U.M.R.P.S.F.X.CH. – Facultad De Ingeniería Civil Laboratorio de Mecánica de Suelos 2 – CIV 222
PRACTICA N°8 LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS 2 PRUEBA DE PERMEABILIDAD CON CARGA VARIABLE PRUEBA N°1: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE UNA MUESTRA DE SUELO.
7.1.
OBJETIVOS
7.1.1. OBJETIVO GENERAL Determinar la permeabilidad de una muestra de suelo. 7.1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo. Determinar el peso específico de la muestra de suelo. Determinar el contenido de humedad de la muestra. Determinar la relación de vacíos asociada a dicha permeabilidad.
7.2.
FUNDAMENTO TEÓRICO
El ensayo de carga variable es uno de los métodos para determinar la permeabilidad de un suelo en laboratorio, generalmente es utilizado para suelos de grano fino como ser arenas finas, limos y arcillas. En estos suelos, el flujo de agua que circula a través es demasiado lento como para poder hacer mediciones precisas con el permeámetro de carga constante, lo cual implica la necesidad de utilizar un equipo más sensible a las variaciones del flujo, este equipo es el permeámetro de carga variable que puede medir permeabilidades hidráulicas comprendidas entre 10E-4 y 10E-7 m/s. El equipo consiste en un cilindro en el cual se introduce muestra representativa de suelo, donde los extremos superior e inferior están protegidos por una piedra porosa, que simula un doble drenaje del suelo. Existen conexiones con dicho cilindro para poder hacer circular agua a través de la muestra, es importante registrar el nivel de la columna de agua en la bureta al empezar y al finalizar el ensayo. La fórmula utilizada para calcular la permeabilidad es:
Donde: k = Permeabilidad de la muestra de suelo. 1
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L = Longitud de la muestra. a = Área de la sección transversal de la bureta. h1 = Nivel inicial del agua en el tubo al empezar el ensayo. h2 = Nivel final del agua en el tubo al finalizar el ensayo. A = Área de la sección transversal de la muestra de suelo. t = Tiempo durante el cual ocurre la variación de carga en la bureta. Conviene aclarar que la permeabilidad del suelo no es una constante, depende de muchos factores y es conveniente informar con qué relación de vacíos está asociado dicho valor de permeabilidad.
7.3.
PROCEDIMIENTO
7.3.1.
MATERIALES Cilindro con artefactos normalizados. Muestra de suelo. Piedras porosas. Bureta. Soporte vertical con mangueras. Recipientes. Balanza Electrónica. Picnómetro. Probeta. Pisón. Mortero y mazo. Tamices. Hornilla Eléctrica.
FIGURA 8.3.1.1. BALANZA ELECTRÓNICA
FIGURA 8.3.1.3. CILINDRO CON ACCESORIOS.
FIGURA 8.3.1.4. TAMICES.
2
FIGURA 8.3.1.2. SOPORTE
FIGURA 8.3.1.5. PICNÓMETRO.
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7.3.2. PASOS A SEGUIR PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Paso 1: Seleccionamos el equipo con la celda adecuada para realizar el ensayo. Paso 2: Mezclamos la muestra de suelo con 140 ml de agua hasta que quede uniforme. Paso 3: Pesamos la celda vacía con sus accesorios y anotamos el dato. Paso 4: Separamos 2000 gr de la muestra preparada y colocamos una cantidad necesaria en la celda, a continuación compactamos con un pisón en tres capas.
FIGURA 8.3.2.1. HUMECTACIÓN DEL SUELO
FIGURA 8.3.2.2. COMPACTACION DEL SUELO
Paso 5: Pesamos el molde con suelo húmedo y anotamos el dato. Paso 6: Con la muestra de suelo sobrante realizamos el Análisis de Contenido de Humedad y Gravedad Específica.
FIGURA 8.3.2.3. PRUEBA DE CONTENIDO DE HUMEDAD
ADECUACIÓN DEL PERMEÁMETRO 3
FIGURA 8.3.2.4. PRUEBA DE GRAVEDAD ESPECÍFICA
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Paso 1: Acomodamos el soporte del permeámetro sobre una superficie lisa, verificando que la manguera de conexión sea la adecuada para la boquilla de la celda. Paso 2: Procedemos a calcular el área de la bureta, desalojando volúmenes de agua y pesando los mismos repetidas veces, cuidando que no se formen burbujas de aire. Paso 3: Como debemos contar con un recipiente con un área mucho mayor que el de la bureta, utilizamos un lavador lleno de agua, para recibir la variaciones de volumen de la bureta. Paso 4: Conectamos las mangueras con la bureta y la celda cuidando que no existan burbujas de aire y teniendo en cuenta que el suelo está saturado, repetimos el procedimiento hasta lograr una columna de agua de nivel considerable y de fácil lectura y terminamos el llenado con ayuda de una jeringa. Paso 5: Una vez acomodado el permeámetro, medimos la altura del piso hasta la primera marca del permeámetro y también medimos la altura desde el piso al espejo de agua. Paso 6: Observamos y anotamos las lecturas de la bureta para los distintos tiempos.
7.4.
CÁLCULOS
7.4.1. PREPARACIÓN DE LA ARENA Para realizar los cálculos tabulamos todas las mediciones realizadas. VOLUMEN NETO QUE CONTENDRA SUELO EN LA CELDA (cm3)
690.8956
AREA DE LA CELDA QUE CONTIENE A LA MUESTRA (cm2)
45.60367
LONGITUD DE LA MUESTRA (cm)
15.15
PESO DEL EQUIPO VACIO
2066
PESO DEL EQUIPO + SUELO
3211
PESO DE SUELO HUMEDO 1145 TABLA 8.4.1.1. DATOS TABULADOS
Calculamos el área de la bureta realizando diferentes mediciones y tabulamos los resultados:
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1°
2°
3°
LECTURA INICIAL (cm.)
90.9
99.4
97.5
LECTURA FINAL (cm.)
34.4
73.1
32.6
PESO DE LA TARA (gr.)
47.7502
47.7502
47.7502
PESO TARA + AGUA (gr.)
57.7086
52.3707
59.0281
9.9584
4.6205
11.2779
DENSIDAD DEL AGUA (gr/cm. )
1
1
1
VOLUMEN DE AGUA (cm3)
9.9584
4.6205
11.2779
DIFERENCIA DE ALTURA (cm.)
56.5
26.3
64.9
AREA DE LA BURETA (cm2)
0.176255
0.175684
0.173773
PESO DEL AGUA (gr.) 3
AREA PROMEDIO (cm2)
0.175237592
TABLA 8.4.1.2. DATOS PARA EL AREA DE LA BURETA
Una vez que tenemos los datos de la bureta empezamos con el ensayo y calculamos la permeabilidad: PRUEBA PARA REALIZAR EL CÁLCULO DE LA PERMEABILIDAD MEDICIÓN
1°
2°
3°
4°
5°
LECTURA INICIAL (cm.)
96
96
96
96
96
LECTURA FINAL (cm.) DIFERENCIA DE TIEMPO (min.) DIFERENCIA DE TIEMPO (s.)
88.7
83.1
78.3
59.7
46.8
15
30
45
120
191
900
1800
2700
7200
11460
ALTURA DEL PISO HASTA LA MARCA 0 GRADUADA
17.1
17.1
17.1
17.1
17.1
ALTURA DEL PISO HASTA EL NIVEL DEL AGUA
10.4
10.4
10.4
10.4
10.4
DIFERENCIA DE ALTURA ENTRE EL ESPEJO DE AGUA Y LA MARCA DE 0
6.7
6.7
6.7
6.7
6.7
h1
102.7
102.7
102.7
102.7
102.7
h2
95.4
89.8
85
66.4
53.5
PERMEABILIDAD PERMEABILIDAD PROMEDIO
4.769E-06
4.341E-06
4.079E-06
3.526E-06
3.313E-06
4.00562E-06
Dado que la permeabilidad no es un valor constante conviene expresarla con su índice de vacíos respectivo, para lo cual realizamos las pruebas de contenido de humedad y gravedad
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específica, con muestras que fueron tamizadas previamente y seleccionadas para usarse en los ensayos:
PRUEBA DE CONTENIDO DE HUMEDAD MEDICIÓN
gr.
PESO DE LA TARA
119
PESO TARA + SUELO HUMEDO
401
PESO TARA + SUELO SECO
348
CONTENIDO DE HUMEDAD
0.231441
CONTENIDO DE HUMEDAD %
23.1441
TABLA 8.4.1.4. DATOS CONTENIDO DE HUMEDAD PRUEBA PARA LA DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA MEDICIÓN
1°
2°
PESO PICNOMETRO VACIO
41.0715
40.43155
PESO PICNOMETRO + AGUA
91.0638
90.3667
PESO PICNOMETRO + AGUA DES PUES DE VACIAR
62.7477
61.9754
PESO PICNOMETRO + AGUA + SUELO
77.1065
76.7104
PESO PICNOMETRO + AGUA + SUELO (ENRASADO)
99.9336
99.5988
GRAVEDAD ESPECÍFICA
2.615923
2.677679
TEMPERATURA DE LA PRUEBA
20.5
20.5
GRAVEDAD ESPECIFICA CORREGIDA
2.6154
2.677144
GRAVEDAD ESPECIFICA PROMEDIO
2.646271538
TABLA 8.4.1.5. DATOS GRAVEDAD ESPECÍFICA
Con los datos obtenidos calculamos la relación de vacíos aplicando la fórmula:
PRUEBA PARA RELACIÓN DE VACÍOS PESO SUELO HUMEDO 6
1145
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690.8956
PESO ESPECIFICO HUMEDO (gr/cm3)
1.657269
PESO ESPECIFICO HUMEDO (KN/m3)
16.25781
CONTENIDO DE HUMEDAD
0.231441
PESO ESPECÍFICO SECO (KN/m3)
13.20226
GRAVEDAD ESPECÍFICA
2.646272
PESO ESPECIFICO DEL AGUA (KN/m3)
9.81
RELACION DE VACIOS 0.966324 TABLA 8.4.1.5. DATOS RELACIÓN DE VACIOS
7.5.
CONCLUSIONES
Después de realizar el ensayo podemos obtener las siguientes conclusiones: Quedó claro el uso del permeámetro de carga variable para determinar la permeabilidad de un suelo fino, comprendiendo como funciona y que cuidados debemos tener. El contenido de humedad de este suelo fino tiene un valor relativamente elevado, pudiendo ser este contenido la causa de que la permeabilidad sea más elevada. Aplicando los conocimientos adquiridos en anteriores ensayos logramos determinar el contenido de humedad de la muestra y la gravedad especifica. La relación de vacíos nos indica que este suelo contiene bastantes espacios vacíos, lo cual podría mostrarse en la permeabilidad incrementando su valor.
7.6.
RECOMENDACIONES
Si bien tratamos de realizar el ensayo lo más preciso posible, existen recomendaciones a ser tomadas en cuenta: Es muy importante saber que celda escoger de acuerdo a la muestra a ensayar y verificar que sus accesorios estén en buen estado. Es bastante recomendable utilizar una bomba de vacíos para colocar el agua en la bureta, y así no incluir aire, que proporcionaría lecturas incorrectas. Debemos medir las alturas desde el nivel de referencia al espejo de agua y a las graduaciones, de contrario estaríamos obteniendo datos incorrectos. Debemos tener bien en claro que esta prueba es particularmente para suelos finos.
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Conviene siempre realizar los ensayos correspondientes de contenido de humedad y peso específico, para conocer con qué relación de vacíos se encuentra el suelo en el momento del ensayo. También sería muy recomendable que el suelo esté saturado durante el ensayo, para que el agua pueda fluir sin ser retenida por el suelo. En lo posible debemos utilizar distintos diámetros de buretas para realizar los ensayos.
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