Las Propiedades físicas De La Superficie Del Suelo

INTRODUCCION

Las propiedades físicas de la superficie del suelo y de la capa, de algunos milímetros, por debajo de ella son las responsables de la infiltración del agua en el suelo y/o de la escorrentía. La modelización y la simulación pueden ser unos instrumentos muy útiles para predecir la infiltración y el movimiento del agua en el suelo. El desarrollo de los modelos necesita de medidas precisas de las propiedades físicas del suelo con el fin de representar lo mejor posible la realidad.

La caracterización de las propiedades hidráulicas de la superficie del suelo es también de mucha utilidad en los estudios de los procesos de erosión. En muchos suelos, los macro poros juegan un papel importante en el transporte rápido del agua durante la infiltración, ya que estos operan cuando el potencial del agua en el suelo es muy alto (próximo a cero). Debido a la naturaleza frágil de los macro poros, para conocer su contribución a las propiedades hidráulicas del suelo es necesario realizar las medidas "in situ".

Se han desarrollado algunos instrumentos y técnicas para las medidas en el campo de las propiedades hidráulicas del suelo en condiciones no saturadas.

PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS

Permeabilidad como la capacidad Y la propiedad de un cuerpo (en términos particulares, un suelo) para permitir a través de el, el paso o el flujo de un fluido (en términos particulares, de agua Y Aire) sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo.

La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidad del flujo de agua a través de éste durante un período determinado.

Se afirma entonces que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.

En proyectos de ingeniería y arquitectura, las unidades con las que se expresa generalmente el coeficiente de permeabilidad son cm/s y m/s; en los ámbitos de la hidráulica o la hidrogeología es habitual observar notaciones como cm/día, m/año y similares o se expresa como una tasa de permeabilidad en centímetros por hora (cm/h), milímetros por hora (mm/h), o centímetros por día (cm/d). Para fines agrícolas y de conservación, las clases de permeabilidad del suelo se basan en las tasas de permeabilidad, y para la ingeniería civil, se basan en el coeficiente de permeabilidad

¿Por qué es importante determinar la permeabilidad del suelo?

En geología la determinación de la permeabilidad del suelo tiene una importante incidencia en los estudios hidráulicos portante del sustrato (por ejemplo previo a la construcción de edificios u obras civiles), para estudios de erosión y para mineralogía, entre otras aplicaciones.

La permeabilidad del suelo suele aumentar por la existencia de fallas, grietas, juntas u otros defectos estructurales. Algunos ejemplos de roca permeable son la caliza y la arenisca, mientras que la arcilla o el basalto son prácticamente impermeables.

Se realiza Para:

Determinación del estado de presiones (u)

Para determinar el estado de tensiones efectivas

En cuerpos de presa de tierra, Para Determinar la estabilidad de obras

Determinación de velocidad y caudal de flujo

Para determinar la Filtración a través y bajo presas

Consolidación de suelos

Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido y tales espacios deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material. Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración, que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales.

Por otro lado, hay que hablar de una "permeabilidad intrínseca" (también llamada "coeficiente de permeabilidad"); como constante ligada a las características propias o internas del terreno.

Por lo general, los suelos se componen de capas y, a menudo, la calidad del suelo varía considerablemente de una capa a otra. Antes de construir es importante determinar la posición relativa de las capas permeables e impermeables.

Por ejemplo Los diques del estanque se deben construir con un tipo de suelo que garantice una buena retención del agua. La calidad del suelo tendrá que comprobarse. Para la ubicación de los estanques y la construcción de diques, el coeficiente de permeabilidad, casi siempre, se utiliza para determinar la aptitud de un horizonte de suelo específico:

¿Qué factores afectan a la permeabilidad del suelo?

Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales.

Un estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de arcilla*, constituyen la base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas.

Son diversos los factores que determinan la permeabilidad del suelo, entre los cuales, los más significativos son los siguientes:

- Granulometría (Tamaño de las partículas y distribución granulométrica.): La permeabilidad de un suelo será más baja cuando más pequeñas sean sus partículas y por ende menor serán los vacíos que forman los canales de flujo. A menor tamaño de grano, menor permeabilidad, y para una granulometría semejante (arenas, por ejemplo) a mejor gradación, mayor permeabilidad.

- Composición química del material (naturaleza mineralógica): En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas y limos, la presencia de ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que disminuye la permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio).

Factores que influyen en la permeabilidad de los suelos

La Relación de Vacios Y La porosidad del material : Implica que la diferencia efectiva de vacios determina efectivamente el espacio que tiene el suelo para el flujo del agua

La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura: esto debido a que el cambio del peso unitario del agua con la temperatura es mínima con respecto al cambio de viscosidad. El coeficiente de permeabilidad es función, entre otras cosas de la viscosidad del agua, que es función a su vez de la temperatura (normalmente se establece la permeabilidad para 20 0C)

La estructura y estratificación del suelo: Un suelo puede tener permeabilidades diferentes en estados inalterado, moldeado y suelto aun cuando la relación de vacios sea la misma

La existencia de fisuras o huecos en el suelo: A causa de ciclos alternados de humedecimiento y secado, ecosistemas, etc., pueden cambiar las características de permeabilidad de los suelos.

La presión a que está sometido el fluido.

Peso específico: A mayor peso específico será menor la permeabilidad. En un suelo real es normal que los minerales de fracciones muy finas y coloidales tengan su peso específico mayor que los minerales de la fracción más gruesa.

Grado de saturación: Es la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacíos de una muestra de suelo; cuan mayor sea el grado de saturación mayor será la permeabilidad, debido a la reducción en los canales disponibles al flujo del agua.

Polaridad: Depende de la movilidad del flujo que rodea a las partículas de suelo y del movimiento del fluido en dirección opuesta al flujo neto debido al potencial eléctrico generado por la filtración.

Ley de Darcy

El flujo de agua a través de medios porosos esta determinado por una ley descubierta en 1856 por Henri Darcy, quien investigo las características del flujo de agua a través de filtros formado por materiales térreos, encontrando Darcy que para velocidades suficientemente pequeñas (flujo laminar), el gasto que circula por el filtro se puede determinar con la expresión:

Gradiente Hidráulico: es la relación entre la diferencia de energía total entre dos puntos del medio expuesto al flujo, entre la “longitud de recorrido del agua”; para fines prácticos, ésta se considera como la distancia recta entre los puntos considerados. El gradiente hidráulico se determina con la siguiente expresión:

=(h_1-h_2)/l

∆H: Pérdida de carga hidráulica (donde: h1 es la energía total del agua líquida en el punto 1; h2 es la energía total del agua líquida en el punto 2 y L es la longitud en línea recta entre el punto 1 y el punto 2.)

L: Longitud de probeta.

Despejando la formula queda:

k = Q / I A

Donde:

Cantidad de agua drenada a través de la muestra por unidad de tiempo, (cm3/h)

Conductividad hidráulica o coeficiente de permeabilidad. Se expresa generalmente en (cm/h).

= gradiente piezométrico disponible; (m/m)

Sección transversal por donde se filtra el agua en la muestra (cm2).

Validez de la Ley de Darcy.

La ley de Darcy es válida en un medio saturado, continuo, homogéneo e isótropo y cuando las fuerzas inerciales son despreciables (Re<1). Es decir, Para todo suelo donde el flujo sea laminar: Arenas finas a medias (SC y SM), Arenas gruesas bien graduadas (SW) y Arcillas y Limos

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