MÉTODOS PARA MEDIR EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD El coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato cuya determinación correcta es de fundamental importancia para la formación del criterio del proyectista en algunos problemas de Geotecnia y, en muchos casos, para p ara la elaboración de sus cálculos. Hay varios procedimientos para la determinación de la permeabilidad de los suelos: unos directos, así llamados porque se basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es la medición de tal coeficiente; y otros indirectos, proporcionados, en forma secundaria, por pruebas y técnicas que primariamente persiguen otros fines. Estos métodos son los siguientes:
1.- METODOS DIRECTOS Permeámetro de carga constante
Ofrece el método más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese suelo. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud L conocidas, confinadas en un tubo, se somete a una carga hidráulica h. El agua fluye a través de la muestra, midiéndose la cantidad (en cm3) que pasa en un tiempo t. El gradiente hidráulico permanece constante a lo largo de todo el periodo del ensayo. Los niveles de agua superior e inferior se mantienen constante por desborde, con lo cual h permanece constante, pues pu es depende depend e solamente de esa diferencia dif erencia de niveles. La cantidad de agua que pasa se recoge en una bureta graduada. Conocidos los valores Q, h, L, A, se calcula el coeficiente de permeabilidad. Aplicando la Ley de Darcy
El inconveniente del permeámetro es que, en suelos poco permeables, el tiempo de prueba se hace tan largo que deja de ser práctico usando gradientes hidráulicos razonables, además de tener una incidencia muy importante en los resultados los fenómenos de evaporación.
Permeámetro de carga variable
En este tipo de permeámetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador. En la figura, vemos dos dispositivos típicos, el (a) usado en suelos predominantemente finos, y el (b) apropiado para materiales más gruesos
Considerando el tiempo dt, la cantidad de agua (cm 3) que atraviesa la muestra será, según la Ley de Darcy:
Al mismo tiempo, en el tubo vertical, el agua habrá tenido un descenso dh y el volumen del agua que atravesó la muestra en el tiempo dt podrá expresarse:
Las cantidades (1)y (2) pueden igualarse, pues ambas se refieren a lo mismo:
Esta expresión nos permite calcular el valor del coeficiente de permeabilidad.Cuando la caída de carga hidráulica sea pequeña en comparación con la carga media usada en la prueba, podrá usarse para el permeámetro de carga variable, la fórmula para el permeámetro de carga constante tomando la carga h como:
considerando que tal carga obró durante todo el tiempo t, de prueba.Los permeámetros y concretamente el de carga variable, puede utilizase sólo en suelos relativamente permeables, generalmente arenas y limos o mezclas de esos materiales, no plásticos. La permeabilidad de arcillas se determina en laboratorio, con la prueba de consolidación. La razón es que la baja permeabilidad de las
arcillas daría lugar a tiempos de prueba tan largos que la evaporación y los cambios de temperatura producirían errores de mucha consideración.El realizar la prueba de permeabilidad en muestras inalteradas no sólo es importante en arcillas, sino también en suelos arenosos o limosos poco o nada plásticos. Estos suelos están, con frecuencia, notoriamente estratificados y, por lo tanto, la realización de la prueba en muestras alteradas dará una idea totalmente errónea de la permeabilidad del suelo natural. De estos suelos ligeramente plásticos se obtienen muestras inalteradas en sondeos de poco costo; éstas pueden usarse en pruebas para determinar el coeficiente de permeabilidad en dirección paralela y normal a la dirección de la estratificación.
2.- METODOS INDIRECTOS Método a partir de la curva granulométrica Desde hace tiempo se ha tratado de establecer correlaciones entre la granulometría de un material y su permeabilidad. Es obvio que existen razone para creer que pudiera establecerse tal correlación; en suelos arenosos gruesos, los poros entre las partículas minerales son relativamente grandes y por ello la permeabilidad resulta comparativamente alta; en suelos de menores tamaños, los poros y canalículos entre los granos son más pequeños, por lo cual estos materiales son de menor permeabilidad. Desgraciadamente, en la práctica, estas correlaciones tiene un valor muy limitado, sobre todo debido al hecho de que otros factores, aparte del tamaño, ejercen notoria influencia en el valor del coeficiente en estudio; estos factores se han resistido, hasta la actualidad, a ser introducidos en una fórmula única, por lo tanto no hay ninguna que los tome en
cuenta de un modo aceptable. Así pues, las expresiones, que a continuación se detallan deben verse como una manera muy tosca de valuar la permeabilidad de un suelo y de ningún modo sustituye los métodos más precisos, que son más complicados y costosos, en todos los casos de querer tener un correcto valor de k. Prácticamente todos los métodos del tipo en estudio siguen la fórmula clásica de Allen Hazen en donde k es el coeficiente de permeabilidad buscado en cm/seg y D10(cm) es el diámetro efectivo de Hazen. Hazen obtuvo su fórmula experimentando con arenas uniformes con diámetro efectivo comprendido entre 0,1 y 3,0 mm; en estos suelos C varió entre 41 y 146. El valor 116 suele mencionarse como un promedio aceptable de las experiencias efectuadas por Hazen. Sin embargo se ve, en primer lugar, la fórmula es inaplicable a la mayoría de los suelos, que quedan fuera del tipo de los experimentos realizados; y en segundo lugar, aun para esos suelos, la variación de la constante C resulta excesiva para que la fórmula sea muy confiable. La temperatura influye en el valor de la permeabilidad, por alterar la viscosidad del agua. Tomando en cuenta ese factor, la fórmula anterior puede modificarse de la siguiente manera
Otros investigadores han propuesto otras fórmulas de correlación. Schlichter, por ejemplo, tomó en cuenta, además de la temperatura, la compacidad en la siguiente expresión:
c es una función de n que responde a los valores de la tabla Nº 1
Terzaghi da, para suelos arenosos, la expresión:
Donde n es la porosidad y Co es un coeficiente que se obtiene de la tabla nº2
