determinación del coeficiente de permeabilidad para suelos granulares

DETERMINACIÓN DEL

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD

DE SUELOS GRANULARES (CARGA CONSTANTE)

ASTM D 2434-68 (1994)

Competencias Técnicas de Laboratorista

en Mecánica de Suelos

AASHTO T 215

ALCANCE

Este método de ensayo describe el procedimiento para

determinar el coeficiente de permeabilidad mediante

carga constante para flujo laminar de agua a través de

suelos granulares que no contenga más del 10% de

partículas que pasen el tamiz de 75 µm (N 200).



EQUIPO

Tubos piezométricos.-

Permeámetros.- con cilindros

para muestras con diámetros

mínimo de aproximadamente 8 a

12 veces el tamaño máximo de

las partículas de acuerdo con la

tabla N 1

Tanque de carga

constante.- laminar de

agua



Tamaño máximo de

partículas

Diámetro mínimo del cilindro

% retenido > 35% % retenido < 35%

N° 10 3/8 in N° 10 3/8 in

N° 10 y 3/8 in

3/8 in y ¾ in

3 in 6 in 4.5 in 9.5 in

Tabla N 1. Diámetro del cilindro

Fuente: Norma ASTM D 2434-68 (1994)



Pantallade arena

Tanque de aguacon carga constante

Válvula del tanque del filtro

Conexión de entrada

Placa tope

H2

H1

Válvula de salida

Cilindrode acrílico o metal

Piedra porosa superior

Piedra porosa inferior

MUESTRA DE SUELO

D

Válvula

Desborde

Válvulade agua

Tubosmanométricos

S

alida d

e

man

óm

etr

os

L

Resort

e

Alt

ura

de la m

uestr

a

Carg

a h

5

10

15

20

25

Fuente: Norma ASTM D 2434

Fig. 1.1 Permeámetro de cabeza constante



EQUIPO

Piedras

porosas.-

Bomba de vacío o aspirador

de aire:

Equipo para

compactación.-



EQUIPO

Cucharón.- Con una

capacidad de 100 g (0.22

lb).

Balanza.- Con sensibilidad

de 0.01 g, y capacidad de 2

Kg.



EQUIPO

Otros equipos.- Termómetros,cronómetro, probeta de 250 mL,recipientes para mezclar, recipientespara determinar el contenido dehumedad de acuerdo a la norma ASTMD 2216, etc (ver Foto N° 2).



MUESTRA DE ENSAYO

• Determine por cuarteo una muestra representativade suelo granular secado al aire, que contengamenos del 10% de suelo que pase el tamiz de 75 µm(N 200).

• Realice un análisis granulométrico de acuerdo a laNorma ASTM D 422. Las partículas mayores de 19mm (3/4 in) no deberán emplearse en el ensayo.

• Del material tamizado escoja mediante cuarteo, deacuerdo a la norma ASTM C 702, una cantidadaproximadamente igual a dos veces la requeridapara llenar la cámara del permeámetro



PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Mida el diámetro interior del cilindro Ø, la longitud L

entre las salidas de los piezómetros, y la altura total

H1 del cilindro.

Humedezca las

piedras porosas. (ver

Foto N 3)

Foto N 3: Humedecimiento de las

piedras porosas.




Mezcle el suelo con suficiente agua para producir el

contenido de humedad deseado.

Determine el peso de

la muestra que se va a

utilizar en el ensayo, y

anótela como W1. (ver

Foto N 4)

Foto N 4: Peso de la muestraQ




Almacene el material en un recipiente cubierto por lo

menos durante 16 horas.

Determine el contenido de humedad con una

pequeña porción de la muestra preparada.

Coloque el suelo preparado en el permeámetro en

capas delgadas uniformes aproximadamente iguales

en espesor al tamaño máximo de las partículas

después de compactadas, pero no menor de 15 mm

(0.6 in), usando un cucharón.




Compacte las capas sucesivas hasta que el suelo

alcance el peso unitario relativo deseado mediante

golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie

de la capa siguiendo una trayectoria regular, hasta

una altura de alrededor de 20 mm (0.8 in) por encima

de la salida del piezómetro superior.

• Peso unitario relativo del 0%: Coloque la muestra

en capas sucesivas sin compactarlas hasta cuando

el molde del permeámetro esté lleno.




• Peso unitario relativo al 100%: Compactecompletamente cada capa de suelo mediante golpesuniformemente distribuidos sobre la superficie de lacapa hasta producir el peso unitario máximo.

• Peso unitario relativo entre el 0 y 100%: Mediantetanteos, en un recipiente separado del mismodiámetro que el cilindro de permeabilidad, ajuste lacompactación hasta obtener el peso unitario relativodeseado.

Determine el peso final del suelo empleado en elensayo (W1 – W2), siendo W2 el peso sobrante desuelo dejado en la bandeja.



PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA

EL ENSAYO DE PERMEABILIDAD

• Mida y anote la altura final de la muestra H1 – H2,

midiendo la profundidad H2, desde la superficie

superior del disco poroso hasta la superficie superior

del cilindro.

•Nivele la superficie superior

del suelo colocando la piedra

porosa superior, rotándola

suavemente de derecha a

izquierda. Foto N 5: Colocación de la piedra porosa superior.





• Coloque el resorte y la tapa superior del

permeámetro y asegúrela con tornillos.

• Elimine el aire atrapado

en las partículas empleando

una bomba de vacío bajo

500 mm de mercurio (20 in)

como mínimo, durante 15

min. Continúe la operación

mediante una saturación

lenta de la muestra de

abajo hacia arriba .

VÁLVULAENTRADA

VACÍO

VÁLVULA

2

1

2

SUELO

AGUA

VÁLVULASALIDA

Fig. 1.2 Dispositivo para evacuar y

saturar la muestra

Fuente: Norma ASTM D 2434





• Cierre la válvula de desagüe y desconecte el vacío.

• Debe tenerse cuidado de constatar que el sistema deflujo de permeabilidad y que el sistema depiezómetros se halle libres de aire y estén trabajandosatisfactoriamente, para ello se debe realizar losiguiente:

Llene el tubo de admisión con aguaproveniente del tanque de carga constante,abriendo ligeramente la válvula del filtro deltanque.

. Competencias Técnicas de Laboratorista




• Conecte el tubo de admisión a laválvula del permeámetro, y abraligeramente la válvula y lasválvulas de salida de lospiezómetros. (ver Fig. 6).

•Conecte los tubos piezométricos de agua con las

salidas de los piezómetros, y llene con agua para

remover el aire.

•Cierre la válvula de admisión y abra la de desagüe, para

que el agua alcance en los tubos piezométricos un nivel

estable con carga cero.

Foto N 6: Conexión del tubo de admisión.



PROCEDIMIENTO

Abra la válvula de admisión del tanque de carga

constante, hasta que la carga de agua sea estable.

Determine y anote la carga h,

definida como la diferencia entre

los niveles de los piezómetros.

(ver Foto N 7)

Determine la cantidad (Q) de

agua recolectada en una probeta

graduada de 250 mL, que fluye en

un tiempo determinado (t).

Foto N 7: Determinación de la carga de agua h

Foto N 8: Medición de la cantidad de agua recolectada.



PROCEDIMIENTO

Determine la temperatura a la cual está el agua del

ensayo ( C).

Foto N 8: Medición de la cantidad de

agua recolectada.

Repita el proceso variando la altura de carga en

incrementos de 5 mm.

Al concluir el ensayo de

permeabilidad, drene y examine

la muestra para establecer si

era esencialmente homogénea.

Foto N 9: Examinación de la muestra al

finalizar el ensayo.



CÁLCULOS

Calcule el coeficiente de permeabilidad k, así:

Donde:

K=Coeficiente de permeabilidad, cm/s.

Q=Cantidad de agua descarga, cm3

L=Distancia entre piezómetros, cm.

A=Área de la sección transversal de la muestra, cm2.

T=Tiempo total de desagüe, s.

H=Diferencia de carga (altura) sobre los piezómetros, cm.

htA

LQk

**

*



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