Ensayo de Permeabilidad

UNSAAC - FACUL ACULTAD TAD DE INGENIERIA CIVIL

ENSAYO ENSAYO DE PERMEABILIDAD

I.

GENERALIDADES

Objetivos: Determinar el valor del coeficiente de permeabilidad k de un uelo!

Definición: Permeabilidad de un uelo e la capacidad del mimo para permitir el flu"o de un fluido# l$%uido o &a# a trav' u(o! En el campo de la )eotecnia e etudia el flu"o de a&ua!

Principio del ensao: Lo uelo et*n formado por part$cula minerale +lida %ue de"an vac$o entre ella! Eto vac$o et*n interconectado ( permiten el flu"o de a&ua a trav' de ello! Eto Eto con convier vierte te a lo lo uel uelo o en mater ateria iale le perm ermeabl eable e al a&u a&ua! El &rad rado de permeabilidad e determinado aplicando a una muetra aturada de uelo una diferencia de prei+n ,idr*ulica! El coeficiente de permeabilidad e e-preado en t'rmino de velocidad! Ete fen+meno e &obernado por la mima le(e f$ica en todo lo tipo de uelo ( la diferencia en el coeficiente de permeabilidad en tipo de uelo e-tremo e olo una cueti+n de ma&nitud!

!"todos: M'todo M'todo directo directo. . u princi principal pal ob"eti ob"etivo vo e la determ determina inaci+ ci+n n del coefici coeficiente ente de permeabilidad! Pueden dividire en.

a# Ens Ensao aoss de lab labor orato atorio rio::  

Permeámetro de carga constante. constante. para uelo de alta permeabilidad# como arena ( &rava! Permeámetro de carga variable. variable . para uelo de mediana permeabilidad a ba"a permeabilidad# como limo ( arcilla!

b# En Ensa sao oss de de ca$ ca$po po.. M'todo indirecto. tienen como finalidad principal la determinaci+n de al&/n otro par*metro o propiedad del uelo ( e lo utili0a cuando e impoible aplicar al&/n m'todo directo o como verificaci+n! 1allan el valor del coeficiente de permeabilidad a part partir ir de la curv curvaa &ran &ranul ulom om't 'tric rica# a# del del ena( ena(o o de con conol olid idaci aci+n +n## de la prue prueba ba ,ori0ontal de capilaridad ( otro!

II.

E%&IPO NE NE'ESARIO

Partes del aparato: El aparato para el ena(o de permeabilidad con car&a contante conta b*icamente de.  Perme*metro de car&a contante  Dep+ito de a&ua!  Probeta  2ron+metro!  Molde ( fi"ador de molde  Piedra poroa  2apula

MECANICA DE SUELOS I

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   

Pipeta Probeta 2ollarin 2ompactador 3amper



PERMEAMETRO, este aparato nos permite determinar el tiempo en el cual el agua


COMPACTADOR COMPACT ADOR TAMPER, se realizo el llenado en 3 capas de sue uelo lo ca cada da ca capa pa a 25 golpes.

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TAMIZ # 4

III.   

     

Y

PROBETA GRADUADA

PRO'EDI!IEN(O DEL ENSA)O EN PER!E*!E(RO DE 'ARGA 'ONS(AN(E Se deben e&uir lo i&uiente pao coniderando un perme*metro tipo. Preparar el aparato con lo elemento arriba mencionado! Preparaci+n del perme*metro. Se debe verificar %ue la celda et' limpia ( eca ( determinar u peo# di*metro ( altura! Preparaci+n de la muetra. En todo lo cao la muetra debe cal0ar perfectamente en el perme*metro in de"ar cavidade en u per$metro! muetra ( determinar la ,umedad! Se colocar* una piedra poroa en la bae de la muetra ( otra en contacto con u cara uperior! Saturaci+n de la muetra. 1aciendo vac$o aturar la muetra el tiempo %ue ea neceario Aplicar una ucci+n ba"a ,ata verificar la aturaci+n ( la auencia total de burbu"a de aire en la muetra Permitir el pao de a&ua# abriendo la llave correpondiente# verificando %ue no %uede aire entrampado en la cone-ione con cada uno de lo tubo! Reali0aci+n del ena(o propiamente dic,o. Permitir el pao del a&ua a trav' de la muetra! 2uando el caudal ea uniforme# iniciar la recolecci+n de a&ua en el dep+ito &raduado! 2ronometrar el tiempo de ena(o!



PREPARANDO LA MUESTRA DE SUELO 1

SATURANDO LA MUESTRA

I+.

'*L'&LOS MECANICA DE SUELOS I


Se to$o en c,enta la si-,iente relación para el clc,lo del coeficiente de per$eabilidad K =

V ∗ L

Donde : V : vo!"en de $! %e&oe&'d L: on$('!d de  "!e)'% A: A%e de  )e&&(*n '%n)ve%) de  "!e)'% ∆ H +'!% de &%$ de  "!e)'%

MEDIDAS DEL PERMEAMETRO A UTILIZAR ,&" A'!% de 1./. M!e)'% D("e'%o de 0/4 M!e)'% A'!% de . C%$

DATOS OBTENIDOS DURANTE EL ENSAYO EPERIMENT O N%o

vo!"en ,&"2 25 2 2!

1  2

VOLUMEN PROMEDIO ,&"2 + 5 Area =

Area =

π ∗ D

2

4

π ∗7 4

2 2

=38.465 cm


'(e"3o ,)e$ 25 25 23


TIEMPO PROMEDIO ,)e$

K =

25 cm 38.465 cm

2

3

∗17.7

∗24.33

+ 4/22

cm

seg∗7 cm

K = 0.0675

cm se

COEFICIENTES DE PERMEABILIDAD

1/ GENERALIDADES:

PERMEABILIDAD DEL SUELO:



Es la "acilidad con #ue se mue$e un %uido a tra$&s de cual#uier

medio poroso,

es una propiedad

de

ingenier'a

denominada permea(ilidad.

En ingeniería geotécnica el fluido es el agua y el medio poroso es la masa de suelo.

FACTORES 6UE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS:

)a permea(ilidad se $e a"ectado por di"erentes "actores in*erentes tanto al suelo como caracter'sticas del agua circulante teniendo los principales "actores los siguientes+

4

)a relacin de $ac'os del suelo.

4

)a temperatura del agua.

4

)a estructura - estraticacin del suelo.

4

)a e/istencia de agu0eros, suras, etc.1 encontrados en el suelo.

LEY DE DARCY:

)os poros del suelo #ue se encuentran por de(a0o del ni$el "retico, se encuentran completamente llenos de agua - se considera #ue cual#uier mo$imiento del agua a tra$&s del suelo sigue la le- de Darc-.



)a le- de Darc- permite determinar el coeciente de permea(ilidad de un suelo dado, midiendo la $elocidad de corriente de agua. Encontrando Darc- la siguiente relacin+

$4/i

Donde+

4  Coeciente de permea(ilidad. i  radiente 6idrulica. $  7elocidad de la corriente de agua en el suelo.

8iendo el caudal+

97/A4/i/A

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD ,7:

El

coeciente

de

permea(ilidad

es

una

constante

de

proporcionalidad relacionada con la "acilidad de mo$imiento de un %u0o a tra$&s de un medio poroso.

E/isten dos m&todos generales de la(oratorio para determinar directamente el coeciente de permea(ilidad de un suelo1 estos son+



:. M&todo de ca(eza constante. 2. M&todo de ca(eza $aria(le.

1/ M8'odo de &9e &on)'n'e:

Calculndose el coeciente de permea(ilidad por la siguiente e/presin+



K

Donde+

=

V × L A × h × t

4  Coeciente de permea(ilidad. 7  7olumen de descarga. )  )ongitud de la muestra. *  Altura entre espe0os de agua. t  Tiempo del ensa-o ;tiempo #ue se tardo en o(tener el $olumen de descarga<.

O9;e'(vo:

El o(0eti$o de este m&todo es o(tener el coeciente de permea(ilidad de un )!eo $%n!%/

M'e%(e)+

4

Aparato de permea(ilidad ;ca(eza constante<.

4

Cronmetro.

4 Termmetro. 4

Cilindro graduado.

P%o&ed("(en'o:



:. Pesar el recipiente de material ;granular< #ue ser utilizado en el e/perimento.

2. Armar el aparato de permea(ilidad asta donde se necesite.

3. Cada grupo de(e de realizar un e/perimento a di"erente densidad de los dems. Esto se consigue colocando el suelo suelto, someti&ndole a un tipo de $i(racin o introduci&ndole con suciente es"uerzo de compactacin. Registrar en el ta(lero la densidad de la muestra de cada grupo para e$itar #ue *a-a dos grupos con la misma densidad. Tratar de $ariar la densidad en un m/imo de =.! a =. 4>?m3 entre todos los grupos.

8i se utiliza el permeametro patrn de compactacin se recomienda los pasos ! a  en orden.

!. Colocar un disco de papel de ltro so(re la parte superior de la arena, enrasar cuidadosamente material en el molde, colocar un empa#ue de cauc*o so(re el molde. )a tapa de(e tener una pieza plstica transparente a la cual se de(e a0ustar la entrada de la tu(er'a de agua posteriormente. Conectar la $l$ula de salida un tramo adecuadamente largo de tu(er'a de cauc*o.

5. Colocar el permeametro en una cu(eta llena de agua de "orma #ue la tapa #uede sumergida por lo menos 5 cm de(a0o del ni$el de agua. Asegurarse de #ue la $l$ula de salida del permeametro este a(ierta, de manera #ue MECANICA DE SUELOS I


el agua pueda entrar a tra$&s de la muestra para saturarla con una cantidad m'nima de aire atrapado.

. Con el ni$el de agua esta(ilizado en la tu(er'a de entrada, cerrar la $l$ula de salida o prensar el tu(o de plstico $ali&ndose de un arte"acto adecuado. 8acar el permeametro de la cu(eta de inmersin, - conectar al tu(o de entrada una tu(er'a $ertical conectada a su $ez a un recipiente de ca(eza constante.

@. Desairear las l'neas de entrada ala muestra, a(ri&ndolo la $l$ula de entrada al permeametro - simultneamente a(riendo la $l$ula de drena0e #ue e/iste en la tapa superior del permeametro. na $es #ue se *a-a remo$ido todo el aire #ue pudiera estar atrapado, cerrar la $l$ula de drena0e. Medir la ca(eza *idrulica a tra$&s de la muestra.

Cuando se utilice el permeametro plstico de Boles como se muestra en la gura.

!;a<. Armar el aparato. Orientar las tu(er'as de entrada salida con$enientemente para la recoleccin de agua - la saturacin de drena0es iniciales.

5;a<. Conectar la entrada del agua al recipiente de suministro. A continuacin de0ar saturar lentamente la muestra ;por o(ser$acin

$isual< - esta(ilizar la

condicin del %u0o permitiendo #ue %u-a por un tiempo a



continuacin serrar la $l$ula de entrada - salida regresar al paso > .

. tilizar un recipiente 5==  :=== ml ;ma-or si es posi(le< para reci(ir el agua a la salida del permeametro.

F. Registrar todos los datos del e/perimento - calcular el respecti$o coeciente de permea(ilidad.



/

M 8'odo de &9e v%(9e:

Calculndose el coeciente de permea(ilidad por la siguiente e/presin+

K

=

9!789

a × L A × t

lo&6

h: h9

5

Donde+ 4  Coeciente de permea(ilidad ;cm?seg<. a  Area de la seccin trans$ersal de la (ureta o tu(er'a de entrada, en cm2. A  Area de la seccin de la muestra del suelo, en cm2.



*:Ca(eza *idrulica a tra$&s de la muestra al comienzo del e/perimento ;t  =<. *2

Ca(eza

*idrulica

a

tra$&s

de

la

muestra al nal del ensa-o ;t  t ensa-o<. )  )ongitud de la muestra.

O9;e'(vo:

El o(0eti$o de este m&todo es o(tener el coeciente de permea(ilidad de )!eo)
M'e%(e)+

4

Aparato de permea(ilidad ;ca(eza $aria(le<.

4

Cronmetro.

4 Termmetro. 4 Templete con mstil - soporte para agarrar tu(os de

ensa-o o similar #ue permitan desarrollar una ca(eza *idrulica. Di"erencial a tra$&s de la muestra. 4

Bureta para utilizarla con el templete o cual#uier otro tipo de soporte.

P%o&ed("(en'o: MECANICA DE SUELOS I


:.

Preparar la muestra de suelos siguiendo el mismo procedimiento #ue del otro m&todo.

2. )lenar la (ureta *asta una altura con$eniente para as' o(tener *:.

3. Gniciar el %u0o de agua - ec*ar a andar simultneamente el cronometro. De0ar #ue el agua corra a tra$&s de la muestra *asta #ue la (ureta se encuentre casi $ac'a.

!. 8imultneamente parar el %u0o - registrar el tiempo transcurrido, anotar *2 as' como la temperatura del ensa-o1 teniendo todos estos datos se pasa a calcular el coeciente de permea(ilidad.

VARIACION DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD POR LA

TEMPERATURA:

)a $iscosidad del %uido en los poros ;normalmente agua<. A medida #ue la temperatura aumenta, la $iscosidad del agua disminu-e - el coeciente de permea(ilidad aumenta, es decir, la $elocidad del %u0o aumenta.

El coeciente de permea(ilidad s& a normalizado a 2= C, de "orma #ue el coeciente de permea(ilidad a cual#uier temperatura T se puede e/presar con respecto a 4 2=, por medio de la siguiente ecuacin+



K 98

Donde

η T

-

η2= son

=

K T

η T η 98

las $iscosidades de los %uidos a la

temperatura T del ensa-o - a 2= C respecti$amente.

“COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD” METODO DE LA CABEZA VARIABLE

A. INTRODUCCION:

Referencias: AASHTO T125-66

ASTM D2434-68

El coeficiente de er!ea"ilidad de #n s#elo es #n dato c#$a deter!inaci%n correcta es de f#nda!ental i!ortancia ara la for!aci%n del criterio del ro$ectista en al&#nos ro"le!as de Mec'nica de S#elos $ en !#c(os casos) ara la ela"oraci%n de s#s c'lc#los* Ha$ +arios rocedi!ientos ara la deter!inaci%n de la er!ea"ilidad de los s#elos: #nos ,directos,) as lla!ados or.#e se "asan en r#e"as c#$o o"/eti+o f#nda!ental es la !edici%n de tal coeficiente0 otros ,indirectos,) roorcionados) en for!a sec#ndaria) or r#e"as $ MECANICA DE SUELOS I


tcnicas .#e ri!aria!ente !todos son los si&#ientes:

ersi&#en

otros

fines*

Estos

a Directos: 1* er!e'!etro de car&a constante* 2* er!e'!etro de car&a +aria"le* 3* r#e"a directa de los s#elos en el l#&ar* " ndirectos: 1* alc#lo a artir de la c#r+a &ran#lo!trica* 2* alc#lo a artir de la r#e"a de consolidaci%n* 3* alc#lo con la r#e"a (oriontal de cailaridad* El !todo .#e est#diare!os a contin#aci%n es el de er!e'!etro de car&a constante el c#al es el !as si!le ara deter!inar el coeficiente de er!ea"ilidad) #na !#estra de s#elo de 'rea trans+ersal A $ lon&it#d 7) confinada en #n t#"o) se so!ete a #na car&a (idr'#lica H* El a&#a fl#$e a tra+s de la !#estra) !idindose la cantidad .#e asa en el tie!o T* Alicando la le$ de Darc$:  9  A i T

; es la !encionada cantidad de a&#a

El &radiente (idr'#lico !edio +ale: i 9 H<7 Entonces:

 9  7 < H A T

B. OBJETIVOS DE LA PRUEBA: •

ntrod#cir al est#diante a #n !todo de deter!inaci%n del coeficiente de er!ea"ilidad de s#elos finos ;arenas finas tales co!o li!os o arcillas* El e=eri!ento #ede ta!"in #tiliarse ara s#elos de &rano &r#eso*

C. EQUIPO NECESARIO: 

Aarato de er!ea"ilidad



rono!etro



Ter!%!etro



Te!lete con !'stil $ soorte ara a&arrar t#"os de ensa$o o si!ilar .#e er!itan desarrollar #na ca"ea MECANICA DE SUELOS I


(idr'#lica !#estra* 

diferencial

a

tra+s

de

la

>#reta ;ara #tiliarla con el te!lete o c#al.#ier otro tio de soorte*

D. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA:

1 rearar la !#estra de s#elo* 2 7lenar la "#reta ;o t#"era de entrada (asta #na alt#ra con+eniente $ !edir la ca"ea (idr'#lica a tra+s de la !#estra ara o"tener (1* 3 niciar el fl#/o de a&#a $ ec(ar a andar si!#lt'nea!ente el crono!etro* De/ar .#e el a&#a corra a tra+s de la !#estra (asta .#e la "#reta ;o t#"era de entrada se enc#entre casi +aca* Si!#lt'nea!ente arar el fl#/o $ re&istrar el tie!o transc#rrido* O"tener la ca"ea h2. Re&istrar la te!erat#ra del ensa$o* Si es necesario re&istrar el 'rea de la t#"era de entrada A) se #ede reco&er el a&#a en #n reciiente tio "eaer* 4 ol+er a llenar la "#reta ;o t#"era de entrada de a&#a $ reetir el ensa$o dos +eces adicionales* ?tiliar los !is!os +alores ara (1 $ (2) $ o"tener los tie!os transc#rridos corresondientes* Hacer !ediciones de te!erat#ra ara cada ensa$o* Si es necesario calc#lar el 'rea de la t#"era) reco&er el a&#a ara cada e=eri!ento acumularla $ en #n cilindro &rad#ado* Des#s de ter!inado el #lti!o e=eri!ento o"tener el Ensa$% ro!edio co!o: @ensa$o 9 @total < B de ensa$os A artir del c#al se #ede calc#lar f'cil $ "astante aro=i!ada!ente el +alor de a* Este calc#lo no es necesario si se #tilia #na "#reta &rad#ada* 5 ada ersona de"e calc#lar el coeficiente de er!ea"ilidad a la te!erat#ra del ensa$o) t $ a 2C* O"tener correcciones ara +iscosidad del a&#a a artir de la Ta"las* ?tiliar el for!ato corresondiente* ro!ediar los res#ltados ara k ;n%tese .#e #n +alor nico #ede calc#larse si no (a$ +ariaci%n en la te!erat#ra !a$or de 1 a 2 $ si se #tilia (1 $ h2 = constante ara todos los diferentes ensa$os) $a .#e el tie!o #ede ser ro!ediado en esas condiciones*






Ensayo de Permeabilidad

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