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ENSAYO DE PERMEABILIDAD: ENSAYO DE PERMEABILIDAD: CABEZA CONSTANTE CABEZA CONSTANTE Y CABEZA VARIABLE Y CABEZA VARIABLE Resumen – Para este ensayo de laboratorio se llevaron a cabo dos métodos que simulan las condiciones de flujo unidimensional de un suelo. El primer método se realizó con Cabeza Constante con tres muestras de arena en estado suelto, semicompactado y compacto. El segundo método se realizó con Cabeza Variable aplicada aun suelo de gradación fina. Las pruebas están destinadas a preservar el flujo laminar teórico del fluido en el suelo para encontrar el valor de la conductividad hidráulica y aplicar la ley de Darcy. Palabras Clave: Coeficiente de Permeabilidad, Gradiente Hidráulico, Caudal.

INTRODUCCIÓN Dado que el suelo es un sistema particulado, los espacios vacíos o poros entre las partículas de suelo permiten que el agua fluya a través de ellos de un punto que presenta mayor energía a uno de menor energía. En Ingeniería Civil, en necesario conocer la tasa a la cual fluye el agua por el suelo en un tiempo determinado. Esta velocidad del agua a través del suelo se conoce como Coeficiente de Permeabilidad y está representada por la letra k; este valor varía dependiendo del tipo de suelo y puede verse afectado por diversos factores como la distribución granulométrica, viscosidad del fluido, distribución en el tamaño de los poros, rugosidad de las partículas del suelo, el grado de saturación, la relación de vacíos, el tamaño de las partículas, temperatura del agua, composición mineralógica, entre otras. En el laboratorio, el valor de este coeficiente puede determinarse por medio de pruebas de permeabilidad con Cabeza Constante y Cabeza Variable. La primera es usada principalmente para suelos con partículas de grano grueso ya que para granos finos, es conveniente usar la prueba de carga variable debido a que con la primera se obtienen tasas de flujo muy pequeñas, haciendo que la prueba se prolongue durante mucho tiempo y por lo tanto deje de ser práctica.

OBJETIVO Determinar el coeficiente de permeabilidad mediante los ensayos de cabeza constante (Norma INVIAS INV E-130) y cabeza variable (ASTM D5084) para suelos granulares y suelos finos respectivamente.

Materiales y Equipos.

MATERIALES Y METODOLOGÍA Pablo Guillermo Rada Morales



Permeámetros: los cuales tienen cilindros para muestras con diámetro aproximadamente de 7.4 cm. Para el ensayo de cabeza variable se usó un molde Proctor Estándar como permeámetro.



Piezómetros: para medir la pérdida de carga sobre una longitud.



Tanque de cabeza constante: Para suministrar agua y para remover el aire de la conexión de agua.



Tubo piezómetro (Bureta): Con altura marcadas para medir el tiempo de descarga.



Cronómetro.



Termómetro: para medir la temperatura del agua.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Metodología. Este ensayo consiste en dejar fluir agua a través de una muestra de suelo en un tiempo determinado midiendo la cantidad de fluido que atraviesa al suelo. Se tienen dos ensayos: Permeámetro de carga constante para suelos de alta permeabilidad, como arenas y gravas y Permeámetro de carga variable para suelos de mediana a baja permeabilidad, como limos y arcillas.

ENSAYO DE CARGA CONSTANTE. Para este ensayo se usaron tres probetas, a la probeta No 1 se conectaban los piezómetros 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8, a la probeta No 2 se conectan los piezómetros 9, 10, 12, 13, 14 y16 y a la probeta No 3 se conectaban los piezómetros 17, 18, 19, 20, 21 23 y 24 los cuales se encontraban distribuidos cada 5 centímetros. Las muestras de suelo se encontraban en cada probeta respectivamente en estado de compactación suelto, semi-compactado y compactado, con el fin de establecer el valor de permeabilidad para cada estado de compactación. La muestra se saturó antes de realizar el ensayo correspondiente. Se midió el diámetro interno y la altura de cada muestra para determinar el volumen de las mismas. Para este ensayo, se contó con un tanque fijo a 2.93 metros de altura el cual permitió que la carga fuera constante, luego se permitió el flujo de agua hasta que los piezómetros mostraran carga constante y luego, durante 30 segundos se midió la cantidad de agua que atravesó por cada una de las probetas. Por último, se cortó el flujo, se tomó la altura del nivel del agua en cada piezómetro y se midió la temperatura del agua para hacer las correcciones respectivas. Granulometría para el ensayo de Cabeza Constante. Del análisis granulométrico se obtuvo las grafica que se muestra en las Figura 1 y en la Tabla 1 se muestran los porcentajes de suelo pasante por cada tamiz. El porcentaje que pasó por la malla No. 200 incluye el peso después de lavar la muestra.

Laboratorio Ensayo de Permeabilidad: Cabeza Constante y Cabeza Variable

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Tabla 1. Porcentaje pasante por cada tamiz para Cabeza Constante Malla

Diámetro (mm.)

Peso Retenido

%Retenid o

%Reteni do Acumula do

% Que pasa

Log 10 (diámetro)

N°20

0.825

378

21.0

21.0

79.000

-0.084

N°30

0.600

422

23.4

44.4

55.600

-0.222

N°40

0.425

560

31.1

75.6

24.400

-0.372

N°50

0.300

200

11.1

86.7

13.300

-0.523

N°60

0.250

120

6.7

93.3

6.700

-0.602

N°140

0.106

95

5.3

98.6

1.400

-0.975

N°200

0.075

20

1.1

99.7

0.300

-1.125

5

0.28

100.00

0.000

Fondo

Figura 1 Curva Granulométrica Muestra Ensayo Cabeza Constante 10

1 0% 10% 20% 30% 40%

% que Pasa

50% 60% 70% 80% 90% 100%

Log Diametro en mm



Análisis Granulométrico según el Sistema USCS

Menos del 50% del material pasó la malla No. 200, por tanto es un suelo de gradación gruesa (SG); Mayor porcentaje pasa la malla No. 40, por tanto es una Arena (S); por la malla No. 200 pasa menos del 5%, entonces el material es No Plástico; calculamos

CU =

CU

y

CC

D60 0.64 = →C U =2.33 D10 0.27

Laboratorio Ensayo de Permeabilidad: Cabeza Constante y Cabeza Variable

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

CC =

( D 30)

2

D10∗D60

Tenemos que

=

( 0.45 )2 →C C =1.17 0.27∗0.64

CU