Propiedades Hidráulicas De Los Suelos

CAPÍTULO VI

PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS

INTRODUCCIÓN

Del total de agua que cae sobre el suelo, parte se infiltra; el agua que se infiltra lo hace por gravedad hasta alcanzar estratos impermeables profundos que forman la capa FREÁTICA, cuya parte superior se llama NIVEL FREÁTICO.

Por otro lado, según el estado en que se encuentre el agua en el suelo puede ser:
Aguagravitacional: Es el agua que pasa a través del suelo por los poros o sea que pasa por su propio peso.
Agua freática: Es el agua que se encuentra debajo del nivel freático.
Agua retenida: Es el agua que queda en los poros (por tensión superficial o por absorción).

IMPORTANCIA DEL AGUA EN LOS SUELOS

Para la Ingeniería Civil es importante saber:
1. Cantidad de agua.
2. Movimiento del agua.3.Composición química del agua.

En los suelos gruesos, el agua no altera la deformación (no cambia el volumen), por lo tanto el agua no altera las propiedades físicas de los suelos gruesos. El flujo en los suelos gruesos se llama FLUJO ESTABLECIDO (porque se sabe que va a fluir).

En los suelos finos por ser suelos compresibles, ocasionan cambios de volumen y forman los FLUJOS NO ESTABLECIDOS,fenómeno asociado con la consolidación (proceso que analiza el tiempo que tarda en salir el agua de un terreno, tiempo que está en función de las cargas que se le apliquen al suelo y éstas a su vez provocan los asentamientos)
La composición química del agua modifica la estructura de los suelos e influye sobre la permeabilidad, deformación y resistencia del suelo.

CASOS EN QUE DEBE CONSIDERARSE ELAGUA:
1. Presas de tierra:

2. Construcción de pilas de puentes:

3. Pavimentación de carreteras:

4. En diferentes obras:

PRESIONES, CABEZAS Y ALTURAS

Una partícula de suelo está sujeta a:
- PRESIÓN DE POSICIÓN: Debida a la energía potencial o de presión (Ep).
- MOVIMIENTO: Originado por la energía cinética (Ek). Debido a que esta velocidad es pequeña, Ek se desprecia.
Lapresión se mide en cabezas (alturas) de presión.
En los flujos de agua en el suelo se debe considerar 3 cargas o cabezas:

1. ALTURA DE PRESIÓN (hp): Es la altura que puede alcanzar el agua debida a la presión por encima del punto considerado.
u = ( w* hp hp = u/( w
Donde: u = presión de poros

2. ALTURA DE POSICIÓN (z): Es la posición que tiene el agua referida a un plano decomparación o de referencia. Puede ser positiva o negativa.

3. ALTURA TOTAL (h): Es la suma de la altura de presión más la altura de posición ( hp + z ). Es la única que determina la dirección del flujo. Esta altura se usa en la LEY DE DARCY para el cálculo del GRADIENTE HIDRÁULICO.
Este valor informa la manera cómo va a fluir el agua

i = (h/L
Donde: i = gradiente hidráulico.Al fluir un líquido a través de un suelo y de un punto a otro pierde cabeza total debido a que desarrolla un trabajo para vencer las fuerzas de fricción que se originan al contacto con las partículas.

ECUACIÓN DE BERNOULLI:
z1 + u1/( w = z2 + u2/( w
reemplazando: z1 + hp1 = z2 + hp2

1. El flujo entre dos puntos cualquiera depende sólo de la diferencia de altura total.
2. El plano dereferencia puede elegirse arbitrariamente.

EJEMPLO: Calcular las alturas de posición, presión y total del agua que fluye de A a D; tener en cuenta que se deja rebosar en D y A es constante; dibujar las alturas de presión y posición.

SOLUCIÓN:

hA = zA + hpA = zA + 0; hB = zB + hpB ; hA = hB
hD = zD + hpD = zD + 0; hC = zC + hpC ; hD = hC

De B a C se presenta pérdida de cabeza total,que se considera como pérdida lineal.

EJERCICIOS

1. En la figura la profundidad aguas arriba de la presa es 10 m. y la profundidad aguas abajo es 4 m. Calcular las alturas de presión, de posición y totales en los puntos A, B, C, D y E.

PRESA SORDA

Solución:
hp + z = h

Punto A: hpA = 0
ZA = 6 m. => hA = 6 m.

Punto B: hpB = 10 m.
ZB = - 4 m. =>...