Determinación del Coeficiente de Permeabilidad para Suelos Granulares
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DETERMINACIÓN DEL
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD
DE SUELOS GRANULARES (CARGA CONSTANTE)
ASTM D 2434-68 (1994)
Competencias Técnicas de Laboratorista
en Mecánica de Suelos
AASHTO T 215
ALCANCE
Este método de ensayo describe el procedimiento para
determinar el coeficiente de permeabilidad mediante
carga constante para flujo laminar de agua a través de
suelos granulares que no contenga más del 10% de
partículas que pasen el tamiz de 75 µm (N 200).
Competencias Técnicas de Laboratorista
en Mecánica de Suelos
EQUIPO
Tubos piezométricos.-
Permeámetros.- con cilindros
para muestras con diámetros
mínimo de aproximadamente 8 a
12 veces el tamaño máximo de
las partículas de acuerdo con la
tabla N 1
Tanque de carga
constante.- laminar de
agua
Competencias Técnicas de Laboratorista
en Mecánica de Suelos
Tamaño máximo de
partículas
Diámetro mínimo del cilindro
% retenido > 35% % retenido < 35%
N° 10 3/8 in N° 10 3/8 in
N° 10 y 3/8 in
3/8 in y ¾ in
3 in 6 in 4.5 in 9.5 in
Tabla N 1. Diámetro del cilindro
Fuente: Norma ASTM D 2434-68 (1994)
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en Mecánica de Suelos
Pantallade arena
Tanque de aguacon carga constante
Válvula del tanque del filtro
Conexión de entrada
Placa tope
H2
H1
Válvula de salida
Cilindrode acrílico o metal
Piedra porosa superior
Piedra porosa inferior
MUESTRA DE SUELO
D
Válvula
Desborde
Válvulade agua
Tubosmanométricos
S
alida d
e
man
óm
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os
L
Resort
e
Alt
ura
de la m
uestr
a
Carg
a h
5
10
15
20
25
Fuente: Norma ASTM D 2434
Fig. 1.1 Permeámetro de cabeza constante
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EQUIPO
Piedras
porosas.-
Bomba de vacío o aspirador
de aire:
Equipo para
compactación.-
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EQUIPO
Cucharón.- Con una
capacidad de 100 g (0.22
lb).
Balanza.- Con sensibilidad
de 0.01 g, y capacidad de 2
Kg.
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EQUIPO
Otros equipos.- Termómetros,cronómetro, probeta de 250 mL,recipientes para mezclar, recipientespara determinar el contenido dehumedad de acuerdo a la norma ASTMD 2216, etc (ver Foto N° 2).
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MUESTRA DE ENSAYO
• Determine por cuarteo una muestra representativade suelo granular secado al aire, que contengamenos del 10% de suelo que pase el tamiz de 75 µm(N 200).
• Realice un análisis granulométrico de acuerdo a laNorma ASTM D 422. Las partículas mayores de 19mm (3/4 in) no deberán emplearse en el ensayo.
• Del material tamizado escoja mediante cuarteo, deacuerdo a la norma ASTM C 702, una cantidadaproximadamente igual a dos veces la requeridapara llenar la cámara del permeámetro
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Mida el diámetro interior del cilindro Ø, la longitud L
entre las salidas de los piezómetros, y la altura total
H1 del cilindro.
Humedezca las
piedras porosas. (ver
Foto N 3)
Foto N 3: Humedecimiento de las
piedras porosas.
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Mezcle el suelo con suficiente agua para producir el
contenido de humedad deseado.
Determine el peso de
la muestra que se va a
utilizar en el ensayo, y
anótela como W1. (ver
Foto N 4)
Foto N 4: Peso de la muestraQ
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Almacene el material en un recipiente cubierto por lo
menos durante 16 horas.
Determine el contenido de humedad con una
pequeña porción de la muestra preparada.
Coloque el suelo preparado en el permeámetro en
capas delgadas uniformes aproximadamente iguales
en espesor al tamaño máximo de las partículas
después de compactadas, pero no menor de 15 mm
(0.6 in), usando un cucharón.
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Compacte las capas sucesivas hasta que el suelo
alcance el peso unitario relativo deseado mediante
golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie
de la capa siguiendo una trayectoria regular, hasta
una altura de alrededor de 20 mm (0.8 in) por encima
de la salida del piezómetro superior.
• Peso unitario relativo del 0%: Coloque la muestra
en capas sucesivas sin compactarlas hasta cuando
el molde del permeámetro esté lleno.
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
• Peso unitario relativo al 100%: Compactecompletamente cada capa de suelo mediante golpesuniformemente distribuidos sobre la superficie de lacapa hasta producir el peso unitario máximo.
• Peso unitario relativo entre el 0 y 100%: Mediantetanteos, en un recipiente separado del mismodiámetro que el cilindro de permeabilidad, ajuste lacompactación hasta obtener el peso unitario relativodeseado.
Determine el peso final del suelo empleado en elensayo (W1 – W2), siendo W2 el peso sobrante desuelo dejado en la bandeja.
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA
EL ENSAYO DE PERMEABILIDAD
• Mida y anote la altura final de la muestra H1 – H2,
midiendo la profundidad H2, desde la superficie
superior del disco poroso hasta la superficie superior
del cilindro.
•Nivele la superficie superior
del suelo colocando la piedra
porosa superior, rotándola
suavemente de derecha a
izquierda. Foto N 5: Colocación de la piedra porosa superior.
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA
EL ENSAYO DE PERMEABILIDAD
• Coloque el resorte y la tapa superior del
permeámetro y asegúrela con tornillos.
• Elimine el aire atrapado
en las partículas empleando
una bomba de vacío bajo
500 mm de mercurio (20 in)
como mínimo, durante 15
min. Continúe la operación
mediante una saturación
lenta de la muestra de
abajo hacia arriba .
VÁLVULAENTRADA
VACÍO
VÁLVULA
2
1
2
SUELO
AGUA
VÁLVULASALIDA
Fig. 1.2 Dispositivo para evacuar y
saturar la muestra
Fuente: Norma ASTM D 2434
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA
EL ENSAYO DE PERMEABILIDAD
• Cierre la válvula de desagüe y desconecte el vacío.
• Debe tenerse cuidado de constatar que el sistema deflujo de permeabilidad y que el sistema depiezómetros se halle libres de aire y estén trabajandosatisfactoriamente, para ello se debe realizar losiguiente:
Llene el tubo de admisión con aguaproveniente del tanque de carga constante,abriendo ligeramente la válvula del filtro deltanque.
. Competencias Técnicas de Laboratorista
en Mecánica de Suelos
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA
EL ENSAYO DE PERMEABILIDAD
• Conecte el tubo de admisión a laválvula del permeámetro, y abraligeramente la válvula y lasválvulas de salida de lospiezómetros. (ver Fig. 6).
•Conecte los tubos piezométricos de agua con las
salidas de los piezómetros, y llene con agua para
remover el aire.
•Cierre la válvula de admisión y abra la de desagüe, para
que el agua alcance en los tubos piezométricos un nivel
estable con carga cero.
Foto N 6: Conexión del tubo de admisión.
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en Mecánica de Suelos
PROCEDIMIENTO
Abra la válvula de admisión del tanque de carga
constante, hasta que la carga de agua sea estable.
Determine y anote la carga h,
definida como la diferencia entre
los niveles de los piezómetros.
(ver Foto N 7)
Determine la cantidad (Q) de
agua recolectada en una probeta
graduada de 250 mL, que fluye en
un tiempo determinado (t).
Foto N 7: Determinación de la carga de agua h
Foto N 8: Medición de la cantidad de agua recolectada.
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PROCEDIMIENTO
Determine la temperatura a la cual está el agua del
ensayo ( C).
Foto N 8: Medición de la cantidad de
agua recolectada.
Repita el proceso variando la altura de carga en
incrementos de 5 mm.
Al concluir el ensayo de
permeabilidad, drene y examine
la muestra para establecer si
era esencialmente homogénea.
Foto N 9: Examinación de la muestra al
finalizar el ensayo.
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en Mecánica de Suelos
CÁLCULOS
Calcule el coeficiente de permeabilidad k, así:
Donde:
K=Coeficiente de permeabilidad, cm/s.
Q=Cantidad de agua descarga, cm3
L=Distancia entre piezómetros, cm.
A=Área de la sección transversal de la muestra, cm2.
T=Tiempo total de desagüe, s.
H=Diferencia de carga (altura) sobre los piezómetros, cm.
htA
LQk
**
*
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