2.INTRODUCCIÓN.permeametro

1

.

INDICE INTRODUCCIÓN........................... INTRODUCCIÓN............. ............................. .............................. ............................. ............................. .............................. ............................. .......................2 .........2 1. OBJETIVO............................ ........................................... ............................. ............................. .............................. ............................. ........................................ .......................... 3 1.1. OBJETIVO GEN GENERAL.............................. ............................................ ............................. .............................. ............................. ......................... ........... 3 1.2 .2.. OB OBJJET ETIV IVOS OS ES ESP PEC ECÍF ÍFIC ICOS OS............. ............................ .............................. ............................. ............................. ................................. ..................33 1.3. ALCANCES............................ .......................................... ............................. .............................. ............................. ............................. ................................ ................. 3 2. PR PROP OPIE IEDA DADE DES S HIDR HIDRÁU ÁULI LICA CAS S DE LOS LOS SUE SUELO LOS S..........................................................4 2.1. LEY DE DARCY............................. ............................................ .............................. ............................. ............................. ..................................... ......................44 2.2. FLUJO DEL AGUA EN EL SUELO Y ECUACIÓN DE ENERGÍA DE BERNOULLI.............. BERNOULLI ............................. ............................. ............................. .............................. ............................. ............................. ............................. .......................... ............55 2.3.. FACTO 2.3 CTORES RES QUE QUE INFL INFLUYE UYEN N EN LA PER PEREA EABIL BILIDA IDAD D EN SUE SUELOS LOS.................! .................! 2.3 .3.1 .1.. CAR ARA ACT CTER ERÍS ÍSTI TIC CAS EL SU SUEL ELO O........................................................................." 2.3 .3.2 .2.. CAR ARA ACT CTER ERÍS ÍSTI TIC CAS EL SU SUEL ELO O.........................................................................# 3. $T $TODO ODOS S PARA PARA DET DETER ERINA INAR R LA PER PEREAB EABILI ILIDAD DAD DE DE LOS SUELOS SUELOS.............1% .............1% 3.1. VARIACIÓN DEL COEFICIENTE DE PEREABILIDAD EN LOS DIFERENTES TIPOS DE SUELOS............... SUELOS.............................. ............................. ............................. .............................. ..............................1% ...............1% 3.1.1. $TODOS DI DIRECTOS............................ ........................................... ............................. ....................................... ............................... ......11 11 3.1 .1.2 .2.. $TODOS INDIRECTOS............................ ........................................... ............................. ............................. ........................... ............12 12 3.2 .2.. $TODOS DIRECTOS............................ .......................................... ............................. .............................. ....................................... ........................ 14 3.2.1. PEREÁETROS............................. ............................................ ............................. ............................. .............................. .......................14 ........14 3.2 .2.2 .2.. PRUE UEBA BAS S DIR DIREC ECT TAS EN EN CA CAP PO O....................................................................1" 3.3 .3.. $TODOS IN INDIRECTOS............................ .......................................... ............................. ............................. ...................................22 .....................22 4. DISE& DISE&O O Y FA FABRIC BRICACIÓN ACIÓN DE UN UN PEREÁ PEREÁETRO ETRO DE PAR PARED ED FLE'IB FLE'IBLE LE...........24 ...........24 4.1 .1.. PLA LAN NTE TEA AI IEN ENT TO TEÓ TEÓR RIC ICO O............................. ............................................ ............................. .......................................24 .........................24 4.1 .1.1 .1.. GRADO DE DE SA SATURACIÓN.................................................................................25 4.1 .1.2 .2.. GRADIEN ENT TE HID HIDRÁULIC ICO O............................. ............................................ ............................. ...................................2! .....................2! 4.1. 4. 1.3. 3. CÁLC CÁ LCUL ULO O DEL DEL CO COEF EFIC ICIE IENT NTE E DE DE PER PERE EAB ABIL ILID IDAD AD...............................2! ...............................2! 4.1. 4. 1.4. 4. CORR CO RREC ECCI CIÓN ÓN PO POR R TE TEP PER ERA ATUR URA A............................ .......................................... ..................................2" ....................2" 4.2. 4. 2. DE DESC SCRI RIPC PCIÓ IÓN N DEL DEL PE PER REÁ EÁE ETR TRO O....................................................................2" 4.2.1. PANEL DE CO CONTROL............................ ........................................... ............................. ............................. .............................. ..................2( ...2( 4.2.2. DEPOSITO DE AGUA............................ .......................................... ............................. .............................. ............................. ................... .....31 31 4.2. 4. 2.3. 3. CELD CE LDA A DE PR PRUE UEBA BAS S DE DE PER PERE EAB ABIL ILID IDAD AD.................................................31 .................................................31 5. CAL CALIBR IBRACI ACIÓN ÓN Y PUES PUESTA TA EN OPERAC OPERACIÓN IÓN DEL DEL PERE PEREÁE ÁETRO TRO........................32 ........................32 5.1 .1.. ANUAL DE OP OPERACIÓN ÓN.............. ............................. ............................. ............................. ............................. ...............................32 .................32 5.2. 5. 2. CA CALI LIBR BRAC ACIÓ IÓN N Y PU PUES EST TA EN OP OPER ERAC ACIÓ IÓN N..........................................................3" 5.2. 5. 2.1. 1. DESC DE SCRI RIPC PCIÓ IÓN N DE LOS LOS A ATER ERIA IALE LES S A EN ENSA SAY YAR .....................................3" .....................................3" 5.2.2. 5.2 .2. SERIES SER IES DE PRUE PRUEBAS BAS PARA CAL CALIBR IBRAC ACIÓN IÓN DEL AP APA ARA RAT TO.....................3( !. CO CONC NCLU LUSI SION ONES ES Y RE RECO COE END NDAC ACIO IONE NES. S....................................................................4! ...................................................................4! !.1.. CON !.1 CONCLU CLUSIO SIONES NES DE LA LA CAL CALIBR IBRACI ACIÓN ÓN DEL DEL AP APAR ARA ATO....................................4! !.2 .2.. CON ONCL CLU USI SION ONES ES DE LA OP OPER ERA ACIÓ IÓN N DE DEL L APARA RAT TO Y $T $TOD ODO O DE EDICIÓN............. EDICIÓN ........................... ............................. .............................. ............................. ............................. .............................. ..................................... ........................... .....4# 4# !.3.. REC !.3 RECOE OENDA NDACIO CIONES NES PA PARA RA LA OPE OPERAC RACIÓN IÓN DEL EQU EQUIPO IPO............................5% ............................5% !.4. !. 4. CO COE ENT NTA ARI RIOS OS ADI DICI CION ONAL ALES ES...............................................................................51 ...............................................................................51 ANE'OS.............. ANE'OS ............................. ............................. ............................. .............................. ............................. ............................. .............................. ................................... ....................52 52 REFERENCIAS............... REFERENCIAS ............................. ............................. .............................. ............................. ............................. ............................. ..................................... ....................... 53

2

INTRODUCCIÓN

La permeabilidad de un suelo junto con la resistencia al esfuerzo cortante y la compresibilidad son de las principales propiedades mecánicas estudiadas en la ingeniería geotécnica para definir  el comportamiento de un suelo. Esta propiedad, definida por algunos autores como hidráulica, es de primordial importancia en obras tales como presas de tierra, bordos, rellenos sanitarios,  pozos de absorcin y todas a!uellas obras en general !ue se encuentren sometidos a un flujo de agua u otro tipo de lí!uido, contaminante o li"i#iado. $un!ue $un !ue se han desarr desarroll ollado ado metodo metodolog logías ías y e!u e!uipo iposs para para determ determina inarr el coefi coeficie ciente nte de  permeabilidad %&' de en suelo, como los permeámetros de carga #ariable o constante, a cambio de la relati#a sencillez de su operacin, se ha encontrado !ue debido a las propias limitaciones del e!uipo y el método de medicin, se cometen errores como el flujo !ue se genera entre las  paredes de la muestra y el molde !ue contiene a la misma pudiendo representar él un aumento significati#o en el #alor del coeficiente de permeabilidad del suelo en estudio. (eferente a la organizacin de la tesis, ésta se constituye por capítulos, cada uno de los cuales trata un tema por separado. )ontiene los antecedentes, objeti#os generales y alcances del trabajo desarrollado. *resenta los conceptos básicos !ue definen las propiedades hidráulicas de los suelos. *resenta un resumen de algunos métodos para el cálculo de la permeabilidad en suelos utilizados en laboratorio y campo. +diseo y fabricacin de un permeámetro de pared fle"ible- presenta la memoria del diseo y el  procedimiento empleado empleado en la fabricacin del aparato. aparato.  presentan los resultados de la pruebas de laboratorio desarrolladas para determinar las  propiedades de los suelos suelos utilizados en la calibracin calibracin del e!uipo y las pruebas realizadas realizadas en otro aparato comercial, así como las conclusiones de los trabajos realizados y las recomendaciones  para la correcta operacin y conser#acin conser#acin del e!uipo. e!uipo.

2

INTRODUCCIÓN

La permeabilidad de un suelo junto con la resistencia al esfuerzo cortante y la compresibilidad son de las principales propiedades mecánicas estudiadas en la ingeniería geotécnica para definir  el comportamiento de un suelo. Esta propiedad, definida por algunos autores como hidráulica, es de primordial importancia en obras tales como presas de tierra, bordos, rellenos sanitarios,  pozos de absorcin y todas a!uellas obras en general !ue se encuentren sometidos a un flujo de agua u otro tipo de lí!uido, contaminante o li"i#iado. $un!ue $un !ue se han desarr desarroll ollado ado metodo metodolog logías ías y e!u e!uipo iposs para para determ determina inarr el coefi coeficie ciente nte de  permeabilidad %&' de en suelo, como los permeámetros de carga #ariable o constante, a cambio de la relati#a sencillez de su operacin, se ha encontrado !ue debido a las propias limitaciones del e!uipo y el método de medicin, se cometen errores como el flujo !ue se genera entre las  paredes de la muestra y el molde !ue contiene a la misma pudiendo representar él un aumento significati#o en el #alor del coeficiente de permeabilidad del suelo en estudio. (eferente a la organizacin de la tesis, ésta se constituye por capítulos, cada uno de los cuales trata un tema por separado. )ontiene los antecedentes, objeti#os generales y alcances del trabajo desarrollado. *resenta los conceptos básicos !ue definen las propiedades hidráulicas de los suelos. *resenta un resumen de algunos métodos para el cálculo de la permeabilidad en suelos utilizados en laboratorio y campo. +diseo y fabricacin de un permeámetro de pared fle"ible- presenta la memoria del diseo y el  procedimiento empleado empleado en la fabricacin del aparato. aparato.  presentan los resultados de la pruebas de laboratorio desarrolladas para determinar las  propiedades de los suelos suelos utilizados en la calibracin calibracin del e!uipo y las pruebas realizadas realizadas en otro aparato comercial, así como las conclusiones de los trabajos realizados y las recomendaciones  para la correcta operacin y conser#acin conser#acin del e!uipo. e!uipo.



1.

OBJETIVO 1.1. 1.1. OBJET OBJETIVO IVO GENER GENERAL AL

El presente trabajo tiene como objeti#o desarrollar un permeámetro de pared regida,  basado en la ley de /arcy para el flujo de agua en medios porosos0 este e!uipo se plantea  para realizar pruebas en suelos cohesi#os  friccionantes o puramente cohesi#os %arcillas y limos o mezclas de arena con arcilla y limo' en probetas remoldeadas o inalteradas con diámetro de .324 cm y altura de 25 cm, las cuales serán montadas en una cámara modificada para el tipo de ensaye planteado. El sistema de medicin a utilizar será por  carga #ariable. 1.2. 1.2. OBJET OBJETIVO IVOS S ESPECÍ ESPECÍFIC FICOS OS • •

/isear el permeámetro seg6n la norma $789 /54:; < 44. (ealizar la calibracin del e!uipo mediante ensayos.

1.3. 1.3. ALCA ALCANC NCES ES

El trabajo a desarrollar comprende la fabricacin del aparato antes descrito, el cual estará formado por un gabinete !ue controlará las presiones y ni#eles de agua de la prueba, la modi modifi fica caci cin n de un unaa cámar cámaraa para para ser ser adec adecua uada da en la medi medici cin n del del coef coefic icie ient ntee de  permeabilidad %&' de un suelo, la calibracin y puesta en operacin del mismo. El diseo de éste aparato se basará en la norma $789 /54:; < 44 +7tandar testmethods for measure of hydraulic conducti#ity conducti#ity of satured porous materials using a fle"ible =all =all permeameter-.

;

2.

PROPI PROPIEDA EDADE DES S HIDRÁ HIDRÁULI ULICA CAS S DE LOS LOS SUEL SUELOS OS

La permeabilidad puede definirse como la facilidad con !ue se mue#e un fluido a tra#és de un medio poroso. En 9ecánica de 7uelos, por lo general, el fluido es agua y el medio poroso es la masa de suelo. La permeabilidad del suelo es de suma importancia i mportancia en> •

La estimacin de la cantidad de agua !ue se filtra a tra#és o por debajo de presas,

•

di!ues u otro tipo de estructuras !ue estén sometidas a un flujo. La e#aluacin de la subpresin o fuerzas de filtracin bajo estructuras hidráulicas para

•

un análisis de estabilidad. El diseo de filtros para el control de las #elocidades del agua en tránsito, de tal manera

•

!ue las partículas de grano fino no sean erosionadas de la masa de suelo. La rapidez de asentamiento %consolidacin' en los !ue el cambio de #olumen del suelo ocurre en la medida en !ue el agua es e"pulsada de los poros del suelo como un proceso  proporcional bajo un gradiente de energía, energía, entre otras.

2.1. 2.1. LEY LEY DE DARC DARCY Y

En 1:53, el francés ?enry /arcy in#estig las características del flujo de agua a tra#és de filtros de arena. Empleando un dispositi#o como el mostrado en la figura 2.1, hizo #ariar la longitud de la muestra L y la presin de agua en la entrada y la salida de la misma. 9idi la #elocidad del flujo del agua a tra#és de un suelo, y propuso !ue se e"presara como %@adillo, páginas 1A1A5'> v = k i

/nde> v = Belocidad de descarga del fluido %cmCs'

*érdidaa o difere diferenci nciaa de carga en una longit longitud ud de filtro filtro  L,  denominado gradiente i = *érdid hidráulico, es decir> i=

∆h  L

k D una constante física de proporcionalidad denominada, coeficiente de permeabilidad del

suelo %cmCs'.

5

La e"presin anterior es conocida como la Ley de /arcy, y es una de las ecuaciones fundamentales en 9ecánica de 7uelos, debido a !ue es #álida para la mayoría de los fluidos !ue puedan transitar en una masa de suelo, en la cual se considera al flujo con un régimen laminar y a la masa de suelo como un material homogéneo e istropo. 2.2. FLUJO DEL AGUA EN EL SUELO SUELO Y ECUACIÓN ECUACIÓN DE ENERGÍA ENERGÍA DE BERNOULLI BERNOULLI

Es posible aplicar la ecuacin de @ernoulli %com6nmente se utiliza en el flujo en tuberías' en el análisis de flujo del agua a tra#és de una masa de suelo. La fig. 2.1 ilustra la aplicacin de la ecuacin de @ernoulli para las condiciones de flujo en dos puntos en una masa de suelos y separados una longitud L. )omo es com6n en 9ecánica de luidos, la energía, tanto potencial como cinética, se e"presa en términos de alturas o cargas, referidas una línea arbitraria de referencia ubicada con#enientemente. /e acuerdo al principio de @ernoulli %@oFles, página 21321:' la energía o carga total , en cual!uier punto del sistema estará dado por> ht  =  Z  +

 p γ  w

+

v2 2 g 

/nde> Z = )arga de altura o geométrica, !ue es la distancia a un plano de comparacin o

referencia.

3

γw /p = )arga de presin, !ue es la presin en el sistema  p di#idido entre el peso

específico del fluido γw. v2/2g = )arga de #elocidad, !ue es la energía debida al mo#imiento del agua a tra#és del

sistema %energía cinética'. La magnitud absoluta de estas cargas y la posicin relati#a con respecto al plano de referencia tienen, por si mismos, poca importancia. Es de mayor rele#ancia la diferencia o  pérdida entre las cargas totales Δh entre dos puntos cuales!uiera, ya !ue esta diferencia es la !ue produce el flujo entre ambos puntos. $plicando el principio de @ernoulli en el flujo a tra#és de suelos, podemos llegar a las siguientes obser#aciones> •

La magnitud absoluta de la carga de altura depende de la posicin del plano de

•

referencia. La magnitud de la carga de presin puede considerarse como la presin real del agua. Es la altura a la !ue asciende el agua en el piezmetro por encima del punto

•

considerado. La magnitud de la carga de #elocidad v2/2g es tan pe!uea !ue puede

•

despreciarse. /ebido al punto anterior, la carga total h t será solo la suma de las cargas de altura

• •

y de presin. La direccin del flujo está determinada por la diferencia de las cargas totales Δh )uando la carga de presin p a la entrada y la salida es la atmosférica, la pérdida de carga total Δh será simplemente el cambio de ele#acin de la superficie libre

•

del agua entre ambos puntos. 8oda la pérdida de carga se produce en el suelo a tra#és de de una longitud L,

•

considerando !ue el suelo es uniforme e istropo. El gradiente de hidráulico i representa la pendiente de la línea de energía definida  por las alturas piezométricas entre dos puntos en el flujo, es decir, la pérdida de

•

carga o la pérdida de energía por unidad de longitud. 7i no e"iste gradiente hidráulico, es decir i D 4, no se presenta flujo.



2.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PEREABILIDAD EN SUELOS

El coeficiente de permeabilidad depende de las características de suelo y del fluido. $ continuacin se consideraran a!uellas características !ue corresponden a las propiedades del suelo, y posteriormente a las características del fluido.

2.3.1.

CARACTERÍSTICAS EL SUELO

Las principales características con influencia sobre la permeabilidad son> a'  b' c' d' e'

8amao de las partículas (elacin de #acíos Estructura )omposicin mineralgica Grado de saturacin

Es complicado aislar la influencia sobre la permeabilidad de cada una de estas cinco características, debido a !ue se encuentran estrechamente ligadas.

)* T)+),- / 0) )670) El tamao de las partículas !ue forman la masa de suelo determinan la cantidad de canales de flujo !ue se puedan presentar en el suelo, es decir, mientras menor sea el diámetro de las partículas menores serán los #acíos entre ellas, y por lo tanto, de los canales de flujo, reduciendo con ello la permeabilidad.

8* R/0)69:; / <)6- 8ericamente es posible de e"presar la permeabilidad de un suelo en funcin de su relacin de #acíos a partir de hiptesis simplificati#as de la estructura del suelo y de la aplicacin de la ecuacin de *oiseuille %@adillo, pág 24'. $sí, la permeabilidad puede e"presarse como> k = k'F(e)

/onde k' es una constante real !ue depende solo de la temperatura del agua, y !ue representa el coeficiente de permeabilidad tal !ue cumpla con k = k’, para F (1) =1

*ara fines prácticos se tiene !ue>  F ( e )

= e2

 F ( e )

= C  ( e − e4 ) 2  para  

  para arena

arcilla

:

/onde C

3

es una constante de ajuste para satisfacer las condiciones mencionadas

anteriormente, y  (e-e0) es la relacin de #acíos efecti#a, considerada como el espacio en el !ue efecti#amente se presenta el flujo del agua. Hna e"presin !ue nos permite #isualizar de mejor manera las #ariables !ue influyen sobre la permeabilidad en suelos, es la llamada de Ioseny < )arman %@adillo, pág. 24'> k  =

1

γ  

e



2 k 4 S  µ  (1 + e )

/nde> k = )oeficiente de permeabilidad de /arcy %cmCs' k0 = actor !ue depende de la forma de los poros y de la relacin entre la longitud

de la trayectoria real del flujo y espesor del estrato atra#esado S = 7uperficie específica γ = *eso específico del fluido e = (elacin de #acíos

6* E767) La estructura es una de las características más importantes !ue influyen sobre la  permeabilidad, especialmente en suelos finos. *ara igual relacin de #acíos pueden e"istir estructuras totalmente diferentes, y por lo tanto, permeabilidades diferentes. En este punto, es con#eniente distinguir entre suelos naturales y compactados. En el primer grupo, algunos de los factores !ue pueden influir en la #ariacin de la  permeabilidad son la estratigrafía y la direccin del flujo %horizontal o #ertical'. Está comprobado, !ue en un mismo tipo de suelo, las permeabilidades en un sentido u otro son diferentes. El segundo grupo, los factores !ue pueden modificar las características del flujo en el suelo son la energía y el método de compactacin, así como el contenido de humedad empleado al momento de la compactacin.

* G)- / )7)69:; El grado de saturacin de un suelo influye de manera importante sobre su  permeabilidad. En general, cuanto mayor sea el grado de saturacin, mayor será la  permeabilidad. Esto puede e"plicarse debido a !ue en suelos no saturados se presenta el fenmeno de succin debido a los potenciales mátrico %absorcin y capilaridad' y osmtico. /e

A

esta forma, el flujo del agua a tra#és de un suelo con saturacin parcial #ariará dependiendo del tipo de suelo y de la composicin del agua. /e ahí la importancia de obtener grados de saturacin ele#ados al momento de realizar cual!uier prueba de  permeabilidad. 9itchel propuso una e"presin !ue relaciona de manera aceptable el grado de saturacin y la permeabilidad en un suelo %Gutiérrez, pág. ;'> k  =

γ  w  µ 

C S V S 2 e  2 S 

 A

1− e

S r 

/nde> k = )oeficiente de permeabilidad %mCs' γ w = *eso #olumétrico del agua %JCm ' μ = Biscosidad del agua %poises' C S = )oeficiente de forma A S = Krea mojada %m2 ' e = (elacin de #acíos S  = Grado de saturacin

La #ariacin de la permeabilidad para grados de saturacin mayores de A4 deja de ser significati#a.

/* C-+-969:; +9;/)0:=96) /0 7/0La influencia de la composicin del suelo sobre la permeabilidad suele ser pe!uea en limos, arenas y gra#as %con la e"cepcin de la mica y la materia orgánica'0 sin embargo, tiene gran importancia en las arcillas.  Li + , Na + , K + , Ca + + , Mg + +  yAl + + +

Los cationes más comunes en las arcillas son

,

de los cuales los de menor #alencia forman parte de suelos con estructuras más cerradas o dispersas. Los suelos !ue contienen cationes de #alencias mayores, en comparacin con los anteriores, forman estructuras más abiertas o floculentas. /e lo anterior, se puede concluir, !ue cuanto menor sea la capacidad de cambio inico de un suelo, menor es la influencia de los iones de cambio sobre la  permeabilidad %Lambe, páginas 414'.

14

2.3.2.

CARACTERÍSTICAS EL SUELO

La ecuacin de Ioseny < )arman %Lambe, páginas 414' muestra !ue tanto la #iscosidad como el peso específico del fluido influyen en la permeabilidad. Estas dos características pueden eliminarse definiendo una permeabilidad específica o absoluta !, dada por la e"presin>  K  =

k  µ  γ  

/nde> ! está dada en "#2, k en "#/$ , μ en poises y γ en %/#3 *ara agua a 24M ), tenemos !ue la relacin es> !, en "#2 D k "#/$

× 1.42 × 14 −5

La composicin del fluido también tiene influencia sobre la permeabilidad de suelos relati#amente impermeables. Esto es debido a la interaccin de la composicin mineralgica del suelo con los cationes o aniones contenidos en el fluido, siendo los más comunes en el caso del agua>  H  + , NH  + , Ca + + , Mg + + , OH  − , Cl − , HCO − , NO − , SO − − , CO − −

%Gutiérrez,  páginas 111'. 3.

$TODOS PARA DETERINAR LA PEREABILIDAD DE LOS SUELOS 3.1. VARIACIÓN DEL COEFICIENTE DE PEREABILIDAD EN LOS DIFERENTES TIPOS DE SUELOS

El coeficiente de permeabilidad %&' de un suelo está afectado por diferentes factores  propios del suelo en !ue se esté midiendo como a las características del agua !ue transita  por éste. Los principales factores !ue influyen en el coeficiente de permeabilidad, ya tratados en el capítulo 2, son> • • • • •

8amao de las partículas (elacin de #acíos Estructura )omposicin mineralgica Grado de saturacin

11

8omando en cuenta lo anterior, se puede e"presar un coeficiente de permeabilidad distinto  para un mismo tipo de suelo si la medicin no es reproducida en igualdad de condiciones en todos los casos. /ebido a !ue lo anterior es difícil de lograr, se establece como base comparati#a e"presar el coeficiente de permeabilidad a una temperatura del agua de 24N ) utilizando la e"presin %)J$, pág 244'> k 24



   µ  =  T    µ 24



   k T     

/nde> k

> )oeficiente de permeabilidad a una temperatura del agua de 24N ).

20&

k  > )oeficiente de permeabilidad a la temperatura 8 del agua en la prueba. μ

20&

> Biscosidad dinámica del agua a 24N ) de temperatura.

μ  > Biscosidad dinámica del agua a la temperatura 8 en la prueba.

En la figura .1 se establece la relacin de la #iscosidad dinámica del agua a cual!uier  temperatura y la #iscosidad dinámica de agua a una temperatura de 24N ).

E"isten #arios procedimientos para determinar el coeficiente de permeabilidad en los diferentes tipos de suelos, di#ididos en dos grandes grupos>

12

3.1.1.

$TODOS DIRECTOS

7e basan en la medicin del coeficiente de permeabilidad %&' en muestras de suelos o directamente en barrenos perforados en el sitio en estudio, los cuales se diferencian  por el tipo de aparato utilizado> • • • •

3.1.2.

*ermeámetro de carga constante *ermeámetro de carga #ariable *ermeámetro de pared fle"ible *ruebas directas en campo $TODOS INDIRECTOS

*roporcionan la medicin del coeficiente de permeabilidad correlacionando pruebas y técnicas !ue son utilizadas para obtener otros parámetros del suelo en estudio, estos son> • • •

$ partir de la cur#a granulométrica 9ediante la prueba de consolidacin unidimensional )on la prueba horizontal de capilaridad

En la tabla .1, realizada por $. )asagrande y (. E, adum %)J$, pág. 24' se establecen el coeficiente de permeabilidad medido en diferentes tipos de suelos, los métodos utilizados para determinarlos, la aplicacin de los mismos en presas de tierra y di!ues, el grado de confiabilidad de la prueba y el grado de e"periencia del operador  !ue la realiza.

1

8abla .1. )oeficiente de permeabilidad en diferentes tipos de suelos %)J$, pág. 24'

1;

)on base en la tabla anterior, se establecen tres fronteras para los rangos del coeficiente de  permeabilidad, seg6n el tipo de suelo> • • •

7uelos permeables o con buen drenaje 7uelos de poca permeabilidad o con mal drenaje 7uelos prácticamente impermeables

)* S7/0- =7/- 7e consideran suelos con buen drenaje a!uellos en los !ue el coeficiente de 1 × 14 2 a 1 × 14 − ;

 permeabilidad #aría entre

cmCs, formados principalmente por gra#a

limpia, arena limpia, y mezclas de gra#a y arena limpia. Los suelos con mal drenaje tienen un coeficiente de permeabilidad entre 1 × 14 − ; a 1 × 14 −3

cmCs, formados por arenas muy finas, y mezclas de arena con limo y arcilla.

8* S7/0- >9;- 7on suelos con mal drenaje a!uellos formados por limos y depsitos estratificados de 1 × 14 − ; a 1 × 14 −3

arcilla, con coeficiente de permeabilidad !ue #aría entre

cmCs. 7e

consideran suelos prácticamente impermeables a!uellos con coeficiente de a 1 × 14 −3

 permeabilidad menor a

cmCs, están formados por arcillas homogéneas,

 principalmente las !ue se encuentran debajo de la zona de intemperismo. 3.2. $TODOS DIRECTOS

3.2.1.

PEREÁETROS

)* P/+/?+/- / 6)=) 6-;);/ Este tipo de permeámetro se utiliza para determinar el coeficiente de permeabilidad de materiales con buen drenaje como son las gra#as limpias, arenas limpias o mezcla de

15

gra#a y arena limpias, con coeficientes de permeabilidad, &, !ue #arían entre 1 × 14 − 2 a 1 × 14 −

cmCs, de manera es!uemática se presenta en la figura .2.

El método consiste en determinar el gasto !ue circula por una probeta de suelo contenida en un recipiente de pared rígida, siendo com6n el uso de moldes *rctor  o *orter para este fin, con área y longitud conocida, mediante la medicin directa del #olumen de agua !ue transita por la muestra de suelo en un tiempo dado, bajo una carga hidráulica constante. El coeficiente de permeabilidad se determina utilizando la e"presin %lores, pág. 1:'> k  =

VL tAh

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %cmCs'  D #olumen !ue transita por la muestra %cm ' t D tiempo en el !ue se mide el #olumen %s' h D carga hidráulica, constante en toda la prueba %cm' A D área trans#ersal de la probeta de suelo %cm 2' L D longitud de la muestra de suelo %cm'

 b' *ermeámetro de carga #ariable El permeámetro de carga #ariable se utiliza para determinar el coeficiente de  permeabilidad de suelos con mal drenaje a prácticamente impermeables, con rangos de 1 " 14; a 1" 14A cmCs, como son las arenas finas, arenas con mezclas de limo y

13

arcilla, limos y arcillas. El principio de este tipo de aparatos es hacer circular un gasto de agua a tra#és de una probeta de suelo con área y longitud conocidas, midiendo la pérdida de la carga hidráulica en funcin del tiempo, figura ..

El coeficiente de permeabilidad se determina utilizando la e"presin %lores, pág. 1A'> k  = 2.

 La    log h1  At    h2

       

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %cmCs' L D longitud de la muestra %cm' A D área trans#ersal de la probeta %cm 2'  D área trans#ersal del tubo donde se mide la carga hidráulica %cm' t D tiempo en !ue se realiza la pérdida de carga %s' h

1

D carga hidráulica inicial %cm'

h

2

D carga hidráulica final %cm'

6* P/+/?+/- / )/ >0/@980/ Los permeámetros de pared fle"ible se utilizan tanto en carga #ariable como en carga constante, determinando el uso de cada método dependiendo de la #elocidad en !ue se filtra el agua a tra#és de la muestra de suelo contenida en una cámara tria"ial, se

1

utilizan en suelos con mal drenaje a prácticamente impermeables, es decir, con rangos 1 × 14 − ; a 1 × 14 −11

del coeficiente de permeabilidad de

cmCs0 la #entaja de este tipo de

aparatos es la de poder realizar las mediciones utilizando muestras inalteradas del suelo,  pudiendo reproducir el confinamiento del material en estado natural, así como asegurar  la continuidad de las mediciones al aumentar el grado de saturacin inicial en la  probeta, eliminando el posible flujo entre la membrana y la pared de la probeta. *ara  poder alcanzar los grados de medicin antes descritos se aumenta la carga hidráulica a la !ue es sometida la muestra mediante la utilizacin de una línea de aire a presin. /e manera es!uemática se presenta el principio de este tipo de aparatos en la figura .; %$789 /54:;, pág '.

3.2.2.

PRUEBAS DIRECTAS EN CAPO

Las pruebas directas en campos se realizan en barrenos dentro del terreno,  proporcionan datos más reales del coeficiente de permeabilidad con la complicacin de !ue re!uieren mayor e!uipo y mayor tiempo para ejecutarlas. 7e pueden realizar  con el principio de carga constante o carga #ariable, siendo estas por gra#edad o adicionándoles presin aumentando la carga hidráulica. $ continuacin se presentan los métodos más comunes de este tipo de ensayes.

)* P-- / )8-69:; Este tipo de ensaye se considera como representati#o para capas de suelo con espesor  no mayor a 1 m0 consiste en la e"ca#acin de pozos de 4 cm por lado y 4 cm de

1:

 profundidad, los cuales se llenan con agua y se mide el tiempo en !ue tarda en ser  adsorbida por el material en !ue fue e"ca#ado, construyendo con esto una gráfica tirante de agua contra tiempo. )on este método no se determina un coeficiente de permeabilidad, por el tiempo !ue tarda el agua en ser adsorbida se juzga la permeabilidad del material, considerando como material prácticamente impermeable a!uel !ue tarde más de 4 horas en ser  drenado en su totalidad el tirante del pozo, obteniendo solamente resultados representati#os. El método se ejemplifica en la figura .5.

8* P-- / >90)69:; )onsiste en la e"ca#acin de dos pozos de igual dimensin, paralelos entre sí, de tal modo !ue e"ista un prisma de material entre ellos, del cual se desea conocer su coeficiente de permeabilidad. La distancia entre los pozos puede #ariar de acuerdo al tipo de material en !ue se e"ca#en, para este ejemplo se utiliza la distancia de 1 metro. 7e busca determinar el coeficiente de permeabilidad a tra#és de una red de flujo y de la medicin, en un inter#alo de tiempo, de la cantidad de agua !ue es necesario agregar a los pozos para mantener una diferencia constante de los tirantes en cada pozo, pre#ia saturacin de los materiales, figura .3.

1A

El coeficiente de permeabilidad se determina bajo el siguiente criterio %)J$, pág. A'> k  =

 N e F   N     × Hm × t × 1

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %mCh' %

e

D n6mero de partes en !ue se di#ide la caída de potencia de la red de flujo

utilizada % * D n6mero de canales de flujo de la red de flujo utilizada +# D desni#el medio entre los tirantes de los pozos %m' t D tiempo en !ue se realiz la prueba %h'  D distancia entre pozos %m'

En #alor  se obtiene como>  F  =

C 1 × A 2 ×h2 m − C 2 ×  A1 × h1 m  A2 × h2 m +  A1 × h1 m

/nde> C 1 D #olumen de agua aadido al pozo 1 %m ' C 2 D #olumen de agua aadido al pozo 2 %m '

24

1

A D área media mojada del pozo 1 %m 2'

2

A D área media mojada del pozo 2 %m 2'

h1# D tirante medio del pozo 1 %m' h2 # D tirante medio del pozo 2 %m'

6* P-- )9)0/ )uando se busca conocer el coeficiente de permeabilidad de un depsito de arena yCo gra#a, del cual es difícil obtener muestras inalteradas o se considera !ue es heterogéneo, o bien sus condiciones de fronteras no se encuentran definidas, se utiliza la determinacin del coeficiente de permeabilidad a tra#és del bombeo y la medicin del ni#el de agua freática en pozos radiales. El principio en !ue se basa este método es el siguiente> se perfora un pozo central el cual es e!uipado con un sistema de bombeo, radialmente a éste se perforan e instrumentan con piezmetros pozos de obser#acin a una e!uidistancia uniforme. 7e procede a bombear un gasto constante en el pozo central hasta pro#ocar la caída del ni#el de los pozos de obser#acin, entre 1 y 14 m, seg6n sea el caso, midiendo los ni#eles de los piezmetros en todos los pozos de obser#acin. *or diferencia en los ni#eles en los pozos de obser#acin con los registrados antes de iniciar la prueba se procede a generar, en el plano de localizacin de los mismos, las líneas e!uipotenciales del sistema consiguiendo formar la red de flujo del pozo central, figura .. El coeficiente de permeabilidad se determina con la siguiente ecuacin %)J$, pág. ;42'> k  =

! h( ∑ i × ∆ L )

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %mCs'  D gasto e"traído del pozo central %m Cs' h D espesor del estrato permeable %m' ΔL D longitud del segmento de una línea e!uipotencial entre dos líneas de flujo %m' i D gradiente medio para cada incremento ΔL.

21

igura .. *rueba de bombeo en pozos radiales efectuada en la presa ?ermosillo %)J$, pág. ;45'

* P7/8) / /+/)8909) L/>);6 Esta prueba permite determinar el coeficiente de permeabilidad de suelos. )onsiste en inyectar o e"traer agua de un barreno con una carga hidráulica pe!uea y medir  el gasto correspondiente, con#irtiendo el sondeo en un permeámetro. El coeficiente de permeabilidad se determina con la e"presin %lores, pág. 21'> !

= Ck ∆ H 

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %cmCs'  D gasto de agua %cm Cs' Δ+ D diferencia de ni#el dentro del barreno %cm' C D coeficiente !ue caracteriza la geometría del área de infiltracin, para seccin

circular el #alor de ) se calcula>

22

C  = ;

π 

1 2 L

log

 L r 

−

1 2 H 

/nde> L D longitud del barreno %cm'  D radio del barreno %cm' + D profundidad del ni#el freático %cm'

igura .:. *rueba de permeabilidad en campo tipo Lefranc %lores, pág. 22'

3.3. $TODOS INDIRECTOS

)* A )9 / 0) 67<) =);70-+96)

2

@uscando determinar el coeficiente de permeabilidad %&' con la granulometría del suelo se han desarrollado correlaciones con una apro"imacin muy limitada, debido a los factores e"ternos !ue afectan la determinacin de dicho coeficiente aparte del tamao de las  partículas del suelo !ue lo forman. 8odos los métodos siguen la frmula clásica propuesta  por $llen ?azen en 1:A2 %@adillo, pág. 1A'> k  = C"14 2

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %cmCs'  10 D diámetro de la partícula al 14  !ue pasa en peso %mm' C D coeficiente de correlacin !ue #aría entre ;1 y 1;3 para tamaos de partícula de 4.1 y

 mm, respecti#amente. El #alor de ) D 113 se establece como un promedio aceptable. 7in embargo la formula no aplica para suelos !ue no sean arenas gruesas, a6n para este tipo de suelos este criterio resulta poco confiable.

8* /9);/ 0) 7/8) / 6-;-09)69:; 7;99+/;9-;)0 )orrelacionando los resultados de la prueba de consolidacin unidimensional se puede determinar el coeficiente de permeabilidad del suelo ensayado utilizando la e"presin %)J$, pág. 2'> k  =

C V  × a v × γ  w 1444 × (1 + em )

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %cmCs' C v D coeficiente de consolidacin %cm 2Cs' a v D coeficiente de compresibilidad %cm 2C&g'

γ w D peso #olumétrico del agua %grCcm ' e # D relacin de #acíos promedio en dos etapas consecuti#as

c' )on la prueba horizontal de capilaridad $ causa de las fuerzas capilares el agua !ue penetra en una muestra de suelo seco a#anza con cierta #elocidad, por lo cual se puede establecer una correlacin con el coeficiente de  permeabilidad del suelo. Esta prueba se limita a suelos con buen drenaje, con rangos del

2;

1 × 14 −1 a 1 × 14 −5

coeficiente de permeabilidad !ue #aría entre

cmCs. El coeficiente & se

determina con la e"presin %@adillo, pág. 24A'> k  =

m2  Z 

×

14

−

;

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %cmCs' #D distancia !ue recorre el agua dentro del suelo en 1 minuto %cm' Z D coeficiente !ue #aría entre 14 y 54, para arena media limpia, O D 24 4.

DISE&O Y FABRICACIÓN DE UN PEREÁETRO DE PARED FLE'IBLE 4.1. PLANTEAIENTO TEÓRICO

)on base en la norma $789 / 54:;44 +7tandard 8est 9ethods for 9easurement of  ?ydraulic )onducti#ity of 7aturaded *orous 9aterial Hsing a le"ible =all *ermeameter%#er $ne"o 1', describe 3 métodos a utilizarse para el cálculo del coeficiente de  permeabilidad %&' mediante la utilizacin de un permeámetro de pared fle"ible, estos métodos son>

•

9étodo $> )arga constante 9étodo @> )arga #ariable, con ele#acin constante del ni#el de agua 9étodo )> )arga #ariable, #ariando el ni#el de agua 9étodo /> *roporcin constante del flujo 9étodo E> Bolumen constante < carga constante, con medicin de presiones

•

utilizando un manmetro de mercurio 9étodo > Bolumen constante < carga #ariable, con medicin de presiones

• • • •

utilizando un manmetro de mercurio. El método de medicin utilizado como base para el diseo del e!uipo fue el método ) %)arga #ariable, #ariando el ni#el de agua' por considerarse el más adecuado para los materiales !ue se pretenden ensayar, arenas, limos, arcillas y mezclas de estos materiales, y ser el método !ue ofrece la operacin más sencilla. Este método de medicin parte de las siguientes consideraciones>

25

•

Es aplicable a un flujo unidimensional, con régimen laminar, de agua !ue transita

•

 por medio poroso, en nuestro caso una masa de suelo. La permeabilidad de un suelo decrece cuando aumenta la cantidad de aire en los

•

 poros de la masa de suelo, es decir, cuando el grado de saturacin es bajo. 7e considera !ue fluido en tránsito será agua. 7e considera !ue la ley de /arcy es #álida para las condiciones en las !ue se

•

realizará la prueba. 7e considera !ue el coeficiente de permeabilidad está significati#amente afectado

•

 por el gradiente hidráulico.

4.1.1.

GRADO DE SATURACIÓN

*or lo anterior para poder cumplir con lo e"presado en la ley de /arcy, el suelo debe de estar completamente saturado, por lo cual antes de iniciar la prueba se debe aumentar el grado de saturacin de la muestra a ensayar. Esto se logra utilizando saturacin con contrapresin y para e#aluar el aumento en el grado de saturacin se utilizará el criterio propuesto por 7&empton %$789 /;3A5, pág. 3', conocido como parámetro de 7&empton. Pste parámetro considera !ue el grado de saturacin de una muestra de suelo puede aumentar utilizando contrapresin para saturar dicha muestra siempre !ue no se modifi!ue la estructura del suelo, lo !ue se logra cuando la presin confinante de la muestra no difiera en más de un A4 a la contrapresin aplicada para la saturacin de la muestra, de no cumplir esta condicin la muestra entraría a un proceso de consolidacin. El procedimiento se realiza a tra#és de inter#alos en los cuales se debe de cuidar !ue la diferencia entre el incremento en la presin confinante y el incremento en la contrapresin no difiera en más de un 14, considerando !ue la presin confinante siempre será mayor, y midiendo el aumento en el #olumen de agua !ue contiene la muestra mediante la utilizacin de buretas. El parámetro  se e"presa como>  $

=

∆#  (144) ∆σ C 

/nde> D grado de saturacin %'

Δ " D incremento de presin confinante %&gCcm 2'

23

ΔD incremento de contrapresin %&gCcm 2'

7e considerará a la probeta como apta para la prueba cuando se alcance un grado de saturacin obtenido mediante el criterio de 7&empton % ' mayor o igual a :4. )onsiderando al suelo como totalmente saturado cuando se alcance un parámetro  mayor o igual a A5.

4.1.2.

GRADIENTE HIDRÁULICO

/ebido a !ue el gradiente hidráulico %i' es directamente proporcional al gasto !ue transitará por la muestra de suelo es con#eniente definir el gradiente con el cual se realizará la prueba antes de lle#arla a cabo, considerando un rango probable del coeficiente de permeabilidad %&' de la muestra. En la tabla ;.1 se recomienda un má"imo gradiente hidráulico %i' para diferentes rangos del coeficiente de  permeabilidad %$789 /54:;, pág. 14'.

El gradiente hidráulico se determina como> i

=

 14( %i −  %& )  L

/nde> 10 D constante para con#ersin de &gCcm 2 a cm ?2Q i D gradiente hidráulico i D presin en la parte inferior de la probeta %&gCcm 2' $ D presin en la parte superior de la probeta %&gCcm 2' L D altura de la probeta %cm'

4.1.3.

CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE PEREABILIDAD

*artiendo de la ley de /arcy y considerando las propiedades geométricas del e!uipo y la muestra de suelo %$789 /54:;, pág. 12' se establece !ue el coeficiente de  permeabilidad se determina mediante la e"presin>

2

a( L )

k  =

2 A∆t 

 h1       h   2  

ln 

/nde> k D coeficiente de permeabilidad %cmCs'  D área de la bureta %4.A1cm 2' L D altura de la probeta %cm' A D área de la probeta %cm 2' Δt D inter#alo de tiempo %s' h 1 D pérdida de carga en el tiempo 1 h 2 D pérdida de carga en el tiempo 2 h D R1444%presin inferior  presin superior'S T R%#olumen de la bureta inferior 

#olumen de la bureta superior'Cárea de la buretaS

4.1.4.

CORRECCIÓN POR TEPERATURA

)alculado el coeficiente de permeabilidad %&' se debe de corregir por temperatura  para estimar el coeficiente a una temperatura de 24N ) para manejarlo como base de comparacin, lo anterior se realiza utilizando la e"presin %$789 /54:;, pág. 14'>

=  'T  ( K )

k 24  'T 

=

T  =

2.2A4A( 4.A:;2 2 )

T 1

T 4.142

+ T 2 2

/nde> k 20 D coeficiente de permeabilidad %cmCs' k D coeficiente de permeabilidad a la temperatura 8   1 D temperatura inicial de la prueba   2 D temperatura a la !ue se tom la lectura

4.2. DESCRIPCIÓN DEL PEREÁETRO

El dispositi#o desarrollado está básicamente un permeámetro de carga #ariable, !ue tiene como elementos principales los siguientes>

2:

• • •

*anel de control /epsito de agua )elda de pruebas

$ continuacin se describirán cada uno de estos componentes. En el ane"o 2 se presentan es!uemas representati#os de cada uno de estos elementos con las partes !ue los componen, así como el diagrama unifilar y fotos del dispositi#o desarrollado.

4.2.1.

PANEL DE CONTROL

)ontiene la mayor parte de los dispositi#os de control y medicin del sistema, agrupados en un solo gabinete, para facilitar la operacin del sistema por parte del usuario. )onsta de un gabinete de acrílico transparente al !ue se encuentra fijo la mayoría del instrumental del e!uipo. )uenta con un soporte metálico !ue impide desplazamientos durante su operacin. El panel de control se encuentra, a la #ez, di#idido en diferentes secciones !ue se describirán a continuacin.

1* C-;-0 =/;/)0 )ontrola la entrada de presin y #acío al sistema. )onsta de los siguientes dispositi#os> •

(egulador +*resin general-. $justa la presin de aire !ue entra al sistema

•

desde la línea de abastecimiento del laboratorio. 9anmetro +*resin general-. 9uestra la presin ajustada por el regulador 

•

maestro. Bacumetro +Bacío-. 9uestra !ue ni#el de #acío es suministrado al sistema  por la línea de abastecimiento del laboratorio.

2* C-;-0/ /0 /:9- / )=7) )ontrola la entrada de agua, aire comprimido y #acío, desde el panel de control hacia el depsito de agua0 así como la entrada de agua desairada desde el depsito de agua hacia el sistema. )onsta de las siguientes #ál#ulas> •

Bál#ula +$gua-. Llena el depsito con el agua de la línea de abastecimiento

•

del laboratorio. Bál#ula +*resin-. $plica aire comprimido al depsito para permitir el

•

llenado de los arreglos cilindrosCburetas de las líneas de prueba. Bál#ula +Bacío-. $plicar #acío en el depsito para desairar el agua contenida en él.

2A

•

Bál#ula +)ierre-. )ontrola la entrada de agua desairada desde el depsito hacia el panel de control.

$ su #ez, cuenta con dos cone"iones, por medio de las cuales se conectan las líneas !ue comunican al panel de control con el depsito de agua> • •

)one"in +Entrada al panel)one"in +7alida al depsito-

3* C-;-0 / /9:; $justa a una presin específica el aire comprimido !ue entra a las líneas de prueba. )onsta de tres arreglos reguladorCmanmetro !ue controlan, respecti#amente, a las línea de prueba siguientes> • • •

Unferior  7uperior  )onfinante

4* L;/) / 7/8) )omo ya se mencion, hay tres líneas de prueba, independientes una de otra> •

La línea de prueba +inferior- está conectado a la parte inferior del espécimen

•

de prueba, y es por donde comienza el flujo a tra#és de él %entrada'. La línea de prueba +superior- está conectado a la parte superior del espécimen

•

de prueba, y es por donde se registra la salida del flujo a tra#és de él %salida'. La línea de prueba +confinante- está conectado al interior de la celda de  pruebas, y es la !ue pro#ee la presin de confinamiento durante la prueba.

La línea de prueba +confinante- #a directamente desde el control de presin respecti#o hasta la cone"in a la celda de pruebas !ue le corresponde. Las líneas de prueba +Unferior- y +7uperior- cuentan con un arreglo +cilindroCbureta para en cada una, !ue son empleadas para medir el #olumen de agua !ue fluye a tra#és de la muestra, así como la #ariacin de la carga de posicin durante el desarrollo de la prueba, a la entrada y a la salida, seg6n corresponda. Los arreglos cilindroCbureta constan de un cilindro de acrílico y una bureta del mismo material con una graduacin en cm., cerrados en sus dos e"tremos por una tapa y una  base de acrílico. Están conectados entre sí por medio de un arreglo de #ál#ulas y montados en el panel de control.

•

La funcin de la bureta es medir la #ariacin de la columna de agua durante la  prueba, y con ello obtener, por medio de los cálculos respecti#os, el #olumen del flujo y la #ariacin de la carga de posicin.

4

•

La funcin del cilindro es pro#eer una reser#a de agua destilada para llenar  nue#amente la bureta después de alg6n ajuste de ni#el o al finalizar una  prueba0 sin necesidad de despresurizar el sistema ni modificar los parámetros de prueba.

Los dos arreglos cilindroCbureta trabajan de una manera idéntica0 sus funciones son controladas por un conjunto de #ál#ulas, como se describe a continuacin> En la parte superior del arreglo cilindroCbureta %conectados a la tapa del arreglo'>

•

Bál#ula +*resin-. $plica una presin por la tapa del arreglo cilindroCbureta

•

%utilizada para crear los gradientes de presin necesarios para la prueba'. Bál#ula VBacíoV. $plica un #acío por la tapa del arreglo cilindroCbureta

•

%utilizada para desairar el agua después del llenado'. Bál#ula +Bentilacin-. $bre a la atmsfera el arreglo cilindroCbureta %utilizada para despresurizar los arreglos al final de la prueba'.

En la parte inferior del arreglo cilindroCbureta %conectados a la base del arreglo'>

•

Bál#ula +Llenar cilindroV. *ermite el llenado del cilindro %o del arreglo cilindroCbureta si la #ál#ula +Llenar bureta- está abierta' con agua

•

 pro#eniente del depsito de agua. Bál#ula VLlenar buretaV. *ermite el llenado de la bureta con pro#eniente del

•

cilindro %o del depsito de agua si la #ál#ula +Llenar cilindroV está abierta'. Bál#ula +Baciar buretaV. *ermite el ajuste de ni#el o el #aciado total de la  bureta %o del arreglo cilindroCbureta si la #ál#ula +Llenar bureta- está abierta' hacía la línea de drenaje del laboratorio.

En medio de los dos arreglos cilindrosCburetas se encuentra la #ál#ula V*uenteV, !ue conecta entre si las tapas de ambos arreglos. Es utilizada para someter ambas líneas a una misma presin> Esto es empleado para el procedimiento de saturacin, y para ciertas condiciones de prueba de las muestras.

5* C-;/@9-;/ ) 0) 6/0) / 7/8) )ontrolan la entrada y salida del flujo entre las líneas de prueba en el panel de control y la celda de prueba. )onstan de> •

8res #ál#ulas, cada una controlando a una línea de prueba.

1

•

8res puertos de cone"in rápida, !ue permiten una fácil cone"in y descone"in de la celda de pruebas con el panel de control.

!* C-;/@9-;/ )7@909)/ *ro#een una rápida cone"in a los suministros de agua, presin y drenaje, necesarios en la realizacin de las pruebas. )onsta de los siguientes puertos de cone"in> •

*uerto de cone"in +$ire-. *ro#ee aire comprimido desde el regulador 

•

general, es utilizado para drenar en forma rápida la celda de pruebas. *uerto de cone"in +$gua-. *ro#ee agua desde la línea de abastecimiento del

•

laboratorio. Es utilizado para llenar la celda de pruebas. *uerto de cone"in +/renaje-. Está conectado a la línea de drenaje del laboratorio. Es utilizado para purgar las líneas y para #aciar la celda de  prueba.

"* C-;/@9-;/ ) 0) 0;/) / )8)/69+9/;7e localizan en la parte posterior del panel de control. 8ienen la funcin de conectar al sistema con las líneas de abastecimiento de +aire comprimidoV, +agua-, +#acío- y +drenaje- del laboratorio.

4.2.2.

DEPOSITO DE AGUA

El depsito de agua nos permite un almacenamiento de agua pro#eniente de la línea de abastecimiento del laboratorio, pero sobre todo, nos permite someterla aun un  proceso de desairado necesario para el ptimo desarrollo de las pruebas. )onsta de un cilindro de acrílico transparente cerrado en ambos e"tremos por una tapa y una base del mismo material. En la tapa se podemos encontrar las cone"iones denominadas-entrada al depsito-, +salida al sistema-, así como una #ál#ula de ali#io de presin.

4.2.3.

CELDA DE PRUEBAS DE PEREABILIDAD

La celda de pruebas de permeabilidad consiste básicamente de una celda tria"ial modificada y adaptada para el sistema. Está diseada para pruebas de hasta 11 &gCcm 2 %154 psi'. Las muestras para prueba de permeabilidad pueden ser de 5 mm. La celda incluye estas características> •

/os líneas de drenaje conectadas hacia la tapa y la base de la muestra para

•

 purgar las líneas de alimentacin y de las piedras porosas. )ámara de acrílico claro para una #isibilidad total de la muestra. Bál#ulas sin cambio de #olumen de acero ino"idable para aislar a la celda de

•

los cambios de presin durante el llenado de las buretas.

2

)omponentes de la celda de pruebas de permeabilidad

1. T)) / 0) 6/0) La tapa de la celda, incluye una #ál#ula de #entilacin, utilizada para desahogar el aire de la celda durante el procedimiento de llenado y de #aciado.

2. B)/ / 0) 6/0) La base de la celda, incluye cinco puertos !ue contienen #ál#ulas sin cambio de #olumen. Las primeras tres #ál#ulas están marcadas V)onfinanteV, +7uperiorV y VUnferiorV. Estos puertos tienen funciones específicas y están conectados de la siguiente manera> •

El puerto +)onfinante- %con su #ál#ula respecti#a' se conecta a la línea de

•

 prueba respecti#a, y es utilizada para aplicar la presin de confinamiento. El puerto +7uperior- %con su #ál#ula respecti#a' se conecta a la línea de  prueba respecti#a, y es utilizada para aplicar la presin a la parte superior de

•

la muestra en prueba. El puerto +Unferior- %con su #ál#ula respecti#a' se conecta hacia la línea de  prueba respecti#a, y es utilizada para aplicar la presin a la base de la muestra

•

en prueba. El puerto +/renaje 7uperior- %con su #ál#ula respecti#a' es utilizada para el  procedimiento de purga de aire, y también para el procedimiento utilizado

•

 para medir la presin de poro. El puerto +/renaje Unferior- %con su #ál#ula respecti#a' es utilizada durante el  proceso de purga de aire, y también para medir la presin de poro.

•

3. C?+)) La cámara de acrílico claro pro#ee de una completa #isibilidad de la muestra en  prueba. 5.

CALIBRACIÓN Y PUESTA EN OPERACIÓN DEL PEREÁETRO 5.1. ANUAL DE OPERACIÓN

El manual de operacin describe el procedimiento empleado para la ejecucin de la prueba de laboratorio para determinar el coeficiente de permeabilidad del suelo por el método de carga #ariable.

1. O8/9<-



/eterminar el coeficiente de permeabilidad de un suelo utilizando el método de carga #ariable en materiales con coeficiente de permeabilidad del orden de magnitud má"ima de 1 × 14

−:

2. P)/ /0 /79• • •

*anel de control )elda de pruebas %cámara modificada' /epsito de agua

3. C-;/@9-;/ 9;969)0/ •

)onecte al aparato a las líneas de aire comprimido, #acío y agua a las terminales

•

!ue se localizan en la parte posterior del panel de control. )onecte el depsito de agua a las terminales con las leyendas +Entrada- y +7alidade la seccin +/epsito de $gua- del panel de control.

4. P/))69:; /0 )))•

Llene el depsito de agua abriendo la #ál#ula con la leyenda +$gua- de la seccin

•

+/epsito de agua- hasta el ni#el re!uerido. /esaire al agua contenida en el depsito abriendo la #ál#ula +Bacío- de la seccin +/epsito de agua-. 9antenga el #aci hasta !ue no se obser#en burbujas en el

•

agua. )ierre la #ál#ula +Bacío-. $bra la #ál#ula +*resin-, ubicada en la seccin +/epsito de agua-. $bra la #ál#ula +)ierre- de la seccin +/epsito de agua- para permitir la entrada

•

del agua al panel de control. *ara llenar con agua el arreglo cilindroCbureta +Unferior- abra la #ál#ula

•

+Bentilacin Unferior-, posteriormente abra la #ál#ula +Llenado )ilindro- y •

+Llenado @ureta- de del línea de prueba +Unferior-. *ara llenar de agua el arreglo cilindroCbureta +7uperior- siga el mismo

•

 procedimiento descrito para la el arreglo +Unferior-. $ntes de iniciar la prueba se recomienda realizar un segundo desaireado a el agua

• • • • • •

contenida en las buretas para esto> )ierre las #ál#ulas +Bentilacin- de las líneas +Unferior- y +7uperior-. $bra la #ál#ula +puente-. $bra la #ál#ula +Bacío- de la línea +Unferior-. 9antenga el #acío hasta !ue no se perciban burbujas en el agua. )ierre las #ál#ulas +Bacío- y +*uente-. $bra las #ál#ulas de #entilacin de las líneas +Unferior- y +7uperior-,  posteriormente ciérrelas, esto se realiza con la finalidad de eliminar la contrapresin a la !ue fueron sometidas las buretas.

;

5. -;)/ / 0) -8/) La probeta a utilizar deberá de tener las dimensiones siguientes> diámetro de .324 cm y altura de 25 cm, con relacin de esbeltez de 2, pudiendo ser acepta una relacin de esbeltez no mayor a 2.5. •

$seg6rese de !ue las piedras porosas a utilizar se encuentres saturadas y no estén

•

tapadas. )olo!ue la preparacin del Qring !ue asegurará la membrana en el cabezal

• •

• •

superior. )olo!ue la probeta en el cabezal de la base. )olo!ue el cabezal superior cuidando !ue las mangueras de éste !ueden alineadas con las terminales de la base de la cámara. $tornille las mangueras a las terminales de la base cuidando no afectar la probeta. )ierre la celda de pruebas y aseg6rese de !ue las barras de ésta se encuentren debidamente atornilladas.

!. L0/;)- / 0) 6?+)). •

)onecte la línea con la leyenda +)onfinante- a la cone"in rápida del panel de control con la leyenda +$gua- en la seccin +$u"iliares- y abra la #ál#ula de esta línea de prueba. $seg6rese de !ue la #ál#ula de #entilacin de la cámara se

• •

encuentre abierta. )ierre la #ál#ula de #entilacin de la cámara y cierre la #ál#ula de la línea. /esconecte la manguera de la cone"in rápida +$gua-.

". P7=) / 0) 0;/) •

)onecte las mangueras de la cámara tria"ial a las cone"iones rápidas de la seccin

•

+)elda de pruebas- en el orden correcto. $bra las #ál#ulas +Llenado @ureta- de las líneas +Unferior- y +7uperior- hasta

• • • •

alcanzar el ni#el de agua deseado. En la seccin +)ontrol de presin- establezca una presin confinante inicial. $bra las #ál#ulas de la seccin +)elda de pruebas- del panel de control. $bra la #ál#ula +)onfinante- en la celda de pruebas. $bra las #ál#ulas +/renaje- en la celda de pruebas, una a una hasta !ue no se obser#en el tránsito de burbujas en las líneas. 8enga cuidado de !ue no se #acíen

•

las buretas. )ierre las #ál#ulas de +/renaje- de la celda de pruebas.

(. P9+/) )7)69:; 7909);- 6-;)/9:; •

Establezca una contrapresin inicial pe!uea mediante utilizando el manmetro

•

+)onfinante- de la seccin +)ontrol de presin-. $bra la #ál#ula +*uente-

5

•

Htilizando el manmetro de la línea +Unferior- establezca la contrapresin

•

cuidando !ue ésta no sea mayor a 4.A de la presin confinante. $bra la #ál#ula +*resin- de la línea +Unferior-. /ependiendo del tipo de material se puede obser#ar como el agua satura la

•

 probeta, cuando esta aparentemente se encuentre saturada cierre las #ál#ulas de la celda de pruebas.

#. S)7)69:; +/9);/ 6-;)/9:; *ara esta etapa se utilizarán la seccin +7aturacin- del registro de la prueba.

•

)ierre la #ál#ula +7uperior- en la celda de pruebas. )ierre la #ál#ula +*uente- en el panel de control. $note la presin confinante inicial y el ni#el de la bureta +Unferior- en las

•

columnas correspondientes. $umente paulatinamente la contrapresin en la celda y anote el #alor del

•

incremento en la contrapresin. El ni#el de la bureta +Unferior- comenzará a subir, espere a !ue se estabilice el

•

ni#el. $umente la contrapresin utilizando el manmetro de la bureta +Unferior- de

• •

manera gradual hasta !ue el ni#el del agua regrese al ni#el inicial antes del • •

incremento de contrapresin. $note el incremento de contrapresin utilizado. )alcule el grado de saturacin utilizando la  e"presin de 7&empton. (epita el procedimiento hasta obtener el grado de saturacin deseado.

1%. E)) / 7/8) • •

• • • •

)ierre las #ál#ulas de la cámara tria"ial )on el regulador de +*resin general- establezca un ni#el de presin mayor al re!uerido para la prueba. )alculé el gradiente hidráulico al cual será sometida la probeta. Establezca la presin confinante de la prueba. Establezca la presin en la linea %inferior y superior' re!uerida para la prueba. $bra lentamente la #ál#ula +*resin- de la línea +7uperior-.

3

En el registro de la prueba anote en las columnas correspondientes los datos> presin confinante, presin bureta inferior, presin superior, lectura inicial bureta inferior, lectura inicial bureta superior, temperatura del agua. • • • •

• •

$bra la #ál#ula +confinante- en la celda de pruebas. $bra la #ál#ula +Unferior- de la celda de pruebas. $bra la #ál#ula +7uperior- de la celda de pruebas, comienza a correr el tiempo. 8ome las lecturas del ni#el de las buretas y temperatura a inter#alos de tiempo  preestablecidos. )alcule el coeficiente de permeabilidad %&' para cada inter#alo de tiempo. )alcule el coeficiente de permeabilidad para cada inter#alo de tiempo a una temperatura de 24 N).

11. D/6)=7/ /0 /79• • • • • • • •

• • •

)ierre las #ál#ulas de la celda de pruebas. )ierre la #ál#ula +*resin- de la línea +7uperior- y abra la #ál#ula +*uente-. /escargue la línea de la línea +7uperior-. $bra las #ál#ulas de la celda de pruebas. (eduzca la presin en la línea +Unferior-. (eduzca la presin confinante. )ontin6e así hasta !ue las líneas se encuentren sin presin. )ierre las #ál#ulas de la seccin +)elda de pruebas- para e#itar un regreso de agua en las líneas. (eduzca la presin general del sistema. $bra la #ál#ula +*resin- de la seccin +/epsito de agua-. /esconecte las líneas de la celda de pruebas.

12. D/+-;)/ / 0) -8/) •

)onecte la línea +confinante- de la celda de pruebas en la cone"in rápida

•

+/renaje-. $bra la #ál#ula +confinante- y la #ál#ula de #entilacin de la celda para #aciar el

•

agua de la misma. $bra la celda y desmonte con precaucin de la probeta.

13. C?0670- / 0) 7/8) •

En el ane"o  se encuentra el formato para el registro de la prueba de  permeabilidad por el método de carga #ariable.

5.2. CALIBRACIÓN Y PUESTA EN OPERACIÓN

El objeti#o principal de la calibracin del aparato es determinar mediante la realizacin de tres series de pruebas la repetibilidad !ue tiene en diferentes materiales, posteriormente comparar los resultados con otro instrumento %permeámetro de pared fle"ible de



 produccin comercial'. *ara realizar esto se estableci medir el coeficiente de  permeabilidad de tres diferentes tipos de suelos> arena arcillosa %7)', limo de alta  plasticidad %9?' y arcilla de alta plasticidad %)?'.

5.2.1.

DESCRIPCIÓN DE LOS ATERIALES A ENSAYAR 

*ara determinar las características de los materiales !ue serían utilizados en las  pruebas de calibracin se realiz su clasificacin de acuerdo al 7istema Hnificado de )lasificacin de 7uelos %7H)7' y se sometieron a las siguientes pruebas de laboratorio> • • • • •

)ontenido de natural de agua /ensidad de slidos Límites de consistencia *orcentaje de finos *ruebas de compactacin *roctor estándar 

Los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio se presentan en la tabla 5.1.

/nde> 7H)7> 7istema Hnificado de )lasificacin de 7uelos => )ontenido natural de agua 7s> /ensidad de slidos LL> Límite lí!uido L*> Límite plástico U*> Wndice plástico > *orcentaje de finos =opt> )ontenido ptimo de agua γd má"> *eso #olumétrico seco má"imo

:

5.2.2.

SERIES DE PRUEBAS PARA CALIBRACIÓN DEL APARATO

@uscando poder obtener probetas con características similares se opt por compactar  el material en un molde del molde diseado con el contenido de agua ptimo más menos del peso #olumétrico seco má"imo, obtenido en la prueba estándar,  posteriormente se e"trajo el material mediante un gato hidráulico y se labraron tres  probetas de cada material a ensayar, sal#o en la serie, en la cual solamente se realiz 1,2, prueba.

A

Estas probetas se ensayaron en el aparato con el mismo gradiente hidráulico y la misma presin confinante. )on los resultados obtenidos de determinará la repetibilidad !ue presenta el aparato. $ continuacin se describen los resultados obtenidos en cada una de las series de pruebas efectuadas %En el $ne"o  se presentan los registros de laboratorio completos de las pruebas de permeabilidad realizadas'. a' 7erie 1> $rena arcillosa %7)' /el material arena arcillosa se compact en el molde *roctor con un contenido de humedad del 1.5  para obtener un peso #olumétrico seco %Xd' de 1.5 tCm, de esta muestra se labraron tres probetas para realizar tres pruebas en el permeámetro de carga #ariable con una presin confinante de 2 &gCcm2 y un gradiente hidráulico %i' de 14, por lo cual las presiones en el cabezal inferior de la probeta fue de 1.: &gCcm2 y en la parte superior de 1.5 &gCcm2. Los resultados obtenidos en esta serie de pruebas se presentan en la 8abla 5.2>

;4

En las figuras 5.1 a 5. se presentan la #ariacin del coeficiente de permeabilidad contra el tiempo en cada una de las pruebas efectuadas, respecti#amente.

igura 5.1 Bariacin del coeficiente de permeabilidad %&' en funcin del tiempo obtenidos en la  prueba 1 %7erie 1'

;1

igura 5.2 Bariacin del coeficiente de permeabilidad %&' en funcin del tiempo obtenidos en la  prueba 2 %7erie 1'

igura 5. Bariacin del coeficiente de permeabilidad %&' en funcin del tiempo obtenidos en la  prueba  %7erie 1'. /e los resultados anteriores se obtiene !ue el peso #olumétrico seco %Xd' de las  probetas #aría entre 1.33 a 1. grCcm y el contenido de agua de 11.21 a 11.1 , con un coeficiente de permeabilidad promedio en las tres pruebas de 1.44 " 14; cmCs. $demás, se obser#a !ue en las pruebas con un grado de saturacin del :4 , en el cual se obtu#o la repetibilidad, el coeficiente de permeabilidad obtenido no #aría de manera sustancial siendo de 1.23 " 14; y 1.5 " 14; en las pruebas 2 y , respecti#amente.

;2

El resultado del grado de saturacin de 144  obtenido en la prueba 1 debe tomarse con reser#a pues este dato está influenciado por la sensibilidad de los manmetros %4.41 &gCcm2', representati#o del aumento en la saturacin de la muestra  b' 7erie 2> Limo, de alta plasticidad %9?' Htilizando el mismo criterio para la reproduccin de las probetas por ensayar se compact el material en el molde *roctor con un contenido de agua del ;4  para alcanzar un peso #olumétrico seco %Xd' má"imo de 1.24 tCm, de la cual se labraron tres probetas para la serie 2 !ue serían ensayadas con una presin confinante de .4 a .5 &gCcm2 y un gradiente hidráulico %i' de 24 a 22 con presin en el cabezal inferior de 2.: a .1 &gCcm2 y 2.3 a 2.A &gCcm2 en el cabezal superior. Los resultados obtenidos en la serie 2 de pruebas se presentan en la 8abla 5..

En las figuras 5.; a 5.3 se presentan la #ariacin del coeficiente de permeabilidad contra el tiempo en cada una de las pruebas efectuadas en la serie 2.

;

igura 5.; Bariacin del coeficiente de permeabilidad %&' en funcin del tiempo obtenidos en la  prueba 1 %7erie 2'

igura 5.5 Bariacin del coeficiente de permeabilidad %&' en funcin del tiempo obtenidos en la  prueba 2 %7erie 2'

igura 5.3 Bariacin del coeficiente de permeabilidad %&' en funcin del tiempo obtenidos en la  prueba  %7erie 2' /e los resultados obtenidos en la serie 2 se obser#a !ue la reproduccin de las  probetas fue deficiente, proporcionando #alores de peso #olumétrico con

;;

discrepancia importante. El grado de saturacin obtenido mediante el criterio  propuesto por 7&empton %$789 /;3A5, pág. 3' fue del :4 en todos los casos. El coeficiente de permeabilidad promedio obtenido en las pruebas 2 y , 3.1:4 " 143 y 3.A34 " 143, respecti#amente, representa la menor discrepancia de las tres  pruebas. 7in embargo, el #alor obtenido para este material se mantiene en el rango de 1 " 143 el cual de acuerdo a la clasificacin realizada por )asagrande %)J$,  pág. 24', figura .1, corresponde al inter#alo de 1 " 14 a 1 " 14 la cual corresponde a suelos formados por arenas muy finas, mezclas de arena, limos y arcillas, depsitos de arcilla estratificada, entre otros. c' 7erie > $rcilla de alta plasticidad %)?' Htilizando el criterio antes e"puesto se procedi a compactar en molde *roctor, la arcilla de alta plasticidad utilizada para la serie  utilizando un contenido de agua de ;2  para alcanzar un peso #olumétrico seco %Xd' de 1.13 tCm de este material se labr 1 probeta, la cual fue probada con una presin confinante de 5.5 &gCcm2 y un gradiente hidráulico de :, con presin en la base de la probeta de 5.; &gCcm2 y 5.1 &gCcm2 en el cabezal superior. Los resultados obtenidos en la prueba realizada se presentan en la 8abla 5.>

La figura 5.: presenta la #ariacin del coeficiente de permeabilidad contra el tiempo en la prueba efectuada para este material.

;5

igura 5.: Bariacin del coeficiente de permeabilidad %&' en funcin del tiempo obtenidos en la prueba 1 %7erie ' /ebido a !ue las presiones utilizadas en la prueba se acercaban a la presin má"ima de trabajo recomendada para la línea de alimentacin de aire a presin, lo !ue significaba un riesgo para la integridad de la misma, se limit la serie a una prueba. El coeficiente de permeabilidad promedio obtenido en la prueba %;.51 " 143' es coherente para un material prácticamente impermeable modificados por los efectos de la #egetacin e intemperismo, como se obser#a en la figura 5., por lo !ue se considera adecuado.

d' )alibracin del aparato )on los resultados obtenidos en las tres series de pruebas realizadas se puede determinar !ue el aparato presenta repetibilidad en condiciones similares de tipo de material y presiones en las !ue se realice la prueba, para poder estimar si estos #alores eran confiables se procedi a realizar una serie de pruebas en un  permeámetro de pared fle"ible de fabricacin comercial perteneciente al Unstituto 9e"icano de 8ecnología del $gua %U98$'. Las características de este aparato permiten ensayar probetas de .5 cm de diámetro y 1; cm de altura, por lo !ue se reproducieron dos probetas de estas dimensiones con el contenido de agua ptimo %Yop' y buscando alcanzar un A5  del peso

;3

#olumétrico seco %Xd' má"imo obtenido en la prueba *roctor estándar. Los materiales ensayados fueron la arena arcillosa y el Limo de alta plasticidad. Los resultados obtenidos en estas pruebas se presentan en la 8abla 5.;>

!.

CONCLUSIONES Y RECOENDACIONES. !.1. CONCLUSIONES DE LA CALIBRACIÓN DEL APARATO •

El objeti#o de la calibracin fue determinar la repetibilidad del e!uipo y la de comparar 

•

resultados con un aparato de fabricacin comercial en tres diferentes tipos de suelos. /e acuerdo al sistema unificado de clasificacin de suelos %7H)7', los materiales a ensayar  se clasifican como> arena arcillosa %7)', limo de alta plasticidad %9?', y arcilla de alta

•

 plasticidad %)?'. *ara obtener probetas para las pruebas de calibracin con características similares se opt  por compactar el material en un molde con su contenido de agua ptimo, más menos 2 ,  para alcanzar un A5  de su peso #olumétrico seco má"imo % Xd má"' definido en la prueba estándar.

;

•

Las probetas tienen dimensiones promedio de .5 cm de diámetro y  cm de altura. Estas  probetas se ensayaron en series de pruebas con el mismo gradiente hidráulico y la misma

•

 presin confinante, buscando poder medir la repetibilidad del e!uipo. Las series ensayadas fueron> serie 1, material arena arcillosa, serie 2, material limo de alta

•

 plasticidad, serie , arcilla de alta plasticidad. En la serie 1 %arena limpia' se obtu#ieron los siguientes resultados>

•

Los resultados obtenidos en la serie 2 se presenta en la siguiente 8abla

•

comercial !ue pertenece al Unstituto 9e"icano de 8ecnología del $gua %U98$'0 este e!uipo  permite ensayar probetas con diámetro de .5 cm y altura de 25 cm.

;:

•

7e reproducieron dos probetas con las dimensiones mencionadas, compactadas con el contenido de agua ptimo, buscando alcanzar un A5  de peso #olumétrico seco má"imo,

•

obtenido en la prueba estándar. Los materiales a ensayar fueron la arena arcillosa y el limo de alta plasticidad. Los resultados obtenidos en estas pruebas se presentan en la siguiente 8abla>

Z La comparacin de los resultados obtenidos en ambos e!uipo se presenta en la siguiente tabla>

!.2. CONCLUSIONES DE LA OPERACIÓN DEL APARATO Y $TODO DE EDICIÓN

Los principales factores !ue influyen en el coeficiente de permeabilidad de un suelo son> relacin de #acíos, temperatura del agua, estructura y estratigrafía del material, así como e"istencia de discontinuidades en la masa de suelo. *or lo anterior, se puede e"presar un coeficiente de permeabilidad %&' diferente para un mismo tipo de suelo dependiendo de las condiciones en las !ue fue ensayado. *or lo cual se establece como base de comparacin el e"presar el coeficiente de  permeabilidad a una temperatura del agua de 24 N). El diseo del aparato tom como base lo recomendado en la norma $789 / 54:;44, método ) %carga #ariable'. El procedimiento para determinar el grado de saturacin del suelo es mediante la utilizacin del parámetro  de 7&empton. La obtencin de este parámetro se #e influenciado por la precisin de los manmetros utilizados %4.1 &gCcm 2', por lo !ue para presiones de saturacin bajas, menor a 4.5 &gCcm 2,

;A

es posible !ue se obtengan #alores poco confiables por ejemplo un grado de saturacin de 144. Los inter#alos de los tiempos de medicin deberán ser los !ue se consideren necesarios  para la correcta interpretacin de resultados, principalmente en los primeros 15 minutos de la ejecucin de la prueba. *ara e#itar errores en la medicin del e!uipo, no se deben realizar pruebas a menos de 15 N ) de temperatura. Hn parámetro importante !ue determina el coeficiente de permeabilidad es el gradiente hidráulico %i' al cual se efect6a la prueba. *or lo anterior, éste deberá ser representati#o de las condiciones in situ del suelo en estudio. )on este tipo de aparato es posible ensayar muestras inalteradas de suelo en estudio. Es posible reproducir el confinamiento del material in situ.  Jo se deberá rebasar la presin má"ima recomendada de 5 &gCcm 2 en cual!uier parte del e!uipo %buretas, depsito de agua o cámara'. Z )on las pruebas realizadas y los resultados obtenidos se comprueba la repetibilidad del e!uipo y la calibracin del mismo, por lo cual se considera !ue se logr el objeti#o  planteado y se concluye !ue el aparato fabricado funciona de manera correcta y sus resultados son confiables.

!.3. RECOENDACIONES PARA LA OPERACIÓN DEL EQUIPO

$ntes de iniciar una prueba aseg6rese de !ue las mangueras del e!uipo se encuentren correctamente instaladas y conectadas. )ompruebe el correcto funcionamiento de las los reguladores de presin. El agua a utilizar deberá ser desmineralizada y desaireada. $seg6rese de tener en el depsito de agua la cantidad de lí!uido suficiente para toda la  prueba. El agua contenida en las buretas deberá desairearse antes de iniciar la prueba. 9onte la probeta con cuidado en la cámara. $seg6rese !ue las mangueras del cabezal superior estén debidamente atornilladas a sus  bases. Hna #ez montada la probeta se deberá purgar el aire contenido en las mangueras del aparato para e#itar la entrada de aire a la muestra.

54

)uando se realice el desaireado del agua en el depsito y buretas, aseg6rese de abrir éstas a la presin atmosférica para e#itar un posible taponamiento del flujo por la presin negati#a generada en esta parte de la prueba.  Jo rebase la presin má"ima recomendada. )uando el e!uipo no #aya a ser utilizado en inter#alos largos de tiempo, aseg6rese de drenar completamente el agua de todas las líneas y depsitos de agua, así como mantener  las #ál#ulas de #entilacin de las buretas abiertas.  Jo deje enroscados los manerales de los reguladores de presin. Jo golpee el panel de control ni la cámara mientras estén cargadas con aire a presin.

!.4. COENTARIOS ADICIONALES

Hn punto importante a destacar sobre el permeámetro desarrollado es su costo de fabricacin. 7i bien, comercialmente e"isten permeámetros de esta misma categoría, el e!uipo propuesto puede ser fabricado a un costo menor, en este caso, de alrededor del 14 del costo del aparato comercial. Qtro punto importante es la #ersatilidad de uso del e!uipo0 con #ariaciones mínimas, sobre todo en lo !ue respecta a la cámara , es posible su utilizacin en otro tipo de pruebas, como son> *ruebas de compresin , posibilitando el control de la saturacin de la probeta por ensayar  y el #olumen desalojado en las diferentes etapas de las pruebas. *ruebas de erosin en filtros. E"isten aspectos !ue pueden ser mejorados, sobre todo en la cuestin de precisin de las lecturas y saturacin de las muestras, por medio del uso de manmetros electrnicos o mecánicos con mayor precisin. *ara aumentar la capacidad de las presiones en las !ue

51

 puede operar el e!uipo es factible la utilizacin de otros materiales de fabricacin, por  ejemplo la lucita, principalmente en las buretas utilizando el mismo diseo geométrico. *or 6ltimo, la e"periencia ad!uirida en el desarrollo de e!uipos permite in#olucrar a los alumnos de manera directa en la in#estigacin y e"perimentacin, tema fundamental en el campo profesional, sobre todo en áreas como la mecánica de suelos.

ANE'OS

52

5

REFERENCIAS

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C-;769<9 -> S)7)/ P--7 )/9)0 U9;= ) F0/@980/ K)00 P/+/)+// , $789, H7$. *áginas , 14.