Laboratorio de Permeabilidad

8/13/2019 Laboratorio de Permeabilidad

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MEC NIC DE SUELOSINFORME DE L BOR TORIO

Alumno: Ramrez Ojeda Fernando

LABORATORIO DE ENSAYOS

DE MATERIALES

UNIVERSIDAD SEOR DE SIPNFACULTAD DE INGENIERA, ARQUITECTURA Y URBANISMO


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Docente: Msc ing Omar coronado zuloetaENSAYO DE PERMEABILIDAD

I. INTRODUCCIN

La permeabilidad es la facilidad con la que un fluido se mueve a travs de un medio

poroso.

En Ingeniera Geotcnica, el fluido es el agua y el medio poroso la masa de suelo. Esta

presencia de agua en la masa de suelo, es uno de los factores de mayor importancia que

incide en las propiedades ingenieriles del suelo, lo cual implica un estudio geotcnico muycuidadoso que requiere la participacin de un ingeniero civil y un gelogo. Estos

especialistas realizarn una revisin geolgica, antecedentes del rea y una investigacin

de campo con el objetivo de obtener un coeficiente de permeabilidad in situ, los cuales

son muy diversos, dependiendo del tipo de roca o suelo, de los poros, vacos,

discontinuidades o fisuras.

Se considera que los suelos y rocas en general tienen una permeabilidad media o cierto

grado de permeabilidad, considerndose a este flujo del agua a travs de los poros,vacos, discontinuidades o fisuras como laminar, es decir un flujo no turbulento. La

representacin para un flujo promedio en condiciones de permeabilidad media es

expresada por la ley de Darcy.

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II. MARCO TEORICO

Se dice que un material es permeable cuando permite el paso de los fluidos a travs desus vacos. Tratndose de suelos se dice que estos son permeables cuando tienen la

propiedad de permitir el paso del agua a travs de sus poros.

No todos los suelos tienen la misma permeabilidad, de ah que se los haya dividido en

suelos permeables y suelo impermeables. Denominndose impermeables a aquellos que

evitan el flujo del agua a travs de su masa o lo hacen lentamente como las arcillas, y

permeables a aquellos suelos por los que fluye el agua libremente, tal el caso de las

arenas.

La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores bsicos:La porosidad del material.

La densidad del fluido considerando, afectada por su temperatura.

La presin a que est sometido el fluido.

Para ser permeable un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacos

o poros que le permitan absorber fluido. A su vez tales deben estar interconectados para

que el fluido disponga de caminos a travs del material.

LEY DE DARCY

En la dcada de 1850, H. Darcy trabajando en pars estudi el flujo del agua en los suelos

usando un aparato similar al de la figura

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La Ley de Darcy describe, con base en experimentos de laboratorio, las caractersticas del

movimiento del agua a travs de un medio poroso.

La expresin matemtica de la Ley de Darcy es la siguiente:

Donde:

Q = gasto, descarga o caudal en m3/s.

L = longitud en metros de la muestra

K = una constante, actualmente conocida como coeficiente de permeabilidad de

Darcy, variable en funcin del material de la muestra, en m/s.

A = rea de la seccin transversal de la muestra, en m2.

h3= altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a

la entrada de la capa filtrante.

h4= altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a

la salida de la capa filtrante.

el gradiente hidrulico.


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La permeabilidad se mide en cm2. o m2. La unidad derivada de la Ley de Darcy es el

Darcy, utilizndose habitualmente el miliDarcy:

Conversin:

Validez de la Ley de Darcy

La Ley de Darcy es una de las piedras fundamentales de la mecnica de los suelos. A

partir de los trabajos iniciales de Darcy, un trabajo monumental para la poca, muchos

otros investigadores han analizado y puesto a prueba esta ley. A travs de estos trabajos

posteriores se ha podido determinar que mantiene su validez para la mayora de los tipos

de flujo de fluidos en los suelos. Para filtraciones de lquidos a velocidades muy elevadas y

la de gases a velocidades muy bajas, la ley de Darcy deja de ser vlida.

En el caso de agua circulando en suelos, existen evidencias abrumadoras en el sentido de

verificar la vigencia de la Ley de Darcy para suelos que van desde los limos hasta las

arenas medias. Asimismo es perfectamente aplicable en las arcillas, para flujos en rgimen

permanente.

Para suelos de mayor permeabilidad que la arena media, deber determinarse

experimentalmente la relacin real entre el gradiente y la velocidad para cada suelo y

porosidad estudiados.

En geologa la determinacin de la permeabilidad del suelo tiene una importante incidencia

en los estudios hidrulicos portante del sustrato (por ejemplo previo a la construccin de

edificios u obras civiles) , para estudios de erosin y para mineraloga, entre otras

aplicaciones.

La permeabilidad del suelo suele aumentar por la existencia de fallas, grietas, juntas u

otros defectos estructurales. Algunos ejemplos de roca permeable son la caliza y la

arenisca, mientras que la arcilla o el basalto son prcticamente impermeables.

Tabla de permeabilidad intrnseca de algunos tipos de suelos.


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Tabla de permeabilidad intrnseca de algunos tipos de suelos

Permeabilidad y drenaje

De la mencionada ley de Darcy se deriva tambin una frmula que relaciona el volumen de

agua que atraviesa una muestra con su permeabilidad teniendo en cuenta el diferencial depresin:

Q = K * I * A

Donde:

Q = Cantidad de agua drenada a travs de la muestra por unidad de tiempo,

(cm3/h) K = Conductividad hidrulica o coeficiente de permeabilidad. Se expresa

generalmente en (cm/h).

I = = gradiente piezomtrico disponible; (m/m)

A = Seccin transversal por donde se filtra el agua en la muestra (cm2).


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Cuando se mide la filtracin tanto en el campo como en laboratorio, al inicio de la prueba

los valores son mayores y progresivamente se estabilizan en los valores finales que son

los que interesan para caracterizar un suelo desde este punto de vista. La velocidad final

de infiltracin se denomina Vf.

Para la medicin de la velocidad final de infiltracin, en el campo, sobre el suelo inalterado,

se utiliza el infiltrmetro de doble cilindro.

Los valores finales de infiltracin (Vf.) para los diversos suelos son presentados en la tabla

siguiente.

Q = K * I * A

Esta frmula es aplicable a todos los suelos de grano fino donde el flujo es laminar y el

gradiente hidrulico menor a 5.

Clases de permeabilidad de los suelos para obras de ingeniera civil


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Permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura

El tamao de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de

filtracin (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolacin

(movimiento del agua a travs del suelo). El tamao y el nmero de los poros guardan

estrecha relacin con la textura y la estructura del suelo y tambin influyen en su

permeabilidad.

Variacin de la permeabilidad segn la textura del suelo

Por regla general, como se muestra a continuacin, mientras ms fina sea la textura del

suelo, ms lenta sera la permeabilidad:


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La permeabilidad del suelo puede medirse en funcin de la velocidad del flujo de agua a

travs de este durante un periodo determinado. Generalmente se expresa o bien como una

tasa de permeabilidad en centmetros por hora (cm/h), milimetros por hora (mm/h), o

centmetros por da (cm/d), o bien como un coeficiente de permeabilidad en metros por

segundo (m/s) o en centmetros por segundo (cm/s).

Ejemplo


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COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD

El coeficiente de permeabilidad es una constante que tiene las dimensiones de la velocidad

y expresa la facilidad con que el agua atraviesa un suelo. Este coeficiente se expresa en :

cm. / seg

pies / min.

En suelos muy impermeables

Metro / da

Pies / da

La magnitud del coeficiente de permeabilidad depende de la viscosidad del agua, tamao,

forma y rea de los conductos a travs de los cuales fluye el agua. Como quiera que la

viscosidad es funcin de la temperatura, resulta que: cuanto ms alta es la temp eratura,

menor es la viscosidad y ms alta la permeabilidad.

La permeabilidad se refiere corrientemente a 20 C, o sea:

A 20 C K = 100%A 0 C K = 56 % de K

A 40 C K= 150 % de K

En los suelos limpios no cohesivos, la permeabilidad vara aproximadamente:

K = ( D10 )2

La frmula da Hazen para arenas limpias es:K = c ( D10 )2

Donde :

K = cm / seg

D10 = mm

C = constante que vara entre 1 y 1.5


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En suelos cohesivos, el tamao de los granos y la humedad existente son factores muy

importantes en la permeabilidad, de ah que K es proporcional a:

K = e2

Los minerales arcillosos influyen grandemente en la permeabilidad de los suelos, por que

parte del agua absorbida est tan fuertemente adherida a la superficie de la arcilla, que no

se puede mover de una partcula a otra sin gradientes muy altos.

CLASES DE PERMEMETROS

Para poder determinar la permeabilidad de los suelos, debido a los numerosos factores

que influyen en este coeficiente, es que se realizan en laboratorio los siguientes ensayos:

a) Permemetro de carga constante

b) Permemetro de carga variable

Para partculas que pasan por el tamiz # 20 , si el 10% es retenido en el # 200, se usa el

permemetro de carga variable, si el 90% es retenido en el # 200 , usamos el permemetro

de carga constante.

- PERMEABILIDAD DE CARGA CONSTANTE

Para determinar la permeabilidad de los suelos arenosos y gravas, se utiliza el

permemetro de carga constante en la que el nivel de agua se mantiene constante durante

todo el tiempo del ensayo.


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La frmula para determinar la permeabilidad de un suelo en un permemetro de carga

constante es :

De la ley de Darcy sabemos que:

V = k * i

Dnde:

V = velocidad del agua a travs de las partculas

K = constante de permeabilidad

i = gradiente hidrulico

pero:

Reemplazando en la primera ecuacin

Donde:

Q = volumen de descarga en un tiempo t

L = longitud de la muestra en el recipiente

A = rea transversal de la muestra

h= diferencia de niveles


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5.- Propiedades, sobre todo la viscosidad, del lquido que fluye. En nuestro caso,

trataremos con agua cuya viscosidad es funcin de la temperatura, como analizamos en el

acpite 9.3

La siguiente tabla suministra valores de k para distintos tipos de suelos:

VALORES RELATIVOS DE PERMEABILIDAD (Segn Terzaghi y Peck) Permeabilidad

relativa valores de k Suelo tpico (cm/seg)

Muy permeable Mayor que 1x10-1

Grava gruesa Moderadamente permeable 1x10-1 - 1x10-3

Arena, arena fina Poco permeable 1x10-3- 1x10-5

Arena limosa, arena sucia Muy poco permeable 1x10-5 - 1x10-7

Limo, arenisca fina Impermeable Menor que 1x10-7 Arcilla

III. OBJETIVOS.

Este mtodo de ensayo cubre un procedimiento para determinar el coeficiente de

permeabilidad mediante un mtodo de carga variable para el flujo laminar de agua atreves

de un suelo fino.

Determinar el coeficiente de permeabilidad mediante el permemetro de carga

variable.

Obtener las caractersticas de drenaje del suelo.


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IV. NORMAS EMPLEADAS.

AASHTOT215 (American Association of State Highway and Transportation

Officials).

ASTMD2434 (American Society for Testing Materials).

V. MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO.

Permemetro de carga variable.

1 balanza (con una precisin de 0.1 gramos )

Bomba de vaco.

Apisonador o martillo, con una altura de cada mnima de 9,84 cm. y un peso de

837 gr.

Termmetro para determinar la temperatura ambiente.

Cronometro.

Escudilla de porcelana y esptula.

VI. PREPARACION DE LA MUESTRA.

Se requiere de 100 gramos de material fino (arcilla o limo arcillosos). Es posible tambin

usar un suelo mezclado de 60 gr. de arcilla y 40 gr. de arena.

VII. PROCEDIMIENTO

Se debern realizar los siguientes pasos:

Instalar el permemetro de carga variable sobre la mesa de trabajo en el laboratorio

y desarmarlo por medio de los soportes, que poseen unas tuercas o mariposas.

Con el calibrador medir el dimetro del tubo piezomtrico d en cm. Medir tambin

con el calibrador el dimetro D del tubo transparente, que ser el dimetro de la

muestra.

Colocar la primera piedra porosa en el tubo transparente, a modo base.


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Colocar la muestra, en una primera capa y compactar con 15 golpes del martillo

indicado, haciendo lo mismo para tres capas.

Colocar la segunda piedra porosa, a modo de tapa.

Medir con el calibrador la altura de la muestra L.

Armar el aparato, cerrando con la tapa y resorte, asegurando los soportes con las

tuercas respectivas.

Colocar la bomba de vaco a la salida del permemetro y hacer funcionar, con el

objetivo de que el paso del agua sea a una velocidad mayor, provocada por la

succin del vaco.

Una vez saturada la muestra se llenara nuevamente el tubo piezomtrico, cerrando

la vlvula de entrada y se leer la altura de esta, siendo la misma, la altura

denominada h1.

Abrir la vlvula y leer alturas h2 para los tiempos de 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105,

120, , etc.; en segundos.

VIII. DATOS Y CALULOS.

Permemetro de carga variable.

Calclese el coeficiente de permeabilidad as:

k = Coeficiente de permeabilidad,

a = rea del tupo pizonomtrico.

L = Longitud muestra

A = rea de la seccin transversal del espcimen

t = Tiempo total de desage

H1 = Altura inicial del agua

H2 = Altura final


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Datos obtenidos:

DATOS DE LA MUESTRA

DIMETRO 15.205 cm REA 181.578 cm2

ALTURA 11.655 cm VOLUMEN 2116.289 cm3

PESO 6678.0 g DENSIDAD 3.156 g/cm3

CLCULO DELVOLUMEN DEL MOLDE

DIMETRO ALTURA

15.22 11.68

15.19 11.65

15.23 11.64

15.18 11.65

PROMEDIO (cm) 15.205 11.655

REA (cm2) 181.578PESO (gr) 6678.000

DATOS DEL ENSAYO

Altura de la Cabeza Variable (h) (cm) 46

EXPERIMENTON

t(SEGUNDOS)

Q(cm3/s)

Tx (C)volumen

agua(ml)

temperatura(C)

peso molde+ muetra

(gr)

rea molde(cm2)

densidadrelativa del

H2O (22.175C)

1 60.03 0.416458 25 25 22.2 6678 181.578 0.99776137

2 60.03 0.416458 25 25 22.2 6678 181.578 0.997761373 60.05 0.416320 25 25 22.3 6678 181.578 0.99776137

4 60.06 0.416250 25 25 22 6678 181.578 0.99776137

PROMEDIO 60.043 0.416372 25 25 22.175 6678 181.578 0.99776137

K (Tx) = ((Q) * (L)) / ((A) * (h) * (t)) 0.00000967639778684 cm / s

K (T20) = K (Tx) * (Tx / T20) 1.07287060461538E-05 cm / s

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