Solos saturados

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TEMA 8. PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS.


AGUA EN EL TERRENO:

Agua de sedimentación.
Agua de infiltración.

Nivel freático:

Lugar geométrico de puntos con presión de agua atmosférica.

AGUA CAPILAR ( Presión negativa )
NIVEL FREÁTICO
AGUA FREÁTICA ( Presión positiva )

LEY DE DARCY ( Conceptos previos ).-

Altura piezométrica, potencial o carga hidrostática[pic]
h = carga hidrostática.
z = altura de elevación
u = presión
(t = presión del líquido
[pic]altura de presión
Gradiente hidráulico

[pic]

Velocidad de flujo
Vector cuya componente en una dirección es el caudal que atraviesa lacantidad de superficie perpendicular a la dirección.

[pic]
v = magnitud del vector
q = caudal que atraviesa el tubo
s = área de la sección transversal de dicho tubo

Henry Darcy demostró experimentalmente, en el año 1856, para el flujo unidireccional del agua la siguiente ley:

v = ki

siendo kuna constante de proporcionalidad que recibe el nombre de “coeficiente de permeabilidad”, y que tiene dimensiones de una velocidad.
La ecuación anterior, extendida a tres dimensiones, toma la forma vectorial:

[pic]

En general, en un líquido newtoniano la ecuación queda:
[pic]
( = coeficiente de viscosidad del fluido(t = peso específico
k´= constante de proporcionalidad que se llama permeabilidad física, la unidad de carga de k´ en el sistema c.g.s. es el cm2.

Condiciones hidrodinámicas necesarias para que se cumpla la ecuación:

1. Medio poroso continuo.
2. Aplicación análisis diferencial.
3. Las fuerzas de inercia son despreciables respecto a las fuerzas deviscosidad, como consecuencia el flujo es laminar.
4. Los poros están saturados.
5. Existe proporcionalidad entre el esfuerzo de corte aplicado al fluido y la velocidad de deformación al corte.
6. El sólido poroso es rígido e isótropo.

Suelos anisótropos:

Los suelos anisótropos que se representan en la naturaleza suelen tener tres planos ortogonales de simetría quese cortan según tres ejes principales x, y, z. Las ecuaciones equivalentes a las anteriores serán:

[pic]
[pic] siendo kx, ky y kz los coeficientes de permeabilidad en las direcciones x, y, z, respectivamente.
[pic]




Validez de la ley de Darcy:

Número de Reynolds:


Diversos investigadores han encontrado que el valor del número deReynolds, R , a partir del cual deja de cumplirse la ley de Darcy, oscila entre 1 y 12. En este caso, el número de Reynolds viene dado por la siguiente expresión:

[pic]


en la cual:
v = velocidad de flujo
DS = diámetro de la partícula cuya superficie específica es igual a la del conjunto
( = densidad del fluido( = coeficiente de viscosidad del fluido

Para números de Reynolds superiores a 12 la importancia de las fuerzas de inercia en el flujo hace que obtengamos la siguiente expresión:

i = a + bv2


Para números de Reynolds comprendidos entre 60 y 12 el flujo se hace turbulento.


Suelos parcialmente saturados:

En los suelos parcialmente saturados existendos fluidos en los poros: agua y aire. La ley de Darcy ha sido obtenida para un solo fluido, por tanto, no es aplicable, en principio, en este tipo de suelos.
Las burbujas de aire taponan parte de los poros en que se encuentran, y no permiten el paso del líquido cuando éste es el permeante. Por ello la permeabilidad al agua de un suelo parcialmente saturado suele ser menor que la del mismo...
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