Física

Coeficiente de Permeabilidad

Publicado por Monica González

Normalmente el agua ocupa la mayor parte o la totalidad de los vacíos del suelo. Cuando se somete a diferencias de potenciales, esa agua se traslada al interior del suelo.

La propiedad que el suelo presenta al permitir que el agua escurra a través de el se llama permeabilidad y su grado se expresa a través del coeficiente de permeabilidad (k)

El estudio de la permeabilidad del suelo es fundamental en diversos problemas de ingeniería de suelos, como drenaje, rebaje de nivel del agua, recalques, represas, pavimentos, entre otros.

Coeficiente de permeabilidad

La determinación del coeficiente de permeabilidad está directamente asociado a la Ley de Darcy, que establece la directa proporcionalidad entre los diversos factores geométricos y el flujo del agua

Siendo Q – Flujo

A – Área de permeado

K–Una constante para cada suelo, que recibe el nombre de coeficiente de permeabilidad.

La relación h (carga que disipa en la filtración) por L (distancia a lo largode la cual la carga se disipa) se llama gradiente hidráulico, expresado por la letra i.

De esta forma, la ley de Darcy asume el formato:

El flujo dividido por el área indica la velocidad con que el agua sale del suelo. Esta velocidad, v, se llama velocidad de descarga.

La velocidad Vd de la Ley de Darcy no representa la velocidad de percolación (Vp) del agua a través de los poros del suelo.

Esto porque, usualmente es utilizada el área total “A” de a sección transversal de la muestra del suelo, al inverso de utilizar al área real Av de sus vacíos.

En tanto, la velocidad real de percolación Vp puede ser determinada a través de las siguientes relaciones

El concepto de flujo se tiene:

donde V indica velocidad.

Del concepto de volumen, se tiene:

donde V indica volumen.

Se puede decir entonces que:

O

Determinación del coeficiente de permeabilidad (k)

El coeficiente de permeabilidad de un suelo puede ser obtenido por medio de métodos directos e indirectos. Los métodos directos se basan en ensayos de laboratorio sobre muestras o en ensayos de campo.

Los métodos indirectos utilizan correlaciones entre características del suelo.

Métodos Directos

Los métodos directos constituyen los permeamiento que miden la permeabilidad de los suelos en laboratorio y el ensayo de bombeo realizado in-situ y mayormente utilizado para determinar la permeabilidad de macizos rocosos.

Permeamiento de Carga Constante

Ese tipo de permeamiento es utilizado en la determinación del coeficiente de permeabilidad de suelos de granos gruesos. Esa determinación es realizada midiéndose la cantidad de agua que atraviesa la muestra de suelo con la altura de carga (h) constante en un determinado intervalo de tiempo (t), siendo A el área de la sección transversal de la muestra y L su altura (longitud a lo largo de la cual la carga h es disipada). El agua que atraviesa la muestra se recoge en un recipiente para luego ser medida.

Permeamiento de Carga Variable

Se utiliza para determinar el coeficiente de permeabilidad de suelos finos. En estos suelos, el intervalo de tiempo necesario para que se filtre una cantidad apreciable de agua es bastante extenso.

El volumen de agua, en virtud de una variación diferencial de nivel “dh” será:

El signo negativo es debido al hecho de que la variación sea una disminución.

Por la ley de Darcy:

Siendo así,

Integrando entre (h1, t1) y (h2, t2), se obtiene que:

En la práctica se anota el tiempo necesario para que el nivel de agua vaya, en el tubo de área “a” desde h1 até h2 y se sustituyen todos los datos en la fórmula anterior, encontrando el valor del coeficiente de permeabilidad.

Categorías: Complementos matemáticos, Conceptos Básicos, Dinámica clásica, Física del Estado Líquido, Propiedades