Permeabilidad e infiltración

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Curso: Mecánica de Suelos I

2013 Junio 2013

Tema: T ema: Permeab Permeabilidad ilidad e Infiltración INTEGRANTES: Balbin Lazo, Rocio Rocio •

Mecánica de Suelos I

Contenido

Permeabilidad Permeabilidad e Infiltración

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PERMEABILIDAD E INFILTRACIÓN INFILTRACIÓN

1 INTRODUCCION La permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiem tiempo po dado, ado, e imper permea eabl ble e si la cant antidad idad de flui fluido do es despreciable. La infiltración está gobernada por dos fuerzas: la gravedad y la acción capilar. Los poros muy pequeños empujan el agua por la acción capilar además de contra la fuerza de la gravedad. La tasa de infiltración se ve afectada por características del suelo como la facilidad de entrada, la capac apaciidad dad de alm almac ace enaj naje, la tas asa a de tran transm smiisión sión por por el sue suelo, lo, características del medio permeable, y características del fluido. En el cont co ntro roll de la tasa tasa y ca capa paci cida dad d infi infilt ltrac ració ión n dese desemp mpeñ eñan an un pape papell la textura y estructura del suelo, los tipos de vegetación, el contenido de agua del suelo, la temperatura del suelo y la intensidad de precipitación. Los Suelos tienen vacíos interconectados a través de los cuales el agua puede fluir de puntos de alta energía a puntos de baja energía. El estudio del flujo de agua a través de un suelo como medio poroso es importante en la mecánica de suelos, siendo necesario para estimar la cantidad de infiltración subterránea bajo varias condiciones hidráulicas. En la siguiente monografía se trata los conceptos de permeabilidad e infi infilt ltra raci ción ón,, en la prim primer era a parte parte del del co cont nten enid ido o se trat trata a el tema tema de infiltración, sus conceptos, los factores que influyen la mayor o menor infiltración, los métodos y las herramientas con las cuales se puede calcular su magnitud; posteriormente se trata el tema de permeabilidad, sus conceptos, los métodos para calcular su magnitud, etc.; se finaliza la presente monografía con las conclusiones y un pequeño resumen.


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2 ANTECEDENTES La humanid humanidad ad cuando cuando se tornó tornó sedent sedentari aria, a, las grandes grandes ciudade ciudadess se desa desarr rrol olla laro ron n junt junto o a fuen fuente tess supe superf rfic icia iale less de agua agua que que es esta taba ban n cont co nten enid idas as en un suel suelo o impe imperm rmea eabl ble, e, co consi nsigui guien ente teme ment nte e para para la construcció construcción n de casi todas las infraestruct infraestructuras uras se ha considerado considerado como una característica importante la permeabilidad e infiltración del suelo. La permeabilidad es la capacidad del suelo para conducir o transportar un flui fluido do cuan cuando do se encu encuen entr tra a bajo bajo un grad gradie ient nte, e, varí varía a se segú gún n la densidad del suelo, el grado de saturación y el tamaño de las partículas. La infiltración ocurre cuando aguas procedentes de las precipitaciones o de almacenes superficiales (deshielo, ríos, lagos), inicia un movimiento descendente adentrándose en el subsuelo, pudiendo alcanzar diferentes profundidades en función de las condiciones. Es lógico entonces que el tiem tiempo po nece necesa sari rio o para para alca alcanz nzar ar esta sta situ situac ació ión n se sea a más o me meno noss prolongado según sea la profundidad a que se encuentre la zona de saturación, o en su defecto la capa de menor permeabilidad. A continuación detallaremos la teoría necesaria para su comprensión de los términos términos de permeabilidad e infiltración infiltración

3 DESARROLLO - CUERPO DE TRABAJO 3.1 INFIL INFILTRACIÓN TRACIÓN Y PERMEABILIDAD El movimiento del agua y líquidos en el suelo, se realiza mediante los espacios porosos que conforman su estructura. La infiltración, es un parámetro físico que permite cuantificar la cantidad de lámina de agua que está penetrando por los espacios porosos del suelo, en un tiempo determinado. La medida de la infiltración se realiza mediante cilindros concéntricos que se entierran en el suelo y posteriormente se llenan con agua, de esta forma mediante el uso de una cinta de medición se podrán tomar los tiempos y cantidad de lámina en milímetros o centímetros que se ha infiltrado en el suelo en un determinado periodo. Los suelos de text textur uras as grue gruesa sass (Are (Arenos nosos os o Franco ranco aren arenos osos os), ), tend tendrán rán tasa tasass de infiltración más altas que los suelos de texturas más finas (Arcillosos o Franc ranco o Arci Arcill llos osos os), ), ya que que la pres presen enci cia a de poros poros de ma mayo yorr tama tamaño ño permiten un mayor caudal de entrada del agua en el suelo. Cuando un suel suelo o tien tiene e me meno norr co cont nten enid ido o de hume humeda dad, d, ma mayo yorr es su tasa tasa de infi infilt ltra raci ción ón en el perfi perfill ya que que exis existe ten n ma mayo yorr ca cant ntid idad ad de es espa paci cios os porosos libres.


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Mecánica de Suelos I La permeabilidad del suelo es una medida inversa a la infiltración, y es cuantificada mediante el parámetro de la Conductividad hidráulica. La cond co nduc ucti tivi vidad dad hidrá hidrául ulic ica a perm permit ite e me medi dirr la posi posibi bili lida dad d del del agua agua de move movers rse e dent dentro ro del del suel suelo. o. De es esta ta form forma, a, se enco encont ntra rarán rán ma mayo yore ress valores de conductividad hidráulica cuando el suelo está saturado (todos los espacios porosos llenos de agua) y muy baja cuando los espacios porosos están libres. La conductividad hidráulica se puede cuantificar en el laboratorio, mediante permeámetros, exponiendo un suelo saturado a cargas constantes de láminas de agua, observándose los valores de agua que entran y salen de la sección de suelo, en un periodo de tiempo. A continuac aciión permeabilidad:

profundizaremos

los

temas

de

infi nfiltrac aciión

y

3.2 INFILTRACION 3.2.1 DEFINICION La infiltración es el proceso por el cual el agua superficial se introduce en las capa apas inter nterna nass del del suel suelo o debi debido do bási básica came ment nte e a las las fuer fuerza zass gravita gravitator torias ias,, interv intervien ienen en tambié también n fuer fuerza zass de tipo tipo ca capi pila larr as asíí co como mo otras otras de natural naturalez eza a más comple compleja ja como la química. El agua infiltrada puede llegar a los acuíferos, ríos, lagos o al mar, o bien pued puede e que quedar dar reten eteniida en el suel suelo o y volv olver a la atmó atmósf sfe era por por fenómenos de evaporación y/o transpiración. En el proceso de infiltración se pueden distinguir tres fases: a) Intercambio. Se presenta en la parte superior del suelo, donde don de el agua puede retornar a la atm atmósfera ósfera por medio de la evaporación debido al movimiento capilar o por medio de la transpiración de las plantas. b) Transmisión. Ocurre cuando la acción de la gravedad supera a la de la capilaridad y obliga al agua a deslizarse verticalmente hasta encontrar una capa impermeable. impermeable. c) Circulación. Se presenta cuando el agua se acumula en el subsuelo debido a la presencia de una capa impermeable y empieza a circular por la ac acci ción ón de la grav graved edad ad,, obed obedec ecie iend ndo o las las leyes del escurrimi escurrimiento ento subterráneo.


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3.2.2 CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN Es la cantidad máxima de agua que un suelo puede absorber por unidad de superficie horizontal y por unidad de tiempo tiempo.. Se mide por la altura de agua que se infiltra, expresada en mm/hora. La ca capa paci cida dad d de infi infilt ltrac ració ión n dism dismin inuy uye e hast hasta a alca alcanz nzar ar un valor casi constante a medida que la precipitación se prolonga, y es entonces cuand cuando o em empi piez eza a el es escu curr rrim imie ient nto. o. A la lluv lluvia ia que que es super superio iorr a la capacidad de infiltración se le denomina lluvia neta (es la que escurre). A la lluvia que cae en el tiempo en que hay lluvia neta se le llama lluvia eficaz, por lo tanto, la lluvia neta equivale a la lluvia eficaz

3.2.3 FAC ACTO TORE RES S QU QUE E IN INTE TERV RVIE IENE NEN N EN LA CA CAP PAC ACID IDAD AD DE INFILTRACIÓN A. Tipo de suelo

Entre mayor sea la porosidad, el tamaño de las partículas y el estado de fisuramiento del suelo, mayor será la capacidad de infiltración. B. Grado de humedad del suelo La infiltración varía en proporción inversa a la humedad del suelo, es decir, un suelo húmedo presenta menor capacidad de infiltración que un suelo seco. C. Presencia de substancias coloidales Casi todos los suelos contienen coloides. La hidratación de los coloides aumenta su tamaño y reduce el espacio para la infiltración del agua. D. Acción de la precipitación sobre el suelo El agua de lluvia al chocar con el suelo facilita la compactación de su superficie disminuyendo la capacidad de infiltración; por otra parte, el agua transporta materiales finos que tienden a disminuir la porosidad de la superficie del suelo, humedece la superficie, saturando los horizontes más próximos a la misma, lo que aumenta la resistencia a la penetración del agua y actúa sobre las partículas de substancias coloidales que, como se dijo, reducen la dimensión de los espacios intergranulares. La intensidad de esta acción varía con la granulometría de los suelos, y la presencia de vegetación la atenúa o elimina.

E. Cubierta vegetal Permeabilidad Permeabilidad e Infiltración

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Mecánica de Suelos I Con una cubierta vegetal natural aumenta la capacidad de infiltración y en caso de terreno cultivado, depende del tratamiento que se le dé al suelo. La cubierta vegetal densa favorece la infiltración y dificulta el escu es curr rrim imie ient nto o supe superf rfic icia iall del del agua agua.. Una Una vez vez que que la lluv lluvia ia ce cesa sa,, la humedad del suelo es retirada a través de las raíces, aumentando la capacidad de infiltración para próximas precipitaciones. F. Acción del hombre y de los animales El suelo virgen tiene una estructura favorable para la infiltración, alto contenido de materia orgánica y mayor tamaño de los poros. Si el uso de la tierra tiene buen manejo y se aproxima a las condiciones citadas, se favorecerá el proceso de la infiltración, en caso contrario, cuando la tierra está sometida a un uso intensivo por animales o sujeto al paso cons co nsttante ante de vehíc hículo ulos, la supe superf rfiicie cie se compa ompaccta y se vuel vuelve ve impermeable. g) Temperatura

Las temperaturas bajas dificultan la infiltración

3.2.4 VEL VELOCI OCIDAD DAD DE INF INFIL ILTR TRACI ACIÓN ÓN DE DEL L AGU AGUA A EN DIS DISTIN TINTOS TOS TIPOS DE SUELO

La velocidad de infiltración nos da la capacidad del suelo de absorber agua. agua. Al princi principio pio (cuando (cuando el suelo está más seco) seco) la velocid velocidad ad de pene penetr trac ació ión n en el suel suelo o es má máss rápi rápida da pero pero si se segu guim imos os apor aporta tand ndo o agua agua,, lleg llega a un mome moment nto o en que que es esta ta velo veloci cida dad d es más o me meno noss constante. A esta velocidad se la conoce como velocidad de infiltración.

VELOCIDAD DE D E INFIL I NFILTRACIÓN TRACIÓN MUY ARENOSO

20-25 mm/h

ARENOSO

15-20 mm/h

LIMO-ARENOSO

10-15 mm/h

LIMO-ARCILLOSO

8-10 mm/h

ARCILLOSO

< 8 mm/h


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3.2.5 INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA INFILTRACIÓN INFILTRACIÓN a)

INFILTROMETRO: Se usan para medir la infiltración de un suelo, y sirven para determinar la capacidad de infiltración en pequeñas áreas cerradas, aplicando artificialmente agua al suelo. Se utilizan para medidas muy locales y, con ellos, la capacidad de infiltración se determina directam ame ente. Con bastantes precauciones, los valores obtenidos pueden aplicarse a pequeñas cuen cuenca cass homo homogé géne neas. as. Cuand Cuando o la cuen cuenca ca es de dime dimens nsio ione ness mayores, el suelo no es homogéneo, o existen variaciones en la vegetación implantada, deberá subdividirse en áreas que lo sean s ean y realizar mediciones con infiltrómetros infiltrómetros en cada una de ellas. INFILTRÓMETRO INFILTRÓMETRO DE DOBLE ANILLO: Constituido por dos superficies cilíndricas abiertas por las bases e hincadas parcialmente en el terreno a una profundidad de unos 10 cm. Se añade una cantidad conocida de agua hasta que cubra una lámina determinada, tanto en el cilindro interior como exterior. exterior. La función del cilindro exterior es eliminar los efectos de dispersión late latera rall del del fluj flujo o de infi infilt ltra raci ción ón que que medim edimos os y que que debe debe se serr vertical, a los efectos de representar fielmente las condiciones reales. Se miden los tiempos necesarios para incorporar o infiltrar una lámi lámina na dete determ rmin inad ada a de agua agua en el suel suelo, o, dedu deduci cien endo do de es esta ta manera la capacidad de infiltración en ese instante determinado. El ensayo se debe realizar con un suficiente período de tiempo de manera de alcanzar los valores asintóticos de la capacidad de infiltración, que tienden a la infiltración base.

SIMULADOR DE LLUVIA: Con el objeto de evitar en lo posible las fallas de los infiltrómetros de carga constante, se usan los infilt infiltróm rómetr etros os que simula simulan n la lluvia lluvia,, aplica aplicando ndo el agua agua en forma forma constante al suelo mediante regaderas. Permeabilidad Permeabilidad e Infiltración

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Mecánica de Suelos I El área que estos simulador simuladores es cubre cubre varía generalment generalmente e entre entre 0.1 y 40 m2. En estos aparatos la capacidad de infiltración se deduce midiendo el escurrimiento superficial resultante de una lluvia uniforme.

b) LISIMETRO LISIMETRO:: Es un dispositiv dispositivo o a manera de un recipiente recipiente enterrado enterrado (6m de diámetro * 0,95 m de profundidad) y cerrado lateralmente en el que se coloca el suelo con todas sus características, para simular un suelo real, sirve para varias fases del ciclo hidrológico, como: infiltración, escorrentía, evapotranspiración, eliminación de componentes solubles por el drenaje, etc.


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3.2.6 MÉTODOS PARA CALCULAR LA INFIL INFI LTRACIÓN El análisis cuantitativo de la infiltración se puede llevar a cabo utilizando la ec ecuac uació ión n de Rich Richar ards ds,, co consi nside derad rada a co como mo el mode modelo lo ma mate temá máti tico co representativo del fenómeno del flujo en el medio poroso no saturado, a partir de la ecuación:

Donde es el operador nabla. La solución general de la anterior ecuación es difícil, de modo que se ha resu resuel elto to para para ca caso soss muy muy part partic icul ular ares es,, obte obteni nien endo do as asíí los los mé méto todo doss bási básico coss para para la cuan cuanti tifi fica caci ción ón de la infi infilt ltrac ració ión. n. A co cont ntin inua uaci ción ón se presentan algunos de los métodos más representativos. representativos. a) ECUACIÓN DE HORTON En este método se considera un valor inicial de capacidad de infiltración f0, f0, el cual cual dism dismin inuy uye e expon xponen enci cial alme ment nte e hast hasta a alca alcanz nzar ar un valo valorr constante fc. La variación de la capacidad de infiltración en el tiempo se expresa a través de la ecuación:

Donde k es una constante con dimensiones [1/T]. •

Ecuación simple

•

Se ajusta bien a datos empíricos

•

Pocos parámetros

•

Sin significado físico

•

Datos de terreno requeridos

•

Se aplica sólo después de encharcamiento

b) ECUACIÓN DE PHILLIP


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Mecánica de Suelos I Se calcula la infiltración acumulada en el tiempo a través de la expresión expresión siguiente:

Donde S es el coeficiente de absorción en función del potencial de secc se cció ión, n, que que depe depend nde e de la tens tensió ión n mé métr tric ica; a; K es la cond conduc ucti tivi vidad dad hidráulica. Asimismo, se sabe que la infiltración acumulada está relacionada con la capacidad de infiltración a través de la ecuación:

Así que la capacidad de infiltración se expresa por medio de la igualdad siguiente:

Por otra parte, si se analiza una columna de suelo horizontal, entonces se tiene:

3.3 PERMEABILIDAD 3.3.1 DEFINICION: La permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiem tiempo po dado, ado, e imper permea eabl ble e si la cant antidad idad de flui fluido do es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos: 

La porosidad del material.



La densidad del fluido considerado, afectado por su temperatura.


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Mecánica de Suelos I 

La presión a que está sometido el fluido.

Para ara se serr perm permea eabl ble, e, un ma mate teri rial al debe debe se serr poro poroso so,, es deci decir, r, debe debe contener espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, vez, tale taless es espa paci cios os debe deben n es esta tarr inte interc rcon onec ecta tado doss para para que que el flui fluido do disponga de caminos para pasar a través del material. Por otr otro lado lado,, hay hay que que habl hablar ar de una una "per "perme meab abil ilid idad ad intr intrín ínse seca ca"" (tambi (también én llama llamada da "coefi "coeficie ciente nte de perme permeabi abilid lidad" ad"); ); como como consta constante nte ligada a las características propias o internas del terreno. Y de una "perm "permeab eabili ilidad dad real" real" o de Darcy, Darcy, como como funció función n de la permea permeabil bilida idad d intrínseca más las de las características del fluido.

3.3.2 LEY DE DARCY En 1856, Henri Philibert Gaspard Darcy publicó una simple ecuación empírica para la velocidad de descarga del agua a través de suelos satur saturado ados; s; se basa basa princ princip ipal alme ment nte e en las las obse observ rvac acio ione ness de Darc Darcy, y, relativas al flujo de agua a través de arenas limpias y se expresa por: 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 matemática de la Ley de Darcy es la siguiente:

Dónde: = gasto, descarga o caudal en m3/s. = longitud en metros de la muestra


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Mecánica de Suelos I = una consta constante nte,, actual actualmen mente te conoci conocida da como como coefic coeficien iente te 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. El agua, por relaciones de energía, circula de mayor a menor

altura piezométrica. Tal y como se puede ver, la relación del grad gradien iente te de altu alturas ras piezo piezomét métric ricas as observa que:

se trata

o gradien gradiente te hidrá hidráuli ulico co y se

Por lo que adopta un valor negativo. Ello se puede expresar:

Donde h es la altura piezométrica y z la Generalizando a 3 dimensiones se obtiene que:

longitud

recorrida.

K es la conductividad hidráulica (permeabilidad) y se trata de un tensor simétrico diagonalizable a 3 direcciones principales:

y se obtiene: Permeabilidad Permeabilidad e Infiltración

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El agua se desplazará en la dirección donde haya más permeabilidad y esta a su vez indicará a qué velocidad se mueve el agua en condiciones unitarias de gradiente.

3.3.3 DETERMINACION EN LABORATORIO DE LA PERMEABILIDAD Dos Dos prue prueba bass es está tánd ndar ar de labo labora rato tori rio o se usan usan para para dete determ rmin inar ar la permeabilidad hidráulica del suelo: la prueba de carga constante y la prueba de carga variable. La primera se usa principalmente para suelos de grano grueso. Sin embargo, para los de grano gra no fino, las tasas de flujo a través del suelo son muy pequeñas y se prefieren por ello las pruebas de carga variable. 3.3.3.1

PRUEB EBA A DE DE CA CARGA CONS NST TANTE

Ofr Ofrec ece e el mé méto todo do má máss simp simple le para para dete determ rmin inar ar el co coef efic icie ient nte e de permeabilidad de ese suelo. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud L conocidas, confinadas en un tubo, se somete a una carga hidr hidráu áuli lica ca h. El agua agua fluy fluye e a trav través és de la mues muestr tra, a, midi midién éndo dose se la cantidad (en cm3) que pasa en un tiempo t. El gradiente hidráulico permanece constante a lo largo de todo el periodo del ensayo. Los niveles de agua superior e inferior se mantienen constante por desborde, con lo cual h permanece cons co nsttante ante,, pues pues depe depend nde e solamente de esa diferencia de nive nivele les. s. La ca cant ntid idad ad de agua que pasa se recoge en una bureta graduada. Conocidos los valores Q, h, L, A, se calcula el coeficiente de permeabilidad Aplicando la Ley de Darcy Permeabilidad Permeabilidad e Infiltración

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Mecánica de Suelos I v (cm/seg) =K.i

y la ecuación de continuidad Q = v .A

V/t = k.A.i. reemplazando i =h / L

despejando k

k=VL At h El inconveniente del permeámetro permeámetro es que, en suelos poco permeables, el tiempo de prueba se hace tan largo que deja de ser práctico usando gradientes hidráulicos razonables, además de tener una incidencia muy importante en los resultados los fenómenos de evaporación. 3.3.3.2

PRUEB EBA A DE CARGA VARIABLE

En este tipo de permeámetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia diferencia de niveles en un tubo alimentador. alimentador. En la figur figura, a, vemo vemoss dos dos dispo disposi siti tivo voss típi típico cos, s, el (a) (a) usado usado en suel suelos os pred predom omin inan ante teme ment nte e fino finos, s, y el (b) (b) aprop apropia iado do para para ma mate teri rial ales es má máss gruesos Al ejec ejecut utar ar la prue prueba ba se llen llena a de agua el tubo vertical del per perme meám ámet etro ro,, obse observ rván ándo dose se su desc desce enso nso a medi edida que que el agua agua atraviesa la muestra. Dónde: a: área del tubo vertical de carga A: Área de la muestra L: longitud de la muestra h1: carga hidráulica al principio de la prueba. h2 : carga hidráulica al final de la prueba. hc : altura de ascensión capilar, que debe deducirse de la lectura total del tubo de carga. t: tiempo requerido requerido para que la carga hidráulica pase de h1 a h2. Permeabilidad Permeabilidad e Infiltración

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Considerando el tiempo dt, la cantidad de agua (cm3) que atraviesa la muestra será, según la Ley de Darcy:

Al mismo tiempo, en el tubo vertical, el agua habrá tenido un descenso dh y el volumen del agua que atravesó la muestra en el el tiempo dt podrá expresarse:

Las cantidades (1) y (2) pueden igualarse, pues ambas se refieren a lo mismo:

Integrando entre las cargas hidráulicas al comienzo y al final de la prueba, en sus respectivos tiempos

Esta Esta expr xpres esió ión n nos nos perm permit ite e ca calc lcul ular ar el valo valorr del del co coef efic icie ient nte e de permeabilidad. Cuando la caída de carga hidráulica sea pequeña en comparació comparación n con la carga carga media usada en la prueba, prueba, podrá usarse para el permeámetro de carga variable, la fórmula para el permeámetro de carga constante tomando la carga h como: h = (h1 + h2)/2 Considerando que tal carga obró durante todo el tiempo t, de prueba. Los permeámetros permeámetros y concretamente el de carga variable, puede utilizase sólo en suelos relativamente permeables, permeables, generalmente arenas y limos o mezclas de esos materiales, no plásticos. La permeabilidad de arcillas se


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Mecánica de Suelos I determina en laboratorio, con la prueba de consolidación. La razón es que la baja permeabilidad de las arcillas daría lugar a tiempos de prueba tan largos que la evaporación y los cambios de temperatura producirían errores errores de mucha consideración. El realizar la prueba de permeabilidad en muestras inalteradas no sólo es importante en arcillas, sino también en suelos arenosos o limosos poco o nada plásticos. Estos suelos están, con frecuencia, notoriamente estratificados y, por lo tanto, la realización de la prueba en muestras alteradas dará una idea totalmente errónea de la permeabilidad del suelo natural. De estos suelos ligeramente plásticos se obtienen muestras inalteradas en so sond ndeo eoss de poco poco co cost sto; o; éstas stas pued pueden en usar usarse se en prue prueba bass para para determ determina inarr el coefic coeficien iente te de perme permeabi abilid lidad ad en direcc dirección ión parale paralela la y normal a la dirección de la estratificación.

3.3.4 ENSA 3.3.4EN SAY YO SE SENC NCIL ILL LO DE CA CAMP MPO O PAR ARA A ES ESTI TIMA MAR R LA PERMEABILIDAD DEL SUELO •

•

Excave ave un hoyo has astta la altura de la cintura;

•

Por la noche, parte del agua se habrá filtrado en el suelo;


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En las primeras horas de la mañana llénelo de agu agua hasta el borde;


•

Vuelva a llenar el hoyo de agua hasta el borde y cúbralo con tablas o ramas frondosas;


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•

Si a la mañana siguiente la mayor parte del agua perm perman anec ece e en el hoyo hoyo,, la perme permeabi abilid lidad ad del suelo suelo es apta para construir un esta es tanq nque ue pisc piscíc ícol ola a en es ese e lugar;

CUADRO A Indicadores visuales de permeabilidad: características estructurales del suelo


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CUADRO B Indicadores visuales de permeabilidad: textura, comportamiento físico y color del suelo


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3.3.5 ENSA 3.3.5EN SAY YO DE CA CAM MPO PARA MEDI DIR R LAS TAS ASAS AS DE PERMEABILIDAD

Exam Examin ine e cuid cuidad ados osam amen ente te los dibujos que hizo al estu studiar los perfil files del suelo; Nota: para estimar la per perme meab abil ilid idad ad,, tamb tambié ién n pued puede e utiliz utilizar ar el mé métod todo o visual visual (véanse (véanse Cuadros A y B). •

•

Basándose en la textura y la estr es truc uctu tura ra,, dete determ rmin ine e los los hori horizzonte ontess del del sue suelo que que parezcan tener la permeabilidad más lenta; lenta;

Marque con un lápiz de color en sus dibujos los horizontes del suelo que parezcan tener la permeabilidad más lenta; Nota: el agua se filtra en el suelo tanto en sentido horizontal como vertical, pero usted sólo tiene que preocupa uparse por la filtrac aciión vertical, que es la que fundamentalmente tiene lugar en los estanques. •

•

Excave un hoyo de aproximadamente 30 cm de diámet diámetro ro hasta hasta alcanz alcanzar ar el hori horizo zont nte e supe superi rior or me meno noss permeable;


•

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Recubra ecubra completam completamente ente las paredes del hoyo con arcilla pesada pesada mojada mojada o reví revístal stalas as con una lámina de material plástico, si dispone de ella, para impermeabilizarlas; impermeabilizarlas;


•

•

•

Vierta agua en el hoyo hasta que ésta alcance unos 10 cm de profundidad.

Al principio el agua se filtrare con bastante rapidez y tendrá que repo repone nerl rla a a me medi dida da que que desa desapa pare rece ce.. La filt filtrac ració ión n dism dismin inui uirá rá cuando los poros del suelo se saturen de agua. Entonces podrá medir la permeabilidad del horizonte de suelo en el fondo del hoyo;

Cerció Cerc ióre rese se de que que el agua agua cont co nten enid ida a en el hoyo hoyo tien tiene e


•

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Intr Introd oduz uzca ca en el agua agua una una vara ara de medir dir y anote note la

Mecánica de Suelos I unos 10 cm de profundidad como omo ante ntes. Si no es as asíí, añada añada agua agua hasta hasta alcanz alcanzar ar esa profundidad;

•

•

•

Compruebe el nivel del agua en el hoyo cada hora, durante varias horas. Anote la tasa de filtración por hora. Si el agua se filtra con dema demasi siad ada a rapi rapide dez, z, añad añada a agua hasta alcanzar nuovamente el nivel de 10 cm. Mida con sumo cuidado la profundidad del agua;

Cuando Cuando las medici medicione oness por hora hora se sean an ca casi si igua iguale les, s, la tasa tasa de per perme meab abil ilid idad ad es constante y puede dejar de medir; Si hay hay grand grandes es dife difere renc ncia iass en la fil filtrac tració ión n por por hora hora,, continúe añadiendo agua en el hoyo hoyo para para ma mant nten ener er la profundidad de 10 cm hasta que la tasa de filtración se mantenga casi igual;

Nota: Un horizonte de suelo con Permeabilidad Permeabilidad e Infiltración

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profundidad exacta del agua en milímetros (mm);

Mecánica de Suelos I una una perm permea eabi bili lida dad d apta apta para para el fond fondo o de un es esta tanq nque ue tamb tambié ién n debe tener un espesor de por lo menos 0,7 a 1 m, a no ser que existan horizontes inferiores con la permeabilidad y el espesor adecuados. •

Compare ahora sus resu result ltado adoss con con los los valo valore ress siguientes:

Tasa Tasa perrme pe meab abil iliida dad d mm/h

de enAptitud del horizonte para fondo de estanque

Inferior a 2

Infiltración aceptable: suelo apto

2-5

Infi Infilt ltrac ració ión n rápi rápida: da: el suel suelo o es apto apto SOL SOLO si la infiltración se debe a la estructura del suelo que desaparecerá cuando se llene el estanque

5-20

Infiltración excesiva: suelo no apto a menos que pueda reducirse la infiltración como se describe infra

Si la tasa de permeabilidad es superior a 5 mm/h, mm/h , ello puede deberse a que la estructura del suelo se ha desarrollado fuertemente. En esos caso ca sos, s, trat trate e de reduc educir ir la tasa tasa de per perme meab abil ilid idad ad dest destru ruye yend ndo o la estructura de la manera siguiente: •

•

Pudele el suelo del fondo del hoyo a la mayor profundidad posible;

•

Repita el anterior ensayo de per permea eabi bili lida dad d hast hasta a que que pueda medir un valor de fil filtrac traciión cas asii co cons nsttante ante (véans anse las dos pági áginas anteriores)..

Si esta nueva tasa de permeabilidad no sobrepasa los 4 mm/h. puede considerar que este horizonte de suelo es apto para el fondo del estanque. Sin embargo, será preciso pudelar el fondo del estanque antes de llenarlo de agua;


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Mecánica de Suelos I •

•

•

•

Si esta nueva tasa de permeabilidad sobrepasa los 4 mm/h, ello puede deberse a la presencia de un horizonte de suelo permeable debajo del horizonte en que ha realizado el ensayo. Con frecuencia se encuentran estas capas permeables entre capas de suelo que son semipermeables o incluso impermeables. Compruébelo con el ensayo siguiente... Excave un nuevo hoyo de 30 cm de diámetro desde la capa supe su peri rior or me meno noss pe perm rmea eabl ble e (A (A)) hast hasta a la pr pró óxi xima ma ca capa pa me meno noss permeable (B); Rep epit ita a el en ensa sayo yo de pe perm rmea eabi bili lidad dad ha hast sta a obt obten ener er un va valo lorr de filtración casi constante

Si esa tas asa a de pe perrmea eabi bili lida dad d no so sobr bre epa pasa sa los 3 m m/h /h,, pu pued ede e considerar este horizonte de suelo apto para el fondo del estanque. No obstante, recuerde que una permeabilidad tan lenta debe encontrarse en una capa de no menos de 0,7 a 1 m de espesor para asegurar que la filtración a través del fondo sea limitada. Nota: al construir el estanque, no es necesario que elimine una capa permeable poco profunda si existe una capa más profunda de suelo impermeable que sirva para contener el agua. Ahora bien, los diques del estanque deben construirse hasta la capa impermeable más profunda para formar una cuenca cerrada y evitar la filtración horizontal

3.3.6 COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD K (CM/S) El coeficiente de permeabilidad (k) es un indicador de la mayor o menor dificultad con que un suelo resiste a la percolación del agua a través de sus poros. En otras palabras, es la velocidad con la que el agua atraviesa los diferentes tipos de suelo. La figura nos muestra el tipo de suelo y su relación con el coeficiente de permeabilidad.


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4 CONCLUSIONES En la prueba prueba de Permea ermeabil bilida idad, d, los resul resultado tadoss ya me menci ncionad onados os son variables. En los suelos no contaminados el coeficiente de permeabilidad es el más bajo. De todos los suelos estudiados es el menos permeable, debido que presenta a una mayor cantidad de finos permitiendo un mejor acomodo


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Mecánica de Suelos I de sus sus part partíc ícul ulas as.. Los suel suelos os lava lavado doss pres presen enta tan n co coef efic icie ient ntes es de permeabilidad más grandes. Al realizar el estudio de los conceptos de permeabilidad e Infiltración se lle llega a la co conc ncllusi usión de que que la per permeabil abiliidad dad es inv invers ersam ame ente nte proporcional a la infiltración. Realizar un estudio de permeabilidad e infiltración para la construcción de una estructura es importante, ya que estará interactuando con la base base de la infr infrae aest stru ruct ctur ura, a, lo cual cual es prim primor ordi dial al para para so sopo port rtar ar la capacidad portante.

5 RECOMENDACIONES Util Utiliz izar ar el equi equipo po nece necesa sari rio o para para ca cada da una una de las las prue prueba bass asegurarnos de obtener datos muy exactos.

para para

En caso de prueba de Permeabilidad dejar saturar por lo menos 72hrs, para que el material este perfectamente saturado de agua. Etiquetar cada uno de los suelos, capsulas y contaminantes según sea el caso. Llevar un excelente control control y calidad para hacer las prácticas. Los estud studio ioss de cálcu álculo lo rea eallizad izado os por por los dife diferrente ntes método todoss mencionados anteriormente van a diferir de los cálculos hechos in situ, por ello se recomienda realizar más de un cálculo en el laboratorio.


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Permeabilidad e infiltración

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