RELACIONES EMPÍRICAS PARA LA PERMEABILIDAD PERME ABILIDAD Son varias ecuaciones empíricas para estimar la
Esta ecuación se basa principalmente n las observaciones de Hazen de arenas sueltas, limpias, para filtros. Una pequeña cantidad de limos y arcillas, al estar presentes en un suelo arenoso, cambian considerablemente la permeabilidad hidráulica. Casagrande, propuso una relación simple de la permeabilidad para arena limpia media en la siguiente forma:
Donde:
K=permeabilidad bajo una relación de vacíos e = valor correspondiente a una relación de vacíos de 0.85
Otra forma de ecuación para estimar la permeabilidad de suelos arenosos se basa en la ecuación de Kozeny-Carman. Una aplicación de la ecuación Kozeny-Carman da
Donde K= permeabilidad bajo una relación de vacíos de e. Esta ecuación se reescribe como
Donde = constante. Kenney, Lau y Ofoegbu (1984) condujeron pruebas de laboratorio en suelos granulares en que los tamaños de las partículas en varios especímenes variación de 0.074 a 25.4 mm. Los coeficientes de uniformidad, C u, variación entre 1.04 y 12. Todas las pruebas de permeabilidad fueron conducidas con una compacidad relativa de 80% o mayor, mostrando que para condiciones de flujo laminar, ( ) ( ( ) )
Donde D5= diámetro (mm) a través del
De acuerdo con sus observaciones experimentales, Samarasinghe, Huang y Drnevich (1982) sugirieron que la permeabilidad de arcillas normalmente consolidadas se da por la ecuación:
Donde y n son constantes por ser determinadas experimentalmente. Esta ecuación se reescribe como [ ( )]
ESFUERZO EFECTIVO Es la diferencia entre el esfuerzo total en una dirección y la presión de poros en los vacíos del suelo. Terzaghi (1936) establece el principio de los esfuerzos efectivos, y en mecánica, se han definido esos esfuerzos como los que controlan la resistencia al cortante y los cambios de volumen de los suelos, éstos últimos generalmente se han relacionado con el fenómeno de consolidación. En este principio, Terzaghi considera que tanto las partículas sólidas y el agua son incompresibles, además de que puede ser despreciada el área de contacto entre dos partículas.
PRESIONES TOTALES, INTERGRANULARES Y NEUTRAS Las presiones que actúan en las masas de suelos saturados se dividen en dos tipos: a) aquellas presiones que transmiten directamente de grano a grano del suelo, b) las que actúan contra el fluido que llena los poros del mismo. Las primeras son conocidas como presiones intergranulares o presiones efectivas, y las segundas como presiones neutras, presiones neutrales o presiones de poro. Esta separación de los estados de esfuerzos el las masas de suelos es un aspecto muy importante en la mecánica de suelos, pues únicamente las presiones intergranulares producen cambios e el volumen de la masa de suelo. Como los niveles de agua en los recipientes a y b se encuentran a la misma altura, ello significa que no hay flujo. El agua esta estática.
Sobre el fondo del recipiente, en el plano AB, la presión vertical vale:
En el plano , ala profundidad z bajo el nivel del suelo saturado, la presión vertical vale:
Como la presión vertical en cualquier de los dos planos consideraos, el A-B o , depende del suelo y del agua que se encuentra sobre los mismos, quiere decir que es esta una presión total que esta formada por la presión intergranular y la presión neutra . Por lo tanto:
O sea que
Como los poros del suelo están completamente llenos de agua y esta continua arriba del suelo hasta una altura , ello quiere decir que la presión del agua en el plano A-B vale:
Y para el plano , vale:
Ascensión capilar El agua de capilaridad es aquella que se adhiere en los poros del suelo por el efecto de la tensión superficial. Si se introduce un tubo capilar en el agua de tal modo que al principio el extremo superior del tubo coincida con la superficie del agua y se comienza a levantar al tubo. El ascenso del agua dentro de los tubos de pequeño diámetro sobre la superficie libre del líquido es un fenómeno que se conoce como CAPLARIDAD, y se debe a la existencia de fuerzas de tensión capilar T dentro del tubo. El valor de la altura a
que el agua asciende dentro del tubo viene dada por la formula de equilibrio entre la tensión capilar y el efecto de la gravedad así:
De donde
En la que: = altura de ascensión capilar en centímetros. = tensión superficial del liquido en gramos-fuerza (dinas.cm) y que para el agua tiene un valor de 75 dinas (0.0764 g.cm. = densidad absoluta del agua, en g/cm 3. = radio del tubo capilar, en cm. = Angulo de contacto entre el mecanismo y la superficie interior del tubo.
El ascenso del agua por capilaridad en un suelo no es estrictamente igual al caso visto d un tubo, pues los poros del suelo tienen tamaños y formas irregulares. Sin embargo. La altura capilar en un suelo puede estimarse por la siguiente ecuación:
Siendo: N= constante empírica que depende d a forma de los granos y de las impurezas de su superficies. El valor de N varia de 0.1 a 0.5 cm 2. Relación de vacíos del suelo. = diámetro efectivo expresado en centímetros.
La ascensión capilar en un suelo se mide por la altura existente desdela fuente de abastecimiento de agua hasta donde llega la humedad y esa altura esta en razón inversa del diámetro de las partículas y la velocidad de ascensión esta en razón directa del diámetro de las partículas.
