permeabilidad

CAPITULO VII

PERMEABILIDAD


1. Concepto:

La facilidad con que se mueve un fluido a través de cualquier medio poroso es una propiedad de ingeniería llamado Permeabilidad.

En Ingeniería Geotécnica, el fluido es el agua y el medio poroso es la masa de suelo o roca muy fracturada. Cualquier material con vacíos es poroso y si los vacíos están interconectados, poseen permeabilidad.

2.Importancia:

La permeabilidad de una masa de suelo es importante en:

La evaluación de la cantidad de filtración a través o por debajo de presas, diques y taludes, hacia pozos de agua.
La evaluación de las fuerzas de filtración bajo estructuras hidráulicas para análisis de estabilidad.
La previsión de un control de las velocidades de filtración de tal manera que las partículas de granofino no sean erosionadas de la masa del suelo, es decir no produzca tubificación.

3. Ley de Darcy:

Terminología y representación geométrica de la ley de Darcy.
















V = K h/l = K i

Donde: K = Coeficiente de permeabilidad
i = Gradiente hidráulico (h/l)

Los experimentos de Darcy tenían la forma que se muestra en la figura anterior. En un punto M1 lacarga total h1 es igual a la suma de la carga de posición he1, carga de presión hp, y carga de velocidad hv.

La carga de posición he1 es la altura por encima de un nivel de referencia arbitrario y se designa generalmente como Z. La carga de presión hp= v2/2g en la mayor parte de los problemas de flujo es lo suficientemente pequeña como para despreciarla. Por lo tanto la ecuación de carga totalse reduce a:

Como la suma de la carga de posición y la carga de presión de un fluido es la carga piezométrica, en los problemas de flujo de aguas subterráneas la carga total es igual a la carga piezométrica.

La viscosidad produce una resistencia al flujo en los canales formados por los poros, que se traduce en pérdida de energía o disminución de cabeza total en el agua que fluye de una ladoal otro. Las cargas piezométricas pueden medirse en los tubos en los puntos A1 y A2; la diferencia del nivel piezométrico entre los dos tubos constituye la diferencia de carga total h.

Como resultado de sus experimentos, Darcy concluyó que el caudal Q que pasa a través de un material poroso es directamente proporcional a la sección transversal A y a la diferencia de carga total h, einversamente proporcional a la longitud D.

Donde: k = Coeficiente de permeabilidad
h/D = Trasa de pérdida de cabeza llamada gradiente hidráulico (i).

La cantidad Q/A es la velocidad de descarga v, entonces la ecuación anterior se puede escribir de la siguiente manera:

El coeficiente de permeabilidad es una propiedad de los suelos y rocas muy fracturadas que se determina medianteexperimentación. Debido a la dificultad de obtener muestras inalteradas de estos materiales, el coeficiente de permeabilidad de los suelos de drenaje libre sin cohesión se determina, a menudo, en el campo mediante ensayos de bombeo.

Discusión.

La Ley de Darcy es válido en tanto exista el flujo laminar.
En el suelo, el flujo de agua es posible, si existe una diferencia de carga de presión entre dospuntos de la trayectoria del flujo.
Asumiendo que en el suelo la resistencia al flujo de agua a lo largo de las partículas es constante se asume que para un suelo dado y a una diferencia de carga de presión dado por: h = h1 – h2; la velocidad del flujo es inversamente proporcional a la longitud de la trayectoria del flujo L.
V = k h/l V  1/l
El coeficiente de permeabilidad K es función dela viscosidad n, relación de vacíos e, depende del tamaño y forma de las partículas del suelo y de la densidad del suelo.

4. Aplicación a la estabilidad de estructuras mineras y civiles::

En el cálculo de estabilidad nos interesa dos cosas:
Caudal y
Distribución de presiones en el interior del cuerpo

Cada uno de estos dos puntos debe tenerse en cuenta a la largo de la posible falla....