Comparación de Métodos de Obtención de la Red de Flujo en Presas de Tierra Utilizando Elementos Finitos

Abstract

El flujo de agua a régimen permanente a través de presas de tierra está gobernado por la ecuación de Laplace y es un problema de gran importancia en la ingeniería práctica. La solución de éste es el conjunto de curvas que forman la red de flujo dentro del medio poroso.
Una condición de contorno de este problema es la superficie libre, cuya ubicación es desconocida en el caso de flujo inconfinado. Sobre esta superficie la presión de poros es igual a la atmosférica. Por lo que es considerada la primera línea de corriente, y por ello debe ser intersectada en forma normal por las líneas equipotenciales.
Existen métodos empíricos para su obtención, desarrollados originalmente para resolver filtraciones a régimen permanente a través de suelos saturados, homogéneos e isótropos. Sin embargo, cuando se analizan sistemas de suelos heterógeneos y/o anisótropos, se vuelven complejos y difíciles de utilizar.
Para resolver casos complejos, se recurre a métodos más sofisticados y a técnicas iterativas para poder obtener la superficie libre. En este trabajo se empleó el método de los elementos finitos (MEF) como herramienta para conocer la ubicación de la misma. Para lograr este objetivo se utilizan dos planteos distintos, el primero consiste en emplear una malla deformable que contiene sólo a la zona saturada, y que es deformada a medida que varía la posición de la superficie libre y el segundo es un método de optimización heurística utilizando algoritmos genéticos. Finalmente se comparan ambos métodos y se evalúan las ventajas relativas de cada procedimiento.