Mecánica de Suelos – Influencia de la temperatura en la Permeabilidad

Cuanto mayor es la temperatura, más fácilmente el agua fluye entre los vacíos del suelo, debido a la disminución de viscosidad del agua, de forma que queda establecido que los valores de k son siempre referidos a la temperatura de 20ºC a través de la siguiente relación:

Onde:

k₂₀ = es el coeficiente de permeabilidad a la temperatura de 20ºC

k_t = coeficiente de permeabilidad s la temperatura “T”;

η₂₀ = viscosidad del agua a temperatura de 20ºC;

η_t = viscosidad del agua a temperatura T.

• Ecuación de Helmholtz

La ecuación empírira de Helmholtz permite el cálculo de la viscosidad del agua en función de la temperatura de la siguiente forma:

Con η en g.s/cm² y T en ºC.

Permeabilidad en terrenos estratificados

En virtud de la estratificación del suelo, los valores de k son diferentes en las direcciones horizontal y vertical.

1. I. Flujo paralelo de estratificación

En la dirección horizontal todos los estratos están sujetos al mismo gradiente hidráulico

1. II. Flujo perpendicular a la estratificación

En la dirección vertical siendo el escurrimiento continuo, el flujo a través de cada estrato es igual. Por tanto:

Se sabe que

Substituyendo:

Ejemplo:

Para el terreno a continuación, determinar los coeficientes de permeabilidad en la dirección horizontal y vertical

Resolución:

Filtración de Agua en los Suelos

• Tipos de Filtración

–          Régimen permanente: No hay influencia del tiempo. La descarga es constante en cualquier tiempo. Ejemplo: Operación normal de una presa de tierra.

–          Régimen Transitorio: Varía con el tiempo. Ejemplo: Rebaje del NA

–          Régimen Laminar: La trayectoria de las partículas es suave. Las trayectorias no se cruzan.

–          Régimen Turbulento: Las trayectorias de las partículas se interceptan

 

• Flujo unidimensional

Las partículas de un fluido en movimiento en un medio poroso poseen una cantidad de energía resultante de tres tipos de trabajo cedidos al fluido que corresponden a tres tipos de energía:

–          Energía cinética: trabajo cedido a la partícula de un fluido para aumentar su velocidad de una velocidad de referencia para aquella en que se encuentra en ese momento.

–          Energía de presión: trabajo cedido a la partícula para aumentar su presión de un valor de referencia para su presión en el momento.

–          Energía de elevación: trabajo cedido a la partícula para elevarla de una cuota de referencia para su cuota en el momento

 

• Concepto de Carga

Es una medida correspondiente a cada parcela de energía. Es la energía por unidad de peso del fluido.

–          Carga de Presión o carga piezométrica (h_p):

–          Carga de Elevación o Carga Altimétrica (h_e):

–          Carga de Velocidad o Carga Cinética (h_v):

–          Carga Total (h):

–          Teoría de Bernoulli: hay conservación de la carga total en el flujo de fluidos ideales e incomprensibles en el régimen permanente. O sea:

En los flujos en medios porosos:

Δh = pérdida de carga entre A y B

De forma general, en los problemas de flujo en medios porosos, la pérdida de carga debida a la velocidad es despreciable. Entonces se puede obtener que:

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