FILTROS INVERTIDOS

INTEGRANTES:

RUBEN LUCERO REYES

EFRAIN CASTILLO MORALES

OMAR

SERRANO

INTRODUCCION

Los filtros invertidos son un elemento esencial en las presas de tierra cuya función principal es evitar la erosión interna o tubificación de los diferentes materiales de la presa. Los filtros invertidos también pueden emplearse para interceptar y desalojar el flujo de filtración o bien, pueden ser empleados para evitar el levantamiento del suelo de la cimentación en aquellos sitios donde aflora el flujo de filtración.

Los filtros invertidos se colocan en todos los lugares de contacto entre dos suelos de diferente granulometría en uno de los cuales pudiera presentarse la tubificación.

De esta manera la pantalla o el corazón impermeable de una presa de tierra siempre debe protegerse con un filtro invertido.

Los filtros invertidos se componen de una o mas capas de suelos granulares no cohesivos, generalmente gravas o arenas limpias. La composición granulométrica de cada capa debe ser uniforme y el tamaño de las partículas de cada capa debe crecer en dirección del flujo.

El diseño de un filtro invertido consiste fundamentalmente en determinar: la composición granulométrica de cada capa; el número de capas; el espesor de cada capa; y la capacidad de drenaje del filtro si es necesario.

Para que el filtro trabaje eficientemente, este debe cumplir con las condiciones siguientes: a)La permeabilidad del filtro debe ser

mucho mayor que la permeabilidad del suelo protegido

b) La composición granulométrica del filtro se debe seleccionar de tal forma que:

- Que las partículas del suelo protegido no penetren en los poros del filtro mas que en cierta cantidad de prevista en el diseño

- Que el filtro no sufra colmatación o sea, que las partículas mas finas del suelo protegido que penetran en el filtro gracias al flujo de filtración sean arrastrados y desalojados del filtro por el mismo flujo. c) El propio material del filtro no se debe

tubificar.

En la actualidad el diseño de los filtros invertidos se realiza a través de criterios empíricos que en la práctica han comprobado su efectividad.

En varios países se tienen diferentes criterios para el diseño de los filtros.

Criterio de TerzaghiUno de los criterios ampliamente utilizado para el diseño de los filtros invertidos es el propuesto por Karl Terzaghi, de acuerdo con el cual para que el filtro trabaje correctamente y cumpla con las condiciones mencionadas anteriormente se debe cumplir que:

D15d85≤5≤

D15d15

Dónde:

d15 – diámetro tal que solo el 15% de las partículas del suelo por proteger son menores que él.

d85- diámetro tal que el 85% de las partículas del suelo por proteger son menores que él.

D15-diametro tal que el 15% de las partículas del filtro son menores que él.

En el año de 1963 el USBR propuso los siguientes criterios para el diseño de los filtros:

Características de los materiales para filtro R50 R15

Distribución granulométrica uniforme U=3-4 5-10 -

Bien graduado o pobremente graduado (no uniforme) granos subangulares.

12-58 12-40

Bien graduado a pobremente graduado (no uniforme) partículas angulares.

9-30 6-18

𝑅50=𝐷50( 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜)𝑑50(𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜)

𝑅15=𝐷15( 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜)𝑑15(𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜)

𝑈=𝐷60

𝐷10

−𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑

Las normas soviéticas permiten seleccionar la composición granulométrica de los filtros más correctamente ya que consideran una mayor cantidad de factores.

Con alguno de los criterios señalados se diseña cada capa de filtro por separado.

Como ya habíamos señalado anteriormente el material de los filtros es arena y gravas.

Estos materiales generalmente se encuentran en el lecho del rio o en bancos de préstamo cercanos a la presa, de tal forma que el problema de los filtros se resume a comprobar si estos materiales son aptos para ser empleados como filtros de acuerdo con los criterios anteriores. Si los materiales son adecuados entonces se colocan directamente en el cuerpo de la presa, en caso contrario, o bien en el caso que existan estos materiales, entonces será necesario crear los materiales idóneos a través de la trituración y cribado de rocas de alta resistencia.

Número de capas:

Generalmente es deseable tener el menor número de capas. En la mayoría de los casos los filtros tienen de 2 a 3 capas sin embargo hay ocasiones en que puede ser de una sola capa.

Espesor de las capas:

El espesor de las capas del filtro depende de las condiciones de su construcción y de los asentamientos que este pudiera experimentar durante su periodo de servicio. En general se considera que el espesor mínimo de cada capa del filtro debe ser mayor de 20 cm*. Si es posible que la presa tenga asentamientos sustanciales, entonces el espesor de las capas de filtro se debe aumentar considerablemente.

En el libro de R.J. Marsol se recomienda que para facilidad de construcción y para evitar las consecuencias de la contaminación el espesor del filtro no debe ser menor de 1m.

Si además el filtro va a funcionar como drenaje, o sea, tiene las funciones de captar y desalojar el agua que se filtra entonces, si el filtro se diseña como se muestra en la figura sus dimensiones se pueden obtener por las siguientes fórmulas:

𝑑1𝑚𝑖𝑛=𝑞

𝐾 𝑠𝑒𝑛𝛾

𝑑2𝑚𝑖𝑛=√ 4𝑞𝐿𝐾Donde:K – Coeficiente de permeabilidad.q – Gasto filtrado por unidad de longitud de la presa.