Permeabilidad de Suelos Granulares (Cabeza Constante). INV E-130-13 España Angie, Hurtado Jaime, Suarez Isabel Universidad Mariana de Pasto, Facultad e Ingenier!a, Ingenier!a "ivil #aboratorio de $eotecnia % #aboratorio & ' Abril ()'*
Resumen
En este laboratorio se determino el coe+iciente de permeabilidad de una muestra a travs del mtodo de cabeza constante- .odo este ensa/o +ue realizado basado en la norma I01 E2'&)2'&-
1. Intr Intro odu ducc cció ión n
(-
#a determinaci3n del coe+iciente de perm permea eabi bilid lidad ad es un !tem !tem de muc4a importancia en el momento de una obra civil- En laboratorio se empl emplea eann dos dos mto mtodo dos, s, cada cada uno uno depe depend ndien iendo do del del tipo tipo de suelo suelo / mues muestr traa con con la 5ue 5ue se trab traba6 a6ar araaEste Este do docu cum mento ento se desa esarrol rrolla la teni tenien enddo en cuen cuenta ta tod odoos los los par7metros descritos en la norma I01 E2'&)2'&-
&4. Marc Marco o Teóric órico o
8- Al decir 5ue un material es permeable nos re+erimos a los agu6 agu6er eros os pres presen ente tess en este este,, por por dond dondee el agua agua +lu/ +lu/ee con con cier cierta ta velocidad- "omo lo presenta Suarez de "astro F- 9':*:; en su libro< =- Es la capacidad del suelo para tran transm smit itir ir agua agua / aire aire-- Se re+i re+ier eree al dren drena6 a6ee inte intern rnoo del del terr terren enoo / pued puedee e>pr e>pres esar arse se en +orm +ormaa cuan cuantit titat ativ ivaa en unidades de agua 5ue pasan a travs de unaa secci un ecci3n 3n tran ransver sversa sall del suelo uelo saturado, de di7metro convencional / en un tiem tiempo po tom tomado ado tam tambin bin como omo unid un idad ad-- E>p >pre ressa, por por lo tan tanto, to, la
+acili +acilidad dad 5ue e>iste e>iste den dentro tro del per+il per+il para el movimiento del agua?*- En gene genera ral, l, pued pueden en dis disting tingui uirs rsee los los siguientes grados de permeabilidad< '; Permeabilidad muy lenta: es propia de suelo sueloss con 4orizon 4orizontes tes end endure urecid cidos os de arcilla 9cla/ pan;, de arena o de arena / grava- Estos suelos se rompen / agrietan cuando est7n secos / estando 4@medos son peg pega6o a6osos sos poseen poseen una estruc estructur turaa masiv masivaa / presen presentan tan moteam moteamien ientos tos de colores ro6izos / amarillos- "uando la capa indurada est7 constituida por arena, es di+!cil romperla con un instrumento met7lico, pero al desprender un terr3n puede luego desmenuzarse sin ma/or es+uerzo(; Permeabili Permeabilidad dad lenta: lenta: se presen presenta ta en suelos elos 5u 5uee tam tambin in po pose seen en cap capas indu indura rada das, s, pero pero de mater materia iall un tant tantoo di+e di+ere rent ntee con con buen buenaa prop propor orci ci3n 3n de limos limos,, lo cual cual dism dismin inu/ u/ee su dure dureza za-.ambin se presentan moteamientos o coloraciones gris7ceas en el per+il&; Perm ermeab eabilid ilidad ad media edian na: es cara caract cter er!s !sti tica ca de suel suelos os +ran +ranco coss con con cont conten enid idoo por por lo menos menos medi median anoo de materia org7nica- El color es gener eneral alm mente ente clar claroo / no prese resennta mote moteam amie iento nto,, lo cual cual indi indica ca 5ue 5ue 4a/ buena circulaci3n de aire / aguaagua-
B; Permeabilidad rápida: est7 asociada con te>turas ligeras- Se nota siempre una gran cantidad de espacios porosos / color claro, aun en suelos en los cuales el nivel +re7tico sea alto- ebe tenerse en cuenta 5ue la te>tura 5ue se menciona en estos casos se re+iere a la capa del per+il cu/a permeabilidad se est determinando / no a la del suelo super+icial- 9P7g- :82:=;
':-
C- #a permeabilidad la podemos determinar por la siguiente ecuaci3n< :-
k
=
QL Ath
20.
constante. Fuente Bowles J. 1981.
Ecuaci3n 9'; ')- onde ''- D< "oe+iciente de permeabilidad '(- < $asto, descargada
Imagen '- Permeámetro de cabeza
cantidad
de
agua
('- En la imagen ' se puede apreciar el monta6e utilizado en la determinaci3n del coe+iciente de permeabilidad a travs del mtodo de cabeza constante, es decir para arenas-
'&- #< istancia entre man3metros
!!.
'B- A< rea de la secci3n transversal del espcimen
!". Metodolo#$a %&perimental
'8- t< .iempo total de desagGe '=- 4< i+erencia de cabeza en los man3metros 17. Determinación en el Laboratorio del coeiciente de permeabilidad.
'C- Seg@n el suelo a estudiar se utilizan dos aparatos ligeramente distintos< el perme7metro de carga variable utilizado para suelos de escasa permeabilidad como las arcillas, / el perme7metro de carga constante utilizado para suelos de gran permeabilidad como las arenas Sanz #lano J-J- 9p7g- *C;
(B- En primer lugar es necesario conocer los materiales / e5uipos a utilizar durante el desarrollo de este laboratorio, descritos en la 0orma I01 E2'&)2'&(8- Permeámetros: eber7n tener cilindros para muestras con di7metro m!nimo de, apro>imadamente, C a '( veces el tamaño de la part!cula- Imagen (-
(=-
&(- %'uipo para la compactación del esp)cimen: Se puede emplear el e5uipo de compactaci3n 5ue se considere deseable&&- *omba de +ac$o: K aspirador de c4orro de agua, con gri+o para evacuar / saturar muestras de suelo ba6o vacio completo- Imagen B&B-
27.
Imagen (- Permeámetro.
(C- Tan'ue de cabe(a constante: "on +iltro, para suministrar agua / para remover el aire de la cone>i3n de agua, provisto de v7lvulas de control adecuadas para mantener las condiciones descritas en la norma I01 E2'&)2'&(:- %mbudos amplios: E5uipados con conductos cil!ndricos especiales de (8 mm 9'; de di7metro para part!culas de tamaño m7>imo de :-8 mm 9tamiz de &C;, / de '(-* mm 9'(; de di7metro para part!culas de tamaño de (-)) mm 9tamiz 0o- ');- #a longitud del conducto deber7 ser ma/or 5ue la longitud total de la c7mara de permeabilidad, por lo menos en '8) mm 9=;- Imagen &&)-
35.
&=- Tubos manom)tricos: "on escalas mtricas para medir cabeza de agua&*- *alan(a: e ( Lg 9B-B lb 9de capacidad / posibilidad de lectura de ' g 9)-))( lb;&C- %lementos misceláneos: .erm3metros, relo6 con apreciaci3n de segundos, vaso graduado de (8) ml, 6arra de ' litro, cubeta para mezclar, cuc4aras, etc- Imagen 8-
&:-
31.
Imagen &- Embudo.
Imagen B- Bomba de ac!o.
Imagen 8- Elementos
"0.
•
m#sceláneos.
41. 41.!. •
Procedimiento
Se abre ligeramente la v7lvula de admisi3n del tan5ue +iltrante para la primera prueba en las condiciones descritas en la norma I01 E2'&)2 '&, demor7ndose las medidas de gasto / de cabeza 4asta 5ue se alcance una condici3n de cabeza estable sin 5ue e>ista variaci3n apreciable de los niveles de los man3metros- Se miden / anotan el tiempo, t, la cabeza, 4, 9di+erencia de nivel en los man3metros;, el gasto, , / la temperatura del agua, .- Imagen 9=,* / C;-
Se repiten las pruebas con incrementos de cabeza de )-8 cm con el +in de establecer e>actamente la regi3n de +lu6o laminar con velocidad, v 9siendo vAt;, directamente proporcional al gradiente 4idr7ulico, i 9siendo i4#;- "uando se 4agan patentes las desviaciones de la relaci3n lineal, indicando con ello la iniciaci3n de condiciones de +lu6o turbulento, se pueden emplear intervalos de cabeza de ' cm para llevar el ensa/o su+icientemente dentro de la zona del +lu6o turbulento, con el +in de de+inir esta zona, si esto +uere signi+icativo para las condiciones del campo-
8C•
B(B&BBB8-
Al concluir el ensa/o de permeabilidad, se drena / se e>amina la muestra para establecer si era esencialmente 4omognea / de car7cter isotr3pico- "ual5uier clase de ra/as o capas 4orizontales alternadas claras / oscuras evidencian la segregaci3n de +inos-
8:-
B=-
,-. Resultados
B*-
,1.
BC-
,!. nálisis de Resultados
B:-
=&-
8)-
,4.
8'-
,/. porte 0rupal
8(-
==- El coe+iciente de permeabilidad es radicalmente variable entre un ensa/o / otro / depender7 del tipo de suelo con el 5ue se traba6e"omo /a es sabido, la permeabilidad es una propiedad del suelo de transmitir agua a travs de sus cavidades o poros, por tal raz3n es de vital importancia tener en cuenta este principio dentro de la
8&8B888=8*-
obra civil- El coe+iciente de permeabilidad nos da una idea de las condiciones en las 5ue se encuentra nuestro terreno, / adem7s nos proporciona una idea general de costos necesarios para el me6oramiento del terreno si es necesario, / otros par7metros como por el e6emplo la consolidaci3n de un estrato ba6o otra cantidad de estratos, la capacidad de retenci3n de aguas en presas, la capacidad de las bombas para reba6ar el nivel +re7tico en una e>cavaci3n o determinar la velocidad de asentamiento de una estructura al escurrir agua a travs del suelo=*- El coe+iciente de permeabilidad tambin permite clasi+icar los suelos como veremos en la tabla ',. 0rado de permeabilidad
,2. 3alor de 5cm6s
*)- Elevada
*'- Superior
a
−1
10
*(- Media
*&-
−1
10
−3
10
**-
−5
10
−
10
*C- Pr7cticamente impermeable
7
*:- Menor −
10
a
de
7
C)- .abla '- $las#%#cac#&n de suelos a tra's del (ermeab#l#dad.
coe%#c#ente
de
C'!. ". *iblio#ra$a
Su7rez de "astro F- 9':*:;"onservaci3n de Suelos- Instituto Interamericano de ciencias Agr!colas, San Jos, "osta Oica< Editorial II"A-
4. 819
C8- 8!9 Sanz #lano J-J- 9':*8;Mec7nica de Suelos- Oeuni3n de Ingenieros- Narcelona< Editores tcnicos asociados s-aC=- 8"9 Noles J- 9':*C;- Manual de #aboratorio de Suelos en Ingenier!a "ivil- U-S-A-< Mc$OAQ2HI##-
10
*8-
*=- Mu/ ba6a
a
−3
*B- Na6a
−5
10
a
87. 849 0orma I01 E2'&)2'&-
