FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA ACADMICA PROFESIONAL DE INGENIERA
DE MINAS
PERMEABILIDAD
AUTORES LINDAO JIMENEZ CARMEN YOLANDA GALVEZ CHAVEZ JESSICA
LISBETH SALAZAR VASQUEZ JOSUE CHUYES BENEL FRANCO MERA CARRASCO
LUIS
PROFESORING. ANDERSSON CHUNGA PATIO
CHICLAYO-PER
2015
DEDICATORIADedicamos este trabajo principalmente a Dios, por
habernos dado la vida y permitirnos haber llegado hasta este
momento.A nuestros padres, por ser los pilares ms importantes y por
demostrarnos siempre su cario y apoyo incondicional sin importar
nuestras diferencias de opiniones.Dedicamos tambin este trabajo a
nuestro maestro ya que es l quien aporta positivamente cada da en
nuestra carrera, nos incentiva para conseguir nuestros objetivos,
dndonos esa mano amiga que nos ayuda y motiva para seguir
perseverando en busca de lo que anhelamos, trasmitindonos
incondicionalmente sus enseanzas y sabidura.
INTRODUCCINLos suelos y las rocas no son slidos ideales, sino
que forman diferentes fases como: partculas slidas y gas, partculas
slidas y lquidas, o bien, partculas slidas, gas y lquido. El lquido
es normalmente agua y el gas se manifiesta a travs de vapor de
agua. Por lo tanto se habla de medios porosos, a estos medios se
los caracteriza a travs de su porosidad a su vez esta propiedad
determina la permeabilidad del medio o del material en estudio.Se
dice que un material es permeable cuando contiene vacos continuos,
estos vacos existen en todos los suelos, incluyendo las arcillas ms
compactas, y en todos los materiales de construccin no metlicos,
incluidos el granito sano y a pasta de cemento, por lo tanto dichos
materiales son permeables. La permeabilidad de los suelos, es decir
la facultad con la que el agua pasa a travs de los poros, tiene un
efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en
muchas operaciones constructivas y mineras, como lo son por
ejemplo, las excavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la
velocidad de consolidacin de un estrato de arcilla bajo el peso de
un terrapln (muro), de all la importancia de su estudio y
determinacin, lo que detallaremos a continuacin.
FORMAS DE CAPTACIN DEL AGUA EN LA NATURALEZAPROCEDENCIA DEL AGUA
EN EL TERRENO: el agua presente en los suelos puede provenir de
distintas fuentes: AGUA DE SEDIMENTACION: Es aquella incluida en
suelos sedimentarios al depositarse sus partculas. AGUA DE
INFILTRACION: Es la proveniente de lluvias, corriente de agua o
hielos, lagos y mares.NIVEL FRETICO: Se define como nivel fretico
al lugar geomtrico de puntos del suelo en los que la presin de agua
es igual a la atmosfrica. El niel fretico seria una superficie
horizontal, sin embargo, si existe la posibilidad de que el agua
fluya dentro del suelo, ya no hay razn para que el niel fretico
siga siendo horizontal, y de hecho, naturalmente lo es, varia con
respecto a las variaciones de precipitacin, presin atmosfrica y con
las mareas.NIVEL PIEZOMETRICO: Se define como nivel piezomtrico a
la altura que alcanza el agua en un tubo vertical o piezomtrico en
un punto determinado.
CLASIFICACION DEL AGUA PRESENTE EN SUELOSLa movilidad del agua
en una masa del suelo, puede realizarse una clasificacin de la
misma en las siguientes categoras: Agua absorbida.- Es el agua
ligada a las partculas del suelo por fuerzas de origen elctrico, no
se mueve en el interior de la masa porosa y por lo tanto no
participa del flujo. Agua capilar.- Es aquella que se encuentra
sobre el nivel fretico en comunicacin continua en l. Su flujo
presenta una gran importancia en algunas cuestiones de mecnica de
suelos, tales como el humedecimiento de un pavimento por flujo
ascendente y otras anlogas. Sin embargo, en la mayora de los
problemas de filtracin de agua, el efecto de flujo en la zona
capilar es pequeo y suele despreciarse en atencin a las
complicaciones que planteara al ser tomada en cuenta tericamente su
influencia. Agua de contacto.- Es la que se encuentra sobre el agua
capilar. La masa de suelo no est saturada. Agua libre,
gravitacional o fretica.- Se encuentra bajo el nivel fretico en
comunicacin continua con l. 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 obstculo que el que le
imponen su viscosidad y la trama estructural del
suelo.PERMEABILIDAD EN LOS SUELOSEs la facilidad o dificultad que
tiene un suelo de permitir que lo atraviese el agua a travs de sus
vacos. Esto permite clasificar los suelos en: suelos permeables y
suelos impermeables, la permeabilidad est influenciada por el tamao
de las partculas, espacio de los vanos y la estructura del suelo.
La tabla 3.1 muestra los valores tipos de permeabilidad para
diferentes tipos de suelos.De otro lado los suelos que son casi
impermeables como las arcillas no permiten que los lixiviados
percolen y pueden causar que se queden estancados. Suelos con
permeabilidad rpida son clasificados como peligrosos para las aguas
subterrneas y subsuelos, debido a que los jugos se infiltran
rpidamente.
LOS FACTORES MS IMPORTANTES QUE INTERVIENEN EN LA PERMEABILIDAD
LA RELACIN DE VACOS DEL SUELO.El espacio de los vanos es
proporcional al tamao de la partcula. En otras palabras, a mayor
tamao mayor cantidad de vanos. Cuando un suelo es comprimido o
vibrado, el volumen ocupado por sus elementos slidos permanece
invariable, mientras que el volumen de vacos disminuye, por lo
tanto la permeabilidad del suelo tambin disminuye.}
LA ESTRUCTURA Y ESTRATIFICACIN DEL SUELOEn un suelo se pueden
encontrar diferentes permeabilidades en estado inalterado y
remoldeado, aun cuando la relacin de vacos sea la misma en ambos
casos; esto puede ser debido a los cambios en la estructura y
estratificacin del suelo inalterado o una combinacin de los
factores.La permeabilizacin sufre variaciones debido a que en el
remoldeo quedan libres algunas partculas del suelo y al fluir el
agua, esta las mueve y las reacomoda, tapando los canales o
arrastrndolas a la superficie o al exterior de la muestra causando
turbidez en el agua. TAMAO DE LAS PARTCULAS.La permeabilidad de un
suelo ser ms baja cuando ms pequeas sean sus partculas y por ende
menor sern los vacos que forman los canales de flujo.La
permeabilidad en algunos suelos es provocada por arrastre de sus
finos, causando filtracin. GRADO DE SATURACINEs la relacin entre el
volumen de agua y el volumen de vacos de una muestra de suelo; cuan
mayor sea el grado de saturacin mayor ser la permeabilidad, debido
a la reduccin en los canales disponibles al flujo del agua.
POLARIDADDepende de la movilidad del flujo que rodea a las
partculas de suelo y del movimiento del fluido en direccin opuesta
al flujo neto debido al potencial elctrico generado por la
filtracin.En el intercambio catinico se produce procesos
reversibles en las cuales las partculas slidas del suelo se unen a
iones de la fase acuosa expulsando al mismo tiempo cantidades
iguales de otro catin generando as un equilibrio entre estos dos
procesos y, una compensacin de cargas positivas por partes de los
aniones que estn presentes en la masa del suelo DENSIDAD DEL
SUELOLa densidad relativa es una propiedad ndice de los suelos y se
emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que
contienen casi exclusivamente partculas mayores a 0.074 mm (malla
#200). La densidad relativa es una manera de indicar el grado de
compacidad (compactacin) de un suelo y se puede emplear tanto para
suelos en estado natural como para rellenos compactados
artificialmente. PESO ESPECIFICOEn un suelo real es normal que los
minerales de fracciones muy finas y coloidales tengan su peso
especfico mayor que los minerales de la fraccin ms gruesa. A mayor
peso especfico ser menor la permeabilidad TEMPERATURA DEL AGUADe un
anlisis terico surge que el valor del coeficiente de permeabilidad
del suelo es proporcional a la viscosidad cinemtica del agua
expresada mediante la relacin:
AGUJEROS Y FISURASHeladas, ciclos alternados de humedecimiento y
secado, efectos de vegetacin y pequeos organismos pueden cambiar
las condiciones del suelo, provocando discontinuidades, fisuras,
agujeros, etc., que hacen que las caractersticas de permeabilidad
de los suelos sean diferentes.
AIRE ENCERRADO Y MATERIALES EXTRAOS EN LOS VACOSLos suelos en su
condicin natural, contienen pequeas cantidades de gas encerrado. El
gas encerrado, aun cuando sea en pequeas cantidades, tiene un
efecto marcado en el coeficiente de permeabilidad.
MTODOS PARA MEDIR EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DEL SUELOEl
coeficiente de permeabilidad es un dato cuya determinacin correcta
es de fundamental importancia para la formacin del criterio del
proyectista y en algunos problemas de mecnica de suelos como el
diseo de base de un relleno sanitario con suelos naturales.Hay
varios procedimientos para la determinacin de permeabilidad de los
suelos: unos "directos", as llamados porque se basan en pruebas
cuyo objetivo fundamental es la medicin de tal coeficiente; otros
"indirectos", proporcionados, en forma secundaria, por pruebas y
tcnicas que primariamente persiguen otros fines y los mtodos del
terreno que permiten identificar la conductividad hidrulica de un
suelo en forma directa. Estos mtodos son los siguientes:A)
DIRECTOS: Permemetro de carga constante. Permemetro de carga
variable. Prueba directa de los suelos.B) INDIRECTOS: Calculo a
partir de la curva granulomtrica. Calculo a partir de la prueba de
consolidacin. Calculo con la prueba horizontal de capilaridad.C)
MTODOS DE TERRENOS:1. Infiltracin estndar2. Prueba de agotamiento y
recuperacin Prueba de perforacin entubada. Prueba de perforacin no
entubada.3. Prueba de infiltracin. Lagunas de infiltracin
Infiltrmetro de doble anillo. Mtodo de Bouwer. Mtodo de Porchet.
Pruebas de inyeccin o extraccin de agua (SlugTest).
LEY DE DARCYEn 1856, en la ciudad francesa de Dijon, el
ingeniero Henry Darcy fue encargado del estudio de la red de
abastecimiento a la ciudad.Parece que tambin deba disear filtros de
arena para purificar el agua, as que se interes por los factores
que influan en el flujo del agua a travs de los materiales
arenosos, y present el resultado de sus trabajos como un apndice a
su informe de la red de distribucin.Ese pequeo anexo ha sido la
base de todos los estudios fsico-matemticos posteriores sobre el
flujo del agua subterrnea.PRINCIPIOS EN LA LEY DE
DARCYPermemetro:
Permemetro de carga constante
Bsicamente un permemetro es un recipiente de seccin constante
por el que se hace circular agua conectando a uno de sus extremos
un depsito elevado de nivel constante.En el otro extremo se regula
el caudal de salida mediante un grifo que en cada experimento
mantiene el caudal tambin constante.Finalmente, se mide la altura
de la columna de agua en varios puntos, Darcy encontr que el caudal
que atravesaba el permemetro era linealmente proporcional a la
seccin y al gradiente hidrulico.Entonces siempre que se utilice una
seccin del mismo material:
Si utilizamos otra arena (ms gruesa o fina, o mezcla de gruesa y
fina, etc.) y jugando de nuevo con todas las variables, se vuelve a
cumplir la ecuacin anterior, pero la constante de proporcionalidad
lineal es otra distinta. Darcy concluy, por tanto, que esa
constante era propia y caracterstica de cada arena.La expresin
completa de la ley de Darcy es:
Donde: q: Q/seccin (es decir caudal que circula por de seccin)K=
Conductividad Hidrulica
(el signo menos se debe a que el caudal es una magnitud
vectorial, cuya direccin es hacia los decrercientes; es decir, que
o dh es negativo y, por tanto, el caudal ser positivo)
CONTANTE DE PERMEABILIDAD O CONDUCTIVIDAD HIDRULICAEsta
constante vara con el tipo de suelo:
Flujo a travs de varias capas: Permeabilidad equivalente
FLUJO PARALELO A LAS CAPAS:Si el flujo es paralelo a las capas
(los dos sondeos, que suponemos abiertos en todas las capas,
indican el gradiente que provoca el flujo), la permeabilidad
equivalente (Kh) se calcula con esta expresin:
FLUJO PERPENDICULAR A LAS CAPAS:Si el flujo es perpendicular a
las capas (los dos sondeos, que suponemos abiertos en sus extremos,
indican el gradiente que provoca el flujo), la permeabilidad
equivalente (Kv) es igual a:
Limitaciones de la Ley de Darcy La constante de proporcionalidad
K no es propia y caracterstica del medio poroso. La relacin entre
el caudal y el gradiente hidrulico no es lineal en algunas
circunstancias.Esto puede suceder cuando el valor de K es muy bajo
o cuando las velocidades del flujo son muy altas.
COEFICIENTE DE PERMEABILIDADLos estudios de Darcy tambin
utilizan un valor de velocidad v, dicha velocidad de descarga que
se define como la cantidad de agua que circula en la unidad de
tiempo a travs de una superficie unitaria perpendicular a las lneas
de filtracin.En arenas firmes saturadas y en otros suelos de granos
finos, tambin saturados, donde la circulacin del agua no afecta la
estructura del material, la velocidad puede ser determinada casi
exactamente por: [Cm/seg]Donde n: viscosidad del agua en KN K:
constante de permeabilidad (emprica), en : gradiente de presiones,
en
CONCLUSIONES: Es la facilidad o dificultad que tiene un suelo de
permitir que lo atraviese el agua a travs de sus vacos. Esto
permite clasificar los suelos en: suelos permeables y suelos
impermeables, la permeabilidad est influenciada por el tamao de las
partculas, espacio de los vanos y la estructura del suelo.
Los estudios de Darcy tambin utilizan un valor de velocidad v,
dicha velocidad de descarga que se define como la cantidad de agua
que circula en la unidad de tiempo a travs de una superficie
unitaria perpendicular a las lneas de filtracin.
El coeficiente de permeabilidad es un dato cuya determinacin
correcta es de fundamental importancia para la formacin del
criterio del proyectista y en algunos problemas de mecnica de
suelos como el diseo de base de un relleno sanitario con suelos
naturales.
El coeficiente de permeabilidad de un suelo inalterado es
distinto al del mismo suelo remoldeado; cambia su estructura y
estratificacin. En el remoldeado quedan libres partculas de suelo,
que al fluir el lquido las mueve y reacomoda, obstruyendo
canales.
BIBLIOGRAFIA
BERRY, Peter L, REID, David- (2008)- mecnica de Suelos
Department of Civil Engineering, University of Salford.
CRISTOPHER, Barry R; DE JONG, Jason; MAYNE, Paul W (2001)-
Manual on Subsurface Investigations National Highway Istitute
Washington
JUAREZ BADILLO, Eulalio; RODRIGUEZ, Alfonso R (2010)- Mecnica de
Suelos TOMO III Editorial LIMUSA, Mexico
LINKOGRAFIA: PERMEABILIDAD EN LOS
SUELOShttps://books.google.com.pe/books?id=96EEoaVynI4C&pg=PA355&lpg=PA355&dq=permeabilidad+en+mecanica+de+suelos&source=bl&ots=9yJaIk-QLd&sig=3_ryW0rUlBjjfeQh9znW8fOoNpw&hl=es&sa=X&ei=o841VYq_LYj7sASU24C4BQ&ved=0CBoQ6AEwADgK#v=onepage&q=permeabilidad%20en%20mecanica%20de%20suelos&f=false
INGENIERIA V CICLO UCV | PERMEABILIDAD 4