PRACTICA # 5 ENSAYO DE PERMEABILIDAD

José Fernando Ospino

CC: 1 8955832

Juan Fernando Pineda Rúa

CC: 1019041716

PROFESOR:

Daniel Eduardo Toscano Patiño

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MEDELLIN

2013

INTRODUCCIÓN

En la mecánica de suelos es menester saber cuánta agua fluye por el suelo en un tiempo determinado, ya que este es un factor muy importante para el diseño de cualquier obra ingenieril y por lo tanto requiere de especial atención. Para determinar la permeabilidad de un suelo en el laboratorio, existen dos métodos principales: el método de cabeza constante y el método de cabeza variable. En el presente informe se muestran los resultados y el análisis de permeabilidad realizado a una muestra de suelo puesta en laboratorio.

Norma ASTM: D 2434 – 68

1. OBJETIVO GENERAL

Determinar el coeficiente de permeabilidad de una muestra de suelo utilizando los ensayos de cabeza constante y cabeza variable.

2. MARCO TEORICO 2.1 PERMEABILIDAD

La permeabilidad de los suelos es la propiedad que tiene éste de dejar pasar un fluido (líquido o gas) a través de él, se entiende como la capacidad con que el agua puede fluir a través de los espacios vacíos con mayor o menor facilidadEsta propiedad se mide con el coeficiente de permeabilidad Kque corresponde a una magnitud que se expresa en unidades de velocidad y depende de las características del suelo y de las propiedades del fluido.Los factores que influyen fundamentalmente en la permeabilidad son: Características granulométricas de la muestra, así, para suelos gruesogranulares bien gradados la permeabilidad es alta y para los mal gradados es baja; en los suelos finogranulares la permeabilidad depende de relación de vacíos, su plasticidad y composición mineralógica (a causa de las fuerzas de adsorción). , los ……..Las características del fluido que influyen en la permeabilidad son su viscosidad, su peso unitario y su polaridad, que en el caso del agua dependen básicamente de la temperatura.Como el coeficiente de permeabilidad varía ampliamente, la influencia que tienen sobre él las propiedades del agua puede despreciarse luego el coeficiente de permeabilidad Kes constante para un suelo determinado.

2.2 LEY DE DARCY

Ley planteada por Darcy, en 1856, para conocer las características del flujo de agua a través de filtros de arenas finas, haciendo variar la longitud de la muestra L y la cabeza hidráulica h, Darcy determinaba el caudal Q que pasaba a través de la muestra de suelo. Figura 1

Figura 1 Ley de Darcy. Fuente Diapositivas clase

Q=VA ;V=Ki; i=hL

V : Velocidad de descarga del agua a través del suelo.i :Gradiente hidráulico que es la relación entre ∆ h ,cabeza hidráulica y el camino que recorre el agua en su carrera de flujo a través del suelo L.K :Coeficiente de permeabilidad en unidades de velocidad

2.3 ENSAYO DE PERMEABILIDAD DE CABEZA CONSTANTE

Este ensayo se utiliza para suelos muy permeables (gruesogranulares) tales como arenas y gravas. El esquema de montaje para el ensayo se muestra a continuación. Figura 2

Figura 2. Ensayo de permeabilidad de cabeza constante Paniagua, E. L. G. (n.d.). Notas Mecánica de Suelos I

En este ensayo se mantiene la cabeza hidráulica constante mientras se mide la velocidad de descarga V a través de la muestra de suelo. Así: h: Cabeza hidráulica constante.A: Área seccional de la muestra en dirección perpendicular al flujo.L: Longitud de la muestra en la dirección del flujo.V: volumen total de agua que fluye durante un tiempo t.t: Tiempo transcurrido durante la filtración medida.

Una expresión que permite calcular el coeficiente de permeabilidad en este ensayo, considerando la el caudal que pasa por unidad de tiempo a través de A es:

K= VLAht

2.4 ENSAYO DE PERMEABILIDAD DE CABEZA VARIABLE

Es un ensayo que es utilizado en suelos finogranulares. En el cual el agua fluye a través de un tubo estrecho, de diámetro a con el fin de facilitar la medida de variaciones de los niveles del agua en su interior.

Figura 3. Esquema de permeabilidad de cabeza variable Paniagua, E. L. G. (n.d.). Notas Mecánica de Suelos I

2.5 ENSAYO DE BOMBEO En el estudio de los suelos es muy importante conocer la permeabilidad de un terreno en el que se va realizar una obra. Para ello se inventaron varios métodos que permiten encontrar su valor en campo

2.5.1 POZOS DE ABSORCIÓN Consiste en hacer pozos de 30 x 30x30, los resultados de este ensayo son cualitativos y solo representativos de una capa de material de 1m y se miden los diferentes niveles de agua en función del tiempo, los intervalos de tiempo dependen del tipo de material, puede decirse que un manto es impermeable si el agua tarda más de 30 horas sin ser absorbida completamente.

2.5.2 POZOS RADIALESCuando es necesario conocer la permeabilidad de un depósito de materia gruesogranular del que es difícil obtener muestras inalteradas es recomendable recurrir al pozo central de bombeo, el cual está rodeado de varios pozos dispuestos radialmente. En el cual se miden los niveles piezómetricos en todos los pozos de observación.

2.5.3 POZO DE MATERIAL HOMOGÉNEO Utilizando la fórmula de Thiem, se puede obtener el coeficiente de permeabilidad media del suelo, cuando el material es homogéneo y se trata de una cimentación. Es necesario abrir tres pozos a cielo abierto, instalando en uno de ellos un equipo de bombeo y utilizando las dos restantes para medir el abastecimiento del nivel freático al estar bombeando en el terreno.

3. PROCEDIMIENTO

3.1 ENSAYO DE CABEZA CONSTANTE En el ensayo se miden varios volúmenes V para diferentes tiempos t con el fin de obtener un coeficiente de permeabilidad k promedio.

Figura 4. Ensayo de cabeza constante Figura 5. Muestra de suelo

3.2 ENSAYO DE CABEZA VARIABLE En el ensayo se coloca una columna de agua de altura conocida h0y se anota el tiempo inicial t 0. Posteriormente se determina la pérdida de cabeza (h0−hn) para varias lecturas y se anota el

tiempo final t n. En esta forma se tiene para cualquier tiempo t n un hn

Figura 4. Ensayo de cabeza variable Figura 5. Muestra de suelo

4. DESARROLLO DEL LABORATORIO

4.1 ENSAYO DE CABEZA CONSTANTE

El coeficiente de permeabilidad K se calcula con la siguiente ecuación.

k= V . LA ∙h ∙ t

4.1.1 DATOS

PARAMETRO NOTACION UNIDAD VALOR

Altura de la cabeza h (cm) 80

Longitud de la muestra L (cm) 14.87

Diámetro de la muestra D (cm) 7.6

Área seccional de la muestra A (cm2) 45.4

Tabla Definición de parámetros del ensayo de cabeza constante

Prueba Vol. (cm3) t1(s) t2(s) t3(s)

1 100 16.47 16.03 16.4

2 200 35.68 35.3 35.56

Tabla 1. Datos de la ejecución del ensayo

4.1.2 CÁLCULOS Y RESULTADOS

Prueba tprom(s) K(cm/s)

1 16.3 2.51 x10-2

2 35.4 2.31 x10-2

Tabla 2. Cálculos de la permeabilidad para cada una de las pruebas ejecutadas

Luego la permeabilidad promedio de la muestra es:

k prom=2.41x 10−2(cm /s)

4.2 ENSAYO DE CABEZA VARIABLE

El coeficiente de permeabilidad K se calcula con la siguiente ecuación.

k= a . LA ( ti−t o )

ln(hoh1

)

4.2.1 DATOS

PARAMETRO NOTACION UNIDAD VALORAltura inicial del agua en el tubo h0 (cm) 90Altura Final del agua en el tubo h1 (cm) 40Altura Final del agua en el tubo h2 (cm) 30Altura Final del agua en el tubo h3 (cm) 20Longitud de la muestra L (cm) 7.07Diámetro de la muestra D (cm) 6.34Área seccional de la muestra A (cm2) 31.57Diámetro del tubo d (cm) 0.633Área seccional de la bureta a (cm2) 0.314Tiempo inicial t0 (s) 0Tiempo promedio para h1 t 1 (s) 3.48Tiempo promedio para h2 t 2 (s) 4.03Tiempo promedio para h3 t 3 (s) 5.91

Tabla 3. Definición de parámetros del ensayo de cabeza constante

4.2.2 CALCULOS Y RESULTADOS

Altura de cabeza (cm)

Permeabilidad K (cm/s)

40 1.63x10-2

30 1.91 x10-2

20 1.78x10-2

Tabla 4. Cálculos de la permeabilidad para cada una de las pruebas ejecutadas

k prom=1.77 x10−2(cm /s )

5. ANALISIS DE RESULTADOS

El coeficiente de permeabilidad según los ensayos de cabeza constante muestra que la capacidad con que el agua circula a través del suelo es del orden 2.41 x10−2(cm /s) encontrándose entre el intervalo de suelos moderadamente permeables, es decir, arena limosa o arena sucia según Terzagui y Peck.

Permeabilidad relativa Valores de K ¿) Suelo típicoMuy permeable ≥1x 10−1 Grava gruesa

Moderadamente permeable 1 x10−1−1x 10−3 Arena, arena fina

Poco permeable 1 x10−3−1x 10−5 Arena limosa, arena sucia

Muy poco permeable 1 x10−5−1x 10−7 Limo, arenisca fina

Impermeable ¿1 x10−7 Arcilla

Tabla 5. Valores relativos de permeabilidad según Terzagui y Peck

CONCLUSIONES

REFERENCIAS