Informe m. de Campo Auger Hole

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ÍNDICE 1.

INTRODUCCIÓ INTROD UCCIÓN N...................... ............................................. ............................................. ............................................ ......................................... ................... 2

2.

OBJETIVOS OBJET IVOS ..................... ............................................ .............................................. ............................................. ............................................. .......................... ... 2

3.

2.1

OBJETIVO GENERAL .......................................................... ....................................................................................................... ............................................. 2

2.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................... ................................................................................................ ................................. 2

MARCO TEÓRIC TEÓRICO O............................................................. ................................................................................... ............................................. .......................3 3.1

CONDUCTIVIDAD CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA HIDRÁULICA ................................................................... ...................................................................................... ................... 3

3.2

DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA............................................... 4

3.3

MÉTODO DEL AGUJERO DE BARRENA (AUGER HOLE) .................................................. 4 PROCESO DE CÁLCULO .................................................................... .......................................................................................... ...................... 5 CONSIDERACIONES CONSIDERACIONES GENERALES.................................................................... ............................................................................ ........ 5

3.4 4.

CÁLCULOS PARA OBTENER LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA DEL SUELO............. ...... ............. ...... 7

ASPECTOS GENERALES DEL LUGAR DE TRABAJO ............................................................ 9 4.1

LOCALIZACIÓN LOCALIZACIÓN ................................................................... ............................................................................................................... ............................................ 9

4.2

UBICACIÓN GEOGRÁFICA ............................................................. .............................................................................................. ................................. 9

4.3

DATOS CLIMÁTICOS DE LA ZONA ............................................................ .................................................................................. ...................... 9

5.

EQUIPO EQUIP O ................... .......................................... ............................................. ............................................ ............................................ ................................ .......... 10

6.

PROCEDIMIEN PROCE DIMIENTO TO DE CAMP CAMPO O ..................... ........................................... ............................................ ........................................... ..................... 11

7.

CÁLCULOS CÁLCUL OS Y RESUL RESULTADOS TADOS ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ........................ .. 15

8.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................... 21

9.

BIBLIOGRAFÍA BIBLIO GRAFÍA .................... ........................................... ............................................. ............................................ ........................................... ..................... 22

10. ANEXO ANEXOSS ...................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................ ............................ ...... 23 10.1

PLANO DE UBICACIÓN Y LOCALIZACIÓN LOCALIZACIÓN ............................................................ ..................................................................... ......... 23

10.2

PLANO TOPOGRÁFICO TOPOGRÁFICO .................................................................. ................................................................................................. ............................... 24

10.3

PLANO DE ISOPROFUNDIDAD ISOPROFUNDIDAD .................................................................... ..................................................................................... ................. 25

10.4

DISEÑO DE DREN .............................................................. ......................................................................................................... ........................................... 26

DRENAJE Y APROVECHAMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

1


DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD CONDUCTIVIDAD HIDRAÚLICA POR EL MÉTODO DEL AGUJERO DE BARRENA (AUGER HOLE) 1. INTRODUCCIÓN La conductividad hidráulica es un parámetro básico del suelo e indispensable en los estudios de drenaje, su valor puede determinarse por diferentes métodos como son: por medio de muestras de suelo en el laboratorio, en el mismo campo y puede ser estimada en relación a ciertas características del suelo. El presente trabajo se desarrolló por el método de campo con el uso del Auger Hole, en la localidad de la Huaycha, Distrito de Mito, Provincia de Concepción, Región Junin, el día 31 de Diciembre del 2016 a las 10:00 am. El trabajo de campo se realizó en conjunto por todos los alumnos del Curso de Drenaje y Aprovechamiento de Aguas Subterráneas a cargo del Ingeniero Tito Mallma Capcha docente del curso, de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional Del Centro Del Perú, los cuales en grupos de 5 integrantes se encargaron de la perforación de diferentes pozos de observación, siendo un total de 7 perforaciones. perforaciones. El presente grupo realizo la perforación del pozo de observación N° 4.

2. OBJETIVOS 2.1

OBJETIVO GENERAL 

Determinar la conductividad hidráulica del suelo de la localidad de la Huaycha, Distrito de Mito, Provincia de Concepción, Región Junin.

2.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Realizar el método de campo del agujero de barrena (Auger Hole).



Conocer el procedimiento de la realización del método de campo del agujero de barrena (Auger Hole).


2




Conocer

las

propiedades

del

suelo

que

afectan

la

conductividad hidráulica.

3. MARCO TEÓRICO 3.1

CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA La conductividad hidráulica del suelo es uno de los parámetros básicos del suelo que es imprescindible determinar en todo estudio de drenaje. Se acostumbra clasificar la conductividad hidráulica en distintos rangos según los valores que se señalan en el cuadro 4.1, dados en unidades del sistema métrico decimal.

Fuente: Drenaje. M. Villón. (2007)

En el cuadro 4.2 se muestra valores de la conductividad hidráulica según la textura y la estructura del suelo.

Fuente: Drenaje. M. Villón. (2007)


3


3.2

DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA A. MEDIDAS DIRECTAS ( Conductividad midiendo el flujo de agua) Medidas en el laboratorio ( con carga constante o carga visible) -

Medida en muestras alteradas.

-

Medida en muestras inalteradas.

Medidas en el campo -

Agujero de barrena (Auger Hole).

-

Con el piezómetro.

-

Descarga de drenes.

-

Pozos profundos.

B. MEDIDAS INDIRECTAS (Conductividad determinada basándose en relaciones empíricas) Calculada a partir de la composición granular. Calculada con base en la distribución de los tamaños de poros.

3.3

MÉTODO DEL AGUJERO DE BARRENA (AUGER HOLE) Este procedimiento es utilizado para medir la conductividad hidráulica en el campo, cuando la tabla de agua se encuentra cerca de la superficie. (Figura 4.3).


4


Fuente: Drenaje. M. Villón. (2007) Este método es utilizado en forma extensiva en grandes investigaciones en el mundo, dado que es un procedimiento confiable que incluye las variables que afectan la conductividad hidráulica. El método fue introducido

por

Diserens,

mejorado

por

Hooghoudt

y

Ernst,

posteriormente presentado por Van Beers (1958).

PROCESO DE CÁLCULO -

Perforar un pozo cilíndrico en el suelo, hasta una determinada profundidad por debajo del nivel de agua freática.

-

Habiéndose llegado a la profundidad deseada, esperar que el agua freática alcance su nivel original.

-

Una vez llegado al nivel original, extraer agua del pozo de manera que el agua freática vuelva a fluir a través de las paredes y del fondo del mismo.

-

Medir la velocidad de elevación del nivel de agua.

-

Calcular con las fórmulas adecuadas la conductividad hidráulica, K.

CONSIDERACIONES GENERALES ELECCION DEL SITIO DE PRUEBA Para esta elección se deberá considerase toda la información

existente

como

mapas

topográficos,

aerofotografías, estudio de suelos con fines de drenaje, agrologico, etc. De manera que los puntos elegidos sean representativos de un área determinada y pueden ser ajustados en el campo. La época más apropiada para realizar las pruebas, será aquella en que se tenga la tabla de agua cerca de la superficie.

PROFUNDIDAD DE PERFORACIÓN Esta profundidad dependerá de la naturaleza, espesor y secuencia de los horizontes del suelo, así como de la profundidad estimada de los drenes terciarios a construir.


5


Cuando el suelo es homogéneo y de gran profundidad, la perforación podrá ser de 60 a 70 cm por debajo de la tabla de agua.

TIEMPO DE RECUPERACIÓN La recuperación del nivel de agua en el pozo dependerá del tipo de suelo, para suelos ligeros alcanzara en un tiempo relativamente corto 10 a 30 minutos, mientras que para suelos medianos y pesados podrá varias desde 30 minutos a algunas horas.

NIVEL DE DEPRESIÓN El nivel de agua en el pozo se deprimirá entre 20 y 40 cm. El factor que condiciona el nivel de depresión es el tipo de suelo, teóricamente es recomendable deprimir 20 cm en suelos ligeros, de manera que se tenga una carga hidráulica pequeña en un medio muy permeable y deprimir 40 cm en suelos pesados de forma que se tenga una buena carga hidráulica en un medio menos permeable.

MEDIDAS DE LA VELOCIDAD DE RECUPERACIÓN La observaciones de la velocidad de recuperación pueden ser realizadas de dos formas: a intervalos fijos de tiempo (Δt) o a intervalos fijos de elevación del nivel de agua (Δy), en el primer caso son intervalos frecuentes t=5, 10,15 y 30 s. En los comienzos de la recuperación, existe una marcada regularidad entre los valores de Δt y los correspondientes Δy al ir avanzando las recuperaciones, la relación lineal se va perdiendo y para un mismo valor de Δt el valor de Δy va decreciendo. Con la finalidad de lograr una buena precisión y reducir los efectos de irregularidades, se utilizan para el cálculo de la conductividad más o menos 5 lecturas uniformes de elevación del nivel de agua, es decir, aquellas lecturas en que los Δy varían en forma lineal con los Δt.


6


Debe tenerse la precaución de completar las medidas antes que el 25% del volumen de agua extraída del orificio, haya sido reemplazado por el flujo aportado por el agua del suelo. Después se forma una capa freática en forma de un embudo, muy marcado alrededor de la parte superior del orificio. Este efecto no es tenido en cuenta en las fórmulas de nomogramas desarrollados para el método del agujero de barrena y por tanto debe comprobarse que Δy < ¼ Δyo. Luego que se han hecho las mediciones respectivas, será necesario revisar su consistencia y confiabilidad. Para tal efecto será necesario realizar todo el proceso de nuevo, hacer nuevas mediciones en el mismo pozo, eliminar aquellos datos que merezcan dudas y finalmente utilizar solo

aquellos,

con

los

cuales

se

obtiene

máxima

consistencia.

3.4

CÁLCULOS PARA OBTENER LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA DEL SUELO Ernst (1950) encontró que la relación entre la conductividad hidráulica del suelo y el flujo de agua en el interior del sondeo, depende de las condiciones límites. Esta relación ha sido obtenida numéricamente por el método de compensación por diferencias y viene dada por:

Donde: -

K = Conductividad hidráulica, en m/día.

-

C = Factor de geometría, que está en función de y, H, r, S.

-

 

= Velocidad de ascenso del nivel de agua en el agujero, en

cm/s.


7






-

=

-

yo = Depresión inicial.

-

yn = Depresión final de la prueba.

-

Δy = yo - yn.

-

Δt = Tiempo transcurrido durante la realización de la experiencia



=  



= Depresión media en el ensayo.

(segundos). -

Δt = tn – to.

-

H = Profundidad del nivel del pozo por debajo del nivel freático.

-

r = Radio del pozo.

-

S = Distancia vertical entre el fondo del pozo y la capa impermeable.

Ernst propuso dos ecuaciones para el cálculo de C dependiendo de la distancia S desde el fondo del pozo a la capa impermeable: (Grassi, 1991).

Si S > ½ H

Si S = 0

Siendo Y= Distancia entre el nivel estático de la capa freática y el nivel medio del agua en el sondeo durante el tiempo de medición.

Ernst preparo además varios nomogramas para valores de r = 4cm y r=5cm, ambos divididos a su vez en otros dos según qué S = 0 (cuando el fondo del pozo coincide con la capa impermeable) o que S > 0.5 H.


8


4. ASPECTOS GENERALES DEL LUGAR DE TRABAJO 4.1

LOCALIZACIÓN La realización del trabajo se llevó a cabo en la localidad de la Huaycha, Distrito de Mito, Provincia de Concepción, Región Junin. La superficie del terreno tiene los usos de: área recreativa (juegos mecánicos), pasteo de animales y área comercial donde se ubican restaurantes, hoteles y pequeñas tiendas.

4.2

UBICACIÓN GEOGRÁFICA La localidad de la Huaycha está ubicada en las coordenadas:

4.3

-

Latitud Sur: 11° 56' 42.9" S (-11.94526053000)

-

Longitud Oeste: 75° 19' 48.6" W (-75.33017403000)

-

Altitud: 3257 m.s.n.m

DATOS CLIMÁTICOS DE LA ZONA La Huaycha pertenece al Distrito de Mito en donde el clima es frío y seco en los meses de abril a noviembre; lluvioso de diciembre a marzo; la temperatura promedio es de 15 grados C a 20- C- Las lluvias son fuertes acompañadas de tempestades truenos y algunas veces granizadas. El verano o sequía es acompañado de heladas por las noches prolongándose algunas veces hasta las mañanas. El clima es considerado como el más saludable de la región


9


5. EQUIPO El trabajo de campo realizado el día 31 de diciembre del 2016 en la localidad de la Huaycha, se realizó con el uso de las siguientes herramientas y equipo: 

Flexómetro.



Cronómetro.



Botella de plástico (para retirar cierto volumen de agua del pozo).


10




Auger Hole.

6. PROCEDIMIENTO DE CAMPO El trabajo de campo realizado el día 31 de diciembre del 2016 en la localidad de la Huaycha, con el equipo del Auger Hole, fue de la siguiente manera:

A. Elección del área de estudio, el cual se distribuyó por puntos de observación, correspondiendo al grupo el punto N° 4.


11


B. Perforación de un pozo cilíndrico en el suelo con el uso del equipo Auger Hole.

C. Se continuó con el trabajo de perforación hasta una determinada profundidad por debajo del nivel de agua freática.

D. Una vez encontrado agua en el suelo se esperó a que el nivel del agua freática alcance su nivel original, tomándose mediciones cada cierto intervalo de tiempo para verificar la estabilidad de la medida.


12


En el caso del pozo N° 4 se encontró que el suelo estaba compuesto principalmente por arcillas y limos, por lo que la estabilidad del nivel de agua freática llevo un tiempo mucho mayor en comparación de los otros pozos de observación.

E. Tras la perforación el agujero se espera que comience a inundarse de agua como consecuencia de la presión hidrostática del agua circundante.

Este procese fue muy largo, ya que el suelo del pozo era muy cohesivo. El suelo tenia gran cantidad de limos y arcillas.

F. Una vez éste esté inundado y el agua del agujero ha alcanzado el mismo nivel que la capa freática circundante se procede a medir la profundidad del agujero hasta el espejo de agua con la ayuda del flexómetro.

Espejo de agua


13


G. Luego de haber esperado a que el agua llegue a su nivel original y habiendo medido la profundidad del nivel del agua freática, se extrajo agua del pozo de manera que el agua freática vuelva a fluir a través de las paredes y del fondo del mismo.

H. Inmediatamente después se midió la nueva profundidad del agua freática luego de haber sido extraído cierto volumen de agua del pozo de observación, con ayuda del flexómetro.

Medición

I. Se midió el tiempo en que se recupera el nivel del agua en el pozo para calcular así la velocidad de elevación del nivel de agua.


14


Una vez culminado el trabajo de perforación de los pozos de observació n se llevó a cabo el levantamiento topográfico de la zona, para poder realizar el plano de Isoprofundidad.

Este trabajo se llevó a cabo con una Estación Total operada por el estudiante Jussef Orosco Pipa, quien a su vez registro el nivel freático de cada pozo de observación , dando el siguiente cuadro resumen de los datos obtenidos: ELEVACION

PUNTO

ESTE

NORTE

ELEVACION

DESCRIPCION

NF

1

464684.627

8679404.989

3249.27

POZO 01

10.00

3239.27

2

464678.111

8679419.684

3249.21

POZO 02

23.00

3226.21

3

464675.64

8679382.531

3249.175

POZO 03

35.80

3213.38

4

464646.769

8679395.628

3249.33

POZO 04

80.00

3247.83

5

464648.389

8679383.37

3249.19

POZO 05

25.00

3224.19

6

464637.821

8679398.968

3249.35

POZO 06

23.00

3226.35

7

464648.673

8679419.797

3249.305

POZO 07

25.00

3224.31

DEL NF

(Se adjunta en el Numeral 10 de Anexos el Plano de Isoprofundidad)

7. CÁLCULOS Y RESULTADOS De acuerdo a Ernst (1950), se determinó la conductividad hidráulica del suelo con la siguiente ecuación:

DATOS: 

DEPRESIÓN DEL NIVEL DE AGUA EN EL POZO

 = yo - yn DONDE: -


yo = 86.5 cm -


yn = 80.0 cm


15


POR LO TANTO:  = yo - yn Δy = 86.5 – 80.0  = 6.5 cm



TIEMPO TRANSCURRIDO DURANTE LA REALIZACIÓN DE LA EXPERIENCIA ( EN SEGUNDOS)

= tn – to DONDE: -

to = Tiempo inicial de la prueba.

to = 12:54 pm -

tn = Tiempo final de la prueba.

tn = 1:13 pm POR LO TANTO:  = tn - to Δt = 1:13 – 12:54  = 19 min ≡ 1 140 seg



DEPRESIÓN MEDIA EN EL ENSAYO

=

 

=  

 

DONDE: -


yo = 80 cm -


yn = 80.0 cm -

Δy = Depresión del nivel de agua en el pozo.  = 6.5

cm


16


POR LO TANTO: =

   

-

=  

Si =





=, entonces:

  

= =

+



 86.5  80 2

 = 83.25 cm

-



Si  =    =  



, entonces:



 = 86.5 

 6.5 2

 = 83.25 cm

Comparando el resultado de ambas ecuaciones: =

 

83.25 cm

COMPARACIÓN =

 =  

 

83.25 cm

POR LO QUE FINALMENTE SE CONCLUYE QUE:  = 83.25



cm

PROFUNDIDAD DEL NIVEL DEL POZO POR DEBAJO DEL NIVEL FREÁTICO H = 120 cm



RADIO DEL POZO r = 5 cm



DISTANCIA VERTICAL ENTRE EL FONDO DEL POZO Y LA CAPA IMPERMEABLE


17


Este valor se desconoce, debido a que no se realizó ninguna exploración hasta la capa impermeable, por lo que para fines de estudio se consideraran dos opciones:

S = 0 cm (La capa impermeable coincide con el fondo del pozo) S = 5 m = 500 cm (Valor arbitrario asumido) 

C = FACTOR DE GEOMETRÍA, QUE ESTÁ EN FUNCIÓN DE y, H, r, S Ernst propuso dos ecuaciones para el cálculo de C dependiendo de la distancia S desde el fondo del pozo a la capa impermeable: (Grassi, 1991). Si S > ½ H

Si S = 0

Siendo Y= Distancia entre el nivel estático de la capa freática y el nivel medio del agua en el sondeo durante el tiempo de medición.

DATOS: -

r = radio del pozo

r = 5 cm -

Y= Distancia entre el nivel estático de la capa freática y el nivel medio del agua en el sondeo durante el tiempo de medición.

Y = 83.25 cm -

H = Profundidad del nivel del pozo por debajo del nivel freático.

H = 120 m


18


ENTONCES: Como se desconoce el valor real de ¨S¨ (Distancia vertical entre el fondo del pozo y la capa impermeable), se desarrollara para fines de estudio para los dos valores asumidos arbitrariamente de ¨S¨.



Si : S = 0 m → S = 0 Se usara:

=

   

(+)(− )

 

=

(  )( 

 ) 

3600 (5) 

=

83.25(120  10(5))(2 

83.25 ) 120

 = 4.86836



Si : S = 5 m = 500 cm

→ S > 0.5H

500 > 0.5 (120) = 500 cm > 60 cm

Se usara:

=

   

(+)(− )

 

=

(  )( 

 ) 

4000 (5) 

=

83.25(120  20(5))(2 

83.25 ) 120

 = 4.17991

POR LO TANTO 

Si S = 0

→ C = 4.86836



Si S > 0.5H

→ C = 4.17991


19


Una vez obtenido todos los datos necesarios para el cálculo de la conductividad hidráulica del suelo según la teoría de Ernst (1950), se reemplazaron los valores hallados en la ecuación:

DATOS: -

-

C = Factor de geometría, que está en función de y, H, r, S. 

Primera Opción

: Si S = 0

→ C = 4.86836



Segunda Opción

: Si S > 0.5H

→ C = 4.17991



Tercera Opción

: No considerar el valor de ¨C¨.

Δy = Depresión del nivel de agua en el pozo.  = 6.5

-

cm

Δt = Tiempo transcurrido durante la realización de la experiencia

(en segundos).  = 1 140

seg

ENTONCES:

 = 

 

Primera Opción K = 4.86836 ∗  = 0.027758



 = 0.023833

→ C = 4.86836

: Si S > 0.5H

→ C = 4.17991

. 

cm/s

Segunda Opción K = 4.17991 ∗

: Si S = 0

. 

cm/s


20




Tercera Opción



= = =

: No considerar el valor de ¨C¨.

 

 

(Conductividad Hidráulica sin corrección, C = 1)

. .

 = 0.005702

cm/s

Comparando los resultados de la conductividad hidráulica, se puede apreciar que los valores obtenidos al considerar el factor de geometría ¨C¨ en la determinación de la conductividad hidráulica son mayores que el obtenido sin la corrección.

C = 4.86836

C = 4.17991

0.027758 cm/s

0.023833 cm/s

SIN CONSIDERAR C ( C =1 ) 0.005702 cm/s

POR LO TANTO: Como se desconoce el valor real de ¨S¨ el cual se asumió solo para fines de estudio, se considerara como conductividad hidráulica al valor obtenido sin la corrección por geometría.

Finalmente se concluye que la conductividad hidráulica del suelo correspondiente al Pozo de Observación N° 4, de la localidad de la Huaycha tiene un valor de  = 0.005702 cm/s.

K = 5.701754 x 10-3 cm/s

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Como hemos experimentado mediante este método del Auger-Hole es posible medir la conductividad hidráulica del suelo utilizando esta sencilla herramienta en campo.


21




Durante el procedimiento de esta práctica se observó que en el terreno en el cual se trabajó se encontraron capas de roca a profundidades relativamente pequeñas por debajo de la superficie del suelo; lo que conllevo a hacer más pruebas hasta que se pueda encontrar la capa freática sin obstrucción de rocas, ya que si sometíamos al Auger - Hole a seguir perforando el suelo podría dañarse.



En el pozo N° 04 en cual trabajamos, encontramos que el suelo que se perforo resulto ser arcilloso, lo cual facilito su perforación mediante el Auger Hole y encontramos la napa freática a 1.20m



A diferencia de los demás pozos excavados en el área de trabajo, se observó que solo nuestro pozo se encontró con un suelo arcilloso, lo cual conllevo a que el nivel freático se encontró a 0.80m del nivel de la superficie teniendo que esperar un tiempo prolongado a comparación de los demás pozos en los cuales por tener una mayor porosidad el agua afloro de ellos.



La conductividad de nuestro pozo es de K = 0.005702 cm/s lo cual nos indica que nuestro suelo tiene una porosidad considerable, ya que se trata de un suelo con mucha arcilla, lo cual dificulta el paso del agua atreves de ella.



Se recomienda trabajar con varios pozos en una zona de trabajo y determinar el perfil estratigráfico del suelo en el que se utilicé este método, para que al final se pueda sacar un promedio de las conductividades.

9. BIBLIOGRAFÍA 

Drenaje. M. Villón. (2007).


22


10. ANEXOS 10.1

PLANO DE UBICACIÓN Y LOCALIZACIÓN


23


10.2

PLANO TOPOGRÁFICO


24


10.3

PLANO DE ISOPROFUNDIDAD


25


10.4

DISEÑO DE DREN


26

Informe m. de Campo Auger Hole

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