Permeabilidad del Suelo

INGENIERÍA CIVIL M ECÁNICA ECÁNICA DE SUELOS

Unid ad 5 – C ap í t u l o 5

Universidad Universidad Peruana de Ciencias Ciencias Aplicadas Laureate International Universities

PERMEABILIDAD La permeabilidad es la capacidad que tiene un material de permitir que un fluido (liquido o gaseoso) oso) lo atraviese iese sin alt alterar erar su estructura estructura interna. interna. Un mater material ial es permeab permeablle si deja deja pasar pasar a tra través vés de él una can cantid tidad apreci recia able ble de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad cantidad de fluido fluido es despreciabl despreciable. e.

INGENIERÍA CIVIL M ECÁNICA ECÁNICA DE SUELOS Universidad Universidad Peruana de Ciencias Ciencias Aplicadas Laureate International Universities

Unidad 5 Perm eabilidad eabilidad del Suelo

CARACTERÍSTICAS GENERALES Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir decir,, debe debe conten contener er espac espacios ios vacíos vacíos (poros) (poros) que que le permitan absorber fluido. A su vez, estos espacios deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través de él. La permeabilid permeabilidad ad del s uelo uelo depende depende principalmen principalmente te del tamaño de los poros, lo que esta ligado al tamaño de las partículas sólidas y a su acomodo. En algun algunos os suelos suelos y rocas, rocas, la permea permeabil bilidad idad suele aumen aumentar tar por la existen existencia cia de fallas, fallas, grietas, grietas, jun juntas u otros defectos estructu estructurales. rales.

INGENIERÍA CIVIL M ECÁNICA DE SUELOS Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities

Unidad 5 Perm eabilidad del Suelo

PERMEABILIDAD – COEFICIENTE (K) La permeabilidad de un suelo queda definida por su coeficiente, denominado « K», el cual es expresado en términos de velocidad (m/s) « fa cili da d d e t r an sit ar p o r el suelo»

El valor de este coeficiente es variable y depende de: 

El tipo de suelo,



La viscosidad del agua o fluido (f unción a su vez de la temperatura, normalmente se establece la permeabilidad para 20 °C),



El tamaño y continuidad de los poros; y



La presencia de grietas y discontinuidades.

INGENIERÍA CIVIL M ECÁNICA DE SUELOS

Unidad 5

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities

Perm eabilidad del Suelo

PERMEABILIDAD – COEFICIENTE (K) El valor del coeficiente «K» fue definido por el Ing. Darcy a partir de las siguientes expresiones: v = Q/A

y

v = K.i

pero

Q=

De esto se desprende que: Q/A’ = K.i

Por lo que:

K=



.

,

 ()  ()

Entonces K queda expresado como: 

K = ..

en unidades de (L/T)


Unidad 5



PERMEABILIDAD – COEFICIENTE DE PERCOLACIÓN (Kp) Si en la expresión anterior definimos el área de la sección transversal como el área efectiva de vacíos, la expresión del coeficiente de permeabilidad «K» será redefinido como Coeficiente de Percolación «Kp»: 

Kp = ′ ..


Debido a los términos de A’, el coeficiente de percolación «Kp», medida real de la permeabilidad de un suelo, puede ser expresado por:

Kp = K / n

do nde n es igu al a la po ro sidad del s uelo

En la realidad, resulta mas sencillo efectuar la medida de la permeabilidad del suelo «K» en el laboratorio por medio de permeámetros y luego corregir este por la porosidad del suelo, por lo que la practica habitual es solicitar el valor de la permeabilidad (en términos de K) que de la percolación.


Unidad 5



COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN SUELOS GRANULARES FORMU LA DE A LL EN HA ZE N

Para suelos granulares uniformes (arenas) con coeficientes de uniformidad Cu ≤ 2, Allen –Hazen obtuvo empíricamente la siguiente expresión para estimar el coeficiente de permeabilidad:

K = C 1.(D10 )2


Donde: C1: Constante empírica que varía entre 100 y 150. (1/cm.seg) D10: Diámetro que deja pasar el 10% del material en peso. (cm) Considerando correcciones por temperatura:

K = C1(0.07+0.3T )(D10)2 °

en unidades de cm/s


Unidad 5



COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN SUELOS GRANULARES FO RM UL A D E TE RZA GH I

Terzaghi introduce en la expresión anterior una constante que depende de la porosidad del suelo, y que define como:

K = C 2 .(0.07+0.3T )(D10 )2 °

(cm/s)

Donde: C2: Constante empírica, igual a: C 2 = Co (

−0.13 2 )  1−

n : Porosidad Co: Coeficiente que depende del suelo

Suelo

Co

Arena grano redondeado

800

Arena grano anguloso

460

D10: Diámetro que deja pasar el 10% del material en peso. (cm)

Arena con limos

< 400


Unidad 5



COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN SUELOS GRANULARES VA L OR E S P R OM E DIO D E L C OE FIC IE N TE D E P E RM E AB IL ID A D


Unidad 5



DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD La determinación de la permeabilidad de los suelos en el laboratorio se realiza por medio de permeámetros, los cuales pueden ser de: • •

Carga Constante Carga Variable

Para suelos granulares «permeables» se utiliza el equipo con carga constante (ensayo más rápido); mientras que en suelos finos (arcillas y limos) con permeabilidades bajas, se utiliza el equipo con carga variable. La expresión con la que se trabaja es: K =

 ..


Unidad 5



PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE En este caso, la muestra se somete a una

carga de agua de altura (h) constante, mediante dispositivos que controlan los niveles del agua a la entrada y salida del permeámetro. Durante el ensayo se mide: 

Volumen de agua (Vol)  Tiempo de filtración (t) Los valores de L, h y A son constantes y conocidos.

Entonces el valor de K queda definido por :

K=

 .L .h.


Unidad 5



PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE - PROCEDIMIENTO



PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE – ENSAYO DE LABORATORIO

http://www.youtube.com/watch?v=981HT9FexA0&index=62&list=PLE54758E715634BC2


Unidad 5



PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE Se usan para medir la permeabilidad de los materiales finos arcillosos o limo arcillosos. La muestra se somete a una carga de agua de altura variable (dh) durante un diferencial de tiempo (dt), tal como se muestra. Se debe registrar: 

Altura de agua inicial y final (h1 y h2)  Tiempo de filtración (∆t) Los valores de a, L y A son constantes y conocidos. Entonces el valor de K queda definido por :

K=

. .∆



(ln 1) 2



EJERCICIO N°01: PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE Calcular el coeficiente de permeabilidad de una muestra de arena, con los siguientes datos obtenidos en el laboratorio: 

Diámetro del permeámetro : 75 mm



Perdida de carga en 200 mm de longitud : 83.20 mm



Agua recogida en 1 minuto : 66.80 ml



Nota.- Considerar que 1 ml = 1,000 mm3



EJERCICIO N°02: PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE Una muestra de arena de 35 cm 2 de área y 20 cm de longitud se probó en un permeámetro de carga constante. Durante la pérdida de carga de 50 cm de agua, el volumen filtrado fue de 105 cm 3 en 5 min. Determinar: 

El valor de K



Velocidad de descarga



EJERCICIO N°03: PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE Un permeámetro de carga variable tiene un diámetro de 75 mm y la longitud de la muestra de suelo es de 150 mm. El diámetro del tubo vertical es de 15 mm. Durante el ensayo la carga descendió de 1,300 mm a 800 mm, en un tiempo de 135 s. Calcular el coeficiente de permeabilidad del suelo en mm/s.



EJERCICIO N°04: PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE Una muestra de suelo de 10 cm de diámetro y 5 cm de espesor se probó en un permeámetro de carga variable. La carga de agua bajó de 45 cm a 30 cm en 4 mín. 32 s. El área del tubo alimentador era de 0.5 cm2. Calcule el coeficiente de permeabilidad en cm/s.


Unidad 5



PERMEABILIDAD DEL PERFIL DEL SUELO ESTRATIFICADO Conductividad Hidráulica para Flujo PARALELO a los Estratos

Kh =

Kh =

( + +) ++

σ   σ 


Unidad 5



PERMEABILIDAD DEL PERFIL DEL SUELO ESTRATIFICADO Conductividad Hidráulica para Flujo PERPENDICULAR a los Estratos

KV =

KV =

+++ …    +  +  +⋯   

σ   

σ


Unidad 5



PERMEABILIDAD DEL PERFIL DEL SUELO ESTRATIFICADO Conductividad Hidráulica EQUIVALENTE Conocidos los valores de las constantes de conductividad hidráulica, para el flujo horizontal y vertical, el valor medio del sistema es calculado mediante el promedio geométrico de estos dos valores: K = Km = ℎ . 



VALORES PROMEDIO DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD

102



PERMEABILIDAD «IN SITU» CON POZO Y BOMBEO Permeabilidad en suelo no confinado superficiariamente Cuando se bombea agua del suelo, se produce un descenso del nivel freático en una amplia zona, como se muestra. El coeficiente de permeabilidad deberá ser calculado considerando lo siguiente: •

El caudal de agua que fluye al círculo de influencia es constante.

•

El circulo de influencia (cilindro) esta definido por la altura de agua existente

sobre el manto impermeable.



PERMEABILIDAD «IN SITU» CON POZO Y BOMBEO Permeabilidad en suelo no confinado - Ejercicio Una capa de suelo arenoso descansa sobre un lecho de material impermeable de superficie horizontal. Para determinar la permeabilidad «in situ» del suelo se perforó un pozo hasta el fondo de la capa. Se realizaron, igualmente, 2 taladros de observación a distancias de 12.00 y 26.00 m, respectivamente del pozo de observación. Se bombeo agua del pozo a razón de 0.0023 m3/s hasta que el nivel se estabilizo. La altura de agua en los taladros de observación, resulto ser de 4.35 y 6.45 m respectivamente sobre el lecho impermeable. Hallar el valor del coeficiente de permeabilidad «k» en m/día.


Unidad 5



PERMEABILIDAD «IN SITU» CON POZO Y BOMBEO Permeabilidad en suelo confinado En

este

caso

permeabilidad

el

coeficiente

de

deberá ser calculado

considerando lo siguiente: •

El caudal que fluye al círculo de influencia es constante.

•

El circulo de influencia (cilindro) esta definido por la altura «H» del manto permeable

(ubicado

mantos impermeables).

entre

los



PERMEABILIDAD «IN SITU» CON POZO Y BOMBEO Permeabilidad en suelo confinado - Ejercicio Una capa de arena, de 7 m de espesor, se encuentra bajo un estrato de arcilla de 4.5 m y sobre un grueso lecho de esquisto. Para determinar la permeabilidad de la arena, se perforó un pozo hasta el lecho de esquisto y el agua fluyó a través del mismo, a razón de 0.01 m3/s. Se perforaron 2 pozos de observación, a través de la capa de arcilla, ubicados a 14 y 32 m de del pozo de ensayo, registrando que el nivel freático se encontraba a 3.20 y 2.70 m de la superficie del terreno. Hallar el valor del coeficiente de permeabilidad «k» en m/s.

Permeabilidad del Suelo

Recommend Documents