Laboratorio de Suelos - Ensayo de Permeabilidad

8/15/2019 Laboratorio de Suelos - Ensayo de Permeabilidad

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PONTIFICA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR

Facultad de Ingeniería

Escuela de Civil

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Profesor : Ing. Guillermo Realpe R.

Estudiante: Esteban Aguirre Q.

ema: Permeabilidad

Curso : !to "ivel Paralelo: #

Fec$a : %& de 'unio del (%)*.


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1. ALCANCE

+a estructura natural del suelo , su composici-n es fundamental en el estudio de lamecnica de suelos /ue $ace parte de una de las ramas de la Ingeniería Civil0 /ue se verefle1ado en la importancia del conocimiento0 brindando grandes aportes a los

problemas estructurales0 fallas constructivas , contaminaci-n del mismo suelo0 /ueatribu,en al 1uicio insipiente de las condiciones del terreno2 la construcci-n de obrasciviles0 re/uiere de diferentes $erramientas /ue permitan acercar al ingeniero a un

propiedad ms real , e3acto del suelo0 por eso la necesidad de la b4s/ueda de lainformaci-n precisa por medio de la investigaci-n del comportamiento del suelo0 , en

base a las indagaciones encontramos /ue el problema como lo es la permeabilidad delos suelos0 identificando su peripecia e impacto para estudios de erosi-n0 mineralogíaentre otras muc$as aplicaciones.


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2. OBJETIVOS

• 5btener resultados num6ricos del coeficiente de permeabilidad en una muestra

específica de suelo0 mediante ensa,os de laboratorio en el permemetro de carga

constante , variable.

• Aplicar los m6todos de ensa,o , los conocimientos ad/uiridos durante el

programa de Ingeniería Civil para determinar coeficientes de permeabilidad.

• 7eterminar el valor del coeficiente de permeabilidad 8 de un suelo.


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3. INTRODUCCIÓN

+a conductividad $idrulica saturada en campo0 es una propiedad determinante en ladescripci-n de los procesos de filtraci-n , redistribuci-n de agua en el suelo0 motivo por el cual la utili9aci-n del permemetro es esencial para el conocimiento0 anlisis ,establecer el grado de permeabilidad , resistencia en laboratorio para los materialesgranulares. En la actualidad el ensa,o de permeabilidad de cabe9a constante , variablese desarrolla a trav6s del permemetro0 /ue permitan dar valores de las propiedades delsuelo , definir el coeficiente de permeabilidad0 por lo /ue es importante disponer de uninstrumento /ue nos a,uda a anali9ar el grado de permeabilidad en los suelos0 es decir lafluide9 del agua trav6s de los poros0 de los diferentes materiales granulares.

Permeabilidad es la propiedad /ue tiene el suelo de transmitir el agua , el aire , es unade las cualidades ms importantes /ue $an de considerarse para la ingeniería civil.ientras ms permeable sea el suelo0 ma,or ser la filtraci-n. Algunos suelos son tan

permeables , la filtraci-n tan intensa /ue para construir en ellos cual/uier tipo deestructura es preciso aplicar t6cnicas de construcci-n especiales.

+as principales estructuras como la vías0 las estructuras $idrulicas de captaci-n , lasestructuras de fundaci-n0 tiene relaci-n directa con la permeabilidad del suelo0 dandoimportancia al anlisis de las propiedades físicas del suelo0 por medio de ensa,os /uenos permiten obtener resultados confiables para tomar decisiones en el dise;o0evaluaci-n , construcci-n de un pro,ectos.

+a permeabilidad de los suelos0 es decir la facultad con la /ue el agua pasa a trav6s de

los poros0 tiene un efecto decisivo sobre el costo , las dificultades a encontrar enmuc$as operaciones constructivas0 como son por e1emplo0 las e3cavaciones a cieloabierto en arena ba1o agua o la velocidad de consolidaci-n de un estrato de arcilla ba1oel peso de un terrapl6n0 de a$í la importancia de su estudio , determinaci-n0 aspectos/ue se desarrollarn a continuaci-n.

+os procedimientos empleados en laboratorio para determinar el coeficiente de permeabilidad pueden dividirse en directos o indirectos.

6todos directos:

• Permemetro con carga constante

• Permemetro con carga variable

6todos indirectos:

• Calculo a partir de la curva granulom6trica.

• Calculo a partir de la prueba de consolidaci-n.

• Calculo a partir de la prueba de capilaridad $ori9ontal.


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4. MARCO TEÓRICO

4.1 Permeámetro e !"r#" !o$%t"$te

En estos aparatos la cantidad de agua /ue flu,e a trav6s de una muestra de suelo0 dedimensiones conocidas0 en un tiempo determinado0 puede ser medida.

+os niveles de agua a la entrada , salida del permemetro se pueden mantener constantes por medio de compuertas. +a p6rdida de carga $0 depende 4nicamente de ladiferencia entre los niveles de agua. El dimetro 7 , el largo + de la muestra pueden ser medidos.

El agua a la salida es recogida en una probeta graduada , la cantidad de descarga Q esmedida.

Cabe destacar /ue este permemetro es aplicable a suelos relativamente permeables0 por e1emplo limos0 arenas , gravas. A continuaci-n se muestran dos modelos de

permemetros , el clculo del coeficiente de permeabilidad 8.

Permemetro A


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Permemetro <

Para el clculo de =8> se determina primero el caudal circulante una ve9 /ue el sistemase encuentra en r6gimen ?la cantidad de agua /ue ingresa es igual a la /ue sale@0midiendo el tiempo =t> en el cual se llena un recipiente de volumen conocido.

1. Q=V

t

Bna ve9 obtenido el caudal , en funci-n de las características del permemetro0aplicando la +e, de 7arc, se obtiene:

2. Q=ki A=V t

3. i=h

L

4. A=π D

2

4

Reempla9ando #. , . en (. , reordenando0 obtenemos el valor del coeficiente de permeabilidad =8>

&. k =V

tiA=

VL

thA

4.1Permeámetro e !"r#" '"r(")*e

Este tipo de dispositivo brinda ma,or e3actitud para suelos menos permeables0 como

arcilla , limo.


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En este caso la cantidad de agua escurrida es medida en forma indirecta por medio de laobservaci-n de la relaci-n entre la caída del nivel de agua en un tubo recto colocadosobre la muestra , el tiempo transcurrido. +a longitud =+>0 el rea A de la muestra , elrea => del tubo recto son conocidos. En adici-n0 las observaciones deben ser $ec$as enno menos de dos niveles diferentes de agua en el tubo recto.

Para la deducci-n del valor de =8> obs6rvese el permemetro de la figura0 el /ue debeestar en r6gimen antes de efectuar cual/uier medici-n.

Consid6rese $) como la altura del agua medida en un tiempo t) , $( como la altura del

agua medida en un tiempo t(2 $ es la altura del agua intermedia en un tiempo t. +arelaci-n de flu1o puede ser e3presada como el rea del tubo recto multiplicada por lavelocidad de caída. +a velocidad de caída es D$t0 el signo negativo significa /ue lacarga $ disminu,e al aumentar el tiempo.

aciendo la ecuaci-n para este caso de acuerdo con la relaci-n de flu1o dada por la +e,de 7arc, se tiene:

1.

Reordenando e integrando la ecuaci-n ).

2.

He obtiene el valor del coeficiente de permeabilidad =8>0 e3presado en #.

0 o bien


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3.


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&. C+LCULOS , -R+FICAS

&.1 Permeámetro e !"r#" !o$%t"$te

DATOS DE LA MUESTRA7imetro de la muestra 7 ?cm@ &0!%%+ongitud de la muestra + ?cm@ )%0!%olumen de la muestra *0%!#Gravedad específica del Huelo Gs (0*(%

asa permemetro (!J)0#%%asa permemetro K uestra $4meda #(!J0J%%asa permemetro K uestra $4meda final #!J)0J%%umedad inicial L %0M&% umedad final L )!0MM%7ensidad seca de la muestra Nd %0&)!7ensidad del agua NO )0%%%

Relaci-n de vacíos de la muestra e (0**(

C+LCULO COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD / " ) ( #olumen ?cm#@ )J(0(%% ##J0J% !!M0&)%iempo de recolecci-n t ?s@ ))0#M% (%0M&% #!0)#%emperatura del agua ?C@ (0%%7iferencia de Altura $ ?cm@ )#0&%%7imetro de la muestra 7 ?cm@ &0!%%+ongitud de la muestra + ?cm@ )%0!%rea A ?cm(@ 0)&J

8 F-rmula !. CARGA C5"HA"E %0(J# %0(M( %0(&*Promedio 8 ?cms@ %0(Mnt C n(%C %0J%(8(% C ?8 tC@ ?n tC@ n (%C %0(!*


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&.2 Permeámetro e !"r#" '"r(")*e

DATOS DE LA MUESTRA7imetro de la muestra 7 ?cm@ &0!%%+ongitud de la muestra + ?cm@ ))0)%!olumen de la muestra J%0*%Gravedad específica del Huelo Gs (0*#%asa permemetro )(*0(%%asa permemetro K uestra $4meda (())0*%%asa permemetro K uestra $4meda final (#J)0J%%umedad inicial L (0(*% umedad final L (!0&%7ensidad seca de la muestra Nd %0#*M7ensidad del agua NO )0%%%

Relaci-n de vacíos de la muestra e *0)!*

DATOS DE LA BURETA

Longitud 22,300Masa de agua 1,760Densidad del agua "ρw" 1,000Volumen de agua que fuye 1,760Diámeto "D" !m# 0,317

$ea !m2# 0,07%

CÁLCULO COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD "k"

&' 1 2 3$ea de la muesta "(" !m2# )),17%Di*eenia iniial de (ltua "+1" !m# 13%,010Di*eenia nal de (ltua "+2" !m# -0 70 60Duai.n de la /uea "t" !s# 20,160 %,7%0 10,370

4.mula 35 (8( V(9(:L; 0,000)3- 0,0002277 0,0001-2em/eatua del agua ">" !'# 2)nt ' = n20' 0,%02020 ' ! t'# !n t'# = n 20' 0,00027%


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0. CONCLUSIONES

• En la determinaci-n del clculo de la permeabilidad0 las condiciones en /ue sereali9a el ensa,o en el laboratorio son condiciones ideales0 los valores difierendebido a /ue bastante debido a /ue la muestra es bastante alterada con respectoa la realidad in situ sin embargo en una apro3imaci-n /ue permitedeterminar su clasificaci-n dentro de un suelo fino.

• A partir de los resultados de los clculos reali9ados en la muestra de suelo por elm6todo del Permemetro de Carga Constante0 podemos concluir /ue el materialse puede tratar de una me9cla limpias de arena , grava con buen drena1e.

• +a muestra ensa,ada por el m6todo del Permemetro de Carga Constantemuestra una permeabilidad relativamente rpida.

• Heg4n las observaciones , resultados obtenidos a partir del ensa,o0 se puedeconsumar /ue la relaci-n de vacíos es de suma importancia al momento dedise;ar estructuras /ue va a soportar un suelo0 ,a /ue reduciendo el porcenta1ede vacíos e3istentes la permeabilidad ba1a0 lo /ue favorece en el campo de laIngeniería Civil.

• +os resultados de 8) %.(!* cms , 8(%0%%%(&J! cms se encuentran entre loslímites0 lo /ue /uiere decir /ue el suelo de las muestras es permeable.

• El ensa,o con una muestra alterada0 caracteri9ada en el laboratorio es ms fcilde traba1ar , por ende sus resultados en el ensa,o se pueden evaluar con msrapide90 en su proceso de saturaci-n los resultados se pueden comparar con latabla de


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. RECOMENDACIONES

• +as probetas utili9adas para ambos casos deben provenir de muestrasinalteradas.

• En la medida de lo posible utili9ar muestras pe/ue;as0 dado /ue brindan la posibilidad de reali9ar un ma,or n4mero de pruebas en menos tiempo.

• edir en cada intervalo su respectiva temperatura por/ue la viscosidad es unafunci-n de esta.

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He recomienda reali9ar ensa,os con otros tipos de suelos para fines deinterpretaci-n.


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. BIBLIO-RAFA

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