Conceptos Fundamentales de Hidráulica y Flujo de Agua en Suelos: Permeabilidad y Gradientes

Conceptos Fundamentales de Hidráulica y Flujo en Medios Porosos

Definiciones de Tipos de Agua y Flujo

Agua Vadosa

Agua de percolación transitoria que se desplaza hacia abajo para incorporarse al agua freática que está por debajo del nivel freático.

Flujo Estacionario

Es independiente del tiempo. Se entiende como el flujo que está en equilibrio, es decir, la presión intersticial en toda la masa de suelo se ha equilibrado con las nuevas condiciones de frontera. El caudal (q) permanece constante en el tiempo.

Flujo No Estacionario o Transitorio

Existe cuando el proceso está cambiando y las condiciones no son constantes en el tiempo.

Flujo Laminar

El agua fluye de manera ordenada y en capas. Cada partícula de agua fluye siguiendo una trayectoria definida que nunca corta la trayectoria de otra partícula. Ocurre a velocidades bajas.

Flujo Turbulento

El patrón de flujo es irregular y las trayectorias de las partículas se entrecruzan al azar. La velocidad es alta.

Parámetros de Velocidad y Gradiente

Velocidad de Flujo

Es la velocidad que lleva el agua a través de tuberías o a través de una sección transversal o de un área.

Velocidad de Infiltración (V_s)

Es la tasa de movimiento de un elemento de agua a través de la masa de suelo. Es la velocidad con la que el agua se mueve a través del suelo.

Gradiente Hidráulico (i)

Se define como la pérdida de energía (h) por unidad de distancia recorrida (L).

Gradiente Hidráulico Crítico (I_cr)

El suelo presentará esfuerzo efectivo igual a cero, lo que se traduce en esfuerzo cortante nulo. Este fenómeno se conoce como licuefacción. El suelo pierde estabilidad.

Tubos Piezómetros

Sirven para medir presiones estáticas moderadas de un líquido que fluye dentro de una tubería.

Coeficiente de Permeabilidad (K) y Aplicaciones

Coeficiente de Permeabilidad (K)

Depende de múltiples propiedades. Estas se clasifican en:

Propiedades del Suelo:

• Tamaño de vacíos.
• Estructura del suelo.
• Continuidad de vacíos.

Propiedades del Líquido:

• Densidad.
• Viscosidad.

Existen métodos para determinar el coeficiente de permeabilidad:

Métodos Directos:

• Permeámetro de carga constante.
• Permeámetro de carga variable.
• Prueba directa de los suelos en el lugar.

Métodos Indirectos:

• Cálculo a partir de la curva granulométrica.
• Cálculo a partir de la curva de consolidación.
• Prueba horizontal de capilaridad.

Redes de Flujo

Son herramientas utilizadas para:

• Estimación de pérdidas por infiltración de reservorios.
• Determinación de subpresiones bajo presas.
• Revisión de puntos de potencial erosivo, donde i tiende a I_cr.