FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TEMA:

La Ley de Darcy y el fenómeno de Permeabilidad en los suelos granulares.

ASIGNATURA:

MECANICA DE SUELOS

DOCENTE:

Ing. Gonzalo Eduardo France Cerna

GRUPO:

INTEGRANTES:

Bustamante Paredes Gianpooll Antony

Cabello Beteta Javier Jesús

Sandoval Bernabé Cleider Edilfredo

Rodríguez Luna Levi Angel

Rojas Tello Carlos Fabián

CHIMBOTE-PERÚ

2022
1. INTRODUCCIÓN
Es de suma importancia mencionar que los suelos y las rocas no son sólidos
ideales, sino que forman sistemas con 2 ó 3 fases: que hemos venido estudiando;
partículas sólidas y gas; partículas sólidas y líquidas; o bien partículas sólidas, gas
y líquido. Este último es comúnmente agua y el gas se presenta a través de vapor
de agua, por lo tanto, se habla de medios porosos. Estos medios se caracterizan a
través de su porosidad y a su vez esta propiedad condiciona la permeabilidad del
medio o de la materia en estudio. Se menciona en las bibliografías que un
material posee características permeables cuando tiene vacíos continuos, estos
vacíos existen en los suelos existentes, incluyendo arcillas más compactadas, y en
todos los materiales de construcción no metálicos, también el granito sano y las
pastas de cemento, dicho ello, estos materiales son permeables. La
circulación de agua a través de la masa de dichos materiales obedece
aproximadamente a leyes idénticas, de razón que la diferencia entre una arena
limpia y el granito es, en este concepto, sólo una diferencia de magnitud.
La permeabilidad de los suelos, indica la facultad con la que el agua pasa a través
de los poros, y tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar
en muchas operaciones en la construcción, como son la excavación es a cielo
abierto bajo el peso de un terraplén, es por ello la importancia de su
estudio, características que se desarrollaran con el informe.
Por otro lado mencionamos a Henry Darcy, Ingeniero francés que
realizó un experimento sobre el movimiento del agua a través de un
medio poroso que se encontraba dentro de una tubería puesta
horizontalmente, con la cual se analizó el movimiento del agua a través de la
arena que actúa propiamente como un filtro de agua, con este experimento Darcy
determinó que la velocidad a la cual el agua fluye a través de la arena era
directamente proporcional a la diferencia de la altura entre los dos extremos de la
tubería e inversamente proporcional a la longitud de ésta.
Por último, la captación de aguas superficiales (ríos, lagos, embalses) es una
estructura a nivel del terreno mediante la cual se hace uso y aprovechamiento del
agua de la fuente que corresponda, ya sea por gravedad (nivel del terreno) o por
bombeo, para garantizar el suministro del recurso a una población. Las
características y tamaño de las infraestructuras de captación van a depender
de la cantidad o caudal de agua que necesite la comunidad

2.La Ley De Darcy

Henry Darcy Ingeniero francés realizo un experimento sobre el movimiento del agua
a través de un medio poroso que se encontraba dentro de una tubería puesta
horizontalmente, con la cual analizo el movimiento del agua a través de la arena
que actuaba como un filtro de agua, con este estudio Darcy encontró que la
velocidad a la cual el agua fluye a través de la arena era directamente proporcional
a la diferencia de altura entre los dos extremos de la tubería e inversamente
proporcional a la longitud de la misma.

K la constante de permeabilidad o la conductividad hidráulica es función de las

propiedades del medio poroso y el fluido que pasa a través de él, de hecho, es
intuitivo pensar que un fluido es muy viscoso, por ejemplo, el petróleo se moverá a
una tasa menor que agua en un mismo tipo de roca.
La descarga es directamente proporcional al peso específico del fluido, g, e
inversamente proporcional a la viscosidad dinámica del fluido.
Para la fórmula de la ley de Darcy se utiliza la Ley de conservación de la materia
donde se establece la ecuación que relaciona las cantidades de asa que se
conservan en un proceso, para muestra de importancia se deben de utilizar las
ecuaciones de estado ya que estas nos proporcionan información importante
sobre sus características e importancias

3. La Permeabilidad En Suelos
Definimos permeabilidad como la capacidad de un cuerpo (en términos
particulares, un suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos
particulares, el agua) sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo.
Dicha propiedad se determina objetivamente mediante la imposición de un
gradiente hidráulico en una sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoria
determinada.

El concepto permeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad

o transitividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado.

La permeabilidad se cuantifica en base al coeficiente de permeabilidad, definido

como la velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un
gradiente unitario. El coeficiente de permeabilidad puede ser expresado según la
siguiente función:

k=Q/IA

Donde

– k: coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica [m/s]

– Q: caudal [m3/s]

– I: gradiente [m/m]

– A: sección [m2)]

En proyectos de ingeniería y arquitectura, las unidades con las que se expresa

generalmente el coeficiente de permeabilidad son cm/s y m/s; en los ámbitos de la
hidráulica o la hidrogeología es habitual observar notaciones como cm/dia, m/año
y similares.

Son diversos los factores que determinan la permeabilidad del suelo, entre los
cuales, los más significativos son los siguientes:

– Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica.)

– Composición química del material (naturaleza mineralógica)

Como regla general podemos considerar que, a menor tamaño de grano, menor
permeabilidad, y para una granulometría semejante (arenas, por ejemplo) a mejor
gradación, mayor permeabilidad. En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas
y limos, la presencia de ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que
disminuye la permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio).

A efectos únicamente indicativos, el DB SE-C propone los siguientes rangos de

variación para la permeabilidad en función del tipo de terreno (tabla D28):
kz: coeficiente de permeabilidad vertical (se asume que la anisotropía de los
suelos, especialmente de las arcillas estratificadas, puede comportar variaciones
significativas en la magnitud del coeficiente de permeabilidad medido en el plano
horizontal.)
La estimación de la permeabilidad en suelos tiene diversos intereses, algunos
directos en el proyecto de una edificación, como puede ser la valoración de la
influencia de las aguas subterráneas sobre construcciones soterradas (plantas
sótano, por ejemplo) a efectos de diseño de sistemas o procedimientos de
impermeabilización o drenaje.

En tal sentido, el Código Técnico de la Edificación – en su documento básico

dedicado a la salubridad (DB HS) – requiere de la valoración cuantificada de la
permeabilidad del terreno en contacto con las soleras y las estructuras de
contención.
La estimación de la permeabilidad de los suelos (y en su caso, del macizo rocoso)
puede realizarse mediante tres clases de procedimientos:

– Valoración de la permeabilidad mediante relaciones empíricas establecidas entre

la misma y alguna característica del suelo, generalmente su granulometría.
– Medida directa de la permeabilidad sobre una muestra adecuada (inalterada) en
laboratorio.

– Estimación directa de la permeabilidad «in situ», realizada durante la ejecución

de sondeos o pozos, consistentes en la medida de las pérdidas en una columna
de agua con la que se ha inundado la perforación.

De entre los ensayos «in situ», los métodos que se citan generalmente
corresponden a los ensayos Lugeon (habitualmente realizado en macizos rocosos
fracturados), Lefranc (llevado a cabo generalmente en suelos relativamente
permeables) y Slug Test (también en suelos permeables.)

Para el caso de suelos poco permeables, los ensayos «in situ» son poco
adecuados, requiriéndose la toma de muestras y la realización de ensayos en
laboratorio sobre las mismas. Según el objeto de la investigación puede escogerse
entre ensayar muestras adecuadamente inalteradas (si es posible su obtención),
o representativas, las cuales se recompactan en el laboratorio para obtener
probetas que reproduzcan las condiciones del terreno.
Una vez confeccionada la probeta a ensayar, el material se satura y se induce a
través del mismo un flujo, cuyo caudal es medido en condiciones preestablecidas.

Los métodos habituales de laboratorio son los siguientes:

– Sobre muestras inalteradas o recompactadas: ensayo en célula triaxial, con

presión en cola, bajo carga constante o variable (se trata del ensayo más
adecuado para suelos de muy baja permeabilidad.)

– Sobre muestras recompactadas:

 Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga constante (generalmente

en suelos de permeabilidad alta).
 Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga variable (apto para
suelos de permeabilidad media a baja).

Los ensayos de carga constante consisten en el mantenimiento del gradiente

hidráulico, determinando el caudal necesario para que dicha carga hidráulica se
mantenga constante. En los ensayos de carga variable, en cambio, se inicia el
proceso bajo un gradiente determinado, y se observa la variación del mismo con el
tiempo
4. Pruebas De Permeabilidad

En la medida de lo posible el coeficiente de permeabilidad es más conveniente

determinarlo de una prueba directa que de otras técnicas menos precisas, para
ello se crearon básicamente 3 pruebas aplicables según el suelo de que se trate,
las cuales son:
a) El permeámetro de carga constante
La prueba de permeabilidad por carga constante es un experimento de laboratorio
realizado para determinar la permeabilidad del suelo. Los suelos aptos para Estas
pruebas son arena y gravas. Los suelos con contenido de limo no se pueden
probar con este Método. él se puede emplear para probar suelos granulares
reconstituidos o alterados.

Objetivo y alcance.

El objetivo de la prueba constante de la permeabilidad de carga es determinar

coeficiente de permeabilidad de un suelo.

El coeficiente de permeabilidad ayuda a resolver los problemas relacionados con:

1. Producción de estratos acuíferos.

2. Estabilidad de las presas de barro.
3. Terraplenes de canales.
4. Filtración en presas de barro.
5. Problemas de asentamiento

b) El permeámetro de carga variable

Este aparato lo usaremos para determinar el coeficiente de permeabilidad (k) en
suelos finos, como pueden ser arenas finas, limos o arcillas. En estos suelos el
flujo de agua es tan pequeño que el permeámetro de carga constante no es lo
suficientemente preciso. El esquema básico de un permeámetro de carga variable
es el siguiente; tras la enumeración veremos en la figura de la norma brasileña el
esquema de una variante:
 Una bureta graduada que nos sirva para medir las fluctuaciones del nivel y
de la que también debemos conocer el área a la hora de realizar los
cálculos. Esta irá unida de alguna manera a un soporte.
 Un tubo alimentador que sirva de entrada de agua al cuerpo del
permeámetro y que conecte este con la bureta.
 El cuerpo o molde donde se encuentre la muestra de terreno ubicada de tal
forma que quede entre dos materiales en forma de filtro que mantengan los
tubos y las salidas del molde limpios y sin obstrucciones, como molde es
común usar el del ensayo proctor para la compactación
 Una salida, en forma de tubo cuyas dimensiones son conocidas también,
que lleve el agua que atraviese la muestra a un depósito que cuente con
rebosadero y cuyo nivel constante sea conocido.
 Si bien es cierto que en el mercado existen una amplia gama de
dispositivos que pueden variar en mayor o menor grado esta disposición.

 En este tipo de permeámetros mediremos la cantidad de agua que

atraviesa la muestra de terreno por la diferencia de niveles en la bureta
previa al tubo alimentador.
c) La prueba in situ
El ensayo de permeabilidad es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo para
realizar un geotécnico. Existen diferentes formas de ensayo que pueden
agruparse en tres: ensayos de permeabilidad en calicatas, en sondeos y en pozos.
En cualquier caso, se obtiene la permeabilidad media de la zona afectada por el
ensayo, que varía entre unos decímetros a centenares de metro. Siempre existe la
incertidumbre sobre la razón de anisotropía en permeabilidad del terreno y, en
terrenos formados por varios materiales, sobre las relaciones entre las
permeabilidades de cada uno. Con determinadas disposiciones de ensayo, es
posible obtener datos que permitan la estimación de estas razones, pero en
general es un factor desconocido en la interpretación del ensayo.
Sin embargo, en cierto tipo de suelos no es posible o resulta impráctico efectuar
mediciones directas, por lo que se utilizan métodos indirectos de pruebas que
originalmente fueron creadas para otros fines, estos son:
a) A partir de la granulometría del suelo
Por lo general, los suelos se componen de capas y, a menudo, la calidad del suelo
varía considerablemente de una capa a otra. Antes de construir un estanque, es
importante determinar la posición relativa de las capas permeables e
impermeables. Al planificar el diseño de un estanque se debe evitar la presencia
de una capa permeable en el fondo para impedir una pérdida de agua excesiva
hacia el subsuelo a causa de la filtración.
b) De los resultados de la prueba de consolidación
La compresión que sufre un suelo se debe a la disminución del volumen de los
poros, ya que las partículas se asumen incompresibles o de efecto despreciable.
En suelos saturados la compresión ocurre solamente si se presenta drenaje de
agua. La compresión gradual de un suelo por efecto de los esfuerzos originados
por la presión que ejercen las estructuras superpuestas, recibe el nombre de
consolidación.
c) De la prueba horizontal de capilaridad.
Debido a las fuerzas capilares, el agua que penetra en un suelo seco avanza con
cierta velocidad, en función de la cual se puede determinar indirectamente la
permeabilidad del suelo. Esta prueba es adecuada especialmente para ensayar con
rapidez un gran número de muestras en el campo. Se usa cuando los materiales
tienen una permeabilidad comprendida entre 10-1 y 10-5 cm/seg.

5. Permeabilidad Según La Textura Del Suelo

Importancia de la Permeabilidad del Suelo
Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es
una de las cualidades más importantes que han de considerarse para la piscicultura.
Un estanque construido en suelo impermeable perderá poca agua por filtración.
Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son
tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo
de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales. En un volumen
de esta colección que aparecerá próximamente se ofrecerá información sobre
dichas técnicas.
Por lo general, los suelos se componen de capas y, a menudo, la calidad del suelo
varía considerablemente de una capa a otra. Antes de construir un estanque, es
importante determinar la posición relativa de las capas permeables e impermeables.
Al planificar el diseño de un estanque se debe evitar la presencia de una capa
permeable en el fondo para impedir una pérdida de agua excesiva hacia el subsuelo
a causa de la filtración.
Los diques del estanque se deben construir con un tipo de suelo que garantice una
buena retención del agua. La calidad del suelo tendrá que comprobarse, repetimos,
teniendo presente ese aspecto.
Factores que afectan a la Permeabilidad del Suelo
Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de
factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores
representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio
de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas
mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura,
consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles
y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de
arcilla*, constituyen la base para decidir si es probable que las mediciones de la
permeabilidad sean representativas.
La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura
El tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa
de filtración (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa
de percolación (movimiento del agua a través del suelo). El tamaño y el número de
los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura del suelo y también
influyen en su permeabilidad.
Variación de la permeabilidad según la textura del suelo
Por regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la
textura del suelo, más lenta será la permeabilidad:

Suelo Textura Permeabilidad

Suelos
Fina
arcillosos
Moderadamente
De muy lenta
Suelos fina
a
limosos Moderadamente
muy rápida
gruesa
Suelos
Gruesa
arenosos
Ejemplo
Permeabilidad media para diferentes texturas de suelo en cm/hora

Arenosos 5.0
Franco
2.5
arenosos
Franco 1.3
Franco
0.8
arcillosos
Arcilloso
0.25
limosos
Arcilloso 0.05

Medición de la permeabilidad del suelo en el campo

Para medir la permeabilidad del suelo en el campo, usted puede recurrir a una de
las pruebas siguientes:
 La evaluación visual de la tasa de permeabilidad del horizonte del suelo;
 Un ensayo de campo sencillo para estimar la permeabilidad del suelo;
 Un ensayo de campo más preciso para medir las tasas de permeabilidad.

Ensayo sencillo de campo para estimar la permeabilidad del suelo

1. Excave un hoyo hasta la altura de 2. En las primeras horas de la

la cintura; mañana llénelo de agua hasta el
borde;
 3. Por la noche, parte del agua se 4. Vuelva a llenar el hoyo de agua
habrá filtrado en el suelo; basta el borde y cúbralo con
tablas o ramas frondosas;

5. Si a la mañana siguiente la
mayor parte del agua Repita este ensayo en diferentes
permanece en el hoyo, la lugares las veces que sea necesario de
permeabilidad del suelo es apta acuerdo con la calidad del suelo.
para construir un estanque
piscícola en ese lugar;

6. Conclusiones

En conclusión, la ley de Darcy es una ecuación ampliamente usada en hidráulica

que nos ayuda a calcular la pérdida de carga debida a la fricción dentro de una
tubería llena.
Al hablar del fenómeno de la permeabilidad en suelos granulares tenemos que se
trata de la propiedad de conducir con mayor velocidad el agua en comparación con
un suelo arcilloso. Pero el tamaño de partícula no es el único factor determinante de
la permeabilidad.
Referencias bibliográficas

Permeabilidad Del Suelo Por Método De Permeámetro De Carga Constante:

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