Post on 11-Dec-2015
description
Permeabilidad de los suelos: concepto y determinación (“in situ” y en laboratorio)Publicado el 3 abril, 2013 por frankie
Expresión de la Ley de Darcy (fuente: www.arqhys.com)
Tema 5: Permeabilidad de los suelos.
5.1. Concepto de permeabilidad.
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. El coeficiente de permeabilidad puede ser
expresado según la siguiente función:
k = Q / I A
Donde
– k: coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica [m/s]
– Q: caudal [m3/s]
– I: gradiente [m/m]
– A: sección [m2)]
En proyectos de ingeniería y arquitectura, las unidades con las que se
expresa generalmente el coeficiente de permeabilidad son cm/s y m/s;
en los ámbitos de la hidráulica o la hidrogeología es habitual observar
notaciones como cm/dia, m/año y similares.
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).
A efectos únicamente indicativos, el DB SE-C propone los siguientes
rangos de variación para la permeabilidad en función del tipo de
terreno (tabla D28):
valores orientativos del coeficiente de permeabilidad, DB SE-C
kz: coeficiente de permeabilidad vertical (se asume que la anisotropía de
los suelos, especialmente de las arcillas estratificadas, puede comportar
variaciones significativas en la magnitud del coeficiente de
permeabilidad medido en el plano horizontal.)
5.2. Medida de la permeabilidad: ensayos de laboratorio y
ensayos “in situ”
La estimación de la permeabilidad en suelos tiene diversos intereses,
algunos directos en el proyecto de una edificación, como puede ser la
valoración de la influencia de las aguas subterráneas sobre
construcciones soterradas (plantas sótano, por ejemplo) a efectos de
diseño de sistemas o procedimientos de impermeabilización o drenaje.
En tal sentido, el Código Técnico de la Edificación – en su documento
básico dedicado a la salubridad (DB HS) – requiere de la valoración
cuantificada de la permeabilidad del terreno en contacto con las soleras
y las estructuras de contención.
La estimación de la permeabilidad de los suelos (y en su caso, del
macizo rocoso) puede realizarse mediante tres clases de
procedimientos:
– Valoración de la permeabilidad mediante relaciones empíricas
establecidas entre la misma y alguna característica del
suelo, generalmente su granulometría.
– Medida directa de la permeabilidad sobre una muestra adecuada
(inalterada) en laboratorio.
– Estimación directa de la permeabilidad “in situ”, realizada durante la
ejecución de sondeos o pozos, consistentes en la medida de las pérdidas
en una columna de agua con la que se ha inundado la perforación.
De entre los ensayos “in situ”, los métodos que se citan generalmente
corresponden a los ensayos Lugeon (habitualmente realizado en
macizos rocosos fracturados), Lefranc (llevado a cabo generalmente en
suelos relativamente permeables) y Slug Test (también en suelos
permeables.)
Para el caso de suelos poco permeables, los ensayos “in situ” son poco
adecuados, requiriéndose la toma de muestras y la realización de
ensayos en laboratorio sobre las mismas. Según el objeto de la
investigación puede escogerse entre ensayar muestras adecuadamente
inalteradas (si es posible su obtención), o representativas, las cuales se
recompactan en el laboratorio para obtener probetas que reproduzcan
las condiciones del terreno.
Una vez confeccionada la probeta a ensayar, el material se satura y se
induce a través del mismo un flujo, cuyo caudal es medido en
condiciones preestablecidas.
Los métodos habituales de laboratorio son los siguientes:
– Sobre muestras inalteradas o recompactadas: ensayo en célula
triaxial, con presión en cola, bajo carga constante o variable (se trata
del ensayo más adecuado para suelos de muy baja permeabilidad.)
– Sobre muestras recompactadas:
Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga constante
(generalmente en suelos de permeabilidad alta).
Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga variable (apto
para suelos de permeabilidad media a baja).
Los ensayos de carga constante consisten en el mantenimiento del
gradiente hidráulico, determinando el caudal necesario para que dicha
carga hidráulica se mantenga constante. En los ensayos de carga
variable, en cambio, se inicia el proceso bajo un gradiente determinado,
y se observa la variación del mismo con el tiempo.
Las siguientes figuras ilustran los métodos operativos descritos tanto
para ensayos en sondeo como en el laboratorio:
Esquema del sistema utilizado para la medida de la permeabilidad “in
situ” mediante el ensayo Lugeon (nótese la colocación de un obturador
en el sondeo, que impide la subida del nivel de la columna de agua por
la perforación, y el mantenimiento de la presión hidráulica en la sección
ensayada a presión constante, midiendo el caudal inyectado.)
Ensayo Lefranc bajo carga constante
Ensayo Lefranc bajo carga variable
Esquemas de los procedimientos utilizados para la medida de la
permeabilidad “in situ” mediante el ensayo Lefranc (en este caso se
puede optar por mantener la columna de agua a nivel constante,
midiendo el caudal necesario para estabilizarla, o variable, midiendo la
variación del gradiente.) Fuente: F.J. Sánchez Sanroman: Medidas
Puntuales de Permeabilidad (“slug tests”).
Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos en célula
confinada y mediante carga constante (Das, 1998)
Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos en célula
confinada y mediante carga variable (Das, 1998)
Equipo triaxial utilizado para la determinación de la permeabilidad en
suelos, ensayo con probeta confinada mediante presión hidráulica y
presión en cola (