LABORATORIO PERMEAMETRO DE CABEZA CONSTANTE

DIEGO LEONARDO DURAN GARCIA

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA SEDE IBAGUEFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA CIVILIBAGUE – TOLIMA

2014LABORATORIO PERMEAMETRO DE CABEZA CONSTANTE

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DIEGO LEONARDO DURAN GARCIACODIGO: 336559

LABORATORIO MECANICA DE SUELOS

PRESENTADOINGENIERA. YELENA HERNANDEZ ATENCIA

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA SEDE IBAGUEFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA CIVILIBAGUE – TOLIMA

2014CONTENIDO

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1. INTRODUCCION ----------------------------------------- PAG 4

2. OBJETIVOS ----------------------------------------------- PAG 5

3. MARCO TEORICO -------------------------------------- PAG 6 - 8

4. EQUIPOS UTILIZADOS ------------------------------- PAG 9 - 11

5. PROCEDIMIENTO -------------------------------------- PAG 12

6. CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS ---------------- PAG 13 - 16

7. CONCLUSIONES ---------------------------------------- PAG 17 - 18

8. RECOMENDACIONES --------------------------------- PAG 19

9. BIBLIOGRAFIA ------------------------------------------- PAG 20

INTRODUCCION

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Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que dejan vacíos entre ellas. Estos vacíos están interconectados y permiten el flujo de agua a través de ellos. Esto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. El grado de permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una diferencia de presión hidráulica. El coeficiente de permeabilidad es expresado en términos de velocidad.

Este fenómeno es gobernado por las mismas leyes físicas en todos los tipos de suelos y la diferencia en el coeficiente de permeabilidad en tipos de suelos extremos es solo una cuestión de magnitud.

Una de las partes más importantes de la geotecnia consiste en determinar la permeabilidad de los materiales a la hora de hacer las investigaciones y/o los estudios de los suelos que hay en cuestión, ya que esta puede ser utilizada, para dar soluciones estructurales tanto en grandes obras de construcción como lo pueden ser represas, como pequeñas obras, como pueden ser los pozos comunes en las zonas de poca accesibilidad.

Debido a que la permeabilidad del suelo es la propiedad que tiene este de transmitir el agua y el aire a través de sus poros, es importante tener en cuenta este parámetro antes de realizar una obra de índole civil. Hoy en día las pruebas de permeabilidad tienen diversas aplicaciones, un efecto decisivo sobre el costo y las condiciones que se pueden encontrar en muchos procedimientos constructivos, como por ejemplo, excavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un terraplén.

OBJETIVOS

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OBJETIVOS GENERALES

Aprender los procedimientos experimentales para calcular el coeficiente de permeabilidad del suelo utilizando permeámetros de carga constante y de carga variable.

Poder determinar el coeficiente de permeabilidad con su debida corrección (k)

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar el valor del coeficiente de permeabilidad k de un suelo.

Observar el comportamiento ocurrente en un permeámetro de cabeza constante.

Calcular valores de permeabilidad para un tipo específico de suelo Arena Uniforme y Arena Mixta.

Analizar y comprender el comportamiento del suelo cuando es sometido a un caudal de agua constante.

  Aplicar e interpretar la aplicación de la permeabilidad de los materiales con

base a los datos obtenidos en un permeámetro de laboratorio, de acuerdo con el cálculo de la fuerza especifica.

MARCO TEÓRICO

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La permeabilidad de un suelo se mide a través del coeficiente de permeabilidad k, que es un parámetro que define la mayor facilidad o dificultad que el suelo ofrece al flujo del agua. Fue Darcy, a mediados del siglo XIX, quien definió este parámetro para arenas. Posteriormente, se demostró que esta ley era igualmente válida para otros suelos, incluyendo suelos mucho menos permeables, tales como arcillas. Aunque la ley de Darcy se puede utilizar también para el flujo de otros líquidos, cuando en geotecnia se entrega un valor de k, se entiende que estamos hablando de su permeabilidad frente al flujo de agua.

La permeabilidad de los suelos varía varios órdenes de magnitud. Así, mientras que para una arena limpia, el coeficiente de permeabilidad, k, puede variar entre 10—2 y 10—4 cm/s, para una arcilla éste valor puede oscilar entre 10—5 y 10—8 cm/s.

ENSAYO PERMEAMETRO DE CABEZA CONSTANTE

La permeabilidad de un suelo puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las determinaciones de laboratorio son muchos más fáciles de hacer que las que se hacen en el terreno o también conocido como in situ. Debido a que la permeabilidad depende mucho de la estructura del suelo y debido a la dificultad de obtener muestras de suelo representativo, suelen ser necesarias las determinaciones en el terreno de la permeabilidad media. Sin embargo, las pruebas de laboratorio permiten estudiar la relación entre la permeabilidad.

Entre los métodos más utilizados en el laboratorio para la determinación de la permeabilidad están:

El permeámetro de carga variable El permeámetro de carga constante.

Como es necesaria la permeabilidad relativamente grande para obtener una buena precisión en la prueba de carga variable, este se limita a suelos permeables.

Además el grado de saturación de un suelo no saturado varía durante la prueba por lo que esta solo debe utilizarse en suelos saturados. La prueba de permeabilidad con carga constante se utiliza ampliamente con todos los tipos de suelos.Tabla. Coeficientes de permeabilidad

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Grado de permeabilidad Valor de k(cm/s)

Elevada Superior a 10 ^(-1)

Media 10 ^(-1) a 10 ^(-3)

Baja 10 ^(-3) a 10 ^(-5)

Muy Baja 10 ^(-5) a 10 ^(-7)

Práctic. Impermeable Menor de 10 ^(-7)

Se calcula el coeficiente de permeabilidad, k, así:

K = VL / Aht Dónde: K = Coeficiente de permeabilidad

Dónde:

A = Área de la sección transversal de la tubería de entradaA = Área de la muestra de suelo.h1 = Cabeza hidráulica a través de la muestra al comienzo del ensayoh2 = Cabeza hidráulica a través de la muestra al final del ensayoL = Longitud de la muestrat = Tiempo transcurrido durante el experimentoV = Volumen de la muestra de agua

Coeficiente De Permeabilidad De Algunos Suelos Naturales

Tipos De Suelo Coeficiente De Permeabilidad (m/s) (Tomada del libro mecánica de suelos de Berry. Tabla 3.1)

Arcilla

Arcilla Arenosa

Limo

Turba

Arena Fina

Arena Gruesa

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Arena Gravosa

Grava 10-2

Ni el ensayo de Cabeza Constante ni el de Cabeza Variable permiten obtener valores del coeficiente de permeabilidad de un suelo confiable. Existen algunas razones para esto, una de estas es:

El suelo que se utiliza en el aparato de permeabilidad nunca es igual al suelo que se tiene en el terreno (siempre está algo alterado).

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

Permeámetro Fuente de agua

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Buretas Cronometro 2 Beaker Flexómetro Vestido y calzado

apropiado Embudo con manguera

Pala 2 piedras Porosas Regla Arena Alicate Pisón

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PROCEDIMIENTO

El método más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese suelo. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud L conocidas, confinadas en un tubo, se somete a una carga hidráulica h. El agua fluye a través de la muestra, midiéndose la cantidad en (cm^3) que pasa en un tiempo t.

El gradiente hidráulico permanece constante a lo largo de todo el periodo del ensayo. Los niveles de agua superior e inferior se mantienen constantes por desborde, con la cual h permanece constante, pues depende solamente de esa diferencia de niveles. La cantidad de agua que pasa se recoge en una bureta graduada.

Conocidos los valores Q, h, L, A se calcula el coeficiente de permeabilidad. Se prepara la muestra de forma que se pueda llevar a cabo en la aplicación de este método. Retirado el permeámetro de los tanques, se conecta el tubo de entrada a la bureta, se llena esta con agua y se registra la altura inicial descarga de agua (h1). Se abren simultáneamente las válvulas de entrada y salida junto con accionar el cronometro, para dar comienzo al escurrimiento del flujo de agua, hasta que la bureta se encuentre casi vacía. Finalmente se cierran las válvulas y se registran el tiempo transcurrido y la altura final de agua (h2). Realizar 2 o 3 mediciones adicionales.

CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS

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CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS

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CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS

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CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS

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CONCLUSIONES

Para concluir este informe de laboratorio podemos decir que fue mucho lo que se aprendió, ya que se aplicaron en el laboratorio los conocimientos obtenidos en la clase, esto fue muy provechosos para nosotros quienes somos ingenieros en

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formación y que sabemos que en un futuro todos estos nuevos conocimientos nos serán de ayuda para dar solución a algún problema en particular.

A pesar de nuestra inexperiencia en este tipo de ensayos logramos cumplir los objetivos propuestos, y determinar unos resultados coherentes y al parecer buenos. Es de gran utilidad saber en un momento determinado si un suelo es permeable o no, esto nos ayuda a darnos cuenta si este suelo es apto o no para una obra en común.

Ni el ensayo de cabeza constante ni el de cabeza variable permite obtener valores del coeficiente de permeabilidad de un suelo demasiado confiables. Existen muchas razones para esto, pero las principales son las siguientes:

1. El suelo que se utiliza en el aparato de permeabilidad nunca es igual al suelo que se tiene en el terreno (siempre está algo alterado).

2. La orientación in situ de los estratos con respecto al flujo de agua es probablemente diferente en laboratorio.

3. Las condiciones de frontera son diferentes en el laboratorio. Las paredes lisas del molde de permeabilidad mejoran los caminos del flujo con respecto a los caminos naturales en el terreno. Si el suelo tiene estratificación vertical, el flujo en los diferentes estratos será diferente, y esta condición de frontera es casi imposible de reproducir en el laboratorio.

4. La carga hidráulica h puede ser diferente (a menudo mucho mayor) en el laboratorio, lo cual causa el lavado de material fino hacia las fronteras con una posible reducción en el valor de k. Los gradientes hidráulicos obtenidos en el terreno (i = h/L) varían entre 0.5 y 1.5, mientras que en el laboratorio suelen ser 5 o más. Existe evidencia obtenida en diferentes investigaciones que hace pensar que v = k i no es una relación lineal para todos los valores de i, especialmente para valores grandes (Mitchell y Younger (1967)). Por otra parte existe también evidencia de que suelos finos (arcillas), puede existir un gradiente umbral por debajo del cual no hay flujo. (Terzaghi (1925)).

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5. El efecto del aire atrapado en la muestra de laboratorio es grande aun para pequeñas burbujas de aire debido al tamaño tan pequeño de la muestra.

6. La relación de vacíos e del suelo. Se han hecho varios intentos para correlacionar el coeficiente de permeabilidad del suelo a una relación de vacíos dada con el mismo suelo a diferente relación de vacíos [k = f (e)].

RECOMENDACIONES

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Utilizar el equipo necesario para cada una de las pruebas del proctor y pruebas de carga constante o variable, con suelos uniformes o mixtos.

en caso de la prueba de permeabilidad dejar saturar por lo menos 72 horas, para que el material este perfectamente saturado de agua.

Etiquetar cada uno de los suelos, capsulas y contaminantes según sea el caso.

Eliminar las burbujas de aire del tanque de agua, la probeta y la manguera antes de evaluar la muestra

.Se recomienda utilizar la tabla 3.1 para el uso del gradiente hidráulico según el tipo de muestra a ensayar.

El material a ser evaluado debe ser pasado por el tamiz número “#”

Llevar un excelente control y calidad para hacer las prácticas.

BIBLIOGRAFIA

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[1] NORMA I.N.V. E  –  130  – 07

[2] BRAJA M. DAS, Fundamento de ingeniería geotécnica, Cengage Learning Latin Am, 2001

Bowles Joseph E. Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. Biblioteca IDIEM

Costantinidis, C. (1970). Bonifica ed Irrigazione. Bologna: Edagricole. -

ING.ROSA MARIA CONTRERAS SINARAHUA.

Lambe, T. W. & Whitman, R. V. (1997). Mecánica de suelos. México. ISBN

968-18-1894-6

1. Ley descubierta por H. Darcy en el laboratorio de hidráulica de París en

1851, aproximadamente

2. Servicio de Conservación del Suelo, Estados Unidos.

 Tutorial y recursos sobre calidad del suelo

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