Conocer las pruebas de permeabilidad para mecánica de suelos.

Determinar el coeficiente de permeabilidad de un suelos.

Reconocer la prueba horizontal de capilaridad.

2.1) PRUEBA HORIZONTAL DE CAPILARIDAD

La rapidez con la que se eleva el agua, por acción capilar, en un suelo, es una medida indirecta de la permeabilidad de éste. Este hecho permitió a Terzaghi desarrollar un método práctico para estimaciones de la permeabilidad en el campo. El método de Terzaghi, sirvió de antecedente para una prueba más adecuada, conocida hoy como prueba horizontal de capilaridad.

Método de Terzaghi para estimación del coeficiente de permeabilidad en el campo.

PROPIEDADES HIDRÁULICAS DEL SUELO

1. OBJET IVOS:

2. MARC O

TEÓRICO:

El método de Terzaghi consiste en colocar una muestra de suelo en un tubo vertical transparente, detenida por una malla apropiada colocada en el extremo inferior de aquél. El tubo se fija de tal modo que su base quede justamente bajo el nivel del agua.

Se hacen observaciones del progreso de la superficie de avance ascendente del agua a partir del instante en que comenzó el experimento.

Haciendo una gráfica del valor de h, contra los correspondientes tiempos, se obtiene una curva.

Curvas maestras para la estimación de k por el método de Terzaghi.

Si se preparan varias de estas curvas maestras para suelos de permeabilidades conocidas, la permeabilidad de cualquier otro suelo puede estimarse observando la posición relativa de la curva correspondiente en la carta de las curvas preparadas.

2.2) Coeficiente de permeabilidad

El coeficiente de permeabilidad es una característica de los suelos, específicamente está ligado a la Ley de Darcy que se refiere al flujo de fluidos a través de los suelos. El coeficiente de permeabilidad, generalmente representado por la letra k, es extremadamente variable, según el tipo de suelo.

El coeficiente de permeabilidad es función, entre otras cosas de la viscosidad del agua, que es función a su vez de la temperatura (normalmente se establece la permeabilidad para 20 0C; del tamaño y continuidad de los poros; y, de la presencia de grietas y discontinuidades.

Clasificación de los suelos según su coeficiente de permeabilidad

En la tabla siguiente se dan algunos valores orientativos.

Se define el coeficiente de permeabilidad k siendo como la velocidad media aparente v de un flujo de agua a través del área total (sólidos + vacíos) de la sección transversal del suelo, bajo un gradiente unitario (i = 1)

Flujo (Q):

Donde: AV = área de vacios;

Donde:

v = velocidad aparente de flujo

A = área de la sección transversal de la muestra de suelo

Donde k = coeficiente de permeabilidad

Admitiendo la proporcionalidad entre las áreas y los volúmenes tenemos que:

Dónde:

n: porosidad del suelo

La descarga “V” total será de:

Si “A” fuese en cm2, “k” en cm/s y “t” en segundos, el valor de “V” se dará en cm3

Observación; en la práctica es más conveniente trabajar con el área total “A” de la sección transversal de que con el área media de los vacíos; la velocidad real de flujo “vp” es mayor que “v” pues el área de los vacíos “Av” es mejor que “A”.

Intervalos de Variación del Coeficiente de Permeabilidad

Se considera impermeable un suelo con k = 1,3 x 10-8 cm/s.

Determinación Indirecta

A ) A través de una curva granulométrica

Utilización la ecuación de Hazen para el caso de arenas y pedregullo, con poca o ninguna cantidad de finos.

Donde:

k es la permeabilidad expresada en cm/s

d10 es el diámetro efectivo en cm

90 < C < 120, siendo C= 100, muy utilizada.

Para el uso de la ecuación se recomienda que Cu sea menor que 5.

B) A través de la compactación de prueba

C) A través del uso de permeámetros

Siendo los ensayos de laboratorio más utilizados

D) A través de ensayos de campoLos ensayos de campo pueden ser realizados en perforaciones y sondeos en pozos o cavas siendo más utilizados en sondeos. Puede ser realizado por el ensayo de infiltración y bombeo.

Determinación Directa

A) Permeámetro de Carga Constante

El permeámetro de carga constante es utilizado cada vez que tenemos que medir permeabilidad de los suelos granulares (suelos con razonable cantidad de arena y/o pedregullo), los cuales presentan valores de permeabilidad elevados. El permeámetro puede ser visto en la Figura 2. Este ensayo consta de dos reservorios donde los niveles de agua son mantenidos constantes, como muestra la figura 2. Mantenida la carga h, durante un cierto tiempo, el agua filtrada es colectada y su volumen es medido. Conocidas la filtración y las dimensiones del cuerpo de prueba (longitud L y el área de la sección transversal A), se calcula el valor de la permeabilidad, k, a través de la ecuación:

Figura 2: Permeámetro de Carga constante

Donde:

q – es la cantidad de agua medida en la probeta (cm3);

L – es la longitud de la muestra medida en el sentido del flujo (cm);

A – área de la sección transversal de la muestra (cm2);

h – diferencia del nivel entre el reservatorio superior e inferior (cm);

t – es el tiempo medido entre el inicio y el fin del ensayo (s);

b) Permeámetro de Carga Variable Cuando el coeficiente de permeabilidad es muy bajo, la determinación a través de un permeámetro de carga constante es poco precisa. Se emplea entonces el de carga variable como el esquematizado en la figura 3.En el ensayo de permeabilidad de carga variable, se miden los valores h obtenidos para diversos valores de tiempo transcurrido desde el inicio del ensayo. Son anotados los valores de la temperatura cuando se efectiviza cada medida.El coeficiente de permeabilidad de los suelos es entonces calculado haciendo uso de la Ley de Darcy:

Y tomando en cuanta que el flujo de agua pasando por el suelo es igual al flujo de agua que pasa por la bureta que puede ser expresado como: 

Figura 3: Permeámetro de Carga Variable Dónde:

a – área interior del tubo de la carga (cm2)

A – sección transversal de la muestra (cm2)

L – altura del cuerpo de prueba (cm)

h0 – distancia inicial del nivel del agua para el reservorio inferior (cm)

h1 – distancia para el tiempo 1 del nivel de agua para el reservorio inferior (cm)

Dt – intervalo de tiempo para que el nivel de agua pase desde h0 para h1 (cm)

c) Ensayo de Bombeo

Por medio de este ensayo se determina en campo, la permeabilidad de capas de arena o pedregullo, situados por debajo del nivel de agua. El esquema del ensayo puede ser visto en la Figura 4.El principio del método consiste en agotar el agua hasta el establecimiento de un flujo uniforme, medir la descarga del pozo y observar la variación del nivel de agua en piezómetros colocados en las proximidades.

Figura 4: ensayo de BombeoEl pozo de bombeo debe penetrar en toda la profundidad de la capa ensayada y con diámetro suficiente para permitir la inserción de una bomba con tipo y capacidad necesaria al bombeo.En las proximidades y situados radialmente son instalados pozos de observación del nivel del agua o piezómetros. Se recomienda la instalación de 4 (cuatro) pozos de observación y un mínimo de dos y llevados hasta profundidades por debajo del nivel más bajo que el agua debe alcanzar durante el ensayo.Al mantenerse constante el nivel del agua en el pozo, se efectúan las medidas de las alturas de agua en cada uno de los piezómetros instalados. La permeabilidad es medida por la fórmula a continuación:

a) Bombeo directamente de las Fundaciones

Por este proceso, el agotamiento se hace recalcando, para fuera de la zona de trabajo, el agua es conducida por medio de canales y acumulada dentro de un pozo ejecutado debajo de la excavación.

Algunos posibles inconvenientes

La carga de las partículas más finas del suelo por el agua, provocando recalque de las fundaciones cercanas;

b)              El bombeo en terreno permeable, a medida que el agua va siendo bombeada, el nivel de dentro de la excavación baja más rápido que el nivel de fuera, originando una diferencia de presión de fuera hacia adentro, provocando un desmoronamiento;

c)               Si la presión de agua de fuera hacia adentro fuese mayor que el peso propio del suelo sucede el fenómeno de las arenas movedizas.

2.3) PRUEBAS DE PERMEABILIDAD

A) Permeámetro de carga variable

Dispositivo detallado del permeámetro de carga variable.

b) Prueba horizontal de capilaridad

- El coeficiente de permeabilidad es una característica de los suelos,

específicamente está ligado a la Ley de Darcy que se refiere al flujo de fluidos

a través de los suelos. El coeficiente de permeabilidad, generalmente

representado por la letra k, es extremadamente variable, según el tipo de

suelo.

- La prueba horizontal de capilaridad consiste en la rapidez con que se eleva el

agua, por acción capilar, en un suelo; en la cual se puede obtener la medida

indirecta de la permeabilidad de éste.

- Este ensayo consta de dos reservorios donde los niveles de agua son

mantenidos constantes. Mantenida la carga h, durante un cierto tiempo, el

agua filtrada es colectada y su volumen es medido. Conocidas la filtración y las

dimensiones del cuerpo de prueba (longitud L y el área de la sección

transversal A), se calcula el valor de la permeabilidad, k.

- El permeámetro de carga constante es utilizado cada vez que tenemos que

medir permeabilidad de los suelos granulares (suelos con razonable cantidad

de arena y/o pedregullo), los cuales presentan valores de permeabilidad

elevados.

- Cuando el coeficiente de permeabilidad es muy bajo, la determinación a través

de un permeámetro de carga constante es poco precisa. Se emplea entonces

el de carga variable.

- En el ensayo de permeabilidad de carga variable, se miden los valores h

obtenidos para diversos valores de tiempo transcurrido desde el inicio del

ensayo. Son anotados los valores de la temperatura cuando se efectiviza cada

medida.

El coeficiente de permeabilidad de los suelos es entonces calculado haciendo

uso de la Ley de Darcy.

3. CONCL USION

ES:

4. ANEXO S:

PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE

El valor de k se obtiene aplicando la ley de Darcy.

Los pasos a seguir son:

1º. Saturar la muestra para medir el coeficiente de permeabilidad en saturación.

2º. Medir los volúmenes de agua drenados cada cierto intervalo de tiempo (∆t).

3º. Cuando se compruebe que los volúmenes drenados son proporcionales al tiempo transcurrido (Q =cte.) se podrá dar por finalizado el ensayo

PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE:

Los pasos a seguir son:

1º. Saturar la muestra y tomar lectura de la altura inicial ho que alcanza el agua en el tubo que suministra agua a la muestra y que se corresponde con la altura piezométrica en la sección superior de la muestra. En ese momento también hay que tomar lectura del tiempo inicial to .

2º. Transcurrido un cierto tiempo se vuelve a tomar lectura de la altura del agua y del tiempo que serán h1 y t1