La conductividad hidráulica es la facilidad con la que el agua se mueve a través de espacios porosos y fracturas en el suelo o la roca. Está sujeto a un gradiente hidráulico y se ve afectado por el nivel de saturación y la permeabilidad del material. La conductividad hidráulica generalmente se determina mediante uno de dos enfoques. Un enfoque empírico correlaciona la conductividad hidráulica con las propiedades del suelo. Un segundo enfoque calcula la conductividad hidráulica mediante experimentación.
Donde K = conductividad hidráulica; g = aceleración debida a la gravedad; v = viscosidad cinemática; C = coeficiente de clasificación; ƒnorte = función de porosidad; ydmi = diámetro de grano efectivo. La viscosidad cinemática (v) está determinada por la viscosidad dinámica (µ) y la densidad del fluido (agua) (ρ) como:
Los valores de C, ƒ y d dependen del método utilizado en el análisis del tamaño de grano. La porosidad (n) se deriva de la relación empírica n = 0,255 x (1 + 0,83U) donde el coeficiente de uniformidad de grano (U) viene dado por U = d
60/D10. En la muestra, d60 representa el diámetro del grano (mm) en el que el 60 por ciento de la muestra es más fina yd10 representa el diámetro del grano (mm) para el que el 10 por ciento de la muestra es más fino.Utilice la ecuación de Kozeny-Carman para la mayoría de las texturas del suelo. Este es el derivado empírico más ampliamente aceptado y utilizado basado en el tamaño del grano del suelo, pero no es apropiado para suelos con un tamaño de grano efectivo superior a 3 mm o para suelos con textura arcillosa:
Utilice la ecuación de Hazen para texturas de suelo desde arena fina hasta grava si el suelo tiene un coeficiente de uniformidad menor a cinco (U <5) y un tamaño de grano efectivo entre 0,1 mm y 3 mm. Esta fórmula se basa solo en el d10 tamaño de partícula por lo que es menos precisa que la fórmula de Kozeny-Carman:
Utilice la ecuación de Breyer para materiales con una distribución heterogénea y granos mal clasificados con un coeficiente de uniformidad entre 1 y 20 (1
Utilice la ecuación de la Oficina de Reclamación de EE. UU. (USBR) para arena de grano medio con un coeficiente de uniformidad menor que cinco (U <5). Esto se calcula utilizando un tamaño de grano efectivo de d_20 y no depende de la porosidad, por lo que es menos preciso que otras fórmulas:
Utilice una ecuación basada en la ley de Darcy para derivar la conductividad hidráulica de forma experimental. En el laboratorio, coloque una muestra de suelo en un recipiente cilíndrico pequeño para crear una sección transversal de suelo unidimensional a través de la cual fluye el líquido (generalmente agua). Este método es una prueba de carga constante o una prueba de carga descendente dependiendo del estado de flujo del líquido. Los suelos de grano grueso, como las arenas limpias y las gravas, suelen utilizar pruebas de carga constante. Las muestras de grano más fino utilizan pruebas de caída de cabeza. La base para estos cálculos es la Ley de Darcy:
Donde U = velocidad promedio del fluido a través de un área de sección transversal geométrica dentro del suelo; h = altura hidráulica; z = distancia vertical en el suelo; K = conductividad hidráulica. La dimensión de K es la longitud por unidad de tiempo (I / T).
Utilice un permeámetro para realizar una prueba de carga constante, la prueba más comúnmente utilizada para determinar la conductividad hidráulica saturada de suelos de grano grueso en el laboratorio. Someta una muestra de suelo cilíndrica de área de sección transversal A y longitud L es a un flujo de altura constante (H2 - H1). El volumen (V) del fluido de prueba que fluye a través del sistema durante el tiempo (t), determina la conductividad hidráulica saturada K del suelo:
Utilice la prueba de caída de cabeza para determinar el K de suelos de grano fino en el laboratorio. Conecte una columna de muestra de suelo cilíndrica de área de sección transversal (A) y longitud (L) a una tubería vertical de área de sección transversal (a), en la que el fluido de filtración fluye hacia el sistema. Mida el cambio de altura en el tubo vertical (H1 a H2) a intervalos de tiempo (t) para determinar la conductividad hidráulica saturada de la Ley de Darcy: