UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería Civil
CAMPUS PIURA ASIGNATURA
:
SISTEMA DE AGUA A GUA Y ALCANTARILLADO ALCANTARILLADO
NRC
:
1685
CÓDIGO
:
INCI - 297
PROFESOR
:
SOSA ESPINOZA MARIO
TEMA
:
DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN CAMPO POR EL METODO DEL PORCHET Y METODO DE BARRENO SIMPLE
ALUMNO
:
VILLALTA VILLALTA CORNEJO DIANA ROSILLO NUÑEZ FABRIZIO CHAVEZ CASTILLO HECTOR FARFAN FARFAN ROBERTO OLIVOS NOLASCO GIANKARLO FLORES ALESSANDRA VIERA PACHERREZ ERICK
PIURA, 21 febrero 2017 2017
1. INTRODUCCION
Para este viaje de estudio de campo realizado en la ciudad de Morropón, hemos visitado varios lugares. Hicimos una parada en el Puente Carrasquillo, el cual tenía una longitud de 321 metros aproximadamente, este puente fue construido después de que el Fenómeno del Niño en 1998. Luego nos dirigimos al centro poblado de Piedra del Toro, el Ingeniero a cargo nos explicó como la población aprovecha y utiliza el agua para sus cultivos y sus necesidades básicas, por medio del uso de canales que son so n un medio de trasporte para derivar el agua de un lugar a otro. Después nos dirigimos a pie al Balneario, en ese lugar encontramos un canal realizamos una prueba con ayuda de una botella para hallar el caudal (Q), también realizamos dos pruebas de sondeo el cual se realizó un hoyo de 30 cm de diámetro, el tipo de suelo encontrado fue una arena saturada. Se echó un balde de agua y se observó que el agua filtraba con mayor facilidad, esto se debía al tipo de suelo el cual era arena, este material se considera permeable debido a sus partículas que dejan grandes vacíos y permite la fluidez de los líquidos con mayor rapidez. Y para culminar con nuestro viaje de estudio fuimos a conocer un desarenador, proceso donde los suelos (arenas u otro material) se sedimentan debido a la gravedad y el agua queda totalmente limpia, utilizado por la población para fines agrícolas y otros servicios básicos. El método que usamos fue Porchet y Barreno Simple, por medio de ellos es posible obtener un coeficiente de la conductividad hidráulica del suelo a partir de mediciones de infiltración de agua en el suelo. La importancia de este este informe radica en que el conocimiento conocimiento de la Permeabilidad del Suelo, puede ser utilizado para varios problemas de escurrimiento como por ejemplo en el diseño de obras de drenaje, depresión de napas, pozos de bombeo, presas de tierra y en estructuras de contención como muros pantalla y en estudios de contaminación de suelos y aguas subterráneas.
2. OBJETIVO
Adquirir conocimientos para formar un criterio técnico acerca de la Permeabilidad del campo. Analizar e interpretar los resultados obtenidos en la práctica. Mediante el Método Porchet y Método de Barreno Simple obtener la permeabilidad in-situ del terreno. Estimar la tasa de infiltración del terreno.
3. UBICACIÓN
Región Provincia Distrito Categoría Altitud Clasificación N° Viviendas
Piura Morropon Morropon Caserío 228 msnm Rural 119
4. MARCO TEORICO La permeabilidad es la capacidad de un cuerpo para permitir el paso de un fluido cualquiera a través del cuerpo del mismo. Esta propiedad depende de la granulometría con la que está constituido un suelo y de su grado de compacidad. Según la ley de Darcy, la permeabilidad es la cantidad de agua que pasa a través de una sección de 1m2 y bajo una gradiente hidráulica unitaria, medida en m 3/día.
Donde: Q= Flujo m3/día K= coeficiente de permeabilidad (cm/seg) A = sección transversal (m 2) I = gradiente hidráulico (h) ↔ L = hi – hi – h2 h2 = h H = perdida de carga L = distancia en la que se produce la perdida de carga. La permeabilidad de un suelo puede encontrarse tanto en el terreno (IN SITU) como en el laboratorio. Son más fáciles de efectuar las determinaciones de laboratorio que las de IN SITU. No siempre las mediciones de permeabilidad hechas con muestras de laboratorio son
confiables sobre el comportamiento del terreno. Por ello es preciso efectuar ensayos IN SITU. Sin embargo, las pruebas de laboratorio permiten estudiar la relación entre la permeabilidad y la relación de vacíos por lo que se suele efectuar cuando no hay medidas de campo. Estas mediciones son puntuales y mediante ellas se practican perforaciones para la obtención de valores indicativos de la permeabilidad del suelo. Debido a que la permeabilidad depende de la estructura del suelo y debido a lo difícil que es obtener muestras de suelo representativas, suelen ser necesarias determinaciones IN SITU de la permeabilidad media. Entre los métodos más utilizados en laboratorio están: 1. El permeámetro de carga variable 2. El permeámetro de carga constante 3. Prueba endometrica El factor que indica la permeabilidad se llama coeficiente de permeabilidad K dado por la ecuación: K = -v / i La seguridad de los valores que se obtienen dependen de la homogeneidad de los estratos probados y de ciertas restricciones de las fórmulas matemáticas empleadas, sin embargo se tiene un cuidado especial en obrar de acuerdo a los procedimientos recomendados se pueden obtener excelentes resultados ya que con los trabajos de perforación se atraviesan grandes masas de terreno.
Existen dos tipos de mediciones: Nivel constante: se introduce un caudal conocido para mantener el mismo nivel dentro de la perforación. Al estabilizar el proceso, con ese caudal conocido y la longitud y diámetro de la perforación, se calcula la permeabilidad. Nivel variable: se introduce o se extrae un volumen de agua en un sondeo de diámetro pequeño (entre 5 y 10 cm) en forma súbita, esto provoca un descenso o ascenso instantáneo del nivel de agua lo que permite medir las diferencias de nivel/tiempo a medida que va recuperando el nivel original.
Se pueden presentar varias formas de ensayo, clasificándolas en 3 grupos a) Ensayos de permeabilidad en calicatas. b) Ensayos de permeabilidad en sondeos. c) Ensayos de permeabilidad en pozos. Cualquiera que sea el caso, el resultado es la obtención de la permeabilidad media de la zona que ha sido afectada por el ensayo, la cual puede variar desde unos decímetros a centenares de metro. a) Ensayos en calicatas: En las pruebas, es posible realizar ensayos de permeabilidad utilizando el llenado de agua hasta una cota que supere el nivel freático que existe, después se mide el descenso del nivel de agua producido en la cata al paso de un tiempo.
b) Ensayos en pozos: Indicado cuando la permeabilidad del terreno es crítica, por lo regular en grandes excavaciones bajo el nivel freático. Son costosos ensayos, pues es necesaria la excavación del pozo de bombeo y sondeos para alojar los piezómetros y poder medir la l a evolución de la superficie libre del agua, en diferentes distancias del pozo. c) Ensayos en sondeos: Para este ensayo, se levanta la entubación, dejando solo una parte del sondeo en el fondo sin la entubación de los lados. Se procede entonces efectuar el ensayo, ya sea en la carga fija o variable, así como también en la alimentación o el achique de agua. Si la carga es variable, se mide la descendencia del nivel de agua en cierto tiempo. Si la carga es constante, se conserva el nivel de agua en el sondeo a través de la adición de un caudal determinado, este se filtra, dependiendo de la permeabilidad, con la forma:
Donde: H= diferencia de niveles de agua del interior del sondeo y el nivel freático. K= coeficiente de permeabilidad del suelo. N= factor de proporcionalidad. Otros ensayos en sondeo son los Lugeon y Lefranc, que se tratan de inyectar agua a presiones crecientes, en un determinado tramo que se encuentra limitado por dos obturadores. 5. MATERIALES EQUIPOS , HERRAMIENTAS Y MATERIALES Wincha metálica ( 4m ) Cronometro Botella platica pequeña (630 ml ) Balde de pintura vacío ( 5 GL ) Balde pequeño ( 4 L ) Cámara fotográfica Palana Pico Calculadora Marcador de lapicero o lápiz Muestra de suelo
CANTIDAD 1 1 1 1 4 1 1 1 1 2 0.5 kilo
6. PROCEDIMIENTO A. Medición del Caudal por el Método de Flotación
Para el cálculo del caudal es necesita de un flotador pequeño, en este caso usamos una botella pequeña de plástico vacía. v acía. Marcamos un punto de inicio y final en el canal, con ayuda de un marcador blanco, este sería el tramo de estudio para el cálculo del caudal en dicho canal. Ubicamos la base de la botella en marca de inicio, la soltamos y esta flotara hasta llegar a la marca final del tramo de estudio, un compañero recogerá la botella al final del tramo. Este proceso se repetirá ocho veces, para disminuir el porcentaje de error durante el trabajo en campo. Por defecto en los cálculos se eliminar los tres primeros tiempos por ser muy altos, esto afectaría en el promedio.
B. Determinación de Permeabilidad en Campo por el Método de Porchet - Primer ensayo de Sondeo
Se realizó la perforación de un hoyo circular de aproximadamente 30 cm de diámetro y a una altura de 31.216 cm (la altura fue resultado de un promedio de 6 datos, para que el desarrollo de los cálculos sean más exactos), la perforación se pudo realizar con mayor facilidad con la ayuda de una posteadora, pero a falta del equipo de perforación se usó las dimensiones de un balde de capacidad de 5 GL para darle forma al hoyo. Se enrazo el terreno natural donde se encontraba ubicada la perforación, usando un palo de madera recto. Luego con ayuda de los baldes pequeños (4 L) y el balde grande (5 GL) se sacó agua de una canal pequeño cercano a la zona de sondea y se, se procedió a llenar la perforación hasta el tope. Calculamos el volumen de agua. Se colocó la wincha de manera vertical para poder observar cada cm que bajaba el nivel del agua y al mismo tiempo se empezó a contabilizar el tiempo en segundos con ayuda de un cronometro por cada cm que iba descendiendo. Se empezó el conteo con una altura de 0.28 m a un tiempo de 0 segundos, y se finalizó el trabajo con una altura de 0.05 m y un tiempo correspondiente de tres minutos 40 segundos (220 segundos).
C. Método del Agujero de Barreno Simple Limpiar el terreno donde se realizara r ealizara el ensayo Excavar un agujero con barreno hasta la profundidad de 0.60 m, el diámetro de la perforación será 0.30 m. Se inicia el ensayo llenando completamente el agujero con agua y se espera que descienda 4-2 cm por minuto. Iremos marcando el descenso del nivel del agua durante este rango de tiempo con un lápiz en un palo de madera que estará introducido en el agujero durante el ensayo. Obtendremos 13 lecturas, se observa que disminuye con pasado el tiempo, la última lectura fue a una profundidad de 0.053 m. Se calculara el volumen de agua infiltrada Determinamos el valor de la permeabilidad con la formula indicada, y comparamos con las tablas de permeabilidad.
7. CALCULOS Y RESULTADOS A. Medición del Caudal por el Método de Flotación
Datos Espacio(m) Tiempo(s) 1 10 15.22 2 10 15.29 3 10 15.55 4 10 14.52 5 10 14.36 6 10 14.83 7 10 14.69 8 10 14.82 9 10 13.48 Ʃ (Promedio) 14.467
Por defecto en los cálculos se eliminara los tres primeros tiempos por ser muy altos, esto afectaría en el promedio.
B. Determinación de Permeabilidad en Campo por el Método de Porchet - Primer ensayo de Sondeo
Profundidad Datos H (cm) 1 31.7 2 31.7 3 30.9 4 31.7 5 31.3 6 30 Ʃ (Promedio) 31.2
PRUEBA DE DESCENSO Radio (cm) Altura (cm) Tiempo (s) Descenso (cm) 0 28 5 27 9 26 13 25 20 24 23 23 27 22 40 21 47 20 57 19 64 18 72 17 Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 0 28 5 27 Cálculos
ℎ ℎ
15 30 Tiempo (s) 81 89 100 113 124 134 150 166 180 190 207 220
Descenso (cm) 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 9 26 13 25 Cálculos
ℎ ℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (50) ln 22(28)30 (27)30 0.0.0428 ⁄
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (139) ln 22(26)30 (25)30 0.0.0568 ⁄
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 20 24 23 23 Cálculos
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 27 22 40 21 Cálculos
ℎ ℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (2320) ln 22(24)30 (23)30 0.0.0806 ⁄
ℎ ℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (4027) ln 22(22)30 (21)30 0.0.01989 ⁄
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 47 20 57 19 Cálculos
ℎ ℎ
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 64 18 72 17 Cálculos
ℎℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (5747) ln 22(20)30 (19)30 0.0.02778 ⁄
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (7264) ln 22(18)30 (17)30 0.0.0375 ⁄
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 81 16 89 15 Cálculos
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 100 14 113 13 Cálculos
ℎℎ
ℎℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (8981) ln 22(16)30 (15)30 0.0.04076 ⁄
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (113100) ln 22(14)30 (13)30 0.0.02747 ⁄
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 124 12 134 11 Cálculos
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 150 10 166 9 Cálculos
ℎ ℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (134124) ln 22(12)30 (11)30 0.0.03948 ⁄
ℎ ℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (166150) ln 2(10)30 2 (9)30 0.0.02758 ⁄
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 180 8 190 7 Cálculos
ℎ ℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (190180) ln 22(8)30 (7)30 0.0.0500 ⁄
Tasa de Infiltración N°01 (Ensayo N°01) Tiempo (s) Descenso (cm) 207 6 220 5 Cálculos
ℎ ℎ
2 ( ) ln ln 22 ℎℎ 30 ln 2 (220207) ln 22(6)30 (5)30 0.0.0444 ⁄
Tasa de Infiltración N° 01 ( Ensayo Ensayo N° 01 ) 0.0411259 K = Tenemos como resultado un coeficiente de permeabilidad promedio de 0.04 11 cm/s
⁄
C. Método del Agujero de Barreno Simple
Datos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Tiempo( min) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Profundidad(cm) 33.5 28.5 24.1 20.6 18 16 14.1 12.2 10.6 9.3 7.8 6.7 5.3
1 1 60 60
. .. .
V = Volumen promedio drenado o infiltrado L = Longitud del agujero t = Tiempo de ensayo H = Medidas de los descensos |H|= Medida final promedio A = Área transversal de la excavación cilíndrica
(30) (30 ) 225706.858 225 706.858 ∑ = .+.+.+. +.+++. +++.+.+.+. +.+.+.+. +. = = 15.9 cm =
Área
Altura Promedio
Volumen
A= π/4 D^2
=
V Area x H.prom = 706.858 x 15.9 = 11239.048
Luego, el valor del coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica será:
K
. ⁄ . . 1
D. Granulometría INFORME DE ENSAYO CURSO
: SISTEMA DE AGUA Y ALCANTARILLADO
DOCENTE
: ING. MARIO SOSA ESPINOZA ANÁLISIS GRANULOMÉTRIC GRANU LOMÉTRICO O POR TAMIZADO ASTM D-422 / NTP 339.12 8 IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA PRESENTACIÓN:MIB PRESENTACIÓN:MIB CANTIDAD: 1Kg
CALICATA: C-1 MUESTRA: “S”
PROFUNDIDAD: PROFUNDIDAD: 0.60 m TAMIZ
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO ABERT. (mm)
PESO RETEN. (g.)
RET. ACUM. (%) 0
PASA (%)
0
PESO RETEN. (%) 0
3´´
76.20
2´´
50.80
0
0
0
100
1´´
25.40
0
0
0
100
3/8´´
9.525
0
0
0
100
N° 4
4.760
1.1
0.45
0.45
99.55
N° 8
2.380
1.1
0.45
0.9
99.1
N° 16
1.190
4.1
1.7
2.6
97.4
N° 30
0.590
23.9
9.7
12.3
87.7
N° 50
0.297
93.4
37.8
50.1
49.9
N°100
0.149
80.3
32.5
82.6
17.4
N°200
0.074
30.1
12.2
94.8
5.2
FONDO
-
13
5.2
100
0
TOTAL
-
247
100
-
-
100
Datos del material Peso Inicial Seco (g) = 247 g. Peso Lavado Seco Seco (g) = 234 g. Pérdida por Lavado (g) = 13 g.
% GRAVA: 0.45% % ARENA: 94.35% % FINOS: 5.2% Observación: Las pequeñas diferencias resultantes en el empate de las curvas obtenidas por tamizado, se corregirán en forma gráfica.
8. CONCLUSIONES Utilidad de la práctica: Conociendo los valores del coeficiente de permeabilidad y su respectivo caudal, área y velocidad, nos proporciona una valiosa información, todos estos factores y su buena interpretación se puede basar el diseño de presas, diques, filtros, etc., en la vida profesional es muy importante, a razón por la cual se dará un tratamiento especial a estos cálculos.
La permeabilidad no es más que la mayor o menor facilidad con que el agua atraviesa la sección del suelo; depende principalmente de la granulometría de un suelo. Para efectuar estos ensayos las muestras deben estar saturadas. Estos procedimientos no deben hacerse con muestras de arcillas. arcill as. Según la Granulometría es una arena gruesa, altamente permeable el área de vacíos es mayor ; los suelos en esta zona es de regular y buena calidad; aunque pobre en material orgánico y nutrientes , en su mayoría, es apto para la agricultura El tipo Clasificación del Suelo según la Granulometría, nos dio arena bien graduada con un porcentaje de 94.35 %, a diferencia de gravas y finos cuyos valores son bajos: Grava 0.45 % y Finos 5.2 %. Se observaba que al inicio el agua filtraba con mayor facilidad, esto se debía al tipo de suelo el cual era arena, este material se considera permeable debido a sus partículas que dejan grandes vacíos y permite la fluidez de los líquidos con mayor rapidez. Después se observaba que el agua filtraba lentamente, esto se debía que el suelo estaba totalmente saturado e impedía la carga hidráulica. Por medio del método de flotación en campo se calculó el caudal del canal; nos dio como resultado 0.0002834 l/s. La velocidad con que corre el flujo de agua en el canal revestido es de 0.691 m/s
El flujo del agua en el canal se desplaza con velocidad mínima de 0.691, entonces al contrastar datos con el manual de diseño del ministerio de transportes y comunicaciones, verificamos que la velocidad mínima de un flujo dentro de un canal no debe producir sedimentación que pueda incidir en una reducción de su capacidad hidráulica, recomendándose que la velocidad mínima sea igual a 0.25 m/s, la velocidad mínima en nuestros nuestros resultados es de 0.691 m/s , entonces si cumple dentro del rango de lo normalizado .La velocidad máxima permisible es algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero. Con un área de canal de 0.41625 , una corriente se desliza más lentamente a causa de la fricción; un canal con una menor superficie de contacto con el agua tendrá menor resistencia fricción y, por lo tanto, una mayor velocidad.
El coeficiente de permeabilidad por ambos métodos : COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN CAMPO Método de Porchet Método del Aguajero de Barreno Simple K = 0.0411259 K = 1.00
⁄
⁄
Los resultados del coeficiente de permeabilidad están dentro del rango de , obteniendo un suelo de clasificación tipo “ Bueno “ , considerándose arenas limpias y mezclas limpias de arena y grava, coincidiendo con los resultados de la clasificación de suelos obtenidos en el ensayo de Granulometría.
1 10−
9. PANEL FOTOGRAFICO
Primera parada el viaje, Puente Carrasquilllo
Puente Carrasquilllo, se observó la turbidez del agua a causa de las constantes lluvias en la zona
Excavación de suelo para el desarrollo de ambos Métodos
Sondeo N° 01, Método de Porchet
Sondeo N° 02, Método de Barreno Simple, medición de una distancia determinada dentro de un rango de tiempo
Culminación del Viaje de estudio, Desarenador
