Flujo de agua en suelos. (84.07) Mecánica de Suelos y Geología Alejo O. Sfriso: Ernesto Strina:

Transcripción

1 (84.07) Mecánica de Suelos y Geología Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar Ernesto Strina: estrina@fi.uba.ar

2 Índice Ley de Darcy Permeámetros Flujo unidimensional Gradiente hidráulico crítico 2

3 Ley de Bernouilli El potencial total de un fluido en movimiento es 2 h = Cuando la velocidad de flujo es despreciable queda h = + 3

4 Ley de Darcy Hipótesis Medio poroso uniforme Flujo laminar La velocidad de flujo es linealmente proporcional al gradiente hidráulico = h = k s el coeficiente de permeabilidad, que depende de la viscosidad del fluido 4

5 Velocidad de filtración La velocidad real de filtración es mayor, porque el área efectiva de flujo es únicamente el área del espacio poral = h = = = = + 5 = 1 + =

6 Estimaciones del coeficiente de permeabilidad Allen Hazen (1986) = Arenas SP sueltas: C = 150 Arenas SW densas: C = 50 Coeficientes de permeabilidad Arena gruesa 10 0 cm/s 10-2 cm/s Arena fina 10-1 cm/s 10-4 cm/s Limos 10-4 cm/s 10-7 cm/s Arcillas 10-6 cm/s 10-9 cm/s 6

7 Índice Ley de Darcy Permeámetros Flujo unidimensional Gradiente hidráulico crítico 7

8 Permeámetro de carga constante Experiencia en laboratorio El permeámetro de carga constante es un cilindro A lleno de suelo por el que fluye agua Caudal Velocidad = Vol L h Darcy = Permeabilidad = 8

9 Permeámetro de carga constante Experiencia en laboratorio A Vol L h 9

10 Permeámetro de carga constante Experiencia en laboratorio A Vol L h 10

11 Permeámetro de carga constante Experiencia en laboratorio A Vol L h 11

12 Permeámetro de carga constante Experiencia en laboratorio A Vol L h 12

13 Permeámetro de carga constante Experiencia en laboratorio A Vol L h 13

14 Permeámetro de carga variable Experiencia en laboratorio Tubo diámetro pequeño (poco volumen) a Velocidad Caudal En el tubo = = h = = h = h A h2 h1 Igualando = h h L 14 Permeabilidad = ln h h

15 Índice Ley de Darcy Permeámetros Flujo unidimensional Gradiente hidráulico crítico 15

16 Flujo paralelo a la estratificación Flujo paralelo: El gradiente es el mismo para ambos estratos = + = + = ( ) = ( ) = Ejercicio en pizarrón

17 Flujo normal a la estratificación Flujo normal: el caudal es el mismo para ambos estratos h = h + h h = = = h + h + = + + h 17 Ejercicio en pizarrón

18 Flujo por peso propio En el flujo por peso propio el agua baja a través del suelo con presión constante e igual a 0 0 kpa 0 kpa 0 kpa = = = h 18

19 Flujo por peso propio En el flujo por peso propio el agua baja a través del suelo con presión constante e igual a 0 = = 0kPa = = = h 19 h = + + = = h = h = 1

20 Índice Ley de Darcy Permeámetros Flujo unidimensional Gradiente hidráulico crítico 20

21 Gradiente hidráulico crítico El gradiente hidráulico crítico es el que produce presión efectiva nula = h + h = h = 0kPa h h = = 21

22 Ejercicio - Enunciado Calcule Caudal Gradiente hidráulico crítico Diagramas de presiones = 10 = = = 22

23 Ejercicio - Solución Caudal + = + = = = / / h + = = = = = =

24 Ejercicio Diagrama de presiones 0 kpa

25 Ejercicio Diagrama de presiones 0 kpa kpa

26 Ejercicio Diagrama de presiones / h = = = 1 10 / / h = = = 1 10 / 0 kpa kpa = =

27 Ejercicio Diagrama de presiones / h = = = 1 10 / / h = = = 1 10 / 0 kpa kpa kpa = =

28 Ejercicio Gradiente hidráulico crítico = 0 = + + h, = 1.70 h, = 6.0 h, h = h 0 kpa kpa = kpa 0.00 =

29 Bibliografía Básica Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos. Ed. Rueda Olivella, S. Problemas resueltos. Geotecnia. Mecánica de Suelos. UPC, Complementaria Fredlund y otros. Unsaturated Soil Mechanics in Engineering Practice. Wiley Mitchell, J. Fundamentals of soil behavior. 3ª Ed. Wiley. 29