PRIMERA UNIDAD: PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS

PRIMERA UNIDAD: PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS

PERMEABILIDAD:

La permeabilidad es la propiedad que tienen los suelos de dejar pasar el agua a través de él.

Se dice que un material es permeable cuando este contiene vacíos en su estructura, tales vacíos existen en todos los suelos y rocas, solamente es una diferencia de magnitud de la permeabilidad entre materiales, por ejemplo entre una grava gruesa y una roca sana.

La permeabilidad tiene un efecto decisivo sobre las dificultades a encontrar en las obras, por ejemplo en las excavaciones a cielo abierto, cuando la cantidad de agua que escurre a través del material están pequeña como el caso de superficies expuestas al aire, esta se evapora totalmente.

LEY DE DARCY:

Los cálculos de la permeabilidad gravitacional se basan en la ley de Darcy (1856). Según la cual la velocidad de filtración es directamente proporcional al gradiente hidráulico.

V=K i………………………………………………………………….(1.1)

Donde: K: Coeficiente de permeabilidad

i: Gradiente hidráulico: i=h/L

h: Diferencia de los niveles del agua libre a ambos lados de una capa de suelo, es decir, es la pérdida de agua en la distancia “L”.

L: Espesor de la capa de suelo medida en la dirección de la corriente.

Según el dispositivo mostrado, Darcy encontró que para velocidades pequeñas:

Q(〖cm〗^3/seg)=K(cm/seg) x A(〖cm〗^2 ) x i=K x A x i……………………………(1.2)

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD:

Q=V x A………………………………………………………………………..(1.3)

GASTO EN FUNCIÓN DEL TIEMPO f (t): El gasto total que pasa por una sección transversal de suelo durante un tiempo t es:

Q=K x A x i x t…………………………………………………………………(1.4)

Donde:

t: Tiempo de escurrimiento

Q: Gasto en cm3/seg.

K: Coeficiente de permeabilidad del suelo (cm/seg.) o (min/seg)

A: Área total de la sección transversal del suelo (cm2)

COEFICIENTES DE PERMEABILIDAD DE ALGUNOS SUELOS:

VELOCIDAD: DE DESCARGA, FILTRACIÓN Y REAL.

VELOCIDAD DE DESCARGA (V): Llamada velocidad superficial del flujo, se determina mediante las siguientes ecuaciones:

Si sabemos que: Q=A x V………Ecuación de cotinuidad

Q=K x A x i….Ecuación del gasto según Darcy

Igualando estas ecuaciones obtenemos: V=Kx i cm/seg……………(1.5)

VELOCIDAD DE FILTRACIÓN (V1): Sabemos que el caudal de filtración (Qf) es igual al caudal de descarga (Qd), entonces analizando en la fg. Nº 2 de suelo tenemos:

Q (de descarga)=Q(de filtración)

A x V=A_1 x V_1

V_1=A/A_1 x V=V/(A_1/A)

Sabemosque:e=V_v/V_s y n=V_v/V_m

n=A_1/A=e/(1+e)

Por lo tanto:

V_1=V/n=((1+e))/e x V(cm/seg)…………………………………………………….(1.6)

VELOCIDAD REAL (V2): Considerando la misma figura N º 2 obtenemos:

V_2/V_1 =L_m/L

V_2=V_1 L_m/L=(1+e)/e x L_m/L x V cm/seg……………………………………………(1.7)

Suelos anisótropos:

Los suelos anisótropos que se representan en la naturaleza suelen tener tres planos ortogonales de simetría que se cortan según tres ejes principales x, y, z. Las ecuaciones equivalentes a las anteriores serán:

V_X=-K_X ∂h/∂X; V_Y=-K_Y ∂h/∂Y ; V_Z=-K_Z ∂h/∂Z ,

Influencia de la anisotropía en la permeabilidad:

De los resultados de diversos ensayos se deduce que la relación entre las permeabilidades horizontal y vertical de una arcilla aumenta con:

a) La máxima tensión efectiva vertical que ha sufrido la arcilla en el pasado.

b) Cada nuevo ciclo de carga.

c) El porcentaje de fricción de arcilla.

MÉTODOS PARA MEDIR EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (OBTENIDO EN EL LABORATORIO O IN-SITU)

El conocimiento de la permeabilidad de los suelos, tiene gran importancia, como el conocimiento de la permeabilidad en presas de tierra, la capacidad de las bombas para rebajar el nivel freático durante las excavaciones y la velocidad de asentamiento de los edificios.

Los métodos son los siguientes:

MÉTODO DIRECTO:

PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE:

Se utiliza generalmente para suelos relativamente impermeables en los que el desagüe es muy pequeño, así tenemos las arcillas.

El procedimiento para determinar el coeficiente de permeabilidad de un suelo es el siguiente:

La muestra de suelo se coloca entre dos placas porosas que sirven de filtros.

El desagüe se mide en un tubo delgado de vidrio de sección “a”

Cálculo del coeficiente de permeabilidad “k”: Durante el tiempo elemental dt la altura del agua en el tubo disminuye

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