la evaluación de las propiedades hidráulicas es importante para el entendimiento de los prpcesos de movimiento de agua y de solutos en el mismo, asi mismo es de gran utilidad en el estudio de procesos erosivos y de contaminación de suelos, el movimiento de agua en los suelos ocurre tanto vertical como horizontal dependiendo de las condiciones de humedad.

en condiciones saturadas el movimiento predominante es principalmente el horizonatl y en menor proporción en sentido vertical, mientras que en condiciones de no saturación cuando los poros grandes están llenos de aire el movimiento del flujo es principalmente vertical; la conductividad hidráulica (k) es la propiedad del suelo que describe la facilidad con la cual los poros del suelo permiten el flujo del agua. geotecnia, se define como la mayor o menor facilidad con que el agua fluye a través del suelo o roca, la capacidad de un suelo para permitir el paso de un fluido especialmente agua sin que el tránsito de esta altere la estructura interna del cuerpo. dicha propiedad se determina objetivamente mediante pruebas de laboratorios o métodos directos realizados en campo, un material será más permeable cuando sea poroso y estos poros sean de gran tamaño y estén conectados, se dice que todos los suelos son permeables incluso las arcilas mas compactadas.

la conductividad hidráulica es un elemento básico en el avance del conocimiento de un medio geológico, tanto en los procesos de flujo y transporte de contaminantes como en proyectos de protección, gestión y manejo del medio ambiente, así como en el desarrollo de políticas públicas para la protección de ecosistemas, entre otros.  k = q / i a

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

formas de captacion del agua en los suelos

el agua en los suelos puede provenir de distintas fuentes como son:

agua de sedimentacion. es aquella en suelos sedimentarios al depositarse sus particulas

aguas de infiltracion, es la proveniente de aguas lluvias, corrientes de agua o hielo y mares.

factores afectan a la permeabilidad del suelo

el coeficiente de permeabilidad depende de la temperatura, viscosidad y pesos especifico del fluido, relación de vacion tamaño de las partículas. el tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa del  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 que influyen en su permeabilidad.

otro factor que afectan a la permeabilidad del suelo, en ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras, en la cual 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. 

variación de la permeabilidad según la textura del suelo

suelo texturapermeabilidad

suelos arcillosos

fina

de muy lentaamuy rápida

suelos limosos

moderadamente fina

moderadamente gruesa

suelos arenosos

gruesa

importancia de determinar la permeabilidad del suelo

la permeabilidad de los suelos es decir la facultad con la que el agua pasa a través de los poros, el principal efecto que causa la permeabilidad es el costo y las dificultades para realizar muchas operaciones constructivas.

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.

calculo de la permeabilidad (k)

no siempre las mediciones de permeabilidad hechas con muestras de laboratorio son confiables ni concluyentes sobre el comportamiento del terreno. por ello es preciso efectuar ensayos in situ.

estas mediciones son puntuales y mediante ellas se practican perforaciones para la obtención de valores indicativos de la permeabilidad del suelo.

METODOS PARA CALCULAR LA CONSDUCTIVIDAD HIDRAULICA EN CAMPO

Métodos para suelos saturados

Método del pozo (ver documento pdf esta explicado pagina 6)

Método del piezómetro(ver documento pdf esta explicado pagina )

Zona no saturada

Infiltrometro de doble anillo (ver documento pdf esta explicado pagina )

Permeámetro de guelp (ver documento pdf esta explicado pagina )

Infiltrometro de disco e infiltrometro de tension(ver documento pdf esta explicado pagina 6)

Método del pozo invertido (ver documento pdf esta explicado pagina

Otros métodos

Prueba de bombeo

La prueba de bombeo en estado estacionario implica la perforación de un pozo y el bombeo del agua de este. La Figura 4.32, muestra que el objetivo de la perforación es interceptar un acuífero donde el nivel freático del perfil de suelo se abatirá igualándose al nivel de agua del pozo. Al iniciar el bombeo, la cantidad de agua que se demanda inicialmente es adsorbida del acuífero, si se sigue con el bombeo el radio de influencia crecerá hasta encontrar un equilibrio entre el bombeo y la recarga del acuífero, generalmente el acuífero buscará fuentes de recarga como la de ríos, lagos o otras fuentes de recarga cercanas que estarán dentro del radio de influencia de tal manera que se satisfaga la demanda de la taza de bombeo.

Figura 4.32. Abatimiento del nivel freático (U.S. Army Corps, 1986 ).

En algunos casos existe una recarga vertical proveniente de la precipitación pluvial encima del área de influencia, lo suficientemente grande que pueda cubrir esa demanda.

Si el pozo es bombeado a una tasa constante hasta que la descarga se estabilice, la conductividad hidráulica del acuífero puede ser calculada a partir de formulas de equilibrio que están en función a la posición del nivel freático. Para conocer la forma del abatimiento del nivel freático, por lo generalmente se perforan pozos de menor diámetro adyacentes al pozo principal, llamados pozos de observación.

Sin embargo, dependiendo al tipo de acuífero y a las condiciones reinantes se pueden realizar perforaciones que atraviesen todo el acuífero o perforaciones parciales en él. Dependiendo al caso el caudal de bombeo variará, por lo que debe tenerse cuidado en cuanto a este detalle al determinar la conductividad hidráulica mediante un pozo de bombeo.

Figura 4: ensayo de BombeoEl pozo de bombeo debe penetrar en toda la profundidad de la capa ensayada y con diámetro suficiente para permitir la inserción de una bomba con tipo y capacidad necesaria al bombeo.En las proximidades y situados radialmente son instalados pozos de observación del nivel del agua o piezómetros. Se recomienda la instalación de 4 (cuatro) pozos de observación y un mínimo de dos y llevados hasta profundidades por debajo del nivel más bajo que el agua debe alcanzar durante el ensayo.

Ensayo Al mantenerse constante el nivel del agua en el pozo, se efectúan las medidas de las alturas de agua en cada uno de los piezómetros instalados. La permeabilidad es medida por la fórmula a continuación:

Ensayo de lefranc

Uno de las técnicas más sencillas (en cuanto a costos y trabajo) para hallar el

coeficiente de permeabilidad en un suelo es el conocido ENSAYO DE LEFRANC. Este

tipo de ensayo, a pesar de realizarse normalmente en perforaciones de pocos

metros, es muy utilizado en Geotecnia.

El ensayo de Lefranc se utiliza en suelos permeables o semipermeables, de tipo

granular, situados por debajo del nivel freático, y en rocas muy fracturadas.

Existen dos métodos para realizar el ensayo de Lefranc:

        Nivel constante: para este procedimiento se debe saturar primero el

suelo hasta que el aire de los vacíos sea expulsado y  con esto lograr que haya una

infiltración más uniforme en el suelo, todo esto para que se pueda introducir un

caudal conocido de manera que se mantenga un nivel constante dentro de la

perforación. Cuando se estabiliza este proceso, con la medida conocida del caudal

introducido, la longitud y el diámetro de la perforación, es posible calcular la

permeabilidad de dicho suelo (ver ecuaciones y cálculos).

 

El caudal de admisión debe medirse cada 5 minutos, siempre logrando mantener el

nivel constante dentro del sondeo durante aproximadamente 45 minutos.

 

        Nivel variable: en este procedimiento lo que se hace es introducir o extraer un

volumen de agua súbitamente en un sondeo1  y medir tiempo-cambio en la altura,

con la medición de estos descensos en un tiempo determinado, se puede obtener la

permeabilidad (ver ecuaciones y cálculos).

 

Si se desea es que el nivel del agua ascienda, lo que se hace frecuentemente es

que en lugar de inyectar agua, se introduce una barra sólida que hace subir el nivel

como si hubiéramos introducido un volumen de agua igual al volumen de la barra.

 

Ver documento pdf dos esta bien explicado allí

Slug test

SLUG TESTS Una prueba de SlugTests consiste en medir la recuperación o descenso del nivel piezométrico en un pozo, luego de un cambio casi instantáneo de la cabeza o carga hidráulica de éste, por medio de la inyección o extracción repentina de un volumen conocido de agua. Esto se hace midiendo la reducción o recuperación de los niveles de agua durante intervalos rápidos en el transcurso del tiempo. Los métodos SlugTests se clasifican según la respuesta que el nivel del agua tienda a dar, para recuperar el nivel estático inicial. Si el nivel del agua recupera el inicial de una manera suave aproximadamente exponencial, se dice que es una respuesta overdamped (sobreamortiguada). La otra respuesta es llamada underdamped (amortiguación periódica), y se presenta cuando el nivel del agua comienza a oscilar alrededor del nivel estático inicial, decreciendo con el tiempo

a. Método del pozoConsiste en realizar un agujero cilíndrico en el suelo, de 10 a 20cm de diámetro (2r), hasta alcanzar la mesa de agua permitiendo que el agua retorne a su nivel de equilibrio. El nivel de agua en el agujero se baja entonces sacando el agua mediante bombeo y se mide la tasa de ascenso del agua dentro del agujero hasta alcanzar el nivel de equilibrio

a. Método de piezómetro

Consiste en introducir el piezómetro hasta debajo de la mesa de agua, con o sin una cavidad al fondo. Como en el método del pozo, después que el nivel de agua alcanza el equilibrio con la mesa de agua, este se baja bombeando el agua y se observa la tasa para alcanzar nuevamente el equilibrio.

b. Infiltrómetro de doble anillo

Consiste de dos cilindros separados, usados para determinar la tasa de infiltración, la infiltración acumulada y la conductividad hidráulica saturada (Bouwer, 1986; Reynolds et al., 2002) (Figura 5). Es un método sencillo que puede ser usado para evaluar estos valores en los diferentes horizontes del suelo. Los dos cilindros concéntricos son instalados con el propósito de reducir el flujo lateral en el cilindro interno. La tasa de infiltración en el cilindro interno se asume que sea una indicación del flujo vertical. Consiste en enterrar parcialmente un anillo de diámetro en el suelo y colocar una lámina de agua de inundación constante o variable dentro de él. Se mide cuánta agua penetra en el suelo por unidad de área y tiempo.

c. Permeámetro de Guelph

El permeámetro Guelph se utiliza para la medida en el campo en zona insaturada de la conductividad hidráulica saturada de campo (Kfs). Aunque con el permeámetro Guelph se puede medir la infiltración acumulada y la tasa de infiltración, usualmente se puede determinar in situ la conductividad hidráulica saturada. La Ks medida es llamada comúnmente ‘conductividad hidráulica saturada en campo’ “Kfs”.

Esto es en reconocimiento del hecho que normalmente las burbujas de aire son atrapadas en el medio poroso cuando el suelo se satura por la infiltración de agua, particularmente cuando la infiltración ocurre en condiciones anegadas, por lo tanto el contenido de agua del medio poroso a ‘saturación de campo’ es más bajo que a saturación completa o verdadera saturación (Reynolds y Elrick 1985, 1987).Dependiendo de la cantidad de aire atrapado, Kfs puede ser una o dos veces más bajo que la verdadera conductividad hidráulica saturada Ks. Es un permeámetro de pozo de carga constante que hace uso del principio Mariotte. Con este aparato se mide la penetración a velocidad constante de agua en el suelo no saturado desde un pozo cilíndrico, men el cual se mantiene una carga constante de agua (Reynolds y Elrick 1985, 1987). En el suelo se forma un bulbo con dimensiones que depende de tipo de suelo, radio del pozo y de la carga de agua en el pozo (Figura 6)Este método se sustenta en los análisis efectuados por Richards, que ha encontrado una solución efectiva de cálculo de la conductividad hidráulica saturada (Kfs), considerando el flujo tridimensional del agua en el suelo, a partir de un hoyo en donde se mantiene una carga hidráulica (h) constante(Reynolds et al., 2002) Mientras el agua fluye a través del suelo, la columna de agua en los reservorios del permeámetro desciende, manteniendo estable la altura de h. Esta velocidad de descenso es registrada por medio de una escala graduada a 0,1 cm, en intervalos constantes de tiempo, permitiendo las lecturas correctas aún a muy bajos caudales. Cuando las velocidades de descenso se estabilizan obteniendo 3 ó 4 valores iguales o con diferencias menores al 5% se termina la medición. Con el valor de velocidad de descenso estable obtenido se procede al cálculo de la Kfs (Cerana et al, 2005)

d. Infiltrómetro de disco e Infiltrómetro de tensión

Los infiltrómetros de tensión de disco o de presión siguen el diseño básico de Perroux y White (1988). Están construidos en metacrilato y dispone de una base circular de radio ‘r’ que está cubierta en su parte inferior por una malla permeable de nylon. En la parte superior del disco, que sirve de base, se roscan un cilindro y un Mariotte. El primero es el recipiente de alimentación del agua que se infiltra en el suelo y lleva una escala graduada que permite leer la cantidad de agua infiltrada (cm) en función del tiempo. El Mariotte consta también de un cilindro con agua que se comunica con el exterior a través de un tubo móvil llamado tubo de burbujas, el cual dispone de una entrada de aire que se usa para fijar el potencial de agua, para lo cual, basta con ajustar la altura (h1) del tubo de burbujas que se sumerge en el agua que contiene el Mariotte, leyendo esta longitud en una escala graduada. El potencial real del agua (h0), medido en cm de columna de agua, corresponderá a la suma algebraica de la altura H1 y la altura H2. Esta última es la distancia existente entre la membrana de nylon y el tubo horizontal del capilar. Por tanto, H0 = H2 – H1, y para todo H1>H2, h0 será negativo (tensión). Las tasas de infiltración leídas en la escala son luego convertidas en tasa de infiltración con referencia al área de la base del infiltrómetro pues es el área real de infiltración

e. Método del pozo (invertido) (por encima del nivel freático)

En un pozo abierto por encima del nivel freático se vierte agua hasta cierto nivel y se mide la velocidad de descenso de dicho nivel (Figura 9). Constituye un método rápido y fácil de implementar.