PROPIEDADES HIDRAULICAS DE LOS SUELOS TELESUP.pdf

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2013-I

TEMA: PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS

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MECANICA DE SUELSI

12.1 GENERALIDADES

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12.1 GENERALIDADES

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Se estudiaro aterior!ete "as #ro#iedades #ro#iedades e$esarias #ara "a ideti%i$a$i& ideti%i$a$i& ' $"asi%i$a$i& $"asi%i$a$i& de "os sue"os ' de "as ro$as. Si e!(ar)o* e" i)eiero es#e$ia"ista e $i!eta$ioes de(e ta!(i+ #oseer u $oo$i!ieto $uatitati,o de "as #ro#iedades %-si$as de "os !ateria"es $o ue tra(a/a. Si* #or e/e!#"o* e "a $ostru$$i& de ua $i!eta$i& se reuiere a(atir e" i,e" de" a)ua %re0ti$a* e" i)eiero de(er0 estar i%or!ado $o res#e$to a "as #ro#iedades idr0u"i$as ' "as $ara$ter-sti$as de drea/e de "os !ateria"es de" su(sue"o.

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12.2 CAPILARIDAD

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La $a#i"aridad es u #ro$eso de "os %"uidos ue de#ede de su tesi& su#er%i$ia" "a $ua"* a su ,e* de#ede de "a $oesi& de" "-uido ' ue "e $o%iere "a $a#a$idad de su(ir o (a/ar #or u tu(o $a#i"ar. Cuado u "-uido su(e #or u tu(o $a#i"ar* es de(ido a ue "a %uera iter!o"e$u"ar o $oesi& iter!o"e$u"ar etre sus !o"+$u"as es !eor ue "a adesi& de" "-uido $o e" !ateria" de" tu(o3 es de$ir* es u "-uido ue !o/a. E" "-uido si)ue su(iedo asta ue "a tesi& su#er%i$ia" es eui"i(rada #or e" #eso de" "-uido ue ""ea e" tu(o.

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4ste es e" $aso de" a)ua* ' esta #ro#iedad es "a ue re)u"a #ar$ia"!ete su as$eso detro de "as #"atas* si )astar eer)-a #ara ,e$er "a )ra,edad. Si e!(ar)o* $uado "a $oesi& etre "as !o"+$u"as de u "-uido es !0s #otete ue "a adesi& a" $a#i"ar* $o!o e" $aso de" !er$urio* "a tesi& su#er%i$ia" a$e ue e" "-uido des$ieda a u i,e" i%erior ' su su#er%i$ie es $o,e5a.

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Le' de6uri La "e'de%ie"a a"tura ue se a"$aa $uado se eui"i(ra e" #eso de "a $o"u!a de "-uido ' "a %uera de as$esi& #or $a#i"aridad. La a"tura  e !etros de ua $o"u!a "-uida est0 dada #or "a e$ua$i&:

 7 2ϒ$os89)r

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dode:

7 Tesi&su#er%i$ia" iter%a$ia";N9!<

ϒ

= 7 0)u"o de$ota$to 7desidad de" "-uido;>)9!?V re%"e/a #ro#iedades %-si$as de "os sue"os e idi$a $o $uata %a$i"idad %"u'e e" a)ua a tra,+s de" sue"o. La #er!ea(i"idad o $oe%i$iete de #er!ea(i"idad >V es ua de "as #ro#iedades !as iteresates de "os !ateria"es ue "os i)eieros* idro)e&"o)os ' es#e$ia"istas e a)ua su(terr0ea de(e tratar. Su si)i%i$ado rea" #uede ser di%-$i" de eteder ' #or tato !u$os !a"os etedidos #uede e5istir res#e$to a "o ue es u !ateria" #er!ea("eV* "o ue es u  (ue !ateria" de drea/eV o "o ue es u !ateria" #er!ea("e.

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A" tratar esta #ro#iedad de "os sue"os ' ro$as de(e!os sea"ar su i!#orta$ia ' teer u $oo$i!ieto !u' #ra$ti$o #ara "a #ro'e$$i& de "as %uturas o(ras $i,i"es ' e es#e$ia" de "as ,-as ue so e" e/e de $o!ui$a$i& itera ' ue tato se ,e a%e$tadas #or %a"ta de ua (uea $u"tura e "a i)eiera de drea/e. E e" estudio de "a !e$0i$a de sue"os u !ateria" es $osiderado #er!ea("e si $otiee #oros iter$oe$tados* )rietas u otra sa"ida a tra,+s de "as $ua"es e" a)ua #uede %"uir.

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La ,e"o$idad $o "a ue e" %"uido atra,iesa e" !ateria" de#ede de tres %a$tores (0si$os: •

La#orosidad de"!ateria".

•

Ladesidad de" %"uido $osiderado* a%e$tada #or su te!#eratura .

•

La#resi& a ue est0 so!etido e" %"uido.

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Dode: >: es e" $oe%i$iete de #er!ea(i"idad ;$!9se)< W: $ostate de #er!ea(i"idad de" !ateria" X: ,is$osidad de" %"uido $ir$u"ate YZ: #eso es#e$-%i$o de" %"uido $ir$u"ate.

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12.1 LEJ DE DARCJ

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LA E[PERIENCIA DE DARCJ E 1BK Her' Dar$' a tra,+s de e5#eri!etos uti"iado e" !ode"o !ostrado e$otr& ue e" $auda" ue atra,esa(a e" $i"idro de area era "iea"!ete #ro#or$ioa" a "a se$$i& ' a" )radiete idr0u"i$o:

Q

kA(h3  h4 )  L

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Dode: \7 "u/o o $auda" de sa"ida ;L?9T< >7 Per!ea(i"idad o Codu$ti,idad idr0u"i$a ;L9T< A7 Área tras,ersa" a" %"u/o ;L@< L7 Dista$ia etre #ie&!etros ;L< ;] < 7 P+rdida de $ar)a ;L<

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entra Q 1 2 3

L

Arena

h3

4

sale Q

h4

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>se deo!ia $oe%i$iete de #er!ea(i"idad de Dar$'* si!#"e!ete #er!ea(i"idad o !e/or $odu$ti,idad idr0u"i$a* ' es ua $ostate #ro#ia ' $ara$ter-sti$a de $ada !ateria". Tiee di!esioes de ,e"o$idad ' se #uede de%iir $o!o e" ,o"u!e de a)ua )ra,-%i$a ue %"u'e #or uidad de tie!#o a tra,+s de "a uidad de su#er%i$ie de se$$i& de a$u-%ero* (a/o u )radiete idr0u"i$o uidad* a "a te!#eratura de 2^ C.

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La "e' de Dar$' se e5#resa ta!(i+:  7 \9A o $auda" ue $ir$u"a #or!@de se$$i& 7d9d" )radieteidr0u"i$o ;i : Coe%i$ietede #er!ea(i"idad `$!9se). i

: Gradieteidr0u"i$o `a di!esioa".

A : Se$$i&tras,ersa" de" %i"tro `$!@.

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LEJ DE DARCJ E" %"u/o de a)ua a tra,+s de !edios #orosos esta )o(erado #or ua "e' de Dar$'* ue e$otr& ue #ara ,e"o$idades su%i$iete!ete #euease" )asto o $auda" \es:

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Dode: \ :Cauda" o )asto `$!?9se). b : aria$i&de" ,o"u!e e u di%ere$ia" detie!#o. bt : Di%ere$ia"detie!#o. > : Coe%i$ietede #er!ea(i"idad `$!9se). i

: Gradieteidr0u"i$o `a di!esioa".

A : Se$$i&tras,ersa" de" %i"tro `$!@.

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Si se $osidera "ae$ua$i& de $otiuidad:

Dode: \:Cauda" o )asto `$!? 9se).  : e"o$idad `$!@9se). A :Áreatras,ersa"`$!@.

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Es #osi("e re"a$ioar"os de %or!a ta" ue:

Dode: \:Cauda" o )asto `$!? 9se). > : Coe%i$iete de #er!ea(i"idad `$!9se). i

: Gradiete idr0u"i$o `a di!esioa".

E5#resi& $oo$ida $o!oLe' de Dar$'.

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GRADIENTE HIDRÁULICO La $ir$u"a$i& de" a)ua detro de u !edio #oroso se "a des$ri(e a tra,+s de "-eas de %i"tra$i&. Se deo!ia "-ea de %i"tra$i& a "a $ur,a des$ri#ta #or e" es$urri!ieto a tra,+s de u !ateria" #er!ea("e. E" a)ua ue $ir$u"a e e" sue"o si)ue tra'e$torias ue se des,-a err0ti$a!ete de di$as "-eas* #ero !u' #o$o. Cuado "as "-eas de %i"tra$i& so re$tas ' #ara"e"as se di$e ue "a %i"tra$i& es "iea".

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Los #utos a ' ( re#reseta "os e5tre!os de ua "-ea de %i"tra$i& detro de ua !uestra de sue"o. E $ada e5tre!o de "a !is!a se a $o"o$ado u tu(o#ieo!+tri$o#ara idi$ar e" i,e" a" ue e" a)ua se e"e,a e di$os #utos. Para $ua"uier #uto e "a !uestra* #or e/e!#"o e" #uto (*"a $ar)a tota"*  (se de%ie $o!o:

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Dode:

(

: Car)a de #osi$i& e ( res#e$to de u #"ao ar(itrario ;!<

u(9ϒw: Car)a #or #resioes eutras e !etros. u(

: Presi& eutra e ( ;WN9!@:

Dode: W.Bes e" ,a"or de" $oe%i$iete de #er!ea(i"idad #ara ua re"a$i& de ,a$-os e 7 .B. Esta e$ua$i& se e5#resa e $ur,as #ara areas %ias ' !ediaas "i!#ias de )rao de (uea $u(i$idad.

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Te!#eratura de" a)ua:De u a0"isis te&ri$o sur)e ue e" ,a"or de" $oe%i$iete de #er!ea(i"idad de" sue"o es #ro#or$ioa" a "a ,is$osidad $ie!0ti$a de" a)ua* e5#resado !ediate "a re"a$i&:

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Re#reseta "a ,is$osidad $ie!0ti$a de" a)ua*  "a ,is$osidad de" a)ua* ) "a a$e"era$i& de "a )ra,edad 'ϒe" #eso es#e$i%i$o de" a)ua. E" ,a"or de" $oe%i$iete de #er!ea(i"idad o(teido !ediate esa'os* de#ede de "a te!#eratura a "a ue %uero rea"iados* or!a"!ete se "os sue"e re%erir a ua te!#eratura T 7 2 C* #ara "os $ua"es se tiee:

Dode e" su(-di$e t a$e re%ere$ia a "os resu"tados de "a #rue(a. La re"a$i& #"ateada aterior!ete es ,a"ida #ara areas ' #reseta #eueas des,ia$ioes #ara ar$i""as.

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Estru$tura ' estrati%i$a$i&:E" $oe%i$iete de #er!ea(i"idad de u sue"o ia"terado es distito a" de" !is!o sue"o re!o"deado3 $a!(ia su estru$tura ' estrati%i$a$i&. E e" re!o"deado ueda "i(res #art-$u"as de sue"o* ue a" %"uir e" "iuido "as !ue,e ' rea$o!oda* o(stru'edo $aa"es. E otras o$asioes so arrastradas a" e5terior* $o "o $ua" e" ,a"or de" $oe%i$iete de #er!ea(i"idad ,ar-a durate "a rea"ia$i& de" esa'o* esto o$urre e )eera" e sue"os $o ,a"ores de $oe%i$iete de #er!ea(i"idad etre 1 ' 1 $!9se).

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A)u/eros ' %isuras:He "adas* $i$"os a"terados de u!ede$i!ieto ' se$o* e%e$tos de ,e)eta$i& ' #eueos or)ais!os #uede $a!(iar "as $odi$ioes de" sue"o* #ro,o$ado dis$otiuidades* %isuras* a)u/eros* et$.* ue a$e ue "as $ara$ter-sti$as de #er!ea(i"idad de "os sue"os sea di%eretes. Ta!ao de #art-$u"as:E" ta!ao de "as #art-$u"as de" sue"o a%e$ta "a #er!ea(i"idad de" !is!o.La "e' de #oiseui""e* de!uestra ue "a ,e"o$idad #ro!edio a tra,+s de u tu(o $a#i"ar es #ro#or$ioa" a" $uadrado de" di0!etro de" tu(o.

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Por "o tato* a0"o)a!ete* es raoa("e es#erar ue "a ,e"o$idad de %i"tra$i& a tra,+s de u sue"o $oo$ido ' e" $oe%i$iete de #er!ea(i"idad de ese sue"o* sea #ro#or$ioa"es a" $uadrado de "a di!esi& #ro!edio de" #oro.

Dode: #ro!* es "a ,e"o$idad #ro!edio a tra,+s de u tu(o $a#i"ar ;$!9se).

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f Se rea"i& ua #rue(a de #er!ea(i"idad $o u #er!e0!etro de $ar)a ,aria("e $o di0!etro iterior de B $!. E" di0!etro iterior de" tu(o ,erti$a" %ue de 2 !!. La !uestra tu,o ua "o)itud de  $!. Durate u #er-odo de K !!* "a $ar)a so(re "a !uestra dis!iu'& de 1 a B $!. Ca"$u"e e" ,a"or de >.