informe tipos de permeametros

PERMEÁMETROS

“

Docente: Asignatura: Hidrología II Integrantes:

Ciclo/ Sección: 8vo Ciclo / T-A

2017

”

H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o|

ÍNDICE 1) INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... .................................................................................................................... 3 2) OBJETIVOS ....................................................................................................... ............................................................................................................................. ...................... 4 2.1

Objetivo General ......................................................................... .......................................................................................................... ................................. 4

2.2

Objetivos Específicos ................................................................. .................................................................................................. ................................. 4

3) MARCO TEÓRICO ................................................................................................................. 4 3.1

PERMEABILIDAD PERMEABILIDAD..................................................................................................... ..................................................................................................... 4

3.1.1 Factores que afectan la permeabilidad ......................................................................... ......................................................................... 5 3.1.2 Medición de la permeabilidad ................................................................... ...................................................................................... ................... 7 3.2

LEY DE DARCY ...................................................................................................... ...................................................................................................... 14

3.3

PERMEAMETROS ................................................................................................... ................................................................................................... 15

3.4

TIPOS DE PERMEAMETROS PERMEAMETROS............................................................. ................................................................................. .................... 15

3.4.1 PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE ........................................................ 15 3.4.2 PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE ........................................................... 17 4) CONCLUSIONES CONCLUSIONES .................................................................................................................. .................................................................................................................. 19 5) BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... .................................................................................................................... 20

ILUSTRACIÓN ILUSTRACIÓN 1 LA IMPORTANCIA DE LA CONECTIVIDAD. LOS POROS CONECTADOS (VERDE) CONFIEREN A LA ROCA SU PERMEABILIDAD, LO QUE PERMITE EL FLUJO DEL FLUIDO .................................................. 5

ILUSTRACIÓN 2 MÉTODO DE LEFRANC CON NIVEL CONSTANTE .................................................. .................................................................... .................. 8 ILUSTRACIÓN 3 SUBIDA INICIAL, MEDIDA DE DESCENSOS .............................................................................. 9 ILUSTRACIÓN 4: MÉTODO DE HVORSLEV ............................................................................................... .................................................................................................... ..... 11 ILUSTRACIÓN 5: MÉTODO DE COOPER -B -BREDEHOEFT-PAPADOPOULOS ............................................... ....................................................... ........ 12 ILUSTRACIÓN 6: CAUSA DE ERROR SI EXISTE ZONA FILTRANTE POR ENCIMA DE LA SUPERFICIE FREÁTICA ............................................................................................................................................... ................................................ 13 INICIAL ............................................................................................... ILUSTRACIÓN 7: MÉTODO DE BOWER -R -R ICE ICE FLUJO DE AGUA A TRAVÉS DE LA SUPERFICIE DEL SUELO. (ORGANIZACION METEOROLOGICA MUNDIAL, 1974) .......................................................... 14 ILUSTRACIÓN 8: FIGURA A ................................................................ ........................................................................................................................... ........................................................... 16 ILUSTRACIÓN 9: FIGURA B, ..................................................................................................................... ..... 16 ILUSTRACIÓN 10: FUENTE MECÁNICA DE SUELOS/ LAMBE Y WHITMAN ..................................................... .......................... ........................... 18

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1) INTRODUCCIÓN Los suelos y las rocas no son sólidos ideales, sino que forman sistemas con 2 o 3 fases: partículas sólidas y gas, partículas sólidas y líquido, etc. El líquido es normalmente agua y el gas se manifiesta a través de vapor de agua. Por lo tanto se habla de medios porosos. A estos medios se los caracteriza a través de su porosidad y a su vez esta propiedad condiciona la permeabilidad del medio o del material en estudio. Se dice que un material es permeable cuando contiene vacíos continuos, estos vacíos existen en todos los suelos, incluyendo las arcillas más compactas, y en todos los materiales de construcción no metálicos, incluido el granito sano y la pasta de cemento, por lo tanto dichos materiales son permeables. La circulación de agua a través de la masa de estos obedece aproximadamente a leyes idénticas, de modo que la diferencia entre una arena limpia y un granito es, en este concepto, solo una diferencia de magnitud. La permeabilidad de los suelos, es decir la facultad con la que el agua pasa a través de los poros, tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en muchas operaciones constructivas, de allí la importancia de su estudio y determinación. La técnica de manejo de un permeámetro de laboratorio es para la determinación de la conductividad hidráulica en saturación de muestras de suelo inalteradas. La conductividad hidráulica de un medio poroso expresa la velocidad con la que circula un fluido por los huecos que quedan entre sus partículas constituyentes, siendo una de las propiedades que reflejan con mayor precisión el tiempo de permanencia del agua en el suelo. Su valor nos ayuda a prever la respuesta del terreno ante a las lluvias o el riego La conductividad hidráulica es una de las propiedades físicas de los suelos, que ha sido objeto de especial atención por un gran número de investigadores, de todo el mundo debido a la preponderante importancia que tiene en el diseño de sistemas de riegos y drenajes, y también, en el diseño de pozos profundos para captación de aguas subterráneas. Esto contribuye a la determinación de técnicas adecuadas de análisis con las cuales la ingeniera Agrícola ha logrado importantes avances en la interpretación de las propiedades mecánicas del suelo. En el presente informe se aborda temas del cálculo de la constante de permeabilidad a través de los diferentes tipos de permeámetro que existen como son el permeámetro de carga constante y permeatro de carga variable, también se explica de manera detallada la ley de Darcy para el cálculo de la permeabilidad.

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2) OBJETIVOS 2.1 Objetivo General Conocer los conceptos y tipos de Permeámetros mediante la búsqueda de fuente bibliográfica, con la finalidad de estudiar y explicar sus características para el aprendizaje en el estudio del curso.

2.2Objetivos Específicos 

Explicar detalladamente la permeabilidad mediante fuentes bibliográficas.



Conocer la ley de Darcy mediante fuentes bibliográficas.



Estudiar el concepto de permeámetro mediante fuentes bibliográficas.



Explicar detalladamente los tipos de Permeámetros mediante fuentes bibliográficas.

3) MARCO TEÓRICO 3.1PERMEABILIDAD La permeabilidad, que es la capacidad de un material poroso para permitir que los fluidos lo atraviesen, depende del número, la geometría y el tamaño de los poros interconectados, los capilares y las fracturas (derecha). La permeabilidad es una propiedad intrínseca de los materiales porosos y rige la facilidad con la cual los fluidos se desplazan a través de los yacimientos hidrocarburíferos, los acuíferos, los empaques de grava y los filtros. La permeabilidad se define en unidades de área, concepto que se refiere al área del espacio poroso abierto en la sección transversal que enfrenta, o es perpedincular, a la dirección del fluido fluyendo. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad para la permeabilidad es el m2.

La unidad de uso común es el darcy (D) [aproximadamente 10−12 m2]; esta unidad debe su nombre al ingeniero francés Henry Darcy, cuyos experimentos con agua fluyendo a través de arena condujeron a la formulación de la ley de Darcy, que describe el flujo de fluido en estado estacionario a través de medios porosos. En la mayoría de las aplicaciones petroleras, la unidad

de uso común es el milidarcy (mD) [aproximadamente 10−15 m2]. Bower, H. (1989) La permeabilidad no debe confundirse con la movilidad ni con la conductividad hidráulica. La movilidad es la permeabilidad de un medio dividida por la viscosidad dinámica del fluido que fluye a través de ese medio. La conductividad hidráulica, o transmisividad, es la descarga, o velocidad efectiva, del flujo de fluido a través del medio y equivale al flujo de fluido, el volumen de fluido que atraviesa una sección transversal durante un intervalo de tiempo, dividido por la sección transversal. La movilidad y la conductividad hidráulica son características colectivas que combinan las propiedades del fluido con las del medio poroso.

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H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o| Ilustración 1 La importancia de la conectividad. Los poros conectados (verde) confieren a la roca su permeabilidad, lo que permite el flujo del fluido

Fuente 1 Bower, H. (1989)

3.1.1 Factores que afectan la permeabilidad En muchos materiales, la permeabilidad es casi directamente proporcional a su porosidad, que es la fracción del volumen total del material ocupada por poros o vacíos. Sin embargo, ésta no es una regla absoluta. Los factores texturales y geológicos determinan la magnitud de la permeabilidad mediante el incremento o la reducción de la sección transversal del espacio poroso abierto. Estos factores afectan la geometría del espacio poroso y son independientes del tipo de fluido. Bower, H. (1989) Los materiales formados a partir de estructuras apiladas de esferas sólidas idénticas, sean balas de cañón, canicas o cojinetes de bolillas, poseen las mismas porosidades. Sin embargo, las secciones transversales de los poros difieren significativamente; por consiguiente, las permeabilidades de estas estructuras también difieren significativamente. La permeabilidad de las rocas compuestas por granos grandes, o gruesos, será mayor que la de los granos pequeños o finos (izquierda). Selección es el rango de tamaños de los granos existentes en los materiales sedimentarios. Los materiales con buena selección poseen granos del mismo tamaño, en tanto que los materiales pobremente seleccionados poseen granos de tamaños diversos. La permeabilidad se reduce a medida que el grado de selección varía de bueno a pobre porque los granos pequeños pueden rellenar los espacios existentes entre los granos grandes. Bower, H. (1989) La permeabilidad también es influenciada por la forma de los granos. Las medidas de la forma de los granos son la esfericidad, la redondez y la rugosidad. La esfericidad es el grado en que la forma de un grano se aproxima a la de una esfera. La redondez se relaciona con el grado de suavidad (lisura) de la superficie del grano, que varía entre angular y redonda. La rugosidad es el 5

H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o| grado de textura de grano. La forma de los granos afecta el empaquetamiento; es decir, la disposición 3D de los granos. La variabilidad de la forma de los granos puede impedir que éstos alcancen el empaquetamiento más compacto posible, lo que incide en la permeabilidad. A medida que se incrementa el grado de empaquetamiento, pasando de no consolidado a compacto, un grano se pone en contacto con un número cada vez mayor de granos adyacentes. En consecuencia, los espacios existentes entre los granos y las secciones transversales abiertas al flujo se reducen, lo que se traduce en menor permeabilidad. Bower, H. (1989) Diagénesis es la alteración de la textura y la mineralogía original de una roca. La disolución, la dolomitización, el fracturamiento u otros procesos que alteran las rocas, generan una porosidad adicional, o porosidad secundaria, que puede incrementar la permeabilidad. La precipitación del cemento entre los granos minerales o los granos de las rocas reduce la permeabilidad. Los minerales de arcilla pueden formar cristales que revisten las paredes de los poros o crecer como fibras y láminas que obturan el volumen poroso. Las arcillas intersticiales autígenas, que son las arcillas que se desarrollan entre los granos, pueden rellenar el espacio poroso y reducir la permeabilidad. Las arcillas alogénicas, que son las arcillas que han sido transportadas hacia el interior de los poros, pueden obturarlos. El esfuerzo y la presión se incrementan conforme las rocas son sepultadas en las profundidades de las cuencas sedimentarias. Como consecuencia de ello, el volumen poroso y el volumen aparente de la roca se comprimen, produciendo la reducción de la permeabilidad. Las presiones de los fluidos también afectan la permeabilidad; un incremento de la presión del fluido abre los poros, en tanto que una reducción produce su cierre. Custodio, E. (1983) La mayoría de las rocas exhiben cierta anisotropía de permeabilidad,que es la variación de la permeabilidad con la dirección. La esfericidad de los granos y la presencia de fracturas son factores que afectan la direccionalidad de la permeabilidad. Los granos esféricos forman empaquetamientos isotrópicos, que permiten que el fluido fluya igualmente bien en todas las direcciones. Los granos aplastados (achatados) y ovalados (alargados) tienden a yacer en sentido horizontal y paralelos unos con respecto a otros y forman capas que afectan la facilidad del flujo de fluido. La permeabilidad anisotrópica es mayor cuando los fluidos fluyen en sentido paralelo a una capa que cuando lo hacen en sentido perpendicular a la misma. Los fluidos fluyen con más facilidad a través de las fracturas abiertas que entre los granos. Si las fracturas exhiben una alineación preferencial, la permeabilidad alcanza un valor máximo en sentido paralelo a esta dirección y es anisotrópica. Como consecuencia de los factores texturales y geológicos que inciden en la permeabilidad, el trayecto que recorre el fluido a través de la roca puede ser más largo, con muchos giros y curvas, que la distancia lineal directa entre el punto inicial y el punto final (abajo). La tortuosidad es la relación de la distancia real recorrida dividida por la distancia 6

H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o| en línea recta. La permeabilidad es inversamente proporcional a la tortuosidad. Custodio, E. (1983)

3.1.2 Medición de la permeabilidad La permeabilidad puede ser medida en el laboratorio y determinarse indirectamente en el campo. En el laboratorio, los analistas hacen circular un fluido monofásico a través de un núcleo de roca de longitud y diámetro conocidos. El fluido posee una viscosidad conocida y fluye con una tasa establecida. Cuando el flujo alcanza el estado estacionario, un analista mide la caída de presión producida a lo largo del núcleo y utiliza la ley de Darcy para calcular la permeabilidad. Para el análisis rutinario de núcleos, el fluido puede ser aire, pero con más frecuencia se utiliza un gas inerte, tal como nitrógeno o helio. En un método alternativo de laboratorio, los analistas aplican presión de gas en el lado orientado aguas arriba de una muestra y monitorean el proceso a medida que el gas fluye a través de la muestra y la presión se equilibra con la presión aguas abajo. Durante este procedimiento en estado inestable, o de decaimiento de presión, los analistas emplean la tasa de cambios de presión con el tiempo y la tasa de flujo del efluente para resolver la permeabilidad. El método de decaimiento de la presión resulta particularmente eficaz para medir la permeabilidad de las muestras compactas, o de baja permeabilidad, porque se requiere mucho tiempo para lograr el flujo en estado estacionario a través de estas muestras. Custodio, E. (1983) Los analistas aplican correcciones para compensar las diferencias entre las condiciones de laboratorio y las condiciones de fondo del pozo. Y dan cuenta de las diferencias de los esfuerzos mediante la aplicación de un esfuerzo de confinamiento en una o más muestras pequeñas, o muestras de núcleos, representativas. Para determinar el efecto de los esfuerzos sobre la permeabilidad, a menudo los analistas utilizan diversos esfuerzos de confinamiento en algunas muestras y luego aplican un factor de corrección por el esfuerzo de confinamiento del yacimiento en las otras muestras. El flujo de gas en los poros es más rápido que el flujo de líquido porque los líquidos experimentan una mayor resistencia al flujo, o arrastre, que los gases en las paredes de los poros. Este efecto de fuga de los gases, o tasa de flujo más alta de los gases respecto de los líquidos, puede ser corregido mediante el incremento gradual de la presión media del gas en la muestra de núcleo, lo que produce la compresión del gas e incrementa su arrastre en las paredes de los poros. La corrección de Klinkenberg es una extrapolación de estas mediciones hasta la presión infinita del gas, punto en el cual se asume que el gas se comporta como un líquido. En el campo, la permeabilidad puede ser estimada en la región vecina al pozo utilizando datos derivados de los registros de pozos. Los datos principales derivados de los registros provienen de las herramientas de resonancia magnética nuclear (RMN). Las estimaciones de la permeabilidad Bower, H. (1989)

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a. Método de Lefranc con nivel constante Se introduce un caudal constante, Q, para mantener el nivel del agua dentro del sondeo estabilizado a una altura hm. Ver la figura adjunta para las variables usadas en las fórmulas siguientes. La conductividad hidráulica se obtiene por esta expresión:

Ilustración 2 Método de Lefranc con nivel constante


(Unidades homogéneas, por ejemplo: metros, segundos, m3 /s, m/s) Si la única zona filtrante es solamente la boca del sondeo, de diámetro d, puede tomarse (Puertos del Estado, 1994):

C = 2,75 x b. Método de Lefranc con nivel variable Jiménez Salas (1981, p.100) indica este método como poco fiable, meramente indicativo. Pueden presentarse dos casos: que la zona filtrante tenga un diámetro igual o distinto que la entubación 8

H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o| del piezómetro. Se hace subir el nivel hasta una altura h0, y posteriormente medimos dos niveles, h1 y h2, entre las que ha transcurrido un tiempo t. La permeabilidad se calcula mediante la expresión siguiente:

(Unidades homogéneas, por ejemplo: metros, segundos, m3/s, m/s) Ilustración 3 subida

inicial, medida de descensos


c. Método de Gilg-Gavard con nivel constante Se introduce un caudal constante, Q, para mantener el nivel del agua dentro del sondeo estabilizado a una altura hm. La permeabilidad (o conductividad hidráulica) K se obtiene por la expresión:

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L = longitud de la zona filtrante (metros). d = diámetro de la zona filtrante (metros). Se añade agua para mantener el nivel aproximadamente constante, normalmente hasta la boca del sondeo. El volumen añadido se expresa en forma de caudal considerando el tiempo que hemos estado introduciendo agua. La longitud de la zona filtrante, L, puede corresponder a una parte de la entubación dotada de rejilla o bien que se ha tirado hacia arriba de la entubación, dejando unos cm sin entubar.

d. Método de Gilg-Gavard, nivel variable Se introduce un volumen de agua en el instante inicial, y posteriormente se mide la evolución de la recuperación. En este caso, se utiliza la expresión:

Donde: K = permeabilidad (cm/seg). h = bajada del nivel (metros) en un tiempo t. t = intervalo de tiempo (minutos) en el que hemos medido el descenso h.

d = diámetro de la entubación (metros). A = factor de forma, misma fórmula que para el Gilg-Gavard de nivel constante. Hm = altura del agua por encima del nivel inicial (metros), en este caso, el nivel medio en el intervalo t.

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e. Método de Hvorslev Se genera un ascenso inicial (ho) y se miden los niveles en función del tiempo. Para ser utilizado en piezómetros que no necesariamente atraviesan el acuífero en su totalidad. La permeabilidad del terreno viene dada por la siguiente expresión:

Ilustración 4: Método de Hvorslev

Donde: K = permeabilidad o conductividad hidráulica. rtu = radio de la entubación. L = longitud de la rejilla o parte ranurada de la perforación. rf = radio de la zona filtrante. t37 = tiempo en el que aún perdura el 37% del ascenso instantáneo inicial. Las unidades pueden ser cualesquiera, a condición de que L, rtu y rf estén expresadas homogéneamente. Si, por ejemplo, esas tres variables están en cm y t37 en segundos, la conductividad hidráulica K se obtendría en cm/seg. El radio de la entubación influye en el volumen de agua almacenado dentro del tubo, el radio de la rejilla o de la zona filtrante influye en el área de paso del agua para infiltrarse en el terreno. Ambos pueden ser iguales. Si existe un empaque de gravas, y en formaciones de baja permeabilidad, debemos considerar el radio del empaque de gravas como radio de la zona 11

H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o| filtrante, ya que esa es la pared del cilindro que debe atravesar el agua para pasar a la formación geológica. (El radio del empaque de gravas será el radio de la perforación). Hay criterios diversos en la bibliografía para considerar la longitud de la zona filtrante (L): la longitud de la rejilla o la longitud del empaque de gravas.

f. Método de Cooper-Bredehoeft-Papadopoulos Este método está diseñado para sondeos totalmente penetrantes, en acuíferos confinados. El procedimiento de campo es el mismo indicado anteriormente: subida inicial de nivel (ho) y medida de los niveles en función del tiempo a medida que el agua va pasando de la perforación al terreno. Se precisa un gráfico patrón que representa h/ ho en función de  (=T.t/ rtu 2 ) para distintos valores de  (=S. rf 2 /rtu 2 ). [rf , rtu : ver la figura]. Presentamos este gráfico al final, como Anexo I, dibujado a partir de los datos originales (Cooper,Bredehoeft y Papadopoulos, 1967). Superponiendo los datos de campo sobre estas curvas obtendremos la Transmisividad y una estimación del Coeficiente de Almacenamiento.

Ilustración 5: Método de Cooper-Bredehoeft-Papadopoulos

g. Método de Bower-Rice Este método se desarrolló para acuíferos libres (Bower y Rice, 1976), para pozos que atraviesan total o parcialmente el acuífero. No obstante, Bower (1989) admite que puede proporcionar valores fiables de K en acuíferos confinados o semiconfinados.

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H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o| Aunque el método se describió inicialmente haciendo descender súbitamente el nivel y midiendo posteriormente los ascensos, también puede utilizarse a la inversa (subiendo súbitamente el nivel y midiendo los descensos), con la condición de que toda la zona filtrante esté por debajo de la superficie freática inicial. Si se realiza con ascenso inicial de nivel y parte de la zona filtrante se encuentra por encima de la superficie freática inicial, parte del agua que entra en el terreno lo haría a través de la zona no saturada y acarrearía un error importante en el cálculo de la K.

Ilustración 6: causa de error si existe zona filtrante por encima de la superficie freática inicial

Si hemos provocado un súbito ascenso, medimos dos niveles, ho y ht separados por un tiempo t. El cálculo de la conductividad hidráulica (K) se realiza mediante la siguiente expresión:

Donde: L = longitud de la zona filtrante. Rtu = radio de la entubación. ho = Nivel (desde de la superficie freática) antes del intervalo de tiempo t. Ht = Nivel (desde de la superficie freática) tras el intervalo de tiempo t. Rf = radio de la zona filtrante. Lw = altura de la superficie freática desde el límite inferior del filtro. 13

H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o| H = espesor saturado del acuífero libre. Re es el radio de influencia de la prueba, no es posible medirlo ni calcularlo.

Ilustración 7: Método de Bower-Rice Flujo de agua a través de la superficie del suelo. (ORGANIZACION METEOROLOGICA MUNDIAL, 1974)

3.2LEY DE DARCY El flujo de agua a través de medios porosos está gobernado por una ley descubierta experimentalmente por Darcy en 1856, quien investigó las características del flujo de agua a través de filtros de material térreo. Utilizando determinados dispositivos de diseño ( Hidráulica de aguas subterráneas y su aprovechamiento/Carlos Espinoza C.) .

Darcy encontró que para velocidades suficientemente pequeñas el gasto o caudal Q es:

 Q =  = K. i. A Dónde:

• • • •

Q: Caudal o gasto [cm3 /seg] ∂V: Variación del volumen en un diferencial de tiempo ∂t: Diferencial de tiempo k: Coeficiente de permeabilidad [cm/seg] 14


• •

i: Gradiente hidráulico [adimensional] A: Sección transversal del filtro [cm2]

Si se considera ecuación de continuidad

Q = V. A Donde:

• • •

Q: Caudal o gasto [cm3 /seg] v: Velocidad [cm /seg] A: Área transversal [cm2]

Es posible relacionarlos de tal forma que:

V=K. i Expresión conocida como Ley de Darcy.

3.3 PERMEAMETROS El permeámetro es un aparato que sirve para medir la permeabilidad de los materiales ante el paso de fluidos a través de ellos. Es un método directo de medir el coeficiente de permeabilidad.

3.4TIPOS DE PERMEAMETROS 3.4.1 PERMEAMETRO 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. (Lambe y Whitman, México 2001)

A continuación se muestran dos modelos de permeámetros y el cálculo del coeficiente de permeabilidad k.

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Ilustración 8: figura a

Fuente Mecánica de suelos

Ilustración 9: figura b,

Fuente: Mecánica de suelos

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H i d r o l o g í a - P e r m e á m e t r o| 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:



Q=

Una vez obtenido el caudal y en función de las características del permeámetro, aplicando la Ley de Darcy se obtiene: Q =k. i. A =

 



; i= ; A=

.  4



Reemplazando las ecuaciones y reordenando, obtenemos el valor del coeficiente de permeabilidad k: 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 de la figura “b”.

3.4.2 PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE Este tipo de dispositivo, brinda mayor exactitud para suelos menos permeables, como arcilla y limo. En este caso la cantidad de agua escurrida es medida en forma indirecta por medio de la observación de la relación entre la caída del nivel de agua en un tubo recto colocado sobre la muestra y el tiempo transcurrido. El longitud L, el área “A” de la muestra y el área “a” del tubo recto son conocidos. En adición, las observaciones deben ser hechas en no menos de 2 niveles

diferentes de agua en el tubo recto. Para la deducción del valor de “k” obsérvese el permeámetro de la siguiente figura, el que debe estar en régimen antes de efectuar cualquier medición. (Joseph E. Bowles. Bogotá: McGraw-Hill, 1980).

Considérese h1 como la altura del agua medida en un tiempo t1 y h2 como la altura del agua medida en un tiempo t2; h es la altura del agua intermedia en un tiempo t. La relación de flujo puede ser expresada como el área del tubo recto multiplicada por la velocidad de caída. La velocidad de caída es , el signo negativo significa que la carga h disminuye al aumentar el tiempo. Haciendo la ecuación para este caso de acuerdo con la relación de flujo dada por la Ley de Darcy se tiene:

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Ilustración 10: fuente Mecánica de suelos/ Lambe y Whitman

Haciendo la ecuación para este caso de acuerdo con la relación de flujo dada por la Ley de Darcy se tiene:

 =

  . = − .  =..=.  .

Reordenando e integrando la ecuación:

2 1 2  −.∫ ℎ .ℎ =  . .∫  Se obtiene el valor del coeficiente de permeabilidad k, expresado en:

 .   Q =  . ∆ .ln 2

o bien

 .   k = 2. 3  . ∆ .log 2

El principio de carga variable puede alterarse en muchas formas para obtener resultados en un amplio campo de tipos de suelos. Tipos diferentes de tubos rectos pueden usarse con mayores o menores áreas de acuerdo con la penetrabilidad de los materiales.

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4) CONCLUSIONES 

Se concluyó que mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir es preciso conocer tres factores muy importantes que son la porosidad, densidad y la presión y aplicar técnicas de construcción especiales. El tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de filtración (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolación (movimiento del agua a través del suelo). El tamaño y el número de los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura del suelo y también influyen en su permeabilidad. Un suelo permeable permite la recarga de los acuíferos, además retiene el agua para que las plantas se nutran de los minerales necesarios. EL suelo debe tener un equilibrio en su permeabilidad, no puede dejar de permear porque se inundaría la superficie, tampoco puede permearse el 100% del agua porque el suelo se quedaría sin agua suficiente para poder alimentar a toda la mesofauna y plantas que dependen del suelo para poder sobrevivir



La Ley de Darcy, propuesta hace ma ́s de 155 a n ̃os, establece que la relacio ́n entre la velocidad de descarga y el gradiente hidr a ́ulico del flujo del agua en arenas es una invariante del material llamada coeficiente de permeabilidad o conductividad hidr a ́ulica. Esta regla te ́cnica ha sido aplicada luego para predecir y evaluar el paso de fluidos diferentes al agua, a trave ́s de materiales de diferentes granulometr  ́as y caracter  ́sticas, incluidas rocas fracturadas, limos, arcillas, gravas, o combinaciones de diferentes materiales. Surge de all ́ la cuestio ́n de la validez de la extensio ́n de esta regla te ́cnica para materiales diferentes a las arenas, y fluidos diferentes al agua.



Concluimos que los permeámetros es un aparato que es usado en hidrología, agricultura y especialidades fines al suelo o mecánica de suelos, que sirve para medir la permeabilidad de los materiales ante el paso de fluidos a través de ellos. Es un método directo porque se realiza en campo en donde se mide el coeficiente de permeabilidad, los resultados extraídos se procesa indirectamente en laboratorio, mediante fórmulas para determinar parámetros en función de la permiabilidad.



Los tipos de permeametros investigados, fueron los siguientes: de carga constante, el cual presenta un error mayor, 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, y de carga variable, este ultimo brinda mayor exactitud para suelos menos permeables, como arcilla y limo.

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5) BIBLIOGRAFÍA 

                

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informe tipos de permeametros

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