237433 Materialdeestudioparteiiidiap385 504 Parte 3

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385 11 Aos Capacitando a la Comunidad Minera Global

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ISO

9001

Pasos a seguir (mtodo edomtrico)

El mtodo permite en forma sencilla incorporar la variacin temporal de asientos tericos previstos

El tiempo de asiento es:

T, factor de tiempo adimensional, en funcin del grado de consolidacin U Hd, espesor del terreno que drena hacia las superficies permeables Cv, coeficiente de consolidacin

t =T .H

Cd

2

3. PRINCIPIOS DE MECANICA DE SUELOS II 3.2 Anlisis de Asentamientos


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9001

Valores del grado de consolidacin U p/distintos valores del factor

tiempo T (drenaje por ambas caras del estrato)

Valores de U (%)

T

0.004 7,14 6,49 0,98 0,80

Forma de la ley de sobrepresiones producidas por la carga

Caso 1 1 2 3 4

0.008 10,09 8,62 1,94 1,600.012 12,36 10,49 2,92 2,400.020 15,96 13,67 4,81 4,000.028 18,88 16,38 6,67 5,60

0.036 21,40 18,76 8,50 7,200.048 24,72 21,96 11,17 9,600.060 27,64 24,81 13,76 11,990.072 30,28 27,43 16,28 14,360.083 32,51 29,67 18,52 16,51

0.100 35,68 32,88 21,87 19,770.125 39,89 36,54 26,54 24,420.150 43,70 41,12 30,93 28,860.175 47,18 44,73 35,07 33,060.200 50,41 48,09 38,95 37,04

0.250 56,22 54,17 46,03 44,320.300 61,32 59,50 52,30 50,780.350 65,82 64,21 57,83 56,490.400 69,79 68,36 62,73 61,540.500 76,40 76,28 70,88 69,95

0.600 81,56 80,69 77,25 77,250.700 85,59 84,91 82,22 82,220.800 88,74 88,21 86,11 86,110.900 91,20 90,79 89,15 89,151.100 93,13 92,80 91,52 91,521.500 98,00 97,90 97,53 97,532.000 99,42 99,39 99,28 99,28

Caso I Caso 2 Caso 3 Caso 4

2H


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9001

Ejemplo de obtencin de Cv (coeficiente de consolidacin)

0350

0300

0400

0450

0500

Asi

ento

s en

mm

.

01 1 10

Tiempo t, minutos.

100 1000



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9001

A

1. Extraccin de muestras representativas

4. Obtencin de las tensiones efectivas iniciales y el incremento de tensin producido por la cimentacin.

q

H

N.F.

2- Ensayoedomtrico

0,600

0,580

0,560

0,540

0,520

Indi

ce d

e po

ros

0,500

0,480

0,460

0.1 1 10 100

= 0,1000.600 - 0,500

log==

log10Pt1p

Presin Kp/cm , p

3. Obtencin de C a partir de la curva edomtrica, (En la figura se indica la Construccin de Casa- grande para obtener la presin de preconsolidacin p.).

2


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9001

5. Clculo del asiento edomtrico

S =H

C log

0300

0350

D = 0,0318 Altura inicial = 10 mm

0,197 x 0,9964 x 3,4 x 60

= 2,3 x 10 cm /seg

D = 0,0405

D = 0,0492

t = 3.4 min

10

100

10

-4 2C =

0400

0450

0500

01 1 10 100 1000

Asi

ento

s en

mm

.

Tiempo t, minutos.

6. Obtencin de coeficiente de consolidacin, C

7. Clculo de la curva asientos de la cimentacin - tiempo

C l + e 00

0

A +

A

A



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Mtodo elstico

De muy rpida aplicacin, requiere una estimacin muy acertada de los parmetros en juego, lo que en la prctica

es difcil

Estimaciones de E y n:

E = K. cu E, mdulo de elasticidad sin drenaje K, coef, entre 200 y 500 cu, resistencia a compresin


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Mtodo elstico

De muy rpida aplicacin, requiere una estimacin muy acertada de los parmetros en juego, lo que en la prctica

es difcil

Estimaciones de E y n:

Arcillas duras preconsolidadas 0,15 Arcillas medias 0,30 Arcillas blandas normalmente c. 0,40 Arcillas y suelos granulares 0,30



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Algunos ejemplos de soluciones p/mtodo elstico

Carga rectangular

Forma de la carga

Cuadrada m = 1

K

en

el c

entroRectangular: m = 1.5

m = 2

1.12 0.95 0.881.36 1.15 1.081.53 1.30 1.221.78 1.53 1.441.96 1.70 1.612.10 1.83 1.722.23 1.962.33 2.042.42 2.122.49 2.192.53 2.25 2.122.95 2.643.23 2.883.42 3.073.51 3.224.00 3.691.00 0.85 0.79 (= /4)

m = 3 m = 4 m = 5 m = 6 m = 7 m = 8 m = 9 m = 10 m = 20 m = 30 m = 40 m = 50 m = 100

Circular: Dimetro = 2a

m = h / n

Valores de K

Esquina Centro V.Medio Carga rigida

0

0.64

00

1 2

= 2a

2a2b

pE

(1 - v )K2 0


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Carga rectangular o circular

q

r = ar = a

h hbb

a

a

z m =ba

A

z z

y ybase rgida

base rgida

z



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9001


Carga rectangular o circular

Valores de K

S =2aq (1 - )v

EK

K = K

K = K 12

2 en el centro

en A o en el borde de la carga circular

Rectangulo

h/a

Circulode

radio= a m = 1

r = 0 u=0

0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.000.2 0.10 0.08 0.10 0.08 0.10 0.08 0.10 0.08 0.10 0.08 0.10 0.08 0.10 0.08 0.10 0.080.5 0.26 0.22 0.26 0.21 0.22 0.21 0.25 0.21 0.25 0.24 0.25 0.21 0.25 0.21 0.25 0.211 0.50 0.45 0.51 0.44 0.51 0.44 0.51 0.43 0.51 0.43 0.51 0.43 0.51 0.43 0.51 0.432 0.72 0.68 0.77 0.72 0.85 0.77 0.87 0.78 0.88 0.78 0.88 0.78 0.88 0.78 0.88 0.783 0.81 0.78 0.88 0.84 1.00 0.94 1.07 0.99 1.12 1.02 1.13 1.02 1.13 1.02 1.13 1.025 0.89 0.87 0.98 0.95 1.14 1.10 1.24 1.19 1.36 1.29 1.44 1.34 1.45 1.34 1.45 1.347 0.92 0.90 1.02 1.00 1.20 1.17 1.32 1.29 1.47 1.42 1.60 1.52 1.64 1.54 1.65 1.54

10 0.94 0.93 1.05 1.04 1.25 1.23 1.39 1.36 1.56 1.53 1.75 1.69 1.87 1.77 1.88 1.771.00 1.00 1.12 1.12 1.36 1.36 1.52 1.52 1.78 1.78 2.10 2.10 2.53 2.53

r = 0 u=0 r = 0 u=0 r = 0 u=0 r = 0 u=0r = 0 u=0 r = 0 u=0 r = 0 u=0

m = 1.5 m = 2 m = 3 m = 5 m = 10 m = 8

8 88

FajaInfinita

0

0


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9001

En el anlisis de empuje de suelos a estructuras de retencin,

se involucran todos los problemas que se le presentan al

ingeniero para determinar las tensiones en la masa del suelo

que actan sobre una estructura.

El tipo de empuje depende de la naturaleza del suelo y del tipo

de estructura (interaccin).

3. PRINCIPIOS DE MECANICA DE SUELOS II 3.3 Presin de tierras s/elementos de soportes


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La mecnica de suelos se basa en varias teoras para calcular la

distribucin de tensiones que se producen en los suelos y

sobre las estructuras de retencin.


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Vauban, en 1706, se interesa por el tema en sus tratados.

Coulomb (1776), fue el primero que estudi la distribucin de tensiones sobre muros.

En 1875, Rankine public sus experiencias.

En el siglo XX se conoce la teora de la cua, de varios autores (especialmente Terzaghi).



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Acciones sobre una estructura de contencin

w

R

E

E

A

E = Empuje en el trasdsA = Acciones exterioresW = Peso propio de la estructuraE = Reaccin en el pieR = Reaccin en la base

T

R

T

e

tr

rR


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El elemento de soporte de suelos, sea cual fuere, deber

disearse para:

Soportar los empujes del terreno y acciones exteriores, manteniendo la integridad del material que la conforma.

Transmitir a la zona baja del elemento, o en su caso a la excavacin, estas acciones en condiciones aceptables por

el terreno.



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Tipos de estructuras de soporte de suelos:

Estructuras rgidas: cumplen su funcin sin cambiar su forma. Giros y desplazamientos, no deformaciones por

flexin o acortamiento.

Estructuras flexibles: cumplen su funcin con deformaciones considerables frente a las acciones

exteriores.


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Estructuras rgidas:

a) Mamposteria b) Hormign en masa



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Estructuras rgidas:

c) En T d) En L


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Estructuras rgidas:

Contrafuertes f) Muro jaula



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Estructuras rgidas:

Escamas

Armadurametlica

Textiles

h) Suelo reforzadoh) Suelo reforzadog) Tierra armada


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Estructuras flexibles:

a) Tablestaca en voladizo b) Tablestaca anclada c) Pantalla in situ armada y anclada



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9001


Cable depretensado

d) Pantalla in situ pretensada e) Pilotes tangentes f) Pilotes independientes


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Distinta tipologa para pantallas

a) En voladizo b) Un anclaje c) Varios anclajes d) Apuntalada



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9001

Estados lmites:

El empuje sobre la estructura, proviene del desequilibrio tensional que produce la materializacin de la obra que separa las dos cotas.

Ejemplo idealizado: introduccin de una pantalla en el terreno, y posterior quita del suelo en uno de sus lados.

Se definen empujes: Activo

Pasivo


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Estados lmites:

Superficie

a) Estado inicial b) Estado activo c) Estado pasivo

A A A

A

A

A

HO HO HOHO

VO VOVOZ



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Estados lmites:

Movimiento hacia laexcavacin

Movimiento hacia el terreno

Estado activo

Estado inicial

Estado pasivo

Tens

ione

s o

empu

jes


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Estados lmites:

Movimiento

Empujeactivo

Empuje pasivo

F

db

a

0



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Empuje activo:

Empuje pasivo:

4

4

2

2

+

+


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Determinacin del empuje activo. Teora de Coulomb.

Hiptesis:

Cua de empuje, superficie rotura plana. Suelo istropo, homogneo, con friccin, en el plano de

rotura, se cumple:

Se determina la direccin del empuje por equilibrio de fuerzas.

Punto de aplicacin sobre el trasds, en base al centro de gravedad de la masa del suelo.

= c + tg



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9001

Determinacin del empuje activo. Teora de Coulomb.

BB

RR

-E

-E

O

AA

+B

+Q

a) Empuje sobre el muro a) Equilibrio de fuerzas en la cua c) Deduccin del valor de E

E

H

o

t

t

t

t

t

t

w

w

w


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El mtodo de Coulomb, lleva a la siguiente expresin:

El valor de Ka se determina como:

E = 12

2H K

K =sen . cos ( )

sen ( + )sen ( - )cos ( - )

cos ( + ) +

2

t a

a



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9001

Se repite el mtodo para distintas cuas, de manera de

encontrar aquella con la que se logre el mayor empuje.

Mtodo grfico de Culman:

LINEA 1

1

CUA 12

3

B

A

O

OA = W = Peso cua 1AB = // Lnea 1E = Max. empuje (emp.activo)

W W W

+ E 0

3 2 1


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Incorporacin de sobrecargas en el mtodo de Coulomb

La teora de Coulomb supone distribucin de empujes lineal

sobre el trasds.

El empuje unitario valdra ea= Ka.g.z, inclinado un ngulo d

respecto a la normal del trasds.

La distribucin del empuje es

lineal, parte de cero en la cabeza

del muro, hasta el valor mximo en

la parte ms baja del trasds.

Z

e

e =

z

z azk



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9001

Incorporacin de sobrecargas en el mtodo de Coulomb

Si sobre la coronacin acta una sobrecarga, se puede

demostrar que el empuje unitario es:

Es decir que la distribucin del

empuje es lineal, y el efecto de

una sobrecarga sobre ste, se

consigue aadiendo un valor

constante.

Z

e

e =

z

z azk + pK cos

cos( - )

e = K . . z + K .p .a acos

cos( - )


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Teora de Rankine

Considera el semiespacio en plasticidad, en equilibrio lmite.

Se utiliza por su sencillez y cuando se dan sus hiptesis, si bien

son algo groseras sirven para realizar clculos sencillos.

HE

E = HK

A

A A



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Teora de Rankine

Supone:

El paramento del muro (trasds) es vertical.

No hay rozamiento muro-terreno ( = 0). Direccin de E paralela a superficie libre del terreno. Los planos de falla siempre forman con el principal mayor un

ngulo c = (/4 + /2).

Considera e1=g Htg(/4 - /2) e1 Hgeq (geq, densidad de un lquido equivalente).

HE

E = HK

A

A A


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Teora de Rankine

Muro vertical, coronacin horizontal:

(sin sobrecarga) e = zK = ztg (45 - )

(sin sobrecarga) e = zK + pK = ( z+ p)tg (45 - )

z a

aaz2

22

2



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Teora de Rankine

Muro vertical, coronacin horizontal, carga concentrada:

H

Z =

nH

R

x = m H

Carga lineal Q

PARA m < 0,4

PARA m < 0,4

RESULTANTE P

H

H

0,64 Q

(m +1)H

H

H

H L

L

P = 0,55

Q

Q

Q

0,20 m

1,28 m n

(0,16 + n )2

(m + n ) 2

2

2

2

2 2

L

L

( )=

( )=

t

PHH

h

=


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Teora de Rankine

Muro vertical, coronacin horizontal, carga concentrada:

H

Z =

nH

R

x = m H

Carga lineal Q

PARA m < 0,4

PARA m > 0,4

H

H

H H

H

H

Q

Q

0,28 n

1,77 m n

(0,16 + n )3

(m + n ) 3

2

22

2 2

2

2 2

2

P

P

( )=

( )=

= cos (1,10)

t

PHH

h

=



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Teora de Rankine

Efecto del agua:

H H.Kw a

N.F

N.F

Empuje agua Empuje suelo(con su inclinacincorrespondiente)

a) Nivel fretico en coronacin

H


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Teora de Rankine

Efecto del agua:

N.F

hH

Empuje agua

b) Nivel fretico intermedio

Empuje suelo(con su inclinacin)

.h K a

w.(H - h) a[ h + (H-h)]K

V

V V V



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Teora de Rankine

Efecto de la cohesin:

La cohesin se opone a la extensin que se produce de pasar del estado de reposo al activo.

Incorporando los efectos de la cohesin

En estado activo, se produciran grietas en la coronacin hasta una profundidad ho, en donde el empuje es nulo.

e = zK - 2c K

h = 2c / K

a

a0

z


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Teora de Rankine


a) Estado inicial de empujes



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Teora de Rankine


Considerar que la cohesin es favorable, pues disminuye

empujes, y el coste de la estructura.

h

e

o

o az = y (Z - h ) K.Z

b) Apertura de grietas y estado final


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El terreno, frente a cualquier solicitacin externa, reaccionar

deformndose.

Como se ha visto, la deformacin puede ser dentro del

campo elstico, o llegar a estados lmites.

En todo caso, dicha deformacin depender tanto de la carga

misma, como de las caractersticas geotcnicas del terreno.

3. PRINCIPIOS DE MECANICA DE SUELOS II 3.4 Capacidad de carga en suelos


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9001

Cuando en la masa del suelo se vencen sus propiedades de

resistencia, el terreno se rompe.

En cimentaciones, se producen deformaciones en la medida

en que se aplican cargas. Al aumentarse progresivamente,

llega un momento en que se produce la rotura, y se producen

deformaciones sin aumento de carga.

En ese momento se produce un hundimiento del terreno, bajo

la accin de dicha carga


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Carga de hundimiento:

El hundimiento de una cimentacin supone asientos grandes y graves, generalmente acompaados de giros o

vuelco de la estructura sustentada.

A la carga de hundimiento tambin se la denomina carga de rotura, capacidad de carga ltima o capacidad portante

ltima.



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Carga de hundimiento:

Segn la estructura y el tipo de terreno, hundimiento:

1. por rotura generalizada,

2. por rotura local,

3. por rotura por punzonamiento.


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1. Rotura generalizada:

Generalmente por corte, en cimentaciones superficiales.

Se da en arena densa (el ndice de densidad es Id 1) y

arcillas medianamente blandas pero con carga rpida, sin

drenaje.

Qcarga

asie

nto

q

Id = 0,78

h



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2. Rotura local:

La plastificacin total no se establece sbitamente, pasa por

un perodo de plastificacin contenida.

Es una rotura por corte, en bordes bajo zapata. Se da en

arena medianamente densa (Id 0,61), y arcillas y limos

blandos.

Qq carga

qh

ad

asie

nto


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CERTIFICAN:



ISO

9001

3. Rotura por punzonamiento:

Tpico de cimentaciones profundas, rompe segn unos planos

de corte.

En arenas muy sueltas, flojas (ndice de densidad Id0,32.), y

en arcillas y limos blandos.

Q

Punzonamiento

carga

Id = 0,32

asie

nto



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ISO

9001

Carga admisible

A la carga de hundimiento se le suele aplicar un coeficiente reductor (factor de seguridad) .

Este FS, depende de la fiabilidad de los parmetros obtenidos, funcin de la calidad del informe geotcnico, y

de los mtodos aplicados.

Se intenta asegurar que se est en un campo elstico de comportamiento.


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ISO

9001

Carga admisible.

A veces se la relaciona con una deformacin dada por el tipo

de estructura.

SuperficieBxL

Q

B

Dominioelstico

Suelomuycomprensible

Suelopococomprensible

S

qq q 3

adh

h



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ISO

9001

Carga admisible: Algunos ejemplos de coeficientes de

seguridad utilizados en el diseo de cimentaciones.

DIN 1054 (nov 1969)

Caso de carga*

1 2 3

Frente al hundimiento Frente al deslizamiento Frente a la subpresin

2 1,5 1,1

1,5 1,35 1,1

1,3 1,2 1,05

* Caso 1 : Cargas permanentes y sobrecargas de actuacin frecuente (incluido el viento). Caso 2 : Sobrecargas que actan adems de las del caso 1, pero no de forma regular. Cargas de construccin. Caso 3 : Sobrecargas extraordinarias superpuestas a las del caso 2, como los efectos ssmicos, derrumbe de instalaciones

de obra, etc.


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ISO

9001

Carga admisible: Algunos ejemplos de coeficientes de

seguridad utilizados en el diseo de cimentaciones.

Cdigo Dans de Cimentaciones (1978)

Smbolo

f Angulo de rozamiento interno

Cohesin (estabilidad y empujes)

Cohesin (capacidad portante)

Cohesin portante de pilotes:- Sin pruebas de carga- Con pruebas de carga

1,2 1,1

1,5 1,4

1,75 1,6

2,0

Los valores indicados deben multiplicarse por 1.25 para obras de difcil control o en condiciones deficientes.Peso propio + sobrecargas + nieve o peso propio + vientoPero propio + sobrecargas + nieve + viento.

1,81,6 1,45

f

f

f

c

c

b

123

Coeficiente parcial paraCombinacin de cargas

Normal Extraordinaria2 3



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ISO

9001

Determinacin de la carga de hundimiento

Prandtl estudia el caso de una cimentacin en faja indefinida

sobre la superficie del semi espacio de Boussinesq, con relleno

de terreno de Coulomb (pero sin peso). Q

cimentacin

q

D

C

A

B

A

Zona I

(II)

C

D

Zona II

(sobrecarga)q


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CERTIFICAN:



ISO

9001


Supone que no existe rozamiento zapataterreno; por tanto,

en el contacto las tensiones son normales a la superficie y de

valor igual a p.

El estado de tensiones de todos los puntos de la cua ABA se

representa en el mismo crculo de Mohr: zona de plasticidad

uniforme, correspondiente al estado activo de Rankine.



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CERTIFICAN:



ISO

9001


La plastificacin tambin se produce por la actuacin de una

presin uniforme sobre la superficie del semiespacio: existen

las cuas simtricas ACD y ACD en estado pasivo de Rankine.

Las zonas entre ambas cuas estn en plasticidad radial; las

lneas caractersticas convergen en los puntos singulares A y

A, y son rectas; la otra familia de lneas es de espirales

logartmicas.


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CERTIFICAN:



ISO

9001


Se expresan las condiciones de contorno para que se cumpla

el equilibrio plstico.

Se suponen las tensiones normales como principales (las

tangenciales nulas t = 0).

Se examinan las fuerzas que actan sobre el volumen de suelo

y se aplica la condicin de equilibrio MA = 0.



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CERTIFICAN:



ISO

9001


Se analizan dos casos: suelo sin cohesin y cohesivos.

P/2

(I)

(I)

B

(B)

3(h)1(v) 1(h)

3(v)( /4 + /2) ( /4 + /2)

( /4 + /2)

C

G T

N

(II)

(II)

(C )

M A E

EE

q

pa


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9001


Suelo sin cohesin:

p = q

N es el factor de capacidad portante de Prandtl

P

P

q

q

. tg (45 + /2)e = q. N2 /2.tg



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9001


Suelo cohesivo:

Relacin entre coeficientes:

p = q

p = q .N + c.N

N = (N - 1) cot gP P

PP

q q

qq

. tg (45 + /2)e + c.c tg. [tg (45 + /2)e -1]2 2/2.tg


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9001


Terzaghi (1943).

Estudia la carga de hundimiento de suelo con peso y cohesin

(para carga en faja indefinida).

P

A

(3 /4 - /2)

( /4 - /2)

q

BE EA P



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ISO

9001


Terzaghi (1943).

donde:

ph : carga unitaria de hundimiento (unidades de tensin). q : sobrecarga a nivel del plano de cimentacin (unidades de tensin).

Nq : factor de capacidad portante, adimensional, de valor:

P =q . N +c.N + B.N

N =2cos (45 + /2)

e

h

q

tg32

2

q c 2

1


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9001


Terzaghi (1943)

donde:

c : cohesin (unidades de tensin); Nc : factor (adimensional) de capacidad portante correspondiente a la cohesin, de valor:

P =q . N +c.N + B.Nh q c 21

N =cot g .(N -1)qc



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ISO

9001


Diversos autores mejoran esta ecuacin. Interesa la propuesta

por Brinch-Hansen (1961):

donde: P : carga total de hundimiento de la cimentacin; A : rea de la cimentacin; ph : carga unitaria de hundimiento; di : coeficientes de profundidad; si : coeficientes de forma; ii : coeficientes de inclinacin.

P/A = p =q.N .s d i + c.N .s d i + .B.N . s d ih q q qq c c c c 21


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ISO

9001

N N N /N tgNq c cq0 1,00 5,14 0,00 0,20 0,00

Coeficiente de forma s

Coeficientes de inclinacin i

i =

i = (i )

1 - i

tgNi = i

Forma de lacimentacincorrida

rectangular

cuadrada ocircular

1+(B/L)tg 1+(B/L)(N /Nc)

1+(N /Nc)

1 -0,4 B/L

0,61+tg

1,00 1,00 1,00

S S Sq c y

q

q

i

i

q

y

c cc

si = 0;qq

2

2q

1 -H

V + BL ccotg

1 1,09 5,38 0,07 0,20 0,022 1,20 5,63 0,15 0,21 0,033 1,31 5,90 0,24 0,22 0,054 1,43 6,19 0,34 0,23 0,075 1,57 6,49 0,45 0,24 0,096 1,72 6,81 0,57 0,25 0,117 1,88 7,16 0,71 0,26 0,12

42 85,39 93,71 155,55 0,91 0,9043 99,02 105,11 186,54 0,94 0,9344 115,11 118,37 224,64 0,97 0,9745 134,88 133,88 271,76 1,01 1,0046 158,51 152,10 330,35 1,04 1,0447 187,21 173,64 403,67 1,08 1,0748 222,31 199,26 496,01 1,12 1,1149 265,51 229,93 613,16 1,15 1,1550 319,07 266,89 762,89 1,20 1,19



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9001

N N N /N tgNq c cq

0 1,00 5,14 0,00 0,20 0,00 Coeficiente de profundidad d

d = 1 + 2 tg (1 - sen ) .D/B

d = 1 + 2 tg (1 - sen ) .arctg (D/B)

d = 1 + 0.4 .D/B

d = 1 + 0.4 .arctg (D/B)

d = 1

d = 1

Si D/B < 1:

Si D/B > 1:

i

q

q

c

c

2

2

1 1,09 5,38 0,07 0,20 0,022 1,20 5,63 0,15 0,21 0,033 1,31 5,90 0,24 0,22 0,054 1,43 6,19 0,34 0,23 0,075 1,57 6,49 0,45 0,24 0,096 1,72 6,81 0,57 0,25 0,117 1,88 7,16 0,71 0,26 0,12

42 85,39 93,71 155,55 0,91 0,9043 99,02 105,11 186,54 0,94 0,9344 115,11 118,37 224,64 0,97 0,9745 134,88 133,88 271,76 1,01 1,0046 158,51 152,10 330,35 1,04 1,0447 187,21 173,64 403,67 1,08 1,0748 222,31 199,26 496,01 1,12 1,1149 265,51 229,93 613,16 1,15 1,1550 319,07 266,89 762,89 1,20 1,19


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ISO

9001

Las cimentaciones (o fundaciones) son los elementos

estructurales que transmiten esfuerzos al terreno.

Usualmente corresponden a la parte inferior de las estructuras

empotradas o apoyadas en el terreno.

Se pueden clasificar en funcin de su situacin con el firme

(capa de terreno con respuesta tenso- deformacional

compatible con la estructura).

3. PRINCIPIOS DE MECANICA DE SUELOS II 3.5 Cimentaciones


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CERTIFICAN:



ISO

9001

En relacin a su posicin relativa con el firme, una

cimentacin puede ser:

a. Superficial

b. Semiprofunda o pozo de cimentacin

c. Profunda o pilotaje


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9001

Ejemplos:

Q QQ Q

D D

D

a) a)

b)c)

BB

B (Q )

(Q )

D

( =B)

F

P

e



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CERTIFICAN:



ISO

9001

Diferenciacin no muy clara, depende del autor. Una de las

formas de diferenciar, con la relacin entre el ancho de la

zapata y la profundidad de apoyo:

Z

B

Superficial

Semiprofunda

Profunda

Berasategui, Espuga& Gilbert

A. Jaramillo

Z/B < 4 Z/B < 1

CTE

Z/B > 8

1 < Z/B < 44 < Z/B < 10

Z/B > 10 Z/B > 5

Z= DISTANCIA DEL PLANO DE CIMENTACION AL NIVEL NATURAL DEL TERRENO O COTA EXCAVADA

B= ANCHO CIMENTACION


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CERTIFICAN:



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9001

Tipos de cimentacin. Ejemplos:



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9001



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9001




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9001



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9001




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CERTIFICAN:



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9001

Tipos de cimentacin. Ordenacin creciente con el costo:

Zapatas flexibles Zapatas rgidas Pozos de cimentacin Vigas flotantes o emparrillados Losas de cimentacin Pilotes hincados Pilotes de barrena Pilotes de gran dimetro para grandes cargas


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9001

Cimentacin superficial

Tabla 4.1 Tipos de cimientos directos y su utilizacin ms usual

Tipo de cimiento directo

Zapata aislada Pilar aislado, interior, medianero o de esquina

2 ms pilares contiguos

Alineaciones de 3 o ms pilares o muros

Pilar aislado

Conjunto de pilares y muros distribuidos, en general, en retcula.

Conjunto de pilares y muros

Zapata combinada

Zapata corrida

Pozo de cimentacin

Emparrillado

Losa

Elementos estructurales ms usuales a los que sirven de cimen-tacin



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CERTIFICAN:



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9001

Cimentacin superficial

ZAPATACOMBINADA

ZAPATAAISLADA

ZAPATACORRIDA

LOSA

ZAPATA CORRIDABAJO MURO

ZAPATADE ESQUINA

Figura 4.2. Tipos de cimentaciones directas

LIMITE DEPARCELA


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CERTIFICAN:



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9001

Zapata aislada

Zapatas aisladas1. Terreno firme2. Cuadrada preferentemente3. Posibilidad de unir4. vigas de atado5. vigas centradoras

Z. de medianera Z. Interior Z. de esquina



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9001

Pozo de cimentacin

43

7

300


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9001

Losa de cimentacin

Losa continua uniforme

Losa cajn

Losa con refuerzosbajo columnas

Losa nervada Losa aligerada

Losa con pedestales



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ISO

9001

Pilotes (distintos tipos):

DenominacinCPP1

CPI4

CPI1CPI2CPI3

CPI5CPI6CPI7CPI8

A.N.T.E.CPI M! / CPI M2

CPI M3

Tipo

De hormign armadoDe hormign armado con azucheDe hormign pretensadoMetlicos

Prefabrocados

Perforados

Micropilotes

De desplazamientoCon azucheCon tapn de gravas

Con entubacin recuperableCon entubacin perdidaCon lodos tixotrpicosSin contencin. Barrena parcial en puntaSin contencin. Barrena continua

Entubacin perdido o recuperable

Con entubacin. Armados con barras.Con entubacin. Armados con barras.Sin entubacin


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ISO

9001

Otras soluciones de cimentacin:

Zapilotes (zapatas de base ensanchada) Losa pilotada Emparrillado sobre pozos Zapatas sobre columnas de gravas Mejoras de suelos

Compactacin

Inyecciones

Sustitucin



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CERTIFICAN:



ISO

9001

Requerimientos de una cimentacin

Situacin que minimice riesgos de daos por heladas, cambios

de volumen, socavaciones, etc.

Estable a vuelco, deslizamiento, hundimiento, estabilidad

general, diseo estructural adecuado.

Limitar movimientos y vibraciones, para no daar estructura o

instalaciones.

Seguridad aceptable y suficiente al menor coste posible.


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CERTIFICAN:



ISO

9001

DISEO: Condiciones que impone la estructura

Seguridad de la cimentacin en relacin a la carga transmitida

a la superficie de cimentacin (comprobada s y t), la

resistencia propia como elemento estructural y la capacidad

de asumir asientos diferenciales.

Influencia del emplazamiento y de las estructuras prximas.

Posibles daos recprocos, en cuanto a tensiones debidas a

sobrecargas, empujes, etc.



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CERTIFICAN:



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9001

DISEO: condiciones que impone la estructura

Estabilidad de la cimentacin y del terreno involucrado.

Evitar al mximo el deterioro del material de cimentacin

(generalmente hormign armado).

Suficiente factor de seguridad, de modo tal que se garantice el

alejamiento de la carga de rotura de la carga admisible o de

trabajo.


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CERTIFICAN:



ISO

9001

DISEO: condiciones que impone el suelo

Profundidad del estrato resistente al que se debe llegar para

cimentar. Condiciona cota y tipo de cimentacin.

Capacidad de asentamiento del estrato de apoyo (o de los

estratos influenciados).

Influencia vecinal en cuanto a vibraciones, compactacin,

hincado de pilotes, etc.



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9001

DISEO: Condiciones que impone el suelo

Situacin y posible variacin del nivel fretico; su aumento

implica disminucin de presin efectiva (aumenta la presin

neutra que se ha de restar al total), por tanto disminuye la

resistencia, eso indica peligro de posible licuefaccin de

material granular fino saturado, sobre todo por terremotos.

Socavacin debida a corrientes subterrneas, que provocan

erosin y fuga de terreno; lo que da lugar a asientos

catastrficos.


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CERTIFICAN:



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9001


Cota de heladicidad (variable segn la localizacin geogrfica y

climtica).

Cambios de volumen del suelo, sobre todo en arcillas

expansivas y suelos de alta plasticidad. Control de posibles

cambios de humedad, provenientes de riegos, malos drenes o

roturas de alcantarillas. Tambin las desecaciones

provenientes de hornos, calderas de calefaccin en stanos o

races de grandes rboles.



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9001


Incidencias subterrneas: minas, fallas, terrenos yesferos,

tneles, refugios subterrneos, etc.

Agresividad: control de posible existencia de aguas agresivas,

suelos agresivos, etc., para cambiar o proteger los materiales

de cimentacin.

Erosin: en zonas alteradas o de relleno, salvo que estn muy

estudiados los comportamientos y sean insignificantes.


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9001

DISEO: condiciones que impone el suelo.

Anlisis del agua

Parmetro Dbil Medio Fuerte

Grado de agresividad

Valor del pH 6,5 - 5,5 5,5 - 4,5 < 4,5

1000 - 3000 < 3000

30 - 60 > 60

600 - 3000 > 3000

40 - 100 > 100

300 - 1000

15 - 30

200 - 600

15 - 40

Magnesio (Mg )(mg/)l

Amonio (NH )(mg/l)

Sulfato (SO )(mg/l)

Anh.carbnico (CO )(mg/l)

2

4

4

2

2-

+

+



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9001

DISEO: condiciones que impone el suelo

En estos temas es importante contar con informacin previa

acertada y veraz.

Es fundamental:

EL ESTUDIO GEOTECNICO


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9001

FASES DEL DISEO

En base a lo expuesto y teniendo las acciones exteriores a

transmitir, las fases de diseo podran ser:

Definir dimensiones de la cimentacin.

Estimar la presin de hundimiento del terreno.

Obtener la presin admisible del terreno.

Verificar que la carga de diseo sea menor que sta.



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9001

De no ser as, redimensionar y repetir fases.

De ser as, calcular asientos tericos mximos previstos,

totales y diferenciales.

Si son compatibles con la estructura, dimensionar el elemento

estructural (cimentacin), de lo contrario redimensionar y

repetir las fases.


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9001

FASES DEL DISEO

En la siguiente diapositiva se presenta un esquema, tomado

de Rodrguez Ortiz (1982) que permite una visin de conjunto

del proceso.

El esquema no considera los casos especiales de cimentacin,

ni en terrenos con problemas (rellenos, materia orgnica,

permafrost, suelos colapsables, etc.).



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9001

Proceso de eleccin

del tipo de

cimentacin, en

funcin de

condicionantes del

terreno y de la

estructura.

Antecedentese

Informacin previa

Terreno granular(arenas, gravas)

Tipo deterreno

Tipo cohesivo(arcillas)

BajaAlta Alta

Alta

Resistencia Deformabilidad

Media

BajaDeformabilidad

Media

Anlisis seguntipo de edificio

Positivo

Media

Negativo

Problemas deinteracin con

edificio adyacente

Si

No

Roca aflorante oa pequeaprofundidad

Optimizacinde excavaciones

Influencias delnivel freticosobre las operacionesconstructivas

DeformabilidadBaja Alta

Media

Estrictas

Amplias

Cimentacin directa(zapatas, losas)

Mejora delterreno

Cimentacin profunda(pilotes)

Tolerancia deledificio

Reconocimientogeotcnico + Pruebas y ensayos

Tipo de edificio,cargas, etc.


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9001

FASES DEL DISEO

En forma ms amplia, gracias al mismo autor (Rodrguez Ortiz,

1982) es posible tener una visin del problema geotcnico.

En el siguiente esquema, se presentan las fases usuales de la

metodologa geotcnica.



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9001

ESTUDIOGEOTECNICAGeologa Antecedentes

Hidrogeologa

Reconocimientos

Ensayos

Correlaciones

Informe Geotcnico

Parmetros geotcnicos Modelos decomportamienyo

Normativa

Coeficientesde seguridad

Condicionantes

Implantacin

Tecnolga

Tipologa

Definicin dela cimentacin

Problemas constructivos

Interaccin con elentorno

Acumulacin de experiencia

Sistemaestructura-mientoterreno

Control delcomportamiento

Resultado

Mejora elproyecto


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9001

IV. FLUJO DE AGUA EN SUELOS, APLICADO A LA MINERIA


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9001

EL AGUA EN EL SUBSUELO

El agua est presente en el subsuelo, a veces en estado

estacionario, otras en movimiento.

Dependiendo donde se encuentren, de la presin hidrosttica,

los estratos de terreno se pueden clasificar en varios grupos.

4. FLUJO DE AGUA EN SUELOS 4.1 Anlisis del problema de las redes de flujo

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9001


Clasificacin de las formaciones geolgicas en relacin a la

presencia de agua y segn la presin hidrosttica:

Acufero libre, no confinado o fretico

Acufero confinado y semiconfinado

Acuitardo

Acucludo

Acufugo



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9001

ACUIFERO LIBRE:

Aquellos en donde el lmite superior del agua es una superficie real, a presin

atmosfrica.

ACUIFERO LIBRE MANANTIAL

ACUITARDO

ACUIFERO LIBRE

ACUITARDO

ACUIFERO CONFINADO

ACUIFERO CONFINADO

ESTRATO IMPERMEABLE

ACUITARDO


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ACUIFERO CONFINADO:

La superficie superior est a una presin mayor que la atmosfrica. De materiales

con distinta permeabilidad. Por ejemplo, acuferos en estrato arenoso bajo estrato

arcilloso.


ACUITARDO

ACUIFERO LIBRE

ACUITARDO

ACUIFERO CONFINADO

ACUIFERO CONFINADO

ESTRATO IMPERMEABLE

ACUITARDO



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9001

ACUIFERO CONFINADO:

En algunos casos pueden convertirse en acuferos libres, segn la permeabilidad de

los estratos involucrados.


ACUITARDO

ACUIFERO LIBRE

ACUITARDO

ACUIFERO CONFINADO

ACUIFERO CONFINADO

ESTRATO IMPERMEABLE

ACUITARDO


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ISO

9001

ACUITARDO:

El agua se transmite muy lentamente, siendo difcil su extraccin por medios

usuales.

ACUIFERO LIBRE

MANANTIAL

ACUITARDO

ACUIFERO LIBRE

ACUITARDO

ACUIFERO CONFINADO

ACUIFERO CONFINADO

ESTRATO IMPERMEABLE

ACUITARDO



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ISO

9001

ACUICLUDO: Estratos o formaciones geolgicas que contienen agua en su interior,

pero no la transmiten por lo que no se puede extraer.

ACUIFUGO: Estratos o formaciones geolgicas que no contienen agua en su

interior.


ACUITARDO

ACUIFERO LIBRE

ACUITARDO

ACUIFERO CONFINADO

ACUIFERO CONFINADO

ESTRATO IMPERMEABLE (ACUICLUDO O ACUIFUGO)

ACUITARDO


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ISO

9001


Natural conditions

Precipitation Evaporation

Riparian zone

Stream

Infiltration

Ground-water flow

Confining unit

Ground-water flow direction

Water table

100.00(m) 200.00(m) 300.00(m) 400.00(m) 500.00(m)



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ISO

9001

FLUJO EN UN MEDIO SATURADO

Desarrollo de las ecuaciones que gobiernan el flujo en un

medio saturado.

Volumen elemental

Jx

Jy

Jz

x

y zdy

dx

dz


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ISO

9001


Sin ingresos ni egresos de fluido,

la conservacin de masa en el

volumen elemental establece que:

El flujo de masa es:

siendo n, el vector de descarga especfica.

Jx

Jy

Jz

x

y z

dy

dx

dz

Flujo neto del fluido en el Volumen de control

Tasa de cambio de la masa de fluido del volumen de control

GT = M

J = .v



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ISO

9001


Los vectores de masa Gi, en x, y,z, son: Jx

Jy

Jz

x

y z

dy

dx

dz

G =

G =

G =

J

J

J

J

J

J

x

y

z

x

y

z

x

x.y -

x y z - x y z+

x+

x.y+

x

y

z

y yy

x

x

z

z

y

z

z

z

z

x

y

z

x

y

z

2

2

2

2

2

2


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ISO

9001


El flujo neto de Gi, ser:

(1)

Jx

Jy

Jz

x

y z

dy

dx

dz

G = J J

J

J J

J

T x y

z

x x.y -

x y z - x y z+

x+ x.y+x y

z

y yy x

x

z + z +

y

z zz zx y

z

x y

z

2 2

2

2 2

2



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ISO

9001


La masa de fluido almacenada en

el volumen de control est dada por

la densidad del fluido, la porosidad

del medio y la geometra:

Se supone que no hay cambios geomtricos en el tiempo.

Luego la variacin temporal de la masa es:

Jx

Jy

Jz

x

y z

dy

dx

dz

M = n x y z

n x y z= Mt t


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ISO

9001


Se introduce el concepto de almacenamiento especfico SS

(cambio de volumen de agua liberado por un acufero de

volumen VT, por un incremento de presin):

Suponiendo que el fluido mantiene constante su densidad y

operando:

(2)

SSw

T

Ss

V

V h

x y z=

=

M ht t



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ISO

9001


Considerando la conservacin de masa, se igualan las

expresiones (1) y (2).

Para un volumen infinitesimal:

=

J

J J

J

JLim J=

J J

J

x

x y

z

x

x x.y -

x y z - x y z+

x+

x+ x.y+

x

x

x y

z

y

y

y

y

xx 0

x y

zSS

ht

x

z

z z

z

z z

x

x y

z

x

x y

z

2

2

1 1

1

2

2

2

2 2

2


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ISO

9001


En derivadas parciales se llega a:

Se puede representar como:

En funcin de la densidad del fluido y porosidad del suelo:

Jx t

t

t

h

h

yyx z+ +

zJ J

J

J

S

S

n

S

S



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CERTIFICAN:



ISO

9001


Incorporando variables de inters:

En la prctica, se puede despreciar el segundo trmino,

considerando el fluido incompresible. Esto permite que la

ecuacin:

pueda escribirse como:

Jx t

t

h

h

yyx z+ +

zJ J

J

v

S

S

v v v

S

S


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ISO

9001


Interesa incorporar la Ley de Darcy. Supuesto el medio poroso

heterogneo y anistropo, esta ley se expresa como:

La ecuacin bsica de continuidad queda como:

x

x y z

y zx y z

h

h h h

h ht

h

x y zx y z

x y z+ + SK

-K -K -K

K K

v v v

S



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CERTIFICAN:



ISO

9001


Bajo la suposicin de que el medio es homogneo, pero

anisotrpico, se puede expresar como:

Si adems se supone escurrimiento en rgimen permanente,

acufero homogneo e isotrpico (Kx=Ky=Kz=constante) la

ecuacin queda como:

ECUACION DE LAPLACE

t

hx

x y z

y z

2

2 2 2

2 2

2

2 2 2

2 2

h

h h h

h hx y z+

+ + = 0

+ SK K K S


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