• Author / Uploaded
• Carlos Marino Gomez Ushiñahua

Citation preview

PROPIEDADES HIDRAULICAS DE LOS SUELOS Los relativos al flujo de líquidos en general, pueden dividirse en dos grupos principales: los que se refieren a flujo laminar y aquellos que se tratan con flujo turbulento. Un flujo se define como laminar cuando las líneas del flujo permanecen sin juntarse entre sí en toda su longitud, excepción hecha del efecto microscópico de mezcla molecular.



Flujo laminar. - Se presenta cuando las láminas de flujo son paralelas.



Flujo turbulento. - Las láminas de flujo del agua se interfieren.

En el caso de los suelos, por sus características de diámetro de poro, se considera que el flujo que se presenta es laminar. 1. PERMEABILIDAD DEL SUELO Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es una de las cualidades más importantes que han de considerarse para la piscicultura. Un estanque construido en suelo impermeable perderá poca agua por filtración. Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales. En un volumen de esta colección que aparecerá próximamente se ofrecerá información sobre dichas técnicas.

Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de arcilla, constituyen la base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas. El suelo está constituido por varios horizontes, y que, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades físicas y químicas diferentes. Para determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe estudiar cada horizonte por separado. El flujo de agua a través de medios porosos, de gran interés en la mecánica de suelos, está gobernado por una ley descubierta por Henri Darcy en 1586. Darcy investigo las características de flujo de agua a través de los filtros, formados precisamente por materiales térreos, lo cual es particularmente afortunado para la aplicación de los resultados de investigación de la mecánica de suelos.

2. TENSIÓN SUPERFICIAL: Se define el coeficiente de tensión superficial (s) como la fuerza que la tensión superficial de un líquido ejerce sobre la parte del objeto en contacto con la superficie del mismo, resultado de la atracción de las moléculas, refiriéndola a la unidad de longitud del contorno (o perímetro). S = DF/L 3. CAPILARIDAD DEL SUELO Al contrario que en los tubos capilares los huecos en suelos tienen ancho variable y se comunican entre sí formando un enrejado. Si este enrejado se comunica por abajo con el agua, su parte inferior se satura completamente. Más arriba el agua solo ocupa los huecos pequeños y los mayores quedan con aire. La ascensión del agua por los poros de una arena seca se puede estudiar en el laboratorio.

hc = altura capilar de un suelo, se puede estimar hc en centímetros o mediante:

CAPILARIDAD Y CONTRACCION EN SUELOS ARCILLOSOS Dos fuerzas: Adsorción entre las partículas activas del suelo y el agua y fuerzas osmótica, propia de la fase líquida y explicada por concentración de iones, explican la capilaridad de las arcillas. En la adsorción influyen la adherencia y la tensión superficial. Potencial de humedad o succión 𝑝𝐹: Es la máxima tensión (H en cm) que ejerce el esqueleto del suelo sobre el agua de los poros. Como la resistencia a la tensión del agua es 2000 N/m2, el valor de 𝑝𝐹𝑚𝑎𝑥 = 7 (𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒 𝑎 𝐻 = 𝐾𝑚 = 107 𝑐𝑚)

𝑝𝐹 = log 𝐻𝑐𝑚 → {

𝑠𝑖 𝐻 = 10000 𝑐𝑚 𝑝𝐹 = 4

Cuando existe diferencia en el potencial de humedad 𝑝𝐹 se produce flujo de agua, aunque no exista cabeza hidráulica. El agua así pasará de regiones con bajo 𝑝𝐹 hacia las de alto 𝑝𝐹. Cuando ambas igualen el 𝑝𝐹, el flujo continuará hasta que se igualen las diferencias de altura.

4. INFILTRACIÓN: Es el proceso por el cual el agua superficial se introduce en las capas internas del suelo debido básicamente a las fuerzas gravitatorias, aunque también intervienen fuerzas de tipo capilar así como otras de naturaleza más compleja como química, etc. El agua infiltrada puede llegar a los acuíferos, ríos, lagos o al mar, o bien puede quedar retenida en el suelo y volver a la atmósfera por fenómenos de evaporación y/o transpiración.  La infiltración depende de:

 a) Las características del suelo, permeabilidad y estado de humedad del mismo.  b) Las características de la cubierta vegetal.  c) La intensidad y duración de la lluvia.  d) El estado de la superficie del suelo, laboreo, etc.  e) Las características del agua, temperatura, impurezas, etc. CONSOLIDACION DEL SUELO Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo. Producen asientos, es decir, hundimientos verticales, en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran amplitud. Al observar los depósitos de material muy suaves situados en el fondo de una masa de agua, por ejemplo un lago, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumentan las cargas sobre el suelo, se les llama proceso de consolidación. Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación permanece esencialmente igual la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal. Así, el movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir sólo en la dirección vertical, proceso denominado consolidación unidimensional. La consolidación de un suelo es un proceso lento, puede durar meses y hasta años. Es un proceso asintótico, es decir, que al comienzo es más veloz, y se va haciendo cada vez más lento, hasta que el suelo llega a una nueva situación de equilibro en la que ya no se mueve. El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre él puede llevar a consecuencias catastróficas tales como la inclinación, fisuración e incluso el colapso de la misma. En muchos casos es

necesario preconsolidar el suelo antes de proceder a la construcción de una obra importante, como puede ser, por ejemplo, un edificio o una carretera. La preconsolidación se hace el terreno con un peso semejante o mayor que el que deberá soportar una vez construida la obra, para esto se deposita en la zona interesada una cantidad de tierra con el peso equivalente de la obra. CARACTERÍSTICAS DE UN SUELO CONSOLIDADO:  Su característica principal es que son suelos blandos.  Reducción de volumen de poros de asentamiento  El aumento de la presión efectiva, y por lo tanto un incremento en la resistencia del suelo CARACTERÍSTICAS DE UN SUELO PRE-CONSOLIDADO:  Su característica principal es que son suelos duros.  El índice de liquidez es cercano a cero.  Su presión efectiva actual es inferior a su presión de pre-consolidación.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL TIEMPO DE CONSOLIDACIÓN Dependiendo del material la consolidación puede variar entre un proceso en segundos (como la arena) o un proceso que dure décadas como la arcilla debido a la diferencia de conductividad hidráulica, es decir, la mayor o menor facilidad con que el suelo deja pasar el agua a través de él por unidad de área transversal a la dirección del flujo. A partir de la diferencia en el tiempo de la consolidación, podemos hablar de consolidación primaria (duración de meses o unos pocos años) y consolidación secundaria (décadas o cientos de años).

CONSOLIDACIÓN PRIMARIA Este método asume que la consolidación ocurre en una sola dimensión. Los datos de laboratorio utilizados han permitido construir una interpolación entre la deformación o el índice de huecos y la tensión efectiva en una escala logarítmica. La pendiente de la interpolación es el índice de compresión. La ecuación para el asiento de consolidación de un suelo normalmente consolidado puede ser determinada entonces como:

CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA La consolidación secundaria tiene lugar después de la consolidación primaria a consecuencia de procesos más complejos que el simple flujo de agua como pueden ser La reptación, la viscosidad, la materia orgánica, la fluencia o el agua unida mediante enlace químico algunas arcillas. En arenas el asiento secundario es imperceptible, pero puede llegar a ser muy importante para otros materiales como la turba. La consolidación secundaria se puede aproximar mediante la siguiente fórmula:

CARACTERÍSTICAS DE CONSOLIDACIÓN DE SUELOS RELATIVAMENTE GRUESOS.  La permeabilidad es alta  Se disipa rápidamente las presiones neutras  El asentamiento se termina durante la construcción

ELEMENTOS HIDRAULICOS FLUJO DE LIQUIDOS. Los problemas relacionados al flujo de los líquidos normalmente pueden dividirse en dos tipos:  Flujo Laminar: cuando las líneas de flujo permanecen sin unirse entre si en toda su longitud.  Flujo Turbulento: ocurre cuando la condición anterior no se cumple. Una línea de flujo se define como la línea ideal en que en cada punto tiene la dirección del flujo, y en el instante en que se trate.

LEY DE DARCY Y COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD. El flujo de agua a través de medios porosos está determinado por una ley descubierta en 1856 por Henri Darcy, quien investigo las características del flujo

de agua a través de filtros formado por materiales terreos, encontrando que para velocidades suficientemente pequeñas el caudal queda expresado así: Q = dV/dt = k*Ai (cm3/seg) y donde A es el área de la sección transversal del filtro e “i” es el gradiente hidráulico del flujo y “k” es el Coeficiente de Permeabilidad del Suelo.

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD. Se define como la velocidad del agua a través del suelo, cuando está sujeta a un gradiente hidráulico unitario. Resulta evidente que en el valor “k” se reflejan propiedades físicas de los suelos e indica con cuanta facilidad fluye el agua a través del suelo.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS.  La Relación de Vacíos Implica que la diferencia efectiva de vacios determina efectivamente el espacio que tiene el suelo para el flujo del agua.  La temperatura del agua. Para poder comparar resultados entre pruebas es necesario referirse a una temperatura patron, normalmente a 20°C, esto debido a que el cambio del peso unitario del agua con la temperatura es minima con respecto al cambio de viscosidad.  La estructura y estratificación del suelo Un suelo puede tener permeabilidades diferentes en estados inalterados, moldeado y suelto aun cuando la relación de vacíos sea la misma.  La existencia de fisuras o huecos en el suelo. A causa de ciclos alternados de humedecimiento y secado, ecosistemas, etc., pueden cambiar las características de permeabilidad de los suelos.

VELOCIDADES EN EL SUELO. Si consideramos unos suelos en sus dos fases sólidos y vacíos ya sabemos por dónde va a estar el flujo del líquido o el paso del agua según la Ley de Darcy. Aquella que se define directamente de esa ley se llama velocidad de descarga, aquella que considera la existencia de una fase solida impermeable, se llama velocidad de filtración y es la velocidad media de avance del agua en la dirección del flujo. Una velocidad media más real es aquella que pudiese encontrarse si se conocieran las variaciones del área de los poros en cada canal. BIBLIOGRAFIA 

https://es.scribd.com/doc/129957749/Propiedades-Hidraulicas-de-LosSuelos



file:///C:/UsersPropiedades-Hidraulicas-de-Los-Suelos-12%20(1).pdf



file:///C:/Users/Propiedades-Hidraulicas-de-Los-Suelos-12%20(1).pdf



geolabs.com.mx/blog/trabajo/propiedades-hidraulicas-del-suelo

ANEXOS IMAGEN N°1: LEY DE DARCY

IMAGEN N°2: ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

IMAGEN N°3: TENSION SUPERFICIAL