UNIVERSIDAD DE MACHALAFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS

NOMBRE: ALEJANDRO ROMOLEROUX INFORME: # 13CURSO: TERCERO “A” FECHA: 8 DE DICIEMBRE DEL 2005

TEMA:

Determinación del coeficiente de permeabilidad de un suelo mediante el permeàmetro de carga hidráulica constante.

OBJETIVO:

Determinar el coeficiente de permeabilidad de una arena e indicaremos el grado de permeabilidad de la misma.

GENERALIDADES:

LA PERMEABILIDAD

La permeabilidad es una propiedad del suelo que indica la facilidad con la que el agua fluirá a través de el, es decir es la habilidad que tiene el suelo para permitir el paso del agua a través de sus poros. Los poros en la masa del suelo forman caminos o pasos continuos por los que el agua puede moverse. Estos pasos son de muchos tamaños y el recorrido del agua es tortuoso a través de ellos. Sin embargo, si se consideran en conjunto, un número suficientemente grande de ellos, se puede determinar un flujo medio a través de la masa de suelo.

El movimiento del agua se denomina “Filtración “, su medida se llama “permeabilidad” y el factor que relaciona la permeabilidad con las características del terreno se conoce como “Coeficiente de permeabilidad “, que se representa con la letra “ K “ . Este coeficiente representa el caudal a través de un área unitaria y con gradiente Hidráulica unitario y se expresa en cm/s.

El valor de K varía entre límites muy amplios, debido a lo cual sólo se lo considera como orden de magnitud, Según sea su coeficiente de permeabilidad, los suelos pueden dividirse en cinco categorías, tal como se indica en la siguiente tabla.

GRADO DE PERMEABILIDAD VALOR DE K (cm/s)

Alto..................................................................... Mayor de 10-1

Mediano............................................................... 10-1 a 10-3

Bajo.................................................................... 10-3 a 10-5

Muy bajo.............................................................. 10-5 a 10-7

Prácticamente impermeable........................... Menor de 10-7

Frecuentemente el valor de K = 10-4 cm/s es usado como el límite entre los suelos permeables y los impermeables.

La permeabilidad entra en todos los problemas que involucran flujo de agua a través de suelos, tales como filtración bajo presas y el drenaje de subrasantes, presas y rellenos.

LA LEY DE DARCY Y EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD

Los poros de casi todos los suelos son tan pequeños que el flujo de agua a través de ellos es laminar, a excepción de los suelos gruesos como las gravas.

El flujo de agua a través de medios porosos está gobernado por una ley descubierta experimentalmente por Darcy, quien investigó las características del flujo de agua a través de filtros de arenas finas, a consecuencia de lo cual determinó que la velocidad superficial de flujo estaba relacionada directamente al gradiente de presión a través del lecho, por una constante de proporcionalidad, la cual incluye las propiedades del suelo y del agua.

Darcy utilizó un dispositivo semejante al de la Fig. VII - 6, haciendo variar la longitud de la muestra L y la presión del agua en la partes superiores e inferiores de la misma midió así el gasto “q “ que pasaba la sección transversal de la arena y encontró que era proporcional al gradiente hidráulica del fluido en estudio, llegando a establecer la siguiente relación empírica:

Vs = K.i

Según la hidráulica se tiene que: q = A.Vs (ecuación de continuidad del gasto).

Por lo tanto

Donde:

“q” es el gasto o descarga, es decir es la cantidad de agua que fluye en la unidad

de tiempo.

“K” es una constante de proporcionalidad entre la velocidad superficial.

“Vs” y el gradiente “i”, y que se denomina “coeficiente de permeabilidad

saturada”.

Como“K”, tiene las unidades dimensiónales de la velocidad podrá llamársele la velocidad superficial de flujo por unidad de gradiente hidráulica, considerando esta velocidad sobre el área total del suelo a través del cual se produce el flujo y no sobre el área de los poros.

“i” es el gradiente hidráulico del flujo.

“A” es el área total de la sección transversal de la masa del suelo.

TEMPERATURA

Mediante el sentido del tacto puede diferenciarse un cuerpo caliente de otro frío. El calor es la energía que se transmite de un cuerpo caliente a otro más frío que se encuentra en contacto con él. Del cuerpo caliente que desprende calor se dice que tiene mayor temperatura, dicha magnitud se mide por medio de escalas, ya sean convencionales o absolutas, que se relacionan con el volumen, la presión a cualquier otro parámetro característico del cuerpo con el que se opera, por ser en su mayoría variable con respecto a la temperatura.

Las percepciones fisiológicas de frío o calor que se obtienen en contacto con los cuerpos solamente permiten establecer una medida aproximada de la temperatura. Es necesario, en consecuencia, disponer de medios de mayor posición que determinen las medidas exactas de esta magnitud. Los instrumentos que se emplean para medir temperaturas son los termómetros y todos ellos se fundan en la variación de las dimensiones físicas de las sustancias con respecto a la temperatura y en el principio según el cual en el contacto de un cuerpo frío y otro caliente, la energía calorífica se transmite del segundo al primero hasta que se alcanza un estado de equilibrio térmico, momento en el cual el valor de la temperatura será constante.

VISCOSIDAD

Calidad de viscoso, es decir es una sustancia muy espesa, glutinosa que opone resistencia al movimiento. Como un concepto físico se puede decir, que es el

rozamiento que existe entre capas contiguas de un fluido. Las unidades de medida son el poise y el stoke.

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD A LA TEMPERATURA 20º

C: K20.

El coeficiente de permeabilidad a la temperatura de 20 º C, se obtiene de la multiplicación del Coeficiente de permeabilidad a la temperatura de ensayo, por la viscosidad del agua a la temperatura de ensayo la cual viene dada en la tabla de viscosidad de diferentes temperaturas y dividido para la viscosidad del agua a los 20º C la cual es el valor de uno.

K20 = KT (UT / U 20)

PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE.

Este dispositivo ofrece el método más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de suelos muy permeables, como las arenas que tenga valores de “K” entre 10-2 y 10-3 cm/s. En este Permeámetro una muestra de suelo confinada en un tubo se somete a una carga hidráulica “h”. El agua fluye a través de la muestra, midiéndose el tiempo “t” que demora la cantidad “V” en pasar dicha muestra

De acuerdo a la ley de DARCY se tiene:

q = K.i.A

En el tiempo “t” se tendrá un volumen:

V = q.t = K.i.A.t

Reemplazando el valor de ih

L

K KTT

2020

KT = Coeficiente de permeabilidad del agua a la temperatura de ensayo

K20= Coeficiente de permeabilidad del agua a los 20°C

T Viscosidad del agua a la temperatura de ensayo

20 Viscosidad del agua a los 20°C

Este Permeámetro tiene el inconveniente de que en suelos poco permeables la prueba dura mucho tiempo.

EQUIPO EMPLEADO:

Bureta graduada o tubo de carga.

Piseta.

Termómetro.

Cronometro.

Permeàmetro de Lucita con: Piedras porosas.

Tapa superior e inferior.

Resorte metálico.

Conexiones plásticas.

Calibrador.

Materiales (agua, arena).

Tubo capilar.

Un corcho.

PROCEDIMIENTO:

Primeramente, armamos el permeámetro, en la base colocamos los tubos de Lucita, dentro de éstos ubicamos: desde el fondo, una piedra porosa, papel filtro (para evitar que la arena se introduzca en la piedra), arena, papel filtro y nuevamente una piedra porosa.

Luego cerramos el conjunto con una tapa que en su parte exterior tiene una varilla en la que se sujetan: una regla graduada y la bureta.

Este sistema consta de dos tubos plásticos por los que entra y sale el agua.

Antes de armar el permeámetro medimos el diámetro interno tanto de los tubos de Lucita como el de la bureta.

Para el procedimiento nosotros colocamos agua en la bureta y la tapamos con un corcho que en su centro tiene introducido un tubo capilar para que el flujo de agua sea constante, para lo que también debemos obstruir el tubo plástico de salida de agua.

Luego medimos con el Calibrador Vernier la longitud de la muestra y la altura desde el pico inferior del tubo capilar hasta la tapa superior del permeámetro.

En seguida, liberamos el tubo plástico de salida y observamos en la bureta el volumen de agua que se filtra y lo anotamos.

Con los datos obtenidos a lo largo de todo el ensayo, calculamos el coeficiente de permeabilidad con las fórmulas arriba anotadas.

CALCULOS:

Calculo del volumenV= a x h

V1= 6.42 X 1.4 =8.99 V5= 6.42 X 1.4 =8.99

V2= 6.42 X 1.2 =7.70 V6= 6.42 X 1.3 =8.35

V3= 6.42 X 1.4 =8.99 V7= 6.42 X 1.6 =10.27

V4= 6.42 X 1.4 =8.99

Calculo de KT x 10-2

KT1 = (8.99 cm3x 8.54 cm) / (30.97 cm2x 16.2cm x 10s.)= 1.530 cm./seg.

KT2 = (7.70 cm3x 8.54 cm) / (30.97 cm2x 16.2cm x 10s.)= 1.311 cm./seg. KT3 = (8.99 cm3x 8.54 cm) / (30.97 cm2x 16.2cm x 10s.)= 1.530 cm./seg.

KT4 = (8.99 cm3x 8.54 cm) / (30.97 cm2x 16.2cm x 10s.)= 1.530 cm./seg.

KT5 = (8.99 cm3x 8.54 cm) / (30.97 cm2x 16.2cm x 10s.)= 1.530 cm./seg.

KT6 = (8.35 cm3x 8.54 cm) / (30.97 cm2x 16.2cm x 10s.)= 1.421 cm./seg.

KT7 = (10.27 cm3x 8.54 cm) / ( 30.97 cm2x 16.2cm x 10s.)= 1.748 cm./seg.

Calculo

K20= ut / u20 = 0.8893

Calculo de K20 x 10-2

K20 = KT ( uT / u20)

K20= (1.530 x10-3) (0.8893) = 1.361 x 10-2

K20= (1.311 x10-3) (0.8893) = 1.166 x 10-2

K20= (1.530 x10-3) (0.8893) = 1.361 x 10-2

K20= (1.530 x10-3) (0.8893) = 1.361 x 10-2

K20= (1.530 x10-3) (0.8893) = 1.361 x 10-2

K20= (1.421 x10-3) (0.8893) = 1.264 x 10-2

K20= (1.7487 x10-3) (0.8893) = 1.554 x 10-2

Permeabilidad promedio K20 = 1.347 x 10-2 cm/s

DIBUJO Y/O GRAFICO:

P E R M E A M E T R O

CONCLUSION:

Se concluyo que la muestra que realizamos en la práctica es arena con un grado de permeabilidad mediano por tener 1.347 x 10-2 y se encuentra en el rango de 10-1 a 10-3

Tubo de salida

Tapa superior Regla

Bureta

Simbra

Muestra de arena

Llave de paso

Piedra porosa

Tubo de entrada

Corcho