Propiedades Hidráulicas del Suelo: Permeabilidad, Tensión Superficial y Agua Freática, Diapositivas de Mecánica de suelos

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SESION 9

Tema: PROPIEDADES HIDRAULICAS DEL SUELO

MATERIAL PERMEABLE

Un material permeable es aquel que posee vacíos continuos, que de alguna manera pueden permitir el paso del agua a través de ellos. La permeabilidad es función predominantemente del tamaño de los vacíos, más que de la cantidad de vacíos. En la arcilla por el contrario el agua filtra muy lento debido a las propiedades de las partículas de este material, por esta razón las arcillas se consideran de baja a muy baja permeabilidad. En el caso del concreto, el agua filtra muy lentamente; se evapora rápidamente y no se llega a ver la cantidad de agua. Si bien existen materiales de muy baja permeabilidad considerados impermeables, en la naturaleza no hay materiales infinitamente impermeables. UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS ROSA TOCAS MENA

De la expresión anterior se puede despejar la constante de permeabilidad o de conductividad hidráulica, obteniéndose: 𝐤 = 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞𝐧 𝐀∗𝐢∗𝐭 ; y como velocidad () es = 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞𝐧 𝐀∗𝐭 entonces 𝐤 = 𝐯 𝐢 ; por lo tanto velocidad es: 𝐯 = 𝐯𝐞𝐥𝐨𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝 = 𝐤 ∗ 𝐢 La conductividad hidráulica K depende del tamaño de los poros, están en función de la forma, tamaño y acomodo de las partículas del suelo.

En la formula anterior el área transversal A corresponde al área total, incluyendo las

partículas sólidas y los vacíos entre ellas; por lo tanto, la velocidad 𝐯 = 𝐤 ∗ 𝐢 es una

velocidad ficticia a la que tendría el agua que fluir a través de toda el área A.

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Si se quiere hacer uso de la verdadera velocidad del agua a través de los poros del suelo es necesario entonces medir el área de los poros del suelo mediante una sección transversal al mismo, y a la ecuación de Darcy se escribirá entonces así: 𝑉 = 𝐾𝑃 ∗ 𝐴𝑃 ∗ 𝑖 ∗ 𝑡 Entonces: 𝐾𝑝 = 𝑉 𝐴𝑝∗𝑖∗𝑡 ; y como 𝑉𝑝 = 𝑉 𝐴𝑝∗𝑡 , se tiene que: 𝑉𝑝 = 𝐾𝑃 ∗ 𝑖 La constante kp se conoce con el nombre de constante de percolación. Como el área de los poros en una sección transversal es igual a la porosidad n por el área de la muestra , se tiene: 𝐴𝑝 = 𝑛 ∗ 𝐴; y 𝑛 = 𝑉𝑣 𝑉 𝑉 = 𝐾𝑝 ∗ 𝐴𝑃 ∗ 𝑖 ∗ 𝑡 = 𝑛 ∗ 𝐴 ∗ 𝐾𝑝 ∗ 𝑖 ∗ 𝑡 de donde: 𝐾 = 𝑛 ∗ 𝐾𝑝 UNIVERSIDADUNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADASPERUANA DE CIENCIAS APLICADAS ROSA TOCAS MENAROSA TOCAS MENA

Ensayos para determinar el Coeficiente de permeabilidad en Laboratorio

Por Carga Constante (para suelos granulares)

K = V. L

A.h.t

V = volumen

Por Carga Variable

TENSION SUPERFICIAL El valor de la altura a que el agua asciende dentro del tubo viene dada por la formula de equilibrio entre la tensión capilar y el efecto de la gravedad así; Hc.π.r^2. w = (^) gt. π. d. cos a =Ts. 2 π. r. cos a Ts Menisco Tubo Capila Superficie libre Agua SLA Ts= T/g Hc UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS ROSA TOCAS MENA Hc = Ascension capilla (cm)

De donde: hc =

1. Ts w .r Cos  En la que: Hc = Altura de ascensión capilar en centímetros. Ts = Tensión superficial del liquido en gramos- fuerza (dinas) por centímetro, y que para el agua tiene un valor de 75 dinas ( 0. 0764 g por centímetro). w = Densidad del agua, en g/cm 3 r = Radio del tubo capilar, en centímetros.  = Ángulo de contacto entre el menisco y la superficie interior del tubo. La expresión anterior alcanza su valor máximo cuando el ángulo de contacto  sea igual a cero, ya que cos  = 1 , y entonces: Siendo d el diámetro del tubo capilar y r su radio hc =

r

d

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ALTURA DE ASCENSIÓN CAPILAR ESTIMADA

• Arena gruesa 2 a 5 cm
• Arena media 15 a 35 cm
• Arena 35 a 70 cm
• Limo 70 a 150 cm
• Arcilla 200 a más de 400 cm UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS ROSA TOCAS MENA

AGUA EN EL SUELO UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS ROSA TOCAS MENA

AGUA RETENIDA EN FASE DE VAPOR

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