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EVALUACIÓN INFORME DE LABORATORIO
Nombre del laboratorio: Permeabilidad de suelos granulares (cabeza constante) Integrantes: Karen Dayana Astros Rubiano Maria Valentina Bohorquez Moreno Laura Isabel Hernandez Natalia Jazmin Ramirez Luis Lizeth Dayanna Rodríguez Sandoval ITEM NOTA OBSERVACIONES 5% Introducción y abstract 5% Objetivos 10% Marco teórico 10% Procedimiento realizado 15% Datos y cálculos 25% Análisis de resultados y cuestionario 25% Conclusiones y recomendaciones 5% Bibliografía NOTA FINAL
LABORATORIO N°
PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES- CABEZA CONSTANTE
Lizeth Dayanna Rodríguez Sandoval - Código: 201812953 Karen Dayana Astros Rubiano - Código: 201813648 Maria Valentina Bohorquez Moreno - Código: Natalia Jazmin Ramirez - Código: 201814325 Laura Isabel Hernández - Código: 201811706 Grupo 1 Presentado a: Ingeniera Lesly Nathalie Lopez Valiente En el área de Geociencias Fecha de realización del informe :15/03/ Fecha de entrega del informe: 18/03/ UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL GEOCIENCIAS TUNJA 2021
RESUMEN
El método para determinar el coeficiente de permeabilidad empleando el método de cabeza variable a través de suelos granulares es usado para determinar el coeficiente de permeabilidad de suelos usados como bases de pavimentos, depósitos naturales entre otros.Los ensayos de permeabilidad de cabeza variable se llevan a cabo con el fin de determinar el coeficiente de permeabilidad (K), para los suelos granulares y suelos finos. En este ensayo de permeabilidad de cabeza variable (suelo fino), se llenó un recipiente de área conocida con una altura de agua también conocida para medir la cabeza hidráulica y así poder dejar libre el paso de agua en la muestra de suelo de área conocido, con el fin de medir las diferencias de nivel con respecto al tiempo a medida que el agua baja su nivel y poder conocer de esta manera el valor de la permeabilidad. Se tomaron los datos con ciertos intervalos de tiempo para así obtener un valor más aproximado, con esto se realizaron los cálculos y análisis respectivos.
1. ABSTRACT The method to determine the permeability coefficient using the constant head method through granular soils is used to determine the permeability coefficient of soils used as pavement bases, natural deposits, among others. For this process in the present laboratory, a sample of granular soil was taken and placed in the mold initially and then after weighing it, the saturation is performed with the help of the permeameter, with the help of a test tube different values of volumes and times are taken, In this case, 9 data were taken and the water temperature at the outlet was 22°C and the weight of the saturated sample was determined, which corresponded to 9.19 kg. After this process, the permeability coefficients were calculated for each volume interval and with the average of this value, the temperature correction was applied, taking into account the dynamic viscosity of the water according to the temperature in each case. 2. INTRODUCCIÓN
La permeabilidad es la capacidad de un material para permitir que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. 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, lo que es de gran importancia en sectores como la agricultura y construcción, esta depende en gran parte de la porosidad, por lo que es variable de acuerdo al tipo de muestra de suelo. En el siguiente laboratorio se hallará el coeficiente de permeabilidad del suelo el cual mide la propiedad que permite el flujo de agua a través de los materiales que lo conforman, para esto se hará uso de un molde el cual se tomarán las medidas para poder calcular el área y volumen, posteriormente se tomará el permeámetro y se saturara con agua para poder calcular el coeficiente.
3. OBJETIVOS Objetivo General Conocer el coeficiente de permeabilidad del suelo (k) y como este tiene diferentes implicaciones en los suelos, permitiendo conocer las características propias de los suelos de acuerdo al coeficiente y cómo este varía según el tipo de suelo. Objetivos Específicos ● Medir la permeabilidad de los suelos granulares por el ensayo de cabeza constante ● Obtener el coeficiente de permeabilidad K para el suelo tratado. ● Conocer las propiedades hidráulicas del suelo 4. MARCO TEÓRICO Permeabilidad es la capacidad de un material para permitir que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se dice que un material es permeable si deja pasar
entre ensayar muestras adecuadamente inalteradas (si es posible su obtención), o representativas, las cuales se recompactan en el laboratorio para obtener probetas que reproduzcan las condiciones del terreno. Una vez confeccionada la probeta a ensayar, el material se satura y se induce a través del mismo un flujo, cuyo caudal es medido en condiciones preestablecidas. Los métodos habituales de laboratorio son los siguientes:
- Sobre muestras inalteradas o recompactadas: ensayo en célula triaxial, con presión en cola, bajo carga constante o variable (se trata del ensayo más adecuado para suelos de muy baja permeabilidad.)
- Sobre muestras recompactadas: ● Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga constante (generalmente en suelos de permeabilidad alta). ● Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga variable (apto para suelos de permeabilidad media a baja). Los ensayos de carga constante consisten en el mantenimiento del gradiente hidráulico, determinando el caudal necesario para que dicha carga hidráulica se mantenga constante. En los ensayos de carga variable, en cambio, se inicia el proceso bajo un gradiente determinado, y se observa la variación del mismo con el tiempo. 5. PROCEDIMIENTO Inicialmente se tomaron tres datos de diámetro interno y altura del molde para realizar un promedio de este, así mismo, se pesó el molde vacío para determinar su masa Imagen 1. Molde vacío
Fuente: Autores Una vez pesado el molde se procede a llenarlo con muestra seca, compactando la con 25 golpes, se enraza la parte superior y se retiran excesos para pesar el molde más la muestra Imagen 2. llenado del molde con muestra Fuente: Autores Posteriormente se realiza el montaje del permeámetro, conectándolo con el tanque de cabeza constante y con la fuente de agua Imagen 3. Montaje del permeámetro Fuente: Autores
Finalmente, cuando la probeta se llena, se toma la temperatura de agua de salida al final del ensayo Imagen 6. Toma de temperatura de agua de salida Fuente: Autores
6. EJEMPLOS DE CÁLCULOS Se realiza el promedio de los tres datos tomados en laboratorio de: Diámetro de la muestra, Altura de la muestra y diámetro interno del tubo capilar. Posteriormente se realiza el cálculo del área de tubo capilar con la siguiente expresión:
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 2
2
11,01 (𝑐𝑚)
2
2
También se calcula el área de la muestra con la siguiente expresión:
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
2
49,63 (𝑐𝑚) 2
2
2 Para cada cambio de altura registrado a través del tiempo se cálcula K con la siguiente expresión:
𝑎* 𝐿
𝐴 * ∆𝑡 *^ 𝐿𝑛 (^
ℎ 1 ℎ
95,21 𝑐𝑚 2
- 50,02 𝑐𝑚 1935,32 𝑐𝑚 2
- 900 𝑚𝑖𝑛
80 𝑐𝑚
𝑐𝑚 𝑚𝑖𝑛 En donde: K: Coeficiente de permeabilidad (cm/s) a : Área del tubo capilar ( cm2) L: altura de la muestra (cm) A: Área de la muestra h1: Altura inicial en t (cm) h2: Altura final del ensayo en t-final (cm) t: tiempo de ensayo Determinar el valor de la permeabilidad para cada lectura, realizar el promedio y aplicar la corrección por temperatura:
8. CUESTIONARIO
1.. Clasifique y caracterice el tipo de suelo ensayado de acuerdo al valor de la permeabilidad obtenido. Para clasificar el tipo de suelo se recurrirá a la siguiente clasificación : Imagen 7. Clasificación suelos según coeficiente de permeabilidad Fuente: Angelone Silvia, Garibay Maria (2006) De acuerdo a la anterior clasificación y con el valor encontrado se puede decir que el tipo de suelo es una arcilla que presenta una permeabilidad muy baja o que es prácticamente impermeable, esto quiere decir que cómo es característico de la
arcilla presenta granos finos que tienen los poros demasiado pequeños y estos permiten el paso del agua fácilmente
- Con los valores tomados en laboratorio desarrollar los diagramas de fases inicial y final asimilando que la fase final está totalmente saturado Imagen 8. Fases de suelo inicialmente Fuente: Autores El suelo granular empleado para realizar el procedimiento correspondía a un suelo seco es decir libre de humedad, el cual se colocó en el molde y fue se trató de compactar lo mayor posible, es por eso que el diagrama de fases para esta etapa inicial solo presenta la fase gaseosa y la fase sólida al estar libre de contenido de agua. Imagen 9. Fases de suelo en fase final Fuente: Autores
Fuente: INV E 130 - 07
9. ANÁLISIS DE RESULTADOS ● De acuerdo a la encontrado podemos decir que el suelo casi no presenta permeabilidad por lo que el suelo absorbe fácilmente cantidades de agua pero estas no llegan a atravesar totalmente su estructura, esto generalmente es útil para construccion como rellenos sanitarios ya que al tener muy baja permeabilidad no permite el paso de lixiviados, así mismo de acuerdo al coeficiente de permeabilidad se puede llegar a tener un acercamiento del tipo de suelo que se tiene, debido a que la mayoria de suelo que presentan coeficientes de permeabilidad bajos son suelos finos, por lo que se resalta la importancia del cálculo del coeficiente. ● Según los resultados obtenidos se observa un coeficiente de permeabilidad bajo eso quiere decir que presenta una baja resistencia al flujo medido por el suelo, esta permeabilidad puede verse afectada por algunos factores propios del lugar donde fue extraído, también por ítems como densidad del suelo, la relación de vacíos del suelo,la estructura y estratificación del suelo, la existencia de agujeros, la viscosidad del agua del suelo, que varía con la temperatura, el valor obtenido al ser tan bajo puede provocar que se vean libres algunas partículas del suelo y al fluir el agua, está las mueve y las acomoda,lo cual tapa los canales o tuberías y resulta en la turbidez del agua. El coeficiente de permeabilidad representa el flujo de fluidos a través de los
suelos, este puede variar según el tipo de suelo, el grado de permeabilidad puede variar según su coeficiente de permeabilidad como se muestra en la siguiente imagen, el coeficiente de permeabilidad obtenido en el presente ensayo arrojó un valor de 1.48E-03 cm/s, de manera que este posee un grado de permeabilidad baja. Imagen 12. Clasificación de los suelos según coeficiente de permeabilidad Fuente: https://informes-agricola.es.tl/Permeabilidad-Del-Suelo.htm
10. CONCLUSIONES
- De acuerdo a la clasificación, los suelos impermeables no son recomendables para estructuras o construcciones, por su alta capacidad de infiltración del agua, estos tampoco son recomendables para la agricultura pues sería suelos fácilmente inundables que no permitan el correcto crecimiento de los cultivos mayormente en temporadas de altas precipitaciones, por esto no se recomienda usarlos para estos fines.
- Se puede atribuir el tamaño de la partícula granulométrica con la permeabilidad, de manera que a menor tamaño de la partícula, menor permeabilidad como es el caso de las arenas como se identificó en este caso, entre mejor gradación, mayor permeabilidad, algunos cationes pueden influir en la permeabilidad de los suelos.
- Podemos concluir que el coeficiente de permeabilidad se relaciona directamente con el tipo de suelo, ya que de acuerdo a este cambian las relaciones de vacíos, los poros y la capacidad de absorción, por lo que para el caso del presente trabajo al encontrar un suelo casi impermeable se puede
- Se recomienda la implementación de manómetros en el equipo para poder determinar las pérdidas de carga, como lo indica la norma INV E 130-07. 12. BIBLIOGRAFÍA ● Angelone Silvia, Garibay Maria (2006)Permeabilidad de Suelos, Geología y Geotecnia Universidad Nacional de Rosario. Recuperado de https://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Permeabilidad ● C. (s. f.).. - Permeabilidad Del Suelo. Permeabilidad del suelo. Recuperado 22–03-15, de https://informes-agricola.es.tl/Permeabilidad-Del-Suelo.htm
