PERMEABILIDAD MECANICA DE SUELOS

Permeabilidad

Permeabilidad es la propiedad         que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire, mientras más permeable sea el suelo mayor será la filtración. La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidad del flujo de agua a través  de este durante un periodo determinado.

La permeabilidad de los suelos es uno de los valores que admiten mayor variaciones, según el tipo de material de que se trate. La permeabilidad de los suelos está influida por las siguientes características de los mismos: la relación de vacios, el tamaño de las partículas, la composición mineralógica y la físico-química de los suelos, la estructura y grado de saturación, la existencia de porosidad, fisuras. También depende de la temperatura del agua. La estructuración de los suelos también afecta su permeabilidad.

Es la capacidad del suelo para transmitir agua y aire se refiere al drenaje interno del terreno y puede expresarse en forma cuantitativa en unidades d agua que pasan a través de una sección transversal del suelo saturado, de diámetro convencional y en un tiempo tomado también como unidad. Expresa, por lo tanto, la facilidad que existe dentro del perfil para el movimiento del agua. La parte superficial del suelo sufre con frecuencia disminuciones grandes en su permeabilidad ocasionado por el fenómeno de desprendimiento y deposición de las partículas coloidales que las lluvias originan en terrenos desnudos.

FLUJO DE AGUA

El agua es el elemento más esencial y característico de nuestro planeta. El fluir del agua en los ríos produce energía hidráulica, que tiene como forma indirecta al sol como origen el agua presente en los suelos puede provenir de distintas fuentes. Agua de sedimentación: es aquella incluida en suelos sedimentarios al depositarse sus partículas, el agua de infiltración  es la proveniente de lluvias, corrientes de agua o hielos, lagos y mares, el nivel freático al lugar geométrico de puntos del suelo en los que la presión del agua es igual a la atmosférica, corresponde además al lugar geométrico de puntos del suelo en las que la presión de agua es igual a la atmosférica corresponde además al lugar geométrico de los niveles que alcanza la superficie de agua en los pozos de observación en comunicaciones libres con los huecos del suelo, por debajo del nivel freático las presiones neutras son positivas. Para condiciones estáticos del agua, en un cierto suelo, el nivel freático seria una superficie horizontal, si existe la posibilidad de que el agua fluya dentro del suelo, ya no hay razón para que el nivel freático siga siendo horizontal, y de hecho, naturalmente no lo es, el nivel freático en un punto varia con respecto a las variaciones de precipitaciones, presión atmosférica y con las mareas.

FLUJO TURBULENTO

Existen dos tipos de flujos completamente diferentes. Uno conocido como flujo turbulento que se caracteriza por un movimiento caótico e irregular de las partículas del fluido y las pérdidas de energía que son aproximadamente proporcionales al cuadrado de la velocidad del flujo, este tipo de flujos tiene lugar a velocidades relativamente altas, en conductos de gran diámetro, como los tubos que conducen agua o aire. La velocidad media de un conducto en régimen laminar o turbulento es función de la pérdida de carga hidráulica por unidad de longitud; es decir, del gradiente hidráulico. En el  flujo turbulento las sendas son indefinidas, irregulares y se tuercen, cruzan y retuercen al azar, las velocidades son mayores. Las leyes fundamentales que determinan el estado de un caso de flujo dado fueron determinadas por Reynolds a través de sus experiencias, en las cuales la relación entre la velocidad de flujo a través de un tubo y la cantidad de carga perdida por fricción fue la parte más importante expresadas en graficas gradiente hidráulico.

FLUJO LAMINAR

El otro tipo de flujo se conoce como laminar y se caracteriza en que las partículas se mueven en forma suave y en ordenada procesión con trayectorias paralelas en la dirección del flujo, y en que las pérdidas de energía son proporcionales a la velocidad; tiene lugar a bajas velocidades, en conductos pequeños y es el que se presenta generalmente en todos os suelos, excepto en las gravas más gruesas. La variación de la velocidad con gradientes hidráulicos en flujo laminar y turbulento. La velocidad a la cual el flujo laminar cambia a flujo turbulento se le conoce como velocidad critica. En el flujo laminar las líneas de flujo permanecen sin juntarse entre sí en toda la longitud  del suelo en cuestión, es decir, cada partícula se desplaza sobre una senda definida la cual nunca intercepta el camino de ninguna otra partícula, las velocidades son bajas.

AGUA LIBRE

El agua libre también denominada gravitacional, es aquella contenida en las oquedades del suelo y que puede fluir a través de ellas cuando se le somete a un gradiente hidráulico. Las propiedades hidráulicas del suelo obedecen al comportamiento de esta agua, la cual tiene gran influencia en los problemas de estabilidad a través de las presiones de poro en condiciones estáticas, y presiones hidrodinámicas y fuerzas de filtración cuando se encuentra en movimiento. Su estudio queda comprendido en lo que conocemos como flujo de agua en suelos. El movimiento de agua libre en las masas de suelo se estudia a partir de la cuantificación de la permeabilidad, la cual permite el cálculo del gasto en problemas  de filtración, drenado y consolidación, así como extracción de agua en acuíferos. El conocimiento de la forma de cómo el agua fluye a través de la masa del suelo es esencial para resolver los problemas de estabilidad en obras terreas, cimentaciones, excavaciones y en taludes artificiales y naturales. Es aquel en que la superficie superior de la zona de saturación esta a la presión atmosférica, esta superficie es el nivel freático. El agua en un pozo realizado en un acuífero libre se eleva como es natural, solo hasta el nivel freático precisamente. Las elevaciones o descensos del nivel freático corresponden a cambios en el volumen de almacenamiento y no a cambios de presión en el agua. El agua libre, gravitacional o freática se encuentra bajo el nivel freático en comunicación continua con él, las presiones neutras son positivas. El agua, bajo el efecto de la gravedad terrestre puede moverse en el interior de la masa de suelo sin otro obstáculo que le imponen su viscosidad y la trama estructural del suelo.

AGUA ABSORBIDA

La fase liquida del suelo la constituye principalmente el agua, la cual, dependiendo de su movilidad dentro de él, se puede presentar en las siguientes condiciones: el agua adsorbida, agua capilar y agua libre o gravitacional. Cuando el agua ocupa todas las oquedades, al suelo se le identifica totalmente saturado; cuando solo ocupa una parte, se le llama suelo parcialmente saturado y cuando está ausente el suelo se le identifica como seca. El agua capilar es el agua absorbida por los poros del suelo como un efecto de la tensión superficial del agua y se presenta cuando los  canalículos que forman la interconexión de los poros del suelo son pequeños. El agua asciende hasta una altura equivalente a la potencia capilar, la cual es función directa de la tensión superficial e inversa del diámetro promedio de los canalículos del suelo. El agua capilar produce en los suelos un efecto de cohesión aparente, fenómeno que desaparece tan luego dicha agua se evapora. El efecto capilar influye en la resistencia a la compresión simple de los suelos arcillosos saturados por el efecto de confinamiento que inducen, consecuencia del fenómeno capilar es la contracción de los suelos arcillosos por efectos de secado que puede ocasionar el agrietamiento de los mismos. Es aquella que se encuentra sobre el nivel freático en comunicación continua con él, su flujo presenta una gran importancia en algunas cuestiones de mecánica de suelos, tales como el humedecimiento de un pavimento por flujo ascendente y otras análogas. Sin embargo, en la mayoría de los problemas de filtración de agua, el efecto de flujo en la zona capilar es pequeño y suele despreciarse en atención a las complicaciones que plantearía al ser tomada en cuenta teóricamente su influencia.

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