LABORATORIO LABORATORIO ENSAYOS DE PERMEABILIDAD
MECANICA DE SUELOS Y ROCAS
TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….3 TIVO………………………………………………… …………………………………………………4 ………………………4 1.1 OBJETIVO……………………… 2. MARCO TEORICO…………………… TEORICO………………………………………………… …………………………………………..5 ……………..5 2.1 DEFINICIONES…………… DEFINICIONES………………………………………… ……………………………………………………... ………………………...6 6 2.1.1 MEDIDA DE K CON RESPECTO A LA CURVA GRANULOMETRICA…………………………………………………………6 2.1.2 COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN MASAS ESTRATIFICADAS………………………………………… ESTRATIFICADAS…………… ……………………………………………...7 ………………...7 PROCEDIMIENTO…………………………………………… ……………………………………………10 …………………10 3. PROCEDIMIENTO………………… 4. RESULTADOS…………………… RESULTADOS………………………………………………… ……………………………………………..11 ………………..11 4.1 CAUSAS DE ERROR…………………………………………………………..12 INGENIERIA……………………………………….12 4.2 APLICACIONES EN LA INGENIERIA……………………………………….12 CONCLUSIONES………………………………………………… CONCLUSIONES…………………… ………………………………………………13 …………………13 REFERENCIAS………………………………………………… REFERENCIAS…………………… …………………………………………………14 ……………………14
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1. INTRODUCCIÓN
El presente informe muestra los resultados obtenidos en el laboratorio a partir de los ensayos de permeabilidad de cabeza constante y permeabilidad de cabeza variable. Teniendo como objetivo determinar a partir de los ensayos, la constante de permeabilidad K el caudal y la velocidad. En la realización de los ensayos se tomaron los datos de los diámetros y longitudes de la muestra al igual que cuatro intervalos de tiempo diferente, con dos variaciones de volumen entre 200 y 300 centímetros cubico, con una cabeza constante de 98 cm, y en el ensayo de cabeza variable con ho 90 cm – h1 60cm.
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1.1 OBJETIVO
Realizar los ensayos de permeabilidad de cabeza constante y cabeza variable y con los datos obtenidos hallar el coeficiente de permeabilidad y el caudal.
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2. MARCO TEORICO Ley de Darcy establece que el flujo a través de un medio poroso es proporcional a la pérdida de carga, a la sección considerada y la conductividad hidráulica, según la ecuación. Q = k S h/L En donde: Q = caudal de agua S = sección de flujo k = conductividad hidráulica, una medida de la capacidad del medio poroso para transmitir agua h/L = pérdida de carga En consecuencia, la velocidad de flujo será v = k i, que es conocida como velocidad de Darcy, 1
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Tomado de: http://www.agua.uji.es/pdf/leccionRH11.pdf
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Figura 1. Ensayo de Permeabilidad. Tomada de:www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Permeabilidad
2.1 DEFINICIONES 2.1.1 Medida de K con respecto a la curva granulométrica2 En suelos arenosos gruesos, los poros entre las partículas minerales son relativamente grandes y por ello la permeabilidad resulta comparativamente alta; en suelos de menores tamaños, los poros y canalículos entre los granos son más pequeños, por lo cual estos materiales son de menor permeabilidad.
En donde k es el coeficiente de permeabilidad buscado en cm/seg y D10 (cm) es el diámetro efectivo de Hazen. Hazen obtuvo su fórmula experimentando con arenas uniformes con diámetro efectivo comprendido entre 0,1 y 3,0 mm; en estos suelos C varió entre 41 y 146. El valor 116 suele mencionarse como un promedio aceptable de las experiencias efectuadas por Hazen.
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Tomado de: http://www.frlp.utn.edu.ar/web/MECASUR/archivos/trabajo_practico5.pdf 5
La temperatura influye en el valor de la permeabilidad, por alterar la viscosidad del agua. Tomando en cuenta ese factor, la fórmula anterior puede modificarse de la siguiente manera:
Otros investigadores han propuesto otras fórmulas de correlación. Schlichter, por ejemplo, tomó en cuenta, además de la temperatura, la compacidad en la siguiente expresión:
c es una función de n que responde a los valores de la tabla Nº 1
2.1.2 Coeficiente de permeabilidad para masas estratificadas 3 Los depósitos de suelos transportados consisten generalmente en capas con diferentes permeabilidades. Para determinar el coeficiente K medio de tales depósitos, se obtienen muestras representativas de cada capa y se ensayan 3
Tomado de: es.scribd.com/
/Coeficiente-de-Permeabilidad-de-Masas-Estratificadas
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independientemente. Una vez conocidos los valores de K correspondientes a cada estrato individual, el promedio para el depósito puede ser calculado.
Determinación de Ki : Coeficiente de permeabilidad promedio para la filtración de agua en sentido paralelo a los planos de estratificación (generalmente horizontal). Se considera que: La carga hidráulica es constante para todos los estratos, y la longitud del recorrido es L.
Figura 2. Determinación de Ki. Tomado de: http://es.scribd.com/ /Coeficiente-de-Permeabilidad-deMasas-Estratificadas
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Figura 3. Determinación de KII en suelos en planos de estratificación perpendiculares. Tomado de: http://es.scribd.com/ /Coeficiente-de-Permeabilidad-de-Masas-Estratificadas
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3. PROCEDIMIENTO En la práctica de laboratorio de los ensayos de permeabilidad se realizaron el ensayo de cabeza constante y de cabeza variable. Tomando distintos tiempos con tres cronómetros realizando cuatro repeticiones, hasta obtener tiempos similares. Empezando con el ensayo de cabeza constante de 98 cm y el de cabeza variable con ho= 90 h1= 60cm.
Figura 4. Esquema de ensayo de permeabilidad de cabeza variable. Tomado de: http://es.scribd.com/ /Coeficiente-de-Permeabilidad-de-Masas-Estratificadas
Datos de los ensayos laboratorio
Ensayo de cabeza constante Q= 200 Q=200 Q=300 t1 Tiempos (s)
T promedio
t2
Ensayo de cabeza variable ho = 90 y h1 = 60 ho = 90 y h1 = 30
t3
t1
t2
t1
t2
10,210 10,180 10,040 10,050
9,780 9,750 9,080 9,080
14,780 14,780 14,750 14,860
0,970 0,970 1,000 0,930
1,020 1,020 0,930 1,000
3,030 3,040 3,000 3,020
2,740 2,630 2,850 2,070
10,120
9,423
14,793
0,968
0,993
3,023
2,573
4. RESULTADOS Tabla 1. Datos obtenidos en el laboratorio.
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Diámetro (cm) = Longitud (cm) = Área (cm2) = h (cm) = i=
7,603 14.364 45,377 98,000 0,006822612
Diámetro (cm) = Longitud (cm) = Área (cm2) = ho (cm) = h1 (cm) = i= Área bureta (cm)=
6,340 7,470 31,554 90,000 60,000 4,01606426
Diámetro (cm) = 6,340 Longitud (cm) = 7,470 Área (cm2) = 31,554 ho (cm) = 90,000 h1 (cm) = 30,000 i= 8,03212851 Área bureta 0,636 (cm)= 0,636 Tiempo inicial 0,000 (s) 0,000
Tiempo inicial (s)
Tabla 2. Diámetros y longitudes de la muestra.
Ensayo de cabeza constante
velocidad
Caudal Q(cm3)
0,62632725 0,23582959 0,3379977
Tiempo promedio (seg) 200 t1 200 t2 300 t3
10,12 9,423 14,793
Permeabilidad k (cm/seg) 0,199908141 0,080838601 0,073801837
Tabla 3. Resultados ensayo de cabeza constante. Ensayo de cabeza variable
Cabeza h (cm) 60 30
Tiempo final (seg)
Permeabilidad k(sm/seg)
0,986 0,993 3,023
0,061926195 0,061489656 0,054727314
2,573
0,064298744
Tabla 4. Resultados ensayo de cabeza variable.
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4.1 CAUSAS DE ERROR: En la realización de un ensayo de laboratorio pueden existir diversas causas de error, desde la técnica utilizada por la persona que lo realiza hasta las mismas propiedades de los suelos y su interacción con los equipos. En el caso de este laboratorio realizado una posible fuente de error pudo ser la toma manual de los tiempos con los cronómetros ya que al ser manejados por diferentes personas, la variación siempre permanece. Al igual que el ensayo puede ser afectado por la presencia de aire o gases en los poros, en el permeámetro o en el agua. Todo lo anterior puede incidir como causas de erros en los resultados obtenidos de los ensayos.
4.2 APLICACIÓN EN LA PRACTICA INGENIERIL La permeabilidad del suelo es un factor importante en construcción de cualquier obra en ingeniería. Es uno de los estudios geotécnicos más importantes que se deben realizar ya que con estos ensayos se puede calcular la velocidad con el agua fluye a través del suelo y de igual forma la permeabilidad o no permeabilidad que este puede tener. Estos ensayos son importantes desde la piscicultura con los estanques en los suelos hasta minería en la determinación de niveles de agua, pasando por la construcción u cualquier obra que implique utilización de los suelos.
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CONCLUSIONES La permeabilidad de los suelos varía de acuerdo a la naturaleza del mismo, su granulometría, ambiente de depósito, humedad volumétrica, y de acuerdo al tipo de fluido al que se encuentre expuesto. Los valores de permeabilidad obtenidos en el laboratorio mediante los ensayos son variables dependiendo el tiempo promedio utilizado en los cálculos realizados.
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REFERENCIAS
Ensayos de Permeabilidad. [En línea]. Recuperado de: http://ing.unne.edu.ar/pub/Geotecnia/2k8-04-10/l5-p.pdf [Fecha de Consulta: 14 de Abril de 2014].
Permeabilidad en masas estratificadas. [En línea]. Recuperado de: http://es.scribd.com/ /Coeficiente-de-Permeabilidad-de-Masas-Estratificadas [Fecha de Consulta: 14 de Abril de 2014]. Procedimientos Laboratorios de Suelos. [En línea]. Recuperado http://trabsuelos.blogspot.com . [Fecha de Consulta: 14 de Abril de 2014].
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de:
