UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTBALDE HUAMANGAFACULTAD DE
INGENIERIA DE MINAS, GEOLOGIA Y CIVILINGENIERIA CIVIL
IMPERMEABILIDADGRUPO : 06
ASIGNATURA : GEOTECNIA IC-448
PROFESOR : Ing. VILCHEZ
INTEGRANTES : CURI VEGA, AbnerLUJAN HUARACA, Emerson ONOFRE
LAGOS, JamesTORRES CELADITA, PercyVALLADOLID ZEGARRA, Manuel
AYACUCHO PER2013
INTRODUCCIONLos suelos y las rocas no son slidos ideales, forman
sistemas con dos o tres fases: partculas slidas, partculas liquidas
y gas. El lquido es normalmente agua y el gas se manifiesta a travs
de vapor de agua; lo cual se entiende como medios porosos. A estos
medios se les caracteriza a travs de su porosidad y a su vez esta
propiedad condiciona la permeabilidad del medio o del material en
estudio.Se dice que un material (suelos o rocas) es permeable
cuando el agua fluye a travs de los vacos continuos, estos vacos
existen en todo medio poroso. La circulacin del agua a travs de la
masa de estos obedece aproximadamente a leyes idnticas, de modo que
la diferencia de estos medios es, en este concepto, solo una
diferencia de magnitud.La permeabilidad, es decir la facultad con
la que el agua pasa a travs del medio poroso, tiene un efecto
decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en muchas
operaciones constructivas, de all la importancia de su estudio y
determinacin.
TITULO: PERMEABILIDADI. OBJETIVO Conocer el coeficiente de
permeabilidad de suelos y rocas, su influencia en proyectos
geotcnicos. Conocer el procedimiento que se realizan en ensayos de
laboratorio para obtener el coeficiente de permeabilidad. Entender
el comportamiento de las rocas cuando interacta con el agua.
II. DEFINICION DEL ENSAYO:PERMEABILIDADDEFINICIONDefinimos
permeabilidad como la capacidad de un cuerpo (en trminos
particulares, un suelo o macizo rocoso) para permitir en su seno el
paso de un fluido (en trminos particulares, el agua) sinque dicho
trnsitoalterela estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se
determina objetivamente mediante la imposicin de un gradiente
hidrulico en una seccin del cuerpo, y a lo largo de una trayectoria
determinada.El concepto permeabilidad puede recibir tambin las
acepciones de conductividad o transmisividad hidrulica, dependiendo
del contexto en el cual sea empleado. Permeabilidad, tambin
conocida como conductividad hidrulica, es la medida de de la
velocidad de flujo de agua a travs del suelo, usualmente medida
cuando el suelo est saturado. La medida de la permeabilidad en
suelos depende fundamentalmente de la granulometra, de la densidad
y de la forma y orientacin de las partculas. Permeabilidad difiere
de infiltracin o velocidad de percolacin en que los valores de
permeabilidad son corregidos por las condiciones hidrulicas de
borde, incluyendo el gradiente hidrulico, por lo tanto representa
una propiedad especfica del suelo. La permeabilidad en la matriz
rocosa es intergranular, el agua se transmite a travs de los poros
y microfisuras interconectados en la roca, recibiendo el nombre de
permeabilidad primaria. Por lo general, la permeabilidad de la
matriz rocosa es despreciable con respecto a la del macizo rocoso
fracturado. Una excepcin son las areniscas y otras rocas porosas,
donde si es posible el flujo a travs de la matriz. En los macizos
rocosos el agua fluye a favor de las superficies de discontinuidad,
y se define como permeabilidad secundaria. El flujo de agua en un
macizo rocoso fracturado depende de la abertura de las
discontinuidades, que a su vez depende del esfuerzo normal ejercido
sobre ellas, y de su interconexin. Este esfuerzo se incrementa, y a
partir de un determinado nivel las discontinuidades aparecen
cerradas, siendo la permeabilidad del macizo la de la matriz rocosa
o permeabilidad primaria. Los macizos rocosos karsificados son los
que presentan mayores valores de permeabilidad debido a la
presencia de discontinuidades muy abiertas y cavidades producidas
por la disolucin de los materiales carbonatados.La permeabilidad es
una medida de la facilidad con la que el medio poroso permite el
paso de un fluido. La ley fsica fundamental que la rige es llamada
ecuacin de Navier-Stokes, y es muy compleja. Para el estudio el del
flujo en medio poroso se asume que el flujo es laminar, esta
suposicin permite una gran simplificacin en las ecuaciones. Se debe
tener en cuenta que la permeabilidad a un fluido es diferente a la
permeabilidad donde ms de una fase de fluido est fluyendo. Cuando
hay dos o ms fases de fluidos inmiscibles que fluyen, se utiliza la
permeabilidad relativa.El flujo de fluido a travs de un tubo
cilndrico se expresa por la ecuacin de Poiseuille, que es una
simplificacin de la ecuacin de Navier-Stokes para la geometra
particular, flujo laminar, y fluido incompresible. 5 Hace
aproximadamente 150 aos Darcy llev a cabo experimentos simples en
arena y desarroll una frmula emprica para el clculo de la
permeabilidad, que sigue siendo la principal frmula en la
actualidad.Henry Darcy desarroll el primer estudio sistemtico del
movimiento del agua a travs de un medio poroso. Darcy encontr que
la tasa o velocidad a la cual el agua fluye a travs del medio
poroso es directamente proporcional a la diferencia de altura entre
los dos extremos del lecho filtrante, e inversamente proporcional a
la longitud del lecho.
La figura muestra una tubera horizontal llena con arena, en la
cual se aplica agua mediante presin a travs del extremo A, la cual
fluye y se descarga a travs del extremo B. La presin observada en
cada extremo de la tubera (o en alguna posicin intermedia) puede
ser medida mediante un tubo vertical de pequeo dimetro (piezmetro).
Darcy encontr experimentalmente que la descarga, Q, es directamente
proporcional a la diferencia en la altura de aguas entre los
piezmetros A y B e inversamente proporcional a la longitud de la
tubera, L. o sea:
El flujo es tambin proporcional al rea perpendicular al
escurrimiento, A, por lo cual al combinar todos estos elementos
podemos escribir:
Donde K es la constante de proporcionalidad y se denomina
conductividad hidrulica o coeficiente de permeabilidad, y
representan la altura del agua medida en los piezmetros A y B,
respectivamente. Y L es la longitud del tubo. Es necesario recordar
que la tasa de flujo tambin es proporcional al rea transversal del
tubo, A. Esta expresin puede ser expresada, en trminos generales,
como:
Donde es conocido como gradiente hidrulico. La cantidad
representa el cambio en la medida piezomtrica entre dos puntos muy
cercanos, y constituye una distancia muy pequea. El signo negativo
indica que el flujo es en la direccin de cota piezomtrica
decreciente. Lo nico que Darcy vari durante la realizacin del
experimento fue el tipo de empaque de arena, lo que result en
variaciones de la permeabilidad. Los efectos de la densidad del
fluido y la viscosidad no fueron investigados por Darcy, ya que
todos los estudios fueron realizados con agua.
La ltima ecuacin puede ser modificada para mostrar que el
coeficiente K (coeficiente de permeabilidad) tiene las dimensiones
de longitud/tiempo, o velocidad.
Hubbert (1956) demostr que la constante de proporcionalidad K es
una funcin de las propiedades del medio poroso y del fluido que
pasa a travs de l, por lo tanto, sta depende solamente de la
naturaleza del medio poroso. De hecho, es intuitivo pensar que un
fluido muy viscoso se mover con una velocidad ms pequea que uno de
menor viscosidad en un mismo medio. De aqu que la tasa de flujo sea
inversamente proporcional a la viscosidad dinmica del fluido, , y
directamente proporcional al peso especfico del fluido. A partir de
dicha informacin puede escribirse que:
Donde es la densidad del fluido, g es la fuerza de gravedad y k
es una constante denominada permeabilidad intrnseca. Dicha
constante es propia de cada material y se relaciona con el tamao,
la forma y el grado de interconexin de los poros dentro de la
roca.Apartirdesupublicacin,la regla tcnica de Darcytuvo una amplia
acogida y desde entonces viene siendo utilizado en diferentes ramas
delaingeniera conla nica restriccin deque elflujo deagua sea
laminar, loque implica quehay un dominio de las fuerzas viscosas
sobre las fuerzas de inercia. Esta restriccin ha sido planteada en
funcin del nmero del Reynolds
Re).Algunosautoreshanpropuestorestringirlavalidezdel regla tcnica
de Darcyen funcin del tamao de los granos del material permeable, o
del Nmero de re Reynolds con aseveraciones deltipoLa
LeydeDarcyesvlida parabajos Nmeros de Reynolds, donde el flujo es
laminar y dominan las fuerzas viscosas (Re