DETERMINACIÓN DE LA PERMEABILIDAD DE UN SUELOMÉTODO DE CARGA CONSTANTE

1. OBJETIVO

Este ensayo tiene por objeto la determinación del coeficiente de permeabilidad K de una muestra de suelo granular expresado en unidades de velocidad usando un permeámetro de carga constante en el cual el flujo vertical de agua a través de una probeta (obtenida a partir de la muestra de suelo) es laminar.Este procedimiento es apropiado para suelos que tienen un coeficiente de permeabilidad comprendido entre 10-2 m/s y 10-5 m/s y que no contengan más de un 10% de material que pase por el tamiz de abertura 0.074 mm (tamiz #200).

2. FUNDAMENTO TEORICO

En 1856, en la ciudad francesa de Dijon, el ingeniero Henry Darcy fue encargado del estudio de la red de abastecimiento a la ciudad. Parece que también debía diseñar filtros de arena para purificar el agua, así que se interesó por los factores que influían en el flujo del agua a través de los materiales arenosos, y presentó el resultado de sus trabajos como un apéndice a su informe de la red de distribución. Ese pequeño apéndice fue la base de todos los estudios físico-matemáticos posteriores sobre el flujo del agua subterránea.En los laboratorios actuales disponemos de aparatos muy similares al que utilizó Darcy, y que se denominan permeámetros de carga constante.El coeficiente de permeabilidad, k, representa la relación que existe entre la velocidad promedio de flujo, v, y el gradiente hidráulico, i, necesaria para la existencia de flujo.

Las siguientes condiciones fundamentales son requeridas en el método de carga constante de suelos granulares para garantizar el flujo laminar a través de la muestra.

U. M. R. P. S. F. X. CH.FACULTAD DE TECNOLOGÍA

Asignatura : Laboratorio De Suelos IISigla : CIV 221Docente : Ing. Roberto Grandón Universitario(a) : José Reynaldo Vargas AriPractica Nº : Grupo : 5Fecha de presentación : 21/10/2011

k= vi

* Continuidad de flujo sin cambio de volumen durante el ensayo. * Flujo con los poros saturados sin la presencia de burbujas de aire. * Flujo en estado permanente sin cambios en el gradiente hidráulico. * Proporción directa entre la velocidad de flujo y los valores de gradiente hidráulico hasta el inicio del flujo turbulento. * Cualquier otro tipo de flujo relacionado con saturación parcial de los poros, flujo turbulento, estado no permanente etc., requiere procedimientos y condiciones especiales.

3. APARATOS Y MATERIAL NECESARIO

o Permeámetro de carga constante, de forma cilíndrica metálica o preferentemente de material plástico transparente, con dos tapas estancadas de metal resistente a la corrosión. El diámetro interior del cuerpo de la célula debe ser al menos 12 veces el tamaño máximo de la partícula del suelo a ensayar. Las células más usuales son de 75 mm y 100 mm de diámetro, aunque se puede usar células de mayor tamaño.

o Tuberías flexibles de plástico con sus correspondientes llaves, para conectar el extremo inferior de los tubos piezométricos a las salidas correspondientes.

o Tanque de carga constante, para remover el aire y abastecer de agua y presión hidrostática constante al permeámetro durante el ensayo. Debe llevar tres conexiones en la parte inferior, una para desagüe que sirva para mantener y fijar el nivel, otra para la entrada de agua desaireada y una tercera de alimentación a la célula.

o Suministro de agua desairada y limpia al tanque de carga constante.o Recipiente de descarga.o Material de filtro de una granulometría apropiada, que se coloca entre las placas perforadas y los

discos porosos.o Probetas graduadas.o Un embudo para introducir la muestra en el permeámetro.o Cuchara con una capacidad de 100g para verter la muestra de suelo en el embudo.o Termómetro.o Cronómetro.

4. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA * Hacemos notar que no utilizamos ningún procedimiento para la preparación de la muestra. * El suelo granular utilizado es de Uyuni. * Utilizamos una porción necesaria de este suelo granular para nuestro ensayo.

* Medimos el diámetro de la célula de permeabilidad a varias alturas y se calcula el diámetro medio D, con una exactitud de 0.5 mm. * Calculamos el área de la sección transversal del cilindro, A. * Armamos la célula de permeabilidad con la base, la placa perforada y el cuerpo cilíndrico. * Vertimos el material de filtro sobre la placa perforada , se nivela la superficie de dicho material y se coloca un disco poroso. * Medimos la altura media, L, de la muestra en el permeámetro, con una exactitud de 0.5 mm. * Colocamos la tapa superior del permeámetro, ajustando al tope para evitar espacios vacíos entre la tapa y el material de filtro. Sellar bien la tapa superior y ajustar el resorte. *Armamos el permeámetro al sistema de mangueras y tanques. * Procedemos con la saturación de la muestra dejando entrar lentamente agua del tanque de carga constante a través de la válvula de entrada, saturando la muestra de este modo de arriba a abajo. Abrir la válvula de salida para permitir el escape de aire. * Una vez que la muestra ha sido saturada y el permeámetro está totalmente lleno de agua, cerrar las válvulas de entrada y salida y la válvula del tanque. * En este paso se debe verificar que todo el sistema este libre de aire incluyendo las mangueras que conectan al permeámetro. Para el conducto que conecta el tanque con la válvula de entrada, se deberá sacar la manguera en el extremo que se conecta con el permeámetro (manteniendo la válvula de entrada cerrada) y dejar caer un poco de agua (abriendo suavemente la válvula del tanque de altura constante), luego reconectar la manguera a su lugar inicial.

5. PROCEDIMIENTO A SEGUIR

* Llenamos el permeámetro con el suelo en estudio, para esto se van formulando capas de material y lo compactamos por medio de un pistón, de tal forma que al suelo se le da el acomodo que tenia este en el lugar. * Tapamos el permeámetro, se le pone los tornillos, aplicamos agua al embudo del permeámetro y se deja que se sature el material, hasta que no se vean burbujas de aire. * Procedemos hacer las mediciones de volumen, al poner una probeta en la salida para un determinado tiempo. * Anotamos el volumen de agua recogido, y lo expresamos en cm2, repetimos esta acción tres veces.

6. OBTENCION Y EXPRESION DE LOS RESULTADOS

L

H

A

V

PiedrasPorosas

Rebosadero

Rebosadero

Alimentación

Los datos obtenidos en el ensayo son los siguientes:

o Diámetro del permeámetro interno que es igual al diámetro de la muestra, D.o Altura de la muestra, L.o Tiempo de duración del ensayo de cada prueba, t.o Volumen del flujo de agua del ensayote cada prueba, V.

Se calcula el gradiente hidráulico, i, mediante la ecuación siguiente:

i=7.615

=0.51

Donde:h = es la diferencia de energía de presión a la entrada y salida del permeámetro.L = es la longitud de la muestra en el permeámetro.

Se calcula el coeficiente de permeabilidad, k, para una serie de ensayos mediante la ecuación siguiente:

Los siguientes valores gradiente hidráulico, h/L, son recomendados para identificar un flujo laminar en las muestras:

- Suelos granulares gruesos de 0.2 a 0.3- Suelos fino de 0.3 a 0.5

∅cm

Acm2

Lcm

hcm

Vcm3

tseg

Kcm/seg

7.6 45.365 15 7.6 250 156 0.0707.6 45.365 15 7.6 300 141.6 0.0927.6 45.365 15 7.6 250 127.2 0.0867.6 45.365 15 7.6 500 253.2 0.086

Promedio de K 0.084 cm/seg

7. CONCLUSIONES

Con coeficiente de permeabilidad 0.084 cmseg

podemos decir el suelo ofrece un buen drenaje y el suelo es

permeable.

i= hL

k= Vi∗t∗A