BOGOTÁ D.C.SEPTIEMBRE 6 DEL 2014

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................ 3

2. OBJETIVO...................................................................................................................................... 4

2.1 GENERAL..........................................................................................................................................5

3. MARCO TEORICO......................................................................................................................... 5

3.1 PERMEABILIDAD................................................................................................................................63.2 PERMEABILIDAD EN SUELOS (LAMBE, (1979) ).........................................................................63.3 CABEZA CONSTANTE.......................................................................................................................73.4 CABEZA VARIABLE............................................................................................................................8

4. PROCEDIMIENTO.......................................................................................................................... 8

5. DATOS Y CALCULOS................................................................................................................. 13

6. ANALISIS DE RESULTADOS.........................................................................................................16

7. CONCLUSIONES............................................................................................................................. 17

8. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................................ 18

1. INTRODUCCIÓN

Es importante comprender el comportamiento de los suelos sometidos a cargas, ya que es en ellos o sobre ellos que se van a fundar las estructuras, ya sean puentes, edificios o carreteras, que requieren de una base firme, o más aún que pueden aprovechar las resistencias del suelo en beneficio de su propia capacidad y estabilidad, siendo el estudio y la experimentación las herramientas para conseguirlo, y finalmente poder predecir, con una cierta aproximación, el comportamiento ante las cargas de estas estructuras puesto que el conocimiento de normas, ensayos y diversos métodos para caracterizar y suponer si un suelo acogerá en buena forma un estabilizante y mejorará sus cualidades.

La importancia de conocer la velocidad con la que el agua pasa a través de un suelo puede verse expresado en tres factores como lo son índices de permeabilidad, el efecto del drenaje en la estructura del suelo o ya bien sea la influencia de la capilaridad y de la absorción. Comprender los resultados obtenidos del ensayo de capilaridad ayudará a comprender la mecánica de trabajo cuando suelos tienen baja permeabilidad y muy alta retención, esto como parte del ejercicio profesional en campo.

2. OBJETIVO

2.1General

El objetivo de este laboratorio es conocer la permeabilidad de un suelo por los dos métodos diferentes que son:

Permeabilidad de cabeza constante para suelos gruesos. Permeabilidad de cabeza variable para suelos finos.

3. MARCO TEORICO

3.1 PERMEABILIDAD

Es la capacidad que tiene un material para que un fluido atraviese, sin que se vea alterado su estructura interna; se dice que un material es permeable cuando pasa una significativa cantidad del fluido en un tiempo determinado, y se dice que es impermeable cuando la cantidad de agua es insignificante.

3.2 PERMEABILIDAD EN SUELOS (LAMBE, (1979) )

El general distinguiremos dos tipos de flujo: laminar y turbulento. El flujo laminar es aquel en el cual las partículas de agua se mueven o desplazan sin interferencias, o sea, que las partículas no chocan entre sí. Es característico de los limos y las arcillas, pero puede ocurrir en las arenas bajo ciertas condiciones hidráulicas. Un flujo se definirá como turbulento cuando las líneas de flujo de juntan debido al choque de las partículas de agua que se mueven indisciplinadamente. Es propio de las gravas.

Para que exista movimiento del agua a través del suelo en una dirección determinada es necesario que se produzca variación en su cabeza de potencial. Esta variación son las pérdidas de potencial debido al trabajo realizado.

El gradiente hidráulico (i) se puede definir como las pérdidas de cabeza de potencial por unidad de longitud en la dirección del flujo. i = Δh / L En donde Δh representa la perdida de cabeza de potencial entre dos puntos y L la distancia que hay entre ellos. Cuando no existe movimiento del agua se denomina gradiente hidrostático, ya que esta en equilibrio estático.

Entonces se puede decir que la permeabilidad es la facilidad con que el agua puede fluir a través de los vacíos de un suelo cuando existe un gradiente hidráulico.

Según la ley de Darcy, tenemos que:

Q = A . K . i

Q = Cantidad de agua drenada a través de la muestra por unidad de tiempo, (cm3/h); K = Coeficiente de permeabilidad. Se expresa generalmente en (cm./h). i = gradiente hidrostático disponible; (m/m) A = Sección transversal por donde se filtra el agua en la muestra (cm2).

3.3 CABEZA CONSTANTE

Este ensayo consiste en tratar de medir la permeabilidad de un suelo teniendo siempre constante la cabeza de fluido que está penetrando a la muestra.

Q=KiA

K= Qi∗A

i=∆hL

v=Ki

vf= Kin

K=a∗LA∗t

⋅Ln( hoh f)

Para cabeza variable

K = Permeabilidad carga constante

V = Velocidad de descarga

A= área del permeámetro

L = Longitud del medio poroso

t = Tiempo total de desagüe

h = Diferencia de cabeza de altura

D = Diámetro de la sección transversal del medio poroso

3.4 CABEZA VARIABLE

Este ensayo permite determinar la permeabilidad de un suelo cambiando las alturas de cabeza del fluido con el cual se está intentando saturar la muestra.

K = Permeabilidad de carga variable

a = Área del tubo de inyección del agua

L = Longitud del medio poroso

A = Área del medio poroso

t = Tiempos de absorción

h = Cambios de alturas con respecto al tiempo Norma De Referencia: Norma INV E-130-07

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Primero se realiza un cuarteo de la muestra con anterioridad a realizar el ensayo, donde se determina con qué tipo de material se va a trabajar; teniendo en cuenta que para el ensayo de permeabilidad el grano debe ser muy pequeño.

4.2 Luego procedemos a tomar una de las partes cuarteadas y pesar la cantidad necesaria para llenar el molde.

4.3 Se toman las dimensiones del molde para poder determinar su volumen.

4.4 Luego de tomar las dimensiones se procede a depositar el material que se utilizara para la práctica en el molde y cuando se encuentre completamente lleno a enrazar el recipiente para que no queden sobrantes.

4.5 Después se le coloca la rejilla.

4.6 luego se coloca una parte superior del molde se toma su altura, y se procede a depositar agua en el recipiente hasta que esta atraviese el material y evacue por el registro ubicado en la parte inferior del molde lo que nos indicara que el material se encuentra saturado y se puede comenzar el ensayo.

4.7 para el ensayo de cabeza constante se empieza con el aforo del caudal que sale por el registro y con la adición de agua siempre a una altura constante en este caso específico fue la altura desde donde empieza la rejilla hasta el final del molde.

4.8 Se realiza el ensayo de cabeza variable 2 veces para tener un mejor análisis de los resultados.

4.9 Después de realizar este procedimiento, se inicia nuevamente pero ahora se realizara por cabeza variable donde se utilizara un permeámetro diferente, y se variara la cabeza del fluido.

4.10 Aforamos el caudal de este nuevo ensayo y tenemos en cuenta la diferencia de alturas que se presentan.

5. DATOS Y CALCULOS

Datos obtenidos del ensayo de cabeza constante:

L=5 Ø=3 W 1=2106,9g .W 2=3235,6g .

h=Diferencia de láminade agua y alturade salidadel permeametro .h=0,88m−0,14 m

h=0,74m

V(cm3) t(s)100 1’08’’150 1’48’’200 2’25’’250 3’10’’300 3’48’’350 4’26’’400 5’09’’

Entonces,

k= qLAth

Siendo :k=Coeficiente de Permeabilidadq=Gasto , volumendeagua descargada

L=Distancia entremanómetros A=Área de la sección transversalde lamuestra

t=Tiempo total dedesagüeh=Dif erenciadeCabeza

A=π d2

4A=

(3,1416 ) (3∗2,54 )2

4A=45,6cm2

Tabulando los resultados aplicando la ecuación de permeabilidad, se obtiene:

Dato q t A L h k

1 100 68 45,6 12,7 74 5,535E-03 cm/seg2 150 108 45,6 12,7 74 5,227E-03 cm/seg3 200 145 45,6 12,7 74 5,191E-03 cm/seg4 250 190 45,6 12,7 74 4,952E-03 cm/seg5 300 228 45,6 12,7 74 4,952E-03 cm/seg6 350 266 45,6 12,7 74 4,952E-03 cm/seg7 400 309 45,6 12,7 74 4,872E-03 cm/seg

5,097E-03 cm/segk Prom

CABEZA CONSTANTE

Datos obtenidos del laboratorio de cabeza variable:

L=4 ~10,16 cmØ=4~10,16 cmh=119cm

V(cm3) t(s) H(cm)225 41 80450 93 60650 161 40870 260 20

Hallando el área de la nueva muestra,

A=π d2

4A=

(3,1416 ) ( 4∗2,54 )2

4A=81,07cm2

Reemplazando en k=aLAt

∗lnh1

h2

Debido a que no se toman en laboratorio datos como a y h1 y h2, se procede a comparar los resultados en la ecuación anterior teniendo:

Dato q t A L h k1 225 41 81,07 10,16 39 1,763E-02 cm/seg2 450 93 81,07 10,16 59 1,028E-02 cm/seg3 650 161 81,07 10,16 79 6,405E-03 cm/seg4 870 260 81,07 10,16 99 4,236E-03 cm/seg

9,638E-03 cm/seg

CABEZA VARIABLE

k Prom

6. ANALISIS DE RESULTADOS

Tomando como referencia la tabla a continuación se puede identificar las muestras de suelo analizadas de acuerdo a su coeficiente de permeabilidad promedio calculado.

Debido a que ambas muestras arrojan valores expresados x10-3 se pueden clasificar como Arenas Gravosas casi Arenas gruesas.

7. CONCLUSIONES

El valor de K depende de la forma, el tamaño y la distribución de sus partículas, de esto se infiere que la constante está dada en función de la relación de vacíos en el material.

Con el coeficiente K de permeabilidad promedio de la muestra analizada se pudo comparar con una tabla teórica y se concluyó que el tipo de material analizado es una arena gravosa, que se puede interpretar como correcta debido a los valores de permeabilidad, siendo así las altas velocidades.

De acuerdo con la literatura para una aproximación más acertada, la distribución de los granos por tamaño ofrece más información de las propiedades del suelo para el drenaje.

La comprensión de los coeficientes de permeabilidad en los suelos se hace importante en la ingeniería en las construcciones de redes de drenaje, tanto naturales como artificiales, cimentaciones, acuíferos etc.

8. BIBLIOGRAFÍA

Manual de Laboratorio de Mecánica de Suelos, Ingeniero Antonio Arango V., UNAL, Capítulo 4, Permeabilidad, Conceptos básicos.

Permeabilidad, Mecánica de Suelos, Peter Berry. Laboratorio de Permeabilidad, Edwin Velasco, Carlos Galeano, Pablo

Henao, UGC – FIC, 2011