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Comportamiento de filtración inestable de una presa de tierra durante ciclos de sequía-inundación

Autores: Li, Ziyang; Ye, Wei; Marence, Miroslav; Bricker, Jeremy D.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2018

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Acceso abierto

Artículo científico
2018

Comportamiento de filtración inestable de una presa de tierra durante ciclos de sequía-inundación


Categoría

Ciencias Naturales y Subdisciplinas

Subcategoría

Ciencias de la Tierra y Geología

Palabras clave

Cambio climático
Sequía
Inundación
Comportamiento de filtración
Presas de tierra
Erosión interna

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 15

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El cambio climático con condiciones hidrológicas extremas, como sequías e inundaciones, presenta nuevos desafíos para el comportamiento de filtración y la estabilidad de los diques de tierra. Tomando como ejemplo un dique de tierra afectado por sequía en China, se analiza la influencia de los ciclos de sequía e inundación en el comportamiento de filtración del dique. Este documento incluye un experimento de laboratorio con muestras de arcilla y una simulación de filtración mediante el método de elementos finitos no estacionario del dique mencionado. Los resultados muestran que una sequía severa causa grietas en la superficie de la muestra de suelo arcilloso. La sequía prolongada provoca grietas más profundas e induce un aumento brusco de la presión de succión, lo que indica que las grietas se convertirían en canales para la infiltración de lluvia en el dique durante las lluvias posteriores, aumentando el potencial de erosión interna y disminuyendo la estabilidad del dique. Se investigan medidas para prevenir la infiltración en la superficie de la pendiente del dique, con el fin de evitar la formación de grietas profundas durante sequías prolongadas. Se calculan y analizan indicadores de filtración no estacionaria, incluyendo líneas freáticas instantáneas, líneas equipotenciales y gradiente de presión de poro en el dique, bajo dos condiciones asumidas con diferentes fluctuaciones del nivel del agua del embalse. Los resultados muestran que cuando el nivel del agua cambia rápidamente, la línea freática es curva y está en constante cambio. A medida que el nivel del agua sube, las líneas equipotenciales se desplazan río arriba, y el gradiente de presión de poro en el cuerpo principal del dique es mayor que el de la filtración estacionaria. Además, cuanto más rápido sube el nivel del agua, mayor es el gradiente de presión de poro. Esto puede causar erosión interna. Además, el caso de una pendiente aguas arriba agrietada se modela a través de un coeficiente de permeabilidad equivalente, que muestra que el gradiente de presión de poro en la zona debajo de las grietas aumenta en un 5.9% en el nivel máximo de agua; esto podría agravar la erosión interna. Además, los resultados son coherentes con la literatura previa que indica que la reducción rápida del nivel del agua del embalse es perjudicial para la estabilidad de la pendiente aguas arriba, según lo calculado por el Método Simplificado de Bishop. Se concluye que las fluctuaciones del nivel del agua del embalse deben ser estrictamente controladas durante los ciclos de sequía e inundación; tanto la tasa de reducción como la tasa de llenado deben ser reguladas para evitar la erosión interna de los diques de tierra.

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