguiente presa si 
10 m
6 m
2. Dibuje la red de flujo y calcule la perdida de filtración por metro de longitud del pilote (en ángulo recto a la sección transversal mostrada)
Estrato impermeable
1 m
7 m
7 m
3.5 m
1.75 m
suelo
3. Suelo Anisotrópico, Para la presa calcular el caudal de filtración por debajo de la misma considerando un suelo anisotrópico con Kv= 4.10*10-3 cm/seg y kH= 3*10-2 cm/seg
3.3 m