ENSAYO DE PERMEABILIDAD A CABEZA CONSTANTE Y VARIABLEPEDRO LUIS PEREZ SUAREZ LUIS EDUARDO GUZMAN PALENCIA JORGE ANDRES MONTIEL HOYOS JOSE FERNANDO ORTEGA TOVAR ING. LEONARDO TOSCANO UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL GEOTECNIA I SINCELEJO - SUCRE OCTUBRE 2017 . ENSAYO DE PERMEABILIDAD A CABEZA VARIABLE OBJETIVOS Medir la permeabilidad en los suelos finos (arcillas . ENSAYO DE PERMEABILIDAD A CABEZA CONSTANTE OBJETIVOS Conocer las propiedades hidráulicas de los suelos granulares y suelos finos Medir la permeabilidad en los suelos granulares Obtener el coeficiente de permeabilidad K para el suelo en cuestión.limos) Obtener el coeficiente de permeabilidad K para el suelo en cuestión. MATERIALES Y EQUIPOS Permeámetro Tanque aforador Fuente de agua Buretas Cronometro Flexómetro Probetas Beaker . PROCEDIMIENTO ENSAYO A CABEZA CONSTANTE . ENSAYO A CABEZA VARIABLE . 71 275 Tabla 1: Datos obtenidos (Cabeza Constante) Determinamos el área transversal de la muestra (A) 𝜋𝐷2 𝜋(10.54 cm ENSAYO TIEMPO (seg) T.94 273 2 6. PROMEDIO VOLUMEN V.54 cm Diámetro del cilindro = 10.76 seg 255 267.66 cm3 3 6. PROMEDIO (cm3) 1 6.76 𝑠𝑒𝑔) . 𝟎𝟐𝟓𝟗 𝒄𝒎/𝒔 𝐴 ∗ ℎ ∗ 𝑡 (87.54 𝑐𝑚) 𝐾= = = 𝟎.63 6. CALCULOS Y RESULTADOS (CABEZA CONSTANTE) Para el ensayo de permeabilidad cabeza constante se obtuvieron los siguientes valores en laboratorio: Altura total = 202 cm Altura cilindro = 11.25 𝑐𝑚2 ) ∗ (202 𝑐𝑚) ∗ (6.66 𝑐𝑚3 ) ∗ (11. 𝟐𝟓 𝒄𝒎𝟐 4 4 Determinamos el coeficiente de permeabilidad (K) Teniendo que: Q: Volumen de agua L: Longitud de la muestra A: área transversal de la muestra H: Altura Piezometrica t: Tiempo 𝑄∗𝐿 (267.54 𝑐𝑚)2 𝐴= = = 𝟖𝟕. 804 𝑚2 /𝑠 𝜗20 = 1.804 𝑚2 /𝑠 𝐾20 = 0. de la siguiente tabla: 𝜗30 = 0.Corrección por temperatura: 𝜗20 𝐾𝑡 = 𝐾20 ∗ 𝜗𝑡 Tenemos que nuestra temperatura fue 33°C.0259 𝑐𝑚/𝑠 ∗ 1.007 𝑚2 /𝑠 Despejamos K20 de la formula anterior. y nos queda que: 𝜗𝑡 𝐾20 = 𝐾𝑡 ∗ 𝜗20 Reemplazamos 0.007 𝑚2 /𝑠 𝐾20 = 0.0204 𝑐𝑚/𝑠 Este sería nuevo valor de coeficiente de permeabilidad a cabeza constante . entonces tomamos la viscosidad para 30°. 53 cm3 3 73 53 56. CALCULOS Y RESULTADOS (CABEZA VARIABLE) Para el ensayo de permeabilidad cabeza variable se obtuvieron los siguientes valores en laboratorio: Area de la Bureta = 1.35 53 𝑐𝑚 𝑲 = 𝟎.54 𝑐𝑚)2 𝐴= = = 𝟖𝟕.54 cm Altura del cilindro al punto = 67 cm En nuestro caso.32 58.54 cm Diámetro del cilindro = 10.54 𝑐𝑚 73 𝑐𝑚 𝐾= 2 ∗ log 87. Volumen V.54 cm2 Altura del cilindro = 11. tenemos una diferencia de altura de 20 cm ENSAYO h1 h2 Tiempo T.3 ∗ 1.6 16. 𝟐𝟓 𝒄𝒎𝟐 4 4 Determinamos el coeficiente de permeabilidad (K) 2.25 𝑐𝑚 ∗ 58. 𝟎𝟎𝟏𝟏𝟔 𝒄𝒎/𝒔 .35 seg 17.75 16 Tabla 2: Datos obtenidos (Cabeza Variable) Determinamos el área transversal de la muestra (A) 𝜋𝐷2 𝜋(10.3 ∗ 𝑎 ∗ 𝐿 ℎ1 𝐾= ∗ log( ) 𝐴∗𝑡 ℎ2 2.54 𝑐𝑚2 ∗ 11. (seg) Promedio (cm3) Promedio 1 73 53 60 17 2 73 53 58. de la siguiente tabla: 𝜗30 = 0.804 𝑚2 /𝑠 𝜗20 = 1. y nos queda que: 𝜗𝑡 𝐾20 = 𝐾𝑡 ∗ 𝜗20 Reemplazamos 0.00116 𝑐𝑚/𝑠 ∗ 1.Corrección por temperatura: 𝜗20 𝐾𝑡 = 𝐾20 ∗ 𝜗𝑡 Tenemos que nuestra temperatura fue 33°C.007 𝑚2 /𝑠 𝐾20 = 0.007 𝑚2 /𝑠 Despejamos K20 de la formula anterior.804 𝑚2 /𝑠 𝐾20 = 0.000926 𝑐𝑚/𝑠 Este sería nuevo valor de coeficiente de permeabilidad a cabeza variable . entonces tomamos la viscosidad para 30°. Peter Berry. y la muestra usada para el ensayo de cabeza variable tiene una permeabilidad Baja. Coeficientes de permeabilidad Fuente Tabla 6: Mecánica de suelos. Impermeable Menor de 10 -7 Tabla7. ANALISIS DE RESULTADOS Tomando como referencia la siguiente tabla podemos identificar o clasificar a qué tipo de suelo corresponden los estratos analizados. COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE SUELOS NATURALES TIPO DE SUELO COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD Arcilla < 10⁻⁹ Arcilla arenosa 10⁻⁹ a 10⁻⁸ Limo 10⁻⁸ a 10⁻⁷ Turba 10⁻⁹ a 10⁻⁶ Arena fina 10⁻⁶ a 10⁻⁴ Arena gruesa 10⁻⁴ a 10⁻³ Arena gravosa 10⁻³ a 10⁻² Grava > 10⁻² Tabla 6. . se deduce que el estrato de suelo usado para el ensayo de cabeza constante corresponde a una arena gravosa y el estrato usado para el ensayo de cabeza variable corresponde a una arena fina. Luego podemos establecer el grado de permeabilidad. según la tabla 6. Después de calcular K para ambos estratos de suelo. usando nuevamente el coeficiente de permeabilidad K Grado de permeabilidad Valor de K (cm/s) Elevada Superior a 10 -1 Media 10 -1 a 10 -3 Baja 10 -3 a 10 -5 Muy baja 10 -5 a 10 -7 Práctic. Grado de permeabilidad Fuente Tabla 7: Wikipedia A partir de la tabla anterior se puede apreciar que la muestra de suelo usada para el ensayo de cabeza constante tiene un grado de permeabilidad Media. Con el coeficiente K de permeabilidad promedio de la muestra analizada en cabeza variable se pudo comparar con una tabla teórica y se concluyó que el tipo de material analizado es una arena gruesa. . de esto se infiere que la constante está dada en función del tamaño de los poros. el tamaño y la distribución de sus partículas. CONCLUSIONES El valor de K depende de la forma. La granulometría realizada al material influye bastante. Con el coeficiente K de permeabilidad promedio de la muestra analizada en cabeza constante se pudo comparar con una tabla teórica y se concluyó que el tipo de material analizado es una arena gravosa. porque lo componen partículas de tamaño uniforme hace que existen más vacíos o poros por donde fluye el agua. ANEXOS . RECOMENACIONES Tomar atenta nota de las recomendaciones del docente para correcto uso de las herramientas de laboratorio. Tener en cuenta que el espesor del cilindro. una indebida recolección de datos puede ser motivo de errores al momento del trabajo de oficina. . cuando realmente se necesita su volumen interno. ya que muchas veces se confunde con las dimensiones externas. Ser ordenado a la hora de tomar apuntes de los datos parciales que va arrojando el ensayo. así como equipos y materiales para optimizar el estudio y aprendizaje. La unidades para permeabilidad son unidades de velocidad cm/s o m/s. GUIA SUGERIDA 1. 2. 2 (0. variando solamente el volumen de vacíos.7 𝑘 = 𝐶1 ∙ 𝐷10 ∙ + 0. ¿Qué es la permeabilidad? ¿Qué unidades se usa para expresarla? La permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de permitir el paso del agua a través de sus vacíos. ¿Cuál es el objetivo del ensayo de permeabilidad de cabeza constante? El ensayo de cabeza constante tiene como objetivo medir la permeabilidad de suelos granulares o de permeabilidad alta. Las limitaciones de este ensayo consisten en la utilización de muestras que posean más del 10% de material fino. ya sea arenas. ¿Es el coeficiente de permeabilidad de las arenas influido por la relación de vacíos? Explique El coeficiente de permeabilidad me indica la facilidad de un fluido a atravesar cualquier me dio poroso. gravas y/o rocas. La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidad del flujo de agua a través de éste durante un período determinado. se expresa a través del coeficiente de permeabilidad. por lo que disminuye esta facilidad para moverse a través de la muestra. el cual es una constante de proporcionalidad que se determina mediante la experimentación en el laboratorio o in situ. En una muestra de suelo que ha sido compactado. en su fórmula para el cálculo del coeficiente de permeabilidad introduce una constante que tiene en cuenta la porosidad y el tipo de suelo. por tanto habrá poco espacio para que se dé el desplazamiento del fluido. por lo que el área de los vacíos disminuye.13 2 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐶1 = 𝐶0 ∙ ( 3 ) √1 − 𝑛 𝑛 = 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐶0 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 Coeficientes tipos de suelo Suelo C0 Arena grano redondeado 800 Arena grano anguloso 460 Arena con limos <400 3.03 ∙ 𝑡) 𝑛 − 0. el volumen de solidos queda inalterado. ¿Puede dar alguna relación empírica para medir la permeabilidad de los suelos? ¿Es aplicable a todos los suelos? Fórmula de Terzaghi. 4. . 85 Grafica de la ecuación 8.5. arenas finas.85 = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐í𝑜𝑠 𝑑𝑒 0. ¿Cuál es el valor más pequeño del coeficiente de permeabilidad que puede ser medido en una prueba de permeabilidad de cabeza constante? El valor más pequeño se presenta para arenas limpias donde se presenta un buen drenaje con una permeabilidad de 10-3 cm/s 6. limos y arcilla se aplica el ensayo de permeabilidad con carga o cabeza variable. quien propuso una relación simple de la permeabilidad y la relación de vacíos para arenas finas y medianas limpias. ¿Puede dar usted una expresión que tenga en cuenta los cambios de permeabilidad versus la relación de vacíos? Ecuación de Casagrande.85 𝑘 = 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑢𝑛𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝒆 𝑘0. 7. ¿Qué otras pruebas pueden aplicarse a los suelos con permeabilidades bajas? En suelos con gran cantidad de finos. El agua . En la pared lateral del cilindro existen varios puntos de conexión de manómetros para realizar diferentes lecturas de pares de cargas de presión. La muestra de suelo se introduce en un cilindro.4 ∙ 𝒆2 ∙ 𝑘0. a través de la siguiente formula 𝑘 = 1. ¿Explique el principio del tanque de presión constante? El instrumento utilizado recibe el nombre de permeámetro de carga constante. Al tomar el agua del grifo se puede presentar salpicaduras. 11. ¿Porque usted debe usar agua desairada en vez de agua del grifo para el ensayo de permeabilidad? Para el ensayo es ideal la utilización de fluido con cero aires para obtener la permeabilidad del suelo. Una vez que se ha alcanzado el estado estable. Al usar agua desairada me garantiza que el volumen de aire o el área de aire en la muestra de suelo se mantengan inalterados durante el ensayo. ¿Cómo usted remueve el aire del agua? La técnica más común de desaireación del agua combina un sistema de saturación de CO2 bajo condiciones de vacío. suministrando agua desairada al tanque y por la otra. aplicando un vacío a la muestra antes de iniciar la prueba. hasta que los niveles en los tubos de los manómetros sean constantes. ¿El coeficiente de permeabilidad aumenta o disminuye con la temperatura? Explique La permeabilidad de los suelos depende de varios factores como es la viscosidad del fluido. Se debe efectuar varias pruebas para establecer el promedio de k. 10. Está definido a través de la siguiente ecuación. Esto se lleva a cabo por una parte. 9. ¿Las mediciones de la permeabilidad aumentan o disminuyen con el contenido del aire del agua ensayada? La relación entre el contenido de aire y la calidad de la medición de la permeabilidad son inversamente proporcional. ya que si el contenido de aire disminuye la medición de la permeabilidad será muy buena. en donde el coeficiente de permeabilidad es inversamente proporcional a la viscosidad del fluido. que pueden incorporarse al muestra y afectan la cantidad vacíos y por tanto el ensayo. 𝛾𝑤 𝑘= ̅ ∙𝐾 𝜂 . 12. que conlleva a la producción de burbujas. Así se obtiene agua óptima para el desarrollo de los ensayos y evitar resultados erróneos. Puesto que la presencia de burbujas de aire puede afectar mucho los resultados. Después se modifica la velocidad de flujo y se repite el procedimiento. se mide la cantidad que fluye durante un tiempo dado y se registran las lecturas de los dos niveles manométricos. esto es. El flujo se continúa hasta lograr un estado estable o de flujo establecido. es imperativo asegurarse que el aire se haya eliminado del sistema en la medida de lo posible.fluye a través de la muestra proveniente de un tanque o deposito diseñado para mantener una carga constante y la cantidad de agua se mide pesando el recipiente recolector. 13. Ambos errores reducen la permeabilidad. Se extiende desde un valor insignificante de 10-7 cm/s para el caso de arcillas. arenas. ¿Es necesario remover el aire de la muestra antes de realizar un ensayo de permeabilidad? Explique Sí. que actúa luego como filtro. ya que para éstos ensayos las fuentes más importantes de error son las formaciones de una pequeña capa de material fino en la superficie de la muestra. En la siguiente tabla se presenta rangos de valores para la conductividad hidráulica en algunos tipos de suelo 14. Por lo tanto es imperativo asegurarse que el aire se haya eliminado del sistema en la mayor medida posible . hasta un máximo de 100 cm/s para el caso de algunas gravas. La presencia de burbujas de aire puede afectar de manera significativa los resultados. 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝛾𝑤 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝜂 = 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 ̅ = 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 𝐾 La viscosidad del agua afectara la manera en como el fluido se desplace a través del sistema de tuberías y conductos y como pase por la muestra de suelo. y la existencia o formación de burbujas de aire. limos y arcillas? La conductividad posee un intervalo de variación para el suelo muy amplio. ¿Cuál es el rango típico para la permeabilidad de gravas. Das Guia de laboratorio de geotecnia. BIBLIOGRAFIA Mecánicas de suelos. Peter Berry. Braja M. Universidad de Sucre .
Report "Ensayo de Permeabilidad a Cabeza Constante y Variable"