Tema 1 Esfuerzos Totales y Efectivos
October 11, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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FACULTAD DE
DE SUELOS Y ASFALTO
UNIVERSIDAD RICARDO PALMA LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y ASFALTO
TEMA 1 SEMESTRE 2013-0 CURSO: MECANICA DE SUELOS II PROFESOR: Ing. OSCAR DONAYRE CÓRDOVA
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de los
suelos
relacionados
a la
(defoorm (def rmac acio ione nes) s).. Comp Comple leme ment ntar aria iam men ente te análisis y diseño de obras geotécnicas contención y cimentaciones. ,
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•de Suelos Saturados. •Cálculo de Esfuerzos Transmitidos al Subsuelo m eime dieara nteEv laalua apción licón ac.ión de la Teoría de la Elasticidad. Prim Pr Eval uaci • onso ac n n mens ona , roceso e Consolidación según la Teoría de Te,rzaghi. Tipos de Consolidadas, Preconsolidadas y Sobreconsolidadas. Com resibilidad Estimación de asentamiento or consolidación. •Estado de esfuerzos – Teoria de Morh Coulomb. eor a e po o y es uerzos en cua qu qu er er p an ano no principal. Se Segu gund ndaa Ev Eval aluuac acío íon n .
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1° Pr Prác ácti tica ca de La Labo bora rato tori rio o
nsayo e onso ac n Unidimensional de Suelos
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Ensayo de Consolidación Unidi ensional de Suelos
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•Resistencia al Esfuerzo Cortante de Suelos Granulares y Limo-Arcillosos. Ensayos de Corte D irecto, Compresión No Confinada y Compresión Triaxial. •Capacidad de Carga de los Suelos, principales Teorías de Terza hi, Me erhof, Skem ton, Hansen, Vesic y otros aplicados a Cimentaciones superficiales. Estimación de asentamientos en Suelos Granulares mediante la aplicación de la Teoría de la Elasticidad. Te Terc rcer eraa Ev Eval alua uaci ción ón .
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2° Pr Práct áctic icaa de La Labo bora rato torio rio
confinada
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Ensayo de Compresión no confinada Deformación (%)
Esfuerzo 2
0.000
0.000
0.093
0.117
.
0.826
0.373 0.466
1.311 1.941
0.560
2.375
0.653
3.003 .
0.840
4.447
0.933
5.312
1.026
6.369
1.119 1.213
7.568 8.976
.
18.0
16.0
.
0.280
.
Esfuerzo-Deformación
Vertical (Kg/cm )
14.0
12.0 ) 2 m c 10.0 / g k ( o z r e 8.0 u f s E
6.0
.
1.399
11.709
1.493
14.118
1.586
16.215
1.679
17.590
1.772
17.573
1.866
16.839
1.959
16.440
4.0
2.0
0.0 0 .0
0 .5
1 .0
1 .5
2 .0
2.5
Deformación (%)
Gravedad Específica
2.58
Contenido de Humedad
%
Peso Unitario Húmedo
Peso Unitario Seco
Grado de Saturación Inicial
Cohesión
3
(kN/m )
13.57 13.02
(%) (kg/cm )
2
Módulo Elástico Máxima Compresión
4.23
3
(kN/m )
11.57
401.08
2
(kg/cm ) g cm
7.420 3.71
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•Análisis de Estabilidad de Taludes. Método de estabilidad. Aplicaciones mediante el Método ueco para ue os os rc osos sa ura os con os croivteeras aioss ode eTaeynliours- pFaerlalensiuuse;os osMémtoixdtoos,de palaras condiciones Estáticas como Seudo-estáticas (Dinámicas). Cuarta Evaluación Obligatoria, su calificación no se sustituye .
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3° Pr Prác ácti tica ca de Lab Labor orat ator orio io Ensayo de Corte Directo
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Esfuerzo Cortante Vs Deformación Horizontal 1.60
Ensayo de Corte Directo
1.40
) ² m c / g K ( e t n a t r o C o z r e f s E
.
1.00 0.50 kg/cm²
0.80
1.00 kg/cm² . 0.60
.
g c m²
0.40
0.20
0.00 0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
Defor mación Horizon tal (% (%))
PARAMETROS DE RESISTENCI RESISTENCIA A Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal 3.00
2.50
) ² m 2.00 c / ( K e t n a t r o C o z r e u f s E
1.50
1.00
0.50
0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
Esfuerzo Normal (kg/cm²)
COHESION (c) ANGULO DE FRICCION FRICCION (Φ)
(kg/cm²)
0.00
(°)
33.69
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rome o
na =
+
+
+
El promedio promedio de de calificación calificación de de laboratorios laboratorios,, reemplaza reemplaza a la nota más baja de cualquiera de las tres primeras evaluaciones, así mismo, la Cuarta Evaluación es o ga or a. a. Las fechas de las Evaluaciones están programadas en: EV1 = Del 07 al 11 11 de Enero 2013 (15/01/2013) EV3 = Del 11 al 15 de Febrero 2013 (12/02/2013) EV4 = Del 25 al 28 de Febrero 2013 (27/02/2013)
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BIBLIOGRAFIA
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Mecáni Mec ánica ca Editorial de Suel Suelos, os, T.Will T.W illiam iam Lambe Lambe – Rob Robert ert V. •Whitman, Limusa-Mexico. •Mecánica de Suelos aplicado a la Ingeniería, Karl Terzaghi. •Fundamentos de Mecánica de Suelos, Roy Whitlow. •Mecánica de Suelos –Tomos I y II, Juarez Badillo – Alfonso • ec n cRico. a e Sue os y mentac ones, eorge Sowers. •Análisis y Diseño de Cimentaciones, Joseph Bowles. nica ca e Su Suee os y Ci Cime ment ntac acio ione nes, s, Ca Carr os Cr Cres espo po •Mec ni Villalaz. • ngen er a e men ac ones, a p ec – anson Thornburn.
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Fundam dament entos os de Mec nic nicaa de Sue Suelos los y Cimen Cimentac tacion iones, es, •Fun Braja Dass. eo cn a de e las ngeCimentaciones, ng n er o, enr G.A. am e Leonards. or . •Ingeniería • n s s e mentac ones, a p cott. Manuales Autores: de Laboratorio de Mecánica de Suelos •Joseph Bowles •Carlos Crespo Villalaz •Arnaldo Carrillo Gil •Genaro Humala
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Exploratorio
Definitivo
Geofísico
Pozo a cielo abierto Perf.con posteadora
Calicatas Con Tubos de Pared delgada (Selby)
Sísmico Resistividad Eléctrica
. Método Lavado
Rotativos (Diamantina)
Magnética
S.P.T.
Otros
Otros
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SPT
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SPT
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Cono de Penetración (ASTM D 5778)
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medio del SCPTu Velocidad de onda Vs Downhole por medio c ne er,
Si Sist stem emaa de de ancl anclaa e Fuente automática Onda polarizada Vs con excelente respuesta del suelo.
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Velocidad e on a
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Métodos de rueba: onda su er icial Lectora Fuente periódica o con nua geófonos
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MOGRAPH RAPH IC IMA IMAG GES OF THE S-WAVE VE VEL L OCITY TO MOG WIT WI T H H ORIZONT RIZONTAL AL SMO OTH ING
NF T
BR T
TD T
Veloc Velo c i ty( m/s) >100
100-125 125-150 150-175 175-200 200-225
>200
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Definiciones de la const tuc n e os suelos • Los depósitos naturales fases constituyentes: líquido (agua)
Gaseoso
Líquido Sólido VOLUMEN
V
es una • Cada fase
.
V
Vl Vs
MASA M
Ga Liqui o
M l
M
M s
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Fases es Com one onente ntess de Suel Suelos os Parc Parcial ialme mente nte Sat Satura urados dos Fas Relaciones de Volumen
Va
Wa = 0
Vw
Ww
Vs
Ws
Vv
Vm= Vv+Vs
Wm=Ww+Ws
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DISTINTAS RELACIONES DE PARAMETROS DE SUELOS PARA OBTENER: , d, Datos
ω
Gs e
sat
γ ) Peso Unitario húmedo ( γ
( 1 + ω ) G γ ω S ( 1 + e )
, Gs, e
ω ,
Gs, S
S
ω
(1+ e )
( 1 + ω ) G S γ ω
⎛ ⎝
⎛ ω GS ⎞ ⎞ ⎝ S ⎠ ⎠
ω ,
Gs, n
G S γ ω ( 1 − n ) ( 1 + ω )
,
,
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S
ω
−
ω
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Datos
Peso Unitario Seco ( γ γ d) d)
Datos
Peso Unitario Seco ( γ γd) d )
γ
,
ω
(1 + ω )
Gs, e
e, S,
ω
ω
(1 + e)
sa t , e
Gs γ ω 1 − n
γ sat −
e γ ω
(1 + e )
Gs, n
(1 + e)
sa t ,
n
γ sat − n γ ω
Gs ω ,
s,
(1 +
ω Gs
S
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)
sa t ,
G S
(γ sat − γ ω ) Gs (Gs − 1)
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Datos Gs, e
Peso Unitario Saturado ( γ γ sat) sat) (Gs + e) γ ω
Datos
Peso Unitario Saturado ( γ γsat) s at)
e
γ d
n
γ d + n γ w
γd ,
+e
+
e
+e
γ w
Gs, n
Gs, ωsat
(Gs (1 − n ) + n )γ w
γd ,
(1 + ω sat )Gs
γd , ωsat
(1 + ω sat Gs) e, ωsat
n, ωsat
(
e ω sat
)(
γ w
(1 + ω sat ) (1 + e)
n (1 + ω sat ) ω sat
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γ d (1 + ω sat )
γ w
γd ,
) γ w
Gs
(1 − (
Gs
)) γ d
+ γ w
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densidad ad relati relativa va,tambié también resarse se en términ términos os del La densid peso específico seco seco, o: n uede ex resar d
C r (%) = ⎢
−
d mín
d máx
) − γ d ( mín) ⎥⎥⎦ ⎢⎣ γ d ( máx (
)
(
γ d
)
x100
donde d = peso específico seco en el estado más denso; es decir, d(máx) cuando la peso relación de vacíos d(mín) = específico secoesene el estado más suelto; es es decir, cuando la relación de vacíos es e máx
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Com acidad acidad Relati Relativa va
Denomi Denominac nación ión
(%) 0 – 15
Muy Suelta
15 – 35
Suelta
35 – 70
Mediana
– 85 – 10 100
Muy Compacta o muy Densa
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Princi io de Es uerzo Total UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
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suelo real, evidentemente, hace imposible el estudio de las fuerzas existentes en cada unto de contacto. Ya ue las presiones de laemplear masa deelsuelos son anisotópicas. Por loreales que esdentro necesario concepto e . Es así que el concepto de esfuerzo aplicado a los suelos, se entiende como los esfuerzos que existen en una masa de suelo debido: peso propio, al efecto de la presencia de , externas, descargas aplicadas y por último se harán re resentaciones eo étricas úti es ara co render e estado de esfuerzos en un punto de una masa de suelo.
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El sistema de esfuerzos correspondiente al peso propio del ESFUERZOS GEOSTÁTICOS suelo suele ser complicado. Sin embargo, existe la sistema de esfuerzos muy sencillo: cuando la superficie del terreno es horizontal cuando la naturaleza del suelo varía muy poco en dirección horizontal. Presentándose este caso muy frecuentemente, en especial en suelos de origen se imentario. En ta caso, os es uerzos se enominan geostáticos .
En lo descrito anteriormente se considera que no existen esfuerzos tangenciales sobre planos verticales y or zon a e raza o a ra rav e ue o. or o que e esfuerzo vertical geostático se calcula considerando el . UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
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Nivel del Terreno (N.T.)
eEns suelos uerzoslose compresión se matemáticamente como cantidades positivas.
h
γ: Peso Unitario del suelo
El esfuerzo vertical total (σv) en un un punto punto es el esfue esfuerzo rzo roduct rod (es ucto decir o del el geostático) eso de los mat materi queeriale seales encuentran s com one onente por ntesencima s del sue suelo del lo punto considerado. σv Donde: “γ” es el peso unitario del suelo “ ” UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
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Caso a E es uerzo vertica tota (σv cuan o e ni nive re tico coincide con la superficie del terreno γ v suelo sat wsaturado Donde: γsat peso unitario del
Caso e buerzo ver ca o a σv cuando el nivel freático está por enci en terreno cima ma de la su er erfi fici ciee del del σv = γw h1 + γsat h2 Don e: γ peso unitario e sue o saturadosat
N.F. h1
γw N.T.
h2
γsat
σv
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Caso c (experimental) e uerzo ver ca o a σv cuando el suelo está seco σv Donde: γd peso unitario seco
N.T.
h
σv
Caso es duerzo ver ca o a σv cuando el suelo está parcialmente
. .
h
saturado σv = γ h Donde: eso unitario húmedo o
γd
S ≠ 100% ω>0
σ
parcialmente saturado
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Caso general σv conformado por varios estratos o capas de suelos σ = h + h + h γsat1 peso unitario del suelo saturado tipo 1 Donde: esoo uni es unita tari rioo del del sue suelo lo sa satu tura rado do ti o 2 N.F. h1
γw
N.T.
γsat 1
sa
2
σv
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Concepto de Presión de poro, presión neutra,
intersticios, vacios o poros de un suelo saturado. Por lo que masa de suelo. n e ca caso que no ex s a u o e agua a pres n e poros es igual a la presión hidrostática . Por lo que la presión
n ers c a μ en un pun o e erm na o es gua a peso unitario del agua multiplicado por la distancia (hw) del punto a n ve re co. μ = γw hw
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Para obtener información de los niveles freáticos se pueden utilizar las siguientes alternativas, dependiendo características del estudio.de las Los observaciones se pueden hacer mediante: a ozos ex s en es; uper c es e agua libre (lagos, ríos, canales, manantiales o “ ”, , , . de observación especialmente instalados para .
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Pozos de observación del nivel freático ozo s n u o ozo en u a o
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n e ca caso cuan o e . . co nc e con a super c e del terreno, el esfuerzo neutro ( ) será: μ = γw
w = γw
N.T.
1+ 2 N.F.. N.F
h1
Suelo 1
h2
Suelo 2
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. . debajo de la superficie del terreno, el esfuerzo neutro será: μ= γw hw = γw (h1+h2-ho) N.T. h1
N.F. Suelo 1
h2
Suelo 2
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ho
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Concepto desuelo, Ascención Capilar Suelos En una masa de los espacios vacíos en o intersticios
interconectados pueden comportarse como tubos capilares e iv iver erso sosspuede i met etro ros. s. or oque queeel aagua qu uerz ue rza tens te nsii n superficial ocasionar enael esuelo . esta ascen ascención esta ascenció capilar ciónn ca dependerá ilarr dismin ila disminuir del uiráádiámetro con el incr con increme deemento losnto “tubos”, del del diámetro de los “tubos”. Como estos en el suelo tienen diámetros variables, la altura de la ascención capilar no ser un orme. en o a μ en cu cuaa qu er pu punt ntoo en a zo zona na e ascención capilar aproximadamente a: μ= hacia -S γwarriba h´ desde el nivel freático Donde h´= distancia medida
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Ascención capilar La presión en el punto A dentro del tubo capilar,
hc
A
h´
μ = -γw h´ (p (par araa h´= h´= 0 a hc)
h´
Zona de ascención capilar en el perfil del N.F.
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Ascención capilar en suelos poros o vacíos se produce el fenómeno fenómeno de ascensión capilar. Cumpliéndose el principio siguiente “mientras más pequeños son poros laesaltura la continuación que asciende se el dan agua por encima nivellos freático mayor.a A da n valores de ladel c suelos indicados en la tabla: Ti o de uelo
uelto Cr: 15% – 35%
Denso Cr: 70% – 85%
Arena gruesa
0.03 – 0. 0 .12
0.04 – 0 0..15
Arena media
0.12 – 0 0..50
0.35 – 11..10
Arena fina
0.30 – 2 2..00
0.40 – 3 3..50
Limo
1.50 – 10.00
2.50 – 12.00
Arcilla
≥ 10.00
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Concepto de Esfuerzo Efectivo ons ere un es uerzo ver ca en un punto A situado a una profundidad h1+h2 vertical total en el punto “A” . es: esfuerzo σA = h1γ + h2γsat ue o se denomina es uerzo e ectivo vertical en A (σA´) a la diferencia entre el esfuerzo total en A menos la resión de poros en dicho punto, conociéndose también a esta presión efectiva como presión intergranular: σ ´ = +
h1
N.T.
γ
N.F.
h2
γsat
A´
sa
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N.T.
1
. .
2
sat
A´
´ sat σA´ = h1γ + h2γsat – γ ω (h2) σ
Esfuerzo Efectivo en “A” (σA´ ):
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Esfuerzo en Condiciones r o n m c ca a s Cuan Cu ando do ex exis iste te mo movi vimi mien ento to o fl fluu o de a ua ua,, la lass
presiones ya no se consideran hidrotáticas sino que presiones es epasan caso ca so,, hacer para pa ra co cono noce cerr oshidrodinámicas. va or ores es e as En presiones de poro es necesario medirlas “in ”, instrumentación geotécnica como son los iezómetros.
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Piezómetro (Tubo abierto o Casagrande) Un piezómetro es una tubería de diámetro pequeño, abierta en ambos extremos, generalmente no perforada (excepto en una sección pequeña, no superior a 10-20 cm), instalada revistiendo el pozo filtraciones entre la pared exterior del tubo y el sinterior uello lo ue erm rmit itir ir sólo ue por tod odaaelelextremo a ua ueinferior. in re resse a su haga
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Piezómetro Tubo Abierto o Casan rande
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Instalación de piezómetro Tapa
S Arena
anura o e Tubo
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Piezómetro e cer m caabierto
Sonda de nivel
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PIEZÓMETROS ÚLTIMA GENERACIÓN
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PIEZÓMETROS NEUMÁTICOS Piezómetros neumáticos neumáticos o de Diafragma Hidraúlica
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Piezómetros neumáticos y lectora de presiones
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Piezómetros eléctrico o de Cuerda Vibrante
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de Tubo aPara iertelo caso o asde agrPiezómetros an e Si se em lea leara ra con fin fines es de mon monito itoreo reo eot eotécn écnico ico los pizómetros de tubo abierto o Casagrande, se podría presentar los siguientes casos durante la ns rumen ac n e cua se se n erpre ar a e a siguiente manera:
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Cuando nivel del agua en el tubo abierto coincideelcon el N.F. hidrostática; por lo tanto no existe flujo ni movimiento del agua: N.T.
N.F.
h1
hp
A
ω
p
No hay flujo
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Cuando el nivelencima del agua el tubo abierto se encuentra del en N.F. hidrodinámica; por lo tanto si existe flujo o movimiento del agua: N.T.
N.F. hp h1
A
hp >h1 μ = γω (h ) Existe flujo ascendente
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Cuando el nivelpordeldebajo agua en tubo abierto se encuentra delelN.F. hidrodinámica; por lo tanto si existe flujo o movimiento del agua: N.T.
N.F.
h1
h
A
hp
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