Ingeniero

INSTITUTO TECNOLOGICO DE DURANGO

MECANICA DE SUELOS I
“PROPIEDADES HIDRAULICAS DEL SUELO”

PROPIEDADES HIDRAULICAS DEL SUELO
Flujo laminar y turbulento
Los problemas relativos al flujo de líquidos en general, pueden dividirse en dos grupos principales: los que se refieren a flujo laminar y aquellos que tratan con flujo turbulento/
Un flujo se define como laminar cuando las línea de flujopermanecen sin juntarse entre si en toda su longitud, excepción hecha del efecto microscópico de mezcla molecular.

El flujo turbulento ocurre cuando la condición anterior no se cumple. Una línea de flujo se define como la línea ideal que en cada punto tiene la dirección del flujo. En el instante de que se trate; en todo punto tiene la dirección del flujo, en el instante de que se trate; entodo punto el vector velocidad y la línea de flujo que pasa por el, serán tangentes.
Se sabe que a velocidades bajas un flujo ocurre en forma laminar, mientras que al aumentar aquellas se llega a un limite en que se transforma en turbulento; si en ese punto la velocidad se reduce, el flujo volverá a ser laminar, pero la nueva transición ocurre a menor velocidad que la primera. Esto quiere decirque la existencia de un intervalo de velocidades en el cual el flujo puede ser laminar o turbulento. Reynolds probo que existe una cierta velocidad en cada liquido debajo de la cual, para un cierto diámetro de conducción y a una temperatura dada, el flujo siempre es laminar.
Esta velociad es la “critica”, en elc aso del agua la velocidad es aproximadamente a 6.5 veces la velocidad critica.Reynolds encontró la velocidad critica del agua expresándola asi por :

Así, resulta que la velocidad critica ser inversamente proporcional al diámetro de la conducción por la que ocurre el flujo.

Si una masa de agua fluye con la misma velocidad en cada punto (flujo uniforme) no habrá perdidas de energía, pero esta condición nunca existe en conductos, debido a la resistencia que generan lasfronteras, lo cual produce una distribución de velocidades.

Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad
El flujo de agua a través de medios porosos, esta dado por la investigación de Darcy, ya que investigo las características del flujo del agua a través de filtros, formados precisamente por materiales térreos, lo cual es particularmente afortunado para la aplicación de los resultados de lainvestigación a la mecánica de suelos.
Darcy encontró que para velocidades suficientemente pequeñas, el gasto queda expresado por:

A es el área total de la sección transversal del filtro e i el gradiente hidráulico del flujo, medido con la expresión

En cualquier punto del flujo la altura piezometrica h es la carga de la elevación z del punto, mas la carga de presión en dicho punto (p/γw).La carga de velocidad se desprecia en razón de la pequeñez de las velocidades que el agua tiene a través del medio poroso.
La diferencia h₁-h₂ representa la perdida de energía sufrida por el flujo en el desplazamiento L ; esa energía perdida se transforma en calor. Hablando con mayor precisión, debería escribirse:

En donde γw es alguna función de la presión, entre un valor inicial p₀ y elvalor p, a la altura z.

El agua fluye de un punto a menor presión a otro mayor y es que la carga hidráulica total es suma de los dos factores mencionados y no solo de la presión; en el flujo horizontal el gradiente de presión si será proporcional al gradiente hidráulico y el flujo tendrá que ocurrir en el sentido de las presiones descendentes.
La ecuación de continuidad del gasto estableceque

Siendo A el área del conducto y v la velocidad del flujo. Llevando esta expresión a

Se deduce que:

El intervalo en el que la ley de Darcy es aplicable, la velocidad del flujo es directamente proporcional al gradiente hidráulico; esto indica que, dentro del campo de aplicabilidad de la ley de Darcy, el flujo en el suelo es laminar. Darcy construyo sus filtros de arenas finas,...