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• Isabel Choque

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ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL

INTRODUCCIÓN    Los   suelos   y  las  rocas   no  son   sólidos   ideales,   sino   que   forman   sistemas   con   2  ó  3  fases:   partículas   sólidas   y  gas,  partículas   sólidas   y  líquido,   o  bien,   partículas  sólidas,  gas y líquido.   El líquido  es normalment e agua  y el gas se manifiesta  a través de vapor  de agua.  Por lo tanto,  se  habla  de medios  porosos.  A estos medios  se los caracteriza  a través de su porosidad  y a su  vez esta propiedad condiciona la permeabilidad del medio o del material en   estudio.         Se  dice   que   un  material   es  permeable   cuando   contiene   vacíos   continuos,   estos  vacíos   existen  en  todos   los  suelos,   incluyendo   las  arcillas  más  compactas,  y en todos  los materiales   de  construcción   no  metálicos,   incluido   el  granito  sano   y  la  pasta   de  cemento,  por   lo  tanto,  dichos   materiales   son   permeables.   La  circulación   de  agua   a  través  de  la  masa   de  éstos  obedece   aproximadament e  a  leyes  idénticas,   de  modo   que   la  diferencia   entre  una   arena   limpia y un granito es, en este concepto, solo una diferencia de magnitud.         La  permeabilidad   de los suelos,  es decir  la facultad  con  la que  el agua  pasa  a través de los  poros,  tiene   un  efecto  decisivo  sobre  el  costo  y  las  dificultades   a  encontrar  en  muchas   operaciones   constructivas,  como   los  son,   por   ejemplo,   las  excavaciones   a  cielo   abierto  en  arena   bajo   agua   o  la  velocidad   de  consolidación   de  un  estrato  de  arcilla   bajo   el  peso   de  un  terraplén,   de  allí  la  importancia   de  su  estudio   y  determinación,   aspectos  que   se  desarrollarán a continuación.             

PERMEABILIDAD DEFINICION   ➢ Definimos permeabilidad como la capacidad de un cuerpo (en términos particulares, un  suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos particulares, el agua)  sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se  determina objetivamente mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una  sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoria determinada.  ➢ El concepto permeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad o  transmisividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado.  1. PERMEABILIDAD EN SUELOS La permeabilidad se cuantifica en base al coeficiente de permeabilidad, definido como la  velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un gradiente unitario. El  coeficiente de permeabilidad puede ser expresado según la siguiente función:  k=Q/IA Donde:  – k: coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica [m/s]  – Q: caudal [m3/s]  – I: gradiente [m/m]  – A: sección [m2)  ➢ En  proyectos  de  ingeniería   y  arquitectura,  las  unidades   con   las  que   se  expresa   generalmente  el  coeficiente  de  permeabilidad   son   cm/s   y  m/s;   en los   ámbitos de   la  hidráulica   o  la  hidrogeología   es  habitual   observar  notaciones   como   cm/dia,   m/año   y  similares.  ➢ Son  diversos  los factores que  determinan  la permeabilidad  del  suelo,  entre los cuales,  los  más significativos son los siguientes: 

 

– Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica.)  – Composición química del material (naturaleza mineralógica)  ➢ Como   regla  general  podemos   considerar  que   a  menor   tamaño   de  grano,   menor   permeabilidad,   y  para  una   granulometría   semejante  (arenas,   por   ejemplo)   a  mejor   gradación,   mayor  permeabilidad.   En  cuanto  al  quimismo,   y  para  el  caso   de  arcillas   y  limos,   la  presencia   de  ciertos  cationes   (Sodio,   Potasio)   es  un  factor  que   disminuye  la  permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio).  ➢ A  efectos  únicamente  indicativos,  el DB  SE-C  propone   los  siguientes rangos  de variación   para la permeabilidad en función del tipo de terreno (tabla D28):                            kz: coeficiente de permeabilidad vertical (se asume que la anisotropía de los suelos,  especialment e de las arcillas estratificadas, puede comportar variaciones significativas en la  magnitud del coeficiente de permeabilid ad medido en el plano horizontal.)  FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA VELOCIDAD DEL FLUJO:

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La porosidad del material.  La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura.  La presión a que está sometido el fluido.   

POROSIDAD DEL SUELO

➢ Se  define   como   el  espacio   de  suelo   que   no  está   ocupado   por   solidos   y  se  expresa   en  porcentajes. Se   define   también   como   la  porción   de  suelo   que   está   ocupada   por   aire  y/o   por   agua.   En  suelos   secos   los  poros  estarán  ocupados   por   aire  y  en  suelos   inundados,   por   agua. Los   factores  que   la  determinan   son   principalment e  la  textura,  estructura  y  la  cantidad de materia orga nica (Donoso, 1992).      ➢ Los   poros  que   constituyen  el  espacio   poroso   del   suelo   se  encuentran  en  un  rango   continuo   de  tamaño,   sin  embargo  se  dividen   usualmente  en  dos   tipos:   los  macroporos y los   microporos  o poros capilares. La tasa  de movimiento del  agua  y del  aire a través del   suelo   es  determinada,   en  gran  medida,   por   el  tamaño   de  los  poros.  Los   macroporos  facilitan   una   rápida   percolación   del   agua   y  el  movimiento  del   aire,  en  tanto  que   los  microporos  dificultan   el  movimiento  del   aire  y  retienen   gran  cantidad   de  agua   por   capilaridad;   por   consiguient e, los microporos son  muy importantes en lo que  se refiere a  la  retención   del   agua   en  el  suelo,   y los macroporos son  de gran valor  en lo que  se refiere  a la aireación v al drenaje interno del suelo. (Donoso, 1992).      ➢ La diferencia   que   existe  en dos   suelos   con   la  misma   porosidad   total, pueden   ser   muy  diferentes  en  cuanto  a  su  comportamient o  frente  al  agua   y  al  aire.  Así,   por   ejemplo,   un  suelo   puede   tener   un  volumen   muy  pequeño   de  macroporos  y  uno   mucho   mayor  de  microporos,  en  cuyo  caso   se  tendrá  mucha   capacidad   de  retención   de  agua,   pero  muy  lenta   percolación   y  poca  aireación.  Los  suelos  arcillosos  son  de este tipo  a pesar  del  gran  volumen   total   de  poros.  Un  suelo   con   el  mismo   volumen   combinado   de  poros  puede   tener   una   relación   inversa   de  macroporos  y  microporos;  en  este  caso   la  infiltración   y  percolación   del   agua   serán  rápidas,   habrá  muy  poca   retención   de  agua   y  el  suelo  estará  bien   aireado.   Los   suelos   arenosos   tienen estas  características  debido  a la dominancia  en  ellos de los macroporos.      ➢ El  espacio   poroso   de  los  suelos   forestales   está   corrientemente  ocupado   por   aire  y  agua   en  proporciones   que   cambian   con   frecuencia.  La porosidad  de estos suelos  fluctúa  entre  30y   65  %  (Wilde,   1959)   citado   por   Donoso,   1997   ,  siendo   más   porosos   los  suelos   de  texturas medias a finas y menos los suelos de texturas gruesas.      ➢ La  porosidad   del  suelo  tiene  importancia  especial  porque  constituye el medio  por  el cual   el  agua   penetra  al  suelo   y  pasa   a  través  de  él  para  abastecer   a  la  raíces   y  finalmente  drenar   el  área;  y  también   el  espacio  donde  las raíces  de las plantas  y la fauna  tienen  una   atmósfera es decir, constituye la fuente de donde aquéllos obtienen el aire.   

                        CLASIFICACION DE LOS SUELOS EN PERMEABLES E IMPERMEABLES: PROPIEDADES FISICAS DEL SUELO ➢ Como   se  ha  explicado,   el  suelo   es  una   mezcla   de  materiales   sólidos,   líquidos   (agua)   y  gaseosos   (aire).  La  adecuada   relación   entre  estos  component es  determina   la  capacidad   de  hacer   crecer   las  plantas   y  la  disponibilidad   de  suficientes  nutrientes  para  ellas.   La  proporción   de  los  component es  determina   una   serie   de  propiedades   que   se  conocen   comopropiedades   físicas   o  mecánicas   del   suelo:   textura,  estructura,  consistencia,   densidad, aireación, temperatura y color.    ➢ La  textura depende   de  la  proporción   de  partículas   minerales   de  diverso   tamaño   presentes  en  el  suelo.   Las   partículas   minerales   se  clasifican   por   tamaño   en  cuatro  grupos:    · Fragmentos rocosos: diámetro superior a 2 mm, y son piedras, grava y cascajo.    · Arena:   diámetro  entre  0,05   a  2  mm.   Puede   ser   gruesa,   fina   y  muy  fina.   Los   granos   de  arena   son   ásperos  al  tacto  y  no  forman   agregados   estables,   porque   conservan su  individualidad.     · Limo:   diámetro  entre  0,002   y  0,5  mm.   Al  tacto  es  como   la  harina   o el talco,  y tiene   alta capacidad de retención de agua.   

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  · Arcilla:   diámetro  inferior   a  0,002   mm.   Al  ser   humedecida   es  plástica   y  pegajosa;   cuando seca forma terrones duros.    La  estructura es   la  forma   en  que   las  partículas   del   suelo   se  reúnen   para  formar   agregados.   De  acuerdo  a  esta  característica  se distinguen  suelos  de estructura esferoidal   (agregados   redondeados),   laminar   (agregados   en  láminas),   prismática   (en   forma   de  prisma), blocosa (en bloques), y granular (en granos).    La  consistencia se   refiere  a  la  resistencia   para  la  deformación   o  ruptura.  Según   la  resistencia   el  suelo   puede  ser  suelto, suave, duro, muy duro, etc. Esta  característica  tiene   relación   con   la  labranza   del   suelo   y  los  instrument os  a  usarse.   A  mayor  dureza   será  mayor la energía (animal, humana o de maquinaria) a usarse para la labranza.    La  densidad se   refiere  al  peso   por   volumen   del   suelo,   y  está   en  relación   a  la  porosidad.   Un  suelo   muy  poroso   será  menos   denso;   un suelo  poco  poroso  será más  denso.  A mayor  contenido de materia orgánica, más poroso y menos denso será el suelo.    La  aireación se   refiere  al  contenido   de  aire  del   suelo   y  es  importante  para  el  abastecimiento  de  oxígeno,   nitrógeno   y  dióxido   de  carbono   en  el  suelo.   La  aireación   es  crítica   en  los  suelos   anegados.   Se  mejora  con   la  labranza,   la  rotación   de  cultivos,  el  drenaje, y la incorporación de materia orgánica.    La  temperatura del   suelo   es  importante  porque   determina   la distribución  de las plantas   e  influye  en  los  procesos   bióticos   y  químicos.   Cada   planta   tiene   sus   requerimient os  especiales. Encima de los 5º C es posible la germinación.    El  color del   suelo   depende   de  sus   component es  y  puede   usarse   como   una   medida   indirecta   de  ciertas   propiedades.   El  color   varía   con   el  contenido   de  humedad.   El  color   rojo   indica   contenido   de  óxidos   de  fierro  y  manganeso;   el  amarillo   indica   óxidos   de  fierro  hidratado;   el  blanco   y  el  gris  indican  presencia  de cuarzo,  yeso  y caolín;  y el negro  y  marrón  indican   materia   orgánica.   Cuanto  más   negro  es  un suelo,  más  productivo será,  por los beneficios de la materia orgánica.                     

                         

LEY DE DARCY La Ley de Darcy describe, con base en experimentos de laboratorio , las características del  movimiento del  agua  a través de un medio poroso.  La expresión matemática de la Ley de Darcy es la siguiente:      Donde:   = gasto, descarga o caudal en m3/s.   = longitud en metros de la muestra.   = una constante, actualment e conocida como coeficiente de permeabilidad  de  Darcy, variable en función del material de la muestra, en m/s.   = área de la sección transversal de la muestra, en m2.   = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la  entrada de la capa filtrante. 

 

 = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a  la salida de la capa filtrante.                                                 

 

VALIDEZ DE LA LEY DE DARCY

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La  ley  de  Darcy  es  válida   en  un  medio  saturado, continuo, homogéneo e isótropo  y cuando las  fuerzas inerciales  son  despreciables  (Re