OBRAS HIDRAULICAS
7 º S E M E S T R E
C O D I G O : C I V 3 1 2 1 4
H O R A S : 3 T + 3 P
U C : 4
Unidad 3 y 4
Almacenamie...
EL AGUA EN EL SUELO
Condición de
Permeabilidad
Tipo de Suelo k (cm/s)
Muy Permeable.
Gravas y arenas
limpias.
1
Permeable....
LEY DE DARCY
AikQ **
i = Gradiente hidráulico = h/L (adimensional)
h = Pérdida de carga.
L = Longitud de recorrido del flu...
GRADIENTE HIDRÁULICO
Es la pérdida o disipación de altura hidráulica por unidad de longitud,
medida en la dirección en que...
GRADIENTE HIDRÁULICO
La ley de Darcy expresa la pérdida de
carga h que se requiere para mover el
agua a través del suelo u...
Un suelo esta bajo una condición hidrodinámica se presenta
cuando el agua gravitacional en estado de reposo, es sometida a...
Flujo del agua en el suelo
FLUJO EN PRESAS
FLUJO A TRAVES DEL TERRAPLEN
FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION
Presa homogenea
Zona saturada
FLUJO A TRAVES DE LA PRESA
Presa Homogénea con dren de “pie”
Zona saturada
El control de
infiltración se
efectúa mediante la
incorporación de
sistema...
FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION PERMEAB
FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION PERMEAB
Permite estimar:
 El gasto Pérdidas que sufrirá el embalse por
concepto de las filtraciones
 La distribución Presiones d...
Líneas equipotenciales: Es una línea a lo largo de la cual la
carga de potencial es igual en todos sus puntos.
Líneas de flujo: Es una línea a lo largo de la cual una
partícula de agua viaja del lado de aguas arriba al lado de
aguas ...
LINEA SUPERFICIAL DE FLUJO
PRESA DE TIERRA
En las presas de tierra la líneas de flujo es una superficie de agua libre o su...
LINEA SUPERFICIAL DE FLUJO
PRESA DE TIERRA
ENTRADA DEL FLUJO
LINEA SUPERFICIAL DE FLUJO
PRESA DE TIERRA
SALIDA
Caso 1 : 2 < 30°
Calculo de la superficie humedecida a (distancia
4 - 3) 2
2
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hdd
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LINEA SUPERFICIAL ...
Luego de dibujar la presa de tierra a escala, se señala en ella la superficie humedecida aguas
abajo "a", calculada por la...
2. Prolongar la línea en el talud aguas arriba de la presa. Trazar una horizontal por el punto
2 hasta cortar la cara del ...
3. Dividir 4 -5 Y 5 - 2' en el mismo número de partes iguales, no más de 4 o 5, y marcar
estos puntos (en 5 - 2' se parte ...
Método para determinar la Línea de Saturación
Caso 2 : 2 > 30°
En este caso el procedimiento a seguir es:
ddhP 22
1. La pa...
2. Trazar la parábola básica de Kozeny. En este caso la tangente al origen es una línea
vertical.
3. La distancia desde el...
Los valores entre estos ángulos pueden interpolarse,
y midiendo a + a, se calcula a' usando las
formulas:
a = a´ ( a + a )...
a. Hacer un dibujo a escala que muestre la masa de suelo, los límites
permeables a través de los cuales entra y sale el ag...
b. Dibujar de dos a cuatro líneas de flujo que formen ángulos rectos con los
límites permeables a la entrada y a la salida...
c. Dibujar líneas equipotenciales que formen ángulos rectos con las líneas de flujo, de
manera que el ancho y el largo pro...
d. Se reajustan las líneas de flujo y las líneas equipotenciales hasta que todas las
intersecciones sean en ángulo recto y...
Caudal de Filtraciones:
Donde K = coeficiente de permeabilidad
h = pérdida total de altura piezométrica
Nf = número de tub...
La presa del dibujo se asienta sobre materiales cuya
permeabilidad es 0,3 m/día. Bajo dichos materiales se
encuentra un su...
Dibujo de la red
Np= 15
Nf=4
Calculo de caída en cada equipotencial
Np= 15
Nf=4
p
Calculo del caudal por unidad de ancho
Np= 15
Nf=4
CALCULAR EL DIAGRAMA DE SUBPRESIONE
Agua en cuerpo
de la presa de
tierra Licuefacción – ebullición
del suelo (movimiento
ascendente) –lecho de
dundacion
Tubif...
La superficie freática del régimen de infiltración, es decir, la superficie libre, debe
mantenerse alejada del paramento a...
Cuando la línea de infiltración emerge en el paramento, ocurrirá ablandamiento
local y erosión, lo cual iniciará desprendi...
gradiente hidráulico crítico (ic): gradiente al cual se produce la
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Donde:
´= saturado - w...
Expresando el gradiente crítico en función de la gravedad
específica de los sólidos (Gs) y la relación de vacíos (e) se
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Las relaciones de vacíos de la gran mayoría de las arenas están
comprendidas entre 0,3 y 1,2. Por otro lado, la gravedad e...
PI = IP = índice de plasticidad
Gradientes hidráulicos críticos
para la ocurrencia de tubificación
 PRESAS HOMOGENEAS
 Construidas con un solo tipo de material (impermeable o
semipermeable).
 Este diseño se adapta mejo...
Diseño de Pequeñas presas, USBR
2 Los suelos OL y OH no se recomiendan para las porciones mayores de las
presas de tierra ...
 PRESAS ZONIFICADAS
 Construidas con diferentes materiales sueltos.
 Núcleo de material impermeable y espaldones con ma...
 TAMAÑO DEL NÚCLEO
CRITERIOS DE
PREDIMENSIONAMIENTO
Estimación preliminar
de taludes
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  1. 1. OBRAS HIDRAULICAS 7 º S E M E S T R E C O D I G O : C I V 3 1 2 1 4 H O R A S : 3 T + 3 P U C : 4 Unidad 3 y 4 Almacenamiento y presas
  2. 2. EL AGUA EN EL SUELO Condición de Permeabilidad Tipo de Suelo k (cm/s) Muy Permeable. Gravas y arenas limpias. 1 Permeable. Arena Gruesa. 1 Arena Media. 10-1 Arena Fina. 10-2 Poco Permeable. Arenas muy Finas. 10-3 Limos 10-4 a 10-6 Limos Arcilloso 10-6 Impermeable. Arcillas y Arcillas Limosas < 10-6
  3. 3. LEY DE DARCY AikQ ** i = Gradiente hidráulico = h/L (adimensional) h = Pérdida de carga. L = Longitud de recorrido del flujo. A = Área de la sección transversal de la muestra, por la que circula el agua. k = Coeficiente de permeabilidad: constante de proporcionalidad y tiene unidades de velocidad.
  4. 4. GRADIENTE HIDRÁULICO Es la pérdida o disipación de altura hidráulica por unidad de longitud, medida en la dirección en que ocurre el flujo. i = h . L Donde: i = Gradiente hidráulico = h/L (adimensional) h = Pérdida de carga. L = Longitud de recorrido del flujo.
  5. 5. GRADIENTE HIDRÁULICO La ley de Darcy expresa la pérdida de carga h que se requiere para mover el agua a través del suelo una distancia L con un gasto q: h = q * L k * A Siempre y cuando el flujo sea laminar, que es el caso corriente de los suelos, a excepción de las gravas gruesas.
  6. 6. Un suelo esta bajo una condición hidrodinámica se presenta cuando el agua gravitacional en estado de reposo, es sometida a un gradiente hidráulico, lo cual origina una variación en la presión del líquido que se transforma en energía cinética y le transfiere movimiento a través del suelo. Flujo del agua en el suelo
  7. 7. Flujo del agua en el suelo
  8. 8. FLUJO EN PRESAS FLUJO A TRAVES DEL TERRAPLEN FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION
  9. 9. Presa homogenea Zona saturada FLUJO A TRAVES DE LA PRESA
  10. 10. Presa Homogénea con dren de “pie” Zona saturada El control de infiltración se efectúa mediante la incorporación de sistemas de drenaje, protegidos por filtros y capas apropiadas de transición. FLUJO A TRAVES DE LA PRESA
  11. 11. FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION PERMEAB
  12. 12. FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION PERMEAB
  13. 13. Permite estimar:  El gasto Pérdidas que sufrirá el embalse por concepto de las filtraciones  La distribución Presiones de poros y subpresiones de las presiones generadas, tanto en el terraplén como en las fundaciones. ANALISIS DE FILTRACIONES
  14. 14. Líneas equipotenciales: Es una línea a lo largo de la cual la carga de potencial es igual en todos sus puntos.
  15. 15. Líneas de flujo: Es una línea a lo largo de la cual una partícula de agua viaja del lado de aguas arriba al lado de aguas abajo en medio de un suelo permeable.
  16. 16. LINEA SUPERFICIAL DE FLUJO PRESA DE TIERRA En las presas de tierra la líneas de flujo es una superficie de agua libre o superficie de saturación, que no está determinada por ninguna masa sólida impermeable. a b c Equipotencial Línea de Flujo Superficie saturada (parábola de Kozeny)
  17. 17. LINEA SUPERFICIAL DE FLUJO PRESA DE TIERRA ENTRADA DEL FLUJO
  18. 18. LINEA SUPERFICIAL DE FLUJO PRESA DE TIERRA SALIDA
  19. 19. Caso 1 : 2 < 30° Calculo de la superficie humedecida a (distancia 4 - 3) 2 2 2 2 2 2 2 coscos sen hdd a LINEA SUPERFICIAL DE FLUJO PRESA DE TIERRA d = L - M + O,3M M = h/tg l d =L - O,7M
  20. 20. Luego de dibujar la presa de tierra a escala, se señala en ella la superficie humedecida aguas abajo "a", calculada por la fórmula anterior. El siguiente paso consiste en el trazado de la línea de saturación usando el método gráfico aproximado de la parábola básica de Kozeny, cuyo procedimiento se describe a continuación: 1. Ubicar el punto 2' en la línea freática a una distancia de 0,3M medida desde la cara del talud aguas arriba. La cara aguas abajo del talud es tangente a la parábola en el punto 4.
  21. 21. 2. Prolongar la línea en el talud aguas arriba de la presa. Trazar una horizontal por el punto 2 hasta cortar la cara del talud aguas abajo. El punto de intersección es 5.
  22. 22. 3. Dividir 4 -5 Y 5 - 2' en el mismo número de partes iguales, no más de 4 o 5, y marcar estos puntos (en 5 - 2' se parte de 5 numerando con letras A -B , etc., en 4 - 5 se parte de 4 numerando A-B-C, etc.). 4. Trazar por 4 - 5 líneas horizontales en los puntos marcados. 5. Unir cada uno de los puntos marcados en la horizontal 2'- 5 con el punto 4. 6. Trazar la línea freática por los puntos obtenidos. 7. Como la línea freática parte perpendicular a la cara del talud aguas arriba, este ajuste debe realizarse manualmente. 5 ∆h ∆h ∆h 2’ ∆x∆x ∆x 4
  23. 23. Método para determinar la Línea de Saturación Caso 2 : 2 > 30° En este caso el procedimiento a seguir es: ddhP 22 1. La parábola tiene su origen a una distancia P del vértice del talud aguas abajo de la presa, es decir este vértice es su foco y es tangente a la vertical que pasa por el punto P. P se calcula por medio de la siguiente expresión:
  24. 24. 2. Trazar la parábola básica de Kozeny. En este caso la tangente al origen es una línea vertical. 3. La distancia desde el punto 4 hasta la intersección de la parábola con el talud aguas abajo es a + a, y no es realmente el punto por donde sale el agua en el talud, por lo tanto se debe realizar una corrección y encontrar a. Casagrande encontró que la relación es un escalar que puede ser llamado a', y que se relaciona con el ángulo 2 según se muestra en la siguiente tabla: a a a 2 ( ) a 30 0.375 60 0.320 90 0.260 120 0.185 150 0.105 180 0 Método para determinar la Línea de Saturación
  25. 25. Los valores entre estos ángulos pueden interpolarse, y midiendo a + a, se calcula a' usando las formulas: a = a´ ( a + a ) y a = ( a + a ) - a Finalmente se trazan manualmente la entrada y la salida de la línea de saturación. Método para determinar la Línea de Saturación
  26. 26. a. Hacer un dibujo a escala que muestre la masa de suelo, los límites permeables a través de los cuales entra y sale el agua del suelo y las fronteras impermeables que confinan o limitan el flujo. REGLAS PRÁCTICAS PARA ELABORAR REDES DE FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION
  27. 27. b. Dibujar de dos a cuatro líneas de flujo que formen ángulos rectos con los límites permeables a la entrada y a la salida y que sean aproximadamente paralelas a los límites impermeables. REGLAS PRÁCTICAS PARA ELABORAR REDES DE FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION
  28. 28. c. Dibujar líneas equipotenciales que formen ángulos rectos con las líneas de flujo, de manera que el ancho y el largo promedio del cuadrado curvilíneo que forman sean iguales (a=b). Desde luego, esto es imposible de lograr en el primer tanteo, porque las posiciones de las líneas de flujo son supuestas, pero esta primera red servirá de guía para un segundo tanteo. REGLAS PRÁCTICAS PARA ELABORAR REDES DE FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION
  29. 29. d. Se reajustan las líneas de flujo y las líneas equipotenciales hasta que todas las intersecciones sean en ángulo recto y el largo y ancho de cada cuadrado sean iguales. Los tamaños de los cuadrados pueden ser distintos pero la relación a/b = 1 debe mantenerse. REGLAS PRÁCTICAS PARA ELABORAR REDES DE FLUJO A TRAVES DE LA FUNDACION
  30. 30. Caudal de Filtraciones: Donde K = coeficiente de permeabilidad h = pérdida total de altura piezométrica Nf = número de tubos de flujo resultantes Np = número de espacios de igual caída de carga hidráulica resultantes q = gasto de las filtraciones por unidad de ancho
  31. 31. La presa del dibujo se asienta sobre materiales cuya permeabilidad es 0,3 m/día. Bajo dichos materiales se encuentra un sustrato impermeable. Se pide: a) Dibujar la red de flujo bajo la presa. b) Calcular el flujo por metro de presa (un metro perpendicular al dibujo). c) La pérdida de altura de agua en un punto a cuatro caídas equipotenciales bajo la presa.
  32. 32. Dibujo de la red Np= 15 Nf=4
  33. 33. Calculo de caída en cada equipotencial Np= 15 Nf=4 p
  34. 34. Calculo del caudal por unidad de ancho Np= 15 Nf=4
  35. 35. CALCULAR EL DIAGRAMA DE SUBPRESIONE
  36. 36. Agua en cuerpo de la presa de tierra Licuefacción – ebullición del suelo (movimiento ascendente) –lecho de dundacion Tubificacion
  37. 37. La superficie freática del régimen de infiltración, es decir, la superficie libre, debe mantenerse alejada del paramento aguas abajo para evitar altas presiones del agua en los poros que puedan promover la inestabilidad del talud.
  38. 38. Cuando la línea de infiltración emerge en el paramento, ocurrirá ablandamiento local y erosión, lo cual iniciará desprendimientos.
  39. 39. gradiente hidráulico crítico (ic): gradiente al cual se produce la “ebullición” del suelo. ic = . w Donde: ´= saturado - w : es el peso unitario del suelo sumergido. w : peso unitario del agua
  40. 40. Expresando el gradiente crítico en función de la gravedad específica de los sólidos (Gs) y la relación de vacíos (e) se desarrolla una expresión para el ic. ic = Gs - 1. 1+e
  41. 41. Las relaciones de vacíos de la gran mayoría de las arenas están comprendidas entre 0,3 y 1,2. Por otro lado, la gravedad específica de estos suelos oscila entre 2,65 y 2,70. Si se aplica la fórmula en esos intervalos se tiene que: Para e = 0,3 Gs = 2,65 ic = 1,27 Gs = 2,70 ic = 1,31 Para e = 1,2 Gs = 2,65 ic = 0,75 Gs = 2,70 ic = 0,77
  42. 42. PI = IP = índice de plasticidad
  43. 43. Gradientes hidráulicos críticos para la ocurrencia de tubificación
  44. 44.  PRESAS HOMOGENEAS  Construidas con un solo tipo de material (impermeable o semipermeable).  Este diseño se adapta mejor a presas bajas y medianas.  Deben llevar incorporado en el sector aguas abajo de su sección un dren de material más permeable que el empleado en el terraplén el cual permite:  Reducir la presión de poros generada en el sector aguas abajo, con lo cual se aumenta el factor de seguridad al deslizamiento.  Controlar las filtraciones aguas abajo. CRITERIOS DE PREDIMENSIONAMIENTO
  45. 45. Diseño de Pequeñas presas, USBR 2 Los suelos OL y OH no se recomiendan para las porciones mayores de las presas de tierra homogéneas. Los suelos Pt son inadecuados
  46. 46.  PRESAS ZONIFICADAS  Construidas con diferentes materiales sueltos.  Núcleo de material impermeable y espaldones con material más permeable.  Se recomienda reducir en lo posible el ancho del núcleo.  Materiales más recomendables para el núcleo: arcillas, limos medianamente plásticos, gravas y arenas limosas o arcillosas. CRITERIOS DE PREDIMENSIONAMIENTO
  47. 47.  TAMAÑO DEL NÚCLEO CRITERIOS DE PREDIMENSIONAMIENTO
  48. 48. Estimación preliminar de taludes

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