La presión del agua de los poros (a veces abreviada como pwp ) se refiere a la presión del agua subterránea contenida dentro de un suelo o roca , en los espacios entre las partículas ( poros ). Las presiones del agua de poro por debajo del nivel freático del agua subterránea se miden con piezómetros . En general, se puede suponer que la distribución vertical de la presión del agua de poro en los acuíferos es cercana a la hidrostática .
En la zona insaturada ("vadosa") , la presión de poro se determina por capilaridad y también se denomina tensión , succión o presión matricial. Las presiones del agua intersticial en condiciones insaturadas se miden con tensiómetros , que funcionan permitiendo que el agua intersticial entre en equilibrio con un indicador de presión de referencia a través de una copa de cerámica permeable colocada en contacto con el suelo.
La presión del agua de poro es vital para calcular el estado de estrés en la mecánica del suelo , a partir de la expresión de Terzaghi para el estrés efectivo de un suelo.
La presión se desarrolla debido a: [1]
Los efectos de flotabilidad del agua tienen un gran impacto en ciertas propiedades del suelo, como el estrés efectivo presente en cualquier punto del medio del suelo. Considere un punto arbitrario cinco metros por debajo de la superficie del suelo. En suelo seco, las partículas en este punto experimentan una tensión aérea total igual a la profundidad bajo tierra (5 metros), multiplicada por el peso específico del suelo. Sin embargo, cuando el nivel freático localla altura está dentro de dichos cinco metros, la tensión total que se siente cinco metros debajo de la superficie se reduce por el producto de la altura del nivel freático en el área de cinco metros, y el peso específico del agua, 9,81 kN / m ^ 3. Este parámetro se denomina estrés efectivo del suelo, básicamente igual a la diferencia entre el estrés total del suelo y la presión del agua intersticial. La presión del agua intersticial es esencial para diferenciar el estrés total de un suelo de su estrés efectivo. Es necesaria una representación correcta de la tensión en el suelo para realizar cálculos de campo precisos en una variedad de oficios de ingeniería. [3]
Cuando no hay flujo, la presión de poro a la profundidad, h w , debajo de la superficie del agua es: [4]
donde:
El método estándar para medir la presión del agua de los poros por debajo del nivel freático emplea un piezómetro, que mide la altura a la que se eleva una columna de líquido contra la gravedad ; es decir, la presión estática (o altura piezométrica ) del agua subterránea a una profundidad específica. [6] Los piezómetros a menudo emplean transductores de presión electrónicos para proporcionar datos. La Oficina de Recuperación de Estados Unidos tiene un estándar para monitorear la presión del agua en una masa rocosa con piezómetros. Es sitios ASTM D4750 "Método de prueba estándar para determinar los niveles del subsuelo líquido en un pozo de sondeo o Pozo de Monitoreo (Observación Bueno)". [7]
En cualquier punto por encima del nivel freático , en la zona vadosa, la tensión efectiva es aproximadamente igual a la tensión total, como lo demuestra el principio de Terzaghi . Siendo realistas, el estrés efectivo es mayor que el estrés total, ya que la presión del agua intersticial en estos suelos parcialmente saturados es en realidad negativa. Esto se debe principalmente a la tensión superficial del agua de los poros en los huecos a lo largo de la zona vadosa que provoca un efecto de succión sobre las partículas circundantes, es decir, succión matricial. Esta acción capilar es el "movimiento ascendente del agua a través de la zona vadosa" (Coduto, 266). [8] El aumento de la infiltración de agua, como la provocada por las fuertes lluvias, provoca una reducción de la succión matricial, siguiendo la relación descrita por la curva característica del agua del suelo (SWCC), lo que resulta en una reducción de la resistencia al cizallamiento del suelo y una reducción de la estabilidad de la pendiente. [9] Los efectos capilares en el suelo son más complejos que en el agua libre debido al espacio vacío conectado aleatoriamente ya la interferencia de partículas a través de las cuales fluyen; Independientemente, la altura de esta zona de elevación capilar, donde la presión del agua de poro negativa es generalmente máxima, se puede aproximar mucho mediante una ecuación simple. La altura de la elevación capilar es inversamente proporcional al diámetro del espacio vacío en contacto con el agua. Por lo tanto, cuanto más pequeño sea el espacio vacío, más agua se elevará debido a las fuerzas de tensión. Arenosolos suelos consisten en un material más grueso con más espacio para huecos y, por lo tanto, tienden a tener una zona capilar mucho menos profunda que los suelos más cohesivos, como arcillas y limos . [8]
Si el nivel freático está a una profundidad d w en suelos de grano fino, entonces la presión de poro en la superficie del suelo es: [4]
donde:
y la presión de poro a la profundidad, z , debajo de la superficie es:
donde:
Un tensiómetro es un instrumento que se utiliza para determinar el potencial hídrico mátrico ( ) ( tensión de humedad del suelo ) en la zona vadosa. [10] Una norma ISO , "Calidad del suelo - Determinación de la presión del agua intersticial - Método del tensiómetro", ISO 11276: 1995, "describe métodos para la determinación de la presión del agua intersticial (mediciones puntuales) en suelos saturados e insaturados utilizando tensiómetros. Aplicable para mediciones in situ en el campo y, por ejemplo, núcleos de suelo, utilizados en exámenes experimentales ". Define la presión del agua intersticial como "la suma de las presiones mátrica y neumática". [11]
La cantidad de trabajo que se debe realizar para transportar de manera reversible e isotérmica una cantidad infinitesimal de agua, de composición idéntica al agua del suelo, desde una piscina a la altura y la presión de gas externa del punto considerado, al agua del suelo. en el punto considerado, dividido por el volumen de agua transportado. [12]
La cantidad de trabajo que se debe realizar para transportar de manera reversible e isotérmica una cantidad infinitesimal de agua, de composición idéntica al agua del suelo, desde un estanque a presión atmosférica y en la elevación del punto considerado, a un estanque similar en una presión de gas externa del punto considerado, dividida por el volumen de agua transportada. [12]