Agua en los suelos permeabilidad

Agua en los suelospermeabilidadUnidad 2Ley de DarcyDarcy descubri que el flujo de agua en mm/seg a travs de un suelo es proporcional al gradiente hidrulico i.

Se considera un flujo laminar

Z: Distancia recorrida Z=LEl flujo de agua a travs del suelo se dice que es laminarcuando la partcula de agua se mueve a lo largo de unatrayectoria definida, que no interfiere con la trayectoria decualquier otra partcula.2Ley de Darcy: La velocidad de filtracin a travs de una columna de suelo saturado, es proporcional al gradiente hidrulico.

v = k * i

k = coeficiente de permeabilidad del suelo.Ley de Darcy

Ley de Darcy: experimentoCantidad de aguaEspesor de la muestraAltura capilarDepende de propiedades del liquido:Peso especfico Tensin superficial Superficie A

Ley de Darcy: experimento

v: velocidad de filtracinDarcy estudi las propiedades del flujo de agua a travs deun lecho filtrante de arenas, logrando encontrar unacorrelacin entre: la cantidad de agua "Q que fluye a travsde una superficie, la magnitud de dicha superficie A , elgradiente hidrulico "i y el coeficiente de permeabilidadk.Hizo variar la longitud o espesor de la muestra (L) y lapresin de agua en la parte superior e inferior, lograndodeterminar el gasto Q a travs de la arena5Laboratorio

Permemetro de carga constanteSuelos de arena gruesa

Permemetro de carga variableArenas muy finas y limos.Determinacin Permeabilidad

Determinacin PermeabilidadPermemetro de carga constante:Suelos de arena gruesa

BaseTapaFrasco medidorTubos manomtricos

La muestra de suelo se coloca en el cilindroSe deja circular el agua, a travs de la muestra de suelo con una carga controladaCuando se logra una situacin estable, se mide el tiempo que se tarda en recoger una cierta cantidad de agua en el frasco Al mismo tiempo se mide la diferencia de nivel del agua en los dos tubos manomtricosDeterminacin Permeabilidad

La diferencia de nivel del agua en los dos tubos manomtricos, representa la prdida de carga que se produce cuando el agua circula en una longitud de suelo igual a la distancia entre las conexiones.

Tambin se mide el dimetro interno del cilindro.Determinacin Permeabilidad

Por Darcy Velocidad de filtracin

La descarga es por unidad de tiempo:

Segn Darcy:

Determinacin Permeabilidad

EjemploCalcular el coeficiente de permeabilidad de una muestra de arena, considerando los siguientes datos:Dimetro del permemetro = 75 mmPrdida de carga en 200 mm de longitud = 83,2 mmAgua recogida en 1 minuto = 66,8 ml

d = 75 mm L = 200 mm h = 83,2 mmq = 66,8 ml en 1 min.EjemploUNIDADES!q = 66,8 ml en 1 minSistema internacional en segundosLos otros datos estn expresados en mm

1 min = 60 seg

Ejemplo

d = 75 mm L = 200 mm h = 83,2 mmq = 1113 mm3/seg

Permemetro de carga variableArenas muy finas y limos.Determinacin Permeabilidad

Placa perforadaTapaTubo verticalSe abre la llave de paso de entrada de agua y se cierra la llave de paso ubicada en el tubo vertical. Despus se cierra la llave de paso de entrada de agua y se abre la otra, registrndose el tiempo que tarda el agua en caer entre dos niveles. Se registra la longitud y el dimetro del cilindro y el dimetro del tubo vertical.Determinacin Permeabilidad

Determinacin PermeabilidadPor Darcy Velocidad de filtracin

El tiempo transcurrido para que el agua descienda de h1 a h2 en el tubo vertical, est dado por la expresin:

EjemploUn permemetro de carga variable tiene un dimetro de 75 mm y la longitud de la muestra de suelo es de 150 mm. El dimetro del tubo vertical es de 15 mm. Durante el ensayo la carga descendi de 1300 mm a 800 mm, en un tiempo de 2,25 min. Calcular el coeficiente de permeabilidad del suelo en mm/seg.EjemploD = 75 mmd = 150 mmh1 = 1300 mmh2 = 800 mmt2 t1 = 2,25 min = 135 seg

In situ

Permeabilidad de una masa de suelo confinado

Permeabilidad de un acufero libreDeterminacin PermeabilidadPermeabilidad de una masa de suelo confinadoDeterminacin Permeabilidad

Nivel impermeableNivel impermeableNivel permeableDistancias desde el pozo de bombeo a los sondajesAgua bombeada q: m3/segNivel piezometrico:Cuando el nivel fretico no se encuentra a la presin atmosfrica, sino que la supera, se dice que el acufero no es libre, sino cautivo o confinadoDeterminacin Permeabilidad

En este caso, cuando se realiza un pozo o sondeo, el agua tiende a ascender traspasando el techo (semipermeable o impermeable) del acufero. En estas condiciones, el nivel fretico pasa a denominarse nivel piezomtrico

Pruebas de bombeo:Mtodo ms exacto para determinar el valor de k.Determinacin Permeabilidad

Hay una directa relacin entre la permeabilidad del subsuelo y el grado en que disminuye el nivel fretico en un pozo cuando se bombea una cierta cantidad de agua.

EjemploUna capa de arena de 6 m de espesor, se encuentra bajo un estrato de arcilla de 5 m y sobre un grueso de esquisto (roca impermeable). Para determinar la permeabilidad de la arena , se perfor un pozo hasta el lecho de esquisto y el agua fluy a travs del mismo a razn de 0,01 m3/seg. Se perforaron dos pozos de observacin a travs de la capa de arcilla a 15 y 30 m respectivamente del pozo de ensayo y el nivel de agua ascendi en ellos 3 y 2.5 m. Calcular, aplicando la ley de Darcy, el coeficiente de permeabilidad del sueloArcilla: ImpermeableArena: PermeableEsquisto: Impermeable6 m5 mQ

DATOS:

q = 0.01m3/seg H = 6 mh2 = 6 m + 3 m = 9 mh1 = 6 m + 2.5 m = 8.5 mr1= 15 mr2= 30 mh2Ejemplo

DATOS:

q = 0.01m3/seg H = 6 mh2 = 6 m + 3 m = 9 mh1 = 6 m + 2.5 m = 8.5 m r1= 15 mr2= 30 m

Permeabilidad en un acufero libreDeterminacin Permeabilidad

Nivel impermeableNivel permeableAgua bombeada q: m3/segDistancias desde el pozo de bombeo a los sondajes

Determinacin Permeabilidad

EjemploUna capa de suelo arenoso descansa sobre un lecho de material impermeable. Para determinar la permeabilidad in situ del suelo se perfor un pozo hasta el fondo de la capa.Se realizaron, adems dos sondajes a distancias de 12,5 y 25 m , respectivamente, del pozo de ensayo. Se bombe agua del pozo, a razn de 0,003 m3/seg, hasta que se estabiliz el nivel.La altura del agua en los pozos de observacin fue de 4,25 y 6,50 m, respectivamente, sobre el lecho impermeable.Determinar el coeficiente de permeabilidad del suelo arenoso en m/da.Arena: PermeableImpermeableQh2DATOS:

q = 0,003 m3/seg1 da=86.400 seg = 259 m3/dah1 = 4,25 mh2 = 6,50 mr1 = 12,5 mr2 = 25,0 mEjemplo

DATOS:

q = 259 m3/dah1 = 4,25 mh2 = 6,50 mr1 = 12,5 mr2 = 25,0 m

Agua en los suelosEfecto aguas subterrneas en la construccinUnidad 2Efectos del agua subterrnea sobre la construccinLa presencia de agua en los suelos o las variaciones de humedad, pueden tener consecuencias tanto en la capacidad de soporte de los suelos la metodologa empleada en la construccin los costosen el diseo del proyecto de fundacin

Efecto en los suelosLos terrenos conformados por gravas y/o arenas gruesas tienen casi las mismas caractersticas secos que saturados, de modo que el agua subterrnea prcticamente no afecta sus propiedades.En arenas finas o arenas arcillosas, la humedad capilar acta como un agente cementador, y tiene el efecto de aumentar la adherencia y el volumen del suelo.Si un terreno de este tipo est sometido a ciclos alternados de humedad y sequedad, es aconsejable construir un sistema de zanjas de drenaje para evitar los cambios de volumen. Lo mismo debe hacerse en terrenos principalmente arcillosos, en los cuales los cambios de volumen son an ms acentuados.

Efecto en los costos y mtodos constructivosCuando el nivel de la cimentacin est por debajo del nivel de la napa subterrnea, se modifican sustancialmente las condiciones de ejecucin y el costo de la obra. En este escenario se deber prestar especial atencin al mtodo que se emplee para realizar la excavacin, de modo que:no produzca efectos negativos en el suelo de sustentacin por las presiones de filtracin y/o sifonamiento hidrodinmico.no afecte estructuras adyacentes al modificar las condiciones del suelo por el uso de sistemas de drenaje.se utilice el mtodo de excavacin ms seguro y econmico para no encarecer excesivamente la obra.Efecto en el proyecto de fundacinEl proyecto de una fundacin emplazada en un rea con presencia de agua, debe tener en cuenta al momento de disear y construir:

Corriente de agua superficial:El agua superficial en zonas lluviosas y terrenos con pendientes fuertes o en cauces naturales puede acarrear las partculas del suelo y socavar o erosionar las fundaciones.

Este problema puede enfrentarse construyendo zanjas de drenaje o protecciones adecuadas para desviar la corriente.Efecto en el proyecto de fundacinAgua estancada o excesiva humedad:Cuando la fundacin ha quedado por debajo de la napa fretica, el contacto entre las paredes de ella y el agua va a perdurar en el tiempo y ser muy probable que las paredes de la fundacin se comiencen a filtrar, inundando subterrneos y galeras bajo el nivel de la napa.Adems, es posible que el agua ascienda por capilaridad, deteriorando las pinturas y afectando otras terminaciones.Las soluciones a este tipo de problema son variadas y en general consisten en evitar el ingreso del agua por medio de impermeabilizacin o evacuacin del agua de la superficie, entre las que cabe mencionar:empleo de hormigones impermeablesempleo de sellos de impermeabilizacin en los murosempleo de geotextiles drenantesempleo de drenes de agregadosTambin, para evitar el ascenso por capilaridad, se deben emplear sellos aislantes entre muros superiores y fundaciones.Aguas corrosivas:Tanto el agua superficial como el agua subterrnea, podran contener sales u otros agentes corrosivos. Al filtrarse este tipo de agua por las paredes de una fundacin de hormign armado, puede causar importantes daos a las armaduras, ya sea de refuerzos o de anclajes.

Efecto en el proyecto de fundacinEmplazamientos en zonas fras: En zonas fras el cambio de temperatura ambiente puede congelar el agua contenida en las capas superficiales, con los consecuentes cambios de volumen y propiedades del suelo. Efecto en el proyecto de fundacinPor esta razn , las fundaciones deben llevarse a profundidades no afectadas por los cambios trmicos: del orden de 60 cm en las zonas norte y central del pas, y de 1,0 a 1,5 m en la zona sur-austral y en la alta cordillera.

Agua en los suelosMtodos de agotamientoUnidad 2Mtodos de agotamientoEn los trabajos de cimentacin, el agua subterrnea origina grandes complicaciones. Dificulta el trabajo de los operariosModifica el estado de equilibrio de las tierraspuede provocar desprendimientos, lo que obliga a ejecutar cuidadosas entibaciones.Con frecuencia es necesario extraer el agua de las excavaciones, tanto a poca como a mucha profundidad.Existen dos grandes grupos de procedimientos para agotar una excavacin:Mediante bombeo hacia una poceta de desagePor descenso de la capa fretica mediante pozos filtrantesAgotamiento mediante pocetasEl agua canalizada en el fondo de la excavacin mediante canaletas es dirigida hacia pocetas, de donde ser evacuada por bombeo. Este mtodo se utiliza principalmente en pequeas excavaciones, o cuando las construcciones vecinas limitan el espacio disponible.El inconveniente mayor que se presenta es el de tener que dejar manar el agua en el interior de la excavacin, ya que bajo la influencia de la presin esta agua tiende a arrastrar el terreno con ella, y por lo tanto a destruir su estado de equilibrio.El resultado es un hinchamiento seguido de una dilucin en el caso de suelos arcillosos, y cierta tendencia al derrame en las arenas, que puede provocar perturbaciones tanto en la excavacin como en sus proximidades.La fluencia del agua al interior de la excavacin dificulta tambin la ejecucin del hormign armado.Las bombas utilizadas deben ser capaces de extraer el agua cargada de arena o limo, que atraviesan los filtros.Generalmente se emplean bombas centrfugas, con alturas de aspiracin que pueden pasar de los 10 m y alturas de impulsin superiores a 30 m. Su caudal vara desde una decena de m3/hr hasta cientos de m3/hr, dependiendo de las alturas de aspiracin e impulsin.Agotamiento mediante pocetasDescenso de la capa freticaEl procedimiento se basa en efectuar importantes bombeos en las proximidades de la excavacin, de forma que descienda provisionalmente el nivel del agua durante la ejecucin de los trabajos.

La operacin de bombeo se inicia antes de iniciar la excavacin, continuando hasta el trmino de los trabajos subterrneos.No hay arrastre de materiales dentro de la excavacin y, al contrario, la salida o evacuacin del agua provoca generalmente una consolidacin del terreno.Como el bombeo puede durar varias semanas o meses, la cantidad total de materia slida arrastrada puede llegar a ser importante, originando perturbaciones en las construcciones aledaas. Por esto, la eleccin de los filtros es fundamental, puesto que actualmente se puede suprimir casi por completo la aspiracin de partculas.Para hacer descender la capa fretica se utilizan tres mtodos:Numerosos pequeos pozos bastante prximos entre s.Pozos potentes y espaciados.Bombas sumergidas de gran potencia para profundidades importantes.Descenso de la capa fretica