Presiones de Filtración y Gradiente Hidráulico Crítico - Suelos. Si el nivel libre del agua se conserva en el borde del recipiente y se baja el depósito, se produce pronto un flujo establecido; de acuerdo con las condiciones ilustradas en la fig. 2.4b. Como el depósito y el tubo flexible se comunican con el fondo del recipiente, la presión intersticial en el fondo del recipiente puede expresarse como:
sta fórmula representa una disminución de ! "# en la presión del agua de los poros, en comparación con la condición mostrada en la fig. 2.4a. Se advierte $ue esta disminución no puede atribuirse a la velocidad de circulación del agua, debido a $ue la carga de velocidad v%2&2g es despreciable para velocidades comparables a las m's elevadas $ue se encuentran en los depósitos de suelos naturales. (or lo tanto, la presión total en el fondo del recipiente se determina )nicamente por el peso del suelo y del agua $ue est'n arriba del mismo. Como resultado, resultado, la presión presión efectiva efectiva debe aumentarse aumentarse en !* respecto respecto al valor indicado indicado en la fig 2.4a. (or lo tanto, en el plano ab, el aumento proporcional en la presión efectiva es igual a ! " #+&-. l aumento en presión efectiva debido al flujo de agua se conoce con el nombre de presión de filtración. s el resultado del empuje po r fricción del agua corriente sobre los granos del suelo.
Se advierte $ue la p/rdida de carga entre la parte superior del material granular y la profundidad es !&-. l gradiente !idr'ulico correspondiente i es !&-. (or lo tanto, la presión de filtración puede expresarse como i" #, y la presión efectiva a la profundidad 0 es:
Si se eleva el depósito arriba del recipiente, de manera $ue se tenga un flujo ascendente a trav/s trav/s del materia materiall granula granularr +fig. +fig. 24c, 24c, la pre presió sión n inters interstic ticial ial en el fondo fondo del recipi recipient ente e se aumenta en la cantidad !"#. (or lo tanto, la p resión efectiva en el plano ab se reduce a:
1umentando el gradiente !idr'ulico ascendente puede incrementarse la presión de filtracion a ", con con lo $ue la presión efectiva p se !ace cero. sto ocurre cuando:
El gradiente hidráulico para el cual la presión efectiva se hace cero se denomina gradiente hidráulico crítico ic. Bajo estas condiciones, un suelo sin cohesión no puede soportar ningún peso sobre su superficie. Además, al aproximarse el gradiente hidráulico al valor crítico, el suelo se hace mucho más suelto, aumenta el coeficiente de permeabilidad !. "or tanto, si se hace una excavación en un suelo sin cohesión, bajo el nivel freático, a una profundidad tal #ue la presión efectiva se redu$ca a cero, se observa una agitación visible de los granos del suelo. Este fenómeno se conoce como condición de arena movediza. %a maor parte de las arenas movedi$as son el resultado de esta condición hidráulica especial. Gradiente [hidráulico] crítico El #ue, de ser superado, hace #ue empiece a ebullir el material suelto donde se produce una filtración se produ$ca arrastre o sifonamiento.
El agua subterránea se mueve en la dirección en #ue decrece el potencial hidráulico total, de manera #ue si semantienen constantes todos los demás factores, la cuantía del movimiento de a#u&lla en el seno de la $ona saturada depende del gradiente hidráulico. El gradiente hidráulico 'i( se define como la p&rdida de energía experimentada por unidad de longitud recorrida por el agua) es decir, representa la p&rdida o cambio de potencial hidráulico por unidad de longitud, medida en el sentido del flujo de agua. i * Ah+l donde i -radiente hidráulico 'adimensional(. Ah iferencia de potencial entre dos puntos del acuífero 'ht/0ht1(. l istancia en la dirección del flujo entre estos dos puntos.
Gradiente hidráulico crítico El que hace que la presión intergranular en una masa de suelo n o cohesivo se reduzca a cero por el movimiento ascendente del agua. Este gradiente origina
un fujo ascendente en la masa de suelo de magnitud tal que se anulan los esuerzos intergranulares y, en consecuencia, genera las condiciones que caracterizan las arenas movedizas num!ricamente es igual a la relación entre el peso unitario sumergido y el peso unitario del agua. "c # $% & $'.
