UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN
Facultad de Ingeniería Civil, Arquitectura y Geotecnia Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica – Geotécnia
INFORME DE LABORATORIO:
INFORME DE PERMEABILIDAD” INFORME
“
Asignatura:
HIDROGEOLOGIA Ingeniero: ING. CARMEN ROMAN ARCE
Alumnos:
GOMEZ SALCEDO, Walter Smith
2008-32826
VILCA SERRANO, Carlos Alberto
2008-32825
Año:
Quinto
Tacna – Perú 2014
INFORME DE PERMEABILIDAD OBJETIVOS
Hallar la capacidad que posee el suelo de permitir el paso de agua a través de los vacíos existentes en él.
Establecer las características del suelo, teniendo en cuenta la capacidad de filtración, para tomar previas decisiones con cada tipo de suelo.
MARCO TEORICO La permeabilidad de un suelo puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las determinaciones de laboratorio son mucho más fáciles de hacer que las de in-situ. Debido a que la permeabilidad depende mucho de la estructura del suelo (tanto muestras de suelo representativas, suelen ser necesarias las determinaciones in-situ de la permeabilidad media.
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO En su movimiento, el flujo del agua presenta 2 estados característicos:
FLUJO LAMINAR En el flujo laminar las líneas de flujo permanecen sin juntarse entre sí en toda la longitud del suelo en cuestión, es decir cada partícula se desplaza sobre una senda definida la cual nunca intercepta el camino de ninguna otra partícula. Las velocidades son bajas.
FLUJO TURBULENTO En el flujo turbulento las sendas son indefinidas, irregulares y se tuercen, cruzan y retuercen al azar. Las velocidades son mayores. Las leyes fundamentales que determinan el estado de un caso de flujo dado fueron determinadas por Reynolds a través de sus experiencias, en las cuales la relación entre la velocidad de flujo a través de un tubo y la cantidad de carga perdida por fricción fue la parte más importante de la investigación, expresada en gráficos gradiente hidráulico vs. Velocidad. Dichos gráficos presentan 3 zonas: flujo laminar, turbulento y de transición; a partir de los cuales pueden determinarse los valores de velocidad para los cuales el flujo cambia de régimen.
Donde R: nº de Reynolds (adimensional) v: velocidad de Darcy, en cm/seg D: diámetro medio de las partículas de suelo, en cm ƿ.: densidad del fluido, en gr/cm3
µ: viscosidad dinámica del fluido en gr. seg/ cm Mediante esta ecuación se puede observar que a medida que el diámetro del tubo disminuye la velocidad crítica aumenta, con lo cual aumenta el margen dentro del cual el flujo es laminar. Si se hace una extensión de lo dicho anteriormente al suelo se ve que para la mayoría de éstos, el nº de Reynolds varía entre valores mucho menores que los planteados para tuberías dado que el diámetro medio de los poros es mucho más pequeño que el diámetro planteado en la ecuación anterior. Sin embargo, en suelos altamente gruesos, gravas por ejemplo, el flujo puede ser turbulento.
MOVIMIENTO DEL FLUIDO EN EL SUELO. LEY DE DARCY. COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD Los poros-canales en una masa de suelo son tan delgados, sinuosos e irregulares en su seccion transversal y complejos en su interseccion y subdivision que el analisis de flujo a traves de todos los poros individuales no seria posible. Sin embargo, en aquellos problemas de ingenieria que involucran la absorcion a traves del suelo, el flujo que ocurre en cada poro no es de interes. Por el contrario, el flujo que se desea conocer es el flujo combinado a traves de todos los poros de un elemento cuyo volumen sea suficientemente grande para dar una representacion tipica de toda la masa de suelo que se trate. Ley de Darcy El flujo de agua a traves de medios porosos esta gobernado por una ley descubierta experimentalmente por Darcy en 1856, quien investigo las caracteristicas del flujo de agua a traves de filtros de material terreo. Utilizando determinados dispositivos de diseno, Darcy encontro que para velocidades suficientemente pequenas el gasto o caudal Q
Dónde: Q: Caudal o gasto [cm3 /seg] dV: variacion del volumen en un diferencial de tiempo dt: diferencial de tiempo k: coeficiente de permeabilidad [cm/seg] i: gradiente hidraulico [adimensional] A: seccion transversal del filtro [cm2] Si se considera la ecuacion de continuidad
Donde: Q: caudal o gasto [cm3 /seg] v: velocidad [cm /seg] A: area transversal [cm2] Es posible relacionarlos de forma tal que
PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE En estos aparatos la cantidad de agua que fluye a través de una muestra de suelo, de dimensiones conocidas, en un tiempo determinado, puede ser medida. Los niveles de agua a la entrada y salida del permeámetro se pueden mantener constantes por medio de compuertas. La pérdida de carga h, depende únicamente de la diferencia entre los niveles de agua. El diámetro D y el largo L de la muestra pueden ser medidos. El agua a la salida es
recogida en una probeta graduada y la cantidad de descarga Q es medida. Cabe destacar que este permeámetro es aplicable a suelos relativamente permeables, por ejemplo limos, arenas y gravas. A continuación se muestran dos modelos de permeámetros y el cálculo del coeficiente de permeabilidad k
Para el cálculo de k se determina primero el caudal circulante una vez que el sistema se encuentra en régimen (la cantidad de agua que ingresa es igual a la que sale), midiendo el tiempo t en el cual se llena un recipiente de volumen V conocido
Una vez obtenido el caudal y en función de las características del permeámetro, aplicando la Ley de Darcy se obtiene:
Reemplazando (39) y (40) en (38) y reordenando, obtenemos el valor del coeficiente de permeabilidad k
En los ensayos de permeabilidad, las fuentes más importantes de error son la formación de una pequeña capa de material fino en la superficie de la muestra, que actúa luego como filtro, y la existencia o formación de burbujas de aire dentro de la muestra de suelo. Ambos errores reducen la permeabilidad. El error originado por la formación de un filtro puede ser eliminado midiendo la pérdida de carga entre dos puntos situados en el interior de la muestra, en la forma indicada en el permeámetro b (ver Fig.13).
EQUIPOS NECESARIOS -
MATERIAL: Se utilizó material material pasante de la malla ¼” TANQUE DE NIVEL CONSTANTE: utilizado para el suministro de agua constante y para remover el aire de la conexión de agua. INFILTROMETRO: el equipo de infiltrometro para hallar la velocidad de infiltración del suelo. PERMEAMETRO: diámetro mínimo de 8 a 12 veces el tamaño máximo de las partículas del permeámetro, deberá ajustarse con un disco poroso con una permeabilidad mayor a la de la muestra.
PROCEDIMIENTO DEL LABORATORIO -
Se debe preparar la muestra saturándola mínimo por 24 Hr. Colocar la muestra dentro del infiltrometro teniendo en cuenta que debe ser rellenado uniformemente dentro del permeometro. Realizar el ensayo de infiltración asegurando el equipo de permeabilidad, este completamente sellada en sus extremos. Hallar las diferencias de altura cada 5 segundos. Realizar esta medida por 120 segundos.
DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO Cuadro de resultados de ensayo de permeabilidad:
Dh (mm)
t (s)
V (mL)
6 5 5 4 4.5 5 4 4 4
5 10 15 20 25 30 40 50 60
66 114 153 195 238 290 380 446 542
Q (V/t)cm3/s 13.2 11.4 10.2 9.75 9.52 9.67 9.50 8.92 9.03
i (grad. Hid) 0.06 0.05 0.05 0.04 0.05 0.05 0.04 0.04 0.04 PROMEDIO k
(L) Longitud: (D) Diámetro: (A )- Área
10 4 12.566 81.0732
K (cm/s) 2.7136 2.8123 2.5162 3.0065 2.6094 2.3847 2.9295 2.7506 2.7855 2.72
V (cm/s)
cm in in2 cm2
De acuerdo a la desviación estándar podemos verificar la precisión de nuestros datos Desviación estándar=0.196 Aplicando la ecuación de Reynolds determinamos el tipo de flujo: Ecuación de Reynolds:
R= 1.04
CONCLUSIONES
El coeficiente de permeabilidad promedio es 2.72 el cual corresponde a gravas.
Los valores de permeabilidad pertenecen según a tablas a gravas limpias.
El valor de desviación estándar 0.196 nos permite confirmar el valor promedio de K
Con el valor de Reynolds de 1.04 está garantizado la validez de la ecuación de Darcy como flujo laminar
0.163 0.141 0.126 0.120 0.117 0.119 0.117 0.110 0.111 0.125
