COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE MASAS ESTRATIFICADAS Los depósitos de suelos transportados consisten generalmente en capas con diferentes permeabilidades. Para determinar el coeficiente K medio de tales depósitos, se obtienen muestras representativas de cada capa y se ensayan independientemente. Una vez conocidos los valores de K correspondientes a cada estrato individual, el promedio para el depósito puede ser calculado.
DETERMINACION DE
: Coeficiente de permeabilidad promedio para la filtración de agua en
sentido paralelo a los planos de estratificación (generalmente horizontal). Se considera que:
Dónde:
La carga hidráulica es constante para todos los estratos, y la longitud del recorrido es L.
()
: Coeficiente de permeabilidad de los estratos. : Espesor de los estratos.
Para un solo estrato el caudal
es:
Cuando está en régimen el caudal total Q es la suma de los caudales de cada estrato:
Reemplazando:
Por lo tanto:
DETERMINACIÓN DE
∑
: Coeficiente de permeabilidad promedio para la filtración de agua en
sentido perpendicular a los planos de estratificación, generalmente vertical.
∑ ∑
La carga hidráulica varía en profundidad para cada estrato.
La potencia del estrato
La velocidad es constante
El gradiente hidráulico para cada estrato es:
Por lo tanto:
donde
es la carga hidráulica
Ordenando y reemplazando:
Entonces:
∑ ∑ ∑ ∑
En general se puede demostrar que en un deposito estratificado
es menor que
COEFICIENTES DE PERMEABILIDAD DE ALGUNOS TIPOS DE SUELOS:
.
ESFUERZO EFECTIVO, PRESION DE POROS, GRADIENTE HIDRAULICO CRÍTICO En los suelos a diferencia de otros materiales sus componentes (sólidos, agua y aire) no están firmemente unidos y es por esta razón que la respuesta del suelo en conjunto a cualquier carga o la transmisión de esfuerzos de esa carga al interior del suelo es la acumulación del comportamiento de sus tres componentes. El esqueleto del suelo es por lo general muy deformable, debido al deslizamiento y reorganización de las partículas. Por este motivo es que la deformación de una masa de suelo viene controlada por la interacción entre las partículas individuales. En este capítulo se analizara explícitamente los esfuerzos efectivos en suelos saturados, ya que la presión ejercida por el agua a diferencia de la del aire juega un papel muy importante en el análisis de los esfuerzos efectivos. Una masa de suelo saturada consiste de dos fases distintas: el esqueleto de partículas y los poros entre partículas llenos de agua. Cualquier esfuerzo impuesto sobre el suelo es soportado por el esqueleto de partículas y la presión en el agua. Típicamente, el esqueleto puede transmitir esfuerzos normales y de corte por los puntos de contacto entre partículas y el agua a su vez puede ejercer una presión hidrostática, la cual es igual en todas las direcciones. Los esfuerzos ejercidos por el esqueleto solamente, se conocen como esfuerzos efectivos y los esfuerzos hidrostáticos del agua se les denominan presión de poros. Cuando un suelo está sometido a presiones, solamente el esqueleto del suelo opone resistencia a su deformación. El agua como es incompresible y no tiene resistencia al corte, no se opone a la deformación, es "neutra"; de ahí que a la presión de poros se la llame también "presión neutra" y a la presión intergranular se la denomine " presión efectiva", pues esta última es la presión real que se opone a la deformación y posterior falla de un suelo. Los esfuerzos efectivos son los que controlan el comportamiento del suelo y no los esfuerzos totales. En problemas prácticos el análisis con esfuerzos totales podría utilizarse en problemas de estabilidad a corto plazo y las presiones efectivas para analizar la estabilidad a largo plazo. En el cálculo y análisis de problemas como el asentamiento de los suelos, capacidad de carga de fundaciones, estabilidad de presas, y presión lateral en estructuras de retención de tierra, la compresibilidad y resistencia al corte de un suelo son las propiedades que más influyen en el diseño y estas propiedades dependen en gran parte del esfuerzo efectivo, lo cual hace que el concepto del esfuerzo efectivo sea muy importante en el análisis de estos problemas. Cuando el agua fluye a través de una masa de suelo, la resistencia debida a la viscosidad en los canales formados por los poros produce fuerzas de filtración que el agua transmite a las partículas del suelo. En los puntos donde predomina el flujo ascendente, estas fuerzas de filtración tiende a disminuir el esfuerzo efectivo entre las partículas del suelo, y por lo tanto tienden a reducir la resistencia al esfuerzo cortante de la masa del suelo. Esto puede demostrarse por medio del aparato indicado en las figuras. En dicho esquema, A es un
recipiente cilíndrico que contiene una capa de arena densa colocada entre piedras porosas. La capa de arena tiene un espesor H y la boca del recipiente se encuentra a una altura
sobre la
superficie de la misma. La piedra porosa inferior comunica con un recipiente B por medio de un tubo. Se plantean 3 situaciones:
I.
El nivel de agua en ambos recipientes (A y B) es el mismo.
El valor del gradiente hidráulico “i” es nulo (no existe circulación):
La presión total “p” en una sección horizontal a una profundidad Z debajo de la superficie de la arena.
Donde:
II.
El nivel de agua en B es menor que en A.
Se produce circulación desde A hacia B dicha circulación genera un cambio de presiones internas.
El agua arrastra partículas hacia abajo, incrementando el contacto entre las mismas. La presión efectiva aumenta un valor
.
Puesto que las presiones totales no cambian se tiene:
III.
El nivel de agua en B es mayor que en A.
Se produce circulación desde B hacia A. La diferencia de nivel entre A y B, representa un incremento en la presión neutra
Donde:
.
Para este caso la presión total también permanece constante y por lo tanto:
De modo que la presión efectiva en el punto Z es:
Si se analiza el caso donde la presión efectiva es nula, se arriba a un estado crítico donde la resistencia al corte del suelo tiende a cero al igual que en los líquidos:
Se llega a un valor de gradiente hidráulico i, denominado gradiente hidráulico crítico. A partir de este valor, el suelo pierde toda capacidad de resistencia a corte. Es el caso conocido como licuefacción de los suelos.
El valor promedio en la mayoría de los suelos arenosos sujetos a ebullición es ≤ 1.
