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TEMA 8. PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS.


AGUA EN EL TERRENO:

Agua de sedimentación.
Agua de infiltración.

Nivel freático:

Lugar geométrico de puntos con presión de agua atmosférica.

AGUA CAPILAR ( Presión negativa )
NIVEL FREÁTICO
AGUA FREÁTICA ( Presión positiva )

LEY DE DARCY ( Conceptos previos ).-

Altura piezométrica, potencial o carga hidrostáticah = carga hidrostática.
z = altura de elevación
u = presión
t = presión del líquido
altura de presión
Gradiente hidráulico



Velocidad de flujo
Vector cuya componente en una dirección es el caudal que atraviesa la cantidad de superficie perpendicular a la dirección.


v = magnitud del vector
q = caudal que atraviesa el tubo
s = área de la sección transversal de dicho tuboHenry Darcy demostró experimentalmente, en el año 1856, para el flujo unidireccional del agua la siguiente ley:

v = ki

siendo k una constante de proporcionalidad que recibe el nombre de “coeficiente de permeabilidad”, y que tiene dimensiones de una velocidad.
La ecuación anterior, extendida a tres dimensiones, toma la forma vectorial:



En general, en un líquido newtoniano laecuación queda:

 = coeficiente de viscosidad del fluido
t = peso específico
k´= constante de proporcionalidad que se llama permeabilidad física, la unidad de carga de k´ en el sistema c.g.s. es el cm2.

Condiciones hidrodinámicas necesarias para que se cumpla la ecuación:

1. Medio poroso continuo.
2. Aplicación análisis diferencial.
3. Las fuerzas de inercia son despreciablesrespecto a las fuerzas de viscosidad, como consecuencia el flujo es laminar.
4. Los poros están saturados.
5. Existe proporcionalidad entre el esfuerzo de corte aplicado al fluido y la velocidad de deformación al corte.
6. El sólido poroso es rígido e isótropo.

Suelos anisótropos:

Los suelos anisótropos que se representan en la naturaleza suelen tener tres planos ortogonales de simetría quese cortan según tres ejes principales x, y, z. Las ecuaciones equivalentes a las anteriores serán:


siendo kx, ky y kz los coeficientes de permeabilidad en las direcciones x, y, z, respectivamente.



Validez de la ley de Darcy:

Número de Reynolds:

Diversos investigadores han encontrado que el valor del número de Reynolds, R , a partir del cual deja de cumplirse la ley de Darcy,oscila entre 1 y 12. En este caso, el número de Reynolds viene dado por la siguiente expresión:



en la cual:
v = velocidad de flujo
DS = diámetro de la partícula cuya superficie específica es igual a la del conjunto
 = densidad del fluido
 = coeficiente de viscosidad del fluido

Para números de Reynolds superiores a 12 la importancia de las fuerzas de inercia en el flujo hace queobtengamos la siguiente expresión:

i = a + bv2

Para números de Reynolds comprendidos entre 60 y 12 el flujo se hace turbulento.


Suelos parcialmente saturados:

En los suelos parcialmente saturados existen dos fluidos en los poros: agua y aire. La ley de Darcy ha sido obtenida para un solo fluido, por tanto, no es aplicable, en principio, en este tipo de suelos.
Las burbujas de airetaponan parte de los poros en que se encuentran, y no permiten el paso del líquido cuando éste es el permeante. Por ello la permeabilidad al agua de un suelo parcialmente saturado suele ser menor que la del mismo suelo saturado. Por este motivo, la permeabilidad de un suelo parcialmente saturado aumenta con el paso del tiempo durante el que está expuesto al paso del agua, porque su grado desaturación va aumentando a medida que más y más burbujas van siendo arrastradas por el agua, y a medida que el aire va siendo disuelto en el agua.
El coeficiente de permeabilidad de suelos parcialmente saturados aumenta al aumentar la presión del líquido, pues esto provoca un incremento en la cantidad de gas disuelta y, por tanto, una disminución en el espacio ocupado por burbujas gaseosas....