el agua en el suelo y en la roca

7/26/2019 El Agua en El Suelo y en La Roca

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El agua en el suelo y en laroca

David Huertas Rosales

Asignatura:Ingeniera geotcnica y

cimientos

Centro:Escuela politcnica

superior de Linares(Universidad de

Jan)

Grado en:Ingeniera civil

Profesor:D. Francisco OlivaresCasado

Curso:3 (2014-2015)


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El agua en el suelo y en la roca

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Indice1.El agua en el suelo ...................................................................................................................... 3

1.1Estados del agua en el suelo ................................................................................................ 3

1.2Nivel fretico o nivel piezometrico ...................................................................................... 4

1.3Capilaridad ........................................................................................................................... 5

1.4Humedad de contacto .......................................................................................................... 5

1.5Movimiento del agua en el suelo. Permeabilidad ................................................................ 6

1.6Coeficiente de permeabilidad K....................................................................................... 7

1.7Valores tpicos del coeficiente de permeabilidad ................................................................ 7

1.7.1Correspondencia entre el coeficiente de permeabilidad k y el ndice de huecos e ..... 8

1.8Medicin de la permeabilidad en laboratorio ..................................................................... 8

1.9Permemetro de carga variable ........................................................................................... 9

1.10 Otros movimientos no gravitatorios del agua: electrosmosis y termosmosis ............ 10

1.11Otros factores que influyen en la permeabilidad ............................................................ 10

1.12Determinacin de la permeabilidad IN SITU................................................................... 11

1.13Tensin efectiva . tensin neutra o tensin de poro ....................................................... 11

1.14Gradiente hidrulico critico IC...................................................................................... 11

1.15Valores de permeabilidad y drenaje ................................................................................ 12

1.16Consideraciones sobre el sistema agua-suelo ................................................................. 12

1.17Hielo en el suelo ............................................................................................................... 13

1.18Desarrollo de la vegetacin .............................................................................................. 14

2ELAGUAENLAROCA .............................................................................................................. 15

2.1 PERMEABILIDADYFLUJODEAGUA ................................................................................ 15

2.2 POROSIDAD Y PESO ESPECFICO DE LAS ROCAS ................................................................ 17

2.3 EFECTOS DEL AGUA SUBTERRNEA SOBRE LAS PROPIEDADES DE LOS MACIZOS

ROCOSOS ................................................................................................................................. 19

3.Bibliografia ............................................................................................................................... 21


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1.El agua en el suelo

1.1Estados del agua en el sueloSe distinguen fundamentalmente dos estados:

-1) de unin ntima o combinacin qumica: agua de constitucin (por ejemplo, en el yeso:

SO4Ca.2H2O), la cual forma parte de la estructura qumica de las partculas slidas del suelo,

ejemplo de ello es el agua de cristalizacin, que no se puede drenar, y que slo es eliminable

por procedimientos que alteraran su composicin.

- 2) de unin fsica. En este estado se distinguen:

-2.a) agua retenida por fuerzas no capilares, retenida principalmente por atraccin elctrica,

dado el carcter dipolar de sus molculas, las cuales tienen una atraccin fsico-qumica. Estaes el agua de adherencia en las arcillas, a la cual deben su plasticidad. Tambin se llama agua

pelicular, pues rodea las partculas del suelo como una fina piel, y queda sujeta a l por fuerzas

de adhesin, de atraccin fsicoqumica.

Ejemplo de ello es el caso de arenas con cierta humedad de contacto, que presentan un

fenmeno parecido a la cohesin. Estas aguas de retencin no pueden desplazarse por

gravedad. No se captan mediante los sistemas de drenaje.

-2.b) agua retenida por fuerzas capilares. Se encuentra en los canalillos que dejan entre s las

partculas del terreno, llamados conductos capilares. Se mantiene en ellos por las fuerzas de lacapilaridad. El agua en los capilares continuos proviene del agua de gravedad, (agua de la zona

saturada, en el interior del terreno), estando sostenida por ella y siendo la aportacin

permanente mientras haya agua en el acufero.

El agua en ese estado se llama capilar continua o sostenida. Ese tipo de agua acompaa a la

fuente de alimentacin, (agua de gravedad), en sus fluctuaciones.

Cuando un terreno recibe una aportacin exterior de agua (lluvia o nieve), se produce una

saturacin de los huecos en las capas superiores, y el agua desciende por gravedad. Al cesar la

aportacin, transcurrido un cierto tiempo, desaparece el estado de saturacin pero parte del

agua queda retenida en el terreno por El terreno

fuerzas capilares; la distribucin es irregular y por ello se le da el nombre de agua capilar

aislada o suspendida. Esta es el agua que las plantas aprovechan por succin en sus races.

-2.c) agua no retenida por el suelo: es la que tras una aportacin de agua metericase

introduce y desciende en el terreno, sometida fundamentalmente a la accin de la gravedad y

alcanza un fondo impermeable o una zona ya saturada, y satura a su vez la zona suprayacente;

por eso se le llama agua de gravitacin o de saturacin; satura todo el terreno, llenando todos

los huecos, poros, intersticios o fisuras. Sigue la ley de la gravedad y transmite la presin

hidrosttica. Este agua puede circular por el terreno y puede captarse por mtodos de drenajey adems arrastrar al agua capilar continua.


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1.2Nivel fretico o nivel piezometricoSe define como el lugar geomtrico de los niveles que alcanza la superficie del agua en pozos

de observacin en libre comunicacin con los vacos del suelo in situ. Tambin se define como

lugar geomtrico donde la tensin del agua es nula respecto a la atmosfrica.

Si se introducen en el suelo tubos agujereados de observacin, el nivel alcanzado por

el agua esttica corresponder al nivel del agua en el suelo, o sea, se obtendr el nivel fretico,

por debajo del cual el suelo y la roca estn sumergidos y, por encima del cual el agua se puede

elevar por capilaridad. Tambin se puede encontrar un nivel fretico suspendido:

El nivel fretico puede alimentar un lago o ro, o puede ser alumbrado por l, segn su

situacin en

valles o en cumbres.

a) nivel fretico alimentando un lago o ro (zona hmeda).

b) nivel fretico alimentado por un ro (zona rida)

Tambin se puede encontrar un nivel fretico suspendido, como se ve en el esquema de la

figura


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Se recuerda el trmino acufero, nombre que se da al terreno por el cual circula el agua. El

lmite impermeable inferior del acufero se llama muro y el superior techo.

Cuando un acufero tiene pendiente, el agua situada en su parte baja puede estar sometida a

presin alta, y dar origen al agua artesiana. Si atravesando el acuicluso (capa impermeable -

cerrada al agua-) se abre un pozo que penetre en el acufero (pozo artesiano), el agua saldr

con gran velocidad hacia la superficie.

1.3CapilaridadEl contacto de dos fluidos no miscibles -caso del agua y del aire- produce una atraccin entre

sus molculas que se llama tensin superficial. Esto, unido a la tendencia de las molculas a

adherirse a los slidos, hace que el agua sea retenida por los finos canalillos que existen en el

suelo (conductos capilares), a veces llenos de aire. Estas fuerzas de retencin constituyen las

llamadas fuerzas capilares.

1.4Humedad de contactoSi la arena est slo hmeda, existe una humedad de contacto. Las fuerzas producidas se

pueden representar como en el grfico de la figura. Entre dos partculas slidas que contactan

en un punto M, las fuerzas de la humedad de contacto tienen una resultante vertical, P, que

tiende a mantener unidos los granos con un efecto similar al de la cohesin. Por eso a este


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fenmeno se le llama cohesin aparente de las arenas. Hay que recalcar lo de aparente, ya que

si se sumerge el suelo, o se seca, esa tensin superficial (aparente) desaparece y produce la

consiguiente desintegracin del esqueleto o conjunto de parte slida de la arena.

Si la arena es densa, esa cohesin aumenta a tal punto su resistencia al corte que existen

taludes verticales de bastante altura los cuales permanecen estables. Baste pensar en las

construcciones con arena hmeda que hacen los nios jugando en las playas.

Si la arena hmeda se deposita de forma suelta, por ejemplo es volcada sin compactacin

posterior, la cohesin impide que las partculas se asienten en formas ms estables y estoreduce la capacidad de carga casi a cero.

El volumen de esa arena hmeda puede ser del 20 al 30 % mayor que el que tendra si

estuviese seca, aunque tambin estuviera suelta. Este fenmeno, que se suele producir en los

30 60 cm superiores, se llama entumecimiento.

Si esa arena se mojara suficientemente se eliminara la tensin superficial y la porosidad se

reducira a la de la arena saturada en estado suelto, o tambin, si se secara o redujera a la

porosidad de la arena seca suelta, se producira colapso. De ello se sigue la conveniencia de

saturar los rellenos que se prev que luego van a estar inundados.

1.5Movimiento del agua en el suelo. PermeabilidadEl hecho del movimiento del agua en el suelo lleva al concepto de permeabilidad. Se entiende

por permeabilidad la capacidad de un material para ser atravesado por un lquido.

Permeabilidad de un suelo es la propiedad que tiene ese suelo de dejar pasar el agua a travs

de l. Esto implica una posibilidad de recorrido, y exige la existencia de vacos o huecos

continuos.

La permeabilidad de los suelos tiene un efecto decisivo sobre el coste y las dificultades en la

construccin (por ejemplo, en excavaciones a cielo abierto bajo nivel fretico), y en lavelocidad de consolidacin de los estratos de arcillas blandas bajo el peso de una cimentacin.


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El agua ejerce una presin sobre el material poroso a travs del cual circula. Esta presin se

conoce como presin de filtracin o tensin de filtracin. Esto es como un roce que produce el

agua con las paredes de los granos o componentes slidos del suelo que conforman los

canalillos por los que el agua se mueve.

Bsicamente se estudian las circulaciones correspondientes a regmenes no variables, o sea,

permanentes (las lneas de corriente coinciden con las trayectorias de las partculas

elementales del fluido) o estacionarios (no turbulentos).

En esos casos el escurrimiento o filtracin, o sea, el movimiento de las partculas fluidas, se

produce a lo largo de caminos muy ajustados a curvas, llamadas lneas de corriente o lneas de

filtracin, invariables en el transcurso del tiempo.

A lo largo de esas lneas de corriente la presin y la velocidad del agua varan segn ciertas

leyes

1.6Coeficiente de permeabilidad Kk, tambin denominada conductividad hidrulica, no es constante, y se define como la

velocidad media ideal del movimiento que se establece bajo la accin del gradiente hidrulico

unidad, a travs del rea total de la seccin transversal del suelo. ( k = v /i).

Todos los suelos son permeables en mayor o menor grado. Incluso las arcillas ms compactas

son permeables el propio granito no es absolutamente impermeable: lo que pasa es que

siendo tan poca la cantidad de agua la que pasa por unidad de tiempo. esta se evapora al

entrar en contacto con el aire.El coeficiente de permeabilidad. K no slo depende de ciertas propiedades del material

poroso. sino tambin de las del lquido que circula por el mismo (principalmente densidad.,

viscosidad. ).

En una masa de suelo, los pequeos canales a travs de los cuales circula el agula tienen tina

seccin transversal muy variable e irregular. Por ello la velocidad real de circulacin es

variable. Sin embargo la velocidad del movimiento considerado macroscpicamente sigue las

mismas leyes que determinan el escurrimiento o flujo en los tubos capilares rectos de seccin

constante, y en consecuencia, si la seccin transversal del tubo es circular, la velocidad de

filtracin aumenta, de acuerdo con la ley de Poiseuille, con el cuadrado del dimetro del tubo.

El dimetro medio de los vacos de un suelo, con una porosidad dada. aumenta prcticamente

en relacin directa con el tamao. D. de las partculas: por ello es posible expresar K en funcin

de D siguiendo la ley de Poiseuille:

1.7Valores tpicos del coeficiente de permeabilidadPara tener una primera nocin de valores de k (coeficiente de permeabilidad) tpicos de los

suelos, bastan, segn Casagrande y Fadum (1940), estos valores:


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1.7.1Correspondencia entre el coeficiente de permeabilidad k y el ndice de huecoseCuando un suelo es comprimido o vibrado el volumen ocupado por sus elementos slidos

permanece prcticamente invariable, mientras que el volumen de los vacos disminuye. Por

tanto la permeabilidad del suelo tambin disminuye.

La relacin de vacos y la permeabilidad estn en correspondencia, segn se ve en la grfica

(figura 2.12), en la que en abscisas se presenta la relacin de vacos y en ordenadas la relacink/k0.85, entre el coeficiente de permeabilidad k del suelo, con una relacin de vacos dada, e, y

el coeficiente k0.85 (valor de k cuando el ndice de huecos es e= 0,85).

En cimentaciones raramente se encuentran arenas limpias del tipo indicado anteriormente. Si

la arena contiene un alto porcentaje de partculas en forma de escamas, como son las

partculas de mica, la relacin estudiada se ajusta a la curva de trazos discontinuos.

Para tener una idea de magnitudes se puede considerar que la velocidad de filtracin del agua

en la arena, para un gradiente hidrulico igual a la unidad, suele ser de algunos centmetros

por hora, mientras que en las arcillas esta velocidad no excede de unos centmetros por ao.

Se pueden hacer ms inteligibles estos datos con el siguiente ejemplo: una velocidad de 10-6

cm/s representa aproximadamente unos 30 cm /ao.

1.8Medicin de la permeabilidad en laboratorioExisten varios tipos de aparatos para medir la permeabilidad en laboratorio, llamados

permemetros; los principales son los de carga constante y los de carga variable.

Permemetro de carga constante:


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Slo se emplea para suelos muy permeables (k 10-3 m/s), o sea, en gravas y arenas limpias.

El gradiente hidrulico i = h/H es constante al serlo la h.

Pero aun para esos suelos muy permeables es preferible el permemetro de carga variable

pues los resultados tienen menor error por formacin de burbujas de aire en los tubos de

conexin.

1.9Permemetro de carga variableSe coloca una muestra, M, del suelo que se quiere estudiar en un molde cilndrico cerrado en

sus dos extremos por dos tapas muy porosas. La tapa superior tiene un aliviadero de agua, la

inferior comunica con un depsito de agua y con un tubo de un metro de altura y de seccin

apropiada a cada tipo de suelo (20 cm2 para suelos muy permeables, y 5 mm2 para poco

permeables); dicho tubo, de seccin a, tambin est conectado al depsito. Unas piedras

porosas cubren las dos caras de la muestra en el interior del molde.

Se somete la muestra a saturacin

(esto tarda unos minutos con arenas

y varios das con arcillas); cuando ya

est saturada, con el molde lleno de

agua y comunicada nicamente con

el tubo graduado, se comprueba que

el agua va descendiendo lentamente

por el tubo. Se mide el tiempo T

necesario para que el nivel de agua

descienda desde h1 hasta h2

(extremos superior e inferior del

tubo). Las alturas se miden con

relacin al nivel de agua en el

aliviadero.


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1.10 Otros movimientos no gravitatorios del agua: electrosmosis ytermosmosisLa forma ms comn de movimiento no gravitatorio del agua a travs del suelo se debe a la

atraccin capilar.

Otra forma de movimiento de agua no gravitatorio, pero menos conocida, es la causada por las

diferencias de temperatura en una capa de suelo; se conoce con el nombre general de

termosmosis.

Se demuestra que la afinidad del agua por los suelos aumenta cuando la temperatura

disminuye. Esto explica el movimiento observable del agua de una parte caliente del suelo a

otra fra. Un fenmeno relacionado con el anterior es la electrosmosis. Se ha demostrado que

la aplicacin de un potencial elctrico produce movimiento del agua en un tubo capilar. El agua

se traslada del nodo (+), hacia el ctodo (-). Winterkorn demostr la relacin directa queexiste entre esos dos fenmenos. La electrosmosis ha encontrado utilizacin prctica en la

excavacin de suelos del tipo limo, cuya estabilidad no se poda conseguir de otra forma.

La termosmosis est ntimamente relacionada con el fenmeno del levantamiento del

terreno por la accin del hielo: se ha observado que la superficie helada de las capas del

terreno es susceptible de levantarse en ciertas condiciones. Se han registrado levantamientos

de 25 cm y ms.

1.11Otros factores que influyen en la permeabilidadEl valor del coeficiente de permeabilidad depende de la temperatura, la viscosidad y el peso

especfico del fluido (stas ltimas son las variables de flujo ms importantes en la

permeabilidad), pero adems hay otros factores, como por ejemplo la veracidad del suelo de

origen, puesto que es difcil conseguir muestras inalteradas y se ha de contar con los errores

de manipulacin, tanto in situ como en el laboratorio.

Tambin existen otras caractersticas variables, como la polaridad, adems de ciertas

caractersticas relativas a la fase slida del suelo, como son:

- tamao de las partculas,

- relacin de vacos,

- estructura (forma y ligazn de los granos),

- composicin y compacidad, y relaciones con el grado de saturacin.

As, se ve que los granos pulidos y redondeados muestran una permeabilidad ms elevada que

los granos angulosos. Y, por otra parte, cuanto ms gruesos son los granos y ms uniformes sus

dimensiones, mayor es el coeficiente de permeabilidad, e inversamente, cuando los finos

aumentan el coeficiente de permeabilidad, k, disminuye muy rpidamente.


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1.12Determinacin de la permeabilidad IN SITUEn el propio terreno se puede determinar la permeabilidad recurriendo a alguno de los

siguientes ensayos:

a).- Los basados en el principio del ensayo de permeabilidad con carga hidrulica

variable: miden la velocidad con que desciende el nivel del agua en un tubo

determinado. Estos ensayos practicados en una perforacin sirven para obtener el

orden de magnitud de la permeabilidad.

b).- Los que proporcionan datos ms acertados son los ensayos de bombeo desde

pozos testigos. Esto requiere un pozo de bombeo de 25 a 30 cm de dimetro, y un

nmero por lo menos de 6 pozos de observacin, situados en dos rectas que pasen por

el centro de la base del pozo, en direcciones perpendiculares entre s.

1.13Tensin efectiva . tensin neutra o tensin de poroLos esfuerzos se transmiten en el suelo a travs de los granos y del agua intersticial, pero por

ahora no es posible estudiar el reparto real de las tensiones en funcin de la verdadera

posicin y tamao de cada uno de los granos. Por ello se supone que el suelo es homogneo y

en cada punto se define el tensor de tensiones, como se hace en resistencia de materiales,

entendiendo que el volumen elemental de suelo a considerar sea lo suficientemente grande

como para tener partculas slidas y agua intersticial (agua entre sus huecos).

Sin embargo, las diferentes fases que constituyen el suelo no se rigen por las mismas leyes y,realmente no se puede considerar que el complejo slido-lquido-gas se comporte como un

todo homogneo. De aqu que en el caso de suelo saturado o suelo seco, se deba distinguir de

la tensin total dos partes: una es la delfluido (aire, en caso del suelo seco, o agua, en el de

suelo saturado), y otra parte es la de laspartculas slidas (intergranular o efectiva).

(Tensin total = tensin neutra + tensin efectiva).

1.14Gradiente hidrulico critico ICEl que, de ser superado, hace que empiece a ebullir el material suelto donde se produce una

filtracin y se produzca arrastre o sifonamiento.

El agua subterrnea se mueve en la direccin en que decrece el potencial hidrulico total, de

manera que si se mantienen constantes todos los dems factores, la cuanta del movimiento

de aqulla en el seno de la zona saturada depende del gradiente hidrulico.

El gradiente hidrulico (i) se define como la prdida de energa experimentada por unidad de

longitud recorrida por el agua; es decir, representa la prdida o cambio de potencial hidrulico

por unidad de longitud, medida en el sentido del flujo de agua.


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1.15Valores de permeabilidad y drenajePuede considerarse una clasificacin de suelos segn su permeabilidad y drenaje, con los

valores aproximados de la permeabilidad, en unidades de cm/s. Esto se resume en la siguiente

tabla:

1.16Consideraciones sobre el sistema agua-sueloEl complejo sistema agua-suelo tiene muchas propiedades e influencias en el comportamiento

del suelo: la plasticidad, la cohesin, la consistencia, la consolidacin en el tiempo, etc.

Las influencias del agua ms importantes son la subpresin en las bases de las cimentaciones

bajo nivel fretico, el empuje hidrosttico en los muros, la compactacin de suelos y el drenaje

en excavaciones. Se estudiarn en los temas correspondientes de cimentaciones, muros y

cortes o taludes.

Existen procedimientos especiales de estudio y mejora del suelo basados en las propiedades

del complejo agua-suelo. Un caso de aplicacin prctica corriente es el empleado para

conseguir un adecuado grado de compactacin del suelo en terraplenes y rellenos.

La eficacia de la compactacin depende de la energa aplicada, de la granulometra del suelo y

de su contenido de humedad.

La humedad ptima,,para la compactacin de un suelo, y la densidad seca mxima que se

puede alcanzar se determinan mediante el ensayo Proctor.

El drenaje es un mtodo de mejora del suelo, ya que reduce la cantidad y/o la presin de agua

intersticial, y produce un aumento de compacidad (y aumento de presin efectiva). A veces se

hace como medida provisional (caso de drenaje para facilitar el proceso de construccin de

stanos de edificaciones bajo nivel fretico), y otras veces como medida permanente para

proteger estructuras (drenaje de taludes, o en trasds de muros de contencin), para reducir


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presiones intersticiales (presiones debidas al agua que hay en los poros o intersticios del

suelo).

1.17Hielo en el sueloTambin se debe tener en cuenta, para el diseo y clculo de cimientos, un problema asociadoal agua:

el del hielo en el suelo, y el levantamiento del mismo en pocas largas de heladas sobre todo

en suelos arcillosos y limosos. La dilatacin se produce por el constante crecimiento de los

cristales de hielo resultantes del continuo movimiento del agua desde la capa fretica a la zona

helada.

El suelo puede helarse cuando la temperatura exterior desciende por debajo de 0o, y

consecuentemente aumenta su volumen debido a la transformacin del agua en hielo.

Evidentemente la resistencia y la deformabilidad del suelo pueden llegar a estar fuertemente

influenciadas, sobre todo, por la alternancia rpida de hielo y deshielo.

Hay zonas donde el hielo puede tener consecuencias nefastas, por ejemplo en las carreteras y

en caminos, sobre todo en lo referente a la resistencia de sus capas subyacentes.

Se distinguen claramente dos tipos de suelos helados:

- Terrenos helados homogneamente.

En ellos la humedad permanece constante -suele darse en arenas y gravas-. Las pequeas

variaciones de volumen que se producen corresponden a la dilatacin del agua contenida en el

suelo.

En suelos saturados con libre comunicacin entre la zona helada y una capa fretica no se

produce un aumento de volumen. En este caso el agua sobrante es expulsada.

- Terrenos helados en forma estratificada.

En suelos con ascenso capilar (suelos con gran cantidad de finos), se forman lentejones de

hielo. El agua puede ser absorbida de la zona circundante o de un acufero, (agua fretica o

agua infiltrada).

Los suelos helados sufren dos tipos fundamentales de daos:

- Hinchamientos producidos por la helada.

- Hundimientos por el aumento de humedad del suelo al fundirse los lentejones de hielo.

Los lentejones se sitan segn isotermas, casi siempre paralelos al terreno. El hinchamiento

del terreno se produce perpendicular a ellos, y es equivalente a la suma de los espesores de los

lentejones. Los lentejones aumentan considerablemente la humedad del terreno. Adems, al

fundirse el hielo, el suelo se reblandece.


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1.18Desarrollo de la vegetacinOtros movimientos peridicos del agua en el suelo suelen ser causados por el desarrollo de la

vegetacin, que origina cambios de volumen en las capas superficiales de arcilla, perjudiciales

para los cimientos someros de edificios y carreteras.

La expansin de las races y la profundidad de su penetracin vara con la clase de planta.

Existe cierta relacin entre la altura y la amplitud alcanzada sobre el suelo, el tipo de suelo, y la

intensidad de las lluvias estivales.

Si el suelo es predominantemente de arcilla densa, en la zona de penetracin de las races, en

la poca seca, los rboles y arbustos absorben la humedad del suelo prximo a sus races, y se

pueden producir retracciones desiguales, acompaadas de sus correspondientes asientos, y

por consiguiente asientos diferenciales de cualquier cimentacin somera construida en dicha

zona; los daos son de mayor consideracin cuando es slo una parte de los cimientos la quedescansa en tal zona de penetracin de races.


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2ELAGUAENLAROCA

2.1 PERMEABILIDADYFLUJODEAGUA

La permeabilidad es la capacidad de transmitir agua de una roca. La mayora de lasrocas presentan permeabilidades bajas. La filtracin y el flujo del agua a travs de lamatriz rocosa se produce a favor de los poros y fisuras, dependiendo la permeabilidadde la interconexin entre ellos y de otros factores como el grado de meteorizacin, laanisotropa o el estado de esfuerzos a que est sometido el material.La permeabilidad de una roca se mide por el coeficiente de permeabilidad o deconductividad hidrulica, k, que se expresa en m/s, cm/s m/da:

k = K (

)

donde Kes la permeabilidad intrnseca, es el peso especfico del agua y es laviscosidad del agua.Para flujo laminar, la ley de Darcy relaciona la cantidad de flujo Q con el gradientehidrulico de presin durante el flujo, i:

Q=kiA

Puede considerarse que en la mayora de las rocas el flujo sigue la ley deDarcy:

qx=k (dh/dx)A

siendo q, el caudal en la direccin x, h la altura hidrulica, A la seccin normal a ladireccin x, k la conductividad hidrulica.Ante la dificultad en la estimacin y valoracin de este parmetro, sus valores se

indican en rdenes de magnitud.

Las rocas, los suelos y el agua son los tres elementos naturales que constituyen el

medio geolgico. El agua fluye a travs de suelos y rocas con mayor o menor

velocidad. En funcin de que la roca tenga o no capacidad para transmitir agua, se

denomina permeable o impermeable, dependiendo de su porosidad y de la

interconexin entre los poros.

La permeabilidad puede ser definida corno la capacidad del medio rocoso para que el

agua fluya a travs de sus huecos interconectados; se representa por el coeficiente de


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permeabilidad, que se expresa como una velocidad. Los valoresnormales para las

rocas varan de 1 m/da a 1 m/ao.

La permeabilidad de la matriz rocosa es intergranular, y el agua se transmite a travs

de los poros y microfisuras interconectados de la roca, recibiendo el nombre depermeabilidad primaria. En los macizos rocosos el agua fluye a favor de las superficies

de discontinuidad, y se define como permeabilidad secundaria. Por lo general, la

permeabilidad de la matriz rocosa es despreciable con respecto a la del macizo rocoso

fracturado. Una excepcin son las areniscas y otras rocas porosas, donde s es posible

el flujo de agua a travs de la matriz. Los macizos rocosos karstificados son los que

presentan mayores valores de permeabilidad debido a la presencia de

discontinuidades muy abiertas y cavidades producidas por la disolucin de los

materiales carbonatados.

En los macizos rocosos permeables se establece un nivel de agua bajo el cual los porosinterconectados aparecen llenos de agua. La forma de esta superficie, el nivel fretico,

suele adaptarse a la de la topografa, aflorando en puntos concretos condicionado por

cambios topogrficos o por estructuras geolgicas como las fallas. El nivel fretico

puede fluctuar por lluvias intensas y continuadas, bombeos y en periodos de sequa.

Una baja proporcin del agua de lluvia se infiltra en el terreno, y una pequea parte de

sta, si acaso, alcanza el nivel fretico.

El agua subterrnea aparece en condiciones de no confinamiento, pero a mayor

profundidad la presencia de capas impermeables puede hacer de barrera para el

movimiento del agua hacia la superficie. En estos casos el agua aparece confinada,ejerciendo presin contra los materiales impermeables.


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El flujo del agua en un macizo rocoso fracturado depende de la abertura de las

discontinuidades y de su interconexin. Este esfuerzo aumenta con la profundidad, y a

partir de un determinado nivel las discontinuidades aparecen cerradas, siendo la

permeabilidad del macizo la de la matriz rocosa.La permeabilidad de la matriz rocosa se mide en ensayos de laboratorio, y la del

macizo rocoso mediante la realizacin de ensayos in situen sondeos.

2.2 POROSIDAD Y PESO ESPECFICO DE LAS ROCAS

La porosidad es la relacin entre el volumen ocupado por los huecos en la roca, Vv y elvolumen total V (partculas slidas + huecos):

n(%) =

Es la propiedad que ms afecta a las caractersticas resistentes y mecnicas, siendoinversamente proporcional a la resistencia y a la densidad y directamente proporcionala la deformabilidad, ya que la existencia de huecos puede dar lugar a zonas dedebilidad. Los poros pueden ser microfisuras o grietas en la matriz rocosa. La

porosidad, en general, decrece con la profundidad y con la edad de las rocas.El valor de npuede variar entre el 0 % y el 90 %, con valores normales entre 15 % y


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30%. Las rocas sedimentarias carbonatadas bioclsticas y las rocas volcnicas puedenpresentar valores muy elevados de porosidad, al igual que las rocas meteorizadas oalteradas.

La porosidad eficaz es la relacin entre el volumen de poros interconectados y elvolumen de la muestra. Puede obtenerse a partir de los pesos seco y saturado de lamuestra:

ne= (

En las rocas es frecuente que los poros no estn interconectados, por lo que laporosidad real ser mayor que la eficaz. El ndice de poros se define como la relacinentre el volumen ocupado por los huecos VV, y el volumen ocupado por las partculassolidas,

Vsol: e=Vv/VsolEl peso especfico de la roca depende de sus componentes, y se define como el peso

por unidad de volumen. Sus unidades son las de fuerza (kilopondio, newton, etc.) porvolumen. En general se considera el mismo valor para el peso especfico,,y para la

densidad, (= masa/volumen), por lo que en ocasiones en la geotecnia se emplea eltrmino densidad aunque se est haciendo referencia al peso especfico. Las rocas, adiferencia de los suelos, presentan una gran variacin de valores de peso especfico.


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2.3 EFECTOS DEL AGUA SUBTERRNEA SOBRE LAS PROPIEDADES DELOS MACIZOS ROCOSOS

El agua como material geolgico coexistente con las rocas influye en su

comportamiento mecnico y en su respuesta ante las fuerzas aplicadas.

Los efectos ms importantes son:

-Juega un papel importante en la resistencia de las rocas blandas y de losmateriales meteorizados.

-Reduce la resistencia de la matriz rocosa en rocas porosas.

-Rellena las discontinuidades de los macizos rocosos e influye en su resistencia.

-Las zonas alteradas y meteorizadas superficiales, las discontinuidades importantes

y las fallas son camino preferente para el flujo del agua.

-Produce meteorizacin qumica y fsica en la matriz rocosa y en los macizos

rocosos.

-Produce reacciones qumicas que pueden dar lugar a cambio en la composicin

del agua.


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-El agua puede lubricar las familias de discontinuidades y permitir que las piezas de

rocas se muevan.

-En rocas intensamente fracturadas, la presencia del agua acelera el proceso de

aflojamiento, especialmente en ambientes de altos esfuerzos donde elaflojamiento de la roca ser muy rpido.

-La presencia de agua en las fallas geolgicas y zonas de corte, influye

significativamente en la estabilidad de la masa rocosa de una excavacin.

Karst producido por accin de aguas subterrneas


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3.BibliografiaIngeniera Geolgica. Gonzlez Vallejo.

Mecnica del Suelo y Cimentaciones. U.D. 1 y 2.

El Terreno. Matilde Gonzlez Caballero.

Geologa para ingenieros geotcnicos. J.C. Harvey.

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el agua en el suelo y en la roca

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