S15_s1 Material de clase (3)_DLPBOX.pdfv

ggggggggggggggggggggggggg

1. MECÁNICA DE SUELOS
MsC. Ing. Lydice S Estrada Polanco

2. AGENDA
-Revisióndesaberesprevios.
-Logrodelasesión.
-Propiedadeshidráulicasenlossuelos.
-Aguaenelsuelo.
-LeydeDarcy.
-Permeabilidad.
-Ensayosrelacionados.
-Ejercicios.
-Redesdeflujo.
-Resumendelotratadoenclase.

3. ¿QUÉ TEMA VIMOS LA
SESIÓN ANTERIOR?
Participa por elchat o levanta lamano para dar tu opinión

4. LOGRO DE APRENDIZAJE
Alfinalizarlasesión,elestudianteidentifica
laspropiedadeshidráulicasdelossuelos.
Realizacálculosnuméricosparaentenderel
comportamientodelaguaenelsuelo.

5. INCREMENTO DE ESFUERZOS (DEBIDO A CARGAS
EXTERNAS)
PROPIEDADES HIDRÁULICAS EN EL SUELO -INTRODUCCIÓN

6. Datos/Observaciones
Elsueloporserunmaterialconformadoporpartículasdediversostamañosyformas,yqueposeepropiedadeshidráulicas(relacionadasaltránsitoy
presenciadelaguaenél).
Elestudiodeestaspropiedadesnospermitiránconocer(paraelingenierocivil)losiguiente:
Determinacióndecaudalesocantidaddeagua.
PresionesIntersticiales
Alteracióndelterreno(erosióninterna,socavación,etc.).
PROPIEDADES HIDRÁULICAS EN EL SUELO

7. Datos/Observaciones
Elsueloesunmedioconstituidoporpartículas(dediversostamaños)entrelasqueseencuentraunsistemadeporosformadoporvacíos(canales),de
diversasformasytamañosinterconectadosentodaslasdireccionesycomunicadosconlasfisurasygrietasdelamasadelsueloytambiénconla
superficiedelterreno.
Esporestareddecanalesqueelaguahacesuingresoalsueloysemantienenenél.
EL AGUA EN EL SUELO

8. Datos/Observaciones
Elaguaprocededelaatmósferayllegaalasuperficiedelsueloenformadelluvia,nieve,granizoóhumedadatmosférica,ysedivideen:
Aguaqueescurresobrelasuperficie.
Aguaqueinfiltraenelsuelo(elaguaenelsuelo)
EL AGUA EN EL SUELO

9. Datos/Observaciones
AGUAQUEINFILTRA
Eslaquesedesplazasobrelasuperficieconcoberturay
generalmentesecanalizaparadesembocarenalgún
flujomáscaudaloso.
EL AGUA EN EL SUELO
Eselaguaqueingresaalsubsueloporaccióndelagravedad.Deacuerdoa
sucondiciónoubicación,recibelossiguientesnombres:
AguaGravitacional
AguaFreática
AguaRetenida
AGUAQUEESCURRE

10. Datos/Observaciones
EL AGUA EN EL SUELO
Es el agua que pasa por los
poros a través del suelo y
desciende por gravedad hasta
alcanzar estratos
impermeables
Es el agua que no puede
drenar directamente y que
queda retenida en los poros,
grietas y sobre la superficie de
las partículas del suelo
(tensión superficial y
adsorción).
Es el agua acumulada (como
manto o capa) sobre un
estrato impermeable de suelo.

11. Datos/Observaciones
El agua de capilaridad es aquella que se encuentra retenida en los micro poros del suelo, proviene (generalmente asciende) y se mantiene en ellos
por la acción de la tensión superficial del agua.
Esta fracción del agua es utilizable por las plantas.
AGUA DE CAPILARIDAD
AGUADECAPILARIDAD
QUÉ ES LA CAPILARIDAD?

12. Datos/Observaciones
Lacapilaridadesunapropiedaddelosfluidosdebidaasu
tensiónsuperficial,queleotorgalacapacidaddesubirobajar
porespaciosmuypequeños.
Cuandounlíquidosubeporuntubocapilar,esdebidoaquela
fuerzaintermolecular(ocohesión)entresusmoléculases
menorquelaadhesióndellíquidoconelmaterialdeltubo
(líquidoquemoja).
Ellíquidosubehastaquelatensiónsuperficialesequilibrada
porelpesodellíquidoquellenaeltubo.
CAPILARIDAD
CAPILARIDAD

13. Datos/Observaciones
Elefectosepuededemostrarcolocandountubofinocapilar
sobreunasuperficiedeagualibre.Elaguaasciendeporel
tubo,tantomasdelgadosea(importanciadelacercaníadelas
paredes)–Figura(a)
Enelsueloseformantuboscapilaresenelcontactoentrelas
partículas,porloqueelaguaasciendeyquedaretenida–
Figura(b)
La altura que el agua, por este efecto, puede alcanzar es lo que nos interesa determinar.
CAPILARIDAD
CAPILARIDAD

14. Datos/Observaciones
CAPILARIDAD
ALTURASCAPILARES

15. Datos/Observaciones
Tipode Suelo Suelto Denso
Arena gruesa 0.03 –0.12 m 0.04 –0.15 m
Arena media 0.12 –0.50 m 0.35 –1.10 m
Arenafina 0.30 –2.00 m 0.40 –3.50 m
Limo 1.50 –10.0 m 2.50 –12.00 m
Arcillas Mayor o igual a 10.0 m
CAPILARIDAD
ALTURASCAPILARES–VALORESDEREFERENCIA

16. INCREMENTO DE ESFUERZOS (DEBIDO A CARGAS
EXTERNAS)
AGUA ENELSUELO

17. Datos/Observaciones
CICLO HIDROLÓGICO
SedenominaCicloHidrológicoal
movimientogeneraldelagua,ascendentepor
evaporaciónydescendenteprimeroporlas
precipitacionesydespuésenformade
escorrentíasuperficialysubterránea.

18. Datos/Observaciones
Acuífero(dellatínfero,llevar).-
Formacióngeológicaquecontiene
aguaencantidadapreciableyque
permitequecirculeatravésdeella
confacilidad.
Ejemplos:Arenas,Gravas.También
granitouotrarocacompactaconuna
fracturaciónimportante.
CONCEPTO DE ACUÍFERO

19. Datos/Observaciones
AGUA EN EL SUELO
ACUIFEROLIBRE
Lasuperficiedelaguaseráelnivelfreáticoypodráestarencontacto
directoconelaireono.
Elacuíferolibreesaquelqueocurremuycercaalasuperficie,es
decirqueseencuentraafectadonetamenteporlapresión
atmosférica.
Subasesueleserprincipalmenteunarocaimpermeable(acuifugos),
mientrasquesutechoeselmismonivelfreático.
Elnivelfreáticovaadescendersiseextraeaguadelacuíferotal
comosiquitáramosaguadeunapiscina.
Elniveldelaguasubeobajalibremente.

20. Datos/Observaciones
AGUA EN EL SUELO
ACUIFEROCONFINADO(SUELO–CONDUCTODEAGUA)
Elacuíferoconfinadoesaquelqueseencuentraentredos
formacionesgeológicasimpermeablesysuniveldeaguaesigualal
nivelpiezométrico.
Esdecirqueensubaseytechohabrárocasimpermeablesque
sometenalaguaapresiónmayoralaatmosférica.
EnelacuíferoconfinadonohaylíneadeNFperosisedefinelalínea
depresiónhidrostáticaopiezométricacero(u=0)

21. Datos/Observaciones
AGUA EN EL SUELO
ACUIFEROCONFINADO(SUELO–CONDUCTODEAGUA)
Elniveldeaguaenestecasosueleencontrarseporencima
delacuíferoporloquecuandosehaceunpozoelaguasalea
presión.
Sisebombea(retira)aguadelacuífero,losporosnosevacían
hastaqueelnivelpiezométricodesciendaatalpuntoqueempiece
asermenorallímitedelacapasuperior.
Esdecirquecuandosesobreexplotaalacuíferoconfinadopodrían
ocurrirfenómenosdesubsidenciaoasentamientosdelterreno.

22. Datos/Observaciones
AGUA EN EL SUELO
ACUIFEROSEMICONFINADO
Elacuíferosemiconfinadoesmáscomúnqueelconfinadoenla
naturaleza.
Estárodeadoporformacionesrocosasomaterialesimpermeables
asubaseysemipermeableseneltecho(acuitardos).
Larecargadeesteacuíferosedapordescensoverticaldelagua
desdeunacuitardo.
Porlotanto,esteacuífero,tambiénseencuentrasometidoauna
presiónmayoralaatmosféricayelniveldeaguacorrespondeaun
nivelpiezométrico.

23. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
Elnivelfreático,esellímitesuperiordelazonadesaturaciónozonasaturada,esunacaracterísticamuyimportantedelsistemadeaguas
subterráneas.
Eselbordesuperiordelmantodeaguaexistenteenelsubsuelo,yqueposeepresiónatmosférica.
DEFINICIÓN

24. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
TIPOS
Elnivelfreáticodefinelasuperficiedeunarroyo,lagoopantano
permanentey,porlotanto,seencuentraefectivamentesobreel
niveldelsuelo.
Lasuperficiefreáticaseescondedebajodelasuperficiedelsuelo.
Enregioneshúmedas,típicamenteseencuentraaunospocos
metrosdelasuperficie,mientrasque,enregionesáridas,puede
estaracientosdemetrosdebajodelasuperficie.

25. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
TIPOS
NAPAFREÁTICAREGIONAL
Correspondealnivelfreáticoestacional,queseapreciaenlos
ríos.Sedasobresuelospermeables.
NAPACOLGADA
Mantofreáticoatrapadoparcialmenteporunacapa
impermeables.

26. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
TIPOS
NAPAFREÁTICACAUTIVA
Mantofreáticoatrapadoentre2capasimpermeables.
CondiciónArtesiana
CondiciónSub-artesiana
1.-Acuífero
2.-Estratosimpermeables
3.-Áreadeinfiltración
4.-Pozoartesiano
5.-Superficiepiezométrica
6.-Pozosubartesiano
7.-Manantialartesiano

27. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
CARACTERÍSTICASDELASNAPASFREÁTICAS
1.ElnivelsuperioresconocidocomoNIVELFREÁTICOysiempreapartirdeestelossuelosseencuentrantotalmente
saturadosdeagua.
2.Elnivelfreáticosepuedemedirmedianteunagujerobarrenadoenelsuelo.Elniveldeaguaqueseobserveenelagujero
correspondeconelnivelfreáticoolatabladeagua.

28. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
CARACTERÍSTICASDELASNAPASFREÁTICAS
3.Laprofundidaddelanapafreáticaesvariableenfunción
delascondicionesclimáticas:despuésdeprecipitaciones
abundantes,esdecirenépocasderecargasubirá,
acercándosecadavezmásalasuperficieoincluso
situándoseporencimadeella,loquedarálugarazonas
encharcadasopantanosas.Porelcontrarioenépocassecas,
ocomoconsecuenciadeextraccionesabusivas,elnivel
bajaráprogresivamenteloquesetraduciráeneldescenso
denivelesderíosypozos,etc.

29. Datos/Observaciones
4.Lanapafreáticaomantofreáticosehaformadoporlapresenciadeunacapaimpermeabledesueloqueimposibilitael
pasodelaguaporella.
Capa impermeable de suelo (arcilla o roca)
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
CARACTERÍSTICASDELASNAPASFREÁTICAS

30. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
CARACTERÍSTICASDELASNAPASFREÁTICAS
5.Lapresióndelaguaenelnivelfreático(enunacuíferolibre)esigualalapresiónatmosférica.
6.Pordebajodelnivelfreático,lapresiónesmayorquelaatmosféricayestárelacionadaalapresiónhidrostática.

31. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
CARACTERÍSTICASDELASNAPASFREÁTICAS
7.Elnivelpiezométricoindicalapresióndelaguaenundeterminadopunto,principalmentecuandoelacuíferoestáconfinado.
Nivel freático
Nivel piezométrico
Límite
de agua
Nivel piezométrico
Suelo granular
Suelo granular
Suelo fino (arcilla)

32. Datos/Observaciones
NIVEL FREÁTICO (NAPA FREÁTICA)
CARACTERÍSTICASDELASNAPASFREÁTICAS
8.Lapresiónpordebajodelnivelfreáticosemideconunpiezómetroqueesuntuboqueseintroduceenelaguasubterránea
dejandounaaberturaalfondodeltubo.
Elniveldelaguaenelpiezómetro(nivelpiezométricoopotencialhídrico)puede
estaralnivelfreático,porencimadeestenivel,opordebajo.Cuandoelnivel
piezométricoesrelativamentealtoexisteunflujoascendentedeaguasubterránea.

33. INCREMENTO DE ESFUERZOS (DEBIDO A CARGAS
EXTERNAS)
EL MOVIMENTO DELAGUA ENELSUELO

34. Datos/Observaciones
EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO
LosaspectosprincipalesporloqueelIngenieroCivildebe
conocercomoeselmovimientodelaguaenelsueloson:
Determinacióndecaudalesocantidaddeagua.
PresionesIntersticiales
Recordando…
Elflujodelaguaatravésdelsueloesdesarrolladoatravés
delosvacíosqueseencuentranenél.
Cuandoestosvacíosseencuentrancubiertosporagua
(saturadosal100%)esposibledeterminarlacantidadde
aguaquefluyeporelsuelo.

35. Datos/Observaciones
MATERIALPERMEABLE
Unmaterialpermeableesaquelqueposeevacíoscontinuosyquedealguna
manerapermitenelpasofácildelaguaatravésdeellos.
Lapermeabilidadesfunciónpredominantementedeltamañodelosvacíos,más
quedelacantidaddevacíos.Porejemploloquesucedeenmaterialescomo
arcilla-yconcreto-esqueelaguaquepasaatravésdeellosseevapora
durantesu«lento»tránsitoporélynosellegaafiltrar(noseve).Poresta
razónesquetambiénlasarcillasseconsideranimpermeables.
MATERIAL PERMEABLE E IMPERMEABLE

36. Datos/Observaciones
Porejemploenunarepresadetierralacualtieneunnúcleo
impermeable(arcillacompactada)contaludesdegravaporsu
resistenciaalcorte,sepuedesuponerquenohayfiltraciónatravés
delarepresaperosiatravésdelsubsuelo.Interesaenestecaso,
cuantaaguafiltra.
EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO
MATERIALIMPERMEABLE Núcleo

37. INCREMENTO DE ESFUERZOS (DEBIDO A CARGAS
EXTERNAS)
LEYDE DARCY

38. Datos/Observaciones
HIDRÁULICADELOSSUELOS
EXPERIMENTODEDARCY–TÉRMINOSGENERALES
ElingenierofrancésHenryDarcy,en1856observóquecuandoporunsuelogranularsaturado(arena)ingresaunacantidaddeagua
porunidaddetiempo(Q)yseconoceeláreadelaseccióntransversaldelsuelo,elcaudadeagua(Q)queingresaessimilaralaque
sale,porloquepudoinicialmentedefinirquelavelocidadquedesarrollaelaguadurantesutránsitoporelsuelotienelasiguiente
expresióngeneral:
EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO
V =
????????????��??????�(
??????
3
??????
)
??????��??????���??????����??????�??????������??????���������(�
2
)
= (m/s)

39. Datos/Observaciones
PeroDarcy,tambiénnotóqueestavelocidadnoeslavelocidadrealdelmovimientodel
aguaenelsuelo,puestoqueéstasólocirculaatravésdelosporosentrelosgranosde
arena,noatravésdetodaeláreadelaseccióntransversaldefinidadurantesu
experimentación(A),yqueademáselaguasigueitinerariosirregularesydirecciones
variables,porloquelaecuaciónanteriordebíaconsideraralgunascorrecciones.
EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO
HIDRÁULICADELOSSUELOS
EXPERIMENTODEDARCY–TÉRMINOSGENERALES

40. Datos/Observaciones
Finalmenteluegodeefectuaralgunasobservacionesmás,Darcyconcluyó:
1.Elflujodelagua,atravésdelosporossaturadosdelsuelo,sepresentaa
velocidadesmínimas(pequeñas),ysigueuncomportamientolaminar.
2.Lavelocidadconlaquefluyeelaguaesdirectamenteproporcionalalaperdidade
cargahidráulicaqueseregistraentreunextremoyotrodemedición(entraday
salidadelcilindroquecontienealsuelo)cuandolalongituddelsuelocontenidaen
elcilindroesconstante.
3.Elsueloconservasuconstituciónparaleladecapasanteelpasodelagua(nosufre
alteración).
EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO
HIDRÁULICADELOSSUELOS
EXPERIMENTODEDARCY–TÉRMINOSGENERALES

41. Datos/Observaciones
LaleyestablecidaporelingenieroDarcy,definióqueelcaudaldeagua
porunidaddetiempo(Q)quetransitaporunsuelosaturadoa
velocidadespequeñas,tienelasiguienteexpresión:
Q=v.A’
Donde:
v:Velocidaddelagua(L/T)
A’:Seccióntransversalefectivadelsuelo(L2)
LEYDEDARCY:ÁREADELASECCIÓNTRANSVERSAL
EFECTIVADELSUELO(A’)
Eláreadelaseccióntransversaldelsuelopordondecirculaelaguavariaen
funciónaladistribuciónytamañodelosvacíos(poros)quepresentacada
suelo,porloqueeláreaefectivadetránsitodelaguaquedadefinidacomo:
A’=n.A
Donde:
n=porosidaddelsuelo
A=seccióntransversalmedida
LEYDEDARCY
EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO

42. Datos/Observaciones
Lavelocidaddelaguadurantesupasoporelsueloseproducebajolossiguientesconceptos:
Facilidadconlaqueelaguapasaatravésdelsuelo(conocidacomopermeabilidad);y
Laperdidadecargahidráulicaqueexperimentaelaguaensupasoporelsuelo.
AsílaexpresióndelavelocidaddadaporDarcyes:v=k.i(m/s)
Donde:
v=velocidaddelaguaatravésdelsuelo(m/s)
k=coeficientedepermeabilidad(conductividadhidráulica)(m/s)
i=gradientehidráulicoopérdidadecargaunitaria(adimensional)
EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO
LEYDEDARCY:VELOCIDAD(v)

43. Datos/Observaciones
Considerandoloexpuesto,laleydeDarcytienelasiguienteexpresiónparadefinirelcaudaldelaguaquetransitaporunamasadesuelo:
Q=k.i.A’(m
3
/s)
Donde:
Q=caudaldeaguaatravésdelsuelo
k=coeficientedepermeabilidad(conductividadhidráulica)
i=gradientehidráulicoopérdidadecargaunitaria
A’=Áreadelaseccióntransversalefectiva
LEY DE DARCY
LEYDEDARCY:CAUDAL

44. Datos/Observaciones
Eslaperdidadeenergíaporunidaddelongitud
queexperimentaelaguaantesupasoporun
medio.
Laexpresiónqueladefinees:
i = Δh / L
GRADIENTE HIDRAULICO
DEFINICIÓN CARACTERÍSTICASDELGRADIENTEHIDRÁULICO
•Elvalordelgradientehidráulicoesadimensional(división
entre2dimensionesdelongitud).
•Laperdidadecargahidráulica(∆h)esladiferenciaentre2
puntos.
•Lalongitud(L)esladistanciaentrelos2puntosanalizados
enlamuestradesuelo.

45. Datos/Observaciones
LEYDEBERNOULLI
LaleyestablecidaporBernoulliestableceelprincipiodelmovimientodelosfluidos,elcualse
basaenlavariacióndelaenergíaocarga.
Laecuacióndeenergíaestablece:
Donde:
h : Energía del agua, en términos de altura: Carga Hidráulica
z : Altura de energía potencial
u/γ
w: Altura de Presión de Agua
v
2
/2g : Altura de energía cinética: velocidad
GRADIENTE HIDRAULICO
CARGAHIDRAÚLICA

46. Datos/Observaciones
LEYDEBERNOULLI
Teniendoencuentaqueelaguafluyeavelocidadesbastantebajasporelsuelo(principiode
Darcy),laecuacióndeenergíaseexpresará:
Donde:
h : Energía del agua, en términos de altura: Carga Hidráulica
z : Altura de energía potencial
u/γ
w: Altura de Presión de Agua
GRADIENTE HIDRAULICO
CARGAHIDRAÚLICA

47. Datos/Observaciones
Altrasladarseelaguaatravésdelsuelo,sufreunapérdidadecargaquemodificasu
presiónconrespectoalaquetendríaunmismoniveldeaguaestática.
Enelestudiodelflujodeaguaenelsuelo,nosehabladepresionesdeagua,sinode
cargahidráulica,lacualsemideenmetrosdecolumnadeagua(m.c.a.).
LaleyquerigeconcaráctergeneralelmovimientodelaguaeslaconocidaLeyde
Bernoulli(movimientodefluidos).
GRADIENTE HIDRAULICO
CARGAHIDRAÚLICA
Enflujodeagua,esconvenienteexpresarlascomponentesdeenergíaporlascorrespondientescargasentérminosdealturade
columnadeagua.
Carga Total = Carga Altimétrica + Carga Piezométrica+ Carga cinética
Lacargacinéticaesdespreciableenrelaciónalasmagnitudesdelasotrascargas,yaquelasvelocidadessonbajas.La
velocidadesdifícilmentealcanzanvaloresde10
-2
m/s.
Lacargaaltimétricaesladiferenciadecotaentreunpuntodefinidoycualquiercotadefinidacomoreferencia.
Lacargapiezométricaeslapresiónneutraenunpunto,expresadaencolumnadeagua.

48. Datos/Observaciones
Lacirculacióndelaguadentrodeunmedioporososeladescribea
travésdelíneasdefiltración.Sedenominalíneadefiltraciónala
curvadescritaporelescurrimientoatravésdeunmaterial
permeable.Elaguaquecirculaenelsuelosiguetrayectoriasquese
desvíanerráticamentededichaslíneas,peromuypoco.Cuandolas
líneasdefiltraciónsonrectasyparalelassedicequelafiltraciónes
lineal.
GRADIENTE HIDRAULICO
CARGAHIDRAÚLICA

49. Datos/Observaciones
Lapermeabilidadeslacapacidadquetieneun
materialdepermitirqueunfluido(liquidoogaseoso)
loatraviesesinalterarsuestructurainterna.
Unmaterialespermeablesidejapasaratravésdeél
unacantidadapreciabledefluidoenuntiempodado,
e“impermeable”silacantidaddefluidoes
despreciable.
PERMEABILIDAD
DEFINICIÓN
CONDUCTIVIDAD (k)

50. Datos/Observaciones
Paraserpermeable,unmaterialdebeserporoso,esdecir,debecontenerespaciosvacíos(poros)quele
permitanabsorberfluido.
Asuvez,estosespaciosdebenestarinterconectadosparaqueelfluidodispongadecaminosparapasara
travésdeél.
Lapermeabilidaddelsuelodependeprincipalmentedeltamañodelosporos,loqueestaligadoaltamañode
laspartículassólidasyasuacomodo.
Enalgunossuelosyrocas,lapermeabilidadsueleaumentarporlaexistenciadefallas,grietas,juntasuotros
defectosestructurales.
PERMEABILIDAD
CARACTERÍSTICASGENERALES

51. Datos/Observaciones
Lapermeabilidaddeunsueloquedadefinidaporsucoeficiente,denominado«K»,elcualesexpresadoen
términosdevelocidad(m/s)«facilidaddetransitarporelsuelo»
Elvalordeestecoeficienteesvariableydependede:
Eltipodesuelo,
Laviscosidaddelaguaofluido(funciónasuvezdelatemperatura,normalmenteseestablecela
permeabilidaddeunsuelo,conelaguaa20°C),
Eltamañoycontinuidaddelosporos;y
Lapresenciadegrietasydiscontinuidades(enroca).
PERMEABILIDAD
PERMEABILIDAD –COEFICIENTE(K)
Expresadosiempre
em notación
científica

52. Datos/Observaciones
Elvalordelcoeficiente«K»fuedefinidoporelIng.Darcyapartirdelassiguientesexpresión:
Q=K.i.A
Porloque:K=
??????
??????.??????
, pero Q=
??????��(�������)
�(�??????����)
EntoncesKquedaexpresadocomo:
K=
??????????????????
??????.??????.??????
enunidadesde(L/T)
PERMEABILIDAD
PERMEABILIDAD –COEFICIENTE(K)

53. Datos/Observaciones
Sienlaexpresiónanteriordefinimoseláreadelaseccióntransversalcomoeláreaefectivadevacíos,laexpresióndelcoeficientede
permeabilidad«K»seráredefinidocomoCoeficientedePercolación«Kp»:
Kp=
??????��
??????
′
.??????.�
enunidadesde(L/T)
DebidoalostérminosdeA’,elcoeficientedepercolación«Kp»,medidarealdelapermeabilidaddeunsuelo,puedeserexpresadopor:
Kp=K/n dondenesigualalaporosidaddelsuelo
Enlarealidad,resultamassencilloefectuarlamedidadelapermeabilidaddelsuelo«K»enellaboratoriopormediodepermeámetrosyluego
corregiresteporlaporosidaddelsuelo,porloquelapracticahabitualessolicitarelvalordelapermeabilidad(entérminosdeK)quedela
percolación.
PERMEABILIDAD
PERMEABILIDAD–COEFICIENTEDEPERCOLACIÓN(Kp)

54. Datos/Observaciones
PERMEABILIDAD
DETERMINACIÓNDELCOEFICIENTEDEPERMEABILIDAD
Paraladeterminacióndelcoeficientedepermeabilidadexistendiferentesmétodos;losensayosdelaboratorio,losefectuadosenellugary
losmétodosempíricos,dondeelvalordekesobtenidoindirectamenteatravésderelacionesempíricasconotraspropiedadesdelos
suelos.
Acontinuaciónseresumenlosdistintosmétodos:
Laboratorio
•Permeámetrode carga constante
•Permeámetrode carga variable
In situ
•Ensayode carga constante
(perforacionesy pozos)
•Ensayode carga variable
(perforacionesy pozos)
•Slugtest
•Pozosde bombeo
•Ensayosem acuíferos
•Disipaciónde cono
Empíricos
•Allen –Hazen
•Loudon
•Terzaghi
•Schilichter
•Pruebahorizontal de capilaridad

55. Datos/Observaciones
Parasuelosgranulares«permeables»seutilizaelequipoconcarga
constante(ensayomásrápido);mientrasqueensuelosfinos(arcillasy
limos)conpermeabilidadesbajas,seutilizaelequipoconcarga
variable.
Laexpresiónconlaquesetrabajaes:
K=
??????��
??????.??????.�
PERMEABILIDAD -LABORATORIO
DETERMINACIÓNDELCOEFICIENTEDEPERMEABILIDAD

56. Datos/Observaciones
Enestecaso,lamuestrasesometeaunacargadeaguadealtura(h)
constante,mediantedispositivosquecontrolanlosnivelesdelaguaala
entradaysalidadelpermeámetro.
Duranteelensayosemide:
Volumendeagua(Vol)
Tiempodefiltración(t)
LosvaloresdeL,hyAsonconstantesyconocidos.
EntonceselvalordeKquedadefinidopor:K=
??????��.L
??????.h.�
PERMEABILIDAD -LABORATORIO
DETERMINACIÓNDELCOEFICIENTEDEPERMEABILIDAD–PERMEÁMETRODECARGA
CONSTANTE

57. Datos/Observaciones
PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE
PERMEABILIDAD -LABORATORIO
Q = K.i.A
https://www.youtube.com/watch?v=EnTFPcSiLIc

58. Datos/Observaciones
Seusanparamedirlapermeabilidaddelosmaterialesfinosarcillososolimo
arcillosos.
Lamuestrasesometeaunacargadeaguadealturavariable(dh)duranteun
diferencialdetiempo(dt),talcomosemuestra.
Sedeberegistrar:
Alturadeaguainicialyfinal(h
1yh
2)
Tiempodefiltración(∆t)
Losvaloresdea,LyAsonconstantesyconocidos.
EntonceselvalordeKquedadefinidopor:K=
??????.??????
??????.∆�
(ln
ℎ
1
ℎ
2
)
PERMEABILIDAD -LABORATORIO
DETERMINACIÓNDELCOEFICIENTEDEPERMEABILIDAD–PERMEÁMETRODECARGA
VARIABLE

59. Datos/Observaciones
PERMEABILIDAD –IN SITU
DETERMINACIÓNDELCOEFICIENTEDEPERMEABILIDAD–ENSAYOSINSITU
MEDIDAS PUNTUALES DE LA PERMEABILIDAD –“SLUG TESTS”

60. Datos/Observaciones
PERMEABILIDAD –IN SITU
DETERMINACIÓNDELCOEFICIENTEDEPERMEABILIDAD–ENSAYOSINSITU
PRUEBAS DE AGOTAMIENTO Y RECUPERACION
(PERFORACION ENTUBADA)
LAGUNAS DE INFILTRACIÓN

61. Datos/Observaciones
PERMEABILIDAD –IN SITU
DETERMINACIÓNDELCOEFICIENTEDEPERMEABILIDAD–ENSAYOSINSITU
PRUEBAS DE BOMBEO

62. Datos/Observaciones
FORMULADEALLENHAZEN
Parasuelosgranularesuniformes(arenas)concoeficientesdeuniformidadCu≤2,Allen–Hazenobtuvoempíricamentela
siguienteexpresiónparaestimarelcoeficientedepermeabilidad:
K = C
1.(D
10)
2
en unidades de (L/T)
Donde:
C
1:Constanteempíricaquevaríaentre100y150.(1/cm.s)
D
10:Diámetroquedejapasarel10%delmaterialenpeso.(cm)
Considerandocorreccionesportemperatura:
K=C
1(0.7+0.03T°)(D
10)
2
enunidadesdecm/s
PERMEABILIDAD –MÉTODO EMPÍRICOS
COEFICIENTEDEPERMEABILIDADENSUELOSGRANULARES

63. Datos/Observaciones
FORMULADETERZAGHI
Terzaghiintroduceenlaexpresiónanteriorunaconstantequedependedelaporosidaddelsuelo,yquedefinecomo:
K=C
2.(0.7+0.03T°)(D
10)
2
(cm/s)
Donde:
C
2:Constanteempírica,iguala:C
2=C
o(
�−0.13
3
1−�
)
2
n:Porosidad
C
o:Coeficientequedependedelsuelo
D
10:Diámetroquedejapasarel10%delmaterial
enpeso.(cm)
Suelo C
o
Arena grano redondeado 800
Arena grano anguloso 460
Arena con limos <400
PERMEABILIDAD –MÉTODO EMPÍRICOS
COEFICIENTEDEPERMEABILIDADENSUELOSGRANULARES

64. Datos/Observaciones
PERMEABILIDAD DE MASAS ESTRATIFICADAS

65. Datos/Observaciones
PERMEABILIDAD DE MASAS ESTRATIFICADAS

66. INCREMENTO DE ESFUERZOS (DEBIDO A CARGAS
EXTERNAS)
COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE (K)

67. Datos/Observaciones
ElcoeficientedeproporcionalidadenlaleydeDarcysellamaconductividadhidráulicaocoeficientedepermeabilidad(k).
Elcoeficientedepermeabilidadtienelasmismasunidadesquelavelocidad.
Valoresreferencialesdelcoeficientedepermeabilidadkparadiferentessuelos.
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (K)
OBSERVACIONESIMPORTANTES

68. Datos/Observaciones
Lasarcillashomogéneassonprácticamenteimpermeables,puedenserusadasenlaconstruccióndepresasdetierra.
Lasgravasyarenaslimpiassonpermeables,puedenserusadascomomaterialesparadrenajeofiltrosdelsuelo.
Cualquierrelaciónempíricasirvesoloparaestimaciones.
Lamagnituddekesunparámetroaltamentevariable.
kenrealidaddependedemuchosfactores.
Losmejoresvaloresdekvienendepruebasin-situ.
Elvalordekestáinfluenciadapor:
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (K)
OBSERVACIONESIMPORTANTES
larelaciónde vacíos
eltamañodelos poros
elespaciodeporos interconectados
ladistribucióndetamañodelaspartículas
lahomogeneidaddelamasadesuelo
delaspropiedadesdelfluidodeporo
delacantidaddegasno disuelto enelfluido.

69. Datos/Observaciones
 Factoresintrínsecosalfluido:
 Viscosidad(cuantomayorviscosidad,menor k).
 Temperatura(amayortemperatura,mayor k).
 Factoresintrínsecosalsuelo:
 Granulometría(amayor tamaño departícula,mayor k).
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (K)
OBSERVACIONESIMPORTANTES

70. Datos/Observaciones
VALORESPROMEDIODELCOEFICIENTEDEPERMEABILIDAD
10
2
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (K)

71. INCREMENTO DE ESFUERZOS (DEBIDO A CARGAS
EXTERNAS)
EJERCICIOS

72. Datos/Observaciones
EJERCICIO
DeterminarlascargashidráulicasenlospuntosA,B,Cdentrodelpermeámetroa
seguir:

73. Datos/Observaciones
EJERCICIO
Despuésdelaconstruccióndeunapresa,sedetectólapresenciadeunacamada
permeabledeespesoruniformea20myqueseextiendealolargodetodalapresa,
cuyaseccióntransversalestailustradaenlafigura.Esacamadaprovoca,por
infiltración,laperdidadevolumendeaguaalmacenada.Sesabeque,bajo
condicionesdeflujolaminar,lavelocidaddeflujoaparentedeaguaatravésdeun
medioporosopuedesercalculadaporlaLeydeDarcy.Suponiendoqueel
coeficientedepermeabilidaddelacamadapermeableesiguala10-4m/s,además
queocurrenperdidasdecargahidráulicasolamenteeneltramorecorridoporel
aguadentrodeesacamadayquelapresaeslasdemáscamadassonimpermeables.
Basadoenestascondiciones,elcaudal(Q)porunidaddelongitudalolargodela
extensióndelapresa,queesperdidaporinfiltraciónatravésdelacamada
permeables,satisfacelasiguientecondición:

74. Datos/Observaciones
EJERCICIO
Elpermeámetrodelafigura,tienelassiguientesdimensiones:h=28cm;z=24cmyL=50cm.El
áreadelaseccióntransversaldelpermeámetroesde:530cm2.Sehadeterminadoqueelpeso
unitariodelaarenaesde:g=18kN/m3.Manteniendounacargahidráulicaconstante,pasaa
travésdelaarenaunvolumende100cm3en18segundos.
Determinelaconductividadhidráulicadelaarena.

75. Datos/Observaciones
EJERCICIO
El permeámetro mostrado, contiene tres tipos de arena acomodadas
adyacentemente, las conductividades hidráulicas de las arenas A y C
respectivamente son: 10-2 cm/s y 5x10-3 cm/s y todas tienen un área de
150 cm2 de sección transversal.
Se han instalado piezómetros al inicio y al final de la arena B y se ha
registrado los niveles piezométricosen esta arena que se mantienen
constantes. Determinar la conductividad hidráulica de la arena 2.

76. Datos/Observaciones
EJERCICIO
El permeámetro mostrado, contiene tres tipos de arena acomodadas
adyacentemente, las conductividades hidráulicas de las arenas A y C
respectivamente son: 10-2 cm/s y 5x10-3 cm/s y todas tienen un área de
150 cm2 de sección transversal.
Se han instalado piezómetros al inicio y al final de la arena B y se ha
registrado los niveles piezométricosen esta arena que se mantienen
constantes. Determinar la conductividad hidráulica de la arena 2.

77. Datos/Observaciones
EJERCICIO

78. Datos/Observaciones
EJERCICIO

79. Datos/Observaciones
EJERCICIO

80. Datos/Observaciones
EJERCICIO

81. INCREMENTO DE ESFUERZOS (DEBIDO A CARGAS
EXTERNAS)
REDES DE FLUJO

82. Datos/Observaciones
Enunmedioporosoesposibledibujarunconjuntoidealdelíneasdeflujo(líneasidealesdondesemueveelflujo)y
líneasequipotenciales(líneasquejuntantodoslospuntosquetienenelmismovalordecargahidráulicao
piezométrica).
Enlaimagenabajoconlíneascontinuasondibujadaslíneasdeflujoyconlíneasdiscontinuaslaslíneas
equipotenciales.
REDES DE FLUJO

83. Datos/Observaciones
El espacio entre dos líneas de flujo se llama canal de flujo
Laslíneas que intersecanlas líneas de flujo con ángulo recto
se llaman Líneas equipotenciales
Laslíneasdeflujoylalíneasequipotencialesseintersecansiempreconángulo
recto(ocasirecto)
Enunmedioporososisótropoeconcoeficientedepermeabilidadigualintodasla
Direcciones
Kv=Kh(permeabilidadendirecciónvertical=permeabilidadendirecciónhorizontal)
Loselementosdelretículotienenformasacercadecuadriculas
REDES DE FLUJO

84. Datos/Observaciones
Ejemplodebarreraimpermeablequeseparadospartesdeunvasoconaguaarribadeunoestratopermeabledearenayque
estaarribadeunootroestratoimpermeable
Ejemplosencillodeconstruccióndelflownet.Losnivelesde
aguasondiferentesalosdosladosdelabarrera.Yentonces
hayunaperditadecargapiezometricaenelestrato
permeable
REDES DE FLUJO

85. Datos/Observaciones
Ejemplo concreto de construcción de flownetdebajo de una estructura hidráulica en concreto arriba de un estrato
permeable .
REDES DE FLUJO

86. Datos/Observaciones
1.Lasbasesdeunaestructuraodeunabarreaimpermeable,odelassuperficiesdeunoestratoimpermeablesonlíneasde
flujoynopuedensercruzadasdaotraslíneasdeflujo
2.Laslíneashorizontalesdeterreno,alosdosladosdeunaestructura,sonlíneasequipotenciales.
3.Laslíneasdeflujoylalíneasequipotencialesseintersecan
siempreconángulorecto
4.Laslíneasdeequipotencialescruzanconángulorectotodas
lassuperficiesimpermeables
5.Debajolasestructuraslaslíneasdeflujosonparalelasalas
superficieimpermeables.
REDES DE FLUJO

87. Datos/Observaciones
REDES DE FLUJO

88. ¿QUE APRENDIMOS HOY?

89. GRACIAS POR SU ATENCIÓN.