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ENSAYO DE PERMEABILIDAD A CABEZA CONSTANTE Y VARIABLE

PEDRO LUIS PEREZ SUAREZ LUIS EDUARDO GUZMAN PALENCIA JORGE ANDRES MONTIEL HOYOS JOSE FERNANDO ORTEGA TOVAR

ING. LEONARDO TOSCANO

UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL GEOTECNIA I

SINCELEJO - SUCRE OCTUBRE 2017

ENSAYO DE PERMEABILIDAD A CABEZA CONSTANTE

OBJETIVOS 

Conocer las propiedades hidráulicas de los suelos granulares y suelos finos



Medir la permeabilidad en los suelos granulares



Obtener el coeficiente de permeabilidad K para el suelo en cuestión.

ENSAYO DE PERMEABILIDAD A CABEZA VARIABLE

OBJETIVOS  

Medir la permeabilidad en los suelos finos (arcillas - limos) Obtener el coeficiente de permeabilidad K para el suelo en cuestión.

MATERIALES Y EQUIPOS

       

Permeámetro Tanque aforador Fuente de agua Buretas Cronometro Flexómetro Probetas Beaker

PROCEDIMIENTO

ENSAYO A CABEZA CONSTANTE

ENSAYO A CABEZA VARIABLE

CALCULOS Y RESULTADOS (CABEZA CONSTANTE)

Para el ensayo de permeabilidad cabeza constante se obtuvieron los siguientes valores en laboratorio:

Altura total = 202 cm Altura cilindro = 11,54 cm Diámetro del cilindro = 10,54 cm

ENSAYO

TIEMPO (seg)

T. PROMEDIO

VOLUMEN (cm3) 6,94 273 6,76 seg 6,63 255 6,71 275 Tabla 1: Datos obtenidos (Cabeza Constante)

1 2 3

V. PROMEDIO

Determinamos el área transversal de la muestra (A) 𝜋𝐷2 𝜋(10,54 𝑐𝑚)2 𝐴= = = 𝟖𝟕, 𝟐𝟓 𝒄𝒎𝟐 4 4

Determinamos el coeficiente de permeabilidad (K) Teniendo que: Q: Volumen de agua L: Longitud de la muestra A: área transversal de la muestra H: Altura Piezometrica t: Tiempo 𝐾=

(267,66 𝑐𝑚3 ) ∗ (11,54 𝑐𝑚) 𝑄∗𝐿 = = 𝟎, 𝟎𝟐𝟓𝟗 𝒄𝒎/𝒔 𝐴 ∗ ℎ ∗ 𝑡 (87,25 𝑐𝑚2 ) ∗ (202 𝑐𝑚) ∗ (6,76 𝑠𝑒𝑔)

267,66 cm3

Corrección por temperatura: 𝐾𝑡 = 𝐾20 ∗

𝜗20 𝜗𝑡

Tenemos que nuestra temperatura fue 33°C, entonces tomamos la viscosidad para 30°, de la siguiente tabla:

𝜗30 = 0,804 𝑚2 /𝑠 𝜗20 = 1,007 𝑚2 /𝑠 Despejamos K20 de la formula anterior, y nos queda que: 𝐾20 = 𝐾𝑡 ∗

𝜗𝑡 𝜗20

Reemplazamos 𝐾20

0,804 𝑚2 /𝑠 = 0,0259 𝑐𝑚/𝑠 ∗ 1,007 𝑚2 /𝑠

𝐾20 = 0,0204 𝑐𝑚/𝑠

Este sería nuevo valor de coeficiente de permeabilidad a cabeza constante

CALCULOS Y RESULTADOS (CABEZA VARIABLE)

Para el ensayo de permeabilidad cabeza variable se obtuvieron los siguientes valores en laboratorio: Area de la Bureta = 1,54 cm2 Altura del cilindro = 11,54 cm Diámetro del cilindro = 10,54 cm Altura del cilindro al punto = 67 cm En nuestro caso, tenemos una diferencia de altura de 20 cm ENSAYO

h1

1 2 3

73 73 73

h2

Tiempo T. Volumen (seg) Promedio (cm3) 53 60 17 58,35 seg 53 58,32 17,6 53 56,75 16 Tabla 2: Datos obtenidos (Cabeza Variable)

Determinamos el área transversal de la muestra (A) 𝜋𝐷2 𝜋(10,54 𝑐𝑚)2 𝐴= = = 𝟖𝟕, 𝟐𝟓 𝒄𝒎𝟐 4 4

Determinamos el coeficiente de permeabilidad (K) 𝐾=

𝐾=

2,3 ∗ 𝑎 ∗ 𝐿 ℎ1 ∗ log( ) 𝐴∗𝑡 ℎ2

2,3 ∗ 1,54 𝑐𝑚2 ∗ 11,54 𝑐𝑚 73 𝑐𝑚 ∗ log 2 87,25 𝑐𝑚 ∗ 58,35 53 𝑐𝑚

𝑲 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟏𝟔 𝒄𝒎/𝒔

V. Promedio 16,53 cm3

Corrección por temperatura: 𝐾𝑡 = 𝐾20 ∗

𝜗20 𝜗𝑡

Tenemos que nuestra temperatura fue 33°C, entonces tomamos la viscosidad para 30°, de la siguiente tabla:

𝜗30 = 0,804 𝑚2 /𝑠 𝜗20 = 1,007 𝑚2 /𝑠 Despejamos K20 de la formula anterior, y nos queda que: 𝐾20 = 𝐾𝑡 ∗

𝜗𝑡 𝜗20

Reemplazamos 𝐾20

0,804 𝑚2 /𝑠 = 0,00116 𝑐𝑚/𝑠 ∗ 1,007 𝑚2 /𝑠

𝐾20 = 0,000926 𝑐𝑚/𝑠

Este sería nuevo valor de coeficiente de permeabilidad a cabeza variable

ANALISIS DE RESULTADOS

Tomando como referencia la siguiente tabla podemos identificar o clasificar a qué tipo de suelo corresponden los estratos analizados.

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE SUELOS NATURALES TIPO DE SUELO COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD Arcilla < 10⁻⁹ Arcilla arenosa 10⁻⁹ a 10⁻⁸ Limo 10⁻⁸ a 10⁻⁷ Turba 10⁻⁹ a 10⁻⁶ Arena fina 10⁻⁶ a 10⁻⁴ Arena gruesa 10⁻⁴ a 10⁻³ Arena gravosa 10⁻³ a 10⁻² Grava > 10⁻² Tabla 6. Coeficientes de permeabilidad Fuente Tabla 6: Mecánica de suelos, Peter Berry.

Después de calcular K para ambos estratos de suelo, se deduce que el estrato de suelo usado para el ensayo de cabeza constante corresponde a una arena gravosa y el estrato usado para el ensayo de cabeza variable corresponde a una arena fina, según la tabla 6. Luego podemos establecer el grado de permeabilidad, usando nuevamente el coeficiente de permeabilidad K Grado de permeabilidad Valor de K (cm/s) Elevada Superior a 10 -1 Media 10 -1 a 10 -3 Baja 10 -3 a 10 -5 Muy baja 10 -5 a 10 -7 Práctic. Impermeable Menor de 10 -7 Tabla7. Grado de permeabilidad Fuente Tabla 7: Wikipedia

A partir de la tabla anterior se puede apreciar que la muestra de suelo usada para el ensayo de cabeza constante tiene un grado de permeabilidad Media, y la muestra usada para el ensayo de cabeza variable tiene una permeabilidad Baja.

CONCLUSIONES



El valor de K depende de la forma, el tamaño y la distribución de sus partículas, de esto se infiere que la constante está dada en función del tamaño de los poros.



La granulometría realizada al material influye bastante, porque lo componen partículas de tamaño uniforme hace que existen más vacíos o poros por donde fluye el agua.



Con el coeficiente K de permeabilidad promedio de la muestra analizada en cabeza constante se pudo comparar con una tabla teórica y se concluyó que el tipo de material analizado es una arena gravosa.



Con el coeficiente K de permeabilidad promedio de la muestra analizada en cabeza variable se pudo comparar con una tabla teórica y se concluyó que el tipo de material analizado es una arena gruesa.

ANEXOS

RECOMENACIONES 

Tomar atenta nota de las recomendaciones del docente para correcto uso de las herramientas de laboratorio, así como equipos y materiales para optimizar el estudio y aprendizaje.



Ser ordenado a la hora de tomar apuntes de los datos parciales que va arrojando el ensayo, una indebida recolección de datos puede ser motivo de errores al momento del trabajo de oficina.



Tener en cuenta que el espesor del cilindro, ya que muchas veces se confunde con las dimensiones externas, cuando realmente se necesita su volumen interno.

GUIA SUGERIDA 1. ¿Qué es la permeabilidad? ¿Qué unidades se usa para expresarla? La permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de permitir el paso del agua a través de sus vacíos, se expresa a través del coeficiente de permeabilidad, el cual es una constante de proporcionalidad que se determina mediante la experimentación en el laboratorio o in situ. La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidad del flujo de agua a través de éste durante un período determinado. La unidades para permeabilidad son unidades de velocidad cm/s o m/s. 2. ¿Puede dar alguna relación empírica para medir la permeabilidad de los suelos? ¿Es aplicable a todos los suelos? Fórmula de Terzaghi, en su fórmula para el cálculo del coeficiente de permeabilidad introduce una constante que tiene en cuenta la porosidad y el tipo de suelo. 2 (0,7 𝑘 = 𝐶1 ∙ 𝐷10 ∙ + 0,03 ∙ 𝑡) 𝑛 − 0,13 2 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐶1 = 𝐶0 ∙ ( 3 ) √1 − 𝑛 𝑛 = 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐶0 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜

Coeficientes tipos de suelo Suelo Arena grano redondeado Arena grano anguloso Arena con limos

C0 800 460