Mecánica de Suelos 1

1. PERMEABILIDAD E
INFILTRACIÓN

2. Permeabilidad del Suelo
Los espacios vacíos o poros entre los granos del suelo permiten que el
agua fluya a través de ellos.
En Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones se debe de saber
cuanta agua fluye a través del suelo en un tiempo unitario.
Darcy (1856) propuso la ecuación siguiente:
=
Donde:
V = Velocidad de Darcy (cm/s)
k = Coeficiente de permeabilidad del suelo (cm/s)
i = Gradiente Hidráulico

3. Caída de Presión
Caudal o Gasto
Gradiente de Presión

4. El gradiente hidráulico se define como:
L
h
i
∆
=
Donde:
Δh = Diferencia de carga piezometrica entre las
secciones AA y BB
L = Distancia entre las secciones AA y BB
Valores del Coeficiente de Permeabilidad para Varios
Tipos de Suelo

5. RELACIONES EMPRICAS PARA EL CALCULO DE
K
ARENAS
Hazen
- En 1930 propuso una relación empírica para arenas uniformes (Cu
pequeño) y arenas de filtro limpias
2
10DC)/( =segcmk
Donde:
C = Constante que varia de 0.40 a 1.40
mmenefectivoTamaño10 =D

6. RELACIONES EMPRICAS PARA EL CALCULO DE
(K)
ARENAS GRUESAS Y GRAVAS
Kenny, Lau y Ofoegbu
- En 1984 trabajaron con arenas gruesas y gravas (0.074 a 25.4 mm),
bajo condiciones de flujo laminar y con Dr de 80% o mas
5D1.00)a(0.05)/( =segcmk
Donde:
pasaque5%alientecorresponddiametro5 =D

7. RELACIONES EMPRICAS PARA EL CALCULO DE
K
ARCILLAS
Samarasinghe, Huang y Drnevich
- En 1982 sugirieron para arcillas normalmente consolidadas
e1
en
3
+
= Ck
Donde:
boratorioente en laerimentalmadosertes a serson consC expmindettanny5 =
e = relación de vacíos

8. Conclusiones Sobre el uso de Correlaciones
Empíricas
- Los mejores valores de k vienen de pruebas IN SITU
- Cualquier relación empírica sirve solo para estimaciones.
- La magnitud de k es un parámetro altamente variable.
- K en realidad depende de muchos factores.

9. Factores que Influyen en el
Coeficiente de Permeabilidad (k)
a. Factores intrínsecos al fluido:
a.1 Viscosidad (cuanto mayor viscosidad, menor k).
a.2 Temperatura (a mayor temperatura, mayor k).
b. Factores intrínsecos al suelo:
b.1 Granulometría (a mayor tamaño de partícula,
mayor k).

10. Determinación del Coeficiente de
Permeabilidad (k)
La determinación del coeficiente de permeabilidad se puede
realizar mediante dos tipos de ensayo:
Ensayos de laboratorio:
1. Permeámetro de carga constante (suelos de textura
gruesa).
2. Permeámetro de carga variable (suelos de textura fina).

11. Prueba de la carga constante:
La diferencia de carga entre la entrada y
la salida permanece constante durante el
periodo de prueba
= . . = . .
= . .
o
=

12. Prueba de la carga Variable:
= = −
La diferencia de carga h1 en el
tiempo t=0 es registrada y se
permite que el agua fluya a través
de la muestra de suelo de manera
que la diferencia final de carga en
el tiempo t=t2 sea h2
Donde:
a = área de la sección transversal de la
bureta
A = área de la sección transversal de
la muestra de suelos
= 2.303

13. Ensayos de campo
En la realización de los ensayos de laboratorio es necesaria
la toma de muestras inalteradas.
Una muestra inalterada es la que conserva la humedad y
densidad del suelo natural, aunque no existen muestras
inalteradas perfectas.
- El ensayo Lefranc; aplicable a suelos, permite hallar el
coeficiente de permeabilidad en suelo permeables o
semipermeables. Existen dos métodos para realizar el
ensayo Lefranc: a nivel constante y a nivel variable.
- El ensayo Lugeon; aplicable a macizos rocosos, se realiza
en el interior de sondeos y permite calcular
semicuantitativamente el coeficiente de permeabilidad de
los macizos, en cualquier tipo de litología y nivel de
fracturación, y profundidad.

14. EJEMPLO DE APLICACIÓN 01
En un estrato de arcilla limosa se han instalado dos tubos piezométricos, en igual
número de puntos separados 25.00m entre sí, ascendiendo el agua a las
elevaciones o cotas 18.70 y 12.40 m, dentro de los tubos.
Las dimensiones de la muestra es de 150 cm² de área y 12 cm de altura, fue
colocada en un permeámetro de carga variable, con un tubo vertical de 9 cm² de
sección transversal; observándose que para pasar de un altura de carga de 70 cm
a otra de 30 cm, fueron necesarias 3 horas, a una temperatura de 20°C.
Determine la velocidad del flujo de agua dentro del estrato, en cm/día

16. RESOLUCIÓN EJEMPLO DE APLICACIÓN 01
Determinación de k :
= 2.303
Donde:
= 70
= 30
= 150
= 12 cm
= 9
Reemplazando:
= 0.0000564 ⁄
Determinación de v :
=
Donde:
= 5.64 10 /
= 18.70 − 12.40 = 6.3
= 25
= 1.23 /

17. EJEMPLO DE APLICACIÓN 02
Para el permeámetro de carga constante el mismo que se muestra, se
pide:
a.) Trazar el plano de carga hidrodinámico
b.) ¿Cuál es la perdida de carga en los tramos ; y
c.) Calcule la velocidad y Velocidad de descarga de cada uno de los suelos
∆ = 22
1 = 4 10−4
/ ; 1 = 10
1 = 1.80 3
; 1 = 2.70 3
2 = 2 10−4
/ ; 2 = 14
2 = 1.90 3
; 2 = 2.68 3
3 = 6 10−4
/ ; 3 = 11
3 = 1.95 3
; 3 = 2.71 3

18. Considerando ∆ la perdida total, podemos plantear:
∆ = ∆ +∆ +∆ (pérdida total es igual a la suma de la perdida en
cada suelo).
Para trazar el plano de carga hidrodinámico necesitamos saber estas
perdidas.
Al tratarse de un permeámetro de carga constante
Q = Vol = V . A
Al mismo tiempo sabemos que

19. Por otro lado en suelos saturados

20. saturado
suelo
saturado
w



−
−
=
1
1

21. SUELO 1: = 1.80 ; = 2.70 ; = 0.4167; = 1.125
SUELO 2: = 1.90 ; = 2.68 ; = 0.323; = 0.867
SUELO 3: = 1.95 ; = 2.71 ; = 0.295; = 0.8
Como el caudal (Q) es constante se tiene:
K
∆H
∆L
= K
∆H
∆L
= K
∆H
∆L

22. ∆H = 4.96
∆H = 13.41
∆H = 3.62

23. Las velocidades de descarga en cada suelo es:
V = . cm/seg
La velocidad real en cada suelo teniendo en cuenta la relación de
vacíos en cada uno: