permeabilidad de suelos

MCs. Ing. Raúl Valera G.

PERMEABILIDAD DE SUELOS

PERMEABILIDADLos suelos no son sólidos ideales, forman sistemas con 2 ó 3 fases: partículas sólidas y gas,

partículas sólidas y líquido, o bien,

partículas sólidas, gas y líquido.

Un material es permeable cuandocontiene vacíos continuos, estosvacíos existen en todos los suelos,incluido el granito sano, por lo tantodichos materiales son permeables.

El agua presente en los suelos puede provenir de distintas fuentes:

• AGUA DE SEDIMENTACIÓN: Es aquella incluida en suelos sedimentarios al depositarse sus partículas.

• AGUA DE INFILTRACIÓN: Es la proveniente de lluvias, corriente de agua o hielos, lagos y mares.

PRESENCIA DEL AGUA EN LOS SUELOS:

CAPTACIÓN DEL AGUA EN LA NATURALEZA

Se define como nivel freático al lugar geométrico de puntos del suelo en los que la presión de agua es igual a la atmosférica.

CAPTACIÓN DEL AGUA EN LA NATURALEZA

Se define como nivel piezométrico a la altura que alcanza el agua en untubo vertical o piezómetro en un punto determinado

CAPTACIÓN DEL AGUA EN LA NATURALEZA

ACUÍFERO: Formación o grupo de formaciones geológicas de las que pueden extraerse cantidades significativas de agua freática.

CAPTACIÓN DEL AGUA EN LA NATURALEZA

ACUIFERO LIBRE O NO CONFINADO: Es aquel en que la superficiesuperior de la zona de saturación está a la presión atmosférica, esta superficie es el nivel freático.

CAPTACIÓN DEL AGUA EN LA NATURALEZA

PRESENCIA DEL AGUA EN LOS SUELOS:

PRESENCIA DEL AGUA EN LOS SUELOS:

estudiaremos el movimiento del agua a través del suelo…

FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO

En su movimiento, el flujo del agua presenta2 estados característicos:• FLUJO LAMINAR

• FLUJO TURBULENTO

FLUJO LAMINARLas líneas de flujo permanecen sin juntarse entre sí en toda la longitud.

Las velocidades son bajas.

FLUJO LAMINARLas líneas de flujo permanecen sin juntarse entre sí en toda la longitud.

Las velocidades son bajas.

SI LA CARGA AUMENTA

Las velocidades son mayores.

Las líneas de corriente son indefinidas, irregulares y se tuercen, entrecruzan.

FLUJO TURBULENTO

SEGÚN REYNOLDS:

𝑣𝑐=36

1+0.0337𝑇+.00022𝑇 2

1𝐷

Existe una velocidad en cada líquido bajo la cual, para un diámetro de conducción dado y una temperatura determinada, EL FLUJO ES SIEMPRE LAMINAR

También, otra velocidad sobre la cualEL FLUJO ES SIEMPRE TURBULENTO`

𝑣𝑡=6 .5 𝑣𝑐

LEY DE DARCYEl flujo de agua a través de medios porosos está gobernado por una ley descubierta experimentalmente por Darcy en 1856, quien investigó las características del flujo de agua a través de filtros de material térreo.

LEY DE DARCY

𝒊=𝒉𝟏−𝒉𝟐

𝑳

LEY DE DARCY

K: COEF. DE PERMEABILIDAD

Es un valor que cuantifica la mayor o menor FACILIDAD con que el agua fluye a través del suelo, estando sujeto a un gradiente hidráulico ( i ) dado.

ES FUNCION DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO

UNIDADES: DE VELOCIDAD

VELOCIDAD DE DESCARGA Y FILTRACION

• Si consideramos el filtro anterior organizado en sus dos fases: SÓLIDA y VACIOS con una profundidad unitaria = 1; tendremos:

VALORES DE K EN DISTINTOS SUELOS

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD

LABORATORIO

• Permeámetro de carga constante

• Permeámetro de carga variable

IN SITU

EMPÍRICOS

• Allen-Hazen Loudon

• Terzagui Schilichter

• Prueba horizontal de capilaridad

Determinación de ken laboratorio

METODOS DIRECTOS

PERM. DE CARGA CONSTANTEUna muestra de suelo de sección A y longitud L confinada en un tubo, se somete a una carga hidráulica «h»

Para el cálculo de k se determina el caudal (volumen V de

agua que circula en un tiempo t determinado ).

𝒌=𝑽 𝑳𝒕𝒉𝑨

PERM. DE CARGA CONSTANTEUna muestra de suelo de sección A y longitud L confinada en un tubo, se somete a una carga hidráulica «h»

Para el cálculo de k se determina el caudal (volumen V de

agua que circula en un tiempo t determinado ).

𝒌=𝑽 𝑳𝒕𝒉𝑨

PERM. DE CARGA VARIABLE

Determinación de kmediante fórmulas

METODOS EMPIRICOS

ALLEN HAZEN

SCHLICHTER

TERZAGHI

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO.

Relación de vacíosCuando un suelo es comprimido o vibrado, el volumen ocupado por sus elementos sólidos permanece invariable, mientras que el volumen de vacíos disminuye, por lo tanto la permeabilidad del suelo también disminuye. Casagrande propone las siguientes ecuaciones para el coeficiente de permeabilidad k:

TEMPERATURA DEL AGUA:

• Siendo la viscocidad del agua un factor decisivo en k y variando ésta con la temperatura , se ha optado por normalizar el valor de la permeabilidad para una temperatura del agua de 20°C.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO.ESTRATIFICACION:

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO.ESTRATIFICACION:

Ejercicios…Problema 4.3 (Fundamento de Ingeniería Geotécnica. Braja M. Das -Pag. 89)

Una prueba en laboratorio de permeabilidad bajo carga constante en una arena fina da los siguientes valores (refiérase a la figura):Longitud de la muestra = 254 mmDiámetro de la muestra = 63.5 mmDiferencia de carga = 457 mmAgua recolectada en 2 min - 0.51 cm3

Determine los siguientes valores:a. Permeabilidad k del suelo (cm/s)b. Velocidad de descarga (cm/s)c. Velocidad de infiltración (cm/s)

La relación de vacíos del espécimen de suelo es 0.46.

Ejercicios…Problema 4.4 (Fundamento de Ingeniería Geotécnica. Braja M. Das -Pag. 90)

Se dan los siguientes valores para una prueba de permebilidad de carga constante:Longitud de la muestra = 300 mmÁrea de la muestra = 32 cm²K = 0.0244 cm/s

La diferencia de carga fue variada lentamente por etapas a 800,700,600,500 y 400 mm.

Calcule y grafique la tasa de flujo que a través de la muestra se establece , en cm³/s, versus la diferencia de carga.

Ejercicios…Problema 4.5 (Fundamento de Ingeniería Geotécnica. Braja M. Das -Pag. 90)

Para una prueba de permeabilidad bajo carga variable se dan los siguientes valores:

Longitud de la muestra = 380 mm,Área de la muestra = 19.4 cm2, yk = 2.92 X 10~3 cm/s.

¿Cuál debe ser el área de la bureta para que la carga baje de 640 a 320 mm en 8 minutos?

Ejercicios…Problema 4.6 (Fundamento de Ingeniería Geotécnica. Braja M. Das -Pag. 109)

Para una prueba de permeabilidad con carga variable, se dan los valores:

Longitud de la muestra de suelo = 381 mmÁrea de la muestra de suelo = 19.4 cm2Área de la bureta = 0.97 cm2La diferencia de carga en el tiempo t = O es de 635 mmLa diferencia de carga en el tiempo í = 8 min es de 305 mm

a. Determine la permeabilidad del suelo en cm/s.b. ¿Cuál es la diferencia de carga en el tiempo t = 4 min

Ejercicios…Problema 4.7 (Fundamento de Ingeniería Geotécnica. Braja M. Das -Pag. 109)

Para una prueba de permeabilidad con carga variable, se dan los valores:Longitud de la muestra de suelo = 200 mmÁrea de la muestra de suelo = 1000 mm2Área de la bureta = 40 mm2La diferencia de carga en el tiempo í = O es de 500 mmLa diferencia de carga en el tiempo í = 3 min es de 300 mm

a. Determine la permeabilidad del suelo en cm/s.b. ¿Cuál es la diferencia de carga en el tiempo í = 100 s?

FIN