Ensayo de Permeabilidad Según Norma Astm d 2434 – 68

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YULIANA VANESSA GONZÁLEZ JARAMILLO C.C.1.038.410.488 CARLOS EDUARDO MENESES AVILES C.C.1.083.906.822 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – SEDE MEDELLÌN Mecánica de suelos y rocas. Taller de laboratorio. ENSAYO DE PERMEABILIDAD SEGÚN NORMA ASTM D 2434 – 68. Profesor JAIME MERCADO. - INTRODUCCIÓN La permeabilidad del suelo se define como la facilidad con que el agua puede fluir a través de los vacíos continuos del mismo, conocer esta característica es fundamental para entender el comportamiento del agua en el suelo y determinar propiedades y usos en las obras civiles; la permeabilidad se mide a través de un coeficiente de permeabilidad k (en unidades de velocidad). Los ensayos de permeabilidad de cabeza variable se llevan a cabo con el fin de determinar el coeficiente de permeabilidad (K), para los suelos granulares y suelos finos. En el ensayo de permeabilidad de cabeza variable (suelo fino), se llena un recipiente de área conocida con una altura de agua también conocida para medir la cabeza hidráulica y así poder dejar libre el paso de agua en la muestra de suelo de área conocido, con el fin de medir las diferencias de nivel con respecto al tiempo a medida que el agua baja su nivel y poder conocer de esta manera el valor de la permeabilidad. En el laboratorio se utilizan los siguientes materiales: Cronómetro Agua Permeámetro de carga variable pág. 1

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YULIANA VANESSA GONZLEZ JARAMILLO C.C.1.038.410.488CARLOS EDUARDO MENESES AVILES C.C.1.083.906.822UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLNMecnica de suelos y rocas.Taller de laboratorio. ENSAYO DE PERMEABILIDAD SEGN NORMA ASTM D 2434 68.Profesor JAIME MERCADO.

INTRODUCCIN

La permeabilidad del suelo se define como la facilidad con que el agua puede fluir a travs de los vacos continuos del mismo, conocer esta caracterstica es fundamental para entender el comportamiento del agua en el suelo y determinar propiedades y usos en las obras civiles; la permeabilidad se mide a travs de un coeficiente de permeabilidad k (en unidades de velocidad).

Los ensayos de permeabilidad de cabeza variable se llevan a cabo con el fin de determinar el coeficiente de permeabilidad (K), para los suelos granulares y suelos finos. En el ensayo de permeabilidad de cabeza variable (suelo fino), se llena un recipiente de rea conocida con una altura de agua tambin conocida para medir la cabeza hidrulica y as poder dejar libre el paso de agua en la muestra de suelo de rea conocido, con el fin de medir las diferencias de nivel con respecto al tiempo a medida que el agua baja su nivel y poder conocer de esta manera el valor de la permeabilidad.

En el laboratorio se utilizan los siguientes materiales: CronmetroAguaPermemetro de carga variablePermemetro de carga constanteEmbudoProbeta

A partir de tres principios fundamentales se da la coherencia fsica e hidrodinmica del ensayo a realizar, estos principios se enuncian a continuacin:

Teorema de Bernoulli. La energa total de un sistema de fluidos con flujo uniforme permanece constante a lo largo de la trayectoria de flujo. Puede demostrarse que, como consecuencia de ello, el aumento de velocidad del fluido debe verse compensado por una disminucin de su presin; este teorema se puede aplicar para los caudalmetros de orificio, tambin llamados venturi, que miden la diferencia de presin entre el fluido a baja velocidad que pasa por un tubo de entrada y el fluido a alta velocidad que pasa por un orificio de menor dimetro, con lo que se determina la velocidad de flujo, y por ende el caudal.

Ley de continuidad del Fluido. El flujo de un fluido en movimiento es el mismo en dos puntos diferentes del camino recorrido por el fluido; si el fluido es un lquido no viscoso e incompresible, su densidad permanece constante durante el flujo, por lo que la ecuacin de continuidad del flujo se reduce a la ecuacin de continuidad del caudal del lquido.

Donde S es el rea y V la velocidad del flujo [2].

Ley de Darcy. A partir de un experimento en el que en un permemetro se hace circular agua por un extremo y por el otro regular el caudal de salida por medio de un grifo manteniendo el caudal constante y midiendo la altura de agua en varios puntos, Darcy encuentra que el caudal que atravesaba el permemetro era linealmente proporcional a la seccin y al gradiente hidrulico [2].Esta ley es slo aplicable cuando ocurre flujo de tipo laminar, En general de la Ley de Darcy quedan excluidos los cascajos gruesos limpios.Con la teora aprendida en el transcurso del curso definimos a simple vista que se espera que la muestra que se evaluara en el ensayo de cabeza constante sea grava con un coeficiente de permeabilidad de 10; y la muestra evaluada en el ensayo de cabeza variable sea una arena con coeficiente de permeabilidad de 10-5 OBSERVACIN Se realizan 2 tipos de ensayos de permeabilidad, basado en las caractersticas fsicas de las partculas (tamao). Permeabilidad de Cabeza Constante: Esta prctica se usa para suelos muy permeables tales como arenas gruesas y cascajos. Se tiene listo el permemetro y el, en el cual se vaciar agua constantemente para mantener el nivel de agua constante y se empieza hacer las mediciones de volumen (200,300 y 400 cm3), colocando salida en un determinado tiempo medido con varios cronmetros para luego hacer un promedio.Figura 1.Muestra de Cabeza Constante. Figura 2. Muestra de Cabeza Variable.

Permeabilidad de Cabeza Variable: En esta prueba se recomienda ser usada en suelos arenceos; en el ensayo se vierte agua que fluye a travs de un tubo estrecho, y ocurre un cambio de nivel del agua. Se inicia la medicin de carga hidrulica inicial, desde el momento que se establezca el flujo de agua; la carga hidrulica inicial queda comprendida desde la superficie libre del agua contenida en la bureta hasta el orifico de salida del permemetro. El objetivo del tubo delgado es facilitar la medida de los cambios de nivel del agua en su interior.Segn Bowles (1980) ninguno de los dos ensayos permite obtener valores de coeficiente de permeabilidad de un suelo demasiado confiables. Las principales razones de esto son:1. El suelo que se utiliza en el aparato de permeabilidad nunca es igual al suelo que se tiene en el terreno siempre est algo alterado.2. La orientacin in situ de los estratos respecto al flujo de agua es probablemente diferente en el laboratorio.3. Las condiciones de frontera son diferentes en el laboratorio. Las paredes del molde de permeabilidad mejoran los caminos del flujo con respecto a los caminos naturales en el terreno.4. La cabeza hidrulica h puede ser diferente (a menudo mucho mayor) en el laboratorio, lo cual causa un lavado del material fino hacia las fronteras con una posible reduccin en el valor de k.5. El efecto del aire atrapado en la muestra de laboratorio es grande an para pequeas burbujas de aire debido al tamao tan pequeo de la muestra. ANLISIS DE RESULTADOSPara el ensayo de cabeza constante se obtuvo un coeficiente de permeabilidad de 0,060368047 cm/s y para el de cabeza variable un coeficiente de permeabilidad de 0,0232756 cm/s.Se obtuvieron resultados de permeabilidad coherentes para los tipos de suelos basado en sus caractersticas de tamaos lo cual nos relaciona suelos de mayor tamao como altas permeabilidades y esta decrece a medida que el tamao de las partculas del suelo tambin lo hacen.

Existen tablas de clasificacin y de caractersticas del el suelo basado en el valor de la permeabilidad, en donde basado en el valor de permeabilidad de las 2 muestras de suelo ambas se clasifican con arena limpias y mezclas limpias de arenas cascajos o GP y SP, basado en la observacin del suelo donde las partculas eran mal gradadas.

Adicionalmente utilizando el valor de K se determina el grado de permeabilidad de los suelos, siendo la muestra de arena y la muestra de grava, suelos con un grado de permeabilidad medio.

El valor de permeabilidad de la muestra de grava es mayor al de la muestra de arena lo cual es coherente con su distribucin y distribucin de partculas.Basado en los valores de permeabilidad y en la observacin fsica de las muestras de suelo, se encontr que corresponde a Grava mal gradad (GP) y Arena mal gradada (SP).Aunque se determin una diferencia visual entre los tipos de suelo, Grava y Arena, estos se podran clasificar conjuntamente basado en el comportamiento del flujo del agua a travs de estos segn Casagrande, ya que presentan valores de K cercanos.Los dos tipos de suelos que se utilizaron para el ensayo presentan un grado de permeabilidad media.Cada ensayo se aplica en un suelo caracterstico ya que de esta manera se realiza ms gil de mejor presin, as las gravas y arenas gruesa se usa el ensayo de cabeza constante y las arenas medias y finas de cabeza variable.

REFERENCIAS.

[1] Teorema de Bernoulli. [En lnea]. Disponible en: http://rabfis15.uco.es/MecFluidos/Programa/Untitled-19.htm[2] Captulo tres. Dinmica de Fluidos, Ley de Continuidad de Flujos. [En lnea]. Disponible en: http://www.unac.edu.pe/documentos/organizacion/vri/cdcitra/Informes_Finales_Investig acion/Mayo_2011/IF_CABRERA_FIQ/CAP.%203.PDF[3] THE AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Test Methods for Permeability of granular soils (Constant Head). ASTM, 2007 (ASTM D2434-68)[4] Instituto Nacional de Vas (INVIAS), I.N.V.E.-130, PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES (CABEZA CONSTANTE).

APENDICES

Ensayo de Cabeza Constante.Este ensayo se realiz en un suelo grueso granular de partculas tamao grava, se hizo pasar agua a travs de l y se tomaron medidas de volumen, tiempo, longitud de la muestra, dimetro de la muestra y cabeza hidrulica, con todas estas se determin la permeabilidad de la capa de suelo; los datos, clculos y resultados se presentan en la Tabla 1.volumen (cm3)Prom. Tiempos (s)K (cm/s)k Prom.(cm/s)

955,450,0611499550,060368047

1458,30,061285671

19511,660,058668515

H(cm)90

L(cm)14,334

dimetro(cm)7,603

rea(cm2)45,4

Tabla 1. Datos y clculos de ensayo de Cabeza Constante.

Para determinar la permeabilidad del suelo, se utilizaron las siguientes ecuaciones derivadas de los principios de Darcy, de Continuidad y Bernoulli.

(2) es la ecuacin de permeabilidad para el ensayo de cabeza constate a partir de esta se determin un valor de permeabilidad 0,06036 cm/s para esta muestra de suelo.

Ensayo de Cabeza Variable.EL ensayo se realiz en un suelo grueso granular de partculas tamao arena, se hizo pasar agua a travs de l y se tomaron medidas de volumen, tiempo, longitud de la muestra, dimetro de la muestra, dimetro de la bureta y diferencias de cabezas hidrulicas, con todas estas se determin la permeabilidad de la capa de suelo; los datos, clculos y resultados se presentan en la Tabla 2.

L(cm)7,87

D(cm)6,34

A(cm)31,57

d(cm)0,64

a(cm)0,32

Ho(cm)H1(cm)Prom. tiempo (s)K(cm/s)Prom. K(cm/s)

90205,30,02275850,0232756

90204,750,0252596

90502,150,0218087

Tabla 2. Datos y clculos de ensayo de Cabeza Variable.

Para determinar la permeabilidad del suelo, se utilizaron las siguientes ecuaciones derivadas de los principios de Darcy, de Continuidad y Bernoulli.

Igualamos los caudales (1) y (3) y obtenemos una ecuacin diferencial separable, se resuelve y se obtiene la ecuacin de permeabilidad K para el ensayo de cabeza variable.

A partir de (4) se determin el valor de permeabilidad del suelo como 0,023275 cm/s para la muestra de suelo.

Clculos paso a paso para cabeza constante Con, K = tenemos:K = = K = = K = = El promedio de K es Clculos paso a paso para cabeza variableCon, K = tenemos:K = = K = = K = = El promedio de K es

Figura 3. Tabla de permeabilidad intersticial para algunos tipos de suelos.

Figura 4. Valor de permeabilidad.

Desarrollo de la tarea como llegar a la frmula del ensayo de cabeza constante

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