CONTROL DE AGUAS SUBTERRÁNEAS EN TALUDES Jaime Suárez Díaz D - Bucaramanga Colombia
El agua subterránea transita más m s fácilmente f por la capa subsuperficial de material meteorizado que por la roca sana Material meteorizado Roca sana
El agua trata de fluir en forma sub-paralela a la superficie del terreno simulando las formas topográficas Vista en planta El agua trata de concentrarse en los valles cóncavos c de las laderas
Y estos valles generalmente están n conformados por un material más m s meteorizado o por coluvion Efecto piezométrico de una lluvia En roca En suelo residual o coluvión El agua subterránea genera unas fuerzas de levantamiento facilitando los deslizamientos
El agua subterránea se concentra hacia la parte inferior de las laderas Al cortar el talud se puede activar un deslizamiento
CONTROL DE AGUAS SUBTERRÁNEAS Objetivos : DISMINUIR LA FUERZA DE SUBPRESIÓN N O LEVANTAMIENTO DESACTIVAR LA PRESION DE POROS CONTROLAR LA EROSION REDUCIR PESO DEL SUELO DISMINUIR GRADIENTES HIDRÁULICOS LAS OBRAS DE DRENAJE SON COMUNMENTE MAS ECONOMICAS QUE OTROS SISTEMAS DE ESTABILIZACION
LA CANTIDAD DE AGUA CAPTADA Y EL EFECTO SOBRE LAS PRESIONES DE PORO DEPENDE DE TIPO Y CARACTERISTICAS DE LOS SUBDRENES LOCALIZACION PROFUNDIDAD Y NUMERO DE SUBDRENES PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS O ROCAS CARACTERISTICAS DEL DEPOSITO O CORRIENTE DE AGUA
Tipos de sub-dren : SUBDRENES DE ZANJA ZANJA CON UN ELEMENTO PERMEABLE FILTRANTE EN SU INTERIOR
Dibujos : JD Rogers El uso de los sub-drenes de zanja es muy antiguo Zanjas con filtro invertido utilizadas a inicios del siglo 20
PROFUNDIDADES DE LOS SUBDRENES DE ZANJA : Generalmente 1 a 2 metros y en ocasiones hasta 6 metros A mayor profundidad el efecto es mayor pero su construcción n es más s difícil
Tipos de sub-dren de zanja
EL TIPO DE SUBDREN A UTILIZAR DEPENDE DE DISPONIBILIDAD DE MATERIAL REQUERIMIENTOS DEL DRENAJE CAUDALES ESPERADOS FACILIDAD DE CONSTRUCCION COSTOS
Espaciamiento entre sub-drenes Sub-drenes paralelos La distancia entre sub-drenes depende de la permeabilidad del suelo En suelos arcillosos cada 5 metros En suelos permeables cada 10 a 20 metros
CURSO DE GEOTECNIA VIAL ESPECIALIZACION EN VIAS TERRESTRES UPB Sub-drenes en espina de pescado ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ
Requisitos que debe cumplir el material de filtro : DEBE SER GRUESO PARA FACILITAR EL PASO DEL AGUA DEBE SER GRUESO PARA QUE NO SE ESCAPE POR LOS ORIFICIOS DE LA TUBERIA DE FILTRO DEBE SER FINO PARA IMPEDIR EL PASO DEL SUELO
Especificaciones para el material de filtro U.S. Bureau of reclamation D 15 F / D 85 S 4 a 5 D 15 F / D 15 S 4 a 5
Los criterios básicos son los siguientes : D 15 (filtro)/d 85 (suelo)) < 4 a 5 < D 15 (filtro)/d 15 (suelo)
Se debe utilizar material bien gradado Uno de los principales problemas es la forma de la curva de gradación. Los filtros deben ser bién gradados.
Arcillolita Filtro Arenisca Ejemplo : El criterio de filtración debe chequearse con el material del acuifero a drenar.. En este caso la arenisca (B) es la que produce el flujo y el sub-dren se construye con el material C. El material A (Arcillolita( Arcillolita) puede no ser un factor porque no produce flujo
EJEMPLO DE UN FILTRO TIPICO Tamiz Porcentaje de pasantes* 1 100 ¾ 90-100 3/8 40-100 No. 4 25-40 No. 8 18-33 No. 30 5-15 No. 50 0-7 No. 200 0-3 *Filtro clase 2 de California. Recomendado por H. A. Cedargren y adoptado por Caltrans (Std Spec 68-1.025) en 1958. Importante : Un filtro debe tener maximo 3 % de finos. Un material con el 6 % de finos posee de 1/3 a 1/5 la permeabilidad de un material con el 3% de finos
Eficiencia hidráulica del filtro Un filtro debe tener capacidad para drenar Por ejemplo : Un filtro clase 2 (California) posee una conductividad hidráulica de aprox.. 5.0 x 10-2 2 cm/sec. La roca triturada limpia (grava 3/4" x 1.5" ) posee una conductividad de aprox.. 2 cm/sec. Esto implica que una grava de trituración posee 40 veces mas capacidad que el filtro clase 2.
Selección n del material de filtro Puede requerirse tamizar el material para obtener la mezcla deseada
Filtro invertido Menos grueso Mas grueso
Especificaciones de los orificios de la tubería colectora D F 85 > 1 DIAMETRO DE ORIFICIO D F 85 ANCHO DE RANURA > 1.2
Material de la tubería Tubería a PVC Tubería de polietileno Tubería de arcilla Tubería ABS Tubería a metálica recubierta en asfalto
En Colombia la más m utilizada es la manguera PVC
Problemas de las tuberías de drenaje Taponamiento con finos Taponamiento con raíces
Desgaste de las mangueras
Cantidad de material de filtro alrededor de la tuberia Aprox. 0.8 m3 por metro lineal El uniform building code exige mínimo 9 pies cubicos de material por pié de longitud de filtro y una distancia de 6 pulgadas entre el tubo y el fondo
1. excavación 2. Colocación n de 6 6 de filtro Procedimiento constructivo 3. Colocación n de tubería 1. Colocar material de filtro
FILTROS DE GEOTEXTIL SON TELAS FILTRANTES DE POLIPROPILENO NYLON POLIESTER POLIETILENO
Material granular grueso Geotextil
Material granular grueso Geotextil de filtro Tuberia perforada
Geotextil TEJIDOS Monofilament o Hilo Cinta TIPOS DE GEOTEXTIL Resistencia a la tensión (KN/m) 20-80 40-800 8-90 Elongación Maxima (%) 5-35 5-30 15-20 AOS (mm. mm.) 0.07-2.5 0.2-0.9 0.9 0.05-0.1 0.1 Caudal de flujo (l/m 2 /se g) 25-2000 2000 20-80 5-15 Peso unitario (g/m 3 ) 150-300 250-1300 100-250 NO TEJIDOS Punzonado Fundido Con Resina 7-90 3-25 4-30 50-80 20-60 30-50 25-200 200 25-150 20-100 0.02-0.15 0.01-0.35 0.01-0.35 150-2000 70-350 130-800
Ejemplo Bloques de roca de 3 a 6 pulgadas Geotextil no tejido punzonado de polipropileno
Uso en las vias terrestres
SUBDRENES SINTETICOS (Geodrenes)
SUBDRENES SINTETICOS
SUBDRENES SINTETICOS
Geodren planar
Colocación n de geodrenes planares
Colocación n del geodren planar
En la mayoría a de ocasiones se prefieren los subdrenes granulares
Sub-drenaje
DISEÑO O DE SUBDRENES DE ZANJA Todo sistema de sub-drenaje requiere de un diseño o conceptual y determinístico
HEURISTICO ANALITICO PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO El método m heurístico requiere de un profesional experimentado y con conocimiento de las caracteristicas geotécnicas e hidro- geológicas gicas del sitio
Flujo hacia los sub-drenes El método m analítico requiere del conocimiento y ensayo de los suelos del sitio
Diseño o con elementos finitos Es útil cuando se tienen los parámetros para incluirlos en el modelo
DETALLES A DISEÑAR PROFUNDIDAD DE ZANJA PENDIENTE ANCHO DE ZANJA ESPACIAMIENTO ENTRE ZANJAS MATERIALES DE FILTRO LOCALIZACION DE LAS ZANJAS CALCULO DE CAUDALES SISTEMAS DE RECOLECCION Y ENTREGA
TRINCHERAS ESTABILIZADORAS Las trincheras estabilizadoras y/o llaves de cortante son grandes zanjas con material granular
Llaves de cortante o trincheras estabilizadoras Las llaves de cortante son generalmente muy eficientes para estabilizar deslizamientos pero su construcción n involucra amenazas de inestabilidad
Colchones de drenaje Son mantos de drenaje para el soporte y drenaje de terraplenes
SUB-DRENES HORIZONTALES O SUBDRENES DE PENETRACION Perforaciones profundas para abatir las presiones internas de agua
SUB-DREN HORIZONTAL a b c d PERFORACION PROFUNDA DE BAJA PENDIENTE DENTRO DE LA PERFORACION SE COLOCA UNA TUBERIA PERFORADA
VENTAJAS RAPIDOS SIMPLES DE INSTALAR PUEDEN ALCANZAR GRANDES PROFUNDIDADES
DETALLES DIAMETRO DE PERFORACION 3 A 4 4 TUBERIA: METALICA O PVC DIAMETRO TUBERIA: 1 ½ A 3 3 DIAMETRO O ANCHO DE RANURA 1.5 A 5 MM DENSIDAD: 15 A 30 AGUJEROS /M DE TUBO
SUBDREN DE PUNTA Tubería a de conducción Subdrenes profundos con punta ranurada
Longitud de los sub-drenes de penetración COMUNES: 10 A 40 METROS EXCEPCIONALES: HASTA 120 M. PENDIENTES: : 5 A 20 % (AL INICIO DE LA PERFORACION)
EQUIPOS DE PERFORACION DE DRENES AUGER
EQUIPOS DE PERFORACION DE DRENES ROTACION
EQUIPOS DE PERFORACION DE DRENES ROTOPERCUSION
EQUIPOS DE PERFORACION DE DRENES MANUALES
En ocasiones se requiere excavar para colocar los subdrenes
DISEÑO O DE SUBDRENES DE PENETRACION HEURISTICO ANALITICO El espaciamiento depende de la permeabilidad del suelo
Para una tarde como hoy
Perforación
Inicio del drenaje
Con el tiempo
EL CAUDAL INICIAL TIENDE A DISMINUIR CON EL TIEMPO
AL COLOCAR UN DREN SE PUEDE DISMINUIR EL CAUDAL DE OTRO DREN
ALTERNATIVAS POCOS DRENES MAS PROFUNDOS MAYOR DENSIDAD DE DRENES MENOS PROFUNDOS
EFECTIVIDAD MAS EFECTIVOS EN SUELOS O ROCAS PERMEABLES MENOS EFECTIVOS EN SUELOS ARCILLOSOS
LOS CAUDALES NO SON IMPORTANTES Un caudal muy alto indica que se requiere aumentar el número n de drenes
LIMPIEZA DE LA TUBERIA MANTENIMIENTO INYECCION DE AGUA A PRESION
SISTEMAS DE COLECCIÓN N DE LOS CAUDALES
PANTALLAS DE DRENAJE Tienen por objeto evitar la erosión n por afloramiento de agua subterránea
EJEMPLO DE SUBDRENES DE PANTALLA
EJEMPLO DE SUBDRENES DE PANTALLA
EJEMPLO DE SUBDRENES DE PANTALLA
EJEMPLO DE SUBDRENES DE PANTALLA
GALERIAS DE DRENAJE Túneles para drenaje
POZOS VERTICALES
EJEMPLO
POZOS DE DRENAJE CON SIFON
EJEMPLO
El subdrenaje es muy útil pero requiere de análisis y diseños detallados Muchas gracias