Permeabilidad del suelo e infiltración: introducción, coeficiente de permeabilidad y flujo bidimensional

Dr. Ing. L. Carolina Távara Espinoza
Semestre 2014 - II
CAPÍTULO 5:
PERMEABILIDAD DEL SUELO
E INFILTRACIÓN
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
MECÁNICA DE SUELOS

 Introducción
 Flujo de agua a través del terreno
 Velocidad y presión de infiltración
 Coeficiente de permeabilidad
 Permeabilidad del terreno
 Estimaciones en laboratorio
 Estimaciones en campo
 Flujo bidimensional
 Soluciones gráficas
 Infiltración: situaciones de interés en ingeniería
 Infiltración a través de un cuerpo de una presa
 A través de suelos anisótropos
 Inestabilidad debido a la infiltración de agua
 Rebajamiento del nivel freático dentro de una excavación
Introducción Permeabilidad Flujo Bidimensional Infiltración

Introducción
 Flujo de agua a través del terreno
 Velocidad y presión de infiltración
 Coeficiente de permeabilidad

Flujo de agua a través del terreno
 Los suelos están formados por partículas
discretas
 Estas generan espacios vacios: poros
 Los cuales pueden estar:
 Aislados
 Interconectados
Siendo estos últimos los que
permiten que el agua circule a
través de la masa de suelo

 En función a su capacidad de almacenar y
trasmitir agua, es clásica la siguiente
clasificación de las rocas:
 Acuíferos
 Acuitardos
 Acuicludos
 Acuifugos
CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS

Ejemplo
práctico
Dunas de arena eólica
Depósito de arenas limosas
Macizo ígneo granítico sano, no alterado ni
fracturado
Estrato arcilloso
Macizo metamórfico fracturado

 Acuífero libre: está en
contacto directo con la
atmósfera.
 Superficie freática (la
superficie libre). Es el lugar
geométrico de los puntos en
los que el agua está a presión
atmosférica.
 Cualquier punto por debajo
del NF está a una presión
mayor.
 Supuesto: El peso de la roca
no ejerce ninguna presión
sobre el agua que en ella se
almacena, ie, el acuífero es
un estructura independientes
y estable

 Acuífero confinado: está
aislado de la atmósfera por
unidades geológicas
impermeables.
 Está siempre saturado de
agua y en todos sus puntos se
encuentra a una mayor
presión que la atmosférica.
 Si se perfora un sondeo
en estos acuíferos, el
agua asciende hasta
llegar a un equilibro
entre su presión y la
presión atmosférica
(artesianismo).
 Superficie piezométrica
(superficie virtual).

 El NF o el NP en un punto –en un sondeo por
ejemplo- es consecuencia directa de la
energía que tiene el agua en ese punto.
 A esa energía se le denomina:
Potencial hidráulico [L]
 El agua se mueve en
función de la energía
ENERGÍA DE AGUA EN EL TERRENO

 El potencial hidráulico es suma de una
energía potencial, consecuencia de la
posición del punto en el espacio y una
energía consecuencia de la presión a la que
se encuentra el agua en el punto que se
considere:
H = z + P/γ

 En un sistema estático el potencial
hidráulico tiene el mismo valor en
todos los puntos.
 En un sistema dinámico hay que
tener en cuenta la energía cinética
consecuencia de la velocidad de
movimiento (en medio porosos suele
ser despreciable).

Introducción Permeabilidad Flujo Bidimensional Infiltraciòn
El movimiento de agua a través de las
rocas

- Velocidad real y velocidad de Darcy

Conductividad hidráulica
- Definición
- Formulación
Q = k · A · i

Descripción Permeabilidad (m/d)
Grava limpia > 1000
Arena gruesa limpia 10 a 1000
Arenas de tamaño heterogéneo 5 a 10
Arena fina 1 a 5
Arena limosa 0.1 a 2
Limo 0.001 a 0.5
Arcilla < 0.001
Custodio y Llamas (1976)
Órdenes de magnitud

Ejemplo
Un acuífero compuesto por materiales granulares se encuentra confinado a techo y a muro por arcillas impermeables.
En él se ha perforado una batería lineal de piezómetros en donde se ha medido el nivel piezométrico a las cotas
que indica la tabla. La separación entre piezómetros es de 500 metros y se ha observado que la piezometría se
mantiene estable a lo largo del tiempo. El caudal circulante se mantiene constante. Se presentan dos
configuraciones hidrogeológicas, (A) y (B) que responden a los niveles medidos en campo.
Piezómetro P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9
Cota N.P. (msnm) 50 49 48 45,5 43 40,5 38 37 36

Parte central:
Menor “k”,
mayor “i”
Parte central:
Menor “A”,
mayor “i”
Q = k · A · i

Ejemplo
En un permeámetro se observa una diferencia de potencial hidráulico de 80cm entre el comienzo
y el final del tramo relleno de material poroso, que tiene una longitud de 1m. Si el caudal
circulante es de 0.05 l/s calcula la permeabilidad de dicho material en m/d. El
permeámetro tiene una sección de 0.25m2
Q = K · i · A
K = 0.00005 m3/s / [(0.8/1) · 0.25 m2]
K = 0.00025 m/s
K = 21.6 m/d

Ejemplo
Un acuífero confinado tiene una potencia media de 15m. En dos piezómetros distantes entre si
300m se ha medido un potencial hidráulico de 585.1 y 586.3m respectivamente. Si la
conductividad hidráulica es 20m/d calcula el caudal que circula entre ambos
piezómetros por una sección de acuífero de anchura igual a 1m
Q = K · i · A
Q = 20 m/d · (1.2/300) · (1x15 m2)
Q = 1.2 m3/d

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