Física

Mecánica de Suelos – Permeabilidad

Publicado por Monica González

Capacidad que tiene el suelo de permitir el flujo de agua a través de sus vacíos, siendo la magnitud de la permeabilidad expresada por el coeficiente de permeabilidad del suelo, k.

Ley de Darcy (1856)

Donde:

vp : velocidad real de flujo o velocidad con que el agua pasa a través del suelo;

kp: Coeficiente de flujo

i: gradiente hidráulico

Δh = diferencia de carga (pérdida de carga por flujo en el extensión L)

L: Extensión del suelo en la dirección del flujo

Coeficiente de permeabilidad

Se define el coeficiente de permeabilidad k siendo como la velocidad media aparente v de un flujo de agua a través del área total (sólidos + vacíos) de la sección transversal del suelo, bajo un gradiente unitario (i = 1)

Flujo (Q):

Donde: AV = área de vacios;

Donde:

v = velocidad aparente de flujo

A = área de la sección transversal de la muestra de suelo

Donde k = coeficiente de permeabilidad

Admitiendo la proporcionalidad entre las áreas y los volúmenes tenemos que:

Donde:

n: porosidad del suelo

La descarga “V” total será de:

Si “A” fuese en cm2, “k” en cm/s y “t” en segundos, el valor de “V” se dará en cm3

Observación; en la práctica es más conveniente trabajar con el área total “A” de la sección transversal de que con el área media de los vacíos; la velocidad real de flujo “vp” es mayor que “v” pues el área de los vacíos “Av” es mejor que “A”.

Intervalos de Variación del Coeficiente de Permeabilidad

Se considera impermeable un suelo con k = 1,3 x 10-8 cm/s.

Determinación del Coeficiente de permeabilidad

Fórmulas Empíricas

a) Fórmula de Hazen (para arenas fofas y uniformes)

Donde:

k = es el coeficiente de permeabilidad (expresado en cm/s);

d10 = diámetro efectivo (en cm);

C = coeficiente de Hazen (100 ≤ C ≤ 150);

Ensayos de Laboratorio

a) Permeámetro de Nivel Constante (Indicado para suelos permeables-arenosos)

El coeficiente “k” está determinado midiéndose la cantidad de agua, mantenida a nivel constante que atraviesa en determinado tiempo “t” una muestra de suelo de sección “A” y altura “L” conocidas.

El volumen de agua “V” que atraviesa la muestra en un tiempo “t” esta dado por:

b) Permeámetro de Nivel Variable (Indicado para suelos finos-arcillosos)

El signo negativo es debido a que “h” decrece cuando el tiempo crece. Y:

a = área de la sección transversal de la bureta

Entonces

Ensayos de Campo (In situ)

a)      Ensayos de bombeo

Utilizados para la determinación “in situ” de la permeabilidad de los estratos de arena y o pedregullo situados debajo de la capa freática.

b)      Ensayo de Tubo Abierto

Este ensayo consiste en clavar un tubo de sondeo en el terreno hasta la profundidad deseada y llenarlo con agua, midiéndose la velocidad con que el agua fluye a través del tubo y se infiltra en el terreno según superficies esféricas concéntricas.

c)       Ensayo de Tubo Abierto con carga constante

Está indicado para terrenos en que la permeabilidad es tan alta, arenas gruesas y pedregullos de forma que dificulta la medida exacta del rebaje del nivel del agua.

 

Categorías: Dilatación, energía, Física del Estado Líquido, Física del Estado Sólido, Física Mecánica, Fuerzas, Geofísica, Propiedades