UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA
ENSAYO DE PERMEABILIDAD
CURSO
: Mecánica de Suelos I
DOCENTE
: Ing. Carmen Ortiz
ALUMNO
: Joseph Lipa Flores
TACNA - 2014
Ensayo de Permeabilidad
INDICE I. CONCEPTO......................................................................................................Pág 3 II. IMPORTANCIA DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD.....................................Pág 3 III. FACTORES QUE AFECTAN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO...................Pág 5 IV. RELACION DE LA PERMEABILIDAD CON LA ESTRUCTURA Y TEXTURA DEL SUELO................ SUELO.............................. ........................... .......................... .......................... ......................... ......................... .............................Pág ................Pág 5
V. FORMAS DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD...............................................Pág 6 VI. TIPOS DE ENSAYO DE PERMEABILIDAD......................................................Pág 9 VII. MEDICION DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN LABORATORIO.........Pág 10 VIII. MEDICION DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN CAMPO......................Pág 10 IX. DETERMINACION DE LOS COEFICIENTES DE PERMEABILIDAD...............Pág 16 X. CONCLUSIONES..............................................................................................Pág 18 XI. RECOMENDACIONES……………………………………………………………...Pág 18 XII. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….Pág 19 XIII.
VIDEO DE SUSTENTACION ……………………………………………………….Pág 19
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Ensayo de Permeabilidad
INTRODUCCION Uno de los estudios geotécnicos importantes a realizar antes de la construcción, es la determinación de lapermeabilidad del suelo. En caso de que hubiere agua subterránea en movimiento, en régimen permanente u ocasional, debe determinarse la permeabilidad de dicho terreno. No siempre las mediciones de permeabilidad hechas con muestras de laboratorio son confiables ni concluyentes sobre el comportamiento del terreno. Por ello es preciso efectuar ensayos in situ. Estas mediciones son puntuales y mediante ellas se practican perforaciones para la obtención de valores indicativos de la permeabilidad del suelo.
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Ensayo de Permeabilidad
ENSAYO DE PERMEABILIDAD I.
CONCEPTO El ensayo de permeabilidad es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo para realizar un reconocimiento geotécnico. Existen diferentes formas de ensayo que pueden agruparse en tres: ensayos de permeabilidad en calicatas, en sondeos y en pozos. En cualquier caso, se obtiene la permeabilidad media de la zona afectada por el ensayo, que varía entre unos decímetros a centenares de metro. Siempre existe la incertidumbre sobre la razón de anisotropía en permeabilidad del terreno y, en terrenos formados por varios materiales, sobre las relaciones entre las permeabilidades de cada uno. Con determinadas disposiciones de ensayo, es posible obtener datos que permitan la estimación de estas razones, pero en general es un factor desconocido en la interpretación del ensayo. El CTE menciona dos de los ensayos empleados más usados para medir la permeabilidad del terreno en sondeo ( in situ), donde se describen los métodos e indicaciones de uso; éstos son: Ensayo de Lefranc y Ensayo de Lugeon.
II.
IMPORTANCIA DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD
A. Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es una de las cualidades más
importantes
que
han
de
considerarse para la piscicultura. Un estanque
construido
en
suelo
impermeable perderá poca agua por filtración.
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Ensayo de Permeabilidad
B. Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos
suelos
permeables
y
la
son
tan
filtración
tan
intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso
aplicar
construcción
técnicas
especiales.
de
En
un
volumen de esta colección que aparecerá
próximamente
se
ofrecerá información sobre dichas técnicas.
C. Por
lo
general,
los
suelos
se
componen de capas y, a menudo, la calidad
del
suelo
varía
considerablemente de una capa a otra.
Antes
de
construir
un
estanque, es importante determinar la posición relativa de las capas permeables
e
impermeables.
Al
planificar el diseño de un estanque se debe evitar la presencia de una capa permeable en el fondo para impedir
una
pérdida
de
agua
excesiva hacia el subsuelo a causa de la filtración.
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Ensayo de Permeabilidad
D. Los
diques del estanque se deben construir con un tipo de suelo que
garantice una buena retención del agua. La calidad del suelo tendrá que comprobarse, repetimos, teniendo presente ese aspecto.
III.
FACTORES QUE AFECTAN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio
serio
de
los perfiles
de
suelo proporciona
una
indispensable
comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de arcilla, constituyen la base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas. Nota: ya sabe usted que el suelo está constituido por varios horizontes, y que, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades físicas y químicas diferentes. Para determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe estudiar cada horizonte por separado.
IV.
RELACION DE LA PERMEABILIDAD CON LA TEXTURA Y ETRUCTURA El tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de filtración (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolación (movimiento del agua a través del suelo). El tamaño y el número de los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura
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Ensayo de Permeabilidad
del suelo y también influyen en su permeabilidad.
A. Variación de la permeabilidad según la textura del suelo Por regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura del suelo, más lenta será la permeabilidad:
SUELO
TEXTURA
PERMEABILIDAD
Suelos arcillosos
Fina Moderadamente fina Moderadamente gruesa Gruesa
De muy lenta a muy rápida
Suelos limosos Suelos arenosos
B. Variación de la permeabilidad según la estructura del suelo La
estructura
puede
modificar
considerablemente
las
tasas
de
permeabilidad mostradas anteriormente de la forma siguiente:
Tipo de estructura Laminar
Permeabilidad
Gran traslapo Ligero traslapo En bloque Prismática Granular
De muy lenta a muy rápida
Existe la práctica general de alterar la estructura del suelo para reducir la permeabilidad,
por
ejemplo,
en
la
agricultura
de
regadío
mediante
la pudelación de los campos de arroz, y en la ingeniería civil mediante la compactación por medios mecánicos de las presas de tierra. Se pueden aplicar prácticas similares en los estanques piscícolas con miras a reducir la filtración de agua.
V.
FORMAS DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD A. Ensayos en calicatas En calicatas, es posible la realización de ensayos de permeabilidad mediante
llenado
de
agua
hasta
una
cota
superior
al nivel
freático circundante, y luego midiendo el descenso del nivel de agua en la cata con el tiempo, o bien achicando el agua del interior y dejando
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Ensayo de Permeabilidad
posteriormente recuperar el nivel. En cualquier caso, el ensayo permite, mediante la aplicación de la formulación correspondiente, estimar el coeficiente de permeabilidad midiendo el tiempo de recuperación.
B. Ensayos en sondeos Las mismas variantes de ensayo son posibles en sondeo (ensayos Lefranc). Para el ensayo, se levanta algo la entubación, dejando una porción de sondeo en el fondo sin entubación lateral. A continuación se realiza el ensayo, en cualquiera de sus modalidades (carga fija o variable, alimentación o achique de agua). En el caso de ensayos de carga constante, se mantiene el nivel de agua en el sondeo mediante la adición de un determinado caudal. El caudal que se filtra, depende de la permeabilidad, de la forma:
siendo H la diferencia de niveles de agua entre el interior del sondeo y el nivel freático, y k el coeficiente de permeabilidad del suelo. El factor de proporcionalidad, n, depende de las condiciones de control de cada caso (diámetro del sondeo, longitud de la zona sin entubación, proximidad de estratos impermeables, etc.),
para
para
En el caso de ensayos de carga variable, se mide lo que desciende el nivel de agua en un tiempo determinado. La expresión correspondiente es:
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siendo
y
los
respectivamente,
valores
de
H
en
los
tiempos
y
el diámetro de la entubación en la zona de
oscilación del nivel de agua. Los valores de n varían según las características de la entubación y del terreno en que se realiza. Los resultados de los ensayos son muy sensibles a algunos factores de la ejecución como la limpieza del fondo del sondeo, la posibilidad de filtraciones por el contacto de la tubería y el terreno, etc. Otros ensayos en sondeo son los denominados ensayos Lugeon, consistentes en inyectar agua a presiones crecientes, en un tramo limitado por dos obturadores. Se define la unidad Lugeon como la permeabilidad que permite la admisión de 1 litro de agua por minuto y por metro lineal de sondeo, a una presión de 1 MPa (10 kp/cm²). Este ensayo se emplea en macizos rocosos, para definir la inyectabilidad de cimientos de presas de fábrica.
C. Ensayos en pozos Cuando la permeabilidad del terreno es un factor crítico, como ocurre en grandes excavaciones bajo el nivel freático, el método más fiable es la ejecución de ensayos de bombeo en pozo, en régimen transitorio o permanente. Se trata de ensayos costosos, pues implican la excavación del pozo de bombeo, y de los sondeos para alojamiento de los piezómetros que permitan medir la evolución de la superficie libre del agua a distintas distancias del pozo. La interpretación de los resultados del ensayo depende de las condiciones de contorno en cada caso particular. Tanto el diseño del ensayo como la supervisión de su ejecución y su interpretación, requieren la intervención de técnicos especialistas en el tema.
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Ensayo de Permeabilidad
VI.
TIPOS DE ENSAYO DE PERMEABILIDAD A. Ensayo de Lefranc Ensayo de carga constante o variable; se lo emplea para medir el coeficiente
de
permeabilidad en suelos
permeables
o
semipermeables, de tipo granular, situados por debajo del nivel freático y en rocas muy fracturadas. Consiste en rellenar de agua el sondeo y medir el caudal que se necesita para mantener constante el nivel (ensayo a régimen permanente); o se mide la velocidad de descenso del nivel de agua (ensayo a régimen variable). Se mide el caudal de admisión cada 5 minutos manteniendo en la boca del sondeo el nivel constante durante 45 minutos. Si la admisión es muy alta, se mide por minuto durante 20 minutos y luego cada 5 minutos hasta completar los 45'. Este ensayo, antes de medir tiempos y caudales, requiere que el sondeo se llene de agua, controlando que el aire es expulsado y luego se estabiliza el nivel y velocidad de descenso, lo cual indica que ya se ha logrado el régimen permanente.
B. Ensayo de Lugeon Ensayo a efectuar en terreno
rocoso.En los macizos rocosos la
permeabilidad representa una de las características de mayor variabilidad dentro de la misma formación rocosa. Es por ello que, al cuantificar la permeabilidad lo que se obtiene es un orden de magnitud. Este ensayo se efectúa en el interior de sondeos, es un procedimiento muy difundido que sirve para calcular el coeficiente de permeabilidad en profundidad. Su aplicación es muy útil para valorar la permeabilidad global de un macizo rocoso, por ello se lo usa en terrenos poco permeables y cohesivos.
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Ensayo de Permeabilidad
Consiste en la medida del volumen de agua que se puede inyectar en un tramo del sondeo, de longitud L , durante un tiempo T y a una determinada presión H que ha de mantenerse constante. El tramo donde se va a realizar el procedimiento se aísla mediante un obturador superior, y es el fondo del sondeo que actúa como obturador inferior.La permeabilidad obtenida se expresa en unidades Lugeon (Lg).La unidad Lugeon vale 1 litro por minuto y metro, bajo una presión de 10 kg/cm2 ; esto equivale aproximadamente 1 × 10
VII.
-7
m/s.
MEDICIION DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN EL LABORATORIO Para la ingeniería civilse basan en el coeficiente de permeabilidad. Cuando usted lleva una muestra no alterada a un laboratorio de análisis para medir la permeabilidad, se toma una columna de suelo y se somete a condiciones determinadas, tales como saturación de agua y una carga de agua constante. El resultado lo recibirá en forma de tasa de permeabilidad o de coeficiente de permeabilidad.
Clases de permeabilidad de los suelos Permeable Semipermeable Impermeable
VIII.
Coeficiente de permeabilidad (K en m/s) Límite inferior 2x10- 1x10 - 1x10 -
Límite superior 2x101x105x10-
MEDICIÓN DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN EL CAMPO Para medir la permeabilidad del suelo en el campo, usted puede recurrir a una de las pruebas siguientes:
A. Evaluación visual de la tasa de permeabilidad del horizonte del suelo La permeabilidad de los distintos horizontes del suelo se puede evaluar mediante el estudio visual de determinadas características del suelo, que, según han demostrado los edafólogos, guardan estrecha relación con las
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clases de permeabilidad. El factor más importante para evaluar la permeabilidad del suelo es la estructura, su tipo, grado y características de agregación, tales como la relación entre la longitud de los ejes horizontal y vertical de los agregados y la dirección y el grado del traslapo. Si bien ni la textura del suelo ni las manchas de color constituyen por sí solas indicios confiables, estas propiedades del suelo también pueden ayudar a estimar la permeabilidad cuando se les considera conjuntamente con
las
características
estructurales.
Para
evaluar
visualmente
la
permeabilidad de los horizontes de suelo, haga lo siguiente:
Examine un perfil de suelo no alterado en una calicata.
Determine los horizontes de suelo presentes.
Utilizando el Cuadro 17A, evalúe la clase de permeabilidad que corresponde
a
cada
horizonte
y
estudie
cuidadosamente
las
características estructurales del suelo.
Confirme sus resultados mediante las demás propiedades del suelo que figuran en el Cuadro 17B.
En el Cuadro 15 se puede encontrar la amplitud de variación de las tasas de permeabilidad.
CUADRO 17A: Indicadores visuales de permeabilidad; características estructurales del suelo.
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Ensayo de Permeabilidad
CUADRO 17B: Indicadores visuales de permeabilidad: textura, comportamiento físico y color del suelo
B. Ensayo sencillo para estimar la permeabilidad del suelo 1º Excave un hoyo hasta la altura de la cintura.
2º En las primeras horas de la mañana llénelo de agua hasta el borde;
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3º Por la noche, parte del agua se habrá filtrado en el suelo.
4º Vuelva a llenar el hoyo de agua basta el borde y cúbralo con tablas o ramas frondosas.
5º Si a la mañana siguiente la mayor parte del agua permanece en el hoyo, la permeabilidad del suelo es apta para construir un estanque piscícola en ese lugar.
6º Repita este ensayo en diferentes lugares las veces que sea necesario de acuerdo con la calidad del suelo
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C. Ensayo más preciso de campo para medir las tasas de permeabilidad 1º Examine cuidadosamente los dibujos que hizo al estudiar los perfiles del suelo.
2º Excave un hoyo de aproximadamente 30 cm de diámetro hasta alcanzar el horizonte superior menos permeable.
3º Recubra completamente las paredes del hoyo con arcilla pesada mojada o revístalas con una lámina de material plástico, si dispone de ella, para impermeabilizarlas.
4º Vierta agua en el hoyo hasta que ésta alcance unos 10 cm de profundidad.
5º Al principio el agua se filtrare con bastante rapidez y tendrá que reponerla a medida que desaparece. La filtración disminuirá cuando los poros del suelo se saturen de agua. Entonces podrá medir la permeabilidad.
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6º Cerciórese de que el agua contenida en el hoyo tiene unos 10 cm de profundidad como antes. Si no es así, añada agua hasta alcanzar esa profundidad.
7º Introduzca en el agua una vara de medir y anote la profundidad exacta del agua en milímetros (mm).
8º Compruebe el nivel del agua en el hoyo cada hora, durante varias horas. Anote la tasa de filtración por hora. Si el agua se filtra con demasiada rapidez, añada agua hasta alcanzar nuevamente el nivel de 10 cm. Mida con sumo cuidado la profundidad del agua.
9º Cuando las mediciones por hora sean casi iguales, la tasa de permeabilidad es constante y puede dejar de medir.
10º Si hay grandes diferencias en la filtración por hora, continúe añadiendo agua en el hoyo para mantener la profundidad de 10 cm hasta que la tasa de filtración se mantenga casi igual.
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NOTA: compare los valores de filtración con la siguiente tabla para saber TASA DE PERMEABILIDAD EN mm/h
APTITUD DEL HORIZONTE PARA FONDO
Inferior a 2 2-5
Infiltración aceptable: suelo apto Infiltración rápida: el suelo es apto SOLO si la infiltración se debe a la estructura del suelo que desaparecerá cuando se llene el estanque Infiltración excesiva: suelo no apto a menos que pueda reducirse la infiltración como se describe infra
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IX.
DETERMINACION DE LOS COEFICIENTES DE PERMEABILIDAD Para obtener una medición más exacta de la permeabilidad del suelo, puede realizar el siguiente ensayo de campo que le dará un valor para el coeficiente de permeabilidad:
1º Utilizando una barrena de sondeo, perfore en el suelo un hoyo de aproximadamente 1 m de profundidad
(A),
en
el
lugar
donde
desea
determinar el coeficiente de permeabilidad.
2º Llene el hoyo de agua hasta el borde (B/C).
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3º
Durante por lo menos 20 minutos (B/C), vuelva a llenar el hoyo hasta el borde cada cinco minutos para asegurarse de
que
el
suelo
está
completamente saturado 4º Añada agua basta el borde del hoyo y empiece a medir la velocidad
a
que
baja
la
superficie del agua, utilizando un reloj para medir el tiempo y una
regla
centímetros
graduada para
medir
en la
distancia (P) entre la superficie del agua y el borde del hoyo (D). Deje de medir cuando la velocidad sea casi constante
EJEMPLO:
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CÁLCULOS K=
V*L_ H*A*t
Donde:
X.
K = coeficiente de permeabilidad V = Vol. de agua recolectado a la salida L = longitud de la muestra H = diferencia de nivel A = área transversal de la muestra t = tiempo de ensayo
CONCLUSIONES
El suelo que se utiliza en el aparato de permeabilidad nunca es igual al suelo que se tiene en el terreno, siempre está algo alterado.
Se trabajó con una material granular para que la muestra se sature más rápido en el laboratorio.
En caso de haber trabajado con limos o arcillas, la muestra tardará más en saturarse.
Para analizar la permeabilidad de la muestra, la muestra debe quedar completamente saturada.
XI.
RECOMENDACIONES
Utilizar el equipo necesario para la prueba de permeabilidad en laboratorio.
Se debe dejar saturar la muestra durante 72 hrs. como mínimo para que el material este perfectamente saturado.
Etiquetar cada uno de los suelos, capsulas según sea el caso.
Llevar una seguimiento adecuado del ensayo de permeabilidad en campo, para que los datos recogidos sean los más óptimos.
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XII.
BIBLIOGRAFIA http://www.structroad.com/files/pdfs/norma-inv-e-130-07-permeabilidad-
suelos972064575.pdf http://www.buenastareas.com/ensayos/Ensayo-Permeametro-De-Cabeza-
Constante-y/2419099.htm
XIII.
ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/general/x6706 s/x6706s09.htm
VIDEO DE SUSTENTACION https://www.youtube.com/watch?v=3TmuD0qGvwQ
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