República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación

Instituto Politécnico Santiago MariñoCátedra: Mecánica de Suelos

Ingeniería Civil

Integrantes:

Glenn Olivares C.I 19.749.185

Mariaury MendozaC.I 20.257.474

Dariangel GarcíaAndrea Matheus

Ciudad Ojeda, Junio del 2012

Indicé

1. Ley de Darcy2. Coeficiente de Permeabilidad3. Velocidad de Descarga Infiltración y Real4. Determinación de la Permeabilidad en el laboratorio,

Valores del Coeficiente de permeabilidad

1. Ley de Darcy:

Henry Darcy Ingeniero Francés realizó un experimento sobre el movimiento del agua a través de un medio poroso que se encontraba dentro de una tubería puesta horizontalmente, con la cual analizó el movimiento del agua a través de la arena que actuaba como un filtro de agua, con este estudio Darcy encontró que la velocidad a la cual

el agua fluye a través de la arena era directamente proporcional a la diferencia de altura entre los dos extremos de la tubería e inversamente proporcional a la longitud de esta.

K la

constante de permeabilidad o la conductividad hidráulica es función de las propiedades del medio poroso y el fluido que pasa a través de él, de hecho es intuitivo pensar que un fluido muy viscoso, por ejemplo petróleo, se moverá a una tasa menor que agua en un mismo tipo de roca. La descarga es directamente proporcional al peso específico del fluido, g, e inversamente proporcional a la viscosidad dinámica del fluido, μ.

Para la formulación de la Ley de Darcy se utiliza la Ley de Conservación de la Materia donde se establece la ecuación que relaciona las cantidades de masa que se conservan en un proceso, para nuestra importancia (INGENIERIA DE PETROLEOS) se deben utilizar las ecuaciones de estado ya que estas nos proporcionan información importante sobre las características y comportamientos de algunos fluidos.

El flujo es dividido por la porosidad para explicar el hecho de que solamente una fracción del volumen total de la formación está disponible para el flujo. La velocidad del

poro sería la velocidad que un traza líneas conservador experimentaría si fue llevado por el líquido con la formación.

2.- Coeficiente de Permeabilidad:

Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es una de las cualidades más importantes que han de considerarse para la piscicultura. Un estanque construido en suelo impermeable perderá poca agua por filtración.

 

 

Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales. En un volumen de esta colección que aparecerá próximamente se ofrecerá información sobre dichas técnicas.

 

 

       

Coeficiente de Permeabilidad 

La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidad del flujo de 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

(cm/s).

Ejemplo 

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 formas de describir la permeabilidad del suelo:

Coeficiente de permeabilidad; 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 núcleo de arcilla impermeable en suelos cuyo coeficiente de permeabilidad sea inferior a K = 1 x 10-4 m/s

Se pueden construir fondos de estanques en suelos con un coeficiente de 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 medidas correctivas para reducir la permeabilidad del suelo cuando existen valores más altos, en particular cuando alcanzan los 10 cm/d o más

3.- Velocidad de Descarga Infiltración y Real:

En 1856, Henri Philibert Gaspard Darcy publicó una simple ecuación empírica para la velocidad de descarga del agua a través de suelos saturados; se basa principalmente en las

observaciones de Darcy, relativas al flujo de agua a través de arenas limpias y se expresa por: V= K i

  Donde: 

v = velocidad de descarga, que es la cantidad de agua que fluye por unidad de tiempo a través de una sección transversal total unitaria de suelo perpendicular a la dirección del flujo.

k = coeficiente de permeabilidad.

El coeficiente de permeabilidad se expresa en cm/s o m/s y la descarga en m3. Debe señalarse que la longitud se expresa en mm o en m, por lo que, el coeficiente de permeabilidad debería expresarse en mm/s en vez de cm/s. sin embargo los ingenieros geotecnistas continúan usando cm/s como la unidad del coeficiente de permeabilidad. La ecuación mencionada anteriormente es válida para condiciones de flujo laminar y aplicables a un amplio rango de suelos en la que v es la velocidad de descarga de agua basada en el área de sección transversal total del suelo. Sin embargo, la velocidad real del agua (es decir, la velocidad de infiltración) a través de los espacios vacios es mayor que v. Una relación entre la velocidad de descarga y la velocidad de infiltración se deriva con referencia a la figura que muestra un suelo de longitud L con un área de sección transversal A. Si la cantidad de agua que fluye a través del suelo en unidad de tiempo es que, entonces:

Donde:Área de vacíos en la sección transversal del espécimen. Sin embargo,

Área de sólidos del suelo en la sección transversal del espécimen. Combinando las ecuaciones.

4.-Determinación de la Permeabilidad en el laboratorio, Valores del Coeficiente de permeabilidad:

Para obtener una medición más exacta de la permeabilidad del suelo, puede realizar el siguiente ensayo de campo que le dará un valor para el coeficiente de permeabilidad:

Utilizando una barrena de sondeo, perfore en el suelo un hoyo de aproximadamente 1 m de profundidad (A), en

el lugar donde desea

 

Llene el hoyo de agua hasta el borde (B/C);

determinar el coeficiente de permeabilidad

Durante por lo menos 20 minutos (B/C), vuelva a llenar el hoyo hasta el borde cada cinco minutos para asegurarse de que el suelo está completamente saturado;Añada agua basta el borde del hoyo y empiece a medir la velocidad a que baja la superficie del agua, utilizando un reloj para medir el tiempo y una regla graduada en centímetros para medir la distancia (P) entre la superficie del agua y el borde del hoyo (D). Deje de medir cuando la velocidad sea casi constante;

Ejemplo La velocidad se hace constante:

 

Mida exactamente la profundidad total del hoyo (H) y su diámetro (D). Exprese todas las mediciones en metros (m):

H = 1,15m y D=12cm o 0,12 m Para cada una de las dos mediciones anteriores

consecutivas de tiempo/distancia, calcule el coeficiente de permeabilidad K utilizando la fórmula siguiente:

K= (D÷2) x In (h1÷ h2) / 2 (t2- t1)

Donde (D ÷ 2) es el radio del hoyo o la mitad de su diámetro en metros;In se refiere al logaritmo natural; h1 y h2 son las dos profundidades consecutivas del agua en metros, h1 al inicio y h2 al final del intervalo de tiempo;(t2 - t1) expresa el intervalo de tiempo entre dos mediciones consecutivas, en segundos.

Note: los valores de h se pueden calcular fácilmente como las diferencias entre la profundidad total del hoyo (H) y los valores de P sucesivos. Para obtener K en m/s cuide de expresar todas las mediciones en metros y segundos.

Ahora compare los valores de K (en m/s) con el Cuadro:

Clases de permeabilidad de los suelos para obras de ingeniería civil: 

Clasesde permeabilidad de los

sue/os

Coeficiente de permeabilidad (K en m/s)

Límite inferior

Límite superior

Permeable 2 x 10-7 2 x 10-1

Semipermeable 1 x 10-11 1 x 10-5

Impermeable 1 x 10-11 5 x 10-7

Ejemplo:

Si (D ÷ 2) = 0.12 m ÷ 2 = 0.06 m y H = 1.15 m, los cálculos de los diferentes valores de K se hacen progresivamente de acuerdo con la fórmula

Nota: para obtener el logaritmo natural de (h1 ÷ h2), tendrá que utilizar una tabla de logaritmos o una calculadora de bolsillo.

Recuerde también que10 - 6 = 0.000001 y 6.8 x 10-6 = 0.000006.

Nota: recuerde que el exponente negativo de 10 refleja el lugar decimal que hay que darle al multiplicando:

K=2X 10-3 =0,002 m/sK = 5 X 10-7 = 0,0000005 m/s

Si desea comparar el valor de K (m/s) con las tasas de Permeabilidad (cm/día) 

Multiplique K por 8 640 000 or 864 x 104

K = 1 x 10-5 m/s = 86.4 cm/día

Pasos sucesivos para el cálculo de los coeficientes de permeabilidad sobre la base de mediciones de campo 

(para la perforación de ensayo con H = 1.15 m y D = 0.12 m)

NOTA: la fórmula para calcular el coeficiente de permeabilidad es K = [(D ÷ 2) x In (h1 ÷ h2)] / 2 (t2 - t1) or A ÷ B.

IntroducciónEl presente trabajo ha sido elaborado con la finalidad de desarrollar los aspectos más resaltantes del tema relacionado con la permeabilidad, La permeabilidad de un material es la capacidad del mismo de dejarse atravesar por el agua en virtud de una diferencia de presión entre dos zonas del mismo. Un material es permeable cuando contiene vacíos continuos que constituyen canales por los que el agua puede fluir. Como tales vacíos existen en todos los suelos, desde las formaciones granulares hasta en las

arcillas más compactas, los suelos son permeables. La circulación de agua por los mismos, obedece aproximadamente a leyes idénticas.La permeabilidad de los suelos, tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en muchas operaciones constructivas, por ejemplo, la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla blanda bajo el peso de un terraplén. La permeabilidad puede tener importancia práctica, ya que el agua ejerce presión sobre el material poroso por el cual circula, y esta presión, que se conoce como presión de filtración o intersticial, puede llegar a ser muy alta.

Los Suelos tienen vacíos interconectados a través de los cuales el agua puede fluir de puntos de alta energía a puntos de baja energía. El estudio del flujo de agua a través de un suelo como medio poroso es importante en la mecánica de suelos, siendo necesario para estimar la cantidad de infiltración subterránea bajo varias condiciones hidráulicas, para investigar problemas que implican el bombeo de agua para construcciones subterráneas sometidas a fuerzas de infiltración

ConclusiónCon la realización de este trabajo de investigación se puede concluir lo siguiente:

Determinamos que es imposible analizar el flujo en un poro individualmente, sin embargo en los problemas de filtración de agua a través de un suelo nos interesa el macro flujo en todos los poros de un elemento de suelo lo suficientemente grande para ser representativo.

Las hipótesis de la ley de Darcy son las siguientes:

    • El análisis diferencial es aplicable al flujo macroscópico de un fluido a través de un medio con poros de tamaño finito    • El flujo no modifica las características del suelo

    • Existe el flujo laminar establecido    • El suelo está saturado.    • El suelo es material continuo y homogéneo

Esto nos ofreció un gran entendimiento para la elaboración y determinación de cada experimento y ensayo posible en este tema de permeabilidad, velocidad de descarga, infiltración y todos estos factores que complementas el tema.