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UNIVERSIDAD PERUANA LOS

ANDES

PREGUNTAS TEORIA DE LEY DE DARCY

MECANICA DE SUELOS

Lima, Abril 2015

Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Explique lo que es:

a) Flujo de agua

b) Infiltracin.

c) Percolacin

d) Escorrenta

a) Flujo de agua.- Se considera flujo de agua, a una corriente de agua que

pasa a travs de un medio poroso saturado de agua, donde las partculas de

agua se mueven como conjunto de una altura total de carga mayor a una

menor.

b) Infiltracin.- La infiltracin a diferencia de flujo de agua, resulta ser una

corriente de agua que circula por un medio poroso no saturado de agua, de una

altura total de carga mayor a una menor.

c) Precolacin.- Se conoce como precolacin, a la accin de una corriente de

agua que pasa a travs de un medio poroso.

d) Escorrenta.- Escorrenta llamada tambin escurrimiento, es una corriente

de agua que no se infiltra en el suelo, sino que corre por encima de la superficie

terrestre hasta formar parte de los ros, lagos y finalmente llegar al mar.

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Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Explique el ciclo del agua.

El ciclo hidrolgico, es el proceso que resulta en la circulacin del agua por

toda la tierra.

Este proceso empieza, cuando el agua se evapora de la superficie del ocano

y asciende a la atmsfera. Las corrientes de aire que se mueven

constantemente en la atmsfera de la Tierra llevan hacia los continentes el aire

hmedo. Cuando el aire se enfra, el vapor se condensa y forma gotitas de

agua. Por lo general se las ve en forma de nubes. Con frecuencia las gotitas se

juntan y forman gotas de lluvia. Si la atmsfera est lo suficientemente fra, en

vez de gotas de lluvia se forman copos de nieve. Al caer al suelo, el agua se

junta en riachuelos o se infiltra en el suelo y empieza su viaje de regreso al

mar. La figura muestra el proceso de manera simplificada.

Esquema simplificado del ciclo hidrolgico.

Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Este comportamiento dinmico del estado fsico del agua, tiene un elemento motriz. La fuente de la

energa necesaria para el movimiento del agua proviene del calor del sol y la gravedad.

Estas fuentes de energa, actan en diferentes de los procesos que forman parte del ciclo del

agua, estos son:

Evaporacin.- Gracias a la accin del sol buena parte del agua que esta en la

superficie terrestre se evapora, por la radiacin calrica del suelo o por la

transpiracin de las plantas, convirtindose en vapor de agua. ste vapor llega a la atmsfera y es

transportado por los vientos, donde luego se condensa formando as nubes.

Precipitacin.- Cuando el agua contenida en las nubes cae de la atmosfrica y se deposita en la

superficie terrestre, se dice que hay precipitacin. Esta ocurre en forma lquida (lluvia y roco) o slida

(granizo, nieve y escarcha).

Infiltracin.- Una parte del agua que ha precipitado, por gravedad ingresa al interior del suelo

muchas veces a grandes profundidades, a lo que se llama infiltracin.

Escorrenta.- El agua que no se infiltra en el suelo, corre por encima de la superficie terrestre a las

partes ms bajas y llega a formar parte de los ros, lagos, cinagas y finalmente llega al mar.

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Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Explique la permeabilidad de los suelos.

La permeabilidad es una propiedad hidrulica de los suelos, donde el suelo

permite hasta cierto grado particular, un movimiento de agua perceptible a

travs del mismo en estado saturado. La permeabilidad se mide en unidades de

rea, se considera a los suelos compuestos de grava y arena como de alta

permeabilidad, mientras a los suelos arcillosos como muy poco permeables.

Qu es la Superficie o nivel fretico del agua?

Los suelos estn formados por partculas minerales con agua o gas entres sus

espacios vacos.

Los espacios vacos estn interconectados entre si de diversas maneras, por lo

tanto el agua puede pasar a travs de estas en descenso de las zonas de alta

presin a las de baja presin. El nivel de agua descender hasta detenerse,

esto es cuando se encuentre un equilibrio entre la presin atmosfrica y la

presin de poros del suelo. Este nivel de agua, recibe el nombre de

superficie fretica o nivel fretico de agua.

Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Explique lo que es:

a) Acufero.

b) Acutardo.

c) Acucludo.

d) Acufugo.

a) Acufero.- El agua que penetra en el suelo por infiltracin

puede quedar retenida a una profundidad o bien descender a

una profundidad mayor. Un acufero es un estrato subterrneo

de arena o grava que almacena esta agua, cuya permeabilidad

permite la retencin de agua y permitir su movimiento a lo largo

de este. Generalmente esta agua es transmitida a zonas de

recarga, como: lagos, pantanos, manantiales, pozos y otras

fuentes de captacin.

b) Acutardo: Es una formacin geolgica similar al acufero,

que contiene apreciables cantidades de agua, pero este debido

a su permeabilidad, la transmite muy lentamente, como fuente

de recarga, hacia otros acuferos.

c) Acucludo: Es una formacin geolgica compuesta de arcilla

(muy baja permeabilidad) que, conteniendo agua en su interior

incluso hasta la saturacin, no la transmite.

d) Acufugo: Esta es una formacin geolgica subterrnea, que

se caracteriza por no tener intersticios interconectados, es decir

que los espacios vacos entre partculas no estn conectados

entre si, por lo tanto, es incapaz de absorber agua y mucho

menos transmitirla.

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Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Explique la ascensin capilar de agua en los suelos.

Los continuos espacios vacos en un suelo, pueden comportarse en conjunto

como tubos capilares con secciones transversales diferentes. Estos se

comunican entre s en toda direccin, constituyendo un enrejado de vacos. Si

este enrejado es invadido desde abajo por agua (nivel fretico), esta ascender

gradualmente.

La figura, muestra que hasta una altura hcc por encima del nivel fretico, el

suelo se encuentra completamente saturado. A una altura comprendida entre

hcc y hc, se encuentra parcialmente saturado de agua. La altura hc, se

denomina altura mxima de ascensin capilar, que se determina con la

siguiente expresin:

Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Qu es la presin de poros?

Cuando se instala un piezmetro donde existe un flujo de agua, este registra una

cierta altura piezomtrica (h), como se observa en la figura. La presin del flujo

de agua entre los espacios vacos del suelo (poros), empuja agua hacia arriba

por el piezmetro, hasta que exista un equilibro con el peso del agua contenida

en el piezmetro. Presin de poros en el suelo.

A la presin del agua dentro los espacios

vacos del suelo (poros), se la denomina

presin de poros y se la representa por la

letra u. Como la presin de poros est en

equilibrio con la presin que ejerce el peso

del agua dentro del piezmetro (figura), se

escribe que:

Donde:

Wp = Peso del agua contenida en el piezmetro.

A= rea de la seccin transversal del piezmetro

ocupada por el agua. El peso del agua (Wp, puede escribirse

en funcin a las dimensiones del piezmetro, este ser:

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Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Explique lo que es:

a) Concepto de carga b) Altura total de carga.

c) Perdida de carga d) Gradiente hidrulico

e) Gradiente hidrulico crtico f) Conductividad hidrulica

a) Altura total de carga.- Si se considera el punto B de la figura 4.4, este

contiene energa en varias formas como ser:

Energa potencial.- La cual existe debido a la elevacin sobre la lnea de

referencia.

Energa de presin.- La cual es debido a la presin del agua.

Energa cintica.- La cual es debido a la velocidad del flujo de agua.

Aunque las unidades en que se expresa la energa es Jouels, BTUs y otros,

conviene hacer uso del concepto de carga, el cual es la energa dividida entre la

aceleracin de la gravedad.

Este mtodo convierte cada forma de energa al equivalente de energa

potencial y se expresa esta con una respectiva altura. Por lo tanto las tres

formas de energa pueden expresarse como:

Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Figura Altura total de carga en una

tubera.

Altura de presin (hp).- Es la altura de

elevacin entre el punto y el nivel de agua

del piezmetro que est adherido a la tubera,

esta describe la energa de presin, esta

altura tambin se conoce como altura

piezomtrica.

Altura de velocidad (h).- Es la diferencia en la

elevacin de agua que existe dentro el

piezmetro y el tubo Pitot y describe la carga

de velocidad. Esta relaciona la velocidad v y la

aceleracin debido a la gravedad que se

expresa:

b) Altura total de carga.

La suma de estas tres alturas se conoce como la altura

de carga total (h), que se expresa:

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Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

c) Prdida de carga.- La figura, muestra a una tubera con piezmetros y

tubos Pitot instalados en los puntos A y B. Se tiene un flujo de agua que

ocasiona un ascenso de agua en los piezmetros, donde existe una diferencia

en las alturas piezomtricas y de velocidad respecto de un punto al otro.

Esta diferencia se debe a una prdida de energa ocasionada por friccin, que

es conocida como la prdida de carga ( h).

d) Gradiente hidrulico.- El gradiente hidrulico (i), es definido como la

relacin entre la prdida de carga y una distancia (L) donde ocurre dicha

prdida (figura), este se expresa:

Al poder determinar un gradiente hidrulico, este indica la existencia de un flujo

de agua. El gradiente hidrulico, siempre debe ser un valor positivo, adems de

ser adimensional. Este siempre tiene que ser medido en la direccin del flujo,

donde L: Es una distancia paralela a la direccin del flujo.

Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

e) Gradiente hidrulico crtico.- El efecto que produce un flujo ascendente de

agua en las partculas de una masa de suelo, consiste en reducir el esfuerzo

intergranular entre partculas.

Si se logra una velocidad de flujo suficientemente alta, la presin de flujo puede

cancelar el esfuerzo efectivo en su totalidad, ocasionando condiciones

movedizas. Se trata en esencia de condiciones en las que el suelo no ofrece

resistencia al corte, pues el esfuerzo intergranular ha sido reducido a cero. Esto

significa que las partculas del suelo empiezan a flotar debido a la fuerza del

flujo de agua.

Al valor de i, se lo denomina como: Gradiente hidrulico crtico. Este representa

la relacin mnima entre la prdida de carga ( h) y longitud de suelo (L), que se

requiere para cancelar el c esfuerzo efectivo del suelo y ocasionar condiciones

movedizas en las partculas de este. Este, es:

Tambin, puede expresarse en funcin de la gravedad

especfica y el ndice de vacos, que ser:

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Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

f) Conductividad hidrulica: La conductividad hidrulica (k), es una constante

que da una idea de la resistencia que ofrece el suelo al flujo de agua.

Esta constante es medida en trminos de velocidad y depende en gran manera

de la estructura del suelo y depende de algunos factores tanto del suelo como

del agua que circula en este, como ser:

La estructura del suelo.

El ndice de vacos.

La textura de las partculas, adems de su rugosidad.

Densidad.

Viscosidad.

El intervalo de valores para la conductividad hidrulica, es muy amplio. La

tabla, muestra algunos valores de la conductividad hidrulica para diferentes

tipos de suelos.

Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES

Conductividad hidrulica para diversos suelos.

Tabla Clasificacin del grado de permeabilidad del

suelo.

Existen tres maneras comunes para conocer la

conductividad hidrulica de un suelo, mediante:

Ensayos hechos en laboratorio, relaciones y

mtodos empricos y ensayos hechos en campo.