DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD
INTRODUCCION El ensayo determina el coeficiente de permeabilidad (K) de una muestra de suelo granular o cohesiva, entendiendo por permeabilidad, la propiedad de un suelo que permite el paso del agua a través de sus vacíos, bajo la acción de una carga hidrostática. No todos los suelos tienen la misma permeabilidad, de ahí que se los haya dividido en suelos permeables e impermeables, estos últimos son generalmente suelos arcillosos, donde la cantidad de escurrimiento del agua es pequeña y lenta. El grado de permeabilidad de un suelo, se mide por su coeficiente de permeabilidad, el cual se basa en la ley propuesta por Darcy en el Siglo XIX, la cual señala: se ñala: V=K*i Dónde: V = velocidad de escurrimiento de un fluido a t ravés del suelo K = coeficiente de permeabilidad propio y car acterístico i = gradiente hidráulico, el cual representa la relación entre la diferencia de niveles (H) y la distancia (L) que el agua recorre. Independiente de lo anterior, existen factores que influyen en la permeabilidad de un suelo, como por ejemplo la viscosidad del fluido (varía según la temperatura), el tamaño, continuidad de poros y grietas a través de los cuales pasa el fluido o la presencia de discontinuidades. En laboratorio, la medida del coeficiente de permeabilidad se realiza por medio de permeámetros, los que pueden ser de nivel constante o nivel variable dependiendo del tipo de suelo analizado. La importancia de este coeficiente, es vital para poder determinar por ejemplo: la capacidad de retención de aguas de presas o embalses de tierra, la capacidad de las bombas para rebajar el nivel freático en una excavación y para poder determinar la velocidad de asentamiento de una estructura al escurrir el agua, entre otros.
OBJETIVOS -Por medio de la realización del ensayo de permeabilidad realizado en el laboratorio a una muestra de suelo, se pretende conocer la forma de determinar esta propiedad y su utilidad en el estudio de los suelos. -Establecer diferencias de materiales entre un suelo con diferentes granulometrías y por ende establecer otro parámetro de c lasificación del mismo. -Comprender la importancia de la ley de D arcy para el estudio de las propiedades de los sue los.
INSTRUMENTOS UTILIZADOS: -Cronometro El cronómetro es un reloj o una función de reloj que sirve para medir fracciones de tiempo, normalmente cortos y con gran precisión.
-Termometro Instrumento que sirve para medir la temperatura; el más habitual consiste en un tubo capilar de vidrio cerrado y terminado en un pequeño depósito que contiene una cierta cantidad de mercurio o alcohol, el cual se dilata al aumentar la temperatura o se contrae al disminuir y cuyas variaciones de volumen se leen en una escala graduada.
-Cilindro graduado Un cilindro graduado se utiliza en una variedad de pruebas de laboratorio. La función principal de un cilindro graduado es para medir cantidades fijas de líquidos, incluyendo líquidos potencialmente ácidos. El diseño del cilindro permite que hagan mediciones en bruto y permite verter los líquidos.
PROCEDIMIENTO: COFICIENTE DE PERMEABILIDAD POR CARGA CONSTANTE
EL VALOR DE K SE OBTIENE APLICANDO LA LEY DE DARCY, LOS PASOS A SEGUIR SON:
1°: SATURAR LA MUESTRA PARA MEDIR EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN SATURACION.
2°: MEDIR LOS VOLUMENES DE AGUA DRENADOS CADA CIERTO INTERVALO DE TIEMPO (∆t).
3°: CUANDO SE COMPRUEBE QUE LOS VOLUMENES DRENADOS SON PROPORCIONALES AL TIEMPO TRANSCURRIDO (Q= cte.) SE PODRÁ DAR POR FINALIZADO EL ENSAYO.
CALCULOS Y RESULTADOS
ENSAYO DE CARGA CONSTANTE DATOS DE ENSAYO
DATOS
VALORES
DIAMETRO (pulg)
4
DIFERENCIA DE CABEZAS(pulg)
4.116
LONGITUD DE MUESTRA(cm)
31
TIEMPO DE LLENADO(seg)
27
VOLUMEN LLENADO(ml)
280
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD: Para determinar el coeficiente de permeabilidad se utiliza la siguiente formula: A: área de la muestra
= ∗ ∗∗ RESULTADOS:
DATOS DIAMETRO (pulg)
VALOR Conversión (S.I.)
VALOR
4
DIAMETRO (m)
0.1016
DIFERENCIA DE CABEZAS(pulg)
4.116
DIFERENCIA DE CABEZAS(m)
0.1045464
LONGITUD DE MUESTRA(cm)
31
LONGITUD DE MUESTRA(m)
0.31
TIEMPO DE LLENADO(seg)
27
TIEMPO DE LLENADO(seg)
27
VOLUMEN LLENADO(ml)
280
VOLUMEN LLENADO(m3)
0.00028
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD
VALOR
K
0.00379
COFICIENTE DE PERMEABILIDAD POR CARGA VARIABLE
LOS PASOS A SEGUIR SON:
1°: SATURAR LA MUESTRA Y TOMAR LECTURA DE LA ALTURA h0 QUE ALCANZA EL AGUA EN EL TUBO QUE SUMINISTRA AGUA A LA MUESTRA Y QUE SE CORRESPONDE CON LA ALTURA PIEZOMETRICA EN LA SECCION SUPERIOR DE LA MUESTRA. EN ESE MOMENTO TAMBIEN HAY QUE TOMAR LA LECTURA DEL TIEMPO INICIAL t0.
2°: TRANSCURRIDO UN CIERTO TIEMPO SE VUELVE A TOMAR LECTURA DE LA ALTURA DEL AGUA Y DEL TIEMPO QUE SERAN h1 y t1.
ENSAYO DE CARGA VARIABLE
DATOS:
DATOS
VALOR
DIAMETRO DE TUBO(mm)
15
LONGITUD DE MUESTRA(pulg)
4.116
DIAMETRO DE CILINDRO (Pulg)
4
TIEMPO(minutos)
46
DIFERENCIA DE CABEZA INICIAL(cm)
72
DIFERENCIA DE CABEZA FINAL(cm)
35
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD: Se utiliza la siguiente formula:
a: área del tubo
A: área de la muestra
= ∗∗ ∗ ( ) DATOS DIAMETRO DE TUBO(mm) LONGITUD DE MUESTRA(pulg) DIAMETRO DE CILINDRO (Pulg)
VALOR CONVERSION (S.I.) 15
4.116
4
DIAMETRO DE TUBO(m) LONGITUD DE MUESTRA(m) DIAMETRO DE CILINDRO (m)
VALOR
COEFICIENTE DE VALOR PERMEABILIDAD
0.015
0.1045464
0.1016
TIEMPO(minutos)
46
TIEMPO(segundos)
2760
DIFERENCIA DE CABEZA INICIAL(cm)
72
DIFERENCIA DE CABEZA INICIAL(m)
0.72
DIFERENCIA DE CABEZA FINAL(cm)
35
DIFERENCIA DE CABEZA FINAL(m)
0.35
K
.−
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES - En ensayos de larga duración, es necesario controlar la evaporación de agua del recipiente o de la tubería de entrada, por lo que se recomienda realizar los ensayos dentro de un salón de temperatura y humedad controlada. - Los resultados de laboratorio pueden no corresponder a los verdaderos valores de terreno debido a la influencia de numerosos factores, como por ejemplo que la estructura insitu es distinta a la del ensayo, el gradiente hidráulico es mayor que el de terreno, puede existir evaporación o haber filtraciones de agua en el equipo. - la importancia de la ley de Darcy para el estudio de las propiedades de los suelos es que debido a la implementación de esta, se permite clasificar un suelo y establecer correlaciones de un material que está compuesto por diferentes fases en diferentes estados de la materia es decir que se puede determinar relación de vacíos, porosidad y demás gracias a esta. En la determinación del cálculo de la permeabilidad, las condiciones en que se
