permeabilidad y de capilaridad de los suelos

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

Ingeniería Civil

INDICE I. INTRODUCCIÓN. II. OBJETIO! III. CONTENIDO ".#. PROPIED$DE! %IDR$&'IC$! DE' !UE'O ".#.#. ".#.#. E' $GU$ $GU$ EN E' !UE'O. !UE'O. ".#.#.#. $GU$ (RE)TIC$. ".#.#.*. $GU$ GR$IT$CION$'. ".#.#.". $GU$ RETENID$. ".#.*. C$PI'$RID$D. ".#. ".#.*. *.#. #. TEN! TEN!IÓ IÓN N !UPE !UPER( R(IC ICI$ I$'. '. ".#. ".#.*. *.*. *. (ENÓ (ENÓ+E +ENO NO C$P C$PI' I'$R $R.. ".#. ".#.*. *.". ". CONT CONTR$ R$CC CCIÓ IÓN N , C$+BI C$+BIO O DE O'U O'U+E +EN. N. ".#.*. ".#.*.-. -. (UER$ (UER$!! DE (I'T (I'TR$CIÓN R$CIÓN , COND CONDICI ICIONE ONE!! DE 'ICU$CI 'ICU$CIÓN. ÓN. CONDICIÓN DE 'ICU$CIÓN P$R$ $REN$! ".# ".#.*./ .*./.. PRE PRE!IÓN !IÓN DE (I' (I'TR$CI R$CIÓN ÓN , 'E 'E$NT$+IEN IENTO DE UN E!TR$TO E!TR$TO DE $RCI''$. $RCI' '$. ".#.". PER+E$BI'ID$ ID$D ".#.".# GR$DIENTE %IDR)U'ICO. ".#.".*. 'E, DE D$RC,. ".#.".". COE(ICIENTE DE PER+E$BI'ID$D. ".#.". ".#.".-. -. ($CT ($CTOR ORE! E! 0UE IN('U,EN IN('U,EN EN '$ PER+E$BI PER+E$BI'ID 'ID$D $D DE 'O! !UE'O!. ".#. ".#.-. -. PRUE PRUEB$ B$!! DE PER+ PER+E$ E$BI BI'I 'ID$ D$D. D. ".#.-. ".#.-.#. #. PER+E) PER+E)+ET +ETRO RO DE DE C$RG$ C$RG$ CON!T CON!T$ $NTE. NTE. ".#.-. ".#.-.*. *. PER+E) PER+E)+ET +ETRO RO DE DE C$RG C$RG$ $ $RI$B $RI$B'E. 'E. I.

PROB'E+$! -.#. PROB'E+$! DE C$PI'$RID$D. -.*. PROB'E+$! DE PER+E$BI'ID$D.

. EN!$,O! DE '$BOR$TORIO E1PERI+ENTO N2 # COE(ICIENTE! DE PER+E$BI'ID$D3 +ETODO DE C$BE$ CON!T$NTE E1PERI+ENTO N2 * COE(ICIENTE! COE(ICIE NTE! DE PER+E$BI'ID$D3 PER+E$BI 'ID$D3 +ETODO DE C$BE$ $RI$B'E

VI. CONC'U!IONE!. II. RECO+END$CIONE! III. BIB'IOGR$(4$

+ec5nica de !uelos I

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I. INTRODUCCIÓN. El suelo como ya se estudio, sobre la clasificación y limites de consistencia es un material con arreglo variable de sus partículas que dejan entre ellas una serie de poros conectados unos con otros para formar una compleja red de cana canale less de dife difere rent ntes es magn magnit itud udes es que que se comu comuni nica cann tant tantoo con con la superficie del terreno como con las fisuras y grietas de la masa del mismo. En el estudio ya de las propiedades hidráulicas reflejan las características generales de un suelo dado, que sirven para indicar hasta que punto un suelo de distintos orígenes, pueden ser similares o no serlo sirven además de base para registrar la eperiencia constructiva y para ser utili!ado en obras de construcciones futuras. "ero se debe tambi#n reconocer que la inge ingeni nier ería ía civi civill no alca alcan! n!óó mayo mayorr prog progre reso so hast hastaa que que el c$mu c$mulo lo de epe eperi rien enci cias as ad adqu quir irid idaa no fue fue fert fertil ili! i!ad adaa con con el ap apor orte te de la cien cienci ciaa aplicada, que tubo por función revelar las relaciones eistentes entre los fenómenos y sus causas, estas relaciones fue indispensable investigar las propie propiedad dades es física físicass de los difer diferent entes es tipos tipos de suelos suelos de ellos ellos las más más importantes son la permeabilidad, la capilaridad, la comprensibilidad y la resistencia. En nuestro caso trataremos sobre la permeabilidad y capilaridad de los suelos. %e dice que un material es permeable cuando contiene vacíos continuos tale taless vací vacíos os eis eiste tenn en todo todoss los los suel suelos os incl incluy uyen endo do las las arci arcill llas as mas mas compactos. &a permeabilidad de los suelos presenta un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades en muchas operaciones constructivas como por ejemplo, las ecavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla blanda bajo el peso de un terrapl#n. 'asta la permeabilidad de un hormigón denso o de una roca sana puede tener importancia práctica ya que el agua ejerce presión sobre el material poroso a trav#s del cual circula y esta presión se conoce con el nombre de presión de filtración.


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I. INTRODUCCIÓN. El suelo como ya se estudio, sobre la clasificación y limites de consistencia es un material con arreglo variable de sus partículas que dejan entre ellas una serie de poros conectados unos con otros para formar una compleja red de cana canale less de dife difere rent ntes es magn magnit itud udes es que que se comu comuni nica cann tant tantoo con con la superficie del terreno como con las fisuras y grietas de la masa del mismo. En el estudio ya de las propiedades hidráulicas reflejan las características generales de un suelo dado, que sirven para indicar hasta que punto un suelo de distintos orígenes, pueden ser similares o no serlo sirven además de base para registrar la eperiencia constructiva y para ser utili!ado en obras de construcciones futuras. "ero se debe tambi#n reconocer que la inge ingeni nier ería ía civi civill no alca alcan! n!óó mayo mayorr prog progre reso so hast hastaa que que el c$mu c$mulo lo de epe eperi rien enci cias as ad adqu quir irid idaa no fue fue fert fertil ili! i!ad adaa con con el ap apor orte te de la cien cienci ciaa aplicada, que tubo por función revelar las relaciones eistentes entre los fenómenos y sus causas, estas relaciones fue indispensable investigar las propie propiedad dades es física físicass de los difer diferent entes es tipos tipos de suelos suelos de ellos ellos las más más importantes son la permeabilidad, la capilaridad, la comprensibilidad y la resistencia. En nuestro caso trataremos sobre la permeabilidad y capilaridad de los suelos. %e dice que un material es permeable cuando contiene vacíos continuos tale taless vací vacíos os eis eiste tenn en todo todoss los los suel suelos os incl incluy uyen endo do las las arci arcill llas as mas mas compactos. &a permeabilidad de los suelos presenta un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades en muchas operaciones constructivas como por ejemplo, las ecavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla blanda bajo el peso de un terrapl#n. 'asta la permeabilidad de un hormigón denso o de una roca sana puede tener importancia práctica ya que el agua ejerce presión sobre el material poroso a trav#s del cual circula y esta presión se conoce con el nombre de presión de filtración.


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El conc concep epto to gene genera rali li!a !ado do y erró erróne neoo de que que la arci arcill llaa comp compac acta ta y el hormigón denso son impermeables, se debe a que la cantidad de agua que escurre a trav#s del material es tan peque(o. )on respecto a la capilaridad capilaridad es el ascenso que tiene tiene un líquido al estar estar en contacto con las paredes de un tubo de diámetro peque(o. %i tomamos la masa de un suelo, como un gran conjunto de poros, los cuales están comuni comunicad cados, os, tendrí tendríamo amoss una gran gran red red de tubos tubos capila capilares res,, los cuales cuales permiten el efecto de capilaridad del agua freática. En conclusión podemos deci decirr que que la capi capila lari rida dadd del del agua agua dent dentro ro de un suel suelo, o, prod produc ucee unos unos esfuer!os de tensión, los cuales generarán la compresión de este. "ara que se presente la capilaridad del agua freática en un suelo, se debe tener en cuenta que el suelo debe ser fino, para poder que los poros que haya entre las partes sólidas del suelo, sea tan peque(o como un tubo capilar. %i tenemos un suelo como una grava gruesa, no se producirá el fenómeno de capilaridad, haciendo así estos suelos gruesos muy apetecidos en la construcción cuando se tienen niveles freáticos altos.


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II. OBJETIO! •

)omprender los significados de permeabilidad y de capilaridad de los suelos y sus aplicaciones en la ingeniería en el campo de cimentaciones.

•

Establecer las diferencias eistentes entre la permeabilidad de un suelo a diferentes líquidos.

•

*ela *elaci cion onar ar la perm permea eabi bili lida dadd con con otra otrass prop propie ieda dade dess físi física cass de la mecánica de suelos.

•

+prender a diferenciar suelos a partir de las propiedades hidráulicas.

•

eterminar el coeficiente de permeabilidad mediante el ensayo de permeámetro a carga constante


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III.CONTENIDO ".# PROPIED$DE! %IDR$&'IC$! DE' !UE'O ".#.*.E' $GU$ EN E' !UE'O.

En mecánica de suelos la presencia del agua en la masa del suelo, es una de las consideraciones de mayor importancia por los efectos de las propiedades de ingeniería del suelo. El cambio de estado y comportamiento depende del contenido de humedad o agua -  como se ha visto en los /limites de +tterberg0. &os suelos cohesivos, cuando están secos -  1 2 son muy duros, frágiles y tienden a contraerse, en cambio los suelos sin cohesión varían desde moldeables, desmoronables en los estados h$medo y seco respectivamente. %on consideraciones del agua en el suelo3 El concepto del nivel freático y el flujo de agua desde una energía potencial más alta a una más baja.  El suministro de agua y los po!os están íntimamente ligados con el flujo de agua a trav#s del suelo.  El sub drenaje de carreteras es problema es problema de flujo de aguas.  &a acción del hielo en los suelos es un problema de flujo y tambi#n depende de la acción capilar.  El concepto de peso unitario sumergido o bayante y la p#rdida de presión efectiva que ocurre debido a la presión de los poros del agua del suelo.  &os asentamientos por consolidación y la epansión de las arcillas son problemas o condiciones del agua en el suelo. 

En la práctica se dan muchas situaciones, en la que la utili!ación adecuada de estos conceptos producirá una buena solución para que el suelo y el lugar puedan ser usados. *ecordemos que una de las fases del suelo es el agua que ocupa los vacíos, despla!ando al aire o cualquier otro liquido o gas , es com$n que el suelo siempre tenga un contenido de agua -  4 si #sta es eliminada se tiene el suelo seco, las otras condiciones mas criticas es siempre en presencia del agua 4 el problema en la superficie de la luna en sus suelos es el agua , que esta ausente donde el gas o su equivalente le da su comportamiento a las partículas del solidó. Fig.1


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".#.#.#

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$gua (re57ica.

&os poros del suelo que se encuentran por debajo del nivel freático se encuentran completamente llenos de agua, i se considera que cualquier movimiento de esta agua a trav#s del suelo sigue la ley de arcy, que indica que la intensidad de filtración por unidad de área es directamente proporcional al gradiente hidráulico, o sea3  8 9.i.$.7

En la que3  1 )antidad de agua, en cm5 generalmente, que escurre a trav#s del área +. 9 1 )onstante de permeabilidad o conductividad hidráulica, en cm.6seg. , normalmente. i 1 7radiente hidráulico, igual a la p#rdida de carga entre la longitud recorrida. $ 1 8rea transversal, en cm 9, a trav#s del cual fluye el agua. 7 1 :iempo, normalmente en segundos, durante el cual fluye la cantidad V de agua. e la epresión anterior se puede despejar la constante de permeabilidad o de conductividad hidráulica, obteni#ndose3 K

V =

A.t .i

4 y como v 1 velocidad 1

V A t

..

, K =

V t

"or lo tanto3  8 9.i +ec5nica de !uelos I

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&a conductividad hidráulica ; es una propiedad importante de los suelos y su valor depende del tama(o de los poros, los cuales a su ve! están en función de la forma, tama(o y acomodo de las partículas del suelo.
"or lo tanto3

K p

=

V A p .t .i

4 como

V p

=

V , A p .t

se tiene3

v;8 9 P.i

=ue es la velocidad promedio del agua a trav#s de los poros del suelo y que indudablemente será mayor que la velocidad de aproimación, pues el área de poros es menor que el área total del suelo. En este caso, la constante ; se conoce con el nombre de constante de percolación y es siempre mayor que la constante de conductividad hidráulica del suelo. El hecho de que esta $ltima sea más empleada en >ecánica de %uelos se debe a que es más fácil medir el área total de la muestra que el área de los poros de la misma. )omo el área de los poros en una sección transversal es igual a la porosidad n por el área de la muestra, se tiene3 $;8 n.a

e donde3

∴  8 $.9.i 8 n.$.9;.i 98n.9

En la práctica, la medida de la constante de permeabilidad o constante de conductividad hidráulica se hace por medio de permeámetros, los cuales pueden ser de nivel constante o de nivel variable. &os de nivel constante se usan generalmente para medir la permeabilidad de los +ec5nica de !uelos I

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materiales granulares, y los de nivel variable preferentemente para materiales finos arcillosos o limo?arcillosos. ".#.#.*.

$gua Gravi7acional.

En el movimiento del agua gravitacional influye poderosamente tanto la porosidad del suelo como sus características estructurales4 sin embargo, al movimiento de esta agua no se le puede aplicar la ley de arcy debido a la presencia de aire en los poros. )uando esta agua pueda llegar a afectar a las cimentaciones, se instalan drenes adecuados para captarla y alejarla. ".#.#.".

$gua Re7enida.

En el diagrama del agua en el suelo mostrado al iniciar este capítulo se presentó al agua retenida compuesta por agua retenida en fase líquida y agua retenida en fase de vapor. %e tratará aquí nada más el agua retenida en fase líquida, que ya se sabe está formada por agua combinada químicamente, por el agua adherida o higroscópica y por el agua de capilaridad. El agua químicamente combinada, desde el punto de vista del ingeniero, se considera como parte integrante de los sólidos del suelo, ya que forma parte de la estructura cristalina de @2A minerales del mismo y es una cantidad muy peque(a. Esta agua no puede ser eliminada del suelo si #ste se seca hasta @@2B), de ahí la práctica de secar las muestras entre @2AB) y @@2B). El agua adherida o higroscópica es aquella que adquiere el suelo del aire que lo rodea. +sí, si un suelo es secado en un horno a peso constante y se deja epuesto al aire mientras se enfría, dicho suelo absorberá agua de la humedad del aire que lo rodea. Esta agua higroscópica del suelo y la cantidad de ella que el suelo puede adquirir depende tambi#n del área superficial de las partículas. El agua de capilaridad es aquella que se adhiere en los poros del suelo por el efecto de la tensión superficial. %i se introduce un tubo capilar en el agua de tal modo que al principio el etremo superior del tubo coincida con la superficie del agua y se comien!a a levantar el tubo, se podrá observar que el menisco se va haciendo más curvo a medida que se vaya levantando el tubo, alcan!ando su máima curvatura cuando se tenga el valor máimo de la tensión superficial desarrollada. Figura 4. El ascenso del agua dentro de los tubos de peque(o diámetro sobre la superficie libre del líquido es un fenómeno que se conoce como capilaridad, y se debe a la eistencia de fuer!as de tensión capilar : dentro del tubo. El valor de la altura a que el agua asciende dentro del +ec5nica de !uelos I

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tubo viene dado por la fórmula de equilibrio entre la tensión capilar y el efecto de la gravedad así3 hc.pi.r 2 .Dw

=

T g

.π .d . cos α

=

Ts .2π .r . cos α

e donde3 hc. =

2.Ts

Dw.r

. cos α

En la que3 >c 1 +ltura de ascensión capilar en centímetros. Ts 1 :ensión superficial del líquido en gramos?fuer!a /dinas0 por centímetro, y que para el agua tiene un valor de CA dinas /2.2CD g por centímetro0. D? 1 ensidad absoluta del agua, en g6cm5. r 1 *adio del tubo capilar, en centímetros. α 1 8ngulo de contacto entre el menisco y la superficie interior del tubo.

&a epresión anterior alcan!a su valor máimo cuando el ángulo de contacto sea igual a cero, ya que cos/ α0 1 @, y entonces3 +ec5nica de !uelos I

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hc =

0.15

r

=

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0.30

d

%iendo d el diámetro del tubo capilar y r su radio. El ascenso del agua por capilaridad en un suelo no es estrictamente igual al caso visto de un tubo, pues los poros del suelo tienen tama(os y formas irregulares. %in embargo, la altura capilar en un suelo puede estimarse por la siguiente ecuación3 hc =

N e. D10

%iendo3 N 1 )onstante empírica que depende de la forma de los granos y de las impure!as de sus superficies. El valor de V varía de 2. @ a 2.A cm9. e 1 *elación de vacíos del suelo. D#6 1 iámetro efectivo epresado en centímetros.

)omo puede observarse en la fórmula anterior, la altura capilar es mayor a medida que los suelos son más finos. e esto se desprende ia importancia que tiene el drenaje cuando se trata de suelos finos, ya que en estos casos sólo basta un peque(o tirante de agua en la base de un talud para humedecer, por capilaridad, una parte considerable de los terraplenes, disminuyendo la estabilidad de los mismos y favoreciendo por tanto las fallas de los pavimentos. &a ascensión capilar en un suelo se mide por la altura eistente desde la fuente de abastecimiento de agua hasta donde llega la humedad, y esa altura está en ra!ón inversa del diámetro de las partículas, y la velocidad de ascensión está en ra!ón directa del diámetro de las partículas.

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".#.*. C$PI'$RID$D. ".#.-.". TensiAn su;ericial.

)onceptos generales, acerca del fenómeno de tensión superficial del suelo3 En la actualidad la teoría de la membrana elástica no se acepta ni puede eplicar el fenómeno de tensión superficial de los líquidos.  &a causa de estos fenómenos, está en la atracción entre mol#culas.  %in embargo, mediante este concepto de tensión superficial se consiguen resultados cuantitativamente eactos a pesar, que está casado en una imagen física equivocada.  El $nico medio sencillo para llegar a estos valores, es usar esta imagen, como una presión capilar llamada en mecánica de suelos intergranular o de contacto o presión efectiva. 

".#.-.-. (enAeno Ca;ilar.

El fenómeno capilar se basa en hipótesis simplificadas relativas a la física y geometría del tubo capilar de agua. En la mayoría de los tetos t#cnicos se consideran3 @. arsal /@HCH0 trata4 sobre el +ec5nica de !uelos I

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ángulo de contacto y capilaridad en las propiedades de los suelos compactados en el I ).".>.%.I.). vol. I. diceJK)uando se coloca la gota de un líquido sobre la superficie seca de un sólido, aquella primero se etiende despla!ando el gas hasta que se estable!ca el equilibrio, en esta condición la gota tiene una forma típicaKJcomo en la figura 8.

onde3 tensión lg líquido?gas gs gas?sólido sl sólido?líquido &a suma vectorial en + es3 gs

τ

= τ sl + τ lg . cos α

de donde3 cos α =

gs − τ sl

τ

τ

lg

JJ../L0

%i anali!amos la ecuaciónJ/L0 τlg es el esfuer!o que permite definir la forma del menisco, en los casos, se tiene3

lg8 gs3 sl 'ay un flujo superficial es decir moja /agua0

gs8 sl )orresponde al caso capilar de paredes de un tubo


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3 gl8 gs3 sl Es el caso del mercurio ".#.-./. Con7racciAn  Caio de oluen.

El cambio de volumen es un problema muy serio en los suelos pues en cualquier parte son susceptibles de contraerse. &os suelos cohesivos están incluidos, siendo más pronunciada en áreas áridas a semi?áridas como el "er$, o donde el mineral de arcilla >ontmorillonita y los más activos no han sido suficientemente meteori!ados presentando un estado menos activo. &os suelos epansivos se caracteri!an por presentarse densos y duros, que a menudo es difícil o prácticamente imposible de obtener muestras con el tubo de pared delgada para ensayos de laboratorio. )asi siempre estos suelos contienen un laberinto de grietas de contracción de ancho de unos mm hasta 9 a 5 cm que favorece la filtración superficial. %i las muestras para ensayos están fisuradas, los ensayos pueden no tener valor práctico. El problema de epansión puede evitarse solo en casos que3  El suelo puede ser confiablemente protegido contra infiltración de agua, secando con drenaje superficial o sub? perficial.  *ecursos paisajistas o utli!ando membrana impermeable /asfalto, tela plástica o geotetiles0.  El recurso es estabili!ar el suelo con3 aditivos químicos /cemento, cemento?cal, cal?ceni!a, etc.0  %imple cubrimiento de un área con una losa de piso o de pavimento no controla la infiltración, pues, el ahua tiende a condensarse debajo de la losa en un periodo de varios a(os y saturará al suelo.  El cambio de volumen está directamente relacionada con el límite de contracción y un poco menos con los límites líquido y plástico. Mactores como tipo de arcilla, sobrecarga, relación de vacíos, m#todo de saturación y ambiente general producen un cambio muy amplio en los parámetros del problema como para disponer de una respuesta pronta y directa.


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".#.-.:. (uerzas de (il7raciAn  Condiciones de 'icuaciAn.

En base a los diagramas de presiones y sus condiciones se puede anali!ar situaciones críoticas como la licuación y la tubificación en suelos arenosos finos y limos. )uando el agua fluye eiste un gradiente hidráulico, cuya altura diferencial de presiones produce una fuer!a en los granos del suelo en la dirección del flujo, a esta acumulación de presiones se le denomina uerza de il7raciAn. )uando la fuer!a de filtración /o eceso de presión de poros0 es suficientemente grande, los granos individuales del suelo pueden ser suspendidos en el flujo de agua, una condición visible parecida a la ebullición. Este fenómeno puede observarse tanto en el laboratorio como en el campo y puede ser aproimadamente evaluado para arenas. En suelos cohesivos, las fuer!as de atracción interparticulares producen una condición que puede ser levantada una masa de suelo más bien que granos individuales. CondiciAn de licuaciAn ;ara arenasF

Nuestro primer criterio sobre licuación está vinculado a la presión intermolecular en la arena es cero, es decir, los granos de arenas se tocan sin resistencia friccional disponible en esta condición el suelo se encuentra saturado y la licuación es el límite de estabilidad estática, ya que el fenómeno de licuación, el esfuer!o cortante tiende a cero, y otros criterios más modernos sobre el fenómenos ante efectos dinámicos donde el sísmico es el más representativo y donde se tiene más eperiencia actualmente. En arenas no son posibles tensiones intergranulares menores que cero, ya que correspondería a un estrato de tensión /tracción0 propio de suelos cohesivos. ".#.-.<. PresiAn de (il7raciAn  'evan7aien7o de un es7ra7o de arcilla.

En suelos cohesivos, las fuer!as de tracción entre partículas de las arcillas son de tal naturale!a que es más probable que la masa, más bien que las partículas individuales, puedan flotar o puedan formarse en ellas, por erosión, canales aislados / trav#s, de defectos u orificios de gusanos, madrigueras de roedores, conejos o provenientes de la descomposición de raíces0. ".#./. PER+E$BI'ID$D

&as propiedades mecánicas de un suelo permiten al ingeniero de cimentaciones llegar a un dise(o de la obra civil en la etapa de estudio, considerando los tres grandes problemas a los que #l com$nmente se enfrentar como son3 +ec5nica de !uelos I

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@0 los estados límite de falla /que trata sobre la estabilidad de las estructuras0. 90 los estados límite de servicio /que se refiere a los hundimientos totales y diferenciales que sufrirá la cimentación y la superestructura0 50 el flujo de agua a trav#s de los suelos que influye en el comportamiento de los mismos. "ara anali!ar estos problemas se emplean modelos que se alimentan de los parámetros obtenidos ya sea de pruebas de campo o ensayes de laboratorio de permeabilidad, deformabilidad, resistencia y propiedades dinámicas, en muestras lo menos alteradas posible, o al menos tratando de reproducir en el laboratorio su grado de compacidad en estado natural. &a permeabilidad de un suelo se refiere a su capacidad para permitir el paso de una corriente de agua a trav#s de su masa. )uando el ingeniero geotecnista prevea que se presentará un flujo de agua dentro de la masa del suelo de su obra, es conveniente que garantice que el agua fluya bajo el r#gimen laminar a velocidades relativamente peque(as, de lo contrario se presentará el fenómeno conocido como r#gimen turbulento caracteri!ado por la generación de vórtices que se presentan por la fricción entre las mol#culas del agua cuando #stas rebasan cierta velocidad de despla!amiento4 este comportamiento puede generar, entre otros riesgos, el arrastre de granos de suelo que tiene como consecuencia la formación de tubos dentro de la masa de suelo, efecto conocido como tubificación. &as figuras siguientes muestran esquemáticamente los dos tipos de comportamiento.

FLUJO LAMINAR


FLUJO TURBULENTO

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".#.".# GR$DIENTE %IDR)U'ICO.

El gradiente hidráulico es una medida de la energía que impulsa al agua a moverse dentro del suelo. &a figura 5.5 muestra un suelo dentro de un tubo de cierto diámetro4 el agua se despla!a dentro del esp#cimen a una velocidad media OvK, pasando de la sección@ a la sección 9, recorriendo la distancia O&K4 despreciando la carga de velocidad, la carga hidráulica en cualquiera de las dos secciones es3

P de acuerdo con la ecuación de Qernoulli de la energía, se tiene3

e donde3

%iendo OhK la p#rdida de carga hidráulica que tiene lugar cuando el agua pasa de la sección @ a la sección 9.


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Minalmente, el gradiente hidráulico, i, es un concepto adimensional y representa la p#rdida de carga hidráulica por unidad de longitud, esto es3

".#.".*. 'E, DE D$RC,.

En @RAD arcy descubrió que la velocidad media con la que el agua fluye dentro de una región de flujo es directamente proporcional al gradiente hidráulico. En la figura 5. se muestra esquemáticamente el comportamiento del agua al variar su velocidad4 si el agua parte de velocidades relativamente bajas, en la !ona I /laminar0, a velocidades mayores en la !ona II /transición0 cambia a r#gimen turbulento en el punto Q, siguiendo la trayectoria inferior que se indica hasta alcan!ar el punto ) /correspondiente a la velocidad crítica superior, vcs04 en cambio, si se parte de velocidades correspondientes a la !ona III /turbulenta0 a velocidades menores en la !ona de transición, el agua cambia su comportamiento a r#gimen laminar en el punto O+K /correspondiente a la velocidad crítica inferior, vci0, siguiendo la trayectoria superior que se indica.

".#.".". COE(ICIENTE DE PER+E$BI'ID$D. +ec5nica de !uelos I

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e la figura 5.9 se deduce que en r#gimen laminar, la ley de darcy es3

%iendo S una constante de proporcionalidad, conocida como coeficiente de permeabilidad. En virtud de que el gradiente hidráulico es un concepto adimensional, el coeficiente de permeabilidad tiene dimensiones de velocidad, siendo num#ricamente igual a la velocidad media del agua cuando el gradiente hidráulico es igual a uno4 físicamente representa la OfacilidadK /inverso de la resistencia0 con que el agua fluye a trav#s del suelo. En la figura 5.9 el volumen de agua que atraviesa el suelo en la unidad de tiempo, esto es el gasto, =, puede epresarse a partir de la ecuación 5.A, como3

%iendo + el área de la sección. En la siguiente tabla se muestra el rango de valores de S de acuerdo con el tipo de suelo3


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".#.".-. ($CTORE! 0UE IN('U,EN EN '$ PER+E$BI'ID$D DE 'O! !UE'O!.

&a permeabilidad se ve afectada por diversos factores inherentes tanto al suelo como a características del fluido circulante. &os principales son3  &as fuer!as de superficie.  &a porosidad.  &a tortuosidad de los vacíos del suelo.  &a relación de vacíos del suelo.  &a temperatura del fluido y suelo.  &a viscosidad del fluido en movimiento.  &a estructuración del suelo.  &a humedad del suelo. &as fuer!as de superficie de los granos determinan principalmente la fuer!a de atracción entre las mol#culas del fluido y las partículas de suelo4 este fenómeno determina en gran medida la velocidad de humectación de un suelo, la porosidad y la relación de vacíos, que son los principales parámetros con los que se ha relacionado el valor de la permeabilidad en las epresiones eistentes para su determinación. %e piensa que la cantidad de vacíos que tenga un suelo determinara en gran parte el valor de su permeabilidad, sin embargo, la tortuosidad de los canales es un elemento importante, ya que un fluido circula con mayor rapide! por un canal uniforme que por uno que presente una alta tortuosidad, a pesar de que su tama(o o vacíos sean los mismos. &as características del fluido tambi#n influyen sobre el valor de la permeabilidad, por ejemplo3 la permeabilidad que puede tener una sosa liquida con respecto al agua destilada, dista de ser igual, en este caso la viscosidad de la sosa determina en gran medida su comportamiento en el suelo, haciendo más lenta su forma de fluir. &a temperatura del fluido se relaciona directamente con su viscosidad. &a permeabilidad tambi#n puede variar por la estructuración del suelo4 la estratificación ocasiona que los valores de su permeabilidad sean diferentes en cada estrato, incluso si se trata del mismo suelo con diferente grado de compactación o humedad, la permeabilidad seguramente será diferente. ".#.:. PRUEB$! DE PER+E$BI'ID$D.

En la medida de lo posible el coeficiente de permeabilidad es más conveniente determinarlo de una prueba directa que de otras t#cnicas menos precisas, para ello se crearon básicamente 5 pruebas aplicables seg$n el suelo de que se trate, las cuales son3 a0 El permeámetro de carga constante b0 El permeámetro de carga variable c0 &a prueba in situ +ec5nica de !uelos I

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%in embargo, en cierto tipo de suelos no es posible o resulta impráctico efectuar mediciones directas, por lo que se utili!an m#todos indirectos de pruebas que originalmente fueron creadas para otros fines, estos son3 a0 + partir de la granulometría del suelo b0 e los resultados de la prueba de consolidación c0 e la prueba hori!ontal de capilaridad ".#.:.#. PER+E)+ETRO DE C$RG$ CON!T$NTE.

Este aparato fue creado básicamente para medir la permeabilidad de suelos gruesos /S T@2?5 cm6s0, sin embargo es muy difícil ensayar este tipo de suelos con su estructura original por lo que $nicamente se podrá llevar un control en el laboratorio conociendo su estado de compacidad en campo. El dispositivo se muestra esquemáticamente en la figura 5.A4 se trata de un cilindro de lucita donde se coloca la muestra con el estado de compacidad programado.

El agua se hace pasar a trav#s de la muestra con la diferencia de niveles, h, a la entrada y a la salida hasta que el gasto permanece constante /flujo establecido04 mediante la probeta graduada y un cronómetro se mide el volumen de agua, V, que atraviesa el suelo en un tiempo, t, obteni#ndose así el gasto. El coeficiente de permeabilidad se puede obtener despejándolo de la fórmula 5.D, como3

onde O+K es el área de la sección de la muestra y O&K la longitud de la misma. +ec5nica de !uelos I

*# de -6


Ingeniería Civil

)abe se(alar que se deben hacer varias determinaciones para obtener el valor más probable del parámetro. %i la temperatura del agua de la prueba es distinta de 92U ), deberá hacerse una corrección del valor obtenido del coeficiente de permeabilidad, Sp, mediante la epresión3

onde3

: :emperatura del agua de la prueba en grados centígrados. S )oeficiente de permeabilidad para una temperatura del agua de 92U ). ".#.:.*. PER+E)+ETRO DE C$RG$ $RI$B'E.

En la variante de pared rígida, este aparato tiene su campo de aplicación en materiales un poco menos permeables que los mencionados para el caso del permeámetro de carga constante, tales como arenas finas, arenas finas limosas, o arenas limosas con poca arcilla /@2?@ a @2? cm6s0. %in embargo, a diferencia de la anterior, para reali!ar esta prueba es necesario contar mucha eperiencia, evitando la formación de natas que este tipo de materiales pueden llegar generar y por consiguiente reportar un valor del coeficiente de permeabilidad menor al OrealK. En el tipo de pared delgada, en este aparato se pueden ensayar suelos con coeficientes de permeabilidad entre @2? y @2?H cm6s, además de que es posible someter a la muestra a diferentes esfuer!os de confinamiento para obtener la variación de S con el esfuer!o medio. El mecanismo se muestra esquemáticamente en la figura 5.D4 %e trata de un tubo de pared rígida o fleible donde se monta la muestra4 en el caso del de pared fleible es posible aplicar presiones a la muestra para medir el coeficiente de permeabilidad en función del esfuer!o confinante. En la parte superior se coloca un tubo de diámetro menor o igual al que lleva la muestra. urante la prueba el nivel del agua en el tubo peque(o pasa de una altura h@ a una menor h9 en un tiempo OtK. El coeficiente de permeabilidad se obtiene con la fórmula3


** de -6


Ingeniería Civil

%iendo OaK el área de la sección transversal del tubo de menor diámetro, en tanto que O+K y O&K el área de la sección y la longitud de la muestra, respectivamente.


*" de -6


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".#.:.". PRUEB$ IN !ITU.

"ara reali!ar esta prueba se requiere que la estratigrafía del sitio sea tal que el estrato de suelo por ensayar tenga un S T C@2? cm6s y que se encuentre dentro de un manto de arcilla /Mig. 5.C04 además, el nivel de aguas freáticas, N+M, debe quedar por encima del estrato permeable.

"ara efectuar la prueba, se ecava un po!o de bombeo hasta el fondo del estrato permeable y entonces se bombea el agua subterránea hasta obtener un gasto constante, q. El coeficiente de permeabilidad puede ser determinado de dos maneras3 ? %i se conoce el radio de influencia del po!o de bombeo O*K3

? %i se cuenta con un po!o de observación3

%iendo OK el espesor del estrato permeable. +ec5nica de !uelos I

*- de -6


I.

Ingeniería Civil

PROB'E+$! -.#. PROB'E+$! DE C$PI'$RID$D.

Prolea #.

)onsidera el equilibrio de una burbuja de gas en el seno de un líquido. %i el diámetro de la burbuja es /d0, el gas, está a la presión /p0 y el líquido a la presión u, encuentre una relación entre /p0 y / µ0 en función de /d0 y de la temperatura superficial :s, eistente en la superficie de interfase. !oluciAn.

A

+ ampliación, seno en líquido.

OB M

Q burbuja gaseosa urante le proceso de secado3 /evaporación0 - &as tensiones del agua aumentan, cuyo valor máimo está determinado por

los tubos capilares en los etremos. - %e admite que el peso del gas de la burbuja es independiente de las

tensiones del agua, y despreciable las fuer!as de gravitación. El equilibrio de la burbuja para un tiempo t, d 1 diámetro de la burbuja en la fig. .9.@.

T

T

s

d 2

π

4

u

d 2

π

4

p

πd T

s


πd T

s

T

a0 >enisco >

s

s

b0 Muer!a que act$a en el borde */ de -6


sección  esfera y

Ingeniería Civil

borde de la circunferencia

esfuer!os que act$a.

∑ F menisco = ∑ F perimetros π d

2

π d

. P −

4

2

u

4

= π dTs

2

π d

4

( P − u ) = π d Ts

P − u

=

4 Ts d

PROB'E+$ *.

En el fondo de un recipiente con agua se coloca un tubo capilar, si la altura de ascensión capilar del tubo es hc y la carga de agua h se mantiene constante, abst#ngase una ley de movimiento del menisco en el tubo suponiendo regímen laminar y que el menisco está totalmente desarrollado en todo instante.

!oluciAn.

%abemos que3 V ∼ i h

v

2

= ci =

dx dt

J/@0

1 x

El gradiente hidráulico entre @ y 9. I

=

h1

−h x

2

=h

− ( − hc) x

=h

+ hc x

J/90

En /@0 h + hc  = c   dt  x 

dx


*: de -6


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Integrando3 x 2 2

= c( h + hc ) t + c1

9 1 9c /hWhc0 t Wc@ "ara t 1 2 en /50,  1 2 , c @ 1 2 &uego3 9 1 9 /hWhc0 t e donde3 )omparando con  9 1 mt m 1 9c /hWhc0 Prolea ".

)alcular la tensión capilar máima es g6cm 9, en un tubo con 2.22A mm de diámetro. )alcular la ascensión máima del agua en dicho tubo. !oluciAn.

u1X  1 2.22Amm4 * 1 2.229Amm 1 2.2229Acm &a epresión del esfuer!o de tensión. u

= hγ w =

2Ts R

%i3 :s 1 2.2C g6cm &uego3 γ -

u

=

2 x 0.074 g / cm 0.00025cm

= 592 g / cm 2

1 @gr6cm5

u 1 hγ - 1 AH9

h

=

u γ w

=

592 g / cm 1 g / cm

3

2

= 592cm

h 1 A.H9m


*< de -6


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PROB'E+$ -.

En la Mig, .C se muestra un recipiente de vidrio totalmente lleno de agua. En su superficie inferior hay un agujero min$sculo de diámetro d @ 1 2.2@ cm y el menisco en el está totalmente desarrollado. En su superficie inferior hay otro agujero de diámetro d 93 a0 Y)uál es el máimo valor que puede tener da si el menisco en el está totalmente desarrollado. b0 %i d@ 1 d9 1 2.2@cm, encuentre el ángulo de contacto para el agujero superior, d@ tenga un menisco totalmente desarrollaro /serie III ms ZI <.N.+.> Z >#ico @HC@0.

d

1

20c m

d

2


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!oluciAn T T

1

!

1

A

"

2

"

1

!

A

T

2

T

2

e la fig, P A

= u1 +

4T 1 cosα

P A

= u2 +

4T 2 cosα

d 1

d 2

.......1)

....... 2)

"ara cual los meniscos están totalmente desarrollados el equilibrio del sistema es3 u1

+

4T 1 cos α 1 d 1

= u2 +

4T 2 cos α 2 d 2

.......... .3)

u9 Z u@ 1 u 1 hγ - 1 92  @ gr6cm 9 :@ 1 :9 1 2.2C gr6cm4 d @ 1 2.2@ cosα@ 1 cosα9 1 @ &a ecuación /50 se reduce a3 u2

 1 1  − u1 = u = 4T  −    d 1 d 2 

d9 1 2.25cm b0 e la ecuación /50 u

 cosα 1 cosα 2   = 4T  − 4 T   d 1 

cos α 2

 cos α 1 u  = d 2  −   4T  d  1


*@ de -6


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*eempla!ando valores3 )os α9 1 2.59A 1 2.55 1 @65 α9 1

-.*.

 1  arc cos    3  PROB'E+$! DE PER+E$BI'ID$D.

PROB'E+$ /.

%obre un terreno poroso saturado, de @2 m de espesor, se filtra agua /[1 HHA Sg6m50 que rellena un acuífero subterráneo. %abiendo que la permeabilidad del suelo es /;[g 1 @2?A m6s0. Y)uánto tiempo tardará el agua de la superficie en alcan!ar el acuíferoX. !oluciAnF

+plicamos la ley de arcy3

=ue nos da el valor de la velocidad de filtración.

&a diferencia de presión, teniendo en cuenta que el suelo está saturado, será la correspondiente a una columna de agua de @2 m de altura. /[g!0. )on los datos del problema hallamos primero la permeabilidad del suelo3 ;[email protected] @2?H /m5s6;g0. "or lo tanto la velocidad de filtrado será3

En consecuencia el agua que cae sobre la superficie tardará @@.AC días en llegar al acuífero. +ec5nica de !uelos I

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. EN!$,O! DE '$BOR$TORIO E;erien7o N2 # COE(ICIENTE! DE PER+E$BI'ID$D3 +ETODO DE C$BE$ CON!T$NTE

El coeficiente de permeabilidad es una constante de proporcionalidad relacionada con la facilidad de movimiento de un flujo a trav#s de un medio poroso. Eisten dos m#todos generales de laboratorio para determinar directamente el coeficiente de permeabilidad de un suelo. Estos son los llamados métodos de la cabeza constante, descrita en el presente eperimento, y el método de la cabeza variable del eperimento NU 9. +mbos m#todos se basan en el uso de la ley de arcy3 V=ki; y la velocidad correspondiente del flujo es3 = 1 Si+ onde3 H 1 cantidad de flujo por unidad de tiempo  1 ceficiente de permeabilidad /unidades de velocidad0 i 1 gradiente hidráulico 1 h/L > 1 diferencia de cabe!a hidráulicas a lo largo de la muestra ' 1 &ongitud de la muestra a trav#s de la cual se mide h $1 área de la sección transversal de la masa de suelos en consideración Ni el ensayo de cabe!a constante ni el de cabe!a variable permiten obtener valores del coeficiente de permeabilidad de un suelo demasiado confiables. Eisten muchas ra!ones para esto, pero las principales son las siguientes3 @. El suelo que se utili!a en el aparato de permeabilidad nunca es igual al suelo que se tiene en el terreno Z siempre estará algo alterado. 9. &a orientación in situ de los estratos con respecto al flujo de agua es probablemente diferente en el laboratorio. En arenas, la relación entre flujo hori!ontal y el flujo vertical puede ser entre 5 y  veces mayor /kh / kv 15 ó más0, en la generalidad de los casos. En el laboratorio, a$n si se duplica adecuadamente la relación de vacios para la arena, la relación entre kh / kv se perderá probablemente. &os rellenos arcillosos generalmente poseen fisuración hori!ontal debido a la forma de su colocación y compactación en capas de @A a 52 cm de altura. Esto produce kh kv, de nuevo una situación que difícilmente se puede reproducir en el laboratorio. 5. &as condiciones de frontera son diferentes en el laboratorio. &as paredes lisas del molde de permeabilidad mejoran los caminos del flujo con respecto a los caminos naturales del terreno. %i el suelo tiene estratificacion vertical, el flujo en los diferentes estratos será diferente, y esta condición de frontera es casi imposible de reproducir en el laboratorio. . &a cabe!a hidráulica h puede ser diferente /a menudo mucho mayor0 en el laboratorio, lo cual causa el lavado del material fino hacia las fronteras con una posible reducción en el valor de k. los gradientes hidráulicos obtenidos en el terreno / i=h/L0 varían entre 2.A y @.A, +ec5nica de !uelos I

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mientras que en el laboratorio suelen ser A ó más. Eisten evidencia obtenida en diferentes investigaciones que hace pensar que v=ki no es una relación lineal para todos los valores de i, especialmente para valores grandes />itchell y Pounger ?@HDC0. "or otra parte, eiste tambi#n evidencia de que en suelos finos /arcillas0, puede eistir un gradiente de umbral por debajo del cual no hay flujo /:er!aghi ?@H9A0. A. El efecto de aire atrapado en la muestra de laboratorio es grande aun para peque(as burbujas de aire debido al tama(o tan peque(o de la muestra. El coeficiente de permeabilidad de una masa de suelo homog#nea, isotrópica depende principalmente de los siguientes factores3 @. &a viscosidad del fluido en los poros /normalmente agua0. + medida que la temperatura aumenta, la viscosidad del agua disminuye y el coeficiente de permeabilidad aumenta4 es decir, la velocidad de flujo aumenta. El coeficiente de permeabilidad se ha normali!ado a 92U ), de forma que el coeficiente de permeabilidad a cualquier temperatura  se puede epresar con respecto a k!" , por medio de la siguiente ecuación3

/@?@0

donde n y n!" , son las viscosidades de los fluidos a la temperatura  del ensayo y a 92U, respectivamente. Es posible utili!ar la viscosidad absoluta o la viscosidad cinemática del fluido en la ecuación /@@?@0. %e pueden usar los valores de la :abla @9?@ 9. &a relación de vacios e del suelo. %e han hecho varios intentos para correlacionar el coeficiente de permeabilidad del suelo a una relación de varios dada con el mismo suelo a diferente relación de vacios por epresiones tales como las siguientes3

/@?90

/@?50

"ara arcillas \:er!aghi /@H9A0], como 2.@A,

a la relación de vacíos de

/@?0

&a ecuación /@?0 debe utili!arse con mucho cuidado4 es recomendable hacer ensayos de permeabilidad a diferentes relaciones de vacíos para +ec5nica de !uelos I

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obtener el valor de k en lugar de utili!ar la ecuación /@?0. En la ecuación /@?0 es el coeficiente de permeabilidad cuando [email protected] 5. El tama(o y forma de los gramos de suelo. +llan 'a!en estudió el uso de arenas en filtros para obras hidráulicas /ca. @RH20, y concluyó que para arenas limpias y gravas el coeficiente de permeabilidad puede epresarse aproimadamente como3 /@?A0 para un rango de # entre 2.@^ ^5.2mm. El que se utili!a es el diámetro correspondiente al @2 más fino en el tama(o de la muestra obtenido de la curva de distribución granulom#trica /obtenida en el eperimento de granulometría0 y epresado en cm. &a presencia de partículas angulares y laminares tienden a reducir k más que cuando el suelo está compuesto predominantemente por partículas redondeadas y esf#ricas. . El grado de saturación. + medida que aumenta el grado de saturación, el coeficiente de permeabilidad aparente tambi#n se incrementa. En parte este aumento se debe a la disminución en la tensión superficial. El origen del resto del aumento se desconoce, pues es difícil determinar k a menos que se considere continuidad del flujo a trav#s del medio. El flujo a trav#s del medio poroso puede obtenerse $nicamente considerando la cantidad que entra y sale de la masa de suelos. )omo caso etremo, sería posible, en un suelo seco, tener un flujo considerable hacia la muestra sin tener flujo de salida. El cálculo de k daría k 1 2 lo cual evidentemente es incorrecto. &as muestras usadas en laboratorio generalmente se saturan para evitar este problema, aunque en recientes investigaciones se ha tenido en cuenta condiciones donde $ ^ @22 \>itchell y otros /@HDC0]. El perme%metro patr&n de compactaci&n, que utili!a el modelo de H utili!ado en el eperimento patrón de compactación, es ampliamente utili!ado para determinar la permeabilidad de esp#cimen compactado, para tales como los necesarios para n$cleos de presa, diques, etc. Esto no impide, sin embargo, la posibilidad de utili!ar otros aparatos de permeabilidad, que pueden fabricarse directamente en el laboratorio y son relativamente baratos. En los m#todos de laboratorio la caída hidráulica total /o perdida de cabe!a0 ocurre supuestamente de la muestra de suelos, mientras que una peque(a perdida de cabe!a hidráulica tiene lugar a trav#s de la perdida porosa que eiste en la base del aparato de permeabilidad. &o anterior puede evitarse construyendo el aparato, de forma que la perdida de cabe!a que sucede a trav#s de dos mallas de tami! NU 922 en los etremos de la muestra sea completamente despreciable. +ec5nica de !uelos I

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&os ensayos de laboratorio que se utili!an para determinar el coeficiente de permeabilidad del suelo, a menudo requiere el uso de agua deaireada /y algunas veces destilada0. El uso del agua deaireada puede ser de gran utilidad ya que la presencia de burbujas de aire en solución en muestras peque(as de laboratorio puede afectar bastante los resultados al compararlos con el efecto del mismo tipo de burbujas en el suelo natural. En opinión del autor, ecepto para investigaciones de precisión, el uso de agua deaireada introduce un aumento cuestionable en la precisión de la determinación de k en ensayos rutinarios de laboratorios, cuando se considera las ineactitudes de todo el ensayo y el hecho que el agua en el campo no es no aireada ni destilada. os procedimientos bastantes simples se pueden utili!ar para reducir el problema del aire en solución. itchell y Pounger /@HDC0]. + manera de alternativa, es posible calcular el coeficiente de permeabilidad a partir de los datos del ensayo de consolidación utili!ando cu de la como3

cuyos t#rminos se especificarán en el eperimento de consolidación. Estos $ltimos procedimientos se encuentran fuera de los objetivos de los ensayos presentados en este teto. &os ensayos de permeabilidad en suelo de baja permeabilidad deben hacerse muy cuidadosamente para que los resultados obtenidos tengan alg$n significado. El valor calculado de la permeabilidad k, se verá materialmente afectado por cualquier escape en el aparato de permeabilidad, o en evaporación en el recipiente de abastecimiento, o en el recipiente de recolección de agua, así como por el flujo que se puede producir en la interface entre el suelo y el aparto de permeabilidad a trav#s de caminos de baja resistencia. )omo un ejemplo se puede suponer un ensayo de permeabilidad con cabe!a constante, con una muestra de a#rea '1 R@cm9 /sección transversal apro. del molde patrón de compactación0, sometida a un gradiente hidráulico i de 92 /bastante grande aun para condiciones de laboratorio0 y con un coeficiente real de permeabilidad de @  @2 ?D cm6m. Y)uánto agua ( se recogerá en una hora para le determinación k)


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)omo ( =' it

&a eposición general del eperimento NU @ es aplicable tambi#n a este eperimento. &as limitaciones del ensayo de cabe!a constante son inherentes a este eperimento, y además, si el eperimento tiene una duración ecesiva, será necesario controlar la evaporación del agua en la tubería de entrada / Figura lab-20. &a ecuación aplicable a este eperimento puede deducirse fácilmente /v#ase la figura lab-2 0, pero se deja como parte del ejercicio de cálculo del estudiante en su informe y se presenta simplemente como3

onde3 +ec5nica de !uelos I

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a1 área de la sección transversal de la bureta o tubería de entrada /fig @9?90, cm9 $1área seccional de la muestra de suelo, en cm 9 >#1 cabe!a hidráulica a trav#s de la muestra al comien!o de eperimento /t120 >*1 cabe!a hidráulica a trav#s de la muestra al final del ensayo /t=t ensayo0 '1 longitud de la muestra en cm 71 tiempo transcurrido durante el eperimento, en segundos ln1 logaritmo natural /en base 9.C@R9R@RJ0

ebe notarse que este m#todo para determinar el coeficiente de permeabilidad k ha sido desarrollado principalmente por economía pues el eperimento para determinar k en un suelo fino puede durar normalmente varios días. El eperimento de cabe!a constante del eperimento NU@ consume una cantidad grande de agua en el laboratorio para mantener la cabe!a constante en la mayoría de los arreglos. "ara ensayos de larga duración y donde la cantidad de flujo a trav#s de la muestra es muy peque(a, es necesario controlar la evaporación de agua del recipiente o de la tubería de entrada y enviar tambi#n la evaporación y6o drenaje en la tubería o recipiente de salida.

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I. CONC'U!IONE!. •

"ara poder conocer la permeabilidad de diversos suelos se debe tener

•

bien conocidas su granulometría, propiedades índices y clasificación. )aracteri!ar desde el punto de vista hidráulico los suelos de una !ona, esto permite estimar el tiempo de tránsito de diversas sustancias hacia

•

el subsuelo y acuífero. &a permeabilidad de los suelos varía de acuerdo a la naturale!a del mismo, su granulometría, ambiente de depósito, humedad volum#trica,

•

succión, y de acuerdo al tipo de fluido. >ediante la interpretación de las pruebas de campo y de laboratorio se establece que independiente al tipo de fluido y de suelo, eisten tres

•

velocidades de flujo en un medio3  'umedecimiento.  %aturación.  :ransporte. &a metodología propuesta para el campo es de fácil acción y reproducción, por lo que constituye otra forma económica y rápida de

•

caracteri!ar desde el punto de vista hidráulico de un suelo. &a OcapilaridadK constituye otro factor para el flujo en un medio poroso, tanto vertical como hori!ontalmente, por lo que el permeámetro se puede modificar para reali!ar las pruebas hori!ontales

•

de capilaridad. &a viscosidad y el peso específico no son las $nicas características del fluido que influyen en la permeabilidad de los suelos finos, como lo indican las ecuaciones teóricas eistentes, las fuer!as que se generan en el contacto fluido?suelo forman un papel determinante en su facilidad o incapacidad de transporte en el suelo.


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II.R ECO+END$CIONE! •

Es importante distinguir cuál es la utilidad que se le dará al valor de permeabilidad que se obtenga, de esto depende la elección del m#todo

•

adecuado para su determinación. &os tiempos de tránsito deducidos de la permeabilidad marcan que tan rápido las encargados de "rotección )ivil deben de atender un evento antes de que las substancias puedan alcan!ar el acuífero.


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permeabilidad y de capilaridad de los suelos

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