INTRODUCCION
En este ensayo determinamos el coeficiente de permeabilidad (K) de una muestra de suelo granular o cohesiva, en tendiendo por permeabilidad, la propiedad de un suelo que permite el paso del agua a través de sus vacíos, bajo la acción de una carga hidrosttica! "o todos los suelos tienen la misma permeabilidad, de ahí que se los haya dividido en suelos permeables e impermeables, estos #ltimos son generalmente suelos arcillosos, donde la cantidad de escurrimiento del agua es peque$a y lenta! %a permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna! &e afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable! %a velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende depende de tres factores bsicos' bsicos' la porosidad porosidad del material material la densidad del del fluido fluido considerad considerado, o, afectada afectada por su temperatur temperatura a la presión presión a que est sometido sometido el fluido! eterminación de la permeabilidad del suelo tiene una importante incidencia en los estudios hidrulicos portante del sustrato por ejemplo previo a la construcción de edificios u obras civiles), para estudios de erosión y para mineralogía, entre otras aplicaciones! %a permeabilidad del suelo suele aumentar por la eistencia de fallas, grietas, juntas u otros defectos estructurales
OBJETIVOS
*prender los procedimientos para poder calcular el coeficiente de
permeabilidad K para el suelo en cuestión! +btener las relaciones gravimétricas del tipo de suelo estudiado *naliar e interpretar los resultados en la practica eterminar la permeabilidad de un suelo grueso
MARCO TEORICO
LEY DE DARCY
%a propiedad que el suelo presenta al permitir que el agua escurra a través de él se llame permeabilidad y su grado se epresa a través del coeficiente de permeabilidad (-) El estudio de la permeabilidad del suelo es fundamental en diversos problemas de ingeniería de suelos, como drenaje, rebaje de nivel del agua, recalques, represas, pavimentos, entre otros! 1. Coeficiente de perme!i"idd#$% & %a determinación del coeficiente de permeabilidad est directamente asociada a la %ey de arcy, que establece la directa proporcionalidad entre los diversos factores geométricos y el flujo del agua!
&iendo' .' /lujo *' 0rea de permeado K' 1na constante para cada suelo, que recibe el nombre de coeficiente de permeabilidad! %a relación h (carga que disipa en la filtración) por % (distancia a lo largo de la cual la carga se disipa) se llama gradiente hidrulico, epresado por la letra i! e esta forma, la ley de arcy asume el formato'
El flujo dividido por el rea indica la velocidad con que el agua sale del suelo! Esta velocidad, v, se llama velocidad de descarga!
%a velocidad 2d de la %ey de arcy no representa la velocidad de percolación (2p) del agua a través de los poros del suelo! Esto porque, usualmente es utiliada el rea total 3*4 de a sección transversal de la muestra del suelo, al inverso de utiliar al rea real *v de sus vacíos! En tanto, la velocidad real de percolación 2p puede ser determinada a través de las siguientes relaciones El concepto de flujo se tiene'
onde' 2' indica velocidad! el concepto de volumen, se tiene'
onde' 2' indica volumen! &e puede decir entonces que'
'. Determinci(n de" coeficiente de perme!i"idd #)%
El coeficiente de permeabilidad de un suelo puede ser obtenido por medio de métodos directos e indirectos! %os métodos directos se basan en ensayos de laboratorio sobre muestras o en ensayos de campo! %os métodos indirectos utilian correlaciones entre características del suelo! M*todo+ Directo+ %os métodos directos constituyen los permemetro que miden la permeabilidad de los suelos en laboratorio y el ensayo de bombeo realiado
in5situ
y
mayormente utiliado para
determinar
la
permeabilidad de macios rocosos! ,erme-metro de Cr Con+tnte Ese tipo de permemetro es utiliado en la determinación del coeficiente de permeabilidad de suelos de granos gruesos! Esa determinación es realiada midiéndose la cantidad de agua que atraviesa la muestra de suelo con la altura de carga (h) constante en un determinado intervalo de tiempo (t), siendo * el rea de la sección transversal de la muestra y % su altura (longitud a lo largo de la cual la carga h es disipada)! El agua que atraviesa la muestra se recoge en un recipiente para luego ser medida!
E/UI,OS Y MATERIALES
,ERMEAMETRO CASERO 6! 7*8E9:*%E& ;*9* E% :&E<+' •
= >aldes de plstico' %ugar donde se depositara el agua utiliada en el
• •
procedimiento del ensayo de permeabilidad 8ubos reductores 7anguera transparente de ? pulgada' *yudara al transporte del agua
•
hacia el envase de la muestra y en la fuga %avavajillas' 1sado como material poroso para distribuir uniformemente
• • • •
el agua sobre la grava! ;egamento para tubo @inta teflón &ilicona, soldimi Entre otros(alicate, clavos, lija, tijera, sierra)
A! ;9+@E:7:E"8+' &e realiaron cortes en los tubos, mangueras y uno de los baldes para
poderlos adecuar al dise$o y ensamblamos creando de esta manera un conducto del envase "BC6 al envase "BCA
9ealiar agujeros con ayuda de clavos calientes de tama$o del dimetro de las mangueras transparentes y en cada agujero pegamos un peque$o tubo para reforar la abertura, unimos la manguera y el tubo!
*decuamos los lavavajillas al
tama$o del envase para que puedan ser usadas como filtros y una de ellas la colocamos en el envase "BCA 8amiamos la muestra a utiliar
entre las mallas "B6D= la malla "B= (F9*2*)!
@olocamos una de los lavavajillas en la base del
envase
"BCA
y
sobre esta procedemos a vaciar la muestra tamiada para después cubrirla con otro lavavajillas!
1nimos el envase
"BC6 y el envase "BCA por medio de tubos y la manguera transparente por donde filtrara el agua para realiar el ensayo!
e igual manera unimos el
envase "BCA con el envase "BCG, donde se tendr que cumplir el ;rincipio de ;ascal por medio del tubo transparente que se muestra en la parte de abajo
;or ultimo unimos el envase "BCG
con el envase "BC=, pues en este #ltimo controlaremos el caudal
ENSAYO DE ,ERMEABILIDAD
6! 7ateriales' 6 cronometro 9egla
o
fleómetro 6 calculadora ;ermemetro
A! ;rocedimiento' 7edir la altura de la muestra usada en el ensayo, el rea del recipiente
que lo contiene, y la altura entre los agujeros del recipiente "BC6 y del recipiente "BCG
2erter agua al primer recipiente hasta la altura donde se encuentra el
agujero, de igual manera en el recipiente "BCG
*brir la llave para que el agua pueda
llegar al envase "BCA donde se encuentra la muestra (grava) con el material poroso, durante todo el proceso es importante verter agua continuamente
y de manera
constante en el envase "BC6
1
El tiempo se calculara desde que el
recipiente "BC= se empiece a llenar hasta el volumen deseado (Eje! A litros)
2 3 4
C0LCULOS ;rocedemos con los clculos, para hallar el coeficiente de permeabilidad, para lo cual utiliamos las formulas establecidas por Henri arcy! @on el método de carga constante, el coeficiente de permeabilidad se calcula con la siguiente ecuación' v = K . i
v I velocidad de descarga, que es la cantidad de agua que fluye por unidad de tiempo a través de una sección transversal total unitaria de suelo perpendicular a la dirección del flujo - I coeficiente de permeabilidad %a ecuación
Q= AvT = A ( ki ) T
gradiente hidrulica
h i= L
y de la ecuación de >ernoulli tenemos la
.
espejando obtenemos la ecuación' k =
Q. L A . T . h
.I es el volumen de agua recolectado %I distancia de la muestra * Ies el rea de la sección transversal en el espécimen 8 Ies el tiempo de la descarga h Ies la cabea hidrulica total *8+& +>8E":+& E" E% E"&*+ %
J!cm
h
JCcm
*
ENSAYO
6AJ!GAcmA
VOLUME
TIEMPO
K
N 1
1000
cm 2
1000
cm 3
4
65
0.0129
56
0.0150
52
0.0161
3
1000
cm
0.0142
3
1000
cm
56
3
3
0.145 5
&eg#n la tabla siguiente (/uente' *! @asagrande, 7ecnica de &uelo, Lure >adillo ;g!6MN) podemos definir nuestra muestra como grava limpia con alta permeabilidad!
!
CONCLUSIONES •
•
•
•
En cuanto a construcción se refiere, la permeabilidad tiene un efecto decisivo sobre los costos y dificultades que se presenta en diferentes operaciones, como ecavaciones a cielo abierto! 8ambién es importante en la evaluación de la cantidad de filtración a través o por debajo de presas, diques o poos de agua! &eg#n el ensayo realiado y tomando en cuenta los datos obtenidos, clasificamos a nuestra muestra como una grava limpia con alta permeabilidad! El coeficiente de permeabilidad es independiente de las propiedades físicas del suelo! %a determinación del coeficiente de permeabilidad es importante para solucionar los problemas de filtración presentes en ingeniería civil!
RECOMENDACIONES •
•
En el proceso de fabricación del permemetro casero, se debe utiliar un envase de sección transversal constante! ebemos de ser bastante cuidadosos al momento de asegurar las uniones de tubos y envases para evitar fugas de agua que podría alterar la carga constante!
ANEOS
BIBLIO2RA3IA
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