Clase 13 FLUJO BIDIMENSIONAL - PARTE II

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MECÁNICA DE SUELOS
Cap IV. PERMEABILIDAD DE SUELOS E 
INFILTRACIÓN. 
Flujo bidimensional
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL
Mgtr. Francisco Chávez
Ing. Jenny Sánchez
Para que una presa de tierra
funcione eficientemente:
• Que el gasto de filtración no
afecte sensiblemente el
volumen de agua disponible
en el almacenamiento.
• Que las sub presiones por
infiltración no afecten la
estabilidad de la estructura.
• Que no exista peligro de
tubificación
INFILTRACIÓN A TRAVÉS DEL CUERPO DE UNA PRESA DE TIERRA
https://www.youtube.com/watch?v=gJWA4oe_lVQ
https://www.youtube.com/watch?v=gJWA4oe_lVQ
Inestabilidad 
debido a la 
infiltración del agua
Proceso de erosión en retroceso desde la superficie de salida del agua por efecto del
arrastre de las partículas por el flujo de agua saliente, creando un tubo de dimensiones
crecientes, que finalmente lleva al colapso (falla total) de la estructura del suelo
circundante.
Es necesario comprobar 
esta situación potencial 
de inestabilidad al 
diseñar estructuras de 
retención de agua.
TUBIFICACIÓN
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
Falla en la presa de Teton - Tubificación
Ref. “Mecánica de Suelos”. Lambe
“El diseño de un 
sistema de drenaje 
satisfactorio es uno de 
los problemas más 
importantes que 
supone el proyecto de 
una presa de tierra”
Si no hubiera un pie de
enrocamiento, un filtro o
drenaje en la presa, la
línea de corriente
superior, terminaría en el
talud aguas abajo, lo cual
se debe evitar en todo
diseño.
El agua que brotase
arrastraría partículas de
suelo con ella. Este
proceso podría producir
el colapso de la presa.
Para evitar esto se
colocan drenes que
hagan descender la línea
del nivel freático.
• La frontera superior de la zona de infiltración es la superficie freática.
• Para el análisis de la infiltración se trazará la red de flujo dentro del cuerpo de la 
presa; para estos casos se precisa:
• Calcular y dibujar la línea de saturación
• Trazar las líneas equipotenciales y de corriente
• Calcular el punto de pretensión de salida de la línea de superficie freática aguas 
abajo de la presa
LÍNEA DE SATURACIÓN O LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO
• Se trata de la frontera entre suelo infiltrado y suelo permeable no infiltrado.
• Es fundamentalmente una parábola con ciertas desviaciones debidas a las
condiciones locales de entrada y salida.
Detalle de la superficie freática a la 
entrada de una zona de infiltración
CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO 
… CONDICIONES DE ENTRADA
• Figura (a)
• La cara de corriente arriba de la
presa, es la superficie de
entrada de la zona de
infiltración.
• Las líneas de corriente la
intersecan en ángulos rectos.
• Lo anterior se cumple siempre
que la pendiente de la cara
aguas arriba de la presa sea
menor de 90º
CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO 
… CONDICIONES DE ENTRADA
• (Figuras b y c)
• En algunos casos, cuando se
construye un filtro grueso
hacia aguas arriba de la
presa. La pendiente puede
ser igual o mayor de 90º
(figuras b y c)
• Entonces la superficie
freática en la entrada al
cuerpo de la presa es
siempre horizontal.
CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO 
… CONDICIONES DE ENTRADA
Detalle de la superficie freática a la salida de una zona de infiltración sin ninguna
intervención en el pie de la presa.
Beta es el ángulo en sentido antihorario de la superficie de salida de la línea de superficie 
freática con la horizontal.
CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO 
… CONDICIONES DE SALIDA
• En la superficie de salida, la parábola teórica
puede ser modificada en función de las
condiciones de pie de presa.
• Cuando se coloca un filtro de pie de talud con
ángulo β = 180 ° (horizontal), entonces
hacemos que la superficie de salida sea
horizontal y no se requieren correcciones a la
parábola, como se muestra en figura (a).
• Cuando la superficie de salida está formada
por un filtro angular de pie de talud de
material grueso con ángulo 90°<β<180°. La
corrección se lleva a cabo relocalizando el
punto de salida de la superficie freática,
como se muestra en la figura (b).
CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO 
… CONDICIONES DE SALIDA
Wilfredo
con filtro el nivel de agua cae, filtro en la base del talud, un angulo 180°
Wilfredo
un talud inclinado, la forma de la parabola va ir cambiando
Línea de infiltración, 
línea superior de flujo o línea de saturación
Ref. Manual de ingeniería: EM-1110-2-1901. “Engineering and Desing . Seepage analysis and control for US Army Corps of Engineers
Wilfredo
desde el pie del talud hasta el punto que corta el agua (A hasta B)
Wilfredo
Se va escoger con
Wilfredo
se va determinar el punto c
el 0.3 se calcula, b se une con el recorrido de la parabola
Diferentes métodos de cálculo para la determinación De 
la línea superior de flujo
Diferentes métodos de cálculo para la determinación de 
la línea superior de flujo
Ref. Adaptación de la New England Waterworks Association
Wilfredo
mayormente se usa este método
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
el a va ser de manera gráfica
Casagrande (1932 -1933)
Ref. Marsal y Resendiz Nuñez, 1975
Esta solución para el cálculo de “a” es suficientemente aproximada para fines prácticos en el 
intervalo de valores de a 0 a 60º.
Inestabilidad 
debido a la 
infiltración 
del agua
W= 𝜸𝒔𝒂𝒕 − 𝜸𝒘 𝑫 𝒙
𝑫
𝟐
Factor de seguridad contra la tubificación (F):
𝑭 =
𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆
𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂 𝒂𝒔𝒄𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏
=
𝑾
𝒖𝒔𝒙
𝑫
𝟐
Distribución de la presión de infiltración
Wilfredo
problemas si sucede este fenomeno de TUBIFICACIÓN
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
> VA SER LA FUERZA DEL AGUA QUE LA DEL SUELO
Wilfredo
CUIDAR-> FENOMENO
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
MENOR QUE 1
Wilfredo
> QUE 1 NO HAY PROBLEMA
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
PRISMA
Wilfredo
FUERZA ASCENDENTE DEL AGUA:
Wilfredo
PESO DEL SUELO:
Wilfredo
 F=us*(D/2)
Inestabilidad debido a la infiltración del agua
Incrementar la longitud de la trayectoria de flujo
impermeable
Verifique si en el escenario mostrado, se produce tubificación.
Rebajamiento del agua en las excavaciones
¿Para qué es necesario reducir el nivel del agua subterránea dentro o alrededor 
de las excavaciones?
o Producir condiciones secas de trabajo.
o Evitar la elevación hacia arriba en el fondo de las excavaciones.
o Para reducir las presiones sobre soportes laterales temporales.
o Para mejorar la estabilidad de taludes temporales.
o Para reducir el contenido de humedad de terrenos que se vayan a excavar.
Rebajamiento del agua en las excavaciones
Rebajamiento del agua en las excavaciones
Rebajamiento del agua en las excavaciones
Inestabilidad 
debido a la 
infiltración 
del agua
W= 𝜸𝒔𝒂𝒕 − 𝜸𝒘 𝑫 𝒙
𝑫
𝟐
Factor de seguridad contra la tubificación (F):
𝑭 =
𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆
𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂 𝒂𝒔𝒄𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏
=
𝑾
𝒖𝒔𝒙
𝑫
𝟐
Distribución de la presión de infiltración