Agua Suelo

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RELACION AGUA SUELO

UAP, Escuela Profesional de Ingeniería Civil

SUELOEl suelo está formado por partículas minerales,

seres vivos, restos orgánicos, aire y agua.El suelo es un sistema poroso y sus constituyentes

se encuentran en las tres fases .1.- Fase sólido.2.- Fase líquida. 3.- Fase Gaseosa.

Fase sólidoFase sólido

Fase líquidoFase líquido

Fase GaseosaFase Gaseosa

- Un suelo con mayor porosidad mayor cantidad de

agua (Mayor capacidad potencial de agua).

- Un suelo con menor porosidad menor cantidad de agua (Menor potencial de agua)

Infiltración: Inicia con la percolación, después de un tiempo determinado el suelo se satura

La arcilla permite menor infiltración que la arena.

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Tipos de suelosTipos de suelos

Suelos

Suelo Granulares Suelos finos

Arenas Gravas Arcilla limos

POROSIDAD:

n = Vv/Vm

Vv = Volumen de Vacíos

Vm = Volumen de la muestra.

Vagua = Vagua drena + Vagua retenida capilaridad

RENDIMIENTO ESPECIFICO:

Rend. Espec. = Vagua drena / Vm

RETENCION ESPECIFICA:

Retenc. Espec. = Vagua retenida/Vm

Permeabilidad: Es el flujo bajo gradiente

hidráulico unitario.

V = K.i Q = K.i.A

Transmisibilidad (T) Es un parámetro utilizado en la práctica, como un flujo vertical por ancho unitario.

T = K.H T = K.b

Acuífero no confinado Acuífero confinado

Tipos de agua en el suelo y su disponibilidad1.- Agua Hidroscópica.- Es el agua que se

encuentra en la partícula de suelo y no puede ser extraído por ningún medio salvo que se someta a altas temperaturas.

2.- Agua Capilar.- Es el agua sujeto a la tensión capilar.

3.- Agua gravitacional.- Es el agua que drena a través de los poros.

Coeficiente de Permeabilidad (K) con carga constante

Kp = Vol*LA*H*t

Coeficiente de Permeabilidad(K)con carga variable

Kp = La ln(h1/h2)At

Erosión

Arrastre de partículas constituyentes del suelo por la acción del agua en movimiento o la por la acción del viento.

TIPOS DE EROSIÓNTIPOS DE EROSIÓN

EROSIÓN EOLICAEROSIÓN EOLICA

EROSIÓN GLACIAREROSIÓN GLACIAR

EROSIÓN KARSTICA

EROSIÓN MARINA

EROSIÓN HÍDRICAEROSIÓN HÍDRICA• Impacto de la gota de lluvia.

• Percolación.

• Deslizamiento.

TIPOSTIPOSLAMINAR

SURCOS

CARCAVAS

Mediciones directasLa forma mas sencilla de calcular el arrastre de fondo

consiste en cavar una zanja trasversal en el lecho de la corriente y en retirar y pesar el material que cae en el.

Método indirecto

Método indirectoPara el método indirecto se determina la erosión hídrica

mediante la Ecuación Universal Revisada para la estimación de la Pérdida de Suelo (RUSLE). La fórmula utilizada (Lane et al., 1992; citado por Pierson, 2000) se describe a continuación.

E = R K L S C PDonde:E = pérdida de suelo (t/ha),R = índice de erosividad asociado a la lluvia,K = factor de erodabilidad del suelo,L = longitud de la pendiente,S = porcentaje de pendiente,C = cobertura y manejo,P = prácticas de control de la erosión.

Para obtener el valor del factor "R", tal y como lo pide la fórmula original, se necesitaría contar con una estación climatológica en el área de estudio o muy cercana a ella, así como disponer de un registro de intensidades y tiempos de las lluvias por varios años o al menos de los eventos de lluvia del año para el que se hace el estudio. (1979), El primer método es el recomendado por FAO (1979), el cual utiliza el índice de Fournier:

donde:

R = índice de Fournier,P = precipitación promedio mensual,p = precipitación promedio anual.

El otro método describe a "R" como la mitad de la precipitación promedio anual en milímetros (Young, 1989)

El factor de erodabilidad del suelo "K", el factor topográfico "LS" y el factor de prácticas de control "P", se estiman de acuerdo con la ecuación original (Wischmeier y Smith, 1978).

R = (∑P2)/p

REGISTRO DE PRECIPITACION MENSUAL (mm)

Estación mas confiable según el análisis estadístico, con la que se genera la estación ficticia

ESTACION : PUTACCA DISTRITO : VINCHOS ALTITUD : 3550.0 msnm

CODIGO : 001 PROVINCIA : HUAMANGA LATITUD : 13º23'37"

AÑO : 2001 DEPARTAMENTO : AYACUCHO LONGITUD : 74º21'13"

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC TOTAL

1991 184.6 157.3 158.2 46.9 38.7 6.5 6.6 0.0 19.0 48.4 57.4 39.9 763.5

1992 67.4 131.3 51.1 17.2 0.0 11.8 23.2 64.6 10.3 100.0 40.0 78.2 595.1

1993 202.9 144.2 177.0 5.6 49.4 0.0 39.7 19.3 37.1 112.0 156.2 197.3 1140.7

1994 182.6 173.9 157.5 66.0 27.2 27.7 0.0 0.0 15.3 18.9 43.9 83.6 796.6

1995 149.4 248.6 169.8 56.1 1.6 6.0 11.6 5.2 27.8 37.9 127.5 111.7 953.2

1996 277.6 266.4 181.2 50.3 17.9 0.6 3.2 40.7 9.8 54.3 45.6 161.7 1109.3

1997 176.6 215.0 98.8 71.0 25.1 0.0 1.7 50.8 29.9 34.8 89.6 242.9 1036.2

1998 250.7 116.3 158.9 37.9 1.4 22.0 0.0 17.9 0.0 49.0 62.2 114.1 830.4

1999 175.7 213.1 200.3 129.4 8.2 7.6 10.1 0.7 57.8 122.4 37.3 119.6 1082.2

2000 163.8 308.1 175.8 25.3 55.6 62.7 23.2 17.6 13.7 84.1 41.7 158.9 1130.8

2001 199.8 124.9 184.2 31.2 22.5 14.4 11.9 21.7 22.1 66.2 70.1 130.8 899.9

2002 184.6 190.8 155.7 48.8 22.5 14.4 11.9 21.7 22.1 66.2 70.1 130.8 939.8

Prom 184.6 190.8 155.7 48.8 22.5 14.5 11.9 21.7 22.1 66.2 70.1 130.8 939.8

FACTOR DE ERODIBILIDAD DEL SUELO (K)

Representa la susceptibilidad del suelo a la erosión hídrica, cuyo valor depende al contenido de materia orgánica, textura superficial, estructura del suelo y la permeabilidad.

K= [(2.1M1.14)10-4(12-a)+3.25(b-2)+2.5(c-3)]/100

Donde:M = (% limo+arena muy fina)x(100 - % arcilla)

a = % materia orgánica(%carbono organicox1.72)

b = código de estructura

Granular Muy fina fina media Bloque, masivo y laminar

Código 1 2 3 4

c = código de permeabilidad

Para transformar el “K” estimado al sistema métrico se multiplica por 1,292

código 1 2 3 4 5 6

Permeab. rápida Moderadam. rápida

Moderada Mod. lenta lenta Muy lenta

FACTOR “LS” DE LONGITUD Y PENDIENTE

LS = (L/22.1)m (65,41sen2G+4.56senG + 0.065)

LS: Factor topográfico en sistema métrico.

L: longitud de la pendiente en metros.

m: depende del porcentaje de pendiente(ρ)

3.5%≤ ρ ≤ 4.5% m = 0.4

ρ ≥5% m = 0.5

G: ángulo de inclinación en grados

FACTOR DE MANEJO DE COBERTURA (C)

Cultivo Factor C

Suelo desnudo 1

Bosque, matorral denso o cultivo con acolchado 0.001

Sabana o pradera herbácea en buen estado 0.01

Sabana o pradera herbácea sobrepastada 0.1

Maíz o similar intenso con laboreo 0.7

Maíz o similar intenso sin laboreo 0.35

Maíz o similar extensivo sin laboreo 0.06

Algodón 0.55

Trigo 0.25

Arroz 0.15

Patata 0.25

Hortícolas 0.33

PRACTICA DE CONTROL DE LA EROSION (FACTOR P)

Es la relación de perdidas de suelo con practicas de soporte a la perdida correspondiente con labranza en pendiente, esta practica combate la erosión, puesto que modifica los patrones de flujo y el grado o dirección de superficie de escurrimiento.

La guía del usuario RUSLE, sugiere las siguientes practicas mínimas de conservación de suelos

Altura entre surcos Factor “P” mínimo

Muy bajo 0.5

Baja 0.3

Moderado 0.15

Alto 0.08

Muy alto 0.05

SOCAVACIÓN EN EL TERRENO

Socavación general

Se refiere al descenso del fondo del terreno que se produce al presentarse una creciente. Esto es debido al aumento de la capacidad de arrastre del material sólido que en ese momento adquiere la corriente, en virtud de su mayor velocidad

s

Método de Lischtvan-Levediev • Para que haya socavación, la velocidad media de la

corriente (Vr) debe ser mayor que la velocidad que requiere el material de fondo para que sea arrastrado o puesto en suspensión, denominada velocidad erosiva (Ve).

• A medida que el tirante aumenta con la socavación, Vr disminuye hasta alcanzar el tirante H, en que Vr=Ve, produciéndose un equilibrio y un cese del fenómeno de socavación.

sHH

Vr3/5

0uBeH

Qd

m 3/5

Donde:• u = Coeficiente de contracción• Ho = Tirante antes de la socavación• Hs = Tirante incluyendo socavación• Hm = Tirante medio del cauce

• At = Área total de la sección transversal• Be = Ancho efectivo de la superficie del agua en

la sección transversal.

em B

AtH

• La velocidad erosiva Ve, depende del tipo de terreno, cohesivo o no cohesivo, de la frecuencia con

• que viene la avenida y del tirante del agua Hs. Dicha velocidad viene dada por:

m/s Para suelos cohesivos

m/s Para suelos no cohesivos

xsd HVe 18.160.0

xsm HdVe 28.068.0

Donde : d = peso volumétrico del material seco que se encuentra aالla profundidad Hs (T/m3)

dm = diámetro medio (mm) de los granos de fondo segúndm = 0.01Sum (di.Pi)

di = diámetro medio (mm), de una fracción de la curva granulométrica de la muestra.

Pi = peso como porcentaje de esa porción con respecto al peso total de la muestra.

ß = coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida.x = coeficiente variable en función del peso volumétrico o del diámetro medio.

x

d

HHs

1

1

18.1

3/50

60.0

x

mdH

Hs

1

1

28.0

3/50

68.0

Para suelos cohesivos

Para suelos no cohesivos

Donde:4283.0036.00068.0 2 mm ddx mmd m 5.205.0

)(0298.04101.0 mdLnx mmdm 0.6050.2

3004.010210 427 mm dxdx mmd m 0.60

EROSIÓN HIDRICA

SISTEMAS TRANSVERSALES

ANDENERIASLos andenes disminuyen el Efecto de arrastre de suelo por las lluvias y las practicas de riego debido a la pendiente plana. De tal modo los suelos tienen una capa arable más estable

GAVIONES Recipiente, por lo general paralelepípedo, de malla de alambres dulces, galvanizados lleno de cantos de roca.

SISTEMA TERRAMESHCombina el gavión en la cara exterior y un panel para refuerzo de suelo hecho de malla de alambre de acero.

SISTEMA TERRAMESH VERDESu paramento lo forman simplemente la Malla a Triple Torsión y una Geomanta, la cual fomenta el pronto crecimiento de vegetación sobre el talud.

PACAS Y PIRCASReducen la velocidad del agua producto de la caída. Tienen la particularidad de retener gran cantidad de sedimentos.

SANGRIAS Derivan las aguas provenientes de accesos ycunetas con la finalidad de reducir el flujo de sedimentos.Acceso

CANALES Y DIQUES

Evitan el paso de las aguas a áreas fuertemente erosionables y conducirlas de forma adecuada

GEOWEB (MAC MAT)

Refuerza con productos que incrementan la capacidad de carga del suelo.

GEOWEB (MAC MAT)

GEOCELDAS

USO PRACTICO (MINA ANTAMINA)

• FORESTACION. ES UNA ACTIVIDAD MEDIANTE

LA CUAL SE LLEVA ACABO UNA PLANTACION DE ÁRBOLES FORESTALES EN UNA DETERMINADA ZONA.

. ACCION DE POBLAR CON ESPECIES FORESTALES UN TERRENO QUE HA SIDO DEFORESTADO.

. ESTABLECIMIENTO DE UNA ESPECIE DE ARBOL, ARBUSTO O PASTOS QUE SE ADAPTAN EN UN DETERMINADO LUGAR EN ESTE CASO DEL CERRO LA PICOTA LOS QUE SE ADAPTARON MEJOR FUERON EL EUCALIPTO, LA CABULLA, TUNA, HUARANGO Y ALGUNOS PASTOS NATUTALES, TAL COMO SE MUESTRA EN LA FOTO

. LOS ÁRBOLES Y LOS ARBUSTOS AYUDAN A CONSERVAR LAS CUENCAS HIDROGRÁFICAS FACILITANDO LA COMPACTACIÓN DEL SUELO Y EVITANDO LA EROSION.

. LAS PLANTAS ABSORVEN Y ALMACENAN EL BIOXIDO DE CARBONO DE LA ATMOSFERA LO QUE MITIGA EL EFECTO INVERNADERO EN EL CLIMA DE LA TIERRA.

INFLUENCIA DE LA VEGETACION EN EL CONTROL DE LA EROSION

• LA VEGETACION OFRECE ASPECTOS POSITIVOS PARA EL CONTROL DE LA EROSION, ENTRE ELLOS AUMENTA LA RESISTENCIA DEL SUELO DEBIDO A LA PRESENCIA DE LAS RAICES Y ADEMAS CIERTA RESISTENCIA A LA TENSION. POR OTRO LADO LA PRESENCIA DEL FOLLAJE IMPIDE EL IMPACTO DIRECTO DE LAS GOTAS DE LA LLUVIA. PARA FINES DE CONTRO DE EROSION EN ESTE CASO DEL CERRO LA PICOTA SE RECOMIENDA ALGUNOS ÁRBOLES Y ARBUSTOS TAL ES EL CASO DE:

CABUYA

TUNA

EUCALIPTO

HUARANGO

Y PASTOS COMO EL GRASS.

•Materiales utilizados para mejorar las propiedades del suelo, fabricado de polímeros derivados del petroléo.polímeros derivados del petroléo.• Pueden ser empleados en obras civiles para el control de erosión :Pueden ser empleados en obras civiles para el control de erosión :• Protección de taludes•Canales•Zanjas de drenaje•Protección de riberas•Recuperación de áreas degradadas•Reforestación•Protección contra abrasión (desgaste)•Retención contra caída de rocas•Terraplenes

GEOSINTÉTICOS EN EL CONTROL GEOSINTÉTICOS EN EL CONTROL

DE EROSIÓNDE EROSIÓN

1. GEOTEXTILES.• Son materiales flexibles y permeables a los fluidos.• Son fabricados de fibras sintéticas como el poliéster o

Polipropileno. • Son capaces de retener partículas de suelo mayores

que el tamaño de sus poros.

CLASIFICASIÓNCLASIFICASIÓN

2. GEOMALLAS. Son estructuras tridimensionales pero con la característica

de ser mono o bi-orientadas Son fabricadas en polietileno de alta densidad, utilizando un

proceso de extrusión Tienen una mayor adherencia al terreno y una mayor

durabilidad en el medio que los geotextiles

3. GEOMEMBRANAS• Son láminas poliméricas impermeables (PVC)• Son recubrimientos sintéticos impermeables a

fluidos y partículas cuya función es la de revestir canales, lagunas, depósitos de agua, además controlan la erosión.

4. GEOCOMPUESTO Diseñado específicamente para estabilización de

suelos (refuerzo base granular y un subsuelo muy fino)

5. GEOCELDAS.Son sistemas tridimensionales de confinamiento celular fabricadas en paneles de polietileno o polipropilenoResistentes para el confinamiento de cargas, se usan para aumentar la capacidad de carga de suelo, sin generar problemas de contaminación beneficiando al entorno ecológico

•MANTOS TEMPORALES•PROTECCIÓN DE TALUDES (Plus Petrol Perú Corporation 2004)

APLICACIONESAPLICACIONES

CONTROL DE EROSION EN TALUDESCONTROL DE EROSION EN TALUDES

•MANTOS PERMANENTES.PROTECCIÓN DE TALUDES REVESTIMIENTO DE CANALESRIBERAS

•SIEMBRA VISTA FINAL

APLICACIONESAPLICACIONES

CONTROL DE EROSION EN TALUDESCONTROL DE EROSION EN TALUDES

Combinar vegetación con mantas de geosintéticos para proteger la cara de taludes pronunciados reforzados contra procesos erosivos.

•GEOMALLAS

•Biomanto de fique para facilitar el establecimiento de la vegetación

CRITERIOS DE DISEÑO

INFORMACION BASICA:- INFORMACION TOPOGRAFICA:

Planos de la Ciudad a escala de 1/10000 (perimétrico como altimétrico.)

- INFORMACION CARTOGRAFICA:

Carta nacional a escala 1/100,000

planos catastrales 1/25,000- INFORMACION METEOROLOGICA:

estación meteorológica de la UNSCH o también llamado Pampa del Arco (Precipitaciones, temperatura, humedad relativa) con registros de los últimos 10 años.

INFORMACION FOTOGRAFICA:

el Google Earth, donde se puede apreciar una vista satelital la zona del proyecto

vistas insitu

ESTUDIOS HIDROLOGICOS E HIDRAULICOS:

La naturaleza del proyecto hace que se conozcan los datos hidrológicos con el fin de determinar caudales máximos para el diseño de la Obra de arte que se desea elegir.

DISEÑO DE DIQUES DE RETENCION:

Una de las prácticas usadas en el control de la erosión son los diques

dos etapas de realización que son:

1.- dimensiones preliminares: altura total, ancho de la base y el ancho de la corona

2.. calculo de estabilidad del cuerpo para comprobar si cumple los criterios estáticos de acuerdo a los coeficientes de seguridad elegidas

CONSIDERACIONES PARA DISEÑO DE DIQUES

CONSIDERACIONES PARA DISEÑO DE ESTABILIDAD DE TALUDES

CON GEOSINTETICOS• Dos situaciones:

Siempre sobre macizos de suelo geotécnicamente estables.

– EN CONDICIONES SECAS; Verificación de la estabilidad geotécnica de la cobertura para determinar la necesidad de refuerzos.

– EN CONDICIONES MOJADAS. Verificación de la estabilidad del revestimiento frente a las acciones hidrodinámicas del flujo

DISEÑO (en condición seca)

DISEÑO (en condición mojada)

0.20 m

Margen libre superior 0.50 m

Margen libre inferior 1.00 m

Nivel máximo

Nivel minimo

Run up de la ola

CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO

Verificaciones como estructura de contención

DESLIZAMIENTO VUELCO PRESIONES EN LA FUNDACION

• CONCLUSIONES:

1.- El Proceso erosivo en laderas y quebrada es debido principalmente a las precipitaciones intensas agudizándose el problema con el tipo de suelo erosionable GW –GM y GM en estado semi-compacto que conforman las paredes del cauce de la quebrada.

. 2.- Existen una serie de diferentes sistemas y/o medidas decontrol y protección contra el fenómeno de la erosión del suelo en laderas como las andenerías, sistema terramesh, sistema terramesh verde, gaviones, reforestación, geosintéticos, pacas o pircas, sangrías, canales y diques.

¡MUCHAS GRACIAS!