tipos de suelos y sus propiedades

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DEFINICION Suelo: • se denomina suelo a todo agregado natural no cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta junto con el agua y aire que ocupan los espacios vacíos entre partículas sólidas • conjunto de partículas minerales o de materia orgánica en forma de depósito, generalmente minerales, pero a veces de origen orgánico, que pueden separarse por medio de una acción mecánica sencilla y que incluyen cantidades variables de agua y aire 1 Estudio y Descripción de las Fases del Suelo En el modelo de fases, se separan volúmenes V y pesos W como se muestra en la tabla 1.1 Realidad Conceptualización Modelo 1.1 Distribución de las fases de un suelo: Balance de Volumen VT= VS + VV = VS + VW + VA Balance de Masa MT= MS + MW VT: Volumen total VA: Volumen de aire VW: Volumen de agua VS: Volumen de solido VV: Volumen de los huecos MT: Masa total MA: Masa de aire MW: Masa de agua MS: Masa de solido PT: Peso total PW: Peso de agua PS: Peso de solido Tabla 1.1 Paritucula de Suelo S: Solido Agua + electrolitros W: Liquido • Aire A: Gase

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propiedades de los suelos

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Page 1: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

DEFINICION

Suelo:

• se denomina suelo a todo agregado natural no cementado de granos minerales y materia

orgánica descompuesta junto con el agua y aire que ocupan los espacios vacíos entre partículas

sólidas

• conjunto de partículas minerales o de materia orgánica en forma de depósito, generalmente

minerales, pero a veces de origen orgánico, que pueden separarse por medio de una acción

mecánica sencilla y que incluyen cantidades variables de agua y aire

1 Estudio y Descripción de las Fases del Suelo

En el modelo de fases, se separan volúmenes V y pesos W como se muestra en la tabla 1.1

Realidad Conceptualización Modelo

1.1 Distribución de las fases de un suelo:

Balance de Volumen

VT= VS + VV = VS + VW + VA

Balance de Masa

MT= MS + MW

VT: Volumen total VA: Volumen de aire VW: Volumen de agua VS: Volumen de solido VV: Volumen de los huecos

MT: Masa total MA: Masa de aire MW: Masa de agua MS: Masa de solido

PT: Peso total PW: Peso de agua PS: Peso de solido

Tabla 1.1

• Paritucula de SueloS: Solido

• Agua + electrolitrosW: Liquido

• AireA: Gase

Page 2: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

1.2 PROPIEDADES ÍNDICES RELACIONES VOLUMÉTRICA Y GRAVIMÉTRICAS

Permiten definir cuantitativamente las propiedades de un suelo, sus condiciones y su

comportamiento físico y mecánico

RELACIONES FUNDAMENTALES:

VOLUMÉTRICAS:

‖ Relación de vacíos

‖ Porosidad Grado de saturación

‖ Densidad relativa

GRAVIMÉTRICAS:

‖ Humedad

‖ Peso especifico relativo de los sólidos o gravedad específica

‖ Peso específico seco Peso específico húmedo

‖ Peso específico saturado

‖ Peso específico sumergido

1.2.1 Porosidad η.

Se define como la probabilidad de encontrar vacios en el volumen total. Por eso 0 < η <

100% (se expresa en %). En un solido perfecto η = 0; en el suelo η ≠ 0 y η ≠ 100%.

𝜼(%) = (𝑽𝑽

𝑽𝑻) ∗ 𝟏𝟎𝟎

Dónde:

‖ 𝜼: Porosidad (en %)

‖ VV : Volumen de vacíos

‖ VT : Volumen total

Rango:

0 < 𝜼 < 100

Algunos valores característicos:

‖ Arenas: 𝜼 = 25 % a 50 %

‖ Arcillas: 𝜼 = 30 % a 90 %

1.2.2 Relación de vacíos e.

Es la relación entre el volumen de vacíos y el de los sólidos. Su valor puede ser e > 1 y

alcanzar valores muy altos. En teoría 0 < e ∞

El termino compacidad se refiere al grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo,

dejando mas o menos vacios entre ellas. En suelos compactos, las partículas solidas que lo

constituyen tienen un alto grado de acomodo y la capacidad de deformación bajo cargas será

Page 3: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

pequeña. En suelos poco compactos el volumen de vacios y la capacidad de deformación serán

mayores. Una base de comparación para tener la idea de la compacidad alcanzada por una

estructura simple se tiene estudiando la disposición de un conjunto de esferas iguales. En la

figura 1.3 se presenta una sección de los estados mas suelto y mas compacto posible de tal

conjunto. Pero estos arreglos son teóricos y los cálculos matemáticos.

Los parámetros adicionales n y e (siempre n < e). se relacionan asi: como Vv/Vs es la relación de

vacíos entonces:

𝑽𝑽

𝑽𝑺=

𝑽𝑽

𝑽𝑻−𝑽𝑽=

𝑽𝑽𝑽𝑻

𝟏−𝑽𝑽𝑽𝑻

𝐞 = 𝜼

𝟏−𝜼 𝜼 =

𝒆

𝟏+𝒆

Con la práctica, para suelos granulares, los valores típicos son:

Arena bien gradada e = 0,43 – 0,67 η= 30 – 40%

Arena uniforme e = 0,51 – 0,85 η= 34 – 46%

1.2.3 Densidad relativa DR. (o Compacidad relativa)

Este parámetro nos informa si un suelo está cerca o lejos de los valores máximo y mínimo de

densidad, que se pueden alcanzar. Además 0 ≤ DR ≤ 1, siendo más resistente el suelo cuando el

suelo está compacto y DR ≈ 1 y menor cuando está suelto y DR ≈ 0. Algunos textos expresan DR

en función del PU seco γd.. Aquí, emax es para suelo suelto, emin para suelo compactado y e para

suelo natura

Los suelos cohesivos, generalmente tienen mayor proporción de vacíos que los granulares; los

valores típicos de η y e son: e = 0.55 – 5.00 η= 35 – 83%

Dónde:

‖ DR: Densidad relativa (en %)

‖ emax: Relación de vacíos máxima

‖ emin: Relación de vacíos mínima

‖ e0 : Relación de vacíos natural

Características:

‖ Si e0 = emax => DR = 0 %

‖ Si e0 = emin => DR = 100 %

Algunos valores característicos:

1.2.4 Grado de saturación S.

DR (%) Suelos granulares

0 – 15 Arena muy suelto

15 – 35 Arena suelto

35 – 65 Arena media

65 – 85 Arena compacta

85 – 100 Arena muy compacta

Page 4: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

Se define como la probabilidad de encontrar agua en los vacíos del suelo, por lo que 0 ≤ S ≤

100%. Físicamente en la naturaleza S ≠ 0%, pero admitiendo tal extremo, S = 0% ⇒ suelo seco

y S =100% ⇒ suelo saturado.

𝑆𝑟 (%) =𝑉𝑊

𝑉𝑉∗ 100

Dónde:

‖ Sr : Grado de saturación (en %)

‖ VW: Volumen de agua

‖ VV : Volumen de vacíos

Rango:

‖ 0 % ≤ Sr ≤ 100 %

Algunos valores característicos:

‖ Suelo seco: Sr = 0 %

‖ Suelo húmedo: 0 % < Sr < 100 %

‖ Suelo saturado: Sr = 100 %

1.2.5 Contenido de aire CA.

Probabilidad de encontrar aire en los vacíos del suelo. 0 ≤ CA ≤ 100%. En el suelo saturado, los

vacíos están ocupados por agua CA = 0 y en el suelo seco, por aire CA = 100%. Naturalmente,

S + CA = 100%.

Dónde:

‖ CA : Contenido de agua (en %)

‖ VA: Volumen de aire

‖ VV : Volumen de vacíos

Nota: En suelos granulares:

‖ DR < 35% es flojo

‖ 35% ≤ DR ≤ 65% es medio

‖ DR > 65% es denso.

𝐶𝐴 =𝑉𝐴

𝑉𝑉∗ 100

1.2.6 Contenido de humedad ω.

Es la relación, en %, del peso del agua del espécimen, al peso de los sólidos. El problema es ¿cuál

es el peso del agua?. Para tal efecto debemos señalar que existen varias formas de agua en el

suelo, y unas requieren más temperatura y tiempo de secado que otras para ser eliminadas. En

consecuencia, el concepto “suelo seco” también es arbitrario, como lo es el agua que pesemos

Page 5: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

en el suelo de muestra. Suelo seco es el que se ha secado en estufa, a temperatura de 105°C –

110°C, hasta peso constante durante 24 ó 18 horas (con urgencia).

El valor teórico del contenido de humedad varía entre: 0 ≤ ω ∞ . En la práctica, las humedades

varían de 0 (cero)hasta valores del 100%, e incluso de 500% ó 600%, en el valle de México.

Dónde:

‖ ω: Humedad en porcentaje

‖ WW: Peso de agua

‖ WS : Peso de sólidos

Rango:

‖ 0 % ≤ ω

Algunos valores característicos:

‖ Arenas: ω= 12 % a 36 % (Sr = 100 %)

‖ Arcillas: ω= 12 % a 325 % (Sr = 100 %)

1.2.7 Peso unitario de referencia γ0

El peso PU de referencia es γ0, que es el valor del PU para el agua destilada y a 4 °C.

γ0= 9.81 KN/m3 ≡ 1.00 Ton/m = 62,4 lb/ft3 = 1,0 gr/cc (para g =1m/seg2). Este es el resultado de

multiplicar la densidad del agua por la gravedad, dado que densidad es masa sobre volumen y

que peso es el producto de la masa por la gravedad.

1.2.8 Gravedad Específica de los sólidos GS.

La gravedad específica es la relación del peso unitario de un cuerpo referida a la densidad del

agua, en condiciones de laboratorio y por lo tanto a su peso unitario γ0. En geotecnia sólo

interesa la gravedad específica de la fase sólida del suelo, dada por GS = γS/γW pero referida al

Peso Unitario de la fase líquida del suelo γW, para efectos prácticos.

𝐺𝑆 = 𝛾𝑆

𝛾0 =

𝑊𝑆

𝑉𝑆 ∗ 𝛾0

Dónde:

‖ GS: Gravedad específica

‖ γS: Peso específico de los sólidos

‖ γ0: Peso específico del agua

Algunos valores característicos:

‖ Arenas: GS = 2.65

‖ Arcillas: GS = 2.7 a 2.9

‖ Suelos con materia orgánica: GS < 2.65

Page 6: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

1.2.9 Peso unitario del suelo.

Es el producto de su densidad por la gravedad. El valor depende, entre otros, del contenido de

agua del suelo. Este puede variar del estado seco γd hasta el saturado γSAT así:

γd ≤ γT ≤ γSAT

2 PROPIEDADES FISICAS DE LOS SUELOS

Las propiedades del suelo que están directamente relacionadas con su forma, tamaño, color,

temperatura, textura, humedad, porosidad y densidad, y que además pueden ser evaluadas

mediante magnitudes físicas internacionales, se denominan propiedades físicas del suelo. En

esta lección entraremos a estudiar los conceptos básicos de las principales propiedades físicas

del suelo con el fin de crear bases teóricas para el desarrollo de problemas donde sean incluidas

estas propiedades.

2.1 La estructura del suelo

El arreglo estructural del suelo esta íntimamente ligado al porcentaje, tipo y distribución de los componentes de su fase sólida, como los minerales y la materia orgánica. Este arreglo de las partículas del suelo forma lo que se denomina la estructura y agregación del suelo. Sin embrago, la estructura está en gran medida ligada a otras propiedades como la textura, el régimen de humedad y la densidad, así como a factores externos como la labranza o el pastoreo. Jaramillo (2002) describe los distintos tipos de estructura, así:

Estructura esferoidal: Estructura redondeada, puede ser migajosa y granular. Está asociada a

horizontes con altos contenidos de materia orgánica, en suelos de orden mollisol y andisol. Los

complejos arcillo humus forman este tipo de estructura, que es óptima para la agricultura.

Estructura en bloques: Predominan terrones duros en suelos con altos contenidos de arcilla o

de óxidos de hierro y aluminio. Son comunes en suelos alfisoles u oxisoles.

Estructura prismática: Estructura asociada a suelos poco evolucionados donde se forman planos

rectos que evidencian los horizontes minerales. Es común encontrarla en suelos inceptisoles.

Estructura columnar: Estructura en forma de columnas que se forman por la disgregación de los

sólidos gracias a la acción del sodio intercambiable, que hace que las partículas de arcillas se

expandan y pierdan cohesión entre ellas. Es común encontrarlos en suelos salinos y aridisoles.

Estructura laminar: Estructura que implica poca evolución de los materiales parentales del

suelo. En muchas ocasiones aflora la roca madre en el horizonte C, así como rocas sedimentarias

o metamórficas. Es frecuente encontrarlos en inceptisoles y ultisoles.

Page 7: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

Estructura cuneiforme: Estructura relacionada con altos contenidos de arcilla expansiva de tipo

2:1, que presenta formas de cuña y estrías en superficie en temporadas secas. Los procesos de

expansión y contracción, son característicos en estas estructuras. Se encuentran típicamente en

suelos vertisoles.

Estructura biológica (bioestructura): Estructura ligada a procesos biológicos, donde las raíces,

los macro y microorganismos generan arreglos de los materiales del suelo. Un ejemplo es la

bioestructura formada por las heces de las lombrices de tierra, así como la generada en las raíces

de algunas plantas que presentan simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno y con hongos

micorrícicos.

La figura 13, ilustra las formas de algunos arreglos estructurales. Nótese la estructura que

pueden formar las raíces de las plantas y las heces fecales de las lombrices de tierra.

Figura 13. Algunas formas de estructura del suelo. (A) Bloques, (B) prismática, (C) Columnar,

(D) Laminar, (E) bioestructura formada por raíz, (F) bioestructura formada por lombrices. Fuente:

Jaramillo (2002).

2.2 Textura de los suelos

La textura se relaciona con su aspecto o “tacto” y depende del tamaño relativo y las formas de

las partículas que lo constituyen. También es función de los rangos de distribución de los

distintos tamaños.

0.075 mm (USCS)

Análisis por

tamizado

Análisis con

hidrómetro

Suelos de Grano Grueso

Suelos de Grano Fino

Page 8: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

Clase de partícula Tamaño del diámetro de la partícula

mm μm

Arena muy gruesa 2 -1 2000 - 1000

Arena gruesa 1 - 0.5 1000 - 500

Arena media 0.5 - 0.25 500 - 250

Arena fina 0.25 - 0.1 250 - 100

Arena muy fina 0.1 - 0.05 100 - 50

Limo grueso 0.05 - 0.02 50 - 20

Limo medio 0.02 - 0.005 20 - 5

Limo fino 0.005 - 0.002 5 - 2

Arcilla gruesa 0.002 - 0.0002 2 - 0.2

Arcilla fina < 0.0002 < 0.2

La clase textural, es la característica que describe la composición del suelo de acuerdo a las

proporciones de arenas, limos y arcillas. Existen 12 clases texturales: Arenosa, Arenosa franca,

Franco arenosa, Franca, Franco limosa, Limosa, Franco arcillo arenosa, Franco arcillosa, Franco

arcillo limosa, Arcillo arenosa, Arcillo limosa, Arcillosa.

Cada clase textural tiene un rango de proporciones de los tres tipos de partículas. La definición

de la clase textural se realiza mediante el triángulo de texturas, después de haber obtenido los

valores correspondientes a las tres partículas mediante análisis de laboratorio, como las pruebas

de la Pipeta y del hidrómetro, descritas por Jaramillo (2002). La Figura 14, ilustra el triangulo de

texturas que clasifica el suelo en 12 clases.

Figura 14. Triángulo textural del suelo. La definición de la clase textural se realiza

de acuerdo al análisis de laboratorio cuyos resultados se expresan en porcentaje de arenas,

limos y arcillas. El triangulo de textura permite definir la clase textural mediante la asignación

de las tres variables.

Page 9: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

De acuerdo a la figura podemos observar que un suelo que presente un 30% de arcillas, 60% de

arenas y 10% de limos; tendrá una clase textural Franco arcillo arenosa. De igual manera,

un suelo que presente un 35% de arcillas, 40% de arenas y 25% de limos; tendrá una clase

textural Franco arcillosa. Las texturas Francas, en especial las Franco arcillosas son las ideales

para la agricultura, ya que presentan valores equilibrados de los tres tipos de partículas,

generando ventajas comparativas en otras propiedades del suelo.

2.3 El color del suelo

El color es una de las propiedades físicas más notorias del suelo. Aunque es una característica

cualitativa, existen formas de determinar los matices, la claridad y los cromos del suelo;

mediante el uso de tablas comparativas de referencia llamadas tablas de MUNSELL. Los colores

del suelo indican procesos formativos y tipos de materiales presentes.

Los colores oscuros en los horizontes superiores del suelo indican buenos contenidos de materia

orgánica, debido a la formación de complejos de humus y arcilla en la estructura. Un suelo con

un color oscuro puede retener mayor cantidad de la energía radiante del sol mejorando los

procesos térmicos e incrementando su actividad biológica. Suelos con bajos contenidos de

materia orgánica y colores oscuros, pueden indicar complejos entre el humus y óxidos de hierro,

carbón u óxido de manganeso.

Los colores rojos en los suelos, indican buenas condiciones de drenaje y ventilación así como

alto grado de meteorización y la presencia de minerales de óxido de hierro y aluminio.

Generalmente estos colores son encontrados en los suelos de ladera de Colombia, la zona

andina y los llanos orientales.

Los colores grises a blancos, reflejan la presencia de contenidos importantes de cuarzo, caolinita

u otras arcillas silicatadas, carbonatos de calcio o magnesio, yeso y sales; indicando en la mayoría

de los casos mal drenaje y bajos contenidos de coloides como la arcilla y el humus.

Los suelos grisáceos, indican condiciones anaeróbicas debidas a épocas de anegamiento o

niveles freáticos muy elevados. Los moteos en el suelo (diversos colores) indican condiciones de

mal drenaje, presentándose particularmente en suelo de textura arcillosa.

2.4 La densidad y porosidad del suelo

La densidad es una propiedad física de las sustancias, que indica la razón que existe entre su masa y el volumen que ocupa en el espacio. El suelo por ser un cuerpo poroso y estar constituido por tres fases, como vimos anteriormente, presenta dos condiciones de densidad: densidad real y densidad aparente.

La densidad real, es la razón entre la masa de suelo seco y el volumen de los sólidos del suelo. De ésta forma, no se tiene en cuenta el volumen que ocupan los espacios porosos ni tampoco la humedad que tiene el suelo. Existen metodologías de laboratorio para estimar la densidad real del suelo como la técnica del Picnómetro. Los valores de la densidad real del suelo, van a depender de las densidades individuales de los minerales componentes. Así por ejemplo el cuarzo, tiene una densidad real de2.6 g.cm-3, la arcilla montmorillonita tiene una densidad real de 2.4 g.cm-3, la calcita de 2.8 g.cm-3 y la hematita de 4.9 g.cm-3, siendo un material bastante pesado.

La densidad aparente, es la razón entre la masa del suelo seco y el volumen total del suelo (volumen de sólidos más volumen de espacios porosos), es decir que tiene en cuenta el arreglo estructural del suelo. Existen metodologías de laboratorio para estimar la densidad aparente del suelo, como las técnicas del cilindro biselado y la del terrón parafinado. La densidad aparente

Page 10: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

del suelo, es un parámetro muy importante, ya que permite hacer estimaciones del peso de la capa arable de un suelo, el cálculo del contenido de nutrientes presenten en el suelo posterior al análisis químico, el grado de compactación de un suelo y el contenido de espacios porosos en compañía de su densidad real. Entre menor sea el valor de la densidad aparente del suelo, mejores son algunas de sus propiedades. Los suelos pesados, es decir con altos contenidos de arcillas y pocos espacios porosos, presentan densidades aparentes entre 1.6 y 1.9 g.cm-3, haciéndolos poco aptos para la agricultura. Por el contrario, los suelos con densidades aparentes cercanas a la unidad, indican presencia de buenos niveles de materia orgánica, lo que los hacen ideales para la agricultura.

La porosidad de un suelo, es el volumen de éste que no se encuentra ocupado por sólidos que componen su textura o materiales orgánicos. Existen dos tipos principales de poros en el suelo: micro poros y macro poros. Los microporos o poros pequeños, se deben a la distribución de las partículas básicas componentes del suelo, por los que se llaman poros texturales. Los macro poros, o poros grandes, se deben al arreglo estructural del suelo y constituyen los poros por donde circula grandes flujos de agua y aire. En los microporos se encuentra el agua retenida por acción de los coloides (arcilla y materia orgánica humificada), y es la que enriquece la solución del suelo, con fines de proveer nutrientes a las plantas.

La porosidad de un suelo se puede calcular a partir de la densidad real y densidad aparente del mismo, así:

𝑃 = (1 −𝐷𝑎

𝐷𝑟) ∗ 100

Donde P es el porcentaje de porosidad del suelo, Da es la densidad aparente del suelo en (g.cm-3) y Dr es la densidad real del suelo en (g.cm-3). Los valores obtenidos de porosidad, van a depender de las características propias y proporción de los materiales componentes del suelo así como de su manejo.

El cuadro 9, indica la clasificación del suelo según su porosidad. Nótese que valores de porosidad por debajo del 40% son considerados bajos ya que el flujo de gases y agua por los espacios porosos se vuelve deficiente e inadecuado para la vida del suelo.

Cuadro 9. Clasificación de un suelo según su porcentaje de porosidad total. Fuente: Kaurichev (1984).

Porosidad total (%) Clasificación

> 70 Excesiva

55 - 70 Excelente

50 - 55 Satisfactoria

40 - 50 Baja

< 40 Muy baja

Page 11: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

3 PROPIEDADES HIDRAULICAS DE LOS SUELOS

3.1 Capilaridad y tensión superficial

3.1.1 Tensión superficial.

Es la propiedad de un líquido en la interfase “líquido – gas”, por la cual las moléculas de la

superficie soportan fuerzas de tensión. Por ella, una masa de agua, acomodándose al área

mínima forma gotas esféricas. La tensión superficial explica “el rebote de una piedra” lanzada al

agua. La tensión superficial se expresa con T y se define como la fuerza en Newtons por

milímetro de longitud de superficie, que el agua es capaz de soportar.

El valor de la tensión es de 73 dinas/cm ≈ 0,074 gf/cm siendo gf, gramos-fuerza. Este coeficiente

se mide en unidades de trabajo (W) o energía entre unidades de área A y representa la fuerza

por unidad de longitud en cualquier línea sobre la superficie. T es entonces, el trabajo W

necesario para aumentar el área A de una superficie líquida.

3.2 Capilaridad.

Fenómeno debido a la tensión superficial, en

virtud del cual un líquido asciende por tubos de

pequeño diámetro y por entre láminas muy

próximas. Pero no siempre ocurre así debido a

que la atracción entre moléculas iguales

(cohesión) y moléculas diferentes (adhesión)

son fuerzas que dependen de las sustancias

(Figura 6.1). Así, el menisco será cóncavo, plano

o convexo, dependiendo de la acción

combinada de las fuerzas de adherencia A y de

cohesión C, que definen el ángulo α de contacto

en la vecindad, y de la gravedad.

NOTA: El tamaño de los poros del suelo es φ /5,

en suelos granulares.

3.1.2 Capilaridad y contracción en suelos arcillosos

Dos fuerzas: Adsorción entre las partículas activas del suelo y el agua y fuerzas osmótica, propia

de la fase líquida y explicada por concentración de iones, explican la capilaridad de las arcillas.

En la adsorción influyen la adherencia y la tensión superficial.

Potencial de humedad o succión pF: Es la máxima

tensión (H en cm) que ejerce el esqueleto del suelo

sobre el agua de los poros. Como la resistencia a la

tensión del agua es 2000 MN/m2 , el valor de pFmax = 7

(equivale a H = 100 Km = 107 cm).

Cuando existe diferencia en el potencial de humedad pF se produce flujo de agua aunque no

exista cabeza hidráulica. El agua así, pasará de regiones con bajo pF hacia las de alto pF. Cuando

ambas igualen el pF, el flujo continuará hasta que se igualen las diferencias de altura.

Page 12: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

3.1.3 Contracción y expansión en arcillas: Los suelos arcillosos pueden cambiar su cohesión así:

Consideremos un tubo horizontal.

‖ ri = Radio del menisco (variable).

‖ Ri = Radio del tubo elástico (variable).

‖ Li = Longitud del tubo con agua (variable).

‖ αi = Ángulo del menisco con el tubo (variable).

El tubo elástico pierde agua; L1 > L2 > L3 en consecuencia, R1

> R2 > R3; de esta manera α1 > α2 > α3, lo que significa que

el menisco tiende a desarrollarse mejor (α → 0°) en virtud de la pérdida de agua.

Esto significa que aumentan los esfuerzos efectivos del suelo al perderse agua (evaporación,

etc.), pues α tiende a 0°. El suelo se contraerá, agrietándose.

6.3 Principios fundamentales del movimiento de un fluido no compresible.

Existen 3 principios en la física que son la

conservación de la energía, la conservación del

momento cinético y la conservación de la masa. En

los fluidos existen los medios porosos, y un medio

poroso consiste en espacios vacíos y continuos, que

garantiza el flujo, es decir, que es permeable.

Las suposiciones básicas serán:

- El medio está saturado.

- La masa de suelo es incompresible.

- Hay sólidos y fluidos incompresibles.

- Sólo puede variar el volumen de los poros.

3.2.1 Ley conservación de la masa

que es la llamada ecuación de continuidad que puede escribirse con una pequeña variación en

función de e0, la relación de vacíos.

3.2.2 Ley conservación de la energía

Al aplicar las ecuaciones de EULER a los líquidos sometidos a la gravedad, y en movimiento

permanente, se obtienen la ecuación de BERNOULLI

Page 13: Tipos de Suelos y Sus Propiedades

En suelos con velocidad de infiltración alta, hv = V2 /2g < 5,1 * 10-4 cm, por lo que esta cabeza

se desprecia , y ayuda sólo la cabeza piezométrica H:

H = hp + hz = P/γ + Z ⇒ cabeza piezométrica H

3.2.3 Ley de conservación del momento

La Ley de Darcy (1856), es empírica y da la velocidad

de infiltración ν cuando existe flujo a través de un

material de porosidad constante K y cuando existe

un gradiente piezométrico i=H/L (ver figura 6.10).

La permeabilidad K del material depende de la

forma de las partículas o intersticios, de la

tortuosidad y del tamaño de los conductos, de la

relación de vacíos e, de la viscosidad del fluido y de

la temperatura (que afecta la viscosidad), entre

otros.

3.3 Presión de poros “U” y potencial “P” en el suelo

Las leyes que gobiernan el flujo de agua son análogas a las del flujo eléctrico. Se requiere, en

ambos casos, de un gradiente de potencial, que oriente las fuerzas del sistema.

La presión de poros U = γW * h ⇒ es la presión intersticial, por debajo del NAF.

El potencial mide la energía del sistema (sección 6.3.3.)

Si existe gradiente en el campo, se da flujo (DARCY).