Permeabilidad de Suelos Granulares (Carga Variable)

Universidad Mayor de San Andrés Facultad de ingeniería Ingeniería Civil MECÁNICA DE SUELOS I CIV – 219 LAB.

PERMEABILIDAD DE SUELOS FINOS CARGA VARIABLE

DOCENTE: Ing. Hernán Flores FECHA: 13/Noviembre/2012

1.- Fundamento Teórico:

Los suelos y las rocas no son solidos ideales, sino que forman sistemas con 2 o 3 fases: partículas solidas y gas, partículas solidas y liquido, o bien, partículas solidas, gas y liquido. 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 vacios continuos, estos vacios existen en todos los suelos, incluyendo las arcillas mas 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, como los son, por ejemplo, las excavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un terraplén, de allí la importancia de su estudio y determinación Este método se conoce como ensayo de nivel de agua variable, se aplica generalmente a suelos finos arcilloso o limo arcilloso. El ensayo en sí es de larga duración, ya que generalmente la cantidad de flujo que atraviesa la muestra es muy m uy pequeña. Según la ley de Darcy, el caudal que circula por el sistema será: q = k·i·A Para un tiempo t, el agua del tubo de carga desciende de un nivel h1 hasta un nivel h2. Puede decirse entonces que una taza de flujo q entre los niveles h1 y h2 circula por el sistema, hasta rebalsar en el reservorio inferior. En el caso de disponerse de un solo tubo de carga (tanque), la cantidad de agua que pasa por la muestra (V) será el área del tubo multiplicada por la diferencia de los niveles de agua, que será: V = a·(h1 – h2). El área del tubo (tanque) de carga (a), expresado en función al volumen.

Univ. GhinaVanneza Quispe Rojas

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donde: a – área interior del tubo de la carga (cm2) A – sección transversal de la muestra (cm2) L – altura del cuerpo de prueba (cm) h0 – distancia inicial del nivel del agua para el reservorio inferior (cm) h1 – distancia para el tiempo 1 del nivel de agua para el reservorio inferior (cm) Dt – intervalo de tiempo para que el nivel de agua pase desde h0 para h1 (cm)

2. Materiales y Equipos:           

Permeámetro de carga variable, Tanque de altura constante, para remover el aire y abastecer de agua al permeámetro durante el ensayo Conductos largos Piezómetros, con escalas métricas para medir la altura del agua Balanza con una precisión mínima de 0.5 g Cuchara, con una capacidad de 100 g Tanque de inmersión Horno de secado, capaz de mantener una temperatura de Termómetro Cronometro Equipo de accesorio: embudos espátulas, cuchillos etc.


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3. Procedimiento:     

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Limpiar el permeámetro y verificar las dimensiones con una precisión de 0.5 mm Determinar el peso del molde Colocar el suelo en un contenedor y determinar su contenido de humedad, w. Si se trata de arena, secarla previamente en horno para luego proceder a su colocación en seco. Colocar la muestra en el permeámetro con cierta densidad predeterminada sobre la base de resultados de ensayos de compactación. Para esto se podrá utilizar vibración o compactado por capas. Determinar el peso de la muestra mas molde, W2 Una vez ensamblada disponer un papel filtro en el tope de la muestra y taparla. Conectar la entrada de agua al conducto que proviene del tanque de altura constante Sumergir la muestra en un conector con un nivel de agua superior en 5 cm al tope de la misma y dejar que esta sature de 24 a 72 hrs. También puede utilizarse una bomba de vacio para acelerar la saturación. Cerrar tanto las válvulas de entrada y salida. Asegurarse que los conductos y manómetros estén libres de aire dejándolos correr. E permeámetro en esta etapa ya se encuentra totalmente ensamblado. Llenar el manómetro hasta la altura predeterminada h1. Determinar el tiempo en que el nivel de agua desciende hasta los niveles establecidos. Registrar la temperatura del agua Determinar el volumen de agua que fue drenado Llenar nuevamente la bureta y repetir el ensayo de 2 a 3 veces

4.- Cálculos:

Calcular el peso unitario, y, el peso unitario seco, Yd, y el Índice de vacíos, mediante las siguientes Ecuaciones.


e,

de la muestra

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     

    

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Estos valores se los obtiene de laboratorios antecedentes a estos de la misma muestra de suelo Calcular el coef iciente de permeabilidad, k , mediante:

 ()     Calcular el valor del coef iciente de permeabilidad para una temperatura de 20°C (el valor de k esa generalmente dado para esta temperatura) utilizando la ecuación 10.

       

Donde:  = Coeficiente de permeabilidad a la temperatura del ensayo T °C.  Coeficiente de permeabilidad a una temperatura de 20°C.  = Viscosidad del agua a la temperatura del ensayo T °C  = Viscosidad del agua a una temperatura de 20°C

    

La Tabla muestra valores de la relación de

 

en f unción de la temperatura.

Validez del resultado


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Aunque no se ha establecido una norma, hasta el momento, con la cual validar los resultados obtenidos, se ha observado que para la obtención de resultados consistentes la diferencia de tiempos entre t1 y t2 no deberá ser mayor al 10%.


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Permeabilidad de Suelos Granulares (Carga Variable)

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