Ensayos de Permeabilidad y Dispersion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO TALLER: MECANICA DE SUELOS EXPERIMENTAL Y EXPLORACION GEOTECNICA ENSAYOS DE PERMEABILIDAD Y DISPERSIVIDAD Ing. Milagro Castro Cuba Valencia Profesor UNI - CISMID

CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES

INTRODUCCION La Permeabilidad es la facilidad con la que un fluido se mueve a través de un medio poroso. Se considera que los suelos y rocas en general tienen una permeabilidad media o cierto grado de permeabilidad, considerándose a este flujo de agua a travé través s de los poros poros,, vací vacíos, os, discon discontitinuidades nuidad es o fisuras fisuras como laminar, laminar, es decir decir un flujo flujo no turbulento. turbulento. La representación para un flujo promedio en condiciones de permeabilidad meabilid ad media es es expresado expresado por la ley de Darcy:

v=kxi

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA, LIMA, PERU FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCION La Permeabilidad es la facilidad con la que un fluido se mueve a través de un medio poroso. Se considera que los suelos y rocas en general tienen una permeabilidad media o cierto grado de permeabilidad, considerándose a este flujo de agua a travé través s de los poros poros,, vací vacíos, os, discon discontitinuidades nuidad es o fisuras fisuras como laminar, laminar, es decir decir un flujo flujo no turbulento. turbulento. La representación para un flujo promedio en condiciones de permeabilidad meabilid ad media es es expresado expresado por la ley de Darcy:

v=kxi


OBJETIVO 1.-- Conoce 1. Conocerr a priori la la factibili factibilidad del almacenamiento almace namiento de un determinado volumen v olumen de agua en un lugar con fines de saneam ient iento. o. 2.-- Evaluar la cantidad 2. cantidad de d e flujo flujo filtrado filtrado a través o por debajo de presas y diques, hacia pozos de agua. 3.-- Evaluación de las fuerzas de subpresión o fuerzas de filtración bajo estructuras 3. hidráulicas, para un análisis de estabilidad. 4.-- Evitar la tubificación, mediante el control de las velocidades de filtración. 4. 5.-- Evaluación de la velocidad de asentamiento debido al cambio de volumen que 5. ocurre cuando el agua alojada en los poros del suelo es evacuada bajo un gradiente de energía. 6.-- Obtener información de un material acerca de sus condiciones hidráulicas e 6. hidrogeológicas en lugares donde se ubique la cimentación de una obra proyectada.


FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD Las características principales del fluido son: • Vi Visc scoc ocid idad ad • Pe Peso so esp especí ecífi fico co • Po Pola lari rida dad d

Las características principales del suelos son: • El tamañ tamaño o de part partícu ículas las • Re Rela laci ción ón de de vacío vacíoss • La co comp mpos osic ició ión n • La es estr truc uctu tura ra • Gra Grado do de sat satura uració ción n


DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD “K” El coeficiente de permeabilidad se puede determinar en: * Laboratorio: A carga constante A carga variable *Campo: Prueba de bombeo Tubo abierto Ensayo Lefranc con carga variable Ensayo Lugeon *A partir de la curva granulom étrica Fórmula de Allen Hazen Fórmula de Schlicter Fórmula de Terzaghi


Ensayo de Permeabilidad a Carga Constante Q=Avt=Akit K = (QL/A h t) m/seg i = h/L

Ensayo de Permeabilidad a Carga Variable V = - (dh/dt) El flujo hacia la muestra desde la columna h es: q entrada = -a (d/dt) y el flujo a través y hacia fuera de la muestra es: q salida = A V = A k i Por la ley de continuidad: q entrada = q salida

- a (dL/dh) = (A k h / L)

de donde integrando, tenemos: k = (a L / A t) In (h 1 / h2) (cm/seg) k 20 = k T (n t / n20)

r2 DIRECCION DEL AGUA SUBTERRANEA

r1

N.N.F.

H

h2 Arena

h1

Fig. 2: Manto de arena horizontal y homogéneo sobre un estrato impermeable

D

D

dh h Nivel de Referencia

N.N.F.

Tubo

Flujo del Tubo hacia el Suelo

Flujo del Suelo al Tubo

Fig. 3: Prueba del Tubo Abierto

Tabla 1 Coeficiente de Permeabilidad de los Suelos Tipo de Suelo

Grava gruesa Grava gruesa con capas y lentes de arena. Grava media Grava fina Arena gruesa de río 4-8 mm. Arena de 2-4 mm. Arena fina más arcilla Arena fina, limpia; algo de arcilla. Arena de dunas Arena muy fina Arena muy fina con limos Loess con e=1.3 Loess con e=0.55 Arcillas

K m/seg x 10-3 5 a 10 4a5 35 30 2 a 8.8 25 a 30 0.8 a 3.0 0.5 a 1.0 0.2 0.1 1.0 a 0.1 1.0 2 x 10-4 2 x 10-4 a 2 x 10-7

K cm/seg 0.5 a 1.0 0.4 a 0.5 3.5 3.0 0.2 a 0.88 2.5 a 3.0 0.08 a 0.3 0.05 a 0.1 0.02 0.01 0.1 a 0.01 0.1 2 x 10-5 2 x 10-5 a 2 x 10-8

Tabla 2 Permeabilidad y Condiciones de Drenaje de los Suelos 10-2

10

1.0

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-9 Drenaje

Tipo de Suelo

Determinación directa de κ

Determinación indirecta de κ

Bueno

Pobre

Prácticamente impermeable Suelos “impermeables”, es Arenas limpias y Arena muy finas, limos orgánicos e inorgánicos, decir, arcillas homogéneas mezclas limpias de mezclas de arena, limo y arcilla, morenas situadas por debajo de la arena y grava glaciares, depósitos de arcilla estratificada Grava limpia zona de descomposición Suelos “impermeables” modificados por la vegetación o por descomposición. Ensayo directo del suelo “in situ” por ensayos de bombeo. Se requiere mucha experiencia, pero bien realizados son bastante exactos. Permeámetro de carga hidráulica constante. No se requiere mayor experiencia. Permeámetro de carga hidráulica decreciente. Permeámetro de carga hidráulica Permeámetro de carga hidráulica No se requiere mayor decreciente. Resultados dudosos. decreciente. Resultados de regular a bueno. experiencia y se Se requiere mucha experiencia. Se requiere mucha experiencia. obtienen buenos resultados. Cálculos basados en los Por cálculo partiendo de la curva ensayos de consolidación. granulométrica. Sólo aplicable en el caso Resultados buenos. Se de arenas y gravas limpias sin cohesión. necesita mucha experiencia. Según A. Casagrande y R.E. Fadum

10-8

Resumen 1. La permeabilidad es la propiedad del suelo que indica la facilidad relativa con la que un fluido puede atravesarlo. 2. La gama de permeabilidades es extremadamente amplia, variando desde 1 cm/seg para las gravas hasta 10-8 cm/seg para las arcillas. 3. La permeapilidad depende de las características del fluido y del suelo. La viscosidad, peso específico y polaridad son las características principales del fluido. El tamaño de las partículas, la relación de vacíos la composición, la estructura y el grado de saturación son las principales características del suelo. 4. Los filtros son elementos esenciales en la mayoría de las estructuras de retención de agua construídas con suelos. Sirven para obtener la red de flujo deseada y evitar la erosión interna.


IDENTIFICACION Y ENSAYOS EN SUELOS DISPERSIVOS

Introducción

Introducción 

En la naturaleza existen ciertos suelos finos que son altamente erosionables, conocidos como suelos dispersivos.



La importancia del tema en la práctica de la Ingeniería Civil fue reconocido a partir de 1940, profundizando estos desde 1960. En el Perú se realizaron investigaciones preliminares desde 1985.


Descripción de los Suelos Dispersivos



Son aquellos que por la naturaleza de su mineralogia y la quimica del agua en la masa del suelo, son susceptibles a la separación de las partículas individuales y a la posterior erosión a través de grietas en el suelo bajo la filtración de flujos.



Son altamente erosivos a bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua. Incluso en algunos casos en agua en reposo.


Identificación In-Situ 

La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas presas.



La erosión en grietas de los caminos.



La erosión tipo tunel a lo largo de las quebradas o las arcillas unidas en roca.



La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua luego de la lluvia.


Ensayos de Laboratorio. • Ensayo de Pinhole Test ( ASTM D 4647-93, USBR 5410-89) • Sales Solubles en el Agua de Poros • Ensayo del Doble Hidrómetro (ASTM D 4221-90, USBR 5405-89) • Ensayo de Crumb (USBR 5400-89)


Equipo empleado en el ensayo de Pinhole. En la foto se esta aplicando la ultima carga Observe el color del suelo en los recipientes.

Ensayo de Crumb:

Una pequeña muestra de suelo es desmenuzada y sumergida en agua, pudiendo observarse la dispersión directamente.

Ensayo del Doble Hidrómetro La distribución del tamaño de partícula se mide usando la prueba de Hidrómetro en la cual la muestra es dispersada mediante la adicción de una solución de defloculante, seguida de una fuerte agitación (Curva 1)

Ensayos de Permeabilidad y Dispersion

Recommend Documents