ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL LABORATORIO DE SUELOS PRÁCTICA No 8 TEMA: Coeficiente de Permeabilidad con carga constante ESTUDIANTE: Fabio Checa Flores HORARIO: martes 9-11 PROFESOR: Carol Chávez FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 27/06/2017 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 04/07/2017
1. TEMA: Coeficiente de Permeabilidad con carga constante 2. INTRODUCCIÓN Es importante tomar en cuenta el parámetro conocido como permeabilidad puesto que al ser una propiedad que permite el paso del agua y aire a través de sus poros esto influenciara de varias formas a una construcción u obra civil, el estudio de esto se lo puede hallar por ejemplo en excavaciones a cielo abierto o bajo agua, etc.
3. OBJETIVOS Especifico
Hallar prácticamente el coeficiente de permeabilidad con carga constante en suelos de laboratorio y detallar el procedimiento correspondiente.
Generales
Conocer las características que intervienen en la obtención del coeficiente de uniformidad en un suelo.
Conocer la importancia de estudio y aplicación del coeficiente de permeabilidad en campos de la ingeniería de suelos y geologías.
Determinar el coeficiente de permeabilidad normalizado a 20ºC
Clasificar el suelo de acuerdo con su permeabilidad.
4. MARCO TEÓRICO El estudio de la permeabilidad del suelo es fundamental en diversos problemas de ingeniería de suelos, como drenaje, rebaje de nivel del agua, recalques, represas, pavimentos, entre otros.
1
Coeficiente de permeabilidad
La determinación del coeficiente de permeabilidad está directamente asociado a la Ley de Darcy, que establece la directa proporcionalidad entre los diversos factores geométricos y el flujo del agua
1
Recopilado de:
http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/coeficiente-de-permeabilidad
La permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos: • La porosidad del material. • La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura. • La presión a que está sometido el fluido. El coeficiente de permeabilidad (k) es “una consta nte de proporcionalidad
relacionada con la facilidad de movimiento de un flujo a través de un medio poroso”. Se pueden determinar por medio de dos métodos generales de laboratorio llamados método de la carga constante y el método de la carga variable. Dichos métodos están basados en el uso de la ley de Darcy, con las condiciones de un flujo laminar. Con el método de la cabeza constante, el coeficiente de permeabilidad se calcula con a siguiente ecuación:
Donde: Q es el volumen de agua recolectado L distancia entre manómetros A es el área de la sección transversal en el espécimen t es el tiempo de la descarga h es la cabeza hidráulica total. Según Bowles (1980) ninguno de los dos ensayos permite obtener valores de coeficiente de permeabilidad de un suelo demasiado confiables. Las principales razones de esto son: 1. 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. 2. La orientación in situ de los estratos respecto al flujo de agua es probablemente diferente en el laboratorio. 3. Las condiciones de frontera son diferentes en el laboratorio. Las paredes del molde de permeabilidad mejoran los caminos del flujo con respecto a los caminos naturales en el terreno.
4. La cabeza hidráulica h puede ser diferente (a menudo mucho mayor) en el laboratorio, lo cual causa un lavado del material fino hacia las fronteras con una posible reducción en el valor de k. 5. El efecto del aire atrapado en la muestra de laboratorio es grande aún para pequeñas burbujas de aire debido al tamaño tan pequeño de la muestra.
El coeficiente de permeabilidad de una masa de suelo homogénea, isotrópica depende principalmente de los siguientes factores: 1.La viscosidad del fluido en los poros: a medida que la temperatura aumenta, la viscosidad del agua disminuye y el coeficiente de permeabilidad aumenta, es decir, la velocidad del flujo aumenta. El coeficiente de permeabilidad se ha normalizado a una temperatura de 20ºC (K20), por medio de la siguiente ecuación:
donde es la permeabilidad a una temperatura T, es la viscosidad del agua a una temperatura T y es la viscosidad del agua a 20ºC. 2. La relación de vacíos. 3. El tamaño y forma de los granos de suelo: la presencia de partículas angulares y laminares
tienden
a
reducir
k
más
que
cuando
el
suelo
está
compuesto
predominantemente por partículas redondeadas y esféricas. 4. El grado de saturación: a medida que aumenta el grado de saturación, el coeficiente de permeabilidad aparente también se incrementa.
2
En laboratorio, la medida del coeficiente de permeabilidad se realiza por medio de
permeámetros, los que pueden ser de nivel constante o nivel variable dependiendo del tipo de suelo analizado. La importancia de este coeficiente, es vital para poder determinar, por ejemplo: la capacidad de retención de aguas de presas o embalses de tierra, la capacidad de las bombas para rebajar el nivel freático en una excavación y para poder determinar la velocidad de asentamiento de una estructura al escurrir el agua, entre otros.
2
Recopilado de: http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/permeabilidad.pdf
El coeficiente de permeabilidad es función, entre otras cosas de la viscosidad del agua, que es función a su vez de la temperatura (normalmente se establece la permeabilidad para 20 0C; del tamaño y continuidad de los poros y de la presencia de grietas y discontinuidades.
Clasificación de los suelos según su coeficiente de permeabilidad
5. EQUIPOS Y MATERIALES.
Balanza. Debe tener una precisión de 0.1% de la carga de ensayo, con graduaciones de al menos 0.01 g.
Permeámetro de Lucita. Debe contener piedras porosas, tapas superior e inferior, resorte mecánico y conexiones plásticas.
Bureta graduada. Tubo de vidrio de al menos 1,5 m de altura con graduaciones en la parte superior cada centímetro.
Recipientes metálicos. Recipiente no absorbente y resistente a cambios de temperaturas, capaz de soportar temperaturas elevadas sin sufrir daños.
Recipientes de vidrio. Recipientes de capacidad 500 a 1000 ml
Termómetro. Capaz de registrar variaciones de 0,1 °C en un rango de 10 a 30 °C.
Calibrador. Recipiente no absorbente y resistente a cambios de temperaturas, capaz de soportar temperaturas elevadas sin sufrir daños.
Horno de Secado: Ventilado, controlado por termostato para una circulación de aire forzada, y capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C en toda la cámara de secado.
Calibrador Vernier. Aparato de medición con precisión de por lo menos 0,1% de la dimensión medida para determinar las dimensiones de las muestras de suelos.
.
Varios: Espátulas, cuchillos, cucharas y demás enseres necesarios.
6. PROCEDIMIENTO
Medir el volumen del suelo introducido y pesar.
Armar el equipo de permeabilidad, saturar la probeta y estabilizar la condición de flujo permitiendo que el agua fluya por un tiempo.
Utilizar un recipiente de 500 0 1000 ml para recibir el agua a la salida del permeámetro.
Registrar el tiempo necesario para almacenar los diferentes volúmenes de agua.
El proceso se repite para obtener un conjunto de lecturas que sea consistente, anotándose en cada determinación los valores de: volúmenes de agua, temperatura manteniendo un tiempo constante.
Se desarma el conjunto y se pesa el permeámetro con la muestra húmeda, se saca la muestra y se la deja secar por 24 horas a 110o C y se obtiene el peso seco.
7. PROCECAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOS Contenido de humedad Aplicando la formula y conociendo
W1 = es el peso de tara más el suelo húmedo, en gramos W2 = es el peso de tara más el suelo secado en homo, en gramos: Wt = es el peso de tara, en gramos Aplicaremos la primera igualdad y usamos una tabla para formar los resultados de w%.
Capsula M1
Wt(g) 152.7
W1 (g) 500.7
W2(g) 499.6
El coeficiente de permeabilidad se obtiene de la ecuación:
Donde: Q = volumen medido en la probeta L = longitud de la muestra A = área de la sección transversal de la probeta t = tiempo transcurrido en segundos h = diferencia del nivel entre el reservatorio superior e inferior
Diámetro 6,4 Diámetro 6,2
Probeta (cm) Altura Área 20,05 32,1699 Piedra Porosa (cm) Altura Área 1,2 30,1907
Volumen 645 Volumen 36,2288
w% 0.31709
Q= Volumen de la probeta – volumen de la piedra porosa. Q=645-36.23=608.77 cm3 A=32.1699 cm2 H=59.3 cm L=18.85 cm
Aplicamos la formula en función del tiempo con los valores constantes anotados anteriormente. Se hiso un registro de dos medidas de tiempos indicados en la t abla.
Tiempo (s) 34,8 32,04 31,92 26,24 28,1 25,48 23,14 34,54 29,01 29,17 13,64
Kt 0,17285407 0,18774412 0,18844992 0,22924243 0,21406838 0,23608012 0,25995339 0,17415523 0,20735338 0,20621603 0,44100597
Relación de vacíos e:
Donde Vv = volumen de vacíos Vs = volumen de sólidos Vt = volumen de la muestra Gs = densidad de sólidos Ws = peso de los sólidos
8. CONCLUSIONES
Se halló experimentalmente el coeficiente de permeabilidad bajo una carga constaté de un suelo con gran cantidad de partículas gruesas.
Se consideró dos tipos de probeta para la obtención de los coeficientes y tener una idea de la sensibilidad de cada experimenta con cada probeta.
La velocidad con la que salen las gotas depende mucho de la altura a la que este el suministro de agua y este no debe ser distorsionado.
9. RECOMENDACIONES
No olvidar tomar todos los datos necesarios y tomarlos con exactitud pues esto influye bastante en los cálculos.
Poner atención al momento de ajustar el equipo puesto que este no se puede sellar bien y comience a dar problemas de escarmiento del agua.
Tamizar la muestra con el tamiz necesario para hacer la practica puesto que es una práctica para os suelos con cantidades grandes de gruesos.
Tener en cuenta que la velocidad con a que caerá el agua en la probeta también depende de la altura y esta no debe ser variada en el experimento.
10. BIBLIOGRAFÍA http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/coeficiente-de-permeabilidad
http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/permeabilid ad.pdf
