TEORÍA DE LA L A PERMEABILIDAD PERMEABILIDAD 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 tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.
EL MOVIMIENTO DEL AGUA A TRAVÉS DEL SUELO La velocidad con la que el agua –o cualquier fluido- traspasa la superficie del suelo y, una vez hecho esto, se desplaza por su interior depende fundamentalmente del volumen y caractersticas del espacio poroso, del agua almacenada en el perfil !humedad previa" y de la altura de la l#mina de agua que pueda e$istir sobre el terreno en el momento de realizar la medida. %l agua debe desplazarse por los conductos que quedan entre las partculas s&lidas s&lidas !org#n !org#nicas icas y minerale minerales", s", haciénd haciéndolo olo l&gicame l&gicamente nte con mayor mayor facilida facilidad d cuanto mayor tama'o tengan los huecos y mejor comunicados estén. Si por el contrario contrario los huecos son muy peque'os, peque'os, el agua queda retenida sobre la super superfic ficie ie de las las partc partcula ulas s por atrac atracci& ci&n n capil capilar ar,, con con lo que que la veloc velocida idad d de circul circulac aci&n i&n decre decrece. ce. Lo mismo mismo ocurr ocurre e a medida medida que que el espa espacio cio poros poroso o est# est# ocupado por agua. La acci&n de la gravedad y la presi&n hidrost#tica asociada al encharcamiento del terreno producen el efecto contrario( su aumento acelera el desplazamiento
LEY DE DARCY %n )*+, enri hilibert /aspard 0arcy public& una simple ecuaci&n emprica para la velocidad de descarga del agua a través de suelos saturados1 se basa principalmente en las observaciones de 0arcy, relativas al flujo de agua a través de arenas limpias y se e$presa por( La Ley de 0arcy describe, con base en e$perimentos de laboratorio, las caractersticas del movimiento del agua a través de un medio poroso. La e$presi&n matem#tica de la Ley de 0arcy es la siguiente(
0&nde( 23 gasto, descarga o caudal en m45s. L3 longitud en metros de la muestra 63 una constante, actualmente conocida como coeficiente de permeabilidad de 0arcy, variable en funci&n del material de la muestra, en m5s. 73 #rea de la secci&n transversal de la muestra, en m8. 43 altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la entrada de la capa filtrante. 93 altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la salida de la capa filtrante. %l agua, por relaciones de energa, circula de mayor a menor altura piezométrica. :al y como se puede ver, la relaci&n
se trata del gradiente de alturas piezométricas o gradiente hidr#ulico y seobserva que(
or lo que adopta un valor negativo. %llo se puede e$presar(
0onde h es la altura piezométrica y z la longitud recorrida. /eneralizando a 4 dimensiones se obtiene que(
K es la conductividad hidr#ulica !permeabilidad" y se trata de un tensor simétrico diagonalizable a 4 direcciones principales(
y se obtiene(
%l agua se desplazar# en la direcci&n donde haya m#s permeabilidad y esta a su vez indicar# a qué velocidad se mueve el agua en condiciones unitarias de gradiente.
PERMEABILIDAD E INFILTRACIÓN %l movimiento del agua y lquidos en el suelo, se realiza mediante los espacios porosos que conforman su estructura. La infiltraci&n, es un par#metro fsico que permite cuantificar la cantidad de l#mina de agua que est# penetrando por los espacios porosos del suelo, en un tiempo determinado. La medida de la infiltraci&n se realiza mediante cilindros concéntricos que se entierran en el suelo y posteriormente se llenan con agua, de esta forma mediante el uso de una cinta de medici&n se podr#n tomar los tiempos y cantidad de l#mina en milmetros o centmetros que se ha infiltrado en el suelo en un determinado periodo. Los suelos de te$turas gruesas !7renosos o ;ranco arenosos", tendr#n tasas de infiltraci&n m#s altas que los suelos de te$turas m#s finas !7rcillosos o ;ranco 7rcillosos", ya que la presencia de poros de mayor tama'o permiten un mayor caudal de entrada del agua en el suelo.
contenido de humedad, mayor es su tasa de infiltraci&n en el perfil ya que e$isten mayor cantidad de espacios porosos libres. La permeabilidad del suelo es una medida inversa a la infiltraci&n, y es cuantificada mediante el par#metro de la
INFILTRACION La infiltraci&n es el proceso por el cual el agua superficial se introduce en las capas internas del suelo debido b#sicamente a las fuerzas gravitatorias, intervienen también fuerzas de tipo capilar as como otras de naturaleza m#s compleja como la qumica. %l agua infiltrada puede llegar a los acuferos, ros, lagos o al mar, o bien puede quedar retenida en el suelo y volver a la atm&sfera por fen&menos de evaporaci&n y5o transpiraci&n. %n el proceso de infiltraci&n se pueden distinguir tres fases( a" =ntercambio. Se presenta en la parte superior del suelo, donde el agua puede retornar a la atm&sfera por medio de la evaporaci&n debido al movimiento capilar o por medio de la transpiraci&n de las plantas. b" :ransmisi&n. >curre cuando la acci&n de la gravedad supera a la de la capilaridad y obliga al agua a deslizarse verticalmente hasta encontrar una capa impermeable. c"
CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN %s la cantidad m#$ima de agua que un suelo puede absorber por unidad de superficie horizontal y por unidad de tiempo. Se mide por la altura de agua que se infiltra, e$presada en mm5hora. La capacidad de infiltraci&n disminuye hasta alcanzar un valor casi constante a medida que la precipitaci&n se prolonga, y es entonces cuando empieza el escurrimiento. 7 la lluvia que es superior a la capacidad de infiltraci&n se le denomina lluvia neta !es la que escurre". 7 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
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN A. Tipo de suelo %ntre mayor sea la porosidad, el tama'o de las partculas y el estado de fisuramiento del suelo, mayor ser# la capacidad de infiltraci&n.
B. Grado de humedad del suelo La infiltraci&n vara en proporci&n inversa a la humedad del suelo, es decir, un suelo h?medo presenta menor capacidad de infiltraci&n que un suelo seco.
C. Presencia de substancias coloidales
D. Acción de la precipitación sobre el suelo %l agua de lluvia al chocar con el suelo facilita la compactaci&n de su superficie disminuyendo la capacidad de infiltraci&n1 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 m#s pr&$imos a la misma, lo que
aumenta la resistencia a la penetraci&n del agua y act?a sobre las partculas de substancias coloidales que, como se dijo, reducen la dimensi&n de los espacios intergranulares. La intensidad de esta acci&n vara con la granulometra de los suelos, y la presencia de vegetaci&n la aten?a o elimina.
F. Acción del hombre y de los animales %l suelo virgen tiene una estructura favorable para la infiltraci&n, alto contenido de materia org#nica y mayor tama'o de los poros. Si el uso de la tierra tiene buen manejo y se apro$ima a las condiciones citadas, se favorecer# el proceso de la infiltraci&n, en caso contrario, cuando la tierra est# sometida a un uso intensivo por animales o sujeto al paso constante de vehculos, la superficie se compacta y se vuelve impermeable. g) Temperatura Las temperaturas bajas dificultan la infiltraci&n
VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN DEL AGUA EN DISTINTOS TIPOS DE SUELO La velocidad de infiltraci&n nos da la capacidad del suelo de absorber agua. 7l principio !cuando el suelo est# m#s seco" la velocidad de penetraci&n en el suelo es m#s r#pida pero si seguimos aportando agua, llega un momento en que esta velocidad es m#s o menos constante. 7 esta velocidad se la conoce como velocidad de infiltraci&n.
VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN MUY ARENOSO 20-25 mm! ARENOSO "5-20 mm! LIMO-ARENOSO "0-"5 mm! LIMO-ARCILLOSO #-"0 mm! ARCILLOSO $ # mm! INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA INFILTRACIÓN a" INFILTROMETRO% Se usan para medir la infiltraci&n de un suelo, y sirven para determinar la capacidad de infiltraci&n en peque'as #reas cerradas, aplicando artificialmente agua al suelo. Se utilizan para medidas muy locales y, con ellos, la capacidad deinfiltraci&n se determina directamente.
INFILTRÓMETRO DE DOBLE ANILLO%
PERMEABILIDAD 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 tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores b#sicos( La porosidad del material. La densidad del fluido considerado, afectado por su temperatura. La presi&n a que est# sometido el fluido. ara ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacos o poros que le permitan absorber fluido. 7 su vez, tales espacios
deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material. or otro lado, hay que hablar de una Apermeabilidad intrnsecaA !también llamada Acoeficiente de permeabilidadA"1 como constante ligada a las caractersticas propias o internas del terreno. B de una Apermeabilidad realA o de 0arcy, como funci&n de la permeabilidad intrnseca m#s las de las caractersticas del fluido.
DETERMINACION EN LABORATORIO DE LA PERMEABILIDAD 0os pruebas est#ndar de laboratorio se usan para determinar la permeabilidad hidr#ulica 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 fino, las tasas de flujo a través del suelo son muy peque'as y se prefieren por ello las pruebas descarga variable. PRUEBA DE ARGA !"#TA"TE >frece el método m#s simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese suelo. Cna muestra de suelo de #rea transversal 7 y longitud L conocidas, confinadas en un tubo, se somete a una carga hidr#ulica h. %l agua fluye a través de la muestra, midiéndose la cantidad !en cm4" que pasa en un tiempo t. %l gradiente hidr#ulico 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 constante, pues depende solamente de esa diferencia de niveles. La cantidad de agua que pasa se recoge en una bureta graduada.
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD K &CMS' %l coeficiente de permeabilidad !E" es un indicador de la mayor o menor dificultad con que un suelo resiste a la percolaci&n del agua a través de sus poros. %n 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 relaci&n con el coeficiente de permeabilidad.
