IMPLEMENTACÍON DE UN SISTE MA PARA LA DETERMI NACIÓN DE LA PERMEABILIDAD HIDRÁULICA EN SUELOS LIMOSOS Y ARCI AR CILLO LLO S
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CAPÍTULO I 1. PLANTEAMI PLANTEAMIENTO ENTO DEL PROBLEMA PROBLEMA::
1.1 FUNDAMENTACIÓN FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA:
Realizamos la siguiente pregunta: ¿Qué relaci! "e#$éc!ica e%i&$e e!$re el c#'(#r$a'ie!$# )i*r+ulic# , el $i(# *e &uel# #-$e!i*# e! u!a calica$a a ciel# a-ier$# u-ica*a e! el ca'(u& *e la UNIER/IDAD NACIONAL DE UCA0ALI En nues nuestr tra a regi región ón el inge ingeni nier ero o civi civill está está inme inmers rso o a desa desarro rrolla llarr sus sus labores con un suelo arcilloso (suelo fino), el cálculo de permeabilidad por por méto método doss expe experi rime ment ntal ales es es un requ requis isitito o para para un buen buen estu estudi dio o geotécnico, a que nos permitirá predecir ciertos asentamientos en el terreno de fundación! "a permeabilidad es una caracter#stica de todo suelo, a que permite el paso del agua, sin que dic$o tránsito altere la estructura interna del suelo, para calcular el gradiente $idráulico de &uel#& 2i!#& es necesario portar con un permeámetro de carga variable! En la %&' %&'ER ER' '*+ *+* * &+' &+'-& -&+" +" *E %+ %+.+"', está está pro proec ecta tado do construir el "+/-R+0-R'- *E 1E2&'+ *E %E"-, -&RE0-, +3+"0 +3+"0- . +4RE4+*- +4RE4+*- *E "+ E%E"+ 5R-3E'-&+" *E '&4E&'ER6+ ''", es óptimo realizar una investigación con el fin de determinar el gradiente $idráulico de dic$o terreno de fundación, puesto que ning7n laboratorio en nuestra localidad tiene dic$o instrumento!
1.3 DE/CRIPCIÓN DE LA REALIDAD REALIDAD PROBLEM4TICA: PROBLEM4TICA:
El transito del agua a través de un estrato de suelo (muestra arcillosa) es mu lento, debido al #ndice de poros a las propiedades plásticas que tienen los suelos de la selva! Es necesario un instrumento particular para medir medir dic$o dic$o gradie gradiente nte $idráu $idráulic lico, o, a que un perme permeáme ámetro tro de carga carga
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constante es solo para suelos de grano grueso (este instrumento lo encontramos en todos los laboratorios)! "a escuela profesional de ingenier#a civil necesita dic$o instrumento con fines académicos, por lo que este proecto permite implementar no solo del instrumento, sino también de un programa en computadora que desarrollara dic$o cálculo de manera práctica! "os estudios geotécnicos son los primeros pasos en todo proecto de ingenier#a, por lo cual el estudio del terreno debe ser óptimo con los result resultado adoss más confia confiable bles, s, esta esta invest investiga igació ción n formati formativa va permite permite al estu estudi dian ante te dota dotarl rlo o de expe experi rien enci cia a entra entrarr más más en la prác práctic tica, a, lo desarrollado en las aulas!
1.5 ANTECEDENTE/ DEL PROBLEMA:
El laboratorio de 1E2&'+ *E %E"- de la %&% no cuenta con un permeámetro de carga constante, más aun con uno de carga variable! "os suelos de nuestra localidad son de clasificación suelos de grano fino, por lo que necesita un permeámetro de carga variable! 5ara el cálculo del gradiente $idráulico, es necesario tomar muc$as muestras de una calicata reemplazarlo en las fórmulas, seg7n la le de 8E&R. 8E&R. 58'"'/ER 58'"'/ER0 0 4+5+ 4+5+R* R* *+R. *+R. (9;< (9;< = 9>), 9>), por lo cual cual propor proporcio cionar nar un progra programa ma en comput computado adora ra facili facilitar tar#a #a los cálcu cálculos los dotar#a de más instrumentos académicos al laboratorio de la E%E"+ 5R-3E'-&+" *E '&4E&'ER6+ ''"! "os fondos invertidos en este proecto mostraron maor adversidad, para la adquisición del permeámetro de carga variable la formulación de un programa en computadora (soft?are)!
1.6 DEFINICIÓN DEFINICIÓN DEL PROBLEMA PROBLEMA::
El flu@o de agua a través de medios porosos, de gran importancia en 1E2&'+ *E %E"-, está gobernada por una le descubierta en 9>A 9>A por por 8E&R 8E&R. . 58'" 58'"'/ '/ER ER0 0 4+5 4+5+ +R* *+R *+R. . (4R+ (4R+*' *'E& E&0E 0E 8'*R2%"'-), Buál será este gradiente $idráulico de una muestra de suelo, obtenido en una calicata en el campus de la universidad nacional de %caaliC BDué BDué nece necesi sita tamo moss para para $all $allar ar dic$ dic$a a rela relaci ción ón entr entre e el grad gradie ient nte e $idráulico el tipo de suelo propio de nuestra localidadC Berá la misma relación o parecida a un suelo de la costaC
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constante es solo para suelos de grano grueso (este instrumento lo encontramos en todos los laboratorios)! "a escuela profesional de ingenier#a civil necesita dic$o instrumento con fines académicos, por lo que este proecto permite implementar no solo del instrumento, sino también de un programa en computadora que desarrollara dic$o cálculo de manera práctica! "os estudios geotécnicos son los primeros pasos en todo proecto de ingenier#a, por lo cual el estudio del terreno debe ser óptimo con los result resultado adoss más confia confiable bles, s, esta esta invest investiga igació ción n formati formativa va permite permite al estu estudi dian ante te dota dotarl rlo o de expe experi rien enci cia a entra entrarr más más en la prác práctic tica, a, lo desarrollado en las aulas!
1.5 ANTECEDENTE/ DEL PROBLEMA:
El laboratorio de 1E2&'+ *E %E"- de la %&% no cuenta con un permeámetro de carga constante, más aun con uno de carga variable! "os suelos de nuestra localidad son de clasificación suelos de grano fino, por lo que necesita un permeámetro de carga variable! 5ara el cálculo del gradiente $idráulico, es necesario tomar muc$as muestras de una calicata reemplazarlo en las fórmulas, seg7n la le de 8E&R. 8E&R. 58'"'/ER 58'"'/ER0 0 4+5+ 4+5+R* R* *+R. *+R. (9;< (9;< = 9>), 9>), por lo cual cual propor proporcio cionar nar un progra programa ma en comput computado adora ra facili facilitar tar#a #a los cálcu cálculos los dotar#a de más instrumentos académicos al laboratorio de la E%E"+ 5R-3E'-&+" *E '&4E&'ER6+ ''"! "os fondos invertidos en este proecto mostraron maor adversidad, para la adquisición del permeámetro de carga variable la formulación de un programa en computadora (soft?are)!
1.6 DEFINICIÓN DEFINICIÓN DEL PROBLEMA PROBLEMA::
El flu@o de agua a través de medios porosos, de gran importancia en 1E2&'+ *E %E"-, está gobernada por una le descubierta en 9>A 9>A por por 8E&R 8E&R. . 58'" 58'"'/ '/ER ER0 0 4+5 4+5+ +R* *+R *+R. . (4R+ (4R+*' *'E& E&0E 0E 8'*R2%"'-), Buál será este gradiente $idráulico de una muestra de suelo, obtenido en una calicata en el campus de la universidad nacional de %caaliC BDué BDué nece necesi sita tamo moss para para $all $allar ar dic$ dic$a a rela relaci ción ón entr entre e el grad gradie ient nte e $idráulico el tipo de suelo propio de nuestra localidadC Berá la misma relación o parecida a un suelo de la costaC
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Berá la misma relación o parecida con un suelo de la sierraC
1.7 OB8ETIO OB8ETIO 9ENERA 9ENERAL: L:
Evaluar las condiciones de permeabilidad $idráulica del terreno donde se ubicar ubicará á el futuro futuro "+/-R+ "+/-R+0 0-R'-R'- *E 1E2& 1E2&'+ '+ *E %E"%E"-, , -&RE0-, +3+"0- . +4RE4+*- de la E%E"+ 5RR-3 3E'E'-&+ &+" " *E '&4E '&4E&' &'ER ER6+ 6+ ' ''", '", de la %&' %&'E ER'* R'*+ +* &+'-&+" *E %+. % +.+"'! +"'!
1. OB8ETIO/ OB8ETIO/ E/PECÍFIC E/PECÍFICO/: O/:
a) +plica +plicarr los conocim conocimien ientos tos adquiri adquiridos dos en la formac formación ión académi académica ca de la asig asigna natu tura ra de 1E2 1E2&' &'+ + *E %E" %E"- -,, en la dete determ rmin inac ació ión n del del coef coefic icie ient nte e de perm permea eabi bililida dad d $idr $idráu áulilica ca a trav través és del del ensa ensao de labora laborator torio io del permeá permeámet metro ro de carga carga variab variable le poster posterior iormen mente te el cálculo utilizando un soft?are aplicativo!
b) 5romov 5romover er la invest investiga igació ción n de campo campo de la 1E2&' 1E2&'+ + *E %E"- %E"- en los estudiantes de la E%E"+ 5R-3E'-&+" *E '&4E&'ER6+ ''" de la %&%!
c) 'mplementa 'mplementarr un sistema para para el cálculo cálculo del coeficien coeficiente te de permeabilid permeabilidad ad $idráulica!
d) *ar cumplimi cumplimient ento o a la normativ normativida idad d sobre sobre proecto proectoss de investig investigaci ación ón formativa de la %&'ER'*+* &+'-&+" *E %+.+"'!
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CAPÍTULO II 3. MA MARC RCO O TEÓ TEÓRI RICO CO::
3.1 ANTECEDEN ANTECEDENTE/ TE/ DEL E/TUDIO: E/TUDIO: En 9>A *arc descubrió que la velocidad media con la que el agua flue dentro de una región de flu@o es directamente proporcional al gradiente $idráulico! e muestra esquemáticamente el comportamiento del del agua agua al varia variarr su velo veloci cida dad d si el agua agua part parte e de velo veloci cida dade dess relativamente ba@as, en la zona ' (laminar), a velocidades maores en la zona zona '' (tra (trans nsic ició ión) n) camb cambia ia a régi régime men n turb turbul ulen ento to en el punt punto o /! iguiendo la traectoria inferior que se indica $asta alcanzar el punto (correspondiente a la velocidad cr#tica superior, vcs) en cambio, si se parte parte de veloc velocida idades des corres correspon pondie diente ntess a la zona zona ''' (turbu (turbulen lenta) ta) a velo veloci cida dade dess meno menore ress en la zona zona de tran transi sici ción ón,, el agua agua camb cambia ia su comportamiento a régimen laminar en el punto F+G (correspondiente a la velocidad cr#tica inferior, vci), siguiendo la traectoria superior que se indica indica!! oefic oeficien iente te de permea permeabil bilida idad d del del suelo suelo En virtud virtud de que que el gradie gradiente nte $idráu $idráulic lico o es un conce concepto pto adimen adimensio sional nal,, el coefic coeficien iente te de permeabilidad tiene dimensiones de velocidad, siendo numéricamente igual a la velocidad media del agua cuando el gradiente $idráulico es igua iguall a uno uno f#si f#sica came ment nte e repr repres esen enta ta la Ffac Ffacililid idad adGG (inv (inver erso so de la resistencia) con que el agua flue a través del suelo!
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E0R%0%R+ *E "- %E"- EH'0E&0E E& &%E0R+ "-+"'*+*: "a estructura es la forma en que las part#culas del suelo se re7nen para formar agregados! *e acuerdo a esta caracter#stica se distinguen suelos de estructura esferoidal (agregados redondeados), laminar (agregados en láminas), prismática (en forma de prisma), blocosa (en bloques), granular (en granos)! "a estructura del suelo se define por la forma en que se agrupan las part#culas individuales de arena, limo arcilla! uando las part#culas individuales se agrupan, toman el aspecto de part#culas maores se denominan agregados!
9ra*#& *e e&$ruc$ura *el &uel# El grado de estructura es la intensidad de agregación expresa la diferencia entre la co$esión dentro de los agregados la ad$esividad entre ellos! *ebido a que estas propiedades var#an seg7n el contenido de $umedad del suelo, el grado de estructura debe determinarse cuando el suelo no esté exageradamente $7medo o seco! Existen cuatro grados fundamentales de estructura que se califican entre - <, de la manera siguiente:
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•
•
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; in estructura: condición en la que no existen agregados visibles o bien no $a un ordenamiento natural de l#neas de debilidad, tales como: E&$ruc$ura *e a"l#'era*# (co$erente) donde todo el $orizonte del suelo aparece cementado en una gran masa E&$ruc$ura *e "ra!# &i'(le (sin co$erencia) donde las part#culas individuales del suelo no muestran tendencia a agruparse, como la arena pura 1. E&$ruc$ura *é-il: está deficientemente formada por agregados indistintos apenas visibles! uando se extrae del perfil, los materiales se rompen dando lugar a una mezcla de escasos agregados intactos, muc$os quebrados muc$o material no agregado!
3. E&$ruc$ura '#*era*a: se caracteriza por agregados bien formados diferenciados de duración moderada, evidentes aunque indistintos en suelos no alterados! uando se extrae del perfil, el material edáfico se rompe en una mezcla de varios agregados enteros distintos, algunos rotos poco material no agregado 5. E&$ruc$ura 2uer$e: se caracteriza por agregados bien formados diferenciados que son duraderos evidentes en suelos no alterados! uando se extrae del perfil, el material edáfico está integrado principalmente por agregados enteros e inclue algunos quebrados poco o ning7n material no agregado!
• • • • •
Cla&e& , $i(#& *e e&$ruc$ura *el &uel# "a cla&e de estructura describe el $a'a;# 'e*i# *e l#& a"re"a*#& i!*i
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1. E&$ruc$ura&
"ra!ulare& , 'i"a>#&a&: son part#culas individuales de arena, limo arcilla agrupadas en granos pequeJos casi esféricos! El agua circula mu fácilmente a través de esos suelos! 5or lo general, se encuentran en el $orizonte + de los perfiles de suelos
2. E&$ruc$ura& e! -l#?ue& # -l#?ue&
&u-a!"ulare&: son part#culas de suelo que se agrupan en bloques casi cuadrados o angulares con los bordes más o menos pronunciados! "os bloques relativamente grandes indican que el suelo resiste la penetración el movimiento del agua! uelen encontrarse en el $orizonte / cuando $a acumulación de arcilla
3. E&$ruc$ura&
(ri&'+$ica& , c#lu'!are&: son part#culas de suelo que $an formado columnas o pilares verticales separados por fisuras verticales diminutas, pero definidas! El agua circula con maor dificultad el drena@e es deficiente! &ormalmente se encuentran en el $orizonte / cuando $a acumulación de arcilla
4. E&$ruc$ura la'i!ar: se compone de
part#culas de suelo agregadas en láminas o capas finas que se acumulan $orizontalmente una sobre otra! + menudo las láminas se traslapan, lo que dificulta notablemente la circulación del agua! Esta estructura se encuentra casi siempre en los suelos boscosos, en parte del $orizonte + en los suelos formados por ca(a& *e arcillaK
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COLOR El color del suelo depende de sus componentes puede usarse como una medida indirecta de ciertas propiedades! El color var#a con el contenido de $umedad! El color ro@o indica contenido de óxidos de $ierro manganeso el amarillo indica óxidos de $ierro $idratado el blanco el gris indican presencia de cuarzo, eso caol#n el negro marrón indican materia orgánica! uanto más negro es un suelo, más productivo será, por los beneficios de la materia orgánica! El color del suelo puede proporcionar información clave sobre otras propiedades del medio edáfico! 5or e@emplo, suelos de colores grisáceos con presencia de Lmoteados o manc$asL son s#ntomas de malas condiciones de aireación! 8orizontes superficiales de colores oscuros tenderán a absorber maor radiación por consiguiente a tener maores temperaturas que suelos de colores claros! "a medición del color del suelo se realiza con un sistema estandarizado basado en la L0abla de olores 1unsellL! En esta tabla se miden los tres componentes del color: M 0ono ($ue) (En suelos es generalmente ro@izo o amarillento) M 'ntensidad o brillantez (c$roma) M alor de luminosidad (value)
8o@a de colores 9;.R de la 0abla de olores 1unsell! Este tono ($ue) es uno de los más utilizados en suelos!
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3.3 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL: N!N!9 5ER1E+/'"'*+* 5ermeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua el aire es una de las cualidades más importantes que $an de considerarse para la piscicultura! %n estanque construido en suelo impermeable perderá poca agua por filtración! 1ientras más permeable sea el suelo, maor será la filtración! +lgunos suelos son tan permeables la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales! En un volumen de esta colección que aparecerá próximamente se ofrecerá información sobre dic$as técnicas !
BDué factores afectan a la permeabilidad del sueloC 1uc$os factores afectan a la permeabilidad del suelo! En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras cárcavas, es dif#cil $allar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales! %n estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dic$as mediciones! "as observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color manc$as de color, la disposición por capas, los poros visibles la profundidad de las capas impermeables como la roca madre la capa de arcilla, constituen la base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas! El suelo está constituido por varios $orizontes, que, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades f#sicas qu#micas diferentes! 5ara determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe estudiar cada $orizonte por separado!
La (er'ea-ili*a* *el &uel# &e relaci#!a c#! &u $e%$ura , e&$ruc$ura El tamaJo de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de filtración (movimiento del agua $acia dentro del suelo) a la tasa de percolación (movimiento del agua a través del suelo)! El tamaJo el
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n7mero de los poros guardan estrec$a relación con la textura la estructura del suelo también influen en su permeabilidad !
ariaci! *e la (er'ea-ili*a* &e"@! la $e%$ura *el &uel# 5or regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura del suelo, más lenta será la permeabilidad:
5.0
cm/HR
2.5
cm/HR
1.3
cm/HR
0.8
cm/HR
0.25
cm/HR
0.05
cm/HR
ariaci! *e la (er'ea-ili*a* &e"@! la e&$ruc$ura *el &uel# "a estructura puede modificar considerablemente las permeabilidad mostradas anteriormente de la forma siguiente:
0ipo de estructura "aminar
5rismática 4ranular
de
5ermeabilidad O 4ran traslapo O "igero traslapo
En bloque
tasas
*e mu mu rápida
lenta
a
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N!N!N 5-R-'*+* omo consecuencia de la textura estructura del suelo tenemos su porosidad, es decir su sistema de espacios vac#os o poros! "os poros en el suelo se distinguen en: macroscópicos microscópicos! "os primeros son de notables dimensiones, están generalmente llenos de aire, en efecto, el agua los atraviesa rápidamente, impulsada por la fuerza de la gravedad! "os segundos en cambio están ocupados en gran parte por agua retenida por las fuerzas capilares! "os terrenos arenosos son ricos en macroporos, permitiendo un rápido pasa@e del agua, pero tienen una mu ba@a capacidad de retener el agua, mientras que los suelos arcillosos son ricos en microporos, pueden manifestar una escasa aeración, pero tienen una elevada capacidad de retención del agua! "a porosidad puede ser expresada con la relación:
*onde: •
•
e P volumen de espacios vac#os, comprendiendo los que están ocupados por gases o l#quidos P volumen total de la muestra, comprendiendo sólidos, l#quidos gases! "a porosidad puede ser determinada por la fórmula:
*onde: •
5 P porosidad en porcenta@e del volumen total de la muestra
•
P densidad real del suelo
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•
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a P densidad aparente del suelo! En l#neas generales la porosidad var#a dentro de los siguientes l#mites:
•
uelos ligeros: <; O I> Q
•
uelos medios: I> O >> Q
•
uelos pesados: >; O A> Q
•
uelos turbosos: > O S; Q
N!N!< *RE&+TE El drena@e de un suelo es su maor o menor rapidez o facilidad para evacuar el agua por escurrimiento superficial por infiltración profunda! Bómo saber si el drena@e es bueno o maloC
9! i tras una lluvia o riego se forman c$arcos en el suelo que permanecen varios d#as, es s#ntoma de mal drena@e!
N! - $az esta prueba: cava un $oo de unos A; cm de diámetro A; cm de profundidad llénalo de agua! i queda un poco de agua en el fondo después de algunos d#as, es que el drena@e es deficiente!
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; cm! de profundidad o más, la tierra tiene un color gris, verde o gris con manc$as ro@as, es seJal de que esa zona del suelo permanece saturada de agua parte del aJo! En la fotograf#a de la izquierda se aprecia una LmasillaL de color gris bastante impermeable!
¿Cu+l e& el (r#-le'a *el 'al *re!a>e "as plantas, a sean árboles, arbustos, flores, $ortalizas o césped, lo pasan mal porque las ra#ces se asfixian los $ongos que viven en el suelo aprovec$an la situación para infectarlas LrematarlasL! ierto es que $a especies vegetales que son más resistentes que otras al exceso de agua, $asta el punto que $a un grupo de 5lantas +cuáticas que permanecen con las ra#ces permanentemente inundadas!
¿Cu+!*# )a, '+& rie&"# *e (r#-le'a& *e *re!a>e M i el suelo es arcilloso, más riesgo que si es arenoso! +unque no todos los suelos arcillosos drenan mal! M En áreas planas o cóncavas del terreno! M +l pie de pendientes, que es donde llega toda el agua de escorrent#a! M %n @ard#n cerrado por paredes o que carezca de una salida natural del agua por superficie puede acumular más agua de lo conveniente!
¿C'# &e 'e>#ra el *re!a>e
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i el drena@e es realmente malo lo me@or será instalar una red de tuber#as de drena@e! i no es para tanto, realizando algunas operaciones de las que siguen será suficiente!
1. Crea (e!*ie!$e&
1oldea el terreno dando pendientes suaves al terreno para que escurra el agua $acia un lado salga por all# o bien se reco@a con una canaleta! 8a que LguiarL al agua de lluvia riego $acia donde nos interese dando pendientes adecuadas! Esta labor es fundamental al construir el @ard#n
3. Ni
&ivela el terreno con el fin de suprimir las $ondonadas o depresiones que acumulen agua!
5. Ca!ale$a& # a!>a&
oloca una canaleta o zan@a al pie de una pendiente!
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6. Dre!e&
En el campo se usa a veces este sistema que consiste en abrir $oos o pozos que llegan $asta unestrato poroso del subsuelo al que va a parar el agua de drena@e! +lgunas veces se lo designa Lpozo de drena@e o de infiltraciónL!
7. A(#r$a are!a , 'a$eria #r"+!ica al &uel#
En el momento de plantar, aporta una buena cantidad de 'a!$ill# c#'(#&$ $ur-a # e&$iérc#lpara espon@ar el suelo airearlo! i además le ec$as arena de r#o, mezclándolo todo bien, muc$o me@or!
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N!N!I 5R-3%&*'*+* E3E0'+ "a profundidad efectiva de un suelo es el espacio en el que las ra#ces de las plantas comunes pueden penetrar sin maores obstáculos, con vistas a conseguir el agua los nutrimentos indispensables! 0al información resulta ser de suma importancia para el crecimiento de las plantas! "a maor#a de las 7ltimas pueden penetrar más de un metro, si las condiciones del suelo lo permiten! %n suelo debe tener condiciones favorables para recibir, almacenar $acer aprovec$able el agua para las plantas, a una profundidad de por lo menos del susodic$o metro! En un suelo profundo las plantas resisten me@or la sequ#a, a que a más profundidad maor capacidad de retención de $umedad! *e igual manera, la planta puede usar los nutrimentos almacenados en los $orizontes profundos del subsuelo, si éstos están al alcance de las ra#ces! ualquiera de las siguientes condiciones puede limitar la penetración de las ra#ces en el suelo: 9!
Roca dura sana
N!
asca@o (pedregosidad abundante)
+gua (nivel, napa o manto freático cercano a la superficie)
I!
0epetales on vistas a planificar su uso, los suelos pueden clasificarse en cuatro grupos, de acuerdo con su profundidad efectiva:
•
uelos profundos tienen un metro o más $asta llegar a una capa limitante! 1oderadamente profundos tienen menos de un metro pero más de ;!A;
•
m! •
uelos poco profundos tienen menos de un metro pero más de ;!A; m!
•
uelos someros tienen menos de ;!N> m! "a profundidad de ;!A; m, es la m#nima recomendable con vistas a la producción comercial de especies, tales como los c#tricos! Esta determinación se puede $acer abriendo un perfil de al menos un metro de profundidad o $aciendo uso de una barrena o sonda de suelos!
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Recordemos que por estas razones la descripción clasificación de suelos de la 3+- se lleva a cabo teniendo en cuenta tan solo el metro superficial (si el material parental o la roca madre no afloran antes)! 5or el contrario, la %*+ oil 0axonom tiene en cuenta los $orizontes de suelos existentes $asta N metros de profundidad!
/arrena para muestreo de suelos
N!N!> -&'0E&'+
La c#!&i&$e!cia: es la caracter#stica f#sica que gobierna las fuerzas de co$esiónOad$esión, responsables de la resistencia del suelo a ser moldeado o roto! *ic$as fuerzas dependen del contenido de $umedades por esta razón que la consistencia se debe expresar en términos de seco, $7medo mo@ado! e refiere a las fuerzas que permiten que las part#culas se mantengan unidas se puede definir como la resistencia que ofrece la masa de suelo a ser deformada o amasada!O "as fuerzas que causan la consistencia son: co$esión ad$esión!
C#)e&i!: Esta fuerza es debida a atracción molecular en razón, a que las part#culas de arcilla presentan carga superficial, por una parte la atracción de masas por las fuerzas de an der Ualls, por otra (gavande, 9SA)V +demás de estas fuerzas, otros factores tales como compuestos orgánicos, carbonatos de calcio óxidos de $ierro aluminio, son agentes que integran el mantenimiento con@unto de las part#culas!
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"a co$esión,, entonces es la atracción entre part#culas de la misma naturaleza!
A*)e&i!: e debe a la tensión superficial que se presenta entre las part#culas de suelo las moléculas de agua! in embargo, cuando el contenido de agua aumenta, excesivamente, la ad$esión tiende a disminuir! El efecto de la ad$esión es mantener unidas las part#culas por lo cual depende de la proporción +guaW+ire! *e acuerdo a lo anteriormente expuesto se puede afirmar que la consistencia del suelo posee dos puntos máximos uno cuando esta en estado seco debido a co$esión otro cuando $7medo que depende de la ad$esión!
Li'i$e Pl+&$ic#: e puede llamar una tira cil#ndrica cua finalidad es $acer una pasta de suelo con agua luego es amasada $asta crear o formar un cilindro de 9;cm x ;!>cm el grosor! *espués fragmentar con una espátula, lo cual consiste en reunir los fragmentos empezar en el n7mero N! *eterminar la cantidad de $umedad en 9;>X 5ara evaporarse, es decir el cambio de consistencia de friable a plástica! "uego se debe aplicar la siguiente formula: 5U P 5s$ O 5ss x 9;; OOOOOOOOOOOOOOOOO 5ss *onde: 5U P ontenido de 8umedad! 5s$ P 5eso de uelo 87medo! 5ss P 5eso de uelo eco!
L'i$e L?ui*#: En este l#mite el contenido de $umedad (5U) en la pel#cula de agua se $ace tan gruesa que la co$esión decrece la masa de suelo flue por acción de la gravedad! e realiza este proceso en la cazuela se $ace una pasta de suelo: +gua!
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olocar en la cazuela realizar una ranura con una espátula trapezoidal para $acer una ranura por medio en dos golpear $asta que a los N; O N> golpes!
Í!*ice *e Pla&$ici*a*: Es un parámetro f#sico que se relaciona con la facilidad de mane@o del suelo, por una parte, con el contenido tipo de arcilla presente en el suelo, 5or otra: e obtiene de la diferencia entre el limite liquido el limite plástico: '5 P "" O "5 Y 9; plástico! '5 P "" O "5 Z 9; no plástico! alores 1enores de 9; indican ba@a plasticidad, valores cercanos a los N; seJalan suelos mu plásticos!
De$er'i!aci! *e la c#!&i&$e!cia *el &uel# '#>a*# "a prueba se realiza cuando el suelo está saturado de agua, como por e@emplo, inmediatamente después de una abundante lluvia! En primer lugar, determine la ad$esividad, que es la cualidad que tienen los materiales del suelo de ad$erirse a otros ob@etos! *espués, determine la plasticidad, que es la cualidad por la cual el material edáfico cambia continuamente de forma, pero no de volumen, ba@o la acción de una presión constante, mantiene dic$a forma al desaparecer la presión!
E!&a,# *e ca'(# (ara *e$er'i!ar la a*)e&i
a*# 5resione una pequeJa cantidad de suelo mo@ado entre el pulgar el #ndice para comprobar si se ad$iere a los dedos! *espués, separe los dedos lentamente! alifique la ad$esividad de la manera siguiente:
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N# a*)ere!$e , si el suelo no se ad$iere o prácticamente no queda material ad$erido a los dedos
1 Li"era'e!$e a*)ere!$e, s i e l suelo comienza a ad$erirse a ambos dedos, pero al separarlos uno de ellos queda limpio no se aprecia estiramiento cuando los dedos comienzan a separarse
3 A*)ere!$e, si el suelo se ad$iere a ambos dedos tiende a estirarse un poco a partirse a no separarse de los dedos
5 Mu, a*)ere!$e, si el suelo se ad$iere fuertemente a ambos dedos, cuando ambos se separan se observa un estiramiento del material!
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E!&a,# *e ca'(# (ara *e$er'i!ar la (la&$ici*a* *el &uel# '#>a*# +mase una pequeJa cantidad de suelo mo@ado entre las palmas de las manos $asta formar una tira larga redonda parecida a un cordón de unos < mm de espesor! alifique la plasticidad de la manera siguiente:
N# (l+&$ic#, si no se puede formar un cordón
1 Li"era'e!$e (l+&$ic#, si se puede formar un cordón, pero se rompe fácilmente vuelve a su estado anterior
3 Pl+&$ic#, si se puede formar un cordón, pero al romperse volver a su estado anterior, no se puede formar nuevamente
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5 Mu, (l+&$ic#, si se puede formar un cordón que no se rompe fácilmente cuando se rompe, se puede amasar entre las manos volver a formarlo varias
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De$er'i!aci! *e la c#!&i&$e!cia *el &uel# )@'e*# E!&a,# *e ca'(# (ara *e$er'i!ar la c#!&i&$e!cia *el &uel# )@'e*# El ensao se realiza cuando el suelo está $7medo pero no mo@ado, como, por e@emplo, NI $oras después de una abundante lluvia! 0rate de desmenuzar una pequeJa cantidad de suelo $7medo, presionándolo entre el pulgar el #ndice o apretándolo en la palma de la mano! alifique la consistencia del suelo $7medo de la manera siguiente:
/uel$#, si el suelo no tiene co$erencia (estructura de grano suelto)
1 Mu, 2ria-le, si el suelo se desmenuza fácilmente ba@o mu ligera presión, pero se une cuando se le comprime nuevamente
3 Fria-le, si el suelo se desmenuza fácilmente ba@o una presión de ligera a moderada
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5 Fir'e ,si el suelo se desmenuza ba@o una presión moderada, pero se nota resistencia
6 Mu, 2ir'e , si el suelo se desmenuza ba@o fuerte presión, pero apenas es desmenuzable entre el pulgar el #ndice 7 E%$re'a*a'e!$e 2ir'e, si el suelo se desmenuza solamente ba@o una presión mu fuerte, no se puede desmenuzar entre el pulgar el #ndice, se debe romper pedazo a pedazo!
De$er'i!aci! *e la c#!&i&$e!cia *el &uel# &ec#
E!&a,# *e ca'(# (ara *e$er'i!ar la c#!&i&$e!cia *el &uel# &ec#
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El ensao se realiza cuando el suelo se $a secado al aire! 0rate de romper una pequeJa cantidad de suelo seco, presionándola entre el pulgar el #ndice o apretándola en la palma de la mano! alifi consistencia del suelo seco de la manera siguiente:
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/uel$#, si el suelo no tiene co$erencia (estructura de grano suelto) 1 Bla!*#, si el suelo tiene débil co$erencia friabilidad, se des$ace en polvo o granos sueltos ba@o mu ligera presión 3 Li"era'e!$e *ur#, si el suelo resiste una presión ligera, pero se puede romper fácilmente entre el pulgar el #ndice
5 Dur#, si el suelo resiste una presión moderada, apenas se puede romper entre el pulgar el #ndice, pero se puede romper en las manos sin dificultad
6 Mu, *ur#, si el suelo resiste una gran presión, no se puede romper entre el pulgar el #ndice, pero se puede romper en las manos con dificultad
7 E%$re'a*a'e!$e *ur#, si el suelo resiste una presión extrema no se puede romper en las manos!
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3.3. PRUEBA DE CAR9A CON/TANTE:
El permeámetro de carga constante es utilizado cada vez que tenemos que medir permeabilidad de los suelos granulares (suelos con razonable cantidad de arena Wo pedregullo), los cuales presentan valores de permeabilidad elevados!
Este ensao consiste en insertar un estrato de suelo en un recipiente c7bico con forma prismática en la ca#da, previamente este instrumento (permeámetro de carga constante), deberá contener en l parte inferior un material poroso, que impida la filtración la eección de la muestra de suelo!
'ntroducimos la muestra, medimos la altura el área de la muestra! *atos que nos servirán para aplicar la fórmula siguiente: *onde:
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Q: es la cantidad de agua medida en la probeta (cm<)! L: es la longitud de la muestra medida en el sentido del flu@o (cm)! A: área de la sección transversal de la muestra (cm N)! : diferencia del nivel entre el reservatorio superior e inferior (cm)! T: es el tiempo medido entre el inicio el fin del ensao (s)!
omo su nombre lo dice, la cantidad de agua que se aplicara a la muestra debe ser c#!&$a!$e, es por eso que la innovación del permeámetro es que la recarga de agua la salida de agua sea retroactiva, por ese detalle, el instrumente tiene N orificios, que permitirá la proporcionalidad de agua!
omo protección de la muestra en contra de la erosión del agua en ca#da, se contara con productos de maccaferri, que permite el paso del agua, mas no del suelo!
En la parte inferior del permeámetro se instaló una válvula que permitirá filtrar el agua medirlo en la probeta!
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3.3. PRUEBA DE CAR9A ARIABLE: Cu an doelc oe fi ci en t edepe r me ab i l i d adesmu yb aj o ,l ade t er mi n ac i ó nat r a v ésde unper meámet r odecar gaconst ant eespocopr eci sa.Seempl eaent onceselde c ar gav ar i abl e.
Enele ns a y od epe r me abi l i d addec ar g av a r i a bl e ,s emi d enl o sv a l o r e sho bt e ni d os p ar ad i v e r s os v a l or e sd et i emp ot r a ns c ur r i d od es de e li ni c i od ele ns a y o.So n a no t a do sl o sv a l or e sd el at empe r a t u r ac ua nd os ee f e ct i v i z ac adame di d a. Elc oe fic i e nt ed ep er mea bi l i da dd el o ss uel o se sen t o nc esc al c ul a doha ci e nd ou so d el aLe yd eDa r c y :
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+l colocar una muestra de suelo en el permeámetro de carga variable, ensamblado por los estudiantes de la E%E"+ 5R-3E'-&+" *E '&4E&'ER6+ ''", se medirá el tiempo en que el agua filtra a través de un suelo arcilloso, midiéndose la variación de altura de la bureta, con respecto a un plano cero o nivel de referencia (orificio de ca#da del recipiente c7bico en la figura)! *urante el ensao se coloca piedra c$ancada material permeable, con
el fin de proteger la muestra de arcilla saturarla de manera uniforme!
5ara la recolección de datos su pronta aplicación en el soft?are, experimentamos en cuanto tiempo la variación de la altura en la bureta!
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3.5 IPÓTE/I/: El sistema para la determinación de la permeabilidad $idráulica en suelos limosos, arenosos arcillosos permite evaluar las condiciones de permeabilidad $idráulica del terreno donde se ubicará el futuro "+/-R+0-R'- *E 1E2&'+ *E %E"-, -&RE0-, +3+"0- . +4RE4+*- de la E%E"+ 5R-3E'-&+" *E '&4E&'ER6+ ''", de la %&'ER'*+* &+'-&+" *E %+.+"'! 3.6 ARIABLE/ DE E/TUDIO:
aria-le& i!*e(e!*ie!$e&: H9: comportamiento $idráulico del suelo!
aria-le *e(e!*ie!$e: HN: tipo de suelo!
3.7 CONCEPTUALIGACIÓN: En la presente investigación se pretende determinar el coeficiente de permeabilidad $idráulica de los suelos, para tal efecto se tomaran muestras de suelo obtenidas de calicatas a cielo abierto, ubicada en el campus de la %&'ER'*+* &+'-&+" *E %+.+"'!
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e realizara el diseJo construcción de permeámetros de carga constante variable, con estructura metálica con paredes de vidrio, su@etas a un pegamento tipo silicona! "as muestras obtenidas serán ensaadas en el laboratorio @uzgadas!
3. OPERACIONALIGACIÓN:
reación ensamblamiento de un permeámetro de carga variable otro de carga constante! +sesoramiento elaboración del programa en computadora (soft?are), que permitirá comprobar facilitar los cálculos de las muestras extra#das! 5roceso de elaboración de las calicatas en el campus de la %&'ER'*+* &+'-&+" *E %+.+"', espec#ficamente en donde se construirá el futuro "+/-R+0-R'- *E 1E2&'+ *E %E"-, -&RE0-, +3+"0- . +4RE4+*- de la E%E"+ 5R-3E'-&+" *E '&4E&'ER6+ ''"! Recolección de muestras de suelo de las calicatas construidas (muestras inalteradas del suelo)! álculo del gradiente $idráulico $aciendo uso del permeámetro de carga variable constante! Reemplazar los datos encontrados del permeámetro reemplazarlos en el programa (soft?are)! 'mpresión de los resultados $e interpretación, con auda de nuestro asesor mentor '&4! E0%+R*- +"-&[- "'[+R[+/%R% E"+R*E!
CAPÍTULO III 5. METODOLO9ÍA 0 THCNICA/ UTILIGADA/: 5.1 NIEL 0 TIPO DE INE/TI9ACIÓN: 0'5- *E '&E0'4+'\&: cuantitativa cualitativa! &'E" *E '&E0'4+'\&: experimental, descriptiva, aplicativa anal#tica!
5.3 DI/EO DE LA INE/TI9ACIÓN: 5.3.1 ETAPA DE PLANIFICACIÓN 0 PREJCONFECCIÓN:
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Recolección de información acerca de la confección de permeámetros! Elección cr#ticas de los prototipos (lluvia de ideas)! Elaboración de los planos del prototipo! *istribución de obligaciones, por integrante! +dquisición de materiales para la confección de los permeámetros! +sesoramiento sobre el diseJo del soft?are, presentado para la expulsión de resultados! 5rogramación de tareas supervisión de avances!
5.3.3 ETAPA DE CONFECCIÓN DE LO/ IN/TRUMENTO/: 5.3.3.1 PERMEAMETRO DE CAR9A ARIABLE: *iseJo de la ca@a receptora de muestras (cilindro de vidrio 9;cm de diámetro)! 'mpermeabilización de la base del cilindro, mediante silicona una manguera transparente, que va conectado a otro recipiente c7bico! onstrucción de un recipiente c7bico con estructura de aluminio de 9;cm x 9;cm! 'mpermeabilizar el cubo en la base con la manguera transparente (utilizando silicona)! Estacionamiento del cilindro de vidrio mediante un instrumento de gasfiter#a! onstrucción de las estructuras tipo tr#pode, que sostendrán el permeámetro! 'nstalación de la pipeta en la parte superior del cilindro con una tapa de plástico un trozo cil#ndrico de tecnopor! +cabados de la estructura del permeámetro (pintado)! 'mplementación de una válvula en el centro de la manguera con fines de saturación de la muestra! 1ás detalles (revisar manual de ensamblamiento)! •
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5.3.3.3 PERME4METRO DE CAR9A CON/TANTE:
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orte a medida de los vidrios que formaran la parte superior del permeámetro (estructura tipo prisma, con un cuerpo c7bico un terminal semiOcónico)! onstrucción ad$esión de los vidrios a los ángulos, mediante el uso de silicona impermeable! Realizar orificios en las paredes paralelas de los vidrios con fines de entrada salida de agua!
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'mplementar una malla piedra porosa en el medio del permeámetro (parte interna), estabilizarlo pegamento industrial! olocación de piedra c$ancada en la parte inferior del permeámetro! omo tapa inferior colocamos un vidrio de enca@e con un orificio que será incrustado con un perno impermeable! olocación de pernos de enca@e en los orificios superiores de las paredes paralelas de vidrio! onexión de un grifo de circulación de $idrocarburos en el perno inferior (función tipo válvula)! 3abricación de un recipiente de vidrio con estructuras metálicas que permitirá llenar el permeámetro con agua, este recipiente contendrá un orificio en la parte superior su respectivo perno impermeable! onectar todos los pernos con mangueras transparentes presionarlas con abrazaderas! *iseJo construcción de una estructura de soporte del permeámetro, a que éste mismo estará suspendido en el aire! +cabados de todos los instrumentos (limpieza pintado)! 1ás información, acudir al manual!
5.3.3.3 PRO9RAMA EN COMPUTADORA K/OFTAARE: +sesoramiento del uso de @ava demás $erramientas de programación! 'nstrucción intensiva algoritmo de programación! Estructuración del programa (sistema retroactivo de necesidades)! onsolidación del lengua@e de programación! *istribución de #conos! *iseJo de las ventanas de inicio, ingreso de datos, panel de impresión! 1ás información, acudir al manual!
5.3.5 ETAPA DE COMPROBACIÓN 0 CONTROL DE CALIDAD: Reconocimiento solución de fallas en los instrumentos! omprobación del sistema permeable mediante la circulación rápida del agua (observando las mangueras transparentes)! upervisión garant#a de nuestro asesor! En caso del soft?are, comprobar los resultados de manera clásica, as# demostrar el óptimo funcionamiento del programa! Reconocimiento de las calicatas construidas tomar la muestra, sin que afecten los cambios de temperatura cualquier otra restricción!
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+@ustar los procesos realizados de acuerdo a la norma técnica peruana! *esarrollo del ensao, con supervisión de nuestro asesor recolección de datos! 'nstalación de datos al programa calcular consecutivamente!
5.5MHTODO/ DE INE/TI9ACIÓN: Recolección de información, fuente primaria secundaria!
5.6 MATERIALE/: 5.6.1 Ma$eriale& (ara el (er'e+'e$r# *e car"a c#!&$a!$e: idrio cristal de Imm de espesor (para las paredes la ca@a receptora de evacuación de agua)!
2ngulos de acero de aluminio para estructurar los recipientes elaborados de vidrio!
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ilicona especial para vidrio (silicona impermeable)!
5iedra c$ancada, malla geosintética (sostendrá el peso de la muestra)!
0uercas, pernos, retenes, $uac$as de diferentes diámetros!
1anguera transparente!
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+brazaderas de diferentes medidas!
3iltro para gasolina con llave de fuga!
Estructura metálica a medida del permeámetro!
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5.6.3 Ma$eriale& (ara el (er'e+'e$r# *e car"a
Recipiente cil#ndrico sellado donde se colocara la muestra de suelo (se adaptó pernos en la parte inferior con fines de distribución de agua $acia el otro recipiente)!
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Estabilizante del permeámetro, con sus respectivos pernos de seguridad!
5ernos impermeables (sirve como una reducción vidrioOmanguera, para ambos recipientes)!
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/ureta instalada en la parte superior del recipiente cil#ndrico, estabilizándolo con un retén (bureta perpendicular a la tapa del envase)!
1anguera transparente, con una válvula en el medio (nos permitirá regular la cantidad de agua de envase a envase)!
5iedra porosa que permitirá la distribución del agua de manera uniforme protegerá la muestra!
Estructuras de acero que soportaran las cargas de los recipientes!
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%tensilios de aplicación!
5.7 FUENTE/ THCNICA/ E IN/TRUMENTO/ DE RECOLECCIÓN DE DATO/:
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5.7.1 Fue!$e& , $éc!ica& *e rec#lecci! *e *a$#&: eg7n la normativa que rige en 1E2&'+ *E %E"-, la muestra de suelo a extraer, debe ser inalterada a una profundidad de 9!>m!
"a recolección de datos para el ensao se debe $acer estrictamente, en el lugar presentado en el informe del proecto (en la parcelación destinada a la construcción del laboratorio de mecánica de suelos)!
eg7n las referencias bibliográficas que tiene el presente, es fundamental que la muestra de suelo, debe poseer durante el ensao, sus propiedades naturales insitu! 5ara ellos se realizó la construcción de una calicata a cielo abierto!
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omo técnica de recolección se introdu@o un trozo de tubo de Ipulg! *e 5 en la parte más ba@a de la calicata, se dispuso a escavar a su alrededor la extracción fue envuelta protegida de los agentes del intemperismo!
"a muestra de arcilla es dispuesta a su evaluación con la aplicación de los permeámetros!
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5.7.3 I!&$ru'e!$#& *e rec#lecci! *e *a$#&: omo instrumento en s#, la construcción de la calicata fue fundamental!
5ara realizar en ensao el procesamiento de los datos, fue necesario el uso del permeámetro de carga variable, debido a que la arcilla está clasificado como Fsuelo de grano finoG, por tanto seg7n la normativa, el instrumento adecuado ser#a el permeámetro a mencionado!
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omo instrumento de implementación, se construó un permeámetro de carga constante, que funciona para suelos de grano grueso (en nuestra localidad también se encuentra suelos de grano grueso, por tanto es fundamental poseer ambos sistemas de permeabilidad)!
CAPÍTULO I 6. AN4LI/I/ E INTERPRETACIÓN DE RE/ULTADO/: