cap. 5.1 permeabilidad_del_suelo_e_infiltración

Dr. Ing. L. Carolina Távara Espinoza

Semestre 2014 - II

CAPÍTULO 5:

PERMEABILIDAD DEL SUELO

E INFILTRACIÓN

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

MECÁNICA DE SUELOS

Introducción

Flujo de agua a través del terreno

Velocidad y presión de infiltración

Coeficiente de permeabilidad

Permeabilidad del terreno

Estimaciones en laboratorio

Estimaciones en campo

Flujo bidimensional

Soluciones gráficas

Infiltración: situaciones de interés en ingeniería

Infiltración a través de un cuerpo de una presa

A través de suelos anisótropos

Inestabilidad debido a la infiltración de agua

Rebajamiento del nivel freático dentro de una excavación

Introducción Permeabilidad Flujo Bidimensional Infiltración


Introducción






Los suelos están formados por partículas

discretas

Estas generan espacios vacios: poros

Los cuales pueden estar:

Aislados

Interconectados

Siendo estos últimos los que

permiten que el agua circule a

través de la masa de suelo



En función a su capacidad de almacenar y

trasmitir agua, es clásica la siguiente

clasificación de las rocas:

Acuíferos

Acuitardos

Acuicludos

Acuifugos

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS

Ejemplo

práctico

Dunas de arena eólica

Depósito de arenas limosas

Macizo ígneo granítico sano, no alterado ni

fracturado

Estrato arcilloso

Macizo metamórfico fracturado




Acuífero libre: está en contacto directo con la atmósfera.

Superficie freática (la superficie libre). Es el lugar geométrico de los puntos en los que el agua está a presión atmosférica.

Cualquier punto por debajo del NF está a una presión mayor.

Supuesto: El peso de la roca no ejerce ninguna presión sobre el agua que en ella se almacena, ie, el acuífero es un estructura independientes y estable




Acuífero confinado: está aislado de la atmósfera por unidades geológicas impermeables.

Está siempre saturado de agua y en todos sus puntos se encuentra a una mayor presión que la atmosférica.

Si se perfora un sondeo en estos acuíferos, el agua asciende hasta llegar a un equilibro entre su presión y la presión atmosférica (artesianismo).

Superficie piezométrica (superficie virtual).



El NF o el NP en un punto –en un sondeo por

ejemplo- es consecuencia directa de la

energía que tiene el agua en ese punto.

A esa energía se le denomina:

Potencial hidráulico [L]

El agua se mueve en

función de la energía

ENERGÍA DE AGUA EN EL TERRENO



El potencial hidráulico es suma de una

energía potencial, consecuencia de la

posición del punto en el espacio y una

energía consecuencia de la presión a la que

se encuentra el agua en el punto que se

considere:

H = z + P/γ




En un sistema estático el potencial

hidráulico tiene el mismo valor en

todos los puntos.

En un sistema dinámico hay que

tener en cuenta la energía cinética

consecuencia de la velocidad de

movimiento (en medio porosos suele

ser despreciable).



Introducción




Introducción Permeabilidad Flujo Bidimensional Infiltraciòn

El movimiento de agua a través de las

rocas


- Velocidad real y velocidad de Darcy


Introducción





Conductividad hidráulica

- Definición

- Formulación

Q = k · A · i


Descripción Permeabilidad (m/d)

Grava limpia > 1000

Arena gruesa limpia 10 a 1000

Arenas de tamaño heterogéneo 5 a 10

Arena fina 1 a 5

Arena limosa 0.1 a 2

Limo 0.001 a 0.5

Arcilla < 0.001

Custodio y Llamas (1976)

Órdenes de magnitud

USGS (1983-2004)

Ejemplo

Un acuífero compuesto por materiales granulares se encuentra confinado a techo y a muro por arcillas impermeables.

En él se ha perforado una batería lineal de piezómetros en donde se ha medido el nivel piezométrico a las cotas

que indica la tabla. La separación entre piezómetros es de 500 metros y se ha observado que la piezometría se

mantiene estable a lo largo del tiempo. El caudal circulante se mantiene constante. Se presentan dos

configuraciones hidrogeológicas, (A) y (B) que responden a los niveles medidos en campo.

Piezómetro P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9

Cota N.P. (msnm) 50 49 48 45,5 43 40,5 38 37 36


Parte central:

Menor “k”,

mayor “i”

Parte central:

Menor “A”,

mayor “i”

Q = k · A · i

Ejemplo

En un permeámetro se observa una diferencia de potencial hidráulico de 80cm entre el comienzo y el final del tramo relleno de material poroso, que tiene una longitud de 1m. Si el caudal

circulante es de 0.05 l/s calcula la permeabilidad de dicho material en m/d. El permeámetro tiene una sección de 0.25m2

Q = K · i · A

K = 0.00005 m3/s / [(0.8/1) · 0.25 m2]

K = 0.00025 m/s

K = 21.6 m/d


Ejemplo

Un acuífero confinado tiene una potencia media de 15m. En dos piezómetros distantes entre si 300m se ha medido un potencial hidráulico de 585.1 y 586.3m respectivamente. Si la

conductividad hidráulica es 20m/d calcula el caudal que circula entre ambos piezómetros por una sección de acuífero de anchura igual a 1m

Q = K · i · A

Q = 20 m/d · (1.2/300) · (1x15 m2)

Q = 1.2 m3/d


FIN DE LA SESIÓN

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