Para aumentar la estabilidad de los taludes se deben reducir la presión de poros y alejar la napa freática de la superficie del talud. Este artículo muestra la simulación de la despresurizacion mediante drenes horizontales.
Despresurización por drenes horizontales
Los drenes horizontales son perforaciones horizontales realizadas en la superficie de los taludes. Estas perforaciones pueden tener distintas longitudes y estar ubicados a determinadas distancias horizontales y verticales.
En base de la distribución y profundidad de los drenes se alcanzará estándares geotécnicos para la estabilidad de un talud. Una mayor cantidad y profundidad de drenes alejará más la napa freática pero también implicará un mayor costo. Para alcanzar el óptimo (nivel de drenaje / precio) se recomienda usar un software de modelamiento de aguas subterráneas como MODFLOW.
MODFLOW para la simulación de despresurización de taludes
MODFLOW es el modelo desarrollado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos capaz de modelar el régimen de aguas subterráneas en régimen uniforme y transitorio.
Para poder simular la despresurización de los taludes se utilizaron las siguientes condiciones de borde: Recarga, Dren, Evapotranspiración, Carga Constante. El solucionador seleccionado fue MODFLOW NWT con 150 iteraciones. La interfase gráfica utilizada fue Model Muse, que también es de código libre.
En la siguiente figura se puede ver una representación del modelo realizado en MODFLOW con los drenes, la napa freática y la napa a 50 días, así como la distribución de cargas hidráulicas a los 50 días.
Desarrollo de las cargas hidráulicas con la instalación de drenes horizontales
En la siguiente animación se puede ver la distribución de las cargas en el tiempo por la instalación de los drenes horizontales. También se puede apreciar un alejamiento de la superficie satura respecto de las paredes del talud.
¿Cuánto drenan los drenes horizontales?
Esta pregunta también la puede responder MODFLOW mediante su paquete de balance hídrico. El resultado de la variación con el tiempo del caudal de salida de los drenes se puede ver a continuación.
Caudales (l/s) versus Tiempo
El aporte de almacenamiento es la cantidad de agua drenada por el descenso de la napa freática. Este aporte es el principal constituyente del caudal de drenaje.
El sistema de aguas subterráneas no se ha recuperado totalmente a los 50 dias ya que sigue el aporte de almacenamiento. Los caudales seguirán descendiendo en una curva asindótica. Sin embargo, se puede concluir que a los 40 días se redujeron en un 90% los caudales de salida de los drenes.
FloPy es la librerìa de Python que construye y ejecuta modelos MODFLOW; esta librería se ha mejorado para proporcionar un soporte completo de MODFLOW 6 y la mayor parte de su desarrollo está relacionado con la funcionalidad de MODFLOW 6, herramientas para usar datos espaciales vectoriales, rasters y funcionalidades comunes de ploteo y exportación.
Python es un lenguaje de programación sencillo y potente; su simplicidad es notable en comparación con otros lenguajes de programación y su potencia se basa en la cantidad de herramientas disponibles para las diferentes áreas de estudio.
Hemos desarrollado un programa completo en modelamiento de aguas subterráneas con MODFLOW y FloPy que abarca desde los temas esenciales en Python hasta casos aplicados de modelamiento regional e intrusión marina. El programa está diseñado para brindarle al estudiante un enfoque metodológico para aprender FloPy basado en una serie de ejemplos aplicados junto con las opiniones/experiencias del profesor y la revisión del software.