Informe Mecánica De Fluidos

Unidad IV.

Propiedades hidráulicas del suelo.

Permeabilidad

Ley de Darcy:

La Ley de Darcy establece que el caudal específico capaz de atravesar una sección de un medio poroso es proporcional al gradiente hidráulico con el que lo hace (pérdida de potencial hidráulico por unidad de recorrido macroscópico del agua) y al factor de permeabilidad o conductividad hidráulica (K).

Si el fluido considerado no varía, ni tampoco su temperatura, el valor de K es constante para un terreno dado, independientemente del caudal específico que circule a su través. K es un factor hidráulico que engloba tanto propiedades físicas del fluido (viscosidad y densidad, principalmente) como propiedades del terreno (porosidad, tamaño y forma de los poros).

La parte del K de un conjunto terreno-fluido debida a las propiedades del medio poroso se denomina permeabilidad intrínseca (k).

De la expresión de la Ley de Darcy se deduce que K tiene las dimensiones de una velocidad. La k, en cambio, tiene dimensiones de una longitud al cuadrado, tomándose como unidad el darcy.

Un darcy representa la permeabilidad intrínseca de un terreno que para un fluido de una viscosidad de un centipoise y un gradiente depresión hidráulica de una atmósfera por centímetro permite un flujo específico a su través de un centímetro cúbico por segundo por cada centímetro cuadrado de sección de terreno poroso. Representa, por tanto, una unidad que parte de una definición incorrecta de la Ley de Darcy, al tomar el gradiente de presión hidráulica en lugar del gradiente de potencial hidráulico".

Métodos para medir el coeficiente de permeabilidad:

1.- METODOS DIRECTOS

Permeámetro de carga constante.

Ofrece el método más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese suelo. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud L conocidas, confinadas en un tubo, se somete a una carga hidráulica h. El agua fluye a través de la muestra, midiéndose la cantidad (en cm3) que pasa en un tiempo t. El gradiente hidráulico permanece constante a lo largo de todo el periodo del ensayo.

Los niveles de agua superior e inferior se mantienen constante por desborde, con lo cual h permanece constante, pues depende solamente de esa diferencia de niveles. La cantidad de agua que pasa se recoge en una bureta graduada. Conocidos los valores Q, h, L, A, se calcula el coeficiente de permeabilidad.

Aplicando la Ley de Darcy.

v (cm/seg) =K.i y la ecuación de continuidad Q = v .A

v/t=k.A.i. Reemplazando  i = h/l

K=(v.L)/(A.t.h)

El inconveniente del permeámetro es que, en suelos poco permeables, el tiempo de prueba se hace tan largo que deja de ser práctico usando gradientes hidráulicos razonables, además de tener una incidencia muy importante en los resultados los fenómenos de evaporación.

Permeámetro de carga variable.

En este tipo de permeámetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador. En la figura, vemos dos dispositivos típicos, el (a) usado en suelos predominantemente finos, y el (b) apropiado para materiales más gruesos.

Al ejecutar la prueba se llena de agua el tubo vertical del permeámetro, observándose su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra.

Donde:

a: área del tubo vertical de carga

A: Área de la muestra

L: longitud de la muestra

h1: carga hidráulica al principio de la prueba.

h2: carga hidráulica al final de la prueba.

hc: altura de ascensión capilar, que debe deducirse de la lectura total del tubo de carga.

t: tiempo requerido para que la carga hidráulica pase de h1 a h2.

Considerando el tiempo dt, la cantidad de agua (cm3) que atraviesa la muestra será, según la Ley de Darcy:

dV = k A i dt = k A h/L dt(1)

Al mismo tiempo, en el tubo vertical, el agua habrá

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