Determinación del Coeficiente de Permeabilidad en Suelos Granulares, Guías, Proyectos, Investigaciones de Mecánica de suelos

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS

PARA:

Nathalie Rodríguez DE: González, Ana 8 - 897 - 1520 González, Luis 8 - 926 - 454 López, Jesús 8 - 930 - 1891 Romero, Evelyn 1 - 734 - 183 Vallarino, Andrea 8 - 917 - 1170 Viruet, Eliseré 3 - 728 - 1073 Grupo: 11L-133 (C) Sesión: Martes – 3:20 p.m. a 4:55 p.m. Realizado el Martes 15 de octubre de 2019. FECHA: Martes 22 de octubre de 2019 ASUNTO: Laboratorio No. 6 – Permeabilidad de Suelos (Método de Cabeza Constante)

1. Marco teórico La permeabilidad de un suelo se mide a través del coeficiente de permeabilidad, que es un parámetro que define la mayor facilidad o dificultad que el suelo ofrece al flujo de agua. Darcy a mediado del siglo XIX, quien definió este parámetro para arenas. Posteriormente, se demostró que esta ley era igualmente válida para los otros suelos, incluyendo suelos mucho menos permeables, tales como arcillas. Aunque la ley de Darcy se puede utilizar también para el flujo de otros líquidos, cuando en mecánica de suelos entregamos un valor de k, se entiende que estamos hablando de permeabilidad frente al flujo de agua. La permeabilidad de un suelo puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las determinaciones de laboratorio son muchos más fáciles de hacer que las que se hacen en el terreno o también conocido como in situ. Debido a que la permeabilidad depende mucho de la estructura del suelo y debido a la dificultad de obtener muestras de suelo representativo, suelen ser necesarias las determinaciones en el terreno de la permeabilidad media. Sin embargo, las pruebas de laboratorio permiten estudiar la relación entre la permeabilidad. Entre los métodos más utilizados en el laboratorio para la determinación de la permeabilidad están: Como es necesaria la permeabilidad relativamente grande para obtener una buena precisión en la prueba de carga variable, este se limita a suelos permeables. Además, el grado de saturación de un suelo no saturado varía durante la prueba por lo que esta solo debe utilizarse en suelos saturados. La prueba de permeabilidad con carga constante se utiliza ampliamente con todos los tipos de suelos. La permeabilidad de un suelo puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las determinaciones de laboratorio son mucho más fáciles de hacer que las de insitu. Debido a que la permeabilidad depende mucho de la estructura del suelo (tanto microestructura como la macroestructura) y debido a la dificultad de obtener muestras de suelo representativas, suelen ser necesarias las determinaciones insitu de la permeabilidad media. Sin embargo, las pruebas de laboratorio permiten estudiar la relación entre la permeabilidad. Como es necesaria la permeabilidad relativamente grande para obtener una buena precision en la prueba de carga variable, este se limita a suelos permeables. Además, el grado de saturacion de un suelo no saturado varia durante la prueba por lo que esta solo debe utilizarse en suelos saturados. La prueba de permeabilidad con carga constante se utiliza ampliamente con todos los tipos de suelos. (Carrasco) Se calcula el coeficiente de permeabilidad, k: 𝑘 =

k = coeficiente de permeabilidad Q = gasto, es decir cantidad de agua descargada. L = distancia entre manómetros. A = área de la sección transversal del espécimen. t = tiempo total de desagüe. h = diferencia de cabeza (altura) sobre los manómetros La medida de la permeabilidad de un suelo se lleva a cabo en el laboratorio por medio de permeámetros. Entre los permeámetros clásicos destacan el de descarga constante y el de descarga variable. Tanto uno como otro pueden ser de flujo ascendente o descendente. Figura 1. Permeámetro de cabeza constante. (Instituto Nacional de vías) Prueba de permeabilidad a carga constante "En este tipo de arreglo de laboratorio, el suministro de agua se ajusta de tal manera que la diferencia de carga entre la entrada y la salida permanece constante durante el periodo de prueba. después que se haya establecido una tasa constante de flujo, el agua es recolectada en una probeta graduada durante cierto tiempo." (Das, 2001) (Pérez) Condiciones fundamentales Las siguientes condiciones ideales de ensayo son prerrequisitos, para el flujo laminar de agua a través de suelos granulares bajo condiciones de cabeza constante: · Continuidad de flujo sin cambios en el volumen del suelo durante el ensayo. · Flujo con los vacíos del suelo saturados con agua y sin burbujas de aire dentro de los mismos. · Flujo uniforme sin cambios en el gradiente hidráulico, y · Proporcionalidad directa de la velocidad de flujo con gradientes hidráulicos por debajo de ciertos valores críticos, en los cuales se inicia el flujo turbulento. (Instituto Nacional de vías).

3.2.10 Se mantuvo constante la carga hidráulica, se determinó y se registró el volumen de agua que fluye a través de la muestra de suelo en un tiempo determinado, recolectándolo en la probeta (figura 6). 3.2.11 Se repitió este procedimiento alrededor de cinco veces para un tiempo de sesenta segundos.

4. Datos y Análisis de Resultados 4.1 Resultados Obtenidos Datos de la Muestra: Diámetro: 10 cm Altura de la Muestra:17 cm Área: 𝐴 = (π*D^2)/4= 78.54 cm DATOS DE LA MUESTRA Diámetro, (cm): 10 Altura de la muestra, (cm): 17 Área, (cm): 78. 4.2 Cálculos Se calcula el coeficiente de permeabilidad así: 𝑘 =

Donde: k = coeficiente de permeabilidad, V = volumen de agua colectada, L = longitud de la muestra, A = área de la sección transversal del espécimen, t = tiempo en que se efectuó la prueba, expresas en segundos, y Δh = diferencia de cabeza (altura de agua)

4.3 Análisis Durante el desarrollo de la experiencia, el área, la altura del agua, el volumen y la altura de la muestra se mantenían constantes, con estos datos calcularíamos el coeficiente de permeabilidad. En base a los resultados obtenidos y de acuerdo a la tabla de rangos de permeabilidad podemos concluir que la muestra de suelo tiene un grado de permeabilidad media , ya que nuestra k fue de 8.1229X 10 −^3 cm/s. Tabla de Rangos de permeabilidad También podemos resaltar que la arena se encuentra en el rango de permeable a semi permeable lo que nos indica que nuestros resultados son correctos. Como nuestra arena no es fina, sino que era una arena mixta, era normal que mostrara una permeabilidad media. 4.4 Posibles Fuentes de Errores Cometidos ✓ No haber compactado bien el suelo dentro del permeámetro (cilindro de metal) ✓ El observador de la altura de agua pudo haberse distraído y dejar subir o bajar el nivel del agua lo que contribuiría a mayor o menor paso del fluido a través del permeámetro. ✓ El tiempo pudo no ser medido adecuadamente. ✓ Las propiedades de la muestra de suelo pudieron haberse contaminado. Prácticamente impermeable^ Menor de 10^ -^7 Muy baja 10 -^5 a 10 -^7 Baja 10 -^3 a 10 -^5 Media^10 -^1 a 10^ -^3 Elevada Superior a 10 -^1 Grado de permeabilidad Valor de k (cm/s)

CONCLUSIONES

Se dice 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. Es de gran utilidad saber en un momento determinado si un suelo es permeable o no, esto nos indica si este suelo es apto o no para una obra en específico. En esta experiencia pudimos poner en práctica mucho de los conocimientos anteriores sobre tipo de suelo. Nuestra muestra era un suelo arenoso y ya sabemos que la arena puede ser permeable o semi permeable, así que, podemos saber con esto como debía darnos nuestra respuesta, haciendo uso de tablas de grado de permeabilidad. Este ensayo es uno de los principales estudios geotécnicos que deben hacer antes de la construcción de un proyecto. Este determina si en un cado en un movimiento de tierra se encontrara agua subterránea en régimen permanente u ocasional determinar la permeabilidad de dicho terreno. A través de la experiencia determinaremos valores de un coeficiente de permeabilidad, el cual determina la velocidad de que un flujo recorre un determinado suelo. Al determinar el coeficiente de permeabilidad pudimos determinar qué tipo de suelo es el que estábamos analizando La permeabilidad de los suelos varía de acuerdo a la naturaleza de la misma, su granulometría, ambiente de depósito, humedad volumétrica, y de acuerdo al tipo de fluido al que se encuentre expuesto. Los 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. A través de este laboratorio se determinó que la permeabilidad es una propiedad mecánica de los suelos y que depende principalmente de la granulometría que presentan los suelos. La velocidad en que el agua se “escurre” entre los poros de las partículas sólidas del suelo depende de la granulometría de la muestra en sí, mientras mayor sea el área de vacio, mayor será la velocidad de descarga a través del espécimen. La constante de permeabilidad resultante es un promedio de cinco muestreos de volumen determinado por una x cantidad de tiempo, para mantener un rango para el valor de la constante de permeabilidad (k) y así evitar incosistencia, la variable de tiempo se constituyó como una constante de 1 minuto (t = 60 seg).

ANEXOS

Figura 1. Midiendo la Figura 2. Colocando la Figura 3. Ajustando el longitud del permeámetro muestra en capas permeámetro Figura 4. Midiendo la Figura 5. Estabilizando el flujo Figura 6. Tomando el diferencia de altura registro de volumen

EVALUACIÓN DE INFORME DE LABORATORIO

FECHA DE ENTREGADO: 08 / 10 / 2019

FECHA DE CALIFICADO: _ / / 2019

CRITERIOS

PUNTAJE

OBTENIDO

PUNTAJE

DEL

CRITERIO

PRESENTACIÓN O CARÁTULA 3

INDICE 2

OBJETIVO 3

MARCO TEORICO 6

METODOLOGÍA 6

DATOS, CÁLCULOS, ANÁLISIS DE RESULTADOS/ PREGUNTAS 50

CONCLUSIONES 10

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA 5

ANEXOS 5

PUNTUALIDAD 10

TOTAL 100

NOTA Los Criterios Para Evaluar los Informes, se sigue manteniendo con las mismas reglas, lo único que ha cambiado es el puntaje que se le da a cada Criterio. Está Evaluación deberá de anexarse en la entrega del informe, y deberá ser la última página de este, sin numeración.