| Número: |
SID 698 |
| Título: |
Flujo de agua en suelos parcialmente saturados y su aplicación a la ingeniería geotécnica |
| Autor(es): |
López Acosta, Norma Patricia
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Mendoza Promotor, José Alfredo
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| Año: |
Febrero 2016 |
| Páginas: |
134 |
| Serie: |
Investigación y desarrollo (azul) |
| Coordinación: |
Geotecnia |
| Resumen: |
En la ingeniería geotécnica, dentro de los problemas relacionados con el flujo de agua, interesa específicamente el suelo y el agua que éste contiene, así como el movimiento de ella a través de sus poros, además de las leyes que rigen este fenómeno. Un aspecto muy importante es la cuantificación de la retención y las pérdidas de agua dentro de la estructura del suelo, no obstante, el énfasis no debe ponerse solamente en cuánta agua fluye a través del suelo, sino también sobre el estado de las presiones de poro, porque esta presión, ya sea positiva o negativa, tiene influencia directa en el estado de esfuerzos y en los cambios de volumen del suelo. Diversas publicaciones abordan el tema del flujo de agua en estado saturado, sin embargo, son pocas las que consideran el flujo en condiciones parcialmente saturadas. En este documento el enfoque principal se pone en el estudio de los suelos parcialmente saturados. Se definen los conceptos particulares más importantes sobre el tema, con la finalidad de dar solución a este tipo de problemas con ayuda de programas de computadora especializados. Una contribución importante del trabajo es hacia la ingeniería geotécnica práctica relacionada con el flujo en suelos no saturados. También se considera que puede ser de gran utilidad para los ingenieros geotecnistas no familiarizados con los problemas de flujo de agua y los análisis acoplados de flujo de agua-estabilidad. Adicionalmente, se considera que puede constituir una guía útil para el empleo de los programas especializados que se exponen en este documento. Como muchos otros problemas de ingeniería, la teoría del flujo de agua en medios parcialmente saturados se plantea mediante ecuaciones diferenciales parciales. Generalmente resulta conveniente determinar su solución con técnicas y métodos numéricos iterativos que relacionan las propiedades de los materiales para calcular la presión de poro, los gradientes hidráulicos, el gasto de infiltración y otras propiedades resultantes de evaluar el comportamiento del suelo o estructuras térreas sujetas a circulación de agua dentro de ellas. En el presente trabajo se plantea una metodología y criterios para resolver este tipo de problemas mediante soluciones numéricas a través del método del elemento finito (MEF). Se implementa el uso de distintos programas de computadora (Seep/W (GEO-SLOPE International, Ltd., 2008); PlaxFlow (Brinkgreve, Al- Khoury, & Van Esch, 2006); y SVFlux (Thode, 2013)), para los análisis de flujo de agua. Así como Slope/W (GEO-SLOPE International Ltd., 2008) y SVSlope (Feng & Lu, 2012),para los análisis de estabilidad. Se explica el empleo de las propiedades y condiciones de frontera que se utilizan en estos algoritmos. Se discute la determinación de las funciones hidráulicas del suelo: a) curva característica suelo-agua, y b) función de conductividad hidráulica (que representan respectivamente las variaciones del contenido de agua en el suelo y de la permeabilidad con respecto a la succión), mismas que se obtienen a partir de pruebas de laboratorio. En esta investigación se demuestra que cuando no se dispone de datos de laboratorio que relacionen la succión con el contenido de agua volumétrico, es posible recurrir a métodos de estimación para definir dichas funciones hidráulicas, los cuales toman como referencia las propiedades índice del suelo (relaciones masa-volumen y granulometría). Adicionalmente, en el trabajo también se exponen los principales métodos de ajuste que se utilizan cuando se tienen datos de laboratorio, pero que debido a lo disperso de los valores resulta necesario aplicar modelos que ajusten o definan la tendencia de éstos para obtener una curva más representativa del material en estudio.
Para demostrar la aplicabilidad de los fundamentos teóricos expuestos, se resuelven dos aplicaciones geotécnicas en las que el medio se encuentra parcialmente saturado. La primera, se trata de un problema real en el que se evalúa el flujo de agua a través de una presa de tierra y enrocamiento, la presa El Oviachic localizada en el estado de Sonora, México. La segunda aplicación, es un problema tipo de una presa de jales construida por el método aguas arriba, en el que los datos considerados en los cálculos fueron asumidos con base en distintas referencias; la finalidad principal de este análisis fue mostrar la metodología que puede seguirse en la solución de un problema acoplado de flujo de agua-estabilidad. Un aspecto importante es la evaluación de la estabilidad tanto 2D como 3D para este tipo de materiales parcialmente saturados. Al final, se proporcionan conclusiones de los análisis efectuados, y algunas recomendaciones para llevar a cabo modelaciones numéricas de problemas en medios parcialmente saturados. |
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