Mecánica del Suelo – Factores que influyen en el coeficiente de permeabilidad del suelo

Además de ser una de las propiedades del suelo con mayor franja de variación de valores, el coeficiente de permeabilidad de un suelo es función de diversos factores entre los cuales podemos citar la estructura del suelo, estratificado del terreno, el grado de saturación y el índice de vacíos. Y cuando se realizan ensayos, de la temperatura del ensayo.

Temperatura del Ensayo

Cuanto mayor fuese la temperatura, menor la viscosidad del agua y por tanto más fácilmente ella fluye por los vacíos del suelo como corresponde aumento de coeficiente de permeabilidad; k es inversamente proporcional a la viscosidad del agua. Por eso, los valores de k son referidos a la temperatura de 20ºC, lo cual se hace por la siguiente relación:

Donde:

k_T – El valor de k para la temperatura del ensayo;

h₂₀ – es la viscosidad del agua a temperatura de 20⁰C;

h_T – es la viscosidad de la temperatura del ensayo;

C_V – relación entre las viscosidades.

 

Según Helmholtz, la viscosidad del agua en función de la temperatura está dada por la fórmula empírica:

T es la temperatura del ensayo en grados centígrados

Estado del Suelo

La ecuación de Taylor correlaciona el coeficiente de permeabilidad con el índice de vacíos del suelo. Cuanto mas fofo sea el suelo, más permeable se presenta. Conocida k para un cierto e del suelo, se puede calcular k para otro por la proporcionalidad.

Esta ecuación es adecuada para arenas:

La influencia del índice de vacíos sobre la permeabilidad, tratándose de arenas puras y graduadas, puede ser expresada por la ecuación de A. Casagrande:

k_0,85 es el coeficiente de permeabilidad del suelo cuando e = 0,85

Estratificación del Terreno

En virtud de la estratificación del terreno, los valores del coeficiente de permeabilidad son diferentes en las diferentes direcciones horizontal y vertical. Siendo el flujo continuo en la vertical, la velocidad V es constante. En el sentido horizontal todos los estratos tiene el mismo gradiente hidráulico.

En la figura 5, llamamos k₁, k₂, k₃…k_n, lps coeficientes de permeabilidad de las diferentes capas e₁, e₂, e₃,… e_n, respectivamente a sus espesores, deducimos las fórmulas de los valores medios de k en las direcciones paralela y perpendicular a los planos de estratificación.

Figura 5: Flujo en las direcciones horizontal (a) y Vertical (b)

 

Permeabilidad paralela a la estratificación – En la dirección horizontal, todos los estratos tienen el mismo gradiente hidráulico i.

Entonces:

 

 

Permeabilidad perpendicular a la estratificación – En la dirección vertical, siendo contínuo el flujo, la velocidad v es constante.

Por tanto:

Entonces se obtiene sucesivamente:

En donde finalmente:

Para capas de la misma permeabilidad k₁ = k₂ =… = k_n, se obtiene por la aplicación de estas fórmulas: k_n = k_v

Se demuestra aún que en todo depósito estratificado, teóricamente: k_h > k_v

Influencia del grado de saturación

La filtración del agua no remueve todo el aire existente en un suelo no saturado. Permanecen burbujas de aire, contenidas por la tensión superficial del agua. Estas burbujas de aire constituyen obstáculos al flujo de agua. De esta forma el coeficiente de permeabilidad de un suelo no saturado es menor del que el presentaría si estuviese totalmente saturado. La diferencia en tanto no es muy amplia.