Mecánica de Suelos – Permeabilidad
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.
