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MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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SI LAS ROCAS SON LAS PAGINAS DEL
LIBRO DE LA HISTORIA GEOLOGICA, LOS
MINERALES SON LAS LETRAS CON LAS
QUE EL LIBRO ESTA IMPRESO Y SOLO CON
UN CONOCIMIENTO DE ELLOS Y DE SUS
ESTRUCTURAS ES POSIBLE LEER EL
MENCIONADOLIBRO.
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INDICE
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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INTRODUCCIÓN
Lossuelos y las rocasnoson sólidos ideales, sinoque forman sistemas con2ó 3fases: partículas
sólidas y gas, partículas sólidas y líquido, o bien, partículas sólidas, gas y líquido. El líquido es
normalmente agua y el gas se manifiesta a través de vapor de agua. Por lo tanto, se habla de
medios porosos. A estos medios se los caracteriza a través de su porosidad y a su vez esta
propiedad condiciona la permeabilidad del medio o del material en
estudio.
Se dice que un material es permeable cuando contiene vacíos continuos, estos vacíos existen
en todos los suelos, incluyendo las arcillas más compactas, y en todos los materiales de
construcción no metálicos, incluido el granito sano y la pasta de cemento, por lo tanto, dichos
materiales son permeables. La circulación de agua a través de la masa de éstos obedece
aproximadamente a leyes idénticas, de modo que la diferencia entre una arena limpia y un
granito es, en este concepto, solo una diferencia de magnitud.
La permeabilidad de los suelos, es decir la facultad con la que el agua pasa a través de los
poros, tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en muchas
operaciones constructivas, comolos son, por ejemplo, las excavacionesa cielo abierto en arena
bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un terraplén,
de allí la importancia de su estudio y determinación, aspectos que se desarrollarán a
continuación.
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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PERMEABILIDAD
DEFINICION
 Definimos permeabilidad comola capacidad de un cuerpo (en términos particulares, un
suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos particulares, el agua)
sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se
determina objetivamente mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una
sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoriadeterminada.
 El conceptopermeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad o
transmisividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado.
1. PERMEABILIDAD ENSUELOS
La permeabilidad se cuantificaen base al coeficientede permeabilidad, definido comola
velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un gradiente unitario. El
coeficientede permeabilidad puede ser expresado según la siguiente función:
k = Q / I A
Donde:
– k:coeficiente de permeabilidad o conductividadhidráulica [m/s]
– Q:caudal [m3/s]
– I:gradiente [m/m]
– A: sección [m2)]
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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 Enproyectosdeingeniería y arquitectura, las unidades conlas quese expresa generalmente
el coeficiente de permeabilidad son cm/s y m/s; en los ámbitos de la hidráulica o la
hidrogeología es habitual observar notaciones como cm/dia, m/año y similares.
 Son diversos los factores que determinan la permeabilidad del suelo, entre los cuales, los
más significativos son los siguientes:
– Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica.)
– Composición química del material (naturaleza mineralógica)
 Como regla general podemos considerar que a menor tamaño de grano, menor
permeabilidad, y para una granulometría semejante (arenas, por ejemplo) a mejor
gradación, mayor permeabilidad. En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas y limos,
la presencia de ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que disminuye la
permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio).
 A efectos únicamente indicativos, el DB SE-C propone los siguientes rangos de variación
para la permeabilidad en función del tipo de terreno (tabla D28):
kz: coeficientede permeabilidad vertical(se asume que la anisotropía de los suelos,
especialmente de las arcillas estratificadas, puede comportar variaciones significativas en la
magnitud del coeficientede permeabilidad medido en el plano horizontal.)
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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FACTORES QUE INTERVIENENENLAVELOCIDAD DELFLUJO:
 La porosidad del material.
 La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura.
 La presión a que está sometido el fluido.
POROSIDAD DELSUELO
 Se define como el espacio de suelo que no está ocupado por solidos y se expresa en
porcentajes. Se define también comola porciónde suelo que está ocupada por aire y/opor
agua. En suelos secos los poros estarán ocupados por aire y en suelos inundados, por
agua. Losfactoresque ladeterminan son principalmente latextura, estructura y la cantidad
de materia organica (Donoso, 1992).
 Los poros que constituyen el espacio poroso del suelo se encuentran en un rango continuo
de tamaño, sin embargo se dividen usualmente en dos tipos: los macroporos y los
microporos o poros capilares. La tasa de movimiento del agua y del aire a través del suelo
es determinada, en gran medida, por el tamaño de los poros. Los macroporos facilitan una
rápida percolacióndel agua y el movimiento del aire, en tantoque los microporos dificultan
el movimiento del aire y retienen gran cantidad de agua por capilaridad; por consiguiente,
los microporos son muy importantes en lo que se refiere ala retención del agua en el suelo,
y los macroporos son de gran valor en lo que se refiere a la aireación v al drenaje interno
del suelo. (Donoso, 1992).
 La diferencia que existe en dos suelos con la misma porosidad total, pueden ser muy
diferentes en cuantoa su comportamiento frente al agua y al aire. Así, por ejemplo, un suelo
puede tener un volumen muy pequeño de macroporos y uno mucho mayor de microporos,
en cuyocaso se tendrá mucha capacidad de retención de agua, pero muy lenta percolación
y poca aireación. Los suelos arcillosos son de este tipo a pesar del gran volumen total de
poros. Un suelo con el mismo volumen combinado de poros puede tener una relación
inversa de macroporos y microporos; en este caso la infiltración y percolación del agua
serán rápidas, habrá muy poca retención de agua y el suelo estará bien aireado. Los suelos
arenosos tienen estas características debido a la dominancia en ellos de los macroporos.
 El espacio poroso de los suelos forestales está corrientemente ocupado por aire y agua en
proporciones que cambian con frecuencia. La porosidad de estos suelos fluctúa entre 30y
65 % (Wilde, 1959) citado por Donoso, 1997 , siendo más porosos los suelos de texturas
medias a finas y menos los suelos de texturas gruesas.
 La porosidad del suelo tiene importancia especial porque constituye el medio por el cual el
agua penetra al suelo y pasa a través de él para abastecer a la raíces y finalmente drenar el
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área; y también el espacio donde las raíces de las plantas y la fauna tienen una atmósfera es
decir, constituye la fuente de donde aquéllos obtienen el aire.
CLASIFICACION DE LOS SUELOS EN PERMEABLES E IMPERMEABLES:
PROPIEDADES FISICAS DELSUELO
 Como se ha explicado, el suelo es una mezcla de materiales sólidos, líquidos (agua) y
gaseosos (aire). La adecuada relación entre estos componentes determina la capacidad de
hacer crecer las plantas y la disponibilidad de suficientes nutrientes para ellas. La
proporción de los componentes determina una serie de propiedades que se conocen
comopropiedades físicaso mecánicas del suelo: textura, estructura, consistencia, densidad,
aireación, temperatura y color.
 La textura depende de la proporción de partículas minerales de diverso tamaño
presentes en el suelo. Las partículas minerales se clasifican por tamaño en cuatro
grupos:
· Fragmentos rocosos: diámetro superior a 2 mm, y son piedras, grava y cascajo.
· Arena:diámetro entre 0,05 a 2 mm. Puede ser gruesa, fina y muy fina. Los granos de
arena son ásperos al tacto y no forman agregados estables, porque conservan su
individualidad.
· Limo: diámetro entre 0,002 y 0,5 mm. Al tacto es comola harina o el talco, y tiene alta
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capacidad de retención de agua.
· Arcilla: diámetro inferior a 0,002 mm. Al ser humedecida es plástica y pegajosa;
cuando seca forma terrones duros.
 La estructura es la forma en que las partículas del suelo se reúnen para formar agregados.
De acuerdo a esta característica se distinguen suelos de estructura esferoidal (agregados
redondeados), laminar (agregados en láminas), prismática (en forma de prisma), blocosa
(en bloques), y granular (en granos).
 La consistenciase refiere a laresistencia para la deformaciónoruptura. Según la resistencia
el suelo puede ser suelto, suave, duro, muy duro, etc. Esta característica tiene relación con
la labranza del suelo y los instrumentos a usarse. A mayor dureza será mayor la energía
(animal, humana o de maquinaria) a usarse para la labranza.
 La densidad se refiere al peso por volumen del suelo, y está en relación a la porosidad. Un
suelo muy poroso será menos denso; un suelo poco poroso será más denso. A mayor
contenido de materia orgánica, más poroso y menos denso será el suelo.
 La aireación se refiere al contenido de aire del suelo y es importante para el abastecimiento
de oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono en el suelo. La aireación es crítica en los suelos
anegados. Se mejora con la labranza, la rotación de cultivos, el drenaje, y la incorporación
de materia orgánica.
 La temperatura del suelo es importante porque determina la distribución de las plantas e
influye en los procesos bióticos y químicos. Cada planta tiene sus requerimientos
especiales. Encima de los 5º C es posible la germinación.
 El colordel suelo depende de sus componentes y puede usarse como una medida indirecta
de ciertas propiedades. El color varía con el contenido de humedad. El color rojo indica
contenido de óxidos de fierroy manganeso; el amarillo indica óxidos de fierro hidratado; el
blanco y el gris indican presencia de cuarzo, yeso y caolín; y el negro y marrón indican
materia orgánica. Cuanto más negro es un suelo, más productivoserá, por los beneficios de
la materia orgánica.
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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LEY DE DARCY
La Ley de Darcydescribe, con base en experimentos de laboratorio, las características del
movimiento del agua a través de un medio poroso.
La expresión matemática de la Ley de Darcyes la siguiente:
Donde:
= gasto, descarga o caudal en m3/s.
= longitud en metros de la muestra.
= una constante, actualmente conocida como coeficientede permeabilidad de Darcy,
variable en funcióndel material de la muestra, en m/s.
= área de la sección transversal de la muestra, en m2.
= altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocadoa la
entrada de la capa filtrante.
= altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocadoa la
salida de la capa filtrante.
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VALIDEZDE LALEY DE DARCY
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 La ley de Darcy es válida en un medio saturado, continuo, homogéneo e isótropo y
cuando las fuerzas inerciales son despreciables (Re<1).
 La Ley deDarcy es unade las piezas fundamentales de lamecánica de lossuelos. A partir
de los trabajos iniciales de Darcy,un trabajo monumental para la época, muchos otros
investigadores han analizado y puesto a prueba esta ley. A través de estos trabajos
posteriores se ha podido determinar que mantiene su validez para la mayoría de los
tipos de flujo de fluidos en los suelos. Para filtraciones de líquidos a velocidades muy
elevadas y la de gases a velocidades muy bajas, la ley de Darcy deja de ser válida.
 En el caso de agua circulando en suelos, existen evidencias abrumadoras en el sentido
de verificarla vigencia de la Ley de Darcy para suelos que van desde los limos hasta las
arenas medias. Asimismo, es perfectamente aplicable en las arcillas, para flujos en
régimen permanente.
 Para suelos de mayor permeabilidad que la arena media, deberá determinarse
experimentalmente la relación real entre el gradiente y la velocidad para cada suelo y
porosidad estudiados.
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA PERMEABILIDAD DE SUELOS
 Muchos factoresafectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores
en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores
representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio de
los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas
mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia,
color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad
de las capas impermeables comola rocamadre y la capa dearcilla,constituyenla base
para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean
representativas.
1. La relación de vacios en el suelo.
2. La estructura y estratificación del suelo
3. Tamaño de las partículas.
4. Grado de saturación.
5. Polaridad
6. Densidad del suelo.
7. Peso específico.
VARIACIÓN DE LA PERMEABILIDAD SEGÚN LA TEXTURA DEL SUELO
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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 Porregla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura
del suelo, más lenta sera la permeabilidad:
Suelo Textura Permeabilidad
Suelos arcillosos Fina
De muy lenta
a
muy rápida
Suelos limosos
Moderadamente fina
Moderadamente gruesa
Suelos arenosos Gruesa
Ejemplo
Permeabilidad media para diferentes texturas de suelo en cm/hora
Arenosos 5.0
Franco arenosos 2.5
Franco 1.3
Franco
arcillosos
0.8
Arcilloso
limosos
0.25
Arcilloso 0.05
VARIACIÓN DE LA PERMEABILIDAD SEGÚN LA ESTRUCTURA DEL SUELO
 La estructura puede modificar considerablemente las tasas de permeabilidad
mostradas anteriormente de la forma siguiente:
Tipo de estructura Permeabilidad1
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Laminar
- Gran
traslapo
De
muy lenta
a
muy rápida
- Ligero
traslapo
En bloque
Prismática
Granular
Puede variar de acuerdo con el grado en que se desarrolle la estructura.
 Existe la práctica general de alterar la estructura del suelo para reducir la
permeabilidad,porejemplo, en la agricultura de regadío mediante la pudelación de
los campos de arroz, y en la ingeniería civil mediante la compactación por medios
mecánicos de las presas de tierra. Se pueden aplicar prácticas similares en los
estanques piscícolas con miras a reducir la filtración de agua.
CLASES DE PERMEABILIDAD DEL SUELO:
 La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidaddel flujode agua
a través de éste durante un período determinado. Generalmente se expresa o bien
como una tasa de permeabilidad en centímetros por hora (cm/h), milímetros por
hora (mm/h), o centímetros por día (cm/d), o bien como un coeficiente de
permeabilidad en metros por segundo (m/s) o en centímetros por segundo.
Ejemplo
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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 Para fines agrícolas y de conservación, las clases de permeabilidad del suelo se basan
en las tasas de permeabilidad, y para la ingeniería civil, , se basan en el coeficiente de
permeabilidad.
 Para la piscicultura, existen dos formás de describir la permeabilidad del suelo:
Coeficiente de permeabilidad y Tasa de filtración.
 Para la ubicación de los estanques y la construcción de diques, el coeficiente de
permeabilidad, casi siempre, se utiliza para determinar la aptitud de un horizonte de
suelo específico:
 Se pueden construir diques sin núcleode arcillaimpermeable en suelos cuyocoeficiente
de permeabilidad sea inferior a
K = 1 x 10-4 m/s.
 Se pueden construirfondos de estanques en suelos conun coeficientede permeabilidad
inferior a K = 5 x 10-6 m/s.
Para la ordenación de estanques suele utilizarse la tasa de filtración:
 Para la piscicultura en estanques con fines comerciales se considera aceptable una tasa
media de filtración de 1 a 2 cm/d, pero es preciso tornar medídas correctivas para
reducir la permeabilidad del suelo cuando existen valores más altos, en partícular
cuando alcanzan los 10 cm/d o más.
MEDIDA DE LAPERMEABILIDAD: ENSAYOS DE LABORATORIOYENSAYOS “INSITU”
 La estimación de la permeabilidad en suelos tiene diversos intereses, algunos directos
en el proyectode una edificación,como puede ser la valoraciónde la influencia de las
aguas subterráneas sobre construccionessoterradas (plantas sótano, por ejemplo) a
efectos de diseño de sistemas o procedimientos de impermeabilización o drenaje.
 En tal sentido, el Código Técnicode la Edificación– en su documento básico dedicado
a la salubridad (DB HS) – requiere de la valoración cuantificadade la permeabilidad
del terreno en contactoconlas soleras y las estructuras de contención.
 La estimación de la permeabilidad de los suelos (y en su caso, del macizo rocoso)
puede realizarse mediante tres clases de procedimientos:
1. Valoración de la permeabilidad mediante relaciones empíricas establecidas
entre la misma y alguna característica del suelo, generalmente su
granulometría.
2. Medida directa de la permeabilidad sobre una muestra adecuada (inalterada)
en laboratorio.
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3. Estimación directa de la permeabilidad “in situ”, realizada durante la ejecución
de sondeos o pozos, consistentes en la medida de las pérdidas en una columna
de agua con la que se ha inundado la perforación.
 De entre los ensayos “in situ”, los métodos que se citan generalmente corresponden a
los ensayos Lugeon (habitualmente realizado en macizos rocosos fracturados), Lefranc
(llevadoacabogeneralmente en suelos relativamente permeables) y Slug Test(también
en suelos permeables.)
 Para el caso de suelos poco permeables, los ensayos “in situ” son poco adecuados,
requiriéndose la toma de muestras y la realización de ensayos en laboratorio sobre las
mismas. Según el objeto de la investigación puede escogerse entre ensayar muestras
adecuadamente inalteradas (si es posible su obtención), o representativas, las cuales se
recompactan en el laboratorio para obtener probetas que reproduzcan las condiciones
del terreno.
 Una vez confeccionada la probeta a ensayar, el material se satura y se induce a través
del mismo un flujo, cuyo caudal es medido en condiciones preestablecidas.
Losmétodoshabitualesdelaboratorio sonlossiguientes:
 Sobre muestras inalteradas o recompactadas: ensayo en célula triaxial, con presión en
cola, bajo carga constante o variable (se trata del ensayo más adecuado para suelos de
muy baja permeabilidad.)
 Sobre muestras recompactadas:
1. Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga constante (generalmente
en suelos de permeabilidad alta).
2. Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga variable (apto para
suelos de permeabilidad media a baja).
 Los ensayos de carga constante consisten en el mantenimiento del gradiente
hidráulico, determinando el caudal necesario para que dicha carga hidráulica se
mantenga constante. En los ensayos de carga variable, en cambio, se inicia el
proceso bajo un gradiente determinado, y se observa la variación del mismo con el
tiempo.
Las siguientes figuras ilustran los métodos operativos descritos tanto para ensayos en
sondeo comoen el laboratorio:
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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Esquema del sistema utilizado para la medida de la
permeabilidad “in situ” mediante el ensayo Lugeon (nótese la
colocaciónde un obturador en el sondeo, que impide la subida
del nivel de la columna de agua por la perforación,y el
mantenimiento de la presión hidráulica en la sección ensayada
a presión constante, midiendo el caudal inyectado.)
Ensayo Lefranc bajo carga constante
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Ensayo Lefranc bajo carga variable
Esquemas de los procedimientos utilizados para la medida de la
permeabilidad “in situ” mediante el ensayo Lefranc (en este caso
se puede optar por mantener la columna de agua a nivel constante,
midiendo el caudal necesario para estabilizarla, o variable,
midiendo la variación del gradiente.)
Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos
en célula confinada y mediante carga constante (Das, 1998)
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Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos
en célula confinada y mediante carga variable (Das, 1998)
Equipo triaxial utilizado para la
determinación de la
permeabilidad en suelos, ensayo
con probeta confinada mediante
presión hidráulica y presión en
cola
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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ENSAYO DE CAMPO PARA MEDIR LAS TASAS DE PERMEABILIDAD
 Examine cuidadosamente los dibujos
que hizo al estudiar los perfiles del
suelo
 Basándose en la textura y la
estructura, determine los horizontes
del suelo que parezcan tener
la permeabilidad más lenta;
 Marque con un lápiz de color en sus
dibujos los horizontes del suelo que
parezcan tener la permeabilidad más
lenta;
Nota: el agua se filtra en el suelo tanto en
sentido horizontal como vertical, pero usted
sólo tiene que preocuparse por la filtración
vertical, que es la que fundamentalmente
tiene lugar en los estanques.
 Excaveun hoyode aproximadamente
30 cm de diámetro hasta alcanzar el
horizontesuperior menos permeable;
 Recubra completamente las paredes
del hoyo con arcilla pesada mojada o
revístalas con una lámina de material
plástico, si dispone de ella, para
impermeabilizarlas;
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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 Vierta agua en el hoyo hasta que ésta
alcance unos 10 cm de profundidad.
 Al principio el agua se filtrare con bastante rapidez y tendrá que reponerla a medida
que desaparece. La filtracióndisminuirá cuando los poros del suelo se saturen de agua.
Entonces podrá medir la permeabilidad del horizonte de suelo en el fondo del hoyo;
 Cerciórese de que el agua contenida
en el hoyo tiene unos 10 cm de
profundidad como antes. Si no es así,
añada agua hasta alcanzar esa
profundidad;
 Introduzca en el agua una vara de
medir y anote la profundidad exacta
del agua en milímetros (mm);
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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 Compruebe el nivel del agua en el
hoyocada hora, durante varias horas.
Anote la tasa de filtración por hora. Si
el agua se filtra con demasiada
rapidez, añada agua hasta alcanzar
nuevamente el nivel de 10 cm. Mida
con sumo cuidado la profundidad del
agua;
 Cuando las mediciones por hora sean
casi iguales, la tasa de permeabilidad
es constante y puede dejar de medir.
 Si hay grandes diferencias en la
filtración por hora, continúe
añadiendo agua en el hoyo para
mantener la profundidad de 10 cm
hasta que la tasa de filtración se
mantenga casi igual;
Nota: Un horizonte de suelo con una
permeabilidad apta para el fondo de un
estanque también debe tener un espesor de
por lo menos 0,7 a 1 m, a no ser que existan
horizontes inferiores con la permeabilidad y
el espesor adecuados.
 Compare ahora sus resultados con los
valores siguientes:
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Tasa de
permeabilidad
en mm/h
Aptitud del horizonte para fondo de estanque
Inferior a 2 Infiltración aceptable: suelo apto
2-5
Infiltraciónrápida: el suelo es apto SOLO si la infiltración se debe a la
estructura del suelo que desaparecerá cuando se llene el estanque
5-20
Infiltración excesiva: suelo no apto a menos que pueda reducirse la
infiltración como se describe infra
PERMEABILIDAD EN ROCAS
 A la capacidad de las rocas para transmitir el agua a travez de sus intersticios se le
denomina “permeabilidad”.
 Esta depende de las propiedades físicas de la roca y de su historia genética(factores y
procesos geológicos).
 Los intersticios de la roca, en cuanto a caminos por los que pasa el flujo subterraneo y
la circulación(acuífero),se clasificanen:
POROS:
 Son los intersticios intergranulares que hay entre los granos de los sedimentos
clásticos consolidados y no consolidados, o en tobas volcánicas sueltas.
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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FISURAS:
Son fracturas o grietas en la rocaque se originaron debido a esfuerzos posteriores a la
formaciónde la roca: diaclasas, junturas.
CAVIDADES:
Presentes en las rocas carbonatadas y en los tubos de lava de las rocas volcánicas
 Las rocas se pueden clasificar según sus propiedades hidrogeológicas, geohidraulicas
(almacenamiento de agua, permeabilidad hidráulica) y edafológicas.
 La permeabilidad de los sistemas fisurados refleja la historia geológica de las rocas,
especialmente las exposiciones a tensiones tectónicas.
 Los procesos de meteorización y otros procesos geológicos pueden ocasionar cambios
durante el pasado geológico.
PERMEABILIDAD ENLOS DIFERENTES TIPOS DE ROCAS.
ROCAS IGNEAS:
 Son permeables en zonas donde las fisuras están abiertas. Normalmente el ancho de
las fisuras y por lo tanto la permeablidad decrecen conla profundidad.
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ROCAS METAMORFICAS:
 Son normalmente permeables en la zona
donde las fisuras están abiertas. Estas se
forman por meteorización a una cierta
profundidad.
ROCAS SEDIMENTARIAS:
 Según sus propiedades hidrogeológicas,
existe una gran variedad de rocas
sedimentarias, y forman los acuíferos
mas importantes.
 Pueden presentar varios tipos de
intersticios y poseen un gran rango de
permeabilidad
TIPOS DE PERMEABILIDAD ENLAS ROCAS:
Existen 3 tipos:
 ABSOLUTA
 Este valor de permeabilidad es arrojado cuando un fluidohomogéneo satura a una
muestra al 100%.
 Este valor es único, y es lógicopensar eso ya dada la proporcionalidad inversa
entre viscosidad y caudal de flujo.
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
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 Sin embargo, en ocasiones este valorpuede verse afectado al momento de realizar
los cálculos en el laboratorio, sobre todo al momento de escoger el fluidoque se
utiliza(aire o agua).
 EFECTIVA
 Se da cuando una muestra de rocaeste saturada por dos o más fases.
 En este caso, cada fase o fluido tendrá canales de flujoy la roca presentará una
permeabilidad efectivahacia el fluido
 En caso de un sistema agua-petróleo se hablará de una permeabilidad efectivaal
petróleo y una efectivaal agua.
 RELATIVA
 Al obtener los valores de permeabilidad efectivaa cada fluido, estas siempre
serán menores al valorde permeabilidad absoluta.
 A la relación entre permeabilidad efectivade un fluidoy la permeabilidad
absoluta de la rocaes llamada permeabilidad relativa.
 Porlo tanto existirán tantas permeabilidades relativas comofases coexistan en
la roca.
 En la roca dura la permeabilidad está determinada por el tamaño de las fracturas,
diaclasas y por el tamaño de las cavidades producto de la disolución.
 La conexión entre estas es un factor determinante en el grado de permeabilidad.
 En las rocas blandas la permeabilidad está relacionada con el tamaño de los granos y la
selección de los mismos.
 Altas permeabilidades están asociadas a rocas compuestas de granos redondeados y
gruesos que se encuentran bien seleccionados.
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FRACTURAS Y DISCONTINUIDADES
 Constituyen las estructuras geológicas mas importantes desde el punto de vista
hidrogeológico
 Estas facilitan el almacenamiento y movimiento de fluido a través de ellas.
 Por otro lado, algunas discontinuidades (ej: fallas y diques) pueden actuar también como
barreras para el flujo.
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TIPOS DE FRACTURAS Y DISCONTINUIDADES
PLANO DE ESTRATIFICACIÓN
 Plano de estratificación es una superficie paralela a la superficie de deposición, que
puede tener o no una expresión física clara. En las pizarras arcillosas, por ejemplo, la
roca rompe siguiendo los planos de estratificación, mientras que en algunas areniscas
los planos de estratificación están caracterizados por cambios de color, tamaño del
grano, etc., pero no hay ningún plano preferente de división.
FOLIACIÓN
 Se denomina foliación a la disposición en láminas que adquiere la materia que forma
ciertas rocas cuando estas se ven sometidas a grandes presiones. Este rasgo se da
cuando se produce metamorfismo. Se distinguen varios tipos de foliacióndependiendo
de la mineralogía de la roca madre y del grado de metamorfismo.
 Pizarrosidad: Minerales planares y bajo grado de metamorfismo. Por ejemplo la pizarra.
 Esquistosidad: Metamorfismo de grado medio-alto. Un ejemplo es el esquisto.
 Bandeado gneísico: El grado de metamorfismo es alto, produciéndose la segregación de
los minerales en capas. Por ejemplo el gneis.
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CLIVAJE
 Propensión que un mineral tiene a dividirse en capas paralelas.
DIACLASA
 Una diaclasa (del griego «διά» dia, a través de, y klasis, rotura) es una fractura en
las rocas que no va acompañada de deslizamiento de los bloques que determina, no
siendo el desplazamiento más que una mínima separación transversal. Se distinguen así
de las fallas, fracturas en las que sí hay deslizamiento de los bloques. Son estructuras
muy abundantes. Son deformaciones frágiles de las rocas.
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FALLAS
 En geología, una falla es una fracturaen el terreno a lo largo de la cual hubo
movimiento de uno de los lados respecto del otro.
 Las fallas se forman por esfuerzos tectónicos o gravitatorios actuantes en la corteza.
La zona de ruptura tiene una superficie ampliamente bien definida denominada plano
de falla, aunque puede hablarse de banda de falla cuando la fractura y la deformación
asociada tienen una cierta anchura.
 Cuando las fallas alcanzan una profundidad en la que se sobrepasa el dominio de
deformación frágil se transforman en bandas de cizalla, su equivalente en el dominio
dúctil. El fallamiento (o formaciónde fallas) es uno de los procesos geológicos
importantes durante la formaciónde montañas. Asimismo, los bordes de las placas
tectónicas están formados por fallas de hasta miles de kilómetros de longitud.
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 31
CONCLUSIONES
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MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II
ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 32
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Permeabilidad en rocas

  • 1. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 1
  • 2. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 2 SI LAS ROCAS SON LAS PAGINAS DEL LIBRO DE LA HISTORIA GEOLOGICA, LOS MINERALES SON LAS LETRAS CON LAS QUE EL LIBRO ESTA IMPRESO Y SOLO CON UN CONOCIMIENTO DE ELLOS Y DE SUS ESTRUCTURAS ES POSIBLE LEER EL MENCIONADOLIBRO.
  • 3. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 3 INDICE
  • 4. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 4 INTRODUCCIÓN Lossuelos y las rocasnoson sólidos ideales, sinoque forman sistemas con2ó 3fases: partículas sólidas y gas, partículas sólidas y líquido, o bien, partículas sólidas, gas y líquido. El líquido es normalmente agua y el gas se manifiesta a través de vapor de agua. Por lo tanto, se habla de medios porosos. A estos medios se los caracteriza a través de su porosidad y a su vez esta propiedad condiciona la permeabilidad del medio o del material en estudio. Se dice que un material es permeable cuando contiene vacíos continuos, estos vacíos existen en todos los suelos, incluyendo las arcillas más compactas, y en todos los materiales de construcción no metálicos, incluido el granito sano y la pasta de cemento, por lo tanto, dichos materiales son permeables. La circulación de agua a través de la masa de éstos obedece aproximadamente a leyes idénticas, de modo que la diferencia entre una arena limpia y un granito es, en este concepto, solo una diferencia de magnitud. La permeabilidad de los suelos, es decir la facultad con la que el agua pasa a través de los poros, tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en muchas operaciones constructivas, comolos son, por ejemplo, las excavacionesa cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un terraplén, de allí la importancia de su estudio y determinación, aspectos que se desarrollarán a continuación.
  • 5. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 5 PERMEABILIDAD DEFINICION  Definimos permeabilidad comola capacidad de un cuerpo (en términos particulares, un suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos particulares, el agua) sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se determina objetivamente mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoriadeterminada.  El conceptopermeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad o transmisividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado. 1. PERMEABILIDAD ENSUELOS La permeabilidad se cuantificaen base al coeficientede permeabilidad, definido comola velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un gradiente unitario. El coeficientede permeabilidad puede ser expresado según la siguiente función: k = Q / I A Donde: – k:coeficiente de permeabilidad o conductividadhidráulica [m/s] – Q:caudal [m3/s] – I:gradiente [m/m] – A: sección [m2)]
  • 6. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 6  Enproyectosdeingeniería y arquitectura, las unidades conlas quese expresa generalmente el coeficiente de permeabilidad son cm/s y m/s; en los ámbitos de la hidráulica o la hidrogeología es habitual observar notaciones como cm/dia, m/año y similares.  Son diversos los factores que determinan la permeabilidad del suelo, entre los cuales, los más significativos son los siguientes: – Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica.) – Composición química del material (naturaleza mineralógica)  Como regla general podemos considerar que a menor tamaño de grano, menor permeabilidad, y para una granulometría semejante (arenas, por ejemplo) a mejor gradación, mayor permeabilidad. En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas y limos, la presencia de ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que disminuye la permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio).  A efectos únicamente indicativos, el DB SE-C propone los siguientes rangos de variación para la permeabilidad en función del tipo de terreno (tabla D28): kz: coeficientede permeabilidad vertical(se asume que la anisotropía de los suelos, especialmente de las arcillas estratificadas, puede comportar variaciones significativas en la magnitud del coeficientede permeabilidad medido en el plano horizontal.)
  • 7. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 7 FACTORES QUE INTERVIENENENLAVELOCIDAD DELFLUJO:  La porosidad del material.  La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura.  La presión a que está sometido el fluido. POROSIDAD DELSUELO  Se define como el espacio de suelo que no está ocupado por solidos y se expresa en porcentajes. Se define también comola porciónde suelo que está ocupada por aire y/opor agua. En suelos secos los poros estarán ocupados por aire y en suelos inundados, por agua. Losfactoresque ladeterminan son principalmente latextura, estructura y la cantidad de materia organica (Donoso, 1992).  Los poros que constituyen el espacio poroso del suelo se encuentran en un rango continuo de tamaño, sin embargo se dividen usualmente en dos tipos: los macroporos y los microporos o poros capilares. La tasa de movimiento del agua y del aire a través del suelo es determinada, en gran medida, por el tamaño de los poros. Los macroporos facilitan una rápida percolacióndel agua y el movimiento del aire, en tantoque los microporos dificultan el movimiento del aire y retienen gran cantidad de agua por capilaridad; por consiguiente, los microporos son muy importantes en lo que se refiere ala retención del agua en el suelo, y los macroporos son de gran valor en lo que se refiere a la aireación v al drenaje interno del suelo. (Donoso, 1992).  La diferencia que existe en dos suelos con la misma porosidad total, pueden ser muy diferentes en cuantoa su comportamiento frente al agua y al aire. Así, por ejemplo, un suelo puede tener un volumen muy pequeño de macroporos y uno mucho mayor de microporos, en cuyocaso se tendrá mucha capacidad de retención de agua, pero muy lenta percolación y poca aireación. Los suelos arcillosos son de este tipo a pesar del gran volumen total de poros. Un suelo con el mismo volumen combinado de poros puede tener una relación inversa de macroporos y microporos; en este caso la infiltración y percolación del agua serán rápidas, habrá muy poca retención de agua y el suelo estará bien aireado. Los suelos arenosos tienen estas características debido a la dominancia en ellos de los macroporos.  El espacio poroso de los suelos forestales está corrientemente ocupado por aire y agua en proporciones que cambian con frecuencia. La porosidad de estos suelos fluctúa entre 30y 65 % (Wilde, 1959) citado por Donoso, 1997 , siendo más porosos los suelos de texturas medias a finas y menos los suelos de texturas gruesas.  La porosidad del suelo tiene importancia especial porque constituye el medio por el cual el agua penetra al suelo y pasa a través de él para abastecer a la raíces y finalmente drenar el
  • 8. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 8 área; y también el espacio donde las raíces de las plantas y la fauna tienen una atmósfera es decir, constituye la fuente de donde aquéllos obtienen el aire. CLASIFICACION DE LOS SUELOS EN PERMEABLES E IMPERMEABLES: PROPIEDADES FISICAS DELSUELO  Como se ha explicado, el suelo es una mezcla de materiales sólidos, líquidos (agua) y gaseosos (aire). La adecuada relación entre estos componentes determina la capacidad de hacer crecer las plantas y la disponibilidad de suficientes nutrientes para ellas. La proporción de los componentes determina una serie de propiedades que se conocen comopropiedades físicaso mecánicas del suelo: textura, estructura, consistencia, densidad, aireación, temperatura y color.  La textura depende de la proporción de partículas minerales de diverso tamaño presentes en el suelo. Las partículas minerales se clasifican por tamaño en cuatro grupos: · Fragmentos rocosos: diámetro superior a 2 mm, y son piedras, grava y cascajo. · Arena:diámetro entre 0,05 a 2 mm. Puede ser gruesa, fina y muy fina. Los granos de arena son ásperos al tacto y no forman agregados estables, porque conservan su individualidad. · Limo: diámetro entre 0,002 y 0,5 mm. Al tacto es comola harina o el talco, y tiene alta
  • 9. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 9 capacidad de retención de agua. · Arcilla: diámetro inferior a 0,002 mm. Al ser humedecida es plástica y pegajosa; cuando seca forma terrones duros.  La estructura es la forma en que las partículas del suelo se reúnen para formar agregados. De acuerdo a esta característica se distinguen suelos de estructura esferoidal (agregados redondeados), laminar (agregados en láminas), prismática (en forma de prisma), blocosa (en bloques), y granular (en granos).  La consistenciase refiere a laresistencia para la deformaciónoruptura. Según la resistencia el suelo puede ser suelto, suave, duro, muy duro, etc. Esta característica tiene relación con la labranza del suelo y los instrumentos a usarse. A mayor dureza será mayor la energía (animal, humana o de maquinaria) a usarse para la labranza.  La densidad se refiere al peso por volumen del suelo, y está en relación a la porosidad. Un suelo muy poroso será menos denso; un suelo poco poroso será más denso. A mayor contenido de materia orgánica, más poroso y menos denso será el suelo.  La aireación se refiere al contenido de aire del suelo y es importante para el abastecimiento de oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono en el suelo. La aireación es crítica en los suelos anegados. Se mejora con la labranza, la rotación de cultivos, el drenaje, y la incorporación de materia orgánica.  La temperatura del suelo es importante porque determina la distribución de las plantas e influye en los procesos bióticos y químicos. Cada planta tiene sus requerimientos especiales. Encima de los 5º C es posible la germinación.  El colordel suelo depende de sus componentes y puede usarse como una medida indirecta de ciertas propiedades. El color varía con el contenido de humedad. El color rojo indica contenido de óxidos de fierroy manganeso; el amarillo indica óxidos de fierro hidratado; el blanco y el gris indican presencia de cuarzo, yeso y caolín; y el negro y marrón indican materia orgánica. Cuanto más negro es un suelo, más productivoserá, por los beneficios de la materia orgánica.
  • 10. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 10 LEY DE DARCY La Ley de Darcydescribe, con base en experimentos de laboratorio, las características del movimiento del agua a través de un medio poroso. La expresión matemática de la Ley de Darcyes la siguiente: Donde: = gasto, descarga o caudal en m3/s. = longitud en metros de la muestra. = una constante, actualmente conocida como coeficientede permeabilidad de Darcy, variable en funcióndel material de la muestra, en m/s. = área de la sección transversal de la muestra, en m2. = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocadoa la entrada de la capa filtrante. = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocadoa la salida de la capa filtrante.
  • 11. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 11 VALIDEZDE LALEY DE DARCY
  • 12. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 12  La ley de Darcy es válida en un medio saturado, continuo, homogéneo e isótropo y cuando las fuerzas inerciales son despreciables (Re<1).  La Ley deDarcy es unade las piezas fundamentales de lamecánica de lossuelos. A partir de los trabajos iniciales de Darcy,un trabajo monumental para la época, muchos otros investigadores han analizado y puesto a prueba esta ley. A través de estos trabajos posteriores se ha podido determinar que mantiene su validez para la mayoría de los tipos de flujo de fluidos en los suelos. Para filtraciones de líquidos a velocidades muy elevadas y la de gases a velocidades muy bajas, la ley de Darcy deja de ser válida.  En el caso de agua circulando en suelos, existen evidencias abrumadoras en el sentido de verificarla vigencia de la Ley de Darcy para suelos que van desde los limos hasta las arenas medias. Asimismo, es perfectamente aplicable en las arcillas, para flujos en régimen permanente.  Para suelos de mayor permeabilidad que la arena media, deberá determinarse experimentalmente la relación real entre el gradiente y la velocidad para cada suelo y porosidad estudiados. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA PERMEABILIDAD DE SUELOS  Muchos factoresafectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables comola rocamadre y la capa dearcilla,constituyenla base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas. 1. La relación de vacios en el suelo. 2. La estructura y estratificación del suelo 3. Tamaño de las partículas. 4. Grado de saturación. 5. Polaridad 6. Densidad del suelo. 7. Peso específico. VARIACIÓN DE LA PERMEABILIDAD SEGÚN LA TEXTURA DEL SUELO
  • 13. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 13  Porregla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura del suelo, más lenta sera la permeabilidad: Suelo Textura Permeabilidad Suelos arcillosos Fina De muy lenta a muy rápida Suelos limosos Moderadamente fina Moderadamente gruesa Suelos arenosos Gruesa Ejemplo Permeabilidad media para diferentes texturas de suelo en cm/hora Arenosos 5.0 Franco arenosos 2.5 Franco 1.3 Franco arcillosos 0.8 Arcilloso limosos 0.25 Arcilloso 0.05 VARIACIÓN DE LA PERMEABILIDAD SEGÚN LA ESTRUCTURA DEL SUELO  La estructura puede modificar considerablemente las tasas de permeabilidad mostradas anteriormente de la forma siguiente: Tipo de estructura Permeabilidad1
  • 14. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 14 Laminar - Gran traslapo De muy lenta a muy rápida - Ligero traslapo En bloque Prismática Granular Puede variar de acuerdo con el grado en que se desarrolle la estructura.  Existe la práctica general de alterar la estructura del suelo para reducir la permeabilidad,porejemplo, en la agricultura de regadío mediante la pudelación de los campos de arroz, y en la ingeniería civil mediante la compactación por medios mecánicos de las presas de tierra. Se pueden aplicar prácticas similares en los estanques piscícolas con miras a reducir la filtración de agua. CLASES DE PERMEABILIDAD DEL SUELO:  La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidaddel flujode agua a través de éste durante un período determinado. Generalmente se expresa o bien como una tasa de permeabilidad en centímetros por hora (cm/h), milímetros por hora (mm/h), o centímetros por día (cm/d), o bien como un coeficiente de permeabilidad en metros por segundo (m/s) o en centímetros por segundo. Ejemplo
  • 15. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 15  Para fines agrícolas y de conservación, las clases de permeabilidad del suelo se basan en las tasas de permeabilidad, y para la ingeniería civil, , se basan en el coeficiente de permeabilidad.  Para la piscicultura, existen dos formás de describir la permeabilidad del suelo: Coeficiente de permeabilidad y Tasa de filtración.  Para la ubicación de los estanques y la construcción de diques, el coeficiente de permeabilidad, casi siempre, se utiliza para determinar la aptitud de un horizonte de suelo específico:  Se pueden construir diques sin núcleode arcillaimpermeable en suelos cuyocoeficiente de permeabilidad sea inferior a K = 1 x 10-4 m/s.  Se pueden construirfondos de estanques en suelos conun coeficientede permeabilidad inferior a K = 5 x 10-6 m/s. Para la ordenación de estanques suele utilizarse la tasa de filtración:  Para la piscicultura en estanques con fines comerciales se considera aceptable una tasa media de filtración de 1 a 2 cm/d, pero es preciso tornar medídas correctivas para reducir la permeabilidad del suelo cuando existen valores más altos, en partícular cuando alcanzan los 10 cm/d o más. MEDIDA DE LAPERMEABILIDAD: ENSAYOS DE LABORATORIOYENSAYOS “INSITU”  La estimación de la permeabilidad en suelos tiene diversos intereses, algunos directos en el proyectode una edificación,como puede ser la valoraciónde la influencia de las aguas subterráneas sobre construccionessoterradas (plantas sótano, por ejemplo) a efectos de diseño de sistemas o procedimientos de impermeabilización o drenaje.  En tal sentido, el Código Técnicode la Edificación– en su documento básico dedicado a la salubridad (DB HS) – requiere de la valoración cuantificadade la permeabilidad del terreno en contactoconlas soleras y las estructuras de contención.  La estimación de la permeabilidad de los suelos (y en su caso, del macizo rocoso) puede realizarse mediante tres clases de procedimientos: 1. Valoración de la permeabilidad mediante relaciones empíricas establecidas entre la misma y alguna característica del suelo, generalmente su granulometría. 2. Medida directa de la permeabilidad sobre una muestra adecuada (inalterada) en laboratorio.
  • 16. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 16 3. Estimación directa de la permeabilidad “in situ”, realizada durante la ejecución de sondeos o pozos, consistentes en la medida de las pérdidas en una columna de agua con la que se ha inundado la perforación.  De entre los ensayos “in situ”, los métodos que se citan generalmente corresponden a los ensayos Lugeon (habitualmente realizado en macizos rocosos fracturados), Lefranc (llevadoacabogeneralmente en suelos relativamente permeables) y Slug Test(también en suelos permeables.)  Para el caso de suelos poco permeables, los ensayos “in situ” son poco adecuados, requiriéndose la toma de muestras y la realización de ensayos en laboratorio sobre las mismas. Según el objeto de la investigación puede escogerse entre ensayar muestras adecuadamente inalteradas (si es posible su obtención), o representativas, las cuales se recompactan en el laboratorio para obtener probetas que reproduzcan las condiciones del terreno.  Una vez confeccionada la probeta a ensayar, el material se satura y se induce a través del mismo un flujo, cuyo caudal es medido en condiciones preestablecidas. Losmétodoshabitualesdelaboratorio sonlossiguientes:  Sobre muestras inalteradas o recompactadas: ensayo en célula triaxial, con presión en cola, bajo carga constante o variable (se trata del ensayo más adecuado para suelos de muy baja permeabilidad.)  Sobre muestras recompactadas: 1. Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga constante (generalmente en suelos de permeabilidad alta). 2. Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga variable (apto para suelos de permeabilidad media a baja).  Los ensayos de carga constante consisten en el mantenimiento del gradiente hidráulico, determinando el caudal necesario para que dicha carga hidráulica se mantenga constante. En los ensayos de carga variable, en cambio, se inicia el proceso bajo un gradiente determinado, y se observa la variación del mismo con el tiempo. Las siguientes figuras ilustran los métodos operativos descritos tanto para ensayos en sondeo comoen el laboratorio:
  • 17. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 17 Esquema del sistema utilizado para la medida de la permeabilidad “in situ” mediante el ensayo Lugeon (nótese la colocaciónde un obturador en el sondeo, que impide la subida del nivel de la columna de agua por la perforación,y el mantenimiento de la presión hidráulica en la sección ensayada a presión constante, midiendo el caudal inyectado.) Ensayo Lefranc bajo carga constante
  • 18. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 18 Ensayo Lefranc bajo carga variable Esquemas de los procedimientos utilizados para la medida de la permeabilidad “in situ” mediante el ensayo Lefranc (en este caso se puede optar por mantener la columna de agua a nivel constante, midiendo el caudal necesario para estabilizarla, o variable, midiendo la variación del gradiente.) Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos en célula confinada y mediante carga constante (Das, 1998)
  • 19. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 19 Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos en célula confinada y mediante carga variable (Das, 1998) Equipo triaxial utilizado para la determinación de la permeabilidad en suelos, ensayo con probeta confinada mediante presión hidráulica y presión en cola
  • 20. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 20 ENSAYO DE CAMPO PARA MEDIR LAS TASAS DE PERMEABILIDAD  Examine cuidadosamente los dibujos que hizo al estudiar los perfiles del suelo  Basándose en la textura y la estructura, determine los horizontes del suelo que parezcan tener la permeabilidad más lenta;  Marque con un lápiz de color en sus dibujos los horizontes del suelo que parezcan tener la permeabilidad más lenta; Nota: el agua se filtra en el suelo tanto en sentido horizontal como vertical, pero usted sólo tiene que preocuparse por la filtración vertical, que es la que fundamentalmente tiene lugar en los estanques.  Excaveun hoyode aproximadamente 30 cm de diámetro hasta alcanzar el horizontesuperior menos permeable;  Recubra completamente las paredes del hoyo con arcilla pesada mojada o revístalas con una lámina de material plástico, si dispone de ella, para impermeabilizarlas;
  • 21. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 21  Vierta agua en el hoyo hasta que ésta alcance unos 10 cm de profundidad.  Al principio el agua se filtrare con bastante rapidez y tendrá que reponerla a medida que desaparece. La filtracióndisminuirá cuando los poros del suelo se saturen de agua. Entonces podrá medir la permeabilidad del horizonte de suelo en el fondo del hoyo;  Cerciórese de que el agua contenida en el hoyo tiene unos 10 cm de profundidad como antes. Si no es así, añada agua hasta alcanzar esa profundidad;  Introduzca en el agua una vara de medir y anote la profundidad exacta del agua en milímetros (mm);
  • 22. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 22  Compruebe el nivel del agua en el hoyocada hora, durante varias horas. Anote la tasa de filtración por hora. Si el agua se filtra con demasiada rapidez, añada agua hasta alcanzar nuevamente el nivel de 10 cm. Mida con sumo cuidado la profundidad del agua;  Cuando las mediciones por hora sean casi iguales, la tasa de permeabilidad es constante y puede dejar de medir.  Si hay grandes diferencias en la filtración por hora, continúe añadiendo agua en el hoyo para mantener la profundidad de 10 cm hasta que la tasa de filtración se mantenga casi igual; Nota: Un horizonte de suelo con una permeabilidad apta para el fondo de un estanque también debe tener un espesor de por lo menos 0,7 a 1 m, a no ser que existan horizontes inferiores con la permeabilidad y el espesor adecuados.  Compare ahora sus resultados con los valores siguientes:
  • 23. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 23 Tasa de permeabilidad en mm/h Aptitud del horizonte para fondo de estanque Inferior a 2 Infiltración aceptable: suelo apto 2-5 Infiltraciónrápida: el suelo es apto SOLO si la infiltración se debe a la estructura del suelo que desaparecerá cuando se llene el estanque 5-20 Infiltración excesiva: suelo no apto a menos que pueda reducirse la infiltración como se describe infra PERMEABILIDAD EN ROCAS  A la capacidad de las rocas para transmitir el agua a travez de sus intersticios se le denomina “permeabilidad”.  Esta depende de las propiedades físicas de la roca y de su historia genética(factores y procesos geológicos).  Los intersticios de la roca, en cuanto a caminos por los que pasa el flujo subterraneo y la circulación(acuífero),se clasificanen: POROS:  Son los intersticios intergranulares que hay entre los granos de los sedimentos clásticos consolidados y no consolidados, o en tobas volcánicas sueltas.
  • 24. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 24 FISURAS: Son fracturas o grietas en la rocaque se originaron debido a esfuerzos posteriores a la formaciónde la roca: diaclasas, junturas. CAVIDADES: Presentes en las rocas carbonatadas y en los tubos de lava de las rocas volcánicas  Las rocas se pueden clasificar según sus propiedades hidrogeológicas, geohidraulicas (almacenamiento de agua, permeabilidad hidráulica) y edafológicas.  La permeabilidad de los sistemas fisurados refleja la historia geológica de las rocas, especialmente las exposiciones a tensiones tectónicas.  Los procesos de meteorización y otros procesos geológicos pueden ocasionar cambios durante el pasado geológico. PERMEABILIDAD ENLOS DIFERENTES TIPOS DE ROCAS. ROCAS IGNEAS:  Son permeables en zonas donde las fisuras están abiertas. Normalmente el ancho de las fisuras y por lo tanto la permeablidad decrecen conla profundidad.
  • 25. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 25 ROCAS METAMORFICAS:  Son normalmente permeables en la zona donde las fisuras están abiertas. Estas se forman por meteorización a una cierta profundidad. ROCAS SEDIMENTARIAS:  Según sus propiedades hidrogeológicas, existe una gran variedad de rocas sedimentarias, y forman los acuíferos mas importantes.  Pueden presentar varios tipos de intersticios y poseen un gran rango de permeabilidad TIPOS DE PERMEABILIDAD ENLAS ROCAS: Existen 3 tipos:  ABSOLUTA  Este valor de permeabilidad es arrojado cuando un fluidohomogéneo satura a una muestra al 100%.  Este valor es único, y es lógicopensar eso ya dada la proporcionalidad inversa entre viscosidad y caudal de flujo.
  • 26. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 26  Sin embargo, en ocasiones este valorpuede verse afectado al momento de realizar los cálculos en el laboratorio, sobre todo al momento de escoger el fluidoque se utiliza(aire o agua).  EFECTIVA  Se da cuando una muestra de rocaeste saturada por dos o más fases.  En este caso, cada fase o fluido tendrá canales de flujoy la roca presentará una permeabilidad efectivahacia el fluido  En caso de un sistema agua-petróleo se hablará de una permeabilidad efectivaal petróleo y una efectivaal agua.  RELATIVA  Al obtener los valores de permeabilidad efectivaa cada fluido, estas siempre serán menores al valorde permeabilidad absoluta.  A la relación entre permeabilidad efectivade un fluidoy la permeabilidad absoluta de la rocaes llamada permeabilidad relativa.  Porlo tanto existirán tantas permeabilidades relativas comofases coexistan en la roca.  En la roca dura la permeabilidad está determinada por el tamaño de las fracturas, diaclasas y por el tamaño de las cavidades producto de la disolución.  La conexión entre estas es un factor determinante en el grado de permeabilidad.  En las rocas blandas la permeabilidad está relacionada con el tamaño de los granos y la selección de los mismos.  Altas permeabilidades están asociadas a rocas compuestas de granos redondeados y gruesos que se encuentran bien seleccionados.
  • 27. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 27 FRACTURAS Y DISCONTINUIDADES  Constituyen las estructuras geológicas mas importantes desde el punto de vista hidrogeológico  Estas facilitan el almacenamiento y movimiento de fluido a través de ellas.  Por otro lado, algunas discontinuidades (ej: fallas y diques) pueden actuar también como barreras para el flujo.
  • 28. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 28 TIPOS DE FRACTURAS Y DISCONTINUIDADES PLANO DE ESTRATIFICACIÓN  Plano de estratificación es una superficie paralela a la superficie de deposición, que puede tener o no una expresión física clara. En las pizarras arcillosas, por ejemplo, la roca rompe siguiendo los planos de estratificación, mientras que en algunas areniscas los planos de estratificación están caracterizados por cambios de color, tamaño del grano, etc., pero no hay ningún plano preferente de división. FOLIACIÓN  Se denomina foliación a la disposición en láminas que adquiere la materia que forma ciertas rocas cuando estas se ven sometidas a grandes presiones. Este rasgo se da cuando se produce metamorfismo. Se distinguen varios tipos de foliacióndependiendo de la mineralogía de la roca madre y del grado de metamorfismo.  Pizarrosidad: Minerales planares y bajo grado de metamorfismo. Por ejemplo la pizarra.  Esquistosidad: Metamorfismo de grado medio-alto. Un ejemplo es el esquisto.  Bandeado gneísico: El grado de metamorfismo es alto, produciéndose la segregación de los minerales en capas. Por ejemplo el gneis.
  • 29. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 29 CLIVAJE  Propensión que un mineral tiene a dividirse en capas paralelas. DIACLASA  Una diaclasa (del griego «διά» dia, a través de, y klasis, rotura) es una fractura en las rocas que no va acompañada de deslizamiento de los bloques que determina, no siendo el desplazamiento más que una mínima separación transversal. Se distinguen así de las fallas, fracturas en las que sí hay deslizamiento de los bloques. Son estructuras muy abundantes. Son deformaciones frágiles de las rocas.
  • 30. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 30 FALLAS  En geología, una falla es una fracturaen el terreno a lo largo de la cual hubo movimiento de uno de los lados respecto del otro.  Las fallas se forman por esfuerzos tectónicos o gravitatorios actuantes en la corteza. La zona de ruptura tiene una superficie ampliamente bien definida denominada plano de falla, aunque puede hablarse de banda de falla cuando la fractura y la deformación asociada tienen una cierta anchura.  Cuando las fallas alcanzan una profundidad en la que se sobrepasa el dominio de deformación frágil se transforman en bandas de cizalla, su equivalente en el dominio dúctil. El fallamiento (o formaciónde fallas) es uno de los procesos geológicos importantes durante la formaciónde montañas. Asimismo, los bordes de las placas tectónicas están formados por fallas de hasta miles de kilómetros de longitud.
  • 31. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 31 CONCLUSIONES 
  • 32. MECANICA DE SUELOS Y ROCAS II ING. SANCHEZ CHEVARRIA DANIEL Página 32 BIBLIOGRAFIA 