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• Jeancarlos Andres Torres

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS II PROYECTO DOCENTE

Mgs. Jorge Nuñez

ESTUDIANTES:

Darío Guanga Victor Maji Vinicio Perez Pablo Tenemaza Jeancarlos Torres

PERÍODO ACADÉMICO:

OCTUBRE 2017 - FEBRERO 2018

FECHA DE ENTREGA:

4 DE NOVIEMBRE DEL 2017

TEMA

PERMEABILIDAD DE CARGA CONSTANTE.

INDICE DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 3 1.

TEMA........................................................................................................................ 4

2.

OBJETIVO ................................................................................................................ 4

2.1.

OBJETIVO GENERAL ........................................................................................ 4

2.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................................ 4

3.

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ........................................................................... 5

3.1

Permeabilidad de los suelos................................................................................. 5

3.2

Tipos de permeámetros ........................................................................................ 6

3.2.1

Permeámetro de carga variable ........................................................................... 6

3.2.2

Permeámetro de carga constante ......................................................................... 7

4.

MATERIALES.......................................................................................................... 9

5.

PROCEDIMIENTO ................................................................................................ 10

6. RESULTADOS .......................................................................................................... 11 7. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 12 8. RECOMENDACIONES ............................................................................................ 12 9. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 12 10.ANEXOS .......................................................................Error! Bookmark not defined.

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INTRODUCCIÓN Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que dejan vacíos entre ellas. Estos vacíos están interconectados y permiten el flujo de agua a través de ellos. Esto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. El grado de permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una diferencia de presión hidráulica. El coeficiente de permeabilidad es expresado en términos de velocidad. Este fenómeno es gobernado por las mismas leyes físicas en todos los tipos de suelos y la diferencia en el coeficiente de permeabilidad en tipos de suelos extremos es solo una cuestión de magnitud. Este aparato fue creado básicamente para medir la permeabilidad de suelos gruesos (k >10-3 cm/s), sin embargo, es muy difícil ensayar este tipo de suelos con su estructura original por lo que únicamente se podrá llevar un control en el laboratorio conociendo su compacidad en campo.

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1. TEMA PERMEABILIDAD DE CARGA CONSTANTE 2. OBJETIVO 2.1.  2.2.

OBJETIVO GENERAL Construir un permeámetro de carga constante. OBJETIVOS ESPECIFICOS



Saber cómo funciona un permeámetro de carga constante.



Encontrar la permeabilidad de una muestra de suelo

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3. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 3.1 Permeabilidad de los suelos Definimos permeabilidad como la capacidad de un cuerpo (en términos particulares, un suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos particulares, el agua) sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se determina objetivamente mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoria determinada. El concepto permeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad o transmisividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado. La permeabilidad se cuantifica en base al coeficiente de permeabilidad, definido como la velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un gradiente unitario Son diversos los factores que determinan la permeabilidad del suelo, entre los cuales, los más significativos son los siguientes: – Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica.) – Composición química del material (naturaleza mineralógica)

Como regla general podemos considerar que, a menor tamaño de grano, menor permeabilidad, y para una granulometría semejante (arenas, por ejemplo) a mejor gradación, mayor permeabilidad. En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas y limos, la presencia de ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que disminuye la permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio).

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3.2 Tipos de permeámetros Existen 2 tipos de permeámetro: carga variable y carga constante. 3.2.1 Permeámetro de carga variable En la variante de pared rígida, este aparato tiene su campo de aplicación en materiales un poco menos permeables que los mencionados para el caso del permeámetro de carga constante, tales como arenas finas, arenas finas limosas, o arenas limosas con poca arcilla (10-1 a 10-4 cm/s). Sin embargo, a diferencia de la anterior, para realizar esta prueba es necesario contar mucha experiencia, evitando la formación de natas que este tipo de materiales pueden llegar generar y por consiguiente reportar un valor del coeficiente de permeabilidad menor al real. En el tipo de pared delgada, en este aparato se pueden ensayar suelos con coeficientes de permeabilidad entre 10-4 y 10-9 cm/s, además de que es posible someter a la muestra a diferentes esfuerzos de confinamiento para obtener la variación de k con el esfuerzo medio. Se trata de un tubo de pared rígida o flexible donde se monta la muestra; en el caso del de pared flexible es posible aplicar presiones a la muestra para medir el coeficiente de permeabilidad en función del esfuerzo confinante. En la parte superior se coloca un tubo de diámetro menor o igual al que lleva la muestra. Durante la prueba el nivel del agua en el tubo pequeño pasa de una altura h1 a una menor h2 en un tiempo t. El coeficiente de permeabilidad se obtiene con la fórmula: 21lnhhtLAak= (3.10) Siendo a el área de la sección transversal del tubo de menor diámetro, en tanto que A y L el área de la sección y la longitud de la muestra, respectivamente. La prueba de consolidación permite obtener las características de compresibilidad de un suelo fino saturado.

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3.2.2 Permeámetro de carga constante 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. 

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. Mecánica de suelos II

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

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.

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4. MATERIALES Cantidad

Material

2

Botellas

1

Recipiente

2

Mallas cernidoras

1

Estilete

1

Cronómetro

1

Junta sella aisla (RTV silicone)

1

Manguera

Gráfico

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Estropajos

1

Suelo ( arena fina)

2

Piedra pómez

5. PROCEDIMIENTO 6. En la copa inferior de una botella cortada se pone piedra pómez y filtros para que no pase la muestra de suelo. 7. En el cuerpo de la botella se coloca la muestra de suelo inalterada. 8. En la copa superior se pone filtros para que el agua que llega a la muestra de suelo no llegue con basuras ni material orgánico e inorgánico. 9. En los dos extremos de la botella se colocan mangueras las cuales están conectadas con recipientes con agua respectivamente. 10. Para iniciar el ensayo se procede a llenar los recipientes, las mangueras y la botella con agua completamente. 11. Una vez que todo el esquema este lleno de agua procedemos a tomar el tiempo y el volumen de agua. 12. El volumen de agua es el agua que expulsa uno de los recipientes. 13. Con estos datos tomados se procede a encontrar el índice de permeabilidad.

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6. RESULTADOS Para calcular el coeficiente de permeabilidad se utilizará la siguiente formula:

𝑘=

𝑉∗𝐿 𝐻∗𝐴∗𝑡

Dónde: 

K= coeficiente de permeabilidad



V= Vol. De agua recolectado a la salida



H= diferencias de nivel



L= longitud de la muestra



A= área transversal de la muestra



t= tiempo de ensayo



D= diámetro de la muestra

Los datos encontrados mediante el ensayo realizado son los siguientes: 

t=180s



H=40cm



V=63.74𝑐𝑚3



D= 7.5 cm



L=5cm

Aplicando la formula se obtuvo que el índice de permeabilidad es de:

𝑘=

63.74𝑐𝑚3 ∗ 5𝑐𝑚 40𝑐𝑚 ∗ 44.18𝑐𝑚2 ∗ 180𝑠 𝑘 = 1.002𝑐𝑚/𝑠

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7. CONCLUSIONES  Observamos que el líquido se demora 180 segundos en atravesar nuestra muestra de suelo de 5 cm.  Calculamos el valor del coeficiente de permeabilidad 1,002

𝑐𝑚 , lo 𝑠

cual nos dice que

es un suelo de permeabilidad media.  Los primeros datos obtenidos fueron desechados debido a que se alejaban de la tendencia mostrada por los datos siguientes y esto puede explicarse por el poco tiempo que se le dio a la muestra para lograr una carga constante.  La muestra tenía una menor densidad por lo que resultó con una mayor permeabilidad y como se esperaba tiene un mayor índice de vacíos y por lo tanto el agua puede fluir más fácil y rápidamente a través de estos.

8. RECOMENDACIONES  Verificar que el flujo que sale del permeámetro sea constante.  Cerrar correctamente el permeámetro para evitar fuga de líquido.  Tomar varios tiempos y realizar un promedio.

9. BIBLIOGRAFIA

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