LABORATORIO N 4ENSAYO DE PERMEABILIDAD

Presentado porMayra Alejandra CrdenasJeison Camilo Gonzalez Marin

Presentado a Yelena Hernndez Atencia

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERA CIVILPROGRAMA DE INGENIERA CIVILMECNICA DE SUELOS IIBAGU TOLIMA2014TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIN3OBJETIVOS4GENERAL4ESPECFICOS4EQUIPOS Y MATERIALES5MARCO DE REFERENCIA11PROCEDIMIENTO15CLCULOS Y RESULTADOS17CONCLUSIONES20RECOMENDACIONES21BIBLIOGRAFA 22ANEXOS 23

1. INTRODUCCIN

La permeabilidad es una caracterstica del suelo consistente en la mayor o menor posibilidad con que el agua puede fluir a travs de los vacos continuos del suelo. La permeabilidad de los suelos tiene un efecto decisivo en la formacin del criterio del ingeniero proyectista; Adicionalmente es un factor que incide en la elaboracin de los clculos, en el costo y las dificultades que puedan presentarse en diversas operaciones constructivas. Adems de esto es lo que gobierna los asentamientos de las estructuras.

La permeabilidad de un suelo puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las determinaciones de laboratorio son mucho ms fciles de hacer que las determinaciones in situ ya que permiten estudiar la relacin entre la permeabilidad y la relacin de vacos cuando no se dispone de la facilidad tcnica para realizar los trabajos de medicin en campo.

La velocidad de consolidacin de un suelo depende directamente de la permeabilidad, as pues, utilizando las relaciones apropiadas se puede calcular la permeabilidad a partir de la medida de la velocidad de consolidacin. Esta determinacin dista mucho de ser precisa debido a que existen varios factores que la pueden afectar, tales como la temperatura, la relacin de vacos, etc.

El flujo de agua a travs de medios porosos, es de gran inters en la mecnica de suelos, est gobernado por una ley descubierta en 1865 por Henry Darcy quien investig las caractersticas del flujo del agua a travs de filtros, formados precisamente por materiales trreos lo cual es particularmente afortunado para la aplicacin de los resultados de la investigacin a la mecnica de suelos.

2. OBJETIVOS2.1 GENERAL

Determinar el coeficiente de permeabilidad mediante el mtodo de cabeza constante para el flujo laminar de agua a travs de suelos granulares.2.2 ESPECFICOS Aprender sobre el manejo del equipo necesario para llevar a cabo un ensayo de permeabilidad por el mtodo de cabeza constante.

Observar la diferencia del flujo del agua a travs de diferentes tipos de suelo.

Analizar la Influencia de cada uno de los elementos y las condiciones necesarias para determinar el coeficiente de permeabilidad.

3. EQUIPOS Y MATERIALES

PERMEMETRO El permemetro se emplea para medir qu cantidad de fluidos pasan a travs de un material determinado, lo cual es un mtodo directo para medir elcoeficiente de permeabilidad. Este deber tener cilindros para muestras con dimetro mnimo de aproximadamente 8 a 12 veces el tamao mximo de partculas. El permemetro deber ajustarse con: (1) un disco poroso o una malla reforzada adecuada para el fondo, con una permeabilidad mayor que la de la muestra de suelo, pero con aberturas suficientemente pequeas para impedir el movimiento de partculas; (2) tomas de manmetros para medir la prdida de carga, h, sobre una longitud, l, equivalente al menos al dimetro del cilindro; (3) un disco poroso o una malla adecuada reforzada con un resorte adherido a la parte superior, o cualquier otro dispositivo, para aplicar una ligera presin de resorte, de 22 a 44 N (5 a 10 lbf) de carga total, cuando la placa superior se halla colocada en su sitio. Esto mantendr el peso unitario y el volumen del suelo sin cambio durante la saturacin y durante el ensayo de permeabilidad.

CAPSULA DE ACRLICOEs un vaso de vidrio, donde su funcin es la de retener el material y el agua, donde a la hora de realizar el experimento no se observe algn tipo de filtracin y por lo tanto se dae, es resistente a la presin.

PIEDRA POROSAPiedras porosas de grano fino,de 25cmde longitud.Son adecuadaspara oxigenarel aguay mantener en movimiento el agua delos sistemas hidropnicoscon burbujasmuy finas.

MUESTRAMaterial del que se toman porciones para la preparacin de un sistema susceptible de mediciones que determinen la cantidad de un constituyente deseado. Es la cantidad de sustancia sometida a diversos anlisis, con el propsito de encontrar su identidad, su pureza, por mtodos cualitativos y/o cuantitativos.

PALAEs unaherramientaque consta bsicamente de una superficie cncava en la cual se deposita el material en cantidades pequeas para ser trasportado a un recipiente, y de un mango de metal con el cual se maneja. Esta puede ser metlica o de madera.

PROBETAInstrumentovolumtricoque consiste en un cilindr graduado de vidrio que permite contener lquidos y sirve para medir volmenes de forma aproximada. Est formado por un tubo generalmente transparente de unos centmetros de dimetro y tiene una graduacin desde 5 mlhasta el mximo de la probeta, indicando distintos volmenes. En la parte inferior est cerrado y posee una base que sirve de apoyo, mientras que la superior est abierta (permite introducir el lquido a medir) y suele tener un pico (permite verter el lquido medido). Generalmente miden volmenes de 25 o 50 ml, pero existen probetas de distintos tamaos; incluso algunas que pueden medir un volumen hasta de 2000 ml. Puede estar constituido de vidrio (lo ms comn), o de plstico.

ALICATEEs unaherramienta manualcuyos usos van desde sujetar piezas al corte o moldeado de distintos materiales. Son comunes en todo equipo de herramientas manuales, ya que es un til bsico para elbricolaje. Esta especie de tenaza metlica provista de dos brazos suele ser utilizada para mltiples funciones como sujetar elementos pequeos o cortar y modelar conductores, etc.

CRONMETROEs unreloj de precisin que se emplea para medir fracciones de tiempo muy pequeas. Por lo general, el cronmetro empieza a funcionar cuando el usuario pulsa un botn. El mecanismo, de esta manera, comienza a contar desde cero. Cuando dicho botn vuelve a ser pulsado, el cronmetro se detiene, mostrando con exactitud el tiempo transcurrido.

FLEXMETROEl flexmetro es un instrumento de medicin el cual es coincido con el nombre de cinta mtrica, con la particularidad de que est construido por una delgada cinta metlica flexible, dividida en unidades de medicin, y que se enrolla dentro de una carcasa metlica o de plstico. En el exterior de esta carcasa se dispone de disponen de un sistema de freno para impedir el enrollado automtico de la cinta, y mantener fija alguna medida precisa de esta forma. Se suelen fabrican en longitudes comprendidas entre uno y cinco metros.

REGLAEs uninstrumento de medicincon forma de plancha delgada y rectangular que incluye una escala graduada dividida en unidades de longitud, por ejemplo centmetros o pulgadas. Su longitud total rara vez es de un metro de longitud pero la mayora es de 30 centmetros. Suelen venir con graduaciones de diversas unidades de medida, comomilmetros,centmetros, ydecmetros, aunque tambin las hay con graduacin enpulgadaso en ambas unidades. Es muy utilizada en los estudios tcnicos y materias que tengan que ver con uso de medidas, como arquitectura, ingeniera, etc.

EMBUDOEl embudo es un material empleado para canalizar lquidos y materiales gaseosos granulares en recipientes con bocas angostas. Es decir, es utilizado para evitar el derrame del lquido al moverlo de un envase a otro.

PISNSon utilizados generalmente para amoldar una superficie por medio de una serie de golpes, sin importar aquellos, estn constituidos de un material altamente resistente que no puede ser quebrado con facilidad.

4. MARCO DE REFERENCIAMOVIMIENTO DEL AGUA A TRAVS DE SUELOS. PERMEABILIDAD E INFILTRACINLos suelos tienen vacos interconectados a travs de los cuales el agua puede fluir de puntos de alta energa a puntos de baja energa. El estudio del flujo de agua a travs de un suelo como medio poroso es importante en la mecnica de suelos, siendo necesario para estimar la cantidad de infiltracin subterrnea bajo varias condiciones hidrulicas, para investigar problemas que implican el bombeo de agua para construcciones subterrneas y para el anlisis de estabilidad de presas de tierra y de estructuras de retencin de tierra sometidas a fuerzas de infiltracin.PERMEABILIDADLa permeabilidad de los suelos depende de varios factores: viscosidad del fluido, distribucin del tamao de poros, distribucin granulomtrica, relacin de vacos, rugosidad de las partculas minerales y grado de saturacin del suelo. En los suelos arcillosos, la estructura juega un papel importante en la permeabilidad. Otros factores mayores que afectan la permeabilidad de las arcillas son la concentracin inica y el espesor de las capas de agua adheridas a las partculas de arcilla.VALORES TPICOS DE PERMEABILIDAD PARA SUELOS SATURADOS

Tipo de suelok (cm/s)

Grava limpia

100 1

Arena gruesa1.0 0.01

Arena fina

0.01 0.001

Arcilla Limosa0.001 0.00001

Arcilla0.000001

El valor del coeficiente de permeabilidad k vara ampliamente para diferentes suelos. La permeabilidad de suelos no saturados es menor y crece rpidamente con el grado de saturacin.Mientras ms permeable sea el suelo, mayor ser la filtracin. Algunos suelos son tan permeables y la filtracin tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar tcnicas de construccin especiales.

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (K)El coeficiente de permeabilidad es una caracterstica de los suelos, especficamente est ligado a laLey de Darcyque se refiere al flujo de fluidos a travs de los suelos. El coeficiente de permeabilidad, generalmente representado por la letrak, es extremadamente variable, segn el tipo de suelo. El coeficiente de permeabilidad es funcin, entre otras cosas de la viscosidad del agua, que es funcin a su vez de la temperatura (normalmente se establece la permeabilidad para 200C; del tamao y continuidad de los poros; y, de la presencia de grietas y discontinuidades. Clasificacin de los suelos segn su coeficiente de permeabilidad

Grado de permeabilidadValor de k(cm/s)

ElevadaSuperior a 10 -1

Media10 -1 a 10 -3

Baja10 -3a 10 -5

Muy Baja10 -5 a 10 -7

Prcticamente ImpermeableMenor de 10 -7

La determinacin de la permeabilidad, enlaboratorio, se hace a travs depermemetros. La determinacin de esta caracterstica del acufero se puede evaluar tambin en el campo, para esto existen varios mtodos, entre ellos: losensayos de permeabilidad.

LEY DE DARCYEn 1856, Henri Philibert Gaspard Darcy public una simple ecuacin emprica para la velocidad de descarga del agua a travs de suelos saturados, se basa principalmente en las observaciones de Darcy, relativas al flujo de agua a travs de arenas limpias y se expresa por:v = kidonde v = velocidad de descarga, que es la cantidad de agua que fluye por unidad de tiempo a travs de una seccin transversal total unitaria de suelo perpendicular a la direccin del flujo. k = coeficiente de permeabilidadEl coeficiente de permeabilidad se expresa en cm/s o m/s y la descarga en m. Debe sealarse que la longitud se expresa en mm o en m, por lo que, el coeficiente de permeabilidad debera expresarse en mm/s en vez de cm/s. Sin embargo, los ingenieros en geotecnia continan usando cm/s como la unidad del coeficiente de permeabilidad.Para filtraciones de lquidos a velocidades muy elevadas y la de gases a velocidades muy bajas, la ley de Darcy deja de ser vlida.

Factores que influyen en la permeabilidad de los suelosLa permeabilidad se ve afectada por diversos factores inherentes tanto al suelo como a caractersticas del agua circulante. Los principales de estos factores son: La relacin de vacos del suelo La temperatura del agua La estructura y estratificacin del suelo La existencia de agujeros, fisuras, etc; en el suelo.La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructuraEl tamao de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa defiltracin(movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa depercolacin(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 sueloPor regla general, como se muestra a continuacin, mientras ms fina sea la textura del suelo, ms lenta ser la permeabilidad:

SueloTexturaPermeabilidad

Suelos arcillososFinaDe muy lenta a muy rpida

Suelos limososModeradamente fina

Moderadamente gruesa

Suelos arenososGruesa

5. PROCEDIMIENTO

Se determina por cuarteo una muestra representativa de suelo granular secado al aire. Para el ensayo se utiliz arena mixta y gravilla y se escogi una cantidad aproximadamente igual a dos veces la requerida para llenar la cmara del permemetro.

Se miden el dimetro interior del cilindro , la longitud L entre las salidas de los piezmetros, y la altura total H1, del cilindro.

Se coloca el suelo preparado en el permemetro en capas delgadas uniformes aproximadamente iguales en espesor al tamao mximo de las partculas despus de compactadas usando el cucharn y compactando perfectamente cada capa de suelo con el pisn mediante golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie de la capa siguiendo una trayectoria regular.

Se nivela la superficie del suelo colocando la piedra porosa superior en posicin y rotndola suavemente a derecha e izquierda, se pone el empaque en su sitio, se presiona hacia abajo la placa superior contra el resorte y se fija seguramente en la parte superior del cilindro del permemetro por medio de los tornillos produciendo un sello a prueba de aire. Esto satisface la condicin de mantener el peso unitario inicial, sin cambio significativo de volumen durante el ensayo.

Se mide y se anota la altura final de la muestra , Midiendo la profundidad , desde la superficie superior del disco poroso hasta la superficie superior del cilindro.

Se purga la muestra eliminando el aire atrapado en las partculas empleando agua y aadindola desde la parte inferior del permemetro a travs de la manguera y uno de los embudos. Este proceso se realiza hasta saturar la muestra y observar en la manguera ubicada en la parte superior del equipo que en el agua no se presenten burbujas.

Se conectan las mangueras y se llenan con agua para remover el aire. Se cierra la vlvula de admisin y se abre la de desage, para que el agua alcance en la manguera de la parte superior un nivel estable con carga cero.

Se llena la manguera superior hasta que rebose el embudo con las dos vlvulas cerradas y se consiga que el agua sea estable a la altura definida por la regla. Se prepara el cronometro y al tiempo se abren las dos vlvulas y se determina la cantidad de volumen (Q) de agua recolectada en la probeta graduada que fluye en un tiempo determinado (t).

Se anotan los datos obtenidos en una tabla y se procede a realizar el ensayo dos veces ms variando la altura de carga 10 cm. Para el ensayo se realizaron tres pruebas en la muestra de arena mixta y tres pruebas para la muestra de gravilla.

Al concluir el ensayo de permeabilidad se drena y examina la muestra para establecer si era esencialmente homognea.

6. CLCULOS Y RESULTADOSCALCULO DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDADq = KiA = k..Ak = Donde:k = Coeficiente de permeabilidad, cm/sV = Cantidad de agua descargada, cmL = Longitud masa de suelo, cm.A = rea de la seccin transversal del espcimen, cm.t = tiempo total de desage, seg.h = Carga hidrulica, cm.ARENA MIXTA

h(cm)t(seg)V(cm)

16121264

25125260

34133265

Longitud masa de suelo (L) = 7.8 cmDimetro piedra porosa (d) = 6.2 cmA = .dA = .(6.2 cm)A = 30.19 cm = = 0.0532 cm/seg = = 0.0526 cm/seg = = 0.0506 cm/seg = = = 0.0521 cm/seg

GRAVILLA

h(cm)t(seg)V(cm)

16115238

25117263

34120264

= = 0.0672 cm/seg = = 0.0784 cm/seg = = 0.0832 cm/seg = = = 0.0763 cm/seg

Coeficiente de permeabilidad Arena Mixta = 0.0521 cm/segCoeficiente de permeabilidad Gravilla = 0.0763 cm/seg

7. CONCLUSIONES

Se observ que la permeabilidad de la muestra de un suelo granular depende en gran parte de su granulometra, ya que esta caracterstica permite que un flujo la atraviese sin alterar su estructura interna.

El coeficiente de permeabilidad de la Gravilla es mayor que el coeficiente de permeabilidad de la Arena Mixta, esto es debido a que entre mayor sea el tamao de las partculas mayor ser el espacio entre ellas, dejando fluir con mayor facilidad tanto el aire como el agua.

La magnitud del coeficiente de permeabilidad depende de la viscosidad del lquido, tamao, rea y forma de los conductores en la cual fluye el agua.

Se aplic en gran medida los conocimientos obtenidos en clase y se pudo observar de forma prctica la utilizacin de las diferentes variables que intervienen en la determinacin de la permeabilidad de un suelo. Los resultados obtenidos fueron coherentes con los tipos de suelo que fueron puestos a prueba en el ensayo y nos permiti comprender la importancia de este como herramienta para escoger el suelo ms ptimo para la realizacin de una obra civil en particular.

8. RECOMENDACIONES

Se debe procurar una continuidad en el flujo del agua sin cambios en el volumen del suelo durante el ensayo.

Al momento de determinar los valores de Q y t los vacos del suelo deben de estar saturados con agua y sin burbujas de aire dentro de los mismos.

Se debe propiciar una proporcionalidad directa de la velocidad de flujo con gradientes hidrulicos por debajo de ciertos valores crticos, en los cuales se inicia el flujo turbulento.

Al momento de asegurar la muestra dentro de capsula de acrlico est debe ser asegurada completamente con los tornillos para que no se presenten fugas de agua.

9. BIBLIOGRAFA

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Uso de instrumentos de medidas en el laboratorio. Recuperado el 27 de octubre de 2014 de: http://www.educando.edu.do/articulos/estudiante/uso-de-los-instrumentos-de-medidas-en-el-laboratorio/

10. ANEXOS

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