tema 2. propiedades hidrÁulicas de los suelos: flujo en medio poroso

7/24/2019 TEMA 2. PROPIEDADES HIDRULICAS DE LOS SUELOS: FLUJO EN MEDIO POROSO

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TEMA 2. FLUJOS EN MEDIOS POROSOS.

1. CLASIFICACIN DEL FLUJO SEGN SU MOVILIDADEL flujo es el movimieno !e un flui!o "o# un lu$%#& enen!ien!o "o# flui!o %l'onjuno !e "%#('ul%s )ue se m%nienen uni!%s en#e si "o# fue#*%s'o+esiv%s !,-iles "o# l%s "%#e!es !el #e'i"iene )ue l%s 'oniene. El flujose 'l%sifi'% en/

1.1. FLUJO LAMINA0/ es el movimieno !e un flui!o 'u%n!o ,se eso#!en%!o& es#%ifi'%!o& su%ve. En un flujo l%min%# el flui!o se mueve enlmin%s "%#%lel%s sin en#eme*'l%#se '%!% "%#('ul% !e flui!o si$ueun% #%e'o#i% su%ve& ll%m%!% l(ne% !e 'o##iene. En flujos l%min%#es elme'%nismo !e #%ns"o#e l%e#%l es e2'lusiv%mene mole'ul%#.

1.3. FLUJO 4U05ULEN4O/ es el movimieno !e un flui!o )ue se !% enfo#m% '%6i'%& en )ue l%s "%#('ul%s se mueven !eso#!en%!%mene l%s#%e'o#i%s !e l%s "%#('ul%s se en'uen#%n fo#m%n!o "e)ue7os#emolinos %"e#i6!i'os& 8no 'oo#!in%!os9 'omo "o# ejem"lo el %$u% enun '%n%l !e $#%n "en!iene.

El n:me#o !e 0enol!s 80e9 es un n:me#o %!imension%l )ue #el%'ion%l% !ensi!%!& vis'osi!%!& velo'i!%! !imensi6n ("i'% !e un flui!o "%#%'%#%'e#i*%# su movimieno. ;%#% v%lo#es !e 0e 3


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3.3. CA;ILA0IDAD/ es un "#o'eso !e los flui!os )ue !e"en!e !e suensi6n su"e#fi'i%l l% 'u%l& % su ve*& !e"en!e !e l% 'o+esi6n !el l()ui!o)ue le 'onfie#e l% '%"%'i!%! !e su-i# o -%j%# "o# un u-o '%"il%#.

Cu%n!o un l()ui!o su-e "o# un u-o '%"il%#& es !e-i!o % )ue l% fue#*%ine#mole'ul%# o 'o+esi6n ine#mole'ul%# en#e sus mol,'ul%s es meno#)ue l% %!+esi6n !el l()ui!o 'on el m%e#i%l !el u-o@ es !e'i#& es unl()ui!o )ue moj%. El l()ui!o si$ue su-ien!o +%s% )ue l% ensi6nsu"e#fi'i%l es e)uili-#%!% "o# el "eso !el l()ui!o )ue llen% el u-o.

Sin em-%#$o& 'u%n!o l% 'o+esi6n en#e l%s mol,'ul%s !e un l()ui!o esms "oene )ue l% %!+esi6n %l '%"il%#& 'omo el '%so !el me#'u#io& l%ensi6n su"e#fi'i%l +%'e )ue el l()ui!o !es'ien!% % un nivel infe#io# susu"e#fi'ie es 'onve2%.

Cu%n!o o'u##e l% %s'ensi6n o el !es'enso '%"il%#& se fo#m% un menis'o'6n'%vo o 'onve2o& #es"e'iv%mene& !%n!o lu$%# %l n$ulo !e'on%'o& )ue no es ms )ue el n$ulo )ue se fo#m% en#e el menis'o l% "%#e! !el #e'i"iene )ue 'oniene %l l()ui!o.

. FLUJO ES4ACIONA0IO UNIDIMENSIONAL/ LA LE? DE DA0C?D%#' invesi$6 l%s '%#%'e#(si'%s !el flujo !el %$u% % #%v,s !e fil#os&fo#m%!os "#e'is%mene "o# m%e#i%les ,##eos& lo )ue es lo mismo )ueme!ios "o#osos.

4#%-%j%n!o 'on !is"osiivos es"e'i%les 8"e#meme#os9& D%#' en'on#6)ue el '%u!%l )ue %#%ves%-% el "e#meme#o e#% line%lmene "#o"o#'ion%l% l% se''i6n %l $#%!iene +i!#uli'o& "o# lo )ue )ue "%#% velo'i!%!essufi'ienemene "e)ue7%s 8flujo l%min%#9& el '%u!%l )ue!% e2"#es%!o %s(/B !V! A iDon!e A es el #e% o%l !e l% se''i6n #%nsve#s%l !el fil#o& i es el $#%!iene+i!#uli'o !el flujo i 8+1 +39L& + es l% %lu#% "ie*om,#i'% en 'u%l)uie#"uno !el flujo& o lo )ue es lo mismo es l% '%#$% !e elev%'i6n * !el "unoms l% '%#$% !e "#esi6n en !i'+o "uno 8" 9& l% ine#"#e%'i6n !e i es )uees l% ",#!i!% !e ene#$(% suf#i!% "o# el flujo en el !es"l%*%mieno L& es el 'oefi'iene !e "e#me%-ili!%! !el suelo& es l% velo'i!%! !el %$u% %#%v,s !e un suelo& 'u%n!o es suje% % un $#%!iene +i!#uli'o uni%#io.;o# 'oninui!%! el B A Don!e es l% velo'i!%!. E2isen velo'i!%!es& l% !e !es'%#$%& l% !efil#%'i6n l% #e%l.


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L% velo'i!%! !e !es'%#$% 8v BA9 es l% )ue se !e!u'e !i#e'%mene !e l%Le !e D%#'& l% velo'i!%! !e fil#%'i6n 8v1 881He9e9 v9 es l% velo'i!%!me!i% !e %v%n'e !el %$u% en l% !i#e''i6n !el flujo om%n!o en 'uen% l%e2isen'i% !e un% f%se s6li!% im"e#me%-le& sin em-%#$o& "%#% o-ene# es%velo'i!%!& se su"uso )ue el %$u% en(% un% #%e'o#i% #e'% L %l "%s%# % lo

l%#$o !el fil#o& "o# lo 'u%l no #e"#esen% un% velo'i!%! 'on l% )ue el %$u%se es movien!o #e%lmene& !e %ll( )ue %"%#e'e l% velo'i!%! #e%l 8v3 881He9e9 8LmL9 v9& )ue es l% velo'i!%! % l% 'u%l el %$u% #e'o##e el fil#o "o#un% l(ne% sinuos% o i##e$ul%# Lm& es% "o!#(% en'on#%#se sol%mene si se'ono'en l%s v%#i%'iones !el #e% !e los "o#os !e '%!% '%n%l.

.1. ;E0MEA5ILIDAD/ es l% '%"%'i!%! )ue iene un m%e#i%l !e"e#mii#le % un flujo )ue lo %#%viese sin %le#%# su es#u'u#% ine#n%.

.3. DE4E0MINACIN DEL COEFICIEN4E DE ;E0MEA5ILIDAD

8M4ODOS DI0EC4OS DE CAM;O ? LA5O0A4O0IO9..3.1. ;E0MEME40O DE CA0GA CONS4AN4E/ es el m,o!o !e

l%-o#%o#io ms sim"le "%#% !ee#min%# el 'oefi'iene !e"e#me%-ili!%! !e un suelo. Un% mues#% !e suelo !e #e%#%nsve#s%l A lon$iu! L& 'onfin%!% en un u-o& se somee % un%'%#$% +i!#uli'% +. El %$u% flue % #%v,s !e l% mues#%&mi!i,n!ose l% '%ni!%! 8en 'm9 )ue "%s% en el iem"o 89.

A"li'%n!o l% le !e D%#' V Ai V es l% men'ion%!% '%ni!%!!e %$u% 8volumen9. El $#%!iene +i!#uli'o me!io v%le i +L&enon'es& VL +A. El in'onveniene !el "e#meme#o es )ue&

en suelos "o'o "e#me%-les& el iem"o !e "#ue-% se +%'e %nl%#$o )ue !ej% !e se# "#'i'o& us%n!o $#%!ienes +i!#uli'os#%*on%-les.

.3.3. ;E0MEME40O DE CA0GA VA0IA5LE/ se mi!e l% '%ni!%! !e%$u% )ue %#%vies% un% mues#% !e suelo& "o# !ife#en'i% !eniveles en un u-o %limen%!o#. Al eje'u%#se l% "#ue-%& se llen%!e %$u% el u-o ve#i'%l !el "e#meme#o& o-se#vn!ose su!es'enso % me!i!% )ue el %$u% %#%vies% l% mues#%. % #e%!el u-o ve#i'%l !e '%#$%& A #e% !e l% mues#%& L lon$iu! !el% mues#%& +1 '%#$% +i!#uli'% %l "#in'i"io !e l% "#ue-%& +3 '%#$% +i!#uli'% %l fin%l !e l% "#ue-%& +' %lu#% !e %s'ensi6n'%"il%#& )ue !e-e !e!u'i#se !e l% le'u#% o%l !el u-o !e '%#$%& iem"o #e)ue#i!o "%#% )ue l% '%#$% +i!#uli'% "%se !e +1 % +3. 3. 8L%A9 lo$ 8+1+39. ;%#% el se$un!o '%so 3. 8L9 lo$8+1+39. Cu%n!o l% '%(!% !e '%#$% +i!#uli'% se% "e)ue7% en'om"%#%'i6n 'on l% '%#$% me!i% us%!% en l% "#ue-%& "o!#


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us%#se "%#% el "e#meme#o !e '%#$% v%#i%-le l% f6#mul% !e'ons%ne 'on l% '%#$% + 8+1 H +393.

=. 0EDES DE FLUJO.

Consise en un m,o!o $#fi'o )ue "e#mie !%# solu'i6n % los !isinos "#o-lem%s!e infli#%'i6n en "#es%s& %-les%'%!os o#os "#oe'os !e o-#%s +i!#uli'%s. Sise 'ono'en l%s 'on!i'iones !e -o#!e l% $eome#(% en un% #e$i6n !e flujo& ,s%s"#o"o#'ion%n un% info#m%'i6n visu%l !e lo )ue es "%s%n!o 8v%lo#es !e '%u!%l "#esi6n9. Se fun!%men% en l% e'u%'i6n !e L%"l%'e& 'u% solu'i6n "ue!e#e"#esen%#se "o# !os f%mili%s !e 'u#v%s !el "l%no )ue se ine#se'%n en n$ulo#e'o. Dos fun'iones 'onju$%!%s %#m6ni'%s K s%isf%'en l% e'u%'i6n l%s'u#v%s K 82&*9 'e 82&*9 'e son o#o$on%les. #e"#esen% l%s l(ne%s !eflujo !e l%s "%#('ul%s !e %$u% fil#%ne& l(ne%s !e 'o##iene K #e"#esen% los"unos !e i$u%l "#esi6n "ie*om,#i'% o "#esi6n o%l se les !enomin% l(ne%s

e)ui"oen'i%les.

;%#% l% #esolu'i6n !e "#o-lem%s "o# me!io !e l%s #e!es !e flujo& se !e-enes%-le'e# l%s 'on!i'iones !e f#one#%/ suelo infil#%!o suelo im"e#me%-le8f#one#% im"e#me%-le9& %$u% suelo infil#%!o& suelo infil#%!o suelo "e#me%-leno infil#%!o 8l(ne% su"e#io# !e flujo9 suelo infil#%!o %i#e 8l(ne% !e !es'%#$%li-#e9.

Aen!ien!o l%s 'on!i'iones !e f#one#%& los "#o-lem%s !e flujo en los suelo "ue!en'l%sifi'%#se en !os '%e$o#(%s/ flujo 'onfin%!o 8f#one#% % -9& flujo no 'onfin%!o

8f#one#% ' !9.

=.1. FLUJO 5AJO UN 4A5LES4ACADO/ L%s #e!es !e flujo "%#% un suelo%#%ves%!o "o# un %-les%'%!o +%n "e#mii!o esu!i%# el e)uili-#io !e l%*on% !el suelo )ue es en l% *on% !e s%li!% %$u%s %-%jo !e !i'+%%-les%'%. De %ll( )ue l% %#en% !e l% *on% en esu!io "e#m%ne'e ene)uili-#io en %no )ue l% '%#$% + "e#m%ne*'% meno# )ue un 'ie#o v%lo#l(mie +". 4%n "#ono 'omo ese v%lo# es so-#e"%s%!o& l% !es'%#$% % l%s%li!% %umen% fue#emene& 'omo si l% "e#me%-ili!%! !e l% %#en%

+u-iese %umen%!o 'on -#us)ue!%! el %$u% 'omien*% % %##%s#%# % l%%#en%& "#o!u'i,n!ose #%s l% e-ulli'i6n !e ese m%e#i%l& un "#o'eso !eu-ifi'%'i6n. L% e2"e#ien'i% +% !emos#%!o )ue l% m2im% 'on'en#%'i6n!e flujo !e %$u% o'u##e !en#o !e un% !is%n'i% D3 !e l% %-les%'%.

L% u-ifi'%'i6n se ini'i% 'u%n!o l% "#esi6n +i!#o!inmi'% !el %$u%%s'en!ene ven'e el "eso sume#$i!o !e l% %#en% 'olo'%!o en l% *on%


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en )ue 'omien*% % "#o!u'i#se el fen6meno. L% %#en% movi!% "o# el%$u% iene l% fo#m% !e un "#ism% !e %n'+o D3 %lo D l% en!en'i%%l %##%s#e en ese "#ism% es 'on'en#%!o "o# su "#o"io "eso 8en elins%ne en el ini'i% el %##%s#e& %no l% "#esi6n efe'iv% en los l%!os !el"#ism% 'omo l% #esisen'i% f#i''ion%ne& son "#'i'%mene nul%s9.

L% '%#$% !e %$u% +")ue "#o!u'e es% siu%'i6n ines%-le es l% '%#$%'#(i'%.

Se +% !emos#%!o )ue "%#% los '%sos !e %-les%'%s sen'ill%s 'omo l%!e l% fi$u#% D D.

L% im"o#%n'i% !el esu!io !e l%s #e!es !e flujo -%jo un %-les%'%!o es)ue se "ue!e 'ono'e# el #ies$o !e u-ifi'%'i6n en un "#o-lem% !%!o.

=.3. FLUJO 5AJO UNA ;0ESA DE 4IE00A/ El "#o-lem% !el flujo %#%v,s !e "#es%s no #%!i'% en '%l'ul%# el $%so !e fil#%'i6n& los$#%!ienes +i!#uli'os& l%s velo'i!%!es !el %$u% en 'u%l)uie# "uno& l%s"#esiones +i!#o!inmi'%s& l%s fue#*%s !e fil#%'i6n& e'.& % )ue ,sos se"ue!en #esolve# "o# me!io !e l%s #e!es !e flujo& el "#o-lem% #%!i'%"#e'is%mene en el +e'+o !e uili*%# m,o!os "%#% #%*%# l% #e! !e flujoen ell%s.

L% #%*6n !e eso es )ue en l% #e$i6n !e flujo !e l% "#es% no se 'ono'e %"#io#i un% !e sus f#one#%s& !e mo!o )ue no se s%isf%'e el "#ime#

#e)uisio "%#% el #%*%!o !e l% #e!.Es% f#one#% es l% l(ne% !e 'o##iene su"e#io# 8'9 !e l% )ue no se 'ono'eni su fo#m% ni l% "osi'i6n !el "uno %$u%s %-%jo. El o#o "#o-lem% es )uees% l(ne% !e 'o##iene %"%#e !e se# un% l(ne% !e flujo es un% l(ne%e)ui"#esi6n& en l% )ue o!os los "unos ienen "#esi6n 'e#o 8"#esi6n%mosf,#i'%9.

Los m,o!os "l%ne%!os "%#% l% solu'i6n !e ese "#o-lem% ini'i%#on 'onlos #%-%jos !e Du"ui& !es%##oll%n!o un% e2"#esi6n m%emi'% "%#%un% "%#-ol% )ue no en(% sufi'iene 'o##es"on!en'i% 'on l% #e%li!%!&"o# lo )ue S'+%ffe#n% V%n Ie#son "ose#io#mene o*en!isminue#on l% !esvi%'i6n !e Du"ui 'on l% #e%li!%!& "e#o no fue sinoC%s%$#%n!e# )uien "#o"uso el m,o!o ms %"#o2im%!o "%#% el #%*%!o!e l% l(ne% !e 'o##iene su"e#io#.

. FIL40OS


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Son los m%e#i%les en'%#$%!os !e "e#mii# el "%so f#%n'o !el %$u% +%'i% ele2e#io# e im"e!i# el %##%s#e !e l%s "%#('ul%s !el suelo )ue "#oe$en& !em%ne#% !e evi%# "#o-lem%s !e e#osi6n ine#n% u-ifi'%'i6n. Los fil#os!e-en 'um"li# 'on l%s si$uienes 'on!i'iones/

Los es"%'ios en#e l%s "%#('ul%s !el fil#o en 'on%'o 'on el suelo

"o# "#oe$e# !e-en se# lo sufi'ienemene "e)ue7os 'omo "%#% )uelos finos !e %)u,l no "ene#en en ,l. D1 !el fil#oD !el suelo =.G%#%ni*% l% im"osi-ili!%! !e los %##%s#es !e finos.

Los es"%'ios en#e l%s "%#('ul%s !el fil#o !e-en se# lo

sufi'ienemene $#%n!es 'omo "%#% )ue el 'onjuno en$% l%"e#me%-ili!%! ne'es%#i% "%#% )ue el %$u% "ue!% move#se li-#emene% su #%v,s flui# #"i!%mene +%'i% el e2e#io#& sin $ene#%#"#esiones !e "o#o in!ese%-les. D1 !el fil#oD1 !el suelo =

tema 2. propiedades hidrÁulicas de los suelos: flujo en medio poroso

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