Informe De Permeabilidad 5s1y1r
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA “AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO” INFORME Nº 1-2017-V CICLO “A” – EAPICH-UNH A
: Ing. YUDITH MARTINEZ QUISPE
DE
: Integrantes. DAMIAN RAMOS, Adolfo. ECHABAUDIS ESPINOZA, Félix. IGNACIO ZABALETA, Enrique Javier. OLARTE CRISOSTOMO, Erick. QUISPE DFE LA CRUZ, Angela Faviola.
______________________________________________________________________ ASUNTO
: DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN EL CAMPO.
FECHA
: Huancavelica, 09 de Agosto del 2017.
Por medio del presente le hacemos llegar nuestro cordial saludo, así mismo informamos a su despacho sobre los resultados obtenidos en el desarrollo DE LA PRÁCTICA DE CAMPO DE MECÁNICA DE SUELOS I, el cual consiste en la determinación del “COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD” el ensayo tuvo lugar en el campo de QUERALQUICHQUE-SAN CRISTOBAL-HUANCAVELICA, el día (07/08/17) A HORAS (2:00 A 5:00PM).
"U NIVERSIDAD N ACIONAL D E H UANCAVELICA " FACULTAD D E C IENCIAS D E I NGENIERÍA E SCUELA P ROFESIONAL DE I NGENIERÍA C IVIL -H UANCAVELICA INFORME "DETERMINACION DE PERMEABILIDAD EN EL CAMPO" CURSO: MECANICA DE SUELOS I
DOCENTE: Ing. Judith Martinez Quispe
ESTUDIANTES: ECHABAUDIS ESPINOZA, Felyx IGNACIO ZAVALETA, Enrique Javier DAMIAN RAMOS, Adolfo OLARTE CRISOSTOMO, Erick QUISPE DE LA CRUZ, Angela
CICLO: V - "A"
Huancavelica - Perú Agosto - 2017
Baja
AGRADECIMIENTOS
X A DIOS E
por iluminar y bendecir nuestro camino. F X A nuestros padres, quienes nos apoyan de manera incondicional en nuestra formación académica; gracias a ellos por apostar siempre en la educación.
H
G
Baja
DEDICATORIA
X A nuestros E
padres, hermanos, A Dios por darme las F fortalezas para continuar y por bendecir mi camino. X A todo aquel que con los puños en alto sigue luchando por un mundo más justo (estudiantes, profesionales honestos, obreros, campesinos, jornaleros y demás). Somos el pueblo trabajador, los siempre condicionados y reprimidos.. X Al docente del curso a cargo por su enseñanza, formandonos alo largo de nuestra formación profesional.
H
G
Í NDICE G ENERAL
C APÍTULO 1 INTRODUCCIÓN
PÁGINA 1
C APÍTULO 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo General 2.2 Objetivos Especificos
PÁGINA 3 4 4
C APÍTULO 3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS 3.1 VENTAJAS 3.2 DESVENTAJAS
PÁGINA 5 6 6
C APÍTULO 4 MARCO TEORICO 4.1 CONCEPTO 4.2 PERMEABILIDAD DEL SUELO
PÁGINA 7 8 8
FLUJO LAMINAR8 FLUJO TURBULENTO9 PERMEABILIDAD9
4.3 DETERMINACION DE LA PERMEABILIDAD REAL 4.4 COEF. DE PERMEABILIDAD EN MASA ESTRATIFICADAS 4.5 DETERMINACIÓN DEL COEF.DE PERMEABILIDAD
10 12 14
PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE:14 PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE:15
4.6 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura17 Variación de la permeabilidad segun la textura del suelo17 Relación de vacios18
17
Temperatura del agua18 Estructura y estratificación18 Agujeros y fisuras19 Tamaño de partículas19
4.7 Aire encerrado y materiales extraños en los vacíos
19
C APÍTULO 5 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
PÁGINA 21
C APÍTULO 6 PROCEDIMIENTOS 6.1 PRIMER PASO: 6.2 SEGUNDO PASO: 6.3 TERCER PASO: 6.4 CUARTO PASO: 6.5 QUINTO PASO: 6.6 SEXTO PASO: 6.7 SEPTIMO PASO: 6.8 OCTAVO PASO: 6.9 NOVENO PASO:
PÁGINA 27 28 28 29 29 30 30 31 31 31
C APÍTULO 7 RESULTADOS
PÁGINA 32
C APÍTULO 8 CONCLUSIONES
PÁGINA 34
C APÍTULO 9 RECOMENDACIONES
PÁGINA 36
C APÍTULO 10BIBLIOGRAFIA
PÁGINA 38
1
INTRODUCCIÓN
´ INTRODUCCION
MECANICA DE SUELOS I
INTRODUCCIÓN Dentro de la mecánica de suelos se encuentra en uno de sus capítulos, una de las propiedades más importantes del suelo LA PERMEABILIDAD, y es la que se presenta aun en los suelos más compactos por presentar medios porosos (vacíos continuos) y es a través de estos poros por donde circula un cierto volumen de agua en un determinado tiempo. Por lo cual nosotros en el presente ensayo analizaremos a través de la práctica detenidamente esta propiedad del suelo para así poder definir en que beneficia al ingeniero civil así como también cuales son los daños que ocasionan a medida que se presentan en la naturaleza y el impacto que se da en la construcción sobre todo para que se tenga en cuenta en el diseño de carretera, edificios. Canales, reservorios de agua entre otros porque de lo contrario podría perjudicar a dicha construcción y por ende al ingeniero encargado de la obra. Se dice que un material es permeable cuando contiene vacíos continuos, estos vacíos existen en todos los suelos, incluyendo las arcillas más compactas, y en todos los materiales de construcción no metálicos, incluido el granito sano y la pasta de cemento, por lo tanto dichos materiales son permeables. La circulación de agua a través de la masa de estos obedece aproximadamente a las leyes idénticas, de modo que la diferencia entre una arena limpia y un granito es, en este concepto, solo una diferencia de magnitud. La permeabilidad de los suelos, es decir la facultad con la que el agua pasa a través de los poros, tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en muchas operaciones constructivas, como los son, por ejemplo, las excavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un terraplén, de allí la importancia de su estudio y determinación, aspecto que se desarrollara a continuación.
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OBJETIVOS
Contents 2.1 Objetivo General
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2.2 Objetivos Especificos
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MECANICA DE SUELOS I
OBJETIVOS
OBJETIVOS
2.1
Objetivo General Aprender los procedimientos experimentales para calcular el coeficiente de permeabilidad del suelo utilizando permeámetros de carga constante y de carga variable.
Poder determinar el coeficiente de permeabilidad con su debida corrección.
2.2
Objetivos Especificos Analizar e interpretar los resultados obtenidos en la práctica.
Determinar la permeabilidad de un suelo fino.
Determinar la permeabilidad de un suelo grueso.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Contents 3.1 VENTAJAS
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3.2 DESVENTAJAS
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MECANICA DE SUELOS I
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ensayos de laboratorio: Determinar la conductividad hidráulica del suelo, mediante ensayos en laboratorio es la forma más común.
3.1
VENTAJAS
3 Los resultados por el permeámetro de carga constante o variable, gozan de ser confiables. 3 No son muy costosos. 3 Aunque requieren experiencia, el manejo del equipo es sencillo. 3 Para el caso de algunos suelos, el ensayo es rápido.
3.2
DESVENTAJAS
< No siempre la muestra extraída in situ, es la representativa de la zona de estudio. < Durante el transporte, puede sufrir alteraciones que podrían variar los resultados.
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ntents
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MARCO TEORICO
4.1 CONCEPTO
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4.2 PERMEABILIDAD DEL SUELO
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FLUJO LAMINAR8 FLUJO TURBULENTO9 PERMEABILIDAD9
4.3 DETERMINACION DE LA PERMEABILIDAD REAL 10 4.4 COEF. DE PERMEABILIDAD EN MASA ESTRATIFICADAS 12 ´ 4.5 DETERMINACION DEL COEF.DE PERMEABILIDAD
14
´ PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE:14 ´ PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE:15
4.6 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD 17 La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura17 Variaci´ on de la permeabilidad segun la textura del suelo17 Relaci´on de vacios18
MECANICA DE SUELOS I
MARCO TEORICO
MARCO TEÓRICO
4.1
CONCEPTO
El coeficiente de permeabilidad es una constante de proporcionalidad relacionada con la facilidad de movimiento de un flujo a través de un poroso. Existen dos métodos generales de laboratorio para determinar directamente el coeficiente de permeabilidad de un suelo. Estos son los llamados métodos de la cabeza constante descrita en el presente experimento.
4.2
PERMEABILIDAD DEL SUELO
GENERALIDADES: 4.2.1 FLUJO LAMINAR En un flujo laminar el fluido se mueve en laminas paralelas sin entremezclarse y cada partículas de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular.
El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos. El número de Reynolds es un parámetro a dimensional importante en las ecuaciones que describen en qué condiciones el flujo será laminar o turbulento. En el caso de fluido que se mueve en un tubo de sección circular, el flujo persistente será laminar por debajo de un número de Reynolds crítico de aproximadamente 2040. Para números de Reynolds más altos el flujo turbulento puede sostenerse de forma indefinida. Sin embargo, el número de Reynolds que delimita flujo turbulento y laminar depende de la geometría del sistema y además la transición de flujo laminar a turbulento es en general sensible a ruido e imperfecciones en el sistema.
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MARCO TEORICO
El perfil laminar de velocidades en una tubería tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo. En este caso, la pérdida de energía es proporcional a la velocidad media, mucho menor que en el caso de flujo turbulento.
4.2.2 FLUJO TURBULENTO En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos,(no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.
4.2.3 PERMEABILIDAD Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire.
Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales.
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MARCO TEORICO
Por otro lado, hay que hablar de una "permeabilidad intrínseca" (también llamada "coeficiente de permeabilidad"); como constante ligada a las características propias o internas del terreno. Y de una "permeabilidad real" o de Darcy, como función de la permeabilidad intrínseca más las de las características del fluido. La "permeabilidad intrínseca" en el SMD se mide en cm2 o m2 . La unidad derivada de la Ley de Darcy es el Darcy, y habitualmente se utiliza el milidarcy:
La permeabilidad de Darcy se mide, en cambio, en unidades de velocidad: cm/s o m/s.
4.3
DETERMINACION DE LA PERMEABILIDAD REAL
La permeabilidad intrínseca de cualquier material poroso, se determina mediante la fórmula de Darcy: k1 = [C ]d2 Donde: k1 : permeabilidad intrínseca [L2] C: constante a dimensional relacionada con la configuración del fluido. d: diámetro promedio de los poros del material. La permeabilidad real, en cambio, se puede determinar directamente mediante la Ley de Darcy o estimarla utilizando tablas empíricas derivadas de ella. La permeabilidad real es una parte de la constante proporcional en la Ley de Darcy, que se relaciona con las diferencias de la velocidad del fluido y sus propiedades físicas (por ejemplo, su viscosidad) en un rango de presión aplicado al promedio de porosidad. La constante proporcional específica para el agua atravesando una porosidad media es la conductividad hidráulica. La permeabilidad intrínseca es una función de la porosidad, no del fluido.
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MARCO TEORICO
LEY DE DARCY
Experimento de Darcy La Ley de Darcy describe, con base en experimentos de laboratorio, las características del movimiento del agua a través de un medio poroso. La expresión matemática de la Ley de Darcy es la siguiente:
Donde: Q = gasto, descarga o caudal en m3 /s. L = longitud en metros de la muestra. k = una constante, actualmente conocida como coeficiente de permeabilidad de Darcy, variable en función del material de la muestra, en m/s. A = área de la sección transversal de la muestra, en m2. Qh3 = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la entrada de la capa filtrante. h4 = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la salida de la capa filtrante. El agua, por relaciones de energía, circula de mayor a menor altura piezométrica. Tal 4 y como se puede ver, la relación h3 −h se trata del gradiente de alturas priezométricas L (i) o gradiente hidráulico y se observa que: Por lo que adopta un valor negativo. Ello se puede expresar: Donde h es la altura piezométrica y z la longitud recorrida. Generalizando a 3 dimensiones se obtiene que: ∂H ∂L ≤ 0 Por lo que adopta un valor negativo. Ello se puede expresar: ∂h q=Q A = ∂z Donde h es la altura piezométrica y z la longitud recorrida. Generalizando a 3 dimensiones se obtiene que: 11
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MARCO TEORICO
q = −K ∗ ∇(h(x, y, z )) K es la conductividad hidráulica (permeabilidad) y se trata de un tensor simétrico diagonalizable a 3 direcciones principales:
Y se obtiene:
El agua se desplazará en la dirección donde haya más permeabilidad y esta a su vez indicará a qué velocidad se mueve el agua en condiciones unitarias de gradiente. En terrenos isótropos, las 3 permeabilidades principales serán idénticas.
4.4
COEF. DE PERMEABILIDAD EN MASA ESTRATIFICADAS
Los depósitos de suelos transportados consisten generalmente en capas con diferentes permeabilidades. Para determinar el coeficiente k medio de tales depósitos, se obtienen muestras representativas de cada capa y se ensayan independientemente. Una vez conocidos los valores de k correspondientes a cada estrato individual, el promedio para el depósito puede ser calculado.
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MARCO TEORICO
Determinación de kI: coeficientes de permeabilidad promedio para la filtración de agua en sentido paralelo a los planos de estratificación (generalmente horizontal). Se considera que (ver la figura): La carga hidráulica es constante para todos los estratos, y la longitud de recorrido es L. i=
h l
= cte
Donde: K1, K2, . . . , Kn: coeficiente de permeabilidad de los estratos. H1, H2, . . . , Hn: espesores de los estratos. Para un solo estrato el caudal qi es: Para la determinación de KII: coeficiente de permeabilidad promedio para la filtración de agua en sentido perpendicular a los planos de estratificación, generalmente vertical. (ver la figura).
La carga hidráulica varía en profundidad, Dh = SSi, donde hi es la carga hidráulica para cada estrato. La potencia de estrato H = SHi. La velocidad es constante V = KII.i = ki.ii. El gradiente hidráulico para cada estrato: ii = hi/Hihi = ii.Hi.
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MECANICA DE SUELOS I
4.5
MARCO TEORICO
DETERMINACIÓN DEL COEF.DE PERMEABILIDAD
El coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato cuya determinación correcta es de fundamental importancia para la formación del criterio del proyectista en algunos problemas de mecánica de suelos y, en muchos casos, para la elaboración de sus cálculos.
4.5.1 PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE: Ofrece el método más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese suelo. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud L conocidas, confinadas en un tubo, se somete a una carga hidráulica h. El agua fluye a través de la muestra, midiéndose la cantidad (encm3 ) que pasa en un tiempo t. El gradiente hidráulico permanece constante a lo largo de todo el periodo del ensayo. Los niveles de agua superior e inferior se mantienen constante por desborde, con lo cual h permanece constante, pues depende solamente de esa diferencia de niveles. La cantidad de agua que pasa se recoge en una bureta graduada. Conocidos los valores Q, h, L, A, se calcula el coeficiente de permeabilidad. Aplicando la Ley de Darcy:
El inconveniente del permeámetro es que, en suelos poco permeables, el tiempo de prueba se hace tan largo que deja de ser práctico usando gradientes hidráulicos razonables, además de tener una incidencia muy importante en los resultados los fenómenos de evaporación.
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MARCO TEORICO
4.5.2 PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE: En este tipo de permeámetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador. En la figura, vemos dos dispositivos típicos, el (a) usado en suelos predominantemente finos, y el (b) apropiado para materiales más gruesos.
Al ejecutar la prueba se llena de agua el tubo vertical del permeámetro, observándose su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra.
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MARCO TEORICO
Considerando el tiempo dt, la cantidad de agua (cm3 ) que atraviesa la muestra será, según la Ley de Darcy: ∂V = k ∗ A ∗ i ∗ ∂t = k ∗ A ∗ Lh ∗ ∂t Al mismo tiempo, en el tubo vertical, el agua habrá tenido un descenso dh y el volumen del agua que atravesó la muestra en el tiempo dt podrá expresarse: ∂V = −a ∗ ∂h Las cantidades (1) y (2) pueden igualarse, pues ambas se refieren a lo mismo: −a ∗ ∂h = k ∗ A ∗ Lh ∗ ∂t Integrando entre las cargas hidráulicas al comienzo y al final de la prueba, en sus respectivos tiempos.
Esta expresión nos permite calcular el valor del coeficiente de permeabilidad. Cuando la caída de carga hidráulica sea pequeña en comparación con la carga media usada en la prueba, podrá usarse para el permeámetro de carga variable, la fórmula para el permeámetro de carga constante tomando la carga h como: h=
h1 +h2 2
Considerando que tal carga obró durante todo el tiempo t, de prueba. Los permeámetros y concretamente el de carga variable, puede utilizase sólo en suelos relativamente permeables, generalmente arenas y limos o mezclas de esos materiales, no plásticos. La permeabilidad de arcillas se determina en laboratorio, con la prueba de consolidación. La razón es que la baja permeabilidad de las arcillas daría lugar a tiempos de prueba tan largos que la evaporación y los cambios de temperatura producirían errores de mucha consideración. El realizar la prueba de permeabilidad en muestras inalteradas no sólo es importante en arcillas, sino también en suelos arenosos o limosos poco o nada plásticos. Estos suelos están, con frecuencia, notoriamente estratificados y, por lo tanto, la realización de la prueba en muestras alteradas dará una idea totalmente errónea de la permeabilidad del suelo natural. De estos suelos ligeramente plásticos se obtienen muestras inalteradas en sondeos de poco costo; éstas pueden usarse en pruebas para determinar el coeficiente de perme16
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MARCO TEORICO
abilidad en dirección paralela y normal a la dirección de la estratificación.
4.6
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD
Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de arcilla, constituyen la base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas. El suelo está constituido por varios horizontes, y que, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades físicas y químicas diferentes. Para determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe estudiar cada horizonte por separado.
4.6.1 La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura El tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de filtración (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolación (movimiento del agua a través del suelo). El tamaño y el número de los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura del suelo y también influyen en su permeabilidad.
4.6.2 Variación de la permeabilidad segun la textura del suelo Por regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura del suelo, más lenta será la permeabilidad:
Factores que influyen en el valor del coeficiente de permeabilidad del suelo: La relación de vacios. La temperatura del agua. 17
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MARCO TEORICO
La estructura y estratificación del suelo.
La existencia de huecos y fisuras o huecos en el suelo.
Tamaño de partículas.
Aire encerrado y materiales extraños en los vacíos.
4.6.3 Relación de vacios Cuando un suelo es comprimido o vibrado, el volumen ocupado por sus elementos sólidos permanece invariable, mientras que el volumen de vacíos disminuye, por lo tanto la permeabilidad del suelo también disminuye. Existen expresiones que permiten relacionar el coeficiente de permeabilidad con la relación de vacíos, pero se deben adoptar ciertas hipótesis cuyo carácter permita que las conclusiones del análisis den información cuantitativa correcta. Casagrande propone la siguiente ecuación para el coeficiente de permeabilidad k : k ∗ 0.85 es el valor del coeficiente de permeabilidad para una relación de vacíos e = 0.85. Esta ecuación se expresa en curvas para arenas finas y medianas limpias de granos de buena cubicada.
4.6.4 Temperatura del agua De un análisis teórico surge que el valor del coeficiente de permeabilidad del suelo es proporcional a la viscosidad cinemática del agua, expresado mediante la relación. Donde: representa la viscosidad cinemática del agua,η la viscosidad del agua g la aceleración de la gravedad y ϕw el peso específico del agua. El valor del coeficiente de permeabilidad obtenido mediante ensayos, depende de la temperatura a la que fueron realizados, normalmente se les suele referir a una temperatura T = 20 řC, para los cuales se tiene: Donde el subíndice t hace referencia a los resultados de la prueba. La relación planteada anteriormente es válida para arenas y presenta pequeñas desviaciones para arcillas.
4.6.5 Estructura y estratificación El coeficiente de permeabilidad de un suelo inalterado es distinto al del mismo suelo re moldeado; cambia su estructura y estratificación. En el remoldado quedan libres partículas de suelo, que al fluir el líquido las mueve y reacomoda, obstruyendo canales. En otras ocasiones son arrastradas al exterior, con lo cual el valor del coeficiente de permeabilidad varía durante la realización del ensayo, esto ocurre en general en suelos con valores de coeficiente de permeabilidad k entre 10˘5 y 10˘3 cm/seg. En particular, si una arcilla es amasada a contenido de humedad constante, su valor 18
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MARCO TEORICO
de k disminuye con respecto a su valor original a kr (coeficiente de permeabilidad re moldeado). Para la mayoría de las arcillas inorgánicas, la relación k/ kr no es mayor de 2. Para arcillas orgánicas y algunas margas con estructura de conglomerado dicha relación pueden llegar a valores de 30. Debe tenerse en cuenta además, que los coeficientes de permeabilidad horizontal y vertical difieren la mayor parte de las veces y a su vez los valores en sentido horizontal pueden ser diferentes si el suelo presenta estratificación.
4.6.6 Agujeros y fisuras Heladas, ciclos alternados de humedecimiento y secado, efectos de vegetación y pequeños organismos pueden cambiar las condiciones del suelo, provocando discontinuidades, fisuras, agujeros, etc., que hacen que las características de permeabilidad de los suelos sean diferentes Tamaño de partículas
4.6.7 Tamaño de partículas El tamaño de las partículas del suelo afecta la permeabilidad del mismo. La Ley de Poiseville, demuestra que la velocidad promedio a través de un tubo capilar es proporcional al cuadrado del diámetro del tubo. Por lo tanto, análogamente, es razonable esperar que la velocidad de filtración a través de un suelo conocido y el coeficiente de permeabilidad de ese suelo, sean proporcionales al cuadrado de la dimensión promedio del poro, el que a su vez puede vincularse al tamaño de los granos, relacionando estos últimos con el coeficiente de permeabilidad. Donde: yprom : es la velocidad promedio a través de un tubo capilar, en cm/seg. ρ: es la densidad del agua, en gr/cm3 . D: es el diámetro del tubo, en cm. H: es la viscosidad del fluido (agua), en gr ∗ s/cm2 .
4.7
Aire encerrado y materiales extraños en los vacíos
Aún cuando el término coeficiente de permeabilidad en el sentido estricto de la palabra se refiere a la condición de suelos saturados, los suelos en su condición natural, contienen pequeñas cantidades de gas encerrado u ocluido. Más aún, las muestras de laboratorio contienen frecuentemente mayores cantidades de gas, debido a que el suelo lo adquiere con facilidad, a menos que se tomen una serie de precauciones durante el muestreo, el envío y la preparación de muestras. El gas encerrado, aún cuando sea en pequeñas cantidades, tiene un efecto marcado en el coeficiente de permeabilidad. Por consiguiente para obtener una información correcta, se debe estar seguro de que el contenido de gas en la muestra, es igual al contenido en el estado natural del suelo o al contenido que se espera que el suelo tenga en un futuro 19
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MARCO TEORICO
cercano. Productos químicos disueltos presentes en el agua tienen un gran efecto sobre la fracción coloidal del suelo y por ende sobre el coeficiente de permeabilidad del mismo.
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HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
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HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS UTILIZADOS EN EL LABORATORIO
PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE:
PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE:
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HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
TERMOMETRO CON APRECIACIÓN DE ś0.1řC:
PROBETA GRADUADA CON UNA CAPACIDAD DE 100 ml:
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MECANICA DE SUELOS I
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
REGLA MÉTRICA GRADUADA CON APRECIACIÓN ś1mm:
CALIBRADOR CON APRECIACION ś0.01mm:
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MECANICA DE SUELOS I
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
BALANZA DE PRECISIÓN CON APRECIACIÓN DE ś1 GRAMO
BALANZA DE PRECISIÓN CON APRECIACIÓN DE ś1 GRAMO
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MECANICA DE SUELOS I
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
MARTILLO DE COMPACTACIÓN PRÓCTOR ESTÁNDAR
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PROCEDIMIENTOS
Contents 6.1 PRIMER PASO:
28
6.2 SEGUNDO PASO:
28
6.3 TERCER PASO:
29
6.4 CUARTO PASO:
29
6.5 QUINTO PASO:
30
6.6 SEXTO PASO:
30
6.7 SEPTIMO PASO:
31
6.8 OCTAVO PASO:
31
6.9 NOVENO PASO:
31
MECANICA DE SUELOS I
PROCEDIMIENTOS
PROCEDIMIENTOS
6.1
PRIMER PASO:
Pesar el recipiente de material (granular) que será utilizado en el experimento.
6.2
SEGUNDO PASO:
Armar el aparto de permeabilidad hasta donde se necesite para colocar el suelo para el ensayo. Determinar el volumen de suelo introducido si no se había hecho antes.
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6.3
PROCEDIMIENTOS
TERCER PASO:
Cada grupo debe realizar un expermento a deferente densidad de los demas. Esto se consigue colocando el suelo suelto, sometiendolo a un tipo de vibracion o introduciendolo con suficiente esfuerzo de compactacion. Registrar en el tablero la densidad de la muestra de cada grupo para evitar que haya dos grupos con la misma densidad. Tratar de variar la densidad en un maximo de 0.4 a 0.6 kN /m3 .
6.4
CUARTO PASO:
Colocar un disco de papel de filtro sobre la parte superior de la muestra, enrasar cuidadosamente el material en el molde, colocar un empaque de caucho sobre el borde del molde, y ajustar firmemente la tapa del molde. La tapa debe tener una pieza plástica transparente a la cual se puede ajustar la entrada de la tubería del agua posteriormente. Conectar a la válvula de salida un tramo adecuadamente largo de tubería de caucho.
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6.5
PROCEDIMIENTOS
QUINTO PASO:
Colocar el permeámetro en una cubeta llena de agua de forma que la tapa del permeámetro quede sumergida por lo menos 5cm debajo del nivel del agua. Asegurarse de que la válvula de salida del permeámetro este abierta, de manera que el agua. Asegurase de que la válvula de salida del permeámetro este abierta, de manera que el agua queda entrar a través de la muestra para saturarla con una cantidad mínima de aire atrapado. Cuando el agua alcance la altura de equilibrio del tubo plástico que se conectó a la válvula de entrada del permeámetro se pueda suponer que el proceso de saturación ha concluido.
6.6
SEXTO PASO:
Con el nivel de agua establecido en la tubería de entrada, cerrar la válvula de salida o prensar el tubo de plástico valiéndose de un artefacto adecuado. Sacar el permeámetro de la cubeta de inmersión, y conectar al tubo de entrada una tubería vertical conectada a su vez a un recipiente de cabeza constante.
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MECANICA DE SUELOS I
6.7
PROCEDIMIENTOS
SEPTIMO PASO:
Deairear las líneas de entrada a la muestra, abriendo la válvula de entrada al permeámetro y simultáneamente abriendo la válvula de drenaje que existe en la tapa superior del permeámetro. Una vez se ha removido todo el aire que pudiera estar atrapado cerrar la válvula de drenaje; medir la cabeza hidráulica a través de la muestra.
6.8
OCTAVO PASO:
Utilizar un recipiente de 500 o 100 ml para recibir a la salida del permeámetro. Registrar el tiempo necesario para almacenar 750 y 900ml de agua; registrar también la temperatura del agua y repetir dos o tres mediciones similares adicionales utilizando un tiempo constante (t = constante). La cantidad de agua recogida en ensayos sucesivos es todos los datos del experimento en el formato respectivo de ensayo.
6.9
NOVENO PASO:
Cada grupo debe de calcular su valor de k (coeficiente de permeabilidad) para la temperatura del ensayo. 31
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RESULTADOS
MECANICA DE SUELOS I
RESULTADOS
RESULTADOS
DE LA TABLA SE OBTIENE EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD: V ∗L k = H∗A∗T L= 70cm d= 20cm ∗ Hallamos el área transversal de la muestra (d = 20cm). π∗d2 4 3.141592∗20cm2 A= 4 A = 314.16 cm2
A=
∗ Hallamos el promedio de la carga hidráulica. πΣ∗Ht n 25.6cm + 20.32cm + 15cm + 13cm + 13cm 6
Hprom =
Hprom =
Hprom = 14.49 cm ∗ Hallamos el volumen promedio. V = A ∗ Hprom V = 314.16 cm2 ∗ 14.49 cm V = 4556.5254 cm3 ∗ Por lo tanto k sera. k=
4556.5254 cm3 ∗70 cm 14.49 cm∗314.16 cm2 ∗300 s
k = 0.234 cm/s
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CONCLUSIONES
MECANICA DE SUELOS I
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES Concluyendo este Informe de MECANICA DE SUELOS I (DET ERM IN ACIÓN DEL COEF ICIEN T E DE P ERM EABILIDAD EN EL CAM P O ) con lo siguiente:
El coeficiente de permeabilidad es una medida directa y completa de la permeabilidad del suelo, muchos la definen de la siguiente manera, este coeficiente de permeabilidad: como velocidad de flujo, cuando el gradiente hidráulico es unitario.
La permeabilidad no es más que la mayor o menor facilidad con que el agua atraviesa la sección del suelo.
La permeabilidad depende principalmente de la granulometría de un suelo. La magnitud del coeficiente de permeabilidad depende de la viscosidad del líquido, tamaño, área y forma de los conductores en la cual fluye el agua.
La permeabilidad es una propiedad mecánica del suelo.
El permeámetro de carga constante se usa para suelos permeables suelos gruesos como: arena y gravas limpias.
El permeámetro de carga variable se usa para suelos menos permeables, suelos gruesos como : gravas, arenas limosas, arenas arcillosas y hasta limos Conociendo los valores del coeficiente de permeabilidad y su respectiva temperatura, nos proporciona una valiosa información, todos estos factores y su buena interpretación se puede basar el diseño de presas, diques, filtros, etc., en la vida profesional es muy importante, a razón por la cual se dará un tratamiento especial a estos cálculos.
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RECOMENDACIONES
MECANICA DE SUELOS I
RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
z La permeabilidad no depende de la cantidad de poros de la muestra de suelo que tengamos, si no de su granulometría. z Para efectuar estos ensayos las muestras deben estar saturadas. z Estos procedimientos no deben hacerse con muestras de arcillas. z Medir en cada intervalo su respectiva temperatura porque la viscosidad es una función de esta. z Se recomienda realizar ensayos con otros tipos de suelos para fines de interpretación.
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BIBLIOGRAFIA
Bibliography [1] SMITH, W.F., 1993. Mc Graw-Hill. Fundamentos de Mecanica de Suelos. [2] WILLIAM A. NASH, 1992. Ed. Mcgraw-Hill. México. MEcanica de Suelos. [3] GOULET, J. Y BOUTIN, J.P., 2001. Ed. Paraninfo: 278 pp.Prontuario de suelos y Ciemntaciones. [4] CALLISTER, W. 1.996. Ed. Reverte. Barcelona.Introducción a la Mecanica de Suelos.. [5] http://ingoswaldotorres.blogspot.com/ [6] www.uDocz.com [7] www.elsolucionario.com [8] www.civilgeeks.com [9] http://la-web-del-programador.com [10] http://libreria-universitaria.blogspot.com
: Ing. YUDITH MARTINEZ QUISPE
DE
: Integrantes. DAMIAN RAMOS, Adolfo. ECHABAUDIS ESPINOZA, Félix. IGNACIO ZABALETA, Enrique Javier. OLARTE CRISOSTOMO, Erick. QUISPE DFE LA CRUZ, Angela Faviola.
______________________________________________________________________ ASUNTO
: DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN EL CAMPO.
FECHA
: Huancavelica, 09 de Agosto del 2017.
Por medio del presente le hacemos llegar nuestro cordial saludo, así mismo informamos a su despacho sobre los resultados obtenidos en el desarrollo DE LA PRÁCTICA DE CAMPO DE MECÁNICA DE SUELOS I, el cual consiste en la determinación del “COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD” el ensayo tuvo lugar en el campo de QUERALQUICHQUE-SAN CRISTOBAL-HUANCAVELICA, el día (07/08/17) A HORAS (2:00 A 5:00PM).
"U NIVERSIDAD N ACIONAL D E H UANCAVELICA " FACULTAD D E C IENCIAS D E I NGENIERÍA E SCUELA P ROFESIONAL DE I NGENIERÍA C IVIL -H UANCAVELICA INFORME "DETERMINACION DE PERMEABILIDAD EN EL CAMPO" CURSO: MECANICA DE SUELOS I
DOCENTE: Ing. Judith Martinez Quispe
ESTUDIANTES: ECHABAUDIS ESPINOZA, Felyx IGNACIO ZAVALETA, Enrique Javier DAMIAN RAMOS, Adolfo OLARTE CRISOSTOMO, Erick QUISPE DE LA CRUZ, Angela
CICLO: V - "A"
Huancavelica - Perú Agosto - 2017
Baja
AGRADECIMIENTOS
X A DIOS E
por iluminar y bendecir nuestro camino. F X A nuestros padres, quienes nos apoyan de manera incondicional en nuestra formación académica; gracias a ellos por apostar siempre en la educación.
H
G
Baja
DEDICATORIA
X A nuestros E
padres, hermanos, A Dios por darme las F fortalezas para continuar y por bendecir mi camino. X A todo aquel que con los puños en alto sigue luchando por un mundo más justo (estudiantes, profesionales honestos, obreros, campesinos, jornaleros y demás). Somos el pueblo trabajador, los siempre condicionados y reprimidos.. X Al docente del curso a cargo por su enseñanza, formandonos alo largo de nuestra formación profesional.
H
G
Í NDICE G ENERAL
C APÍTULO 1 INTRODUCCIÓN
PÁGINA 1
C APÍTULO 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo General 2.2 Objetivos Especificos
PÁGINA 3 4 4
C APÍTULO 3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS 3.1 VENTAJAS 3.2 DESVENTAJAS
PÁGINA 5 6 6
C APÍTULO 4 MARCO TEORICO 4.1 CONCEPTO 4.2 PERMEABILIDAD DEL SUELO
PÁGINA 7 8 8
FLUJO LAMINAR8 FLUJO TURBULENTO9 PERMEABILIDAD9
4.3 DETERMINACION DE LA PERMEABILIDAD REAL 4.4 COEF. DE PERMEABILIDAD EN MASA ESTRATIFICADAS 4.5 DETERMINACIÓN DEL COEF.DE PERMEABILIDAD
10 12 14
PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE:14 PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE:15
4.6 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura17 Variación de la permeabilidad segun la textura del suelo17 Relación de vacios18
17
Temperatura del agua18 Estructura y estratificación18 Agujeros y fisuras19 Tamaño de partículas19
4.7 Aire encerrado y materiales extraños en los vacíos
19
C APÍTULO 5 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
PÁGINA 21
C APÍTULO 6 PROCEDIMIENTOS 6.1 PRIMER PASO: 6.2 SEGUNDO PASO: 6.3 TERCER PASO: 6.4 CUARTO PASO: 6.5 QUINTO PASO: 6.6 SEXTO PASO: 6.7 SEPTIMO PASO: 6.8 OCTAVO PASO: 6.9 NOVENO PASO:
PÁGINA 27 28 28 29 29 30 30 31 31 31
C APÍTULO 7 RESULTADOS
PÁGINA 32
C APÍTULO 8 CONCLUSIONES
PÁGINA 34
C APÍTULO 9 RECOMENDACIONES
PÁGINA 36
C APÍTULO 10BIBLIOGRAFIA
PÁGINA 38
1
INTRODUCCIÓN
´ INTRODUCCION
MECANICA DE SUELOS I
INTRODUCCIÓN Dentro de la mecánica de suelos se encuentra en uno de sus capítulos, una de las propiedades más importantes del suelo LA PERMEABILIDAD, y es la que se presenta aun en los suelos más compactos por presentar medios porosos (vacíos continuos) y es a través de estos poros por donde circula un cierto volumen de agua en un determinado tiempo. Por lo cual nosotros en el presente ensayo analizaremos a través de la práctica detenidamente esta propiedad del suelo para así poder definir en que beneficia al ingeniero civil así como también cuales son los daños que ocasionan a medida que se presentan en la naturaleza y el impacto que se da en la construcción sobre todo para que se tenga en cuenta en el diseño de carretera, edificios. Canales, reservorios de agua entre otros porque de lo contrario podría perjudicar a dicha construcción y por ende al ingeniero encargado de la obra. Se dice que un material es permeable cuando contiene vacíos continuos, estos vacíos existen en todos los suelos, incluyendo las arcillas más compactas, y en todos los materiales de construcción no metálicos, incluido el granito sano y la pasta de cemento, por lo tanto dichos materiales son permeables. La circulación de agua a través de la masa de estos obedece aproximadamente a las leyes idénticas, de modo que la diferencia entre una arena limpia y un granito es, en este concepto, solo una diferencia de magnitud. La permeabilidad de los suelos, es decir la facultad con la que el agua pasa a través de los poros, tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en muchas operaciones constructivas, como los son, por ejemplo, las excavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un terraplén, de allí la importancia de su estudio y determinación, aspecto que se desarrollara a continuación.
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OBJETIVOS
Contents 2.1 Objetivo General
4
2.2 Objetivos Especificos
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OBJETIVOS
OBJETIVOS
2.1
Objetivo General Aprender los procedimientos experimentales para calcular el coeficiente de permeabilidad del suelo utilizando permeámetros de carga constante y de carga variable.
Poder determinar el coeficiente de permeabilidad con su debida corrección.
2.2
Objetivos Especificos Analizar e interpretar los resultados obtenidos en la práctica.
Determinar la permeabilidad de un suelo fino.
Determinar la permeabilidad de un suelo grueso.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Contents 3.1 VENTAJAS
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3.2 DESVENTAJAS
6
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ensayos de laboratorio: Determinar la conductividad hidráulica del suelo, mediante ensayos en laboratorio es la forma más común.
3.1
VENTAJAS
3 Los resultados por el permeámetro de carga constante o variable, gozan de ser confiables. 3 No son muy costosos. 3 Aunque requieren experiencia, el manejo del equipo es sencillo. 3 Para el caso de algunos suelos, el ensayo es rápido.
3.2
DESVENTAJAS
< No siempre la muestra extraída in situ, es la representativa de la zona de estudio. < Durante el transporte, puede sufrir alteraciones que podrían variar los resultados.
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ntents
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MARCO TEORICO
4.1 CONCEPTO
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4.2 PERMEABILIDAD DEL SUELO
8
FLUJO LAMINAR8 FLUJO TURBULENTO9 PERMEABILIDAD9
4.3 DETERMINACION DE LA PERMEABILIDAD REAL 10 4.4 COEF. DE PERMEABILIDAD EN MASA ESTRATIFICADAS 12 ´ 4.5 DETERMINACION DEL COEF.DE PERMEABILIDAD
14
´ PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE:14 ´ PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE:15
4.6 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD 17 La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura17 Variaci´ on de la permeabilidad segun la textura del suelo17 Relaci´on de vacios18
MECANICA DE SUELOS I
MARCO TEORICO
MARCO TEÓRICO
4.1
CONCEPTO
El coeficiente de permeabilidad es una constante de proporcionalidad relacionada con la facilidad de movimiento de un flujo a través de un poroso. Existen dos métodos generales de laboratorio para determinar directamente el coeficiente de permeabilidad de un suelo. Estos son los llamados métodos de la cabeza constante descrita en el presente experimento.
4.2
PERMEABILIDAD DEL SUELO
GENERALIDADES: 4.2.1 FLUJO LAMINAR En un flujo laminar el fluido se mueve en laminas paralelas sin entremezclarse y cada partículas de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular.
El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos. El número de Reynolds es un parámetro a dimensional importante en las ecuaciones que describen en qué condiciones el flujo será laminar o turbulento. En el caso de fluido que se mueve en un tubo de sección circular, el flujo persistente será laminar por debajo de un número de Reynolds crítico de aproximadamente 2040. Para números de Reynolds más altos el flujo turbulento puede sostenerse de forma indefinida. Sin embargo, el número de Reynolds que delimita flujo turbulento y laminar depende de la geometría del sistema y además la transición de flujo laminar a turbulento es en general sensible a ruido e imperfecciones en el sistema.
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MARCO TEORICO
El perfil laminar de velocidades en una tubería tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo. En este caso, la pérdida de energía es proporcional a la velocidad media, mucho menor que en el caso de flujo turbulento.
4.2.2 FLUJO TURBULENTO En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos,(no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.
4.2.3 PERMEABILIDAD Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire.
Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales.
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MARCO TEORICO
Por otro lado, hay que hablar de una "permeabilidad intrínseca" (también llamada "coeficiente de permeabilidad"); como constante ligada a las características propias o internas del terreno. Y de una "permeabilidad real" o de Darcy, como función de la permeabilidad intrínseca más las de las características del fluido. La "permeabilidad intrínseca" en el SMD se mide en cm2 o m2 . La unidad derivada de la Ley de Darcy es el Darcy, y habitualmente se utiliza el milidarcy:
La permeabilidad de Darcy se mide, en cambio, en unidades de velocidad: cm/s o m/s.
4.3
DETERMINACION DE LA PERMEABILIDAD REAL
La permeabilidad intrínseca de cualquier material poroso, se determina mediante la fórmula de Darcy: k1 = [C ]d2 Donde: k1 : permeabilidad intrínseca [L2] C: constante a dimensional relacionada con la configuración del fluido. d: diámetro promedio de los poros del material. La permeabilidad real, en cambio, se puede determinar directamente mediante la Ley de Darcy o estimarla utilizando tablas empíricas derivadas de ella. La permeabilidad real es una parte de la constante proporcional en la Ley de Darcy, que se relaciona con las diferencias de la velocidad del fluido y sus propiedades físicas (por ejemplo, su viscosidad) en un rango de presión aplicado al promedio de porosidad. La constante proporcional específica para el agua atravesando una porosidad media es la conductividad hidráulica. La permeabilidad intrínseca es una función de la porosidad, no del fluido.
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MARCO TEORICO
LEY DE DARCY
Experimento de Darcy La Ley de Darcy describe, con base en experimentos de laboratorio, las características del movimiento del agua a través de un medio poroso. La expresión matemática de la Ley de Darcy es la siguiente:
Donde: Q = gasto, descarga o caudal en m3 /s. L = longitud en metros de la muestra. k = una constante, actualmente conocida como coeficiente de permeabilidad de Darcy, variable en función del material de la muestra, en m/s. A = área de la sección transversal de la muestra, en m2. Qh3 = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la entrada de la capa filtrante. h4 = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la salida de la capa filtrante. El agua, por relaciones de energía, circula de mayor a menor altura piezométrica. Tal 4 y como se puede ver, la relación h3 −h se trata del gradiente de alturas priezométricas L (i) o gradiente hidráulico y se observa que: Por lo que adopta un valor negativo. Ello se puede expresar: Donde h es la altura piezométrica y z la longitud recorrida. Generalizando a 3 dimensiones se obtiene que: ∂H ∂L ≤ 0 Por lo que adopta un valor negativo. Ello se puede expresar: ∂h q=Q A = ∂z Donde h es la altura piezométrica y z la longitud recorrida. Generalizando a 3 dimensiones se obtiene que: 11
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MARCO TEORICO
q = −K ∗ ∇(h(x, y, z )) K es la conductividad hidráulica (permeabilidad) y se trata de un tensor simétrico diagonalizable a 3 direcciones principales:
Y se obtiene:
El agua se desplazará en la dirección donde haya más permeabilidad y esta a su vez indicará a qué velocidad se mueve el agua en condiciones unitarias de gradiente. En terrenos isótropos, las 3 permeabilidades principales serán idénticas.
4.4
COEF. DE PERMEABILIDAD EN MASA ESTRATIFICADAS
Los depósitos de suelos transportados consisten generalmente en capas con diferentes permeabilidades. Para determinar el coeficiente k medio de tales depósitos, se obtienen muestras representativas de cada capa y se ensayan independientemente. Una vez conocidos los valores de k correspondientes a cada estrato individual, el promedio para el depósito puede ser calculado.
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MARCO TEORICO
Determinación de kI: coeficientes de permeabilidad promedio para la filtración de agua en sentido paralelo a los planos de estratificación (generalmente horizontal). Se considera que (ver la figura): La carga hidráulica es constante para todos los estratos, y la longitud de recorrido es L. i=
h l
= cte
Donde: K1, K2, . . . , Kn: coeficiente de permeabilidad de los estratos. H1, H2, . . . , Hn: espesores de los estratos. Para un solo estrato el caudal qi es: Para la determinación de KII: coeficiente de permeabilidad promedio para la filtración de agua en sentido perpendicular a los planos de estratificación, generalmente vertical. (ver la figura).
La carga hidráulica varía en profundidad, Dh = SSi, donde hi es la carga hidráulica para cada estrato. La potencia de estrato H = SHi. La velocidad es constante V = KII.i = ki.ii. El gradiente hidráulico para cada estrato: ii = hi/Hihi = ii.Hi.
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4.5
MARCO TEORICO
DETERMINACIÓN DEL COEF.DE PERMEABILIDAD
El coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato cuya determinación correcta es de fundamental importancia para la formación del criterio del proyectista en algunos problemas de mecánica de suelos y, en muchos casos, para la elaboración de sus cálculos.
4.5.1 PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE: Ofrece el método más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese suelo. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud L conocidas, confinadas en un tubo, se somete a una carga hidráulica h. El agua fluye a través de la muestra, midiéndose la cantidad (encm3 ) que pasa en un tiempo t. El gradiente hidráulico permanece constante a lo largo de todo el periodo del ensayo. Los niveles de agua superior e inferior se mantienen constante por desborde, con lo cual h permanece constante, pues depende solamente de esa diferencia de niveles. La cantidad de agua que pasa se recoge en una bureta graduada. Conocidos los valores Q, h, L, A, se calcula el coeficiente de permeabilidad. Aplicando la Ley de Darcy:
El inconveniente del permeámetro es que, en suelos poco permeables, el tiempo de prueba se hace tan largo que deja de ser práctico usando gradientes hidráulicos razonables, además de tener una incidencia muy importante en los resultados los fenómenos de evaporación.
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MARCO TEORICO
4.5.2 PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE: En este tipo de permeámetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador. En la figura, vemos dos dispositivos típicos, el (a) usado en suelos predominantemente finos, y el (b) apropiado para materiales más gruesos.
Al ejecutar la prueba se llena de agua el tubo vertical del permeámetro, observándose su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra.
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MARCO TEORICO
Considerando el tiempo dt, la cantidad de agua (cm3 ) que atraviesa la muestra será, según la Ley de Darcy: ∂V = k ∗ A ∗ i ∗ ∂t = k ∗ A ∗ Lh ∗ ∂t Al mismo tiempo, en el tubo vertical, el agua habrá tenido un descenso dh y el volumen del agua que atravesó la muestra en el tiempo dt podrá expresarse: ∂V = −a ∗ ∂h Las cantidades (1) y (2) pueden igualarse, pues ambas se refieren a lo mismo: −a ∗ ∂h = k ∗ A ∗ Lh ∗ ∂t Integrando entre las cargas hidráulicas al comienzo y al final de la prueba, en sus respectivos tiempos.
Esta expresión nos permite calcular el valor del coeficiente de permeabilidad. Cuando la caída de carga hidráulica sea pequeña en comparación con la carga media usada en la prueba, podrá usarse para el permeámetro de carga variable, la fórmula para el permeámetro de carga constante tomando la carga h como: h=
h1 +h2 2
Considerando que tal carga obró durante todo el tiempo t, de prueba. Los permeámetros y concretamente el de carga variable, puede utilizase sólo en suelos relativamente permeables, generalmente arenas y limos o mezclas de esos materiales, no plásticos. La permeabilidad de arcillas se determina en laboratorio, con la prueba de consolidación. La razón es que la baja permeabilidad de las arcillas daría lugar a tiempos de prueba tan largos que la evaporación y los cambios de temperatura producirían errores de mucha consideración. El realizar la prueba de permeabilidad en muestras inalteradas no sólo es importante en arcillas, sino también en suelos arenosos o limosos poco o nada plásticos. Estos suelos están, con frecuencia, notoriamente estratificados y, por lo tanto, la realización de la prueba en muestras alteradas dará una idea totalmente errónea de la permeabilidad del suelo natural. De estos suelos ligeramente plásticos se obtienen muestras inalteradas en sondeos de poco costo; éstas pueden usarse en pruebas para determinar el coeficiente de perme16
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MARCO TEORICO
abilidad en dirección paralela y normal a la dirección de la estratificación.
4.6
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD
Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de arcilla, constituyen la base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas. El suelo está constituido por varios horizontes, y que, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades físicas y químicas diferentes. Para determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe estudiar cada horizonte por separado.
4.6.1 La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura El tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de filtración (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolación (movimiento del agua a través del suelo). El tamaño y el número de los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura del suelo y también influyen en su permeabilidad.
4.6.2 Variación de la permeabilidad segun la textura del suelo Por regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura del suelo, más lenta será la permeabilidad:
Factores que influyen en el valor del coeficiente de permeabilidad del suelo: La relación de vacios. La temperatura del agua. 17
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MARCO TEORICO
La estructura y estratificación del suelo.
La existencia de huecos y fisuras o huecos en el suelo.
Tamaño de partículas.
Aire encerrado y materiales extraños en los vacíos.
4.6.3 Relación de vacios Cuando un suelo es comprimido o vibrado, el volumen ocupado por sus elementos sólidos permanece invariable, mientras que el volumen de vacíos disminuye, por lo tanto la permeabilidad del suelo también disminuye. Existen expresiones que permiten relacionar el coeficiente de permeabilidad con la relación de vacíos, pero se deben adoptar ciertas hipótesis cuyo carácter permita que las conclusiones del análisis den información cuantitativa correcta. Casagrande propone la siguiente ecuación para el coeficiente de permeabilidad k : k ∗ 0.85 es el valor del coeficiente de permeabilidad para una relación de vacíos e = 0.85. Esta ecuación se expresa en curvas para arenas finas y medianas limpias de granos de buena cubicada.
4.6.4 Temperatura del agua De un análisis teórico surge que el valor del coeficiente de permeabilidad del suelo es proporcional a la viscosidad cinemática del agua, expresado mediante la relación. Donde: representa la viscosidad cinemática del agua,η la viscosidad del agua g la aceleración de la gravedad y ϕw el peso específico del agua. El valor del coeficiente de permeabilidad obtenido mediante ensayos, depende de la temperatura a la que fueron realizados, normalmente se les suele referir a una temperatura T = 20 řC, para los cuales se tiene: Donde el subíndice t hace referencia a los resultados de la prueba. La relación planteada anteriormente es válida para arenas y presenta pequeñas desviaciones para arcillas.
4.6.5 Estructura y estratificación El coeficiente de permeabilidad de un suelo inalterado es distinto al del mismo suelo re moldeado; cambia su estructura y estratificación. En el remoldado quedan libres partículas de suelo, que al fluir el líquido las mueve y reacomoda, obstruyendo canales. En otras ocasiones son arrastradas al exterior, con lo cual el valor del coeficiente de permeabilidad varía durante la realización del ensayo, esto ocurre en general en suelos con valores de coeficiente de permeabilidad k entre 10˘5 y 10˘3 cm/seg. En particular, si una arcilla es amasada a contenido de humedad constante, su valor 18
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MARCO TEORICO
de k disminuye con respecto a su valor original a kr (coeficiente de permeabilidad re moldeado). Para la mayoría de las arcillas inorgánicas, la relación k/ kr no es mayor de 2. Para arcillas orgánicas y algunas margas con estructura de conglomerado dicha relación pueden llegar a valores de 30. Debe tenerse en cuenta además, que los coeficientes de permeabilidad horizontal y vertical difieren la mayor parte de las veces y a su vez los valores en sentido horizontal pueden ser diferentes si el suelo presenta estratificación.
4.6.6 Agujeros y fisuras Heladas, ciclos alternados de humedecimiento y secado, efectos de vegetación y pequeños organismos pueden cambiar las condiciones del suelo, provocando discontinuidades, fisuras, agujeros, etc., que hacen que las características de permeabilidad de los suelos sean diferentes Tamaño de partículas
4.6.7 Tamaño de partículas El tamaño de las partículas del suelo afecta la permeabilidad del mismo. La Ley de Poiseville, demuestra que la velocidad promedio a través de un tubo capilar es proporcional al cuadrado del diámetro del tubo. Por lo tanto, análogamente, es razonable esperar que la velocidad de filtración a través de un suelo conocido y el coeficiente de permeabilidad de ese suelo, sean proporcionales al cuadrado de la dimensión promedio del poro, el que a su vez puede vincularse al tamaño de los granos, relacionando estos últimos con el coeficiente de permeabilidad. Donde: yprom : es la velocidad promedio a través de un tubo capilar, en cm/seg. ρ: es la densidad del agua, en gr/cm3 . D: es el diámetro del tubo, en cm. H: es la viscosidad del fluido (agua), en gr ∗ s/cm2 .
4.7
Aire encerrado y materiales extraños en los vacíos
Aún cuando el término coeficiente de permeabilidad en el sentido estricto de la palabra se refiere a la condición de suelos saturados, los suelos en su condición natural, contienen pequeñas cantidades de gas encerrado u ocluido. Más aún, las muestras de laboratorio contienen frecuentemente mayores cantidades de gas, debido a que el suelo lo adquiere con facilidad, a menos que se tomen una serie de precauciones durante el muestreo, el envío y la preparación de muestras. El gas encerrado, aún cuando sea en pequeñas cantidades, tiene un efecto marcado en el coeficiente de permeabilidad. Por consiguiente para obtener una información correcta, se debe estar seguro de que el contenido de gas en la muestra, es igual al contenido en el estado natural del suelo o al contenido que se espera que el suelo tenga en un futuro 19
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MARCO TEORICO
cercano. Productos químicos disueltos presentes en el agua tienen un gran efecto sobre la fracción coloidal del suelo y por ende sobre el coeficiente de permeabilidad del mismo.
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5
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
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HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS UTILIZADOS EN EL LABORATORIO
PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE:
PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE:
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HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
TERMOMETRO CON APRECIACIÓN DE ś0.1řC:
PROBETA GRADUADA CON UNA CAPACIDAD DE 100 ml:
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HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
REGLA MÉTRICA GRADUADA CON APRECIACIÓN ś1mm:
CALIBRADOR CON APRECIACION ś0.01mm:
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HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
BALANZA DE PRECISIÓN CON APRECIACIÓN DE ś1 GRAMO
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Ingeniería Civil-Huancavelica
LATEX
MECANICA DE SUELOS I
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
MARTILLO DE COMPACTACIÓN PRÓCTOR ESTÁNDAR
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PROCEDIMIENTOS
Contents 6.1 PRIMER PASO:
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6.2 SEGUNDO PASO:
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6.3 TERCER PASO:
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6.4 CUARTO PASO:
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6.5 QUINTO PASO:
30
6.6 SEXTO PASO:
30
6.7 SEPTIMO PASO:
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6.8 OCTAVO PASO:
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6.9 NOVENO PASO:
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MECANICA DE SUELOS I
PROCEDIMIENTOS
PROCEDIMIENTOS
6.1
PRIMER PASO:
Pesar el recipiente de material (granular) que será utilizado en el experimento.
6.2
SEGUNDO PASO:
Armar el aparto de permeabilidad hasta donde se necesite para colocar el suelo para el ensayo. Determinar el volumen de suelo introducido si no se había hecho antes.
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MECANICA DE SUELOS I
6.3
PROCEDIMIENTOS
TERCER PASO:
Cada grupo debe realizar un expermento a deferente densidad de los demas. Esto se consigue colocando el suelo suelto, sometiendolo a un tipo de vibracion o introduciendolo con suficiente esfuerzo de compactacion. Registrar en el tablero la densidad de la muestra de cada grupo para evitar que haya dos grupos con la misma densidad. Tratar de variar la densidad en un maximo de 0.4 a 0.6 kN /m3 .
6.4
CUARTO PASO:
Colocar un disco de papel de filtro sobre la parte superior de la muestra, enrasar cuidadosamente el material en el molde, colocar un empaque de caucho sobre el borde del molde, y ajustar firmemente la tapa del molde. La tapa debe tener una pieza plástica transparente a la cual se puede ajustar la entrada de la tubería del agua posteriormente. Conectar a la válvula de salida un tramo adecuadamente largo de tubería de caucho.
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MECANICA DE SUELOS I
6.5
PROCEDIMIENTOS
QUINTO PASO:
Colocar el permeámetro en una cubeta llena de agua de forma que la tapa del permeámetro quede sumergida por lo menos 5cm debajo del nivel del agua. Asegurarse de que la válvula de salida del permeámetro este abierta, de manera que el agua. Asegurase de que la válvula de salida del permeámetro este abierta, de manera que el agua queda entrar a través de la muestra para saturarla con una cantidad mínima de aire atrapado. Cuando el agua alcance la altura de equilibrio del tubo plástico que se conectó a la válvula de entrada del permeámetro se pueda suponer que el proceso de saturación ha concluido.
6.6
SEXTO PASO:
Con el nivel de agua establecido en la tubería de entrada, cerrar la válvula de salida o prensar el tubo de plástico valiéndose de un artefacto adecuado. Sacar el permeámetro de la cubeta de inmersión, y conectar al tubo de entrada una tubería vertical conectada a su vez a un recipiente de cabeza constante.
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MECANICA DE SUELOS I
6.7
PROCEDIMIENTOS
SEPTIMO PASO:
Deairear las líneas de entrada a la muestra, abriendo la válvula de entrada al permeámetro y simultáneamente abriendo la válvula de drenaje que existe en la tapa superior del permeámetro. Una vez se ha removido todo el aire que pudiera estar atrapado cerrar la válvula de drenaje; medir la cabeza hidráulica a través de la muestra.
6.8
OCTAVO PASO:
Utilizar un recipiente de 500 o 100 ml para recibir a la salida del permeámetro. Registrar el tiempo necesario para almacenar 750 y 900ml de agua; registrar también la temperatura del agua y repetir dos o tres mediciones similares adicionales utilizando un tiempo constante (t = constante). La cantidad de agua recogida en ensayos sucesivos es todos los datos del experimento en el formato respectivo de ensayo.
6.9
NOVENO PASO:
Cada grupo debe de calcular su valor de k (coeficiente de permeabilidad) para la temperatura del ensayo. 31
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RESULTADOS
MECANICA DE SUELOS I
RESULTADOS
RESULTADOS
DE LA TABLA SE OBTIENE EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD: V ∗L k = H∗A∗T L= 70cm d= 20cm ∗ Hallamos el área transversal de la muestra (d = 20cm). π∗d2 4 3.141592∗20cm2 A= 4 A = 314.16 cm2
A=
∗ Hallamos el promedio de la carga hidráulica. πΣ∗Ht n 25.6cm + 20.32cm + 15cm + 13cm + 13cm 6
Hprom =
Hprom =
Hprom = 14.49 cm ∗ Hallamos el volumen promedio. V = A ∗ Hprom V = 314.16 cm2 ∗ 14.49 cm V = 4556.5254 cm3 ∗ Por lo tanto k sera. k=
4556.5254 cm3 ∗70 cm 14.49 cm∗314.16 cm2 ∗300 s
k = 0.234 cm/s
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CONCLUSIONES
MECANICA DE SUELOS I
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES Concluyendo este Informe de MECANICA DE SUELOS I (DET ERM IN ACIÓN DEL COEF ICIEN T E DE P ERM EABILIDAD EN EL CAM P O ) con lo siguiente:
El coeficiente de permeabilidad es una medida directa y completa de la permeabilidad del suelo, muchos la definen de la siguiente manera, este coeficiente de permeabilidad: como velocidad de flujo, cuando el gradiente hidráulico es unitario.
La permeabilidad no es más que la mayor o menor facilidad con que el agua atraviesa la sección del suelo.
La permeabilidad depende principalmente de la granulometría de un suelo. La magnitud del coeficiente de permeabilidad depende de la viscosidad del líquido, tamaño, área y forma de los conductores en la cual fluye el agua.
La permeabilidad es una propiedad mecánica del suelo.
El permeámetro de carga constante se usa para suelos permeables suelos gruesos como: arena y gravas limpias.
El permeámetro de carga variable se usa para suelos menos permeables, suelos gruesos como : gravas, arenas limosas, arenas arcillosas y hasta limos Conociendo los valores del coeficiente de permeabilidad y su respectiva temperatura, nos proporciona una valiosa información, todos estos factores y su buena interpretación se puede basar el diseño de presas, diques, filtros, etc., en la vida profesional es muy importante, a razón por la cual se dará un tratamiento especial a estos cálculos.
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RECOMENDACIONES
MECANICA DE SUELOS I
RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
z La permeabilidad no depende de la cantidad de poros de la muestra de suelo que tengamos, si no de su granulometría. z Para efectuar estos ensayos las muestras deben estar saturadas. z Estos procedimientos no deben hacerse con muestras de arcillas. z Medir en cada intervalo su respectiva temperatura porque la viscosidad es una función de esta. z Se recomienda realizar ensayos con otros tipos de suelos para fines de interpretación.
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BIBLIOGRAFIA
Bibliography [1] SMITH, W.F., 1993. Mc Graw-Hill. Fundamentos de Mecanica de Suelos. [2] WILLIAM A. NASH, 1992. Ed. Mcgraw-Hill. México. MEcanica de Suelos. [3] GOULET, J. Y BOUTIN, J.P., 2001. Ed. Paraninfo: 278 pp.Prontuario de suelos y Ciemntaciones. [4] CALLISTER, W. 1.996. Ed. Reverte. Barcelona.Introducción a la Mecanica de Suelos.. [5] http://ingoswaldotorres.blogspot.com/ [6] www.uDocz.com [7] www.elsolucionario.com [8] www.civilgeeks.com [9] http://la-web-del-programador.com [10] http://libreria-universitaria.blogspot.com
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