Permeabilidad

Permeabilidad

PRACTICA # 5 ENSAYO DE PERMEABILIDAD

José Ferado Os!io CC"  $%55$&' J(a Ferado Ferado Pieda Pieda R)a CC" *%*+,-

PROFESOR" Daiel Ed(ardo Tos.ao Pa/i0o

1NI2ERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLIN '*&

Permeabilidad INTROD1CCI3N En la mecánica de suelos es menester saber cuánta agua fluye por el suelo en un tiempo determinado, ya que este es un factor muy importante para el diseño de cualquier obra ingenieril y por lo tanto requiere de especial atención. Para determinar la permeabilidad de un suelo en el laboratorio, existen dos métodos principales: el método de cabeza constante y el método de cabeza ariable. En el presente informe se muestran los resultados y el análisis de permeabilidad realizado a una muestra de suelo puesta en laboratorio.

Norma ASTM" D '+&+ 4 -$  OBJETI2O 6ENERAL !eterminar el coeficiente de permeabilidad de una muestra de suelo utilizando los ensayos de cabeza constante y cabeza ariable.

' MARCO TEORICO ' PERMEABILIDAD "a permeabilidad de los suelos es la propiedad que tiene éste de de#ar pasar un fluido $l%quido o gas& a traés de él, se entiende como la capacidad con que el agua puede fluir a traés de los espacios ac%os con mayor o menor facilidad Esta propiedad se mide con el coeficiente de permeabilidad

 K 

que corresponde a

una

magnitud que se expresa en unidades de elocidad y depende de las caracter%sticas del suelo y de las propiedades del fluido. "os factores que influyen fundamentalmente en la permeabilidad son: 'aracter%sticas granulométricas de la muestra, as%, para suelos gruesogranulares bien gradados la permeabilidad es alta y para los mal gradados es ba#a( en los suelos finogranulares la permeabilidad depende de relación de ac%os, su plasticidad y composición mineralógica $a causa de las fuerzas de adsorción&. , los )).. "as caracter%sticas del fluido que influyen en la permeabilidad son su iscosidad, su peso unitario y su polaridad, que en el caso del agua dependen básicamente de la temperatura. 'omo el coeficiente de permeabilidad ar%a ampliamente, la influencia que tienen sobre él las propiedades del agua puede despreciarse luego el coeficiente de permeabilidad  K  es constante para un suelo determinado.

'' LEY DE DARCY "ey planteada por !arcy, en *+-, para conocer las caracter%sticas del flu#o de agua a traés de filtros de arenas finas, aciendo ariar la longitud de la muestra L y la cabeza idráulica h, !arcy determinaba el caudal Q que pasaba a traés de la muestra de suelo. Fi7(ra 

Permeabilidad Fi7(ra  "ey de !arcy. F(e/e !iapositias clase h Q=VA;V = Ki ;i =  L V  :

 /elocidad de descarga del agua a traés del suelo.

i : 0radiente idráulico que es la relación entre

recorre el agua en su carrera de flu#o a traés del suelo  K  :

∆ h , cabeza idráulica y el camino que L.

'oeficiente de permeabilidad en unidades de elocidad

'& ENSAYO DE PERMEABILIDAD DE CABE8A CONSTANTE Este ensayo se utiliza para suelos muy permeables $gruesogranulares& tales como arenas y graas. El esquema de monta#e para el ensayo se muestra a continuación. Fi7(ra '

Fi7(ra ' Ensayo de permeabilidad de cabeza constante Paniagua, E. ". 0. $n.d.&. 1otas 2ecánica de 3uelos 4 En este ensayo se mantiene la cabeza idráulica constante mientras se mide la elocidad de descarga / a traés de la muestra de suelo. 5s%: : 'abeza idráulica constante.  5: 6rea seccional de la muestra en dirección perpendicular al flu#o. ": "ongitud de la muestra en la dirección del flu#o. /: olumen total de agua que fluye durante un tiempo t. t: 7iempo transcurrido durante la filtración medida. 8na expresión que permite calcular el coeficiente de permeabilidad en este ensayo, considerando la el caudal que pasa por unidad de tiempo a traés de  A es:

Permeabilidad

 K =

VL  Aht 

'+ ENSAYO DE PERMEABILIDAD DE CABE8A 2ARIABLE Es un ensayo que es utilizado en suelos finogranulares. En el cual el agua fluye a traés de un tubo estreco, de diámetro a con el fin de facilitar la medida de ariaciones de los nieles del agua en su interior.

Fi7(ra & Esquema de permeabilidad de cabeza ariable Paniagua, E. ". 0. $n.d.&. 1otas 2ecánica de 3uelos 4 '5 ENSAYO DE BOMBEO En el estudio de los suelos es muy importante conocer la permeabilidad de un terreno en el que se a realizar una obra. Para ello se inentaron arios métodos que permiten encontrar su alor en campo '5 PO8OS DE ABSORCI3N 'onsiste en acer pozos de 9 x 9x9, los resultados de este ensayo son cualitatios y solo representatios de una capa de material de *m y se miden los diferentes nieles de agua en función del tiempo, los interalos de tiempo dependen del tipo de material, puede decirse que un manto es impermeable si el agua tarda más de 9 oras sin ser absorbida completamente. '5' PO8OS RADIALES 'uando es necesario conocer la permeabilidad de un depósito de materia gruesogranular del que es dif%cil obtener muestras inalteradas es recomendable recurrir al pozo central de bombeo, el cual está rodeado de arios pozos dispuestos radialmente. En el cual se miden los nieles piezómetricos en todos los pozos de obseración. '5& PO8O DE MATERIAL 9OMO6:NEO 8tilizando la fórmula de 7iem, se puede obtener el coeficiente de permeabilidad media del suelo, cuando el material es omogéneo y se trata de una cimentación. Es necesario abrir tres pozos a

Permeabilidad cielo abierto, instalando en uno de ellos un equipo de bombeo y utilizando las dos restantes para medir el abastecimiento del niel freático al estar bombeando en el terreno.

& PROCEDIMIENTO & ENSAYO DE CABE8A CONSTANTE En el ensayo se miden arios ol;menes / para diferentes tiempos t con el fin de obtener un coeficiente de permeabilidad < promedio.

Fi7(ra + Ensayo de cabeza constante

Fi7(ra 5 2uestra de suelo

&' ENSAYO DE CABE8A 2ARIABLE h0

y se anota el tiempo inicial

h0− hn

& para arias lecturas y se

En el ensayo se coloca una columna de agua de altura conocida t 0

. Posteriormente se determina la pérdida de cabeza $

anota el tiempo final

t n

. En esta forma se tiene para cualquier tiempo

t n

 un

hn

Permeabilidad

Fi7(ra + Ensayo de cabeza ariable

Fi7(ra 5 2uestra de suelo

Permeabilidad

+ DESARROLLO DEL LABORATORIO + ENSAYO DE CABE8A CONSTANTE El coeficiente de permeabilidad = se calcula con la siguiente ecuación. k =

V .L  A ∙ h ∙t 

Permeabilidad + DATOS PARAMETRO  5ltura de la cabeza

NOTACION 

1NIDAD $cm&

2ALOR +

"ongitud de la muestra !iámetro de la muestra  6rea seccional de la muestra

" ! 5

$cm& $cm& $cm@&

*>.+? ?.>.>

Tabla !efinición de parámetros del ensayo de cabeza constante Pr(eba * @

2ol ;.m&< * @

/;s< *-.>? 9.-+

/';s< *-.9 9.9

/&;s< *-.> 9.-

Tabla  !atos de la e#ecución del ensayo +' C=LC1LOS Y RES1LTADOS Pr(eba * @

/!rom;s< *-.9 9.>

>;.m?s< @.* x*A@ @.9* x*A@

Tabla ' 'álculos de la permeabilidad para cada una de las pruebas e#ecutadas "uego la permeabilidad promedio de la muestra es: −2

k  prom =2.41 x 10

(cm / s )

+' ENSAYO DE CABE8A 2ARIABLE El coeficiente de permeabilidad = se calcula con la siguiente ecuación. k =

ho a. L )  ln ( h1  A ( t i−t o )

+' DATOS PARAMETRO  5ltura inicial del agua en el tubo  5ltura Cinal del agua en el tubo  5ltura Cinal del agua en el tubo  5ltura Cinal del agua en el tubo "ongitud de la muestra !iámetro de la muestra  6rea seccional de la muestra !iámetro del tubo

NOTACION  * @ 9 " ! 5 d

1NIDAD $cm& $cm& $cm& $cm& $cm& $cm& $cm@& $cm&

2ALOR B > 9 @ ?.? -.9> 9*.? .-99

Permeabilidad  6rea seccional de la bureta 7iempo inicial 7iempo promedio para h1

a t t ´1

7iempo promedio para h2 

t ´2

7iempo promedio para h3

t ´3

$cm@& $s& $s& $s& $s&

.9*>  9.>+ >.9 .B*

Tabla & !efinición de parámetros del ensayo de cabeza constante +'' CALC1LOS Y RES1LTADOS Al/(ra de .abe@a ;.m< > 9 @

Permeabilidad > ;.m?s< *.-9x*A@ *.B* x*A@ *.?+x*A@

Tabla + 'álculos de la permeabilidad para cada una de las pruebas e#ecutadas k  prom =1.77 x 10

−2

(cm / s )

5 ANALISIS DE RES1LTADOS El coeficiente de permeabilidad seg;n los ensayos de cabeza constante muestra que la capacidad −2 con que el agua circula a traés del suelo es del orden 2.41 x 10 ( cm / s ) encontrándose entre el interalo de suelos moderadamente permeables, es decir, 7erzagui y Pec<.

Permeabilidad rela/ia

cm s < 2alores de  K  ¿

2uy permeable

≥ 1 x 10

2oderadamente permeable

1 x 10

Poco permeable

1 x 10

2uy poco permeable

1 x 10

4mpermeable

¿ 1 x 10−

arena limosa o arena sucia   seg;n

S(elo /!i.o

0raa gruesa

−1

−1

−1  x 10−

 5rena, arena fina

−3

−1 x 10−

 5rena limosa, arena sucia

−5

−1 x 10−

"imo, arenisca fina

3

5

7

7

 5rcilla

Tabla 5 /alores relatios de permeabilidad seg;n 7erzagui y Pec<

Permeabilidad

CONCL1SIONES REFERENCIAS