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 . Generalmente se puede suponer que la distribución vertical de la presión intersticial del agua en los acuíferos es cercana a la hidrostática .
En la zona insaturada ("vadosa") , la presión de poro está determinada por la capilaridad y también se conoce como tensión , succión o presión matricial. Las presiones del agua de los poros en condiciones no saturadas se miden con tensiómetros , que funcionan permitiendo que el agua de los poros 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 tensión en la mecánica del suelo , a partir de la expresión de Terzaghi para la tensión efectiva del suelo.
La presión se desarrolla debido a: [1]
Los efectos de flotabilidad del agua tienen un gran impacto en ciertas propiedades del suelo, como la tensión efectiva presente en cualquier punto del medio del suelo. Considere un punto arbitrario a cinco metros por debajo de la superficie del suelo. En suelo seco, las partículas en este punto experimentan una tensión total igual a la profundidad del subsuelo (5 metros), multiplicada por el peso específico del suelo. Sin embargo, cuando la altura del nivel freático local 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 tensión efectiva del suelo y es básicamente igual a la diferencia entre la tensión total del suelo y la presión del agua de los poros. La presión del agua de poro 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 una profundidad, h w , debajo de la superficie del agua es: [4]
dónde:
El método estándar para medir la presión del agua intersticial 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 los Estados Unidos tiene un estándar para monitorear la presión del agua en un macizo rocoso con piezómetros. Contiene la norma ASTM D4750, "Método de prueba estándar para determinar los niveles de líquidos subterráneos en un pozo o pozo de monitoreo (pozo de observación)". [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 . De manera realista, la tensión efectiva es mayor que la tensión total, ya que la presión del agua de los poros 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, lo que provoca un efecto de succión en 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 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 corte del suelo y una reducción de la pendiente. estabilidad. [9] Los efectos capilares en el suelo son más complejos que en el agua libre debido al espacio vacío conectado aleatoriamente y a la interferencia de partículas a través del cual fluye; Independientemente, la altura de esta zona de ascenso capilar, donde la presión negativa del agua de poro generalmente alcanza su punto máximo, se puede aproximar estrechamente mediante una ecuación simple. La altura del ascenso 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 subirá debido a las fuerzas de tensión. Los suelos arenosos consisten en 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 las arcillas y los 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]
dónde:
y la presión de poro a una profundidad, z , debajo de la superficie es:
dónde:
Un tensiómetro es un instrumento utilizado para determinar el potencial hídrico matricial ( ) ( tensión de humedad del suelo ) en la zona vadosa. [10] Una norma ISO , " Calidad del suelo - Determinación de la presión del agua de los poros - Método del tensiómetro", ISO 11276:1995, "describe métodos para la determinación de la presión del agua de los poros (mediciones puntuales) en suelos saturados y no saturados 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 de poro como "la suma de las presiones matricial y neumática". [11]
La cantidad de trabajo que se debe realizar para transportar reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua, idéntica en composición al agua del suelo, desde un estanque a la altura y presión externa del gas del punto considerado, al agua del suelo. en el punto considerado, dividido por el volumen de agua transportada. [12]
La cantidad de trabajo que se debe realizar para transportar reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua, idéntica en composición al agua del suelo, desde un estanque a presión atmosférica y a la elevación del punto considerado, a un estanque similar a una presión de gas externa del punto considerado, dividida por el volumen de agua transportada. [12]
