Carreteras

CAPITULO I

(SIFONAMIENTO)

1. FILTRACIÓN VERTICAL. SIFONAMIENTO

La filtración de agua a través del suelo supone una alteración de sus presiones con respecto a la

Hidrostática. Ello produce cambios en las tensiones que actúan sobre las partículas de suelo y

Consecuentemente deformaciones. Vamos Aquí únicamente a describir cualitativamente algunas manifestaciones externas de estos fenómenos.

Cuando el agua está en reposo, su presión aumenta linealmente con la profundidad (ec. 2.1). Si existe Una filtración descendente, ello ocurre porque el potencial disminuye con la profundidad (recuérdese que el Agua se filtra de los puntos de mayor potencial hacia los de menor). Por tanto, teniendo en cuenta la definición Del potencial (ec. 2.4), la presión del agua crece con la profundidad más lentamente que en reposo.

Cuando la filtración es hacia arriba sucede lo contrario y la presión de agua crece con la profundidad más fuertemente que en reposo. Si la gradiente hidráulica es suficientemente elevada, la presión del agua puede llegar a igualar el peso total (Saturado) de la columna de suelo. Al ocurrir esto, los granos no soportan ninguna tensión y, si se trata de un suelo incoherente, se separan unos de otros, transformándose el material en una suspensión de partículas en agua. A este fenómeno se le denomina "sifonamiento" y, como se ha dicho, puede ocurrir (con consecuencias

Catastróficas) en el fondo de excavaciones bajo el nivel freático, siendo también la causa de las llamadas

"arenas movedizas". El gradiente hidráulico crítico, necesario para producir el sifonamiento se obtiene de

(Cuando el nivel de agua está en superficie o por encima):

Valor que oscila entre 0,8 y 1,2 para los suelos normales.

La expresión (2.30) predice que el riesgo de sifonamiento no depende de las características del suelo

(Salvo de su densidad). Sin embargo, en la práctica ello no es así. En suelos gruesos (arenas gruesas o gravas), las partículas suelen tener una graduación de tamaños muy amplia, con lo cual existen segregaciones que Producen zonas localizadas con permeabilidades (y, en consecuencia, gradientes) muy diferentes entre sí. Con Ello, al aumentar el gradiente medio hasta las proximidades de la condición de sifonamiento, éste se produce Antes en unas zonas que en otras. La consecuencia es que, en lugar del sifonamiento global del suelo, lo que se Producen son pequeños sifonamiento locales de las zonas de partículas más finas, dando como resultado la Formación de unos conductos o tubos a través del suelo. En suelos arcillosos, la cohesión existente entre las Partículas impide que éstas se separen, por lo que no se produce el sifonamiento como tal, sino en ocasiones, La rotura en bloques según planos de debilidad o menos coherentes.

2-FUERZAS DE FILTRACION DE SIFONAMIENTO

• El arrastre de suelo suele producirse de forma localizada, lo que es debido a la heterogeneidad del terreno, a la exigencia de fisuras, etc. (flujo no homogéneo).

• Si se produce una concentración de flujo y gradiente, suficiente en las proximidades de la superficie “de salida”, las primeras partículas de suelo podrán ser arrastradas.

• de esta forma, el mecanismo de erosión puede remontar progresivamente hacia el interior del terreno hasta, en caso extremo, conducir a la ruina de la propia obra o de los adyacentes.

• Para establecer la susceptibilidad de un suelo frente a la erosión interna se pueden llevar a cabo ensayos específicos de laboratorio.

2.1 Tres casos básicos para terminar de comprender

Agua en reposo (hidrostática) Flujo ascendente

Flujo descendente

Recipiente (permeámetro) con una masa de suelo de

Altura (L), que se supondrá constituido por una arena

Fina, confinado entre dos rejillas. Por encima del suelo

Existe una lámina de agua libre, cuya cota se mantiene

Constante en todo momento (punto D). Por debajo del Suelo el permeámetro se conecta a un conducto que Termina en otro recipiente anexo, siempre lleno de agua (Hasta el punto A), pero que puede moverse hacia arriba

Luis Ortuño O hacia abajo a voluntad. Finalmente, desde el interior

De la masa de suelo se pueden disponer unos Piezómetros abiertos (P1, P2).

Agua en reposo (hidrostática)

1.- Como el agua está en Reposo, no hay pérdida de Carga (Δh=0), y la altura Piezométrica (h) es Constante en cualquier

A B c D P1, P2 h = h = h = h = h

Punto del fluido)

2.- Eligiendo puntos de h Conocida (superficie libre, (Por ejemplo), se puede Determinar u en cualquier u en cualquier otro punto del fluido:

3.- Tensiones totales verticales

4.- Tensiones efectivas verticales

Flujo ascendente

1.- Basta con observar la Superficie libre en A y en D (Y en los piezómetros), Para comprender que HA>hD, que por lo tanto Hay flujo de A a D y que la Pérdida de carga entre Ambos es Δh. Dicha Pérdida se produce al Atravesar el suelo (se Supone que en el conducto No hay pérdidas, y en la Zona superior de los Recipientes tampoco)

2.- Al suponer que no hay pérdidas de carga donde no hay suelo (en el conducto y en los recipientes superiores), se puede calcular h en los puntos extremos del suelo, B y C.

3.-Suponiendo que la pérdida de carga es constante (suelo homogéneo), el gradiente (flujo ascendente).

Flujo ascendente

4.- A partir de h en cada punto se pueden calcular la ley de presiones intersticiales en

El suelo, que resulta superior la hidrostática.

Flujo ascendente

5.- La presión vertical efectiva en B resulta entonces (menor que en el caso hidrostático).

6.- La expresión de σ’vB sugiere que si Δh i) es suficientemente grande, la presión efectiva en B

Podría resultar nula, situación que se conoce como sifonamiento. En estas condiciones, un suelo Sin cohesión pierde completamente su resistencia al corte y pasa a comportarse como un fluido. Un ejemplo típico de este caso serían las arenas movedizas

Flujo ascendente

7.- En definitiva, el sifonamiento (σ’vB =0) se alcanzaría para un gradiente determinado iC, Llamado gradiente crítico:

8.- Si se tiene en cuenta que un orden de magnitud habitual para la densidad saturada

De un suelo es γsat = 20 kN/m3 y que la densidad del agua es próxima a γw = 10 kN/m3, el Gradiente crítico suele encontrarse en torno a iC=1.

CAPITULO II

(TUBIFICACIÓN)

2.1 Resumen

Se describen los procesos erosivos conocidos como tubificación retrógrada, y tubificación en suelos dispersivos. También los asociados de levantamiento o “reventón” de suelos y la ruptura hidráulica.

En el caso de estructuras hidráulicas adicionadas a la presa (obras de toma, descargadores de fondo, vertederos) las diversas protecciones utilizadas, se han puesto en discusión última- mente al cuestionarse el paradigma de “las múltiples líneas de defensa”.

Se observa un avance hacia un sistema integrado donde los filtros de aguas abajo, correctamente diseñados, sirven a los fines de protección de deslaves de suelos finos, permitiendo el sellado de las grietas y fugas eventuales. Muchas veces han evitado las fallas de las presas al permitir la evacuación ordenada (sin provocar erosión) de los caudales que sobrepasan las pan- tallas y delantales.

2.2-DEFINICION

Tubificación es cuando el agua reacciona con un suelo disolviendo sus partículas y

generando un espacio hueco en una masa o capa del subsuelo.

El ejemplo mas común de este fenómeno es el de cavernas al interior de las montañas, en donde puedes hallar enormes espacios huecos cubiertos por fuertes

capas de material consolidado.

En obras de ingeniería civil suele verse reflejado en suelos reactivos al agua (ejemplo serían lo que en mi país llamamos tierra blanca) que es un limo proveniente de cenizas volcánicas que se disuelve (no recuerdo si esta palabra sería correcta) y genera pequeñas cavernas. Como el agua corre hacia donde el estrato está menos consolidado o si se encuentra con un tramo de roca, se genera una caverna alargada como tubería, de ahi el nombre.

2.3 La fuerza de filtración y el gradiente crítico

Un flujo de agua surge por una diferencia de energía (dada por la carga o diferencia en el nivel de agua) entre dos puntos.

Gradiente hidráulico es la diferencia de carga de agua entre dos puntos, dividida por la dis- tancia (trayectoria) entre los mismos (i= h / L). El flujo ejerce en un nivel dado de una masa del suelo además de la presión hidrostática, otra (= h* agua, Figura 1) que se debe exclusiva- mente a la carga hidráulica. Esta es la presión de filtración:

pf= h * agua= i*L* agua

FIGURA 1

El flujo tiende

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