ENSAYO PERMEABILIDAD

UNIVERSIDAD PERUANA UNION FACULTADA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA E.A.P: INGENIERÍA CIVIL

TEMA: Ensayo de permeabilidad de suelos CURSO: Laboratorio de suelos II DOCENTE: Ing. Fiorella Zapata Antesana INTEGRANTES: Velásquez Zubieta Moisés Neto Huamán Cervantes Ana Yomira

Lima, 16 abril del 2018

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INDICE

1 INTRODUCCION: ................................................................................................................. 4 2 OBJETIVOS: .......................................................................................................................... 5 2.1 Objetivo general: ............................................................................................................. 5 2.2 Objetivos específicos:...................................................................................................... 5 3 NORMAS: .............................................................................................................................. 6 4 MARCO TEÓRICO: .............................................................................................................. 7 4.1 Métodos para medir el coeficiente de permeabilidad ...................................................... 8 4.2 Factores que afectan la permeabilidad del suelo ........................................................... 10 5 MATERIALES UTILIZADOS: ........................................................................................... 13 6 EQUIPOS Y HERRAMIENTAS: ........................................................................................ 13 7 PROCEDIMIENTO RECOMENDADO: (Prueba constante).............................................. 16 8 METODOLOGÍA DE CÁLCULO: ..................................................................................... 17 9 MEMORIA DE CÁLCULO: ................................................................................................ 19 10 PRESENTACIÓN DE DATOS: ........................................................................................ 25 11 ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS: ................................................. 26 12 CONCLUSIONES:............................................................................................................. 27 13 RECOMENDACIONES: ................................................................................................... 28 14 REFERENCIAS: ................................................................................................................ 29 .................................................................................................................................................. 31

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INDICE DE GRAFICOS

Grafico 1: textura del suelo y su permeabilidad correspondiente ............................................ 11 Grafico 2: coeficiente de permeabilidad .................................................................................. 12

INDICE DE TABLAS

Tabla 1:PREPARACION DE MUESTRA .............................................................................. 25 Tabla 2:PRUEBA EN LABORATORIO................................................................................. 25 Tabla 3: DATOS DE ENSAYO .............................................................................................. 25

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INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Darcy.................................................................................................................... 8 Ilustración 2: factores que afectan la permeabilidad............................................................... 11 Ilustración 3: Muestra de suelo granular .................................................................................. 13 Ilustración 4: Molde de acero inoxidable............................................................................ 13 Ilustración 5: Plastilina ............................................................................................................ 13 Ilustración 6: Regla metálica ................................................................................................... 14 Ilustración 7: Cronometro ........................................................................................................ 14 Ilustración 8: Jarra graduada .................................................................................................... 14 Ilustración 9: balanza electrónica............................................................................................. 14 Ilustración 10: bandejas ........................................................................................................... 14 Ilustración 11: Termómetro ..................................................................................................... 15 Ilustración 12: Sobre carga ...................................................................................................... 15 Ilustración 13: Tomando la temperatura al agua...................................................................... 30 Ilustración 14: Pesando la muestra para hallar la densidad del suelo ...................................... 30 Ilustración 15: Tomando las medidas del mole ....................................................................... 30 Ilustración 16: Realizando la compactación del suelo ............................................................. 31 Ilustración 17: Realizando la filtración del agua ..................................................................... 31

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1 INTRODUCCION: El contenido del presente informe detallará el proceso para determinar el coeficiente de permeabilidad, que es una de las características del suelo ya que este es capaz de transmitir fluidos, principalmente el agua. Para obtener la capacidad de permeabilidad de un suelo es necesario obtener el coeficiente.

Con este informe podemos adquirir conocimientos teóricos como también prácticos acerca de la metodología a utilizar para la realización del mencionado ensayo con la utilización de un suelo granular, así mismo reconocer los materiales e instrumentos de medición que se necesita para llevar a cabo un buen ensayo.

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2 OBJETIVOS:

2.1 Objetivo

-

general:

Determinar el coeficiente de permeabilidad de un suelo granular.

2.2 Objetivos

-

específicos:

Analizar y comprender el comportamiento del suelo cuando es sometido a un caudal de agua constante.

-

Interpretar los datos obtenidos en la realización del ensayo.

-

Identificar el suelo según su permeabilidad.

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3 NORMAS:

ASTM D 2434 (Para Suelos Granulares)

ASTM D 5084 (Para todos los suelos)

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4 MARCO TEÓRICO: Los suelos no son un sólido ideal si no que forman sistemas con 2 o más estratos, es decir pueden ser partículas sólidas, aire y agua; entonces hay presencia de porosos en el suelo. Con lo ya mencionado podemos afirmar que el suelo se caracteriza por su porosidad y a la vez esta característica da lugar a la permeabilidad del medio o del material en estudio. (Angelone, Garibay, & Cauhapé C., 2006)

Cuando se habla de un suelo permeable es cuando posee espacios vacíos continuos, estos vacíos constan en todos los suelos, añadiendo las arcillas más compactas y también materiales en la construcción que son los no metálicos, añadiendo el granito y la pasta de cementante, por lo tanto, los mencionados materiales son permeables.

El tránsito del agua a través de la masa de estos satisface aproximadamente a leyes similares, es decir el contraste entre una arena limpia y un granito es solo una diferencia de magnitud.

La permeabilidad de los suelos, es decir la potestad con la que el agua pasa a través de los ‘poros’, tiene un efecto decisivo sobre el costo y los problemas a encontrar en muchas operaciones constructivas como, por ejemplo, las excavaciones a cielo abierto (calicatas) 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. (Angelone et al., 2006)

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UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN Darcy durante el siglo XIX, fue quien definió este parámetro para este tipo de suelos (arenas). Más adelante, se demostró que esta ley era igualmente válida para otros suelos, conteniendo suelos mucho menos permeables, tales como arcillas. Aunque la ley de Darcy se puede utilizar también para el flujo Ilustración 1: Darcy

de otros líquidos, cuando en geotecnia se entrega un valor k, se entiende que estamos discutiendo de su permeabilidad frente al flujo de líquido (agua). (Terzaghi K, 1980)

4.1 Métodos

para medir el coeficiente de permeabilidad

Hay varios procedimientos para la determinación de permeabilidad de los suelos:

Directos se basan en ensayos cuyo primer objetivo es la medición del coeficiente, otros Indirectos equilibrados, en forma secundaria, por ensayos y técnicas que primariamente persiguen otros fines y los métodos del terreno que permiten asemejar la conductividad hidráulica de un suelo en forma directa.



Indirectos:

-

Calculo a partir de la curva granulométrica.

-

Calculo a partir de la prueba de consolidación.

-

Calculo con la prueba horizontal de capilaridad.

8

UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN 

Métodos de terrenos:

-

Infiltración estándar.

-

Prueba de agotamiento y recuperación.

-

Prueba de perforación entubada.

-

Prueba de perforación no entubada.

-

Prueba de infiltración.

-

Pruebas de inyección o extracción de agua.



Directos:

-

Permeámetro de carga constante.

-

Permeámetro de carga variable.

-

Prueba directa de los suelos en el lugar.

-

Prueba directa.

9

UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN 4.2 Factores

que afectan la permeabilidad del suelo

a) Textura del suelo: Esto va a depender del tipo de suelo que se tenga por ejemplo (suelo arenoso, arcilloso, limosos, etc.)

b) Estructura: Según la cantidad de estratos que posea el suelo, puede afectar la permeabilidad.

c) Consistencia: El suelo cambia su consistencia dependiendo a su clasificación y a la textura que posee.

d) Color y Manchas: El color del suelo también es uno de los factores ya que algunos poseen manchas que intervienen en la filtración de agua.

e) Disposición por capas: Las capas de los suelos pueden varias según sea la altura y el contenido de cada capa.

f) Poros visibles y profundidad: La altura del suelo y la profundidad de un estrato hace posible la filtración en los poros. (ADRIANA ORDOÑEZ, n.d.)

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UNIVERSIDAD PERUANA UNIร N Ilustraciรณn 2: factores que afectan la permeabilidad

b.estructura

d. color y manchas

Grafico 1: textura del suelo y su permeabilidad correspondiente.

Fuente: FAO 2009

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a. Textura

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Grafico 2: coeficiente de permeabilidad

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5 MATERIALES UTILIZADOS: Ilustraciรณn 3: Muestra de suelo granular Fuente: google

6 EQUIPOS Y HERRAMIENTAS: Ilustraciรณn 4: Molde F de acero inoxidable

i

Fuente: google g

u r a F u e n t e .

Fuente: Google

Ilustraciรณn 5: Plastilina Fuente: google

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Ilustración 6: Regla metálica Fuente: google

Ilustración 7: Cronometro Fuente: google

Ilustración 8: Jarra graduada Fuente: google

Ilustración 9: balanza electrónica Fuente: google

Ilustración 10: bandejas Fuente: google

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UNIVERSIDAD PERUANA UNIร N Ilustraciรณn 11: Termรณmetro Fuente: google

Ilustraciรณn 12: Sobre carga Fuente: google

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7 PROCEDIMIENTO RECOMENDADO: (Prueba constante)  Realizar el muestreo del suelo a analizar y determinar la densidad natural.

 Poner las capas espaciadoras y compactar la muestra en el permeámetro de acuerdo a la densidad natural que se ha obtenido.

 Adaptar el molde asegurado los tornillos impermeabilizando con la plastilina las uniones entre la placa base el molde de acero.

 Saturar el suelo hasta que no se vean burbujas de aire.

 Se controla el nivel del agua a una altura de dos veces la altura de la muestra, y se conserva ese nivel al largo de toda la prueba.

 Continuamos haciendo las mediciones del volumen, al poner una probeta en la salida para determinado tiempo, que puede ser algunos minutos.

 Anotamos el volumen de agua recogido, expresado en cm3, repitiendo esta acción tres veces, para obtener un promedio.

 Se debe medir la longitud de la muestra (L) y la temperatura del agua en grados centígrados, con el fin de obtener la relación de viscosidad del agua.

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8 METODOLOGÍA DE CÁLCULO: Se procede a realizar el cálculo del coeficiente de permeabilidad con la siguiente expresión:

Dónde:



Kt: Coeficiente de Permeabilidad (cm/seg)



V: Volumen recogido (cm3)



L: Longitud de la Muestra (cm)



A: Área de la muestra (cm2)



t: tiempo de prueba (seg)

Corrección por temperatura la cual viene a expresarse de la siguiente manera:

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InterpolaciĂłn Lineal:

InterpolaciĂłn Lineal Xi Yi X Y=?

Xo Yo

đ?‘Œ = đ?‘Œđ?‘œ +

(đ?‘‹ − đ?‘‹đ?‘œ) ∗ (đ?‘Œđ?‘– − đ?‘Œđ?‘œ) (đ?‘‹đ?‘– − đ?‘‹đ?‘œ)

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UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN 9 MEMORIA DE CÁLCULO:

Volumen:

𝑉𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 = 𝐴. ℎ =

𝑉𝑡𝑎𝑟𝑎 = 𝐴. ℎ =

𝜋 ∗ 15.2172 ∗ 17.777 = 3233.005 𝑐𝑚3 4

𝜋 ∗ 4.8422 ∗ 3.553 = 65.4236 𝑐𝑚3 4

Densidad Natural:

𝜌=

𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 134.84 = = 2.06𝑔𝑟/𝑐𝑚3 𝑉𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 65.4236

Permeabilidad:

h cm

L cm

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CĂĄlculo de la Viscosidad DinĂĄmica del Agua (InterpolaciĂłn):

Ensayo N°1

T °C 30 25.9 25

đ?‘Œ=

[8.91đ?‘Ľ10−4

Viscosidad DinĂĄmica (đ?‘ƒđ?‘Ž. đ?‘ )

8đ?‘Ľ10−4 Y

8.91đ?‘Ľ10−4

(25.9 − 25) ∗ (8đ?‘Ľ10−4 − 8.91đ?‘Ľ10−4 ) ] = 0.000875 đ?‘ƒđ?‘Ž. đ?‘ + (30 − 25)

Ensayo N°2

T °C 30 26.6 25

đ?‘Œ = [8.91đ?‘Ľ10−4 +

Viscosidad DinĂĄmica (đ?‘ƒđ?‘Ž. đ?‘ )

8đ?‘Ľ10−4 Y

8.91đ?‘Ľ10−4

(26.6 − 25) ∗ (8đ?‘Ľ10−4 − 8.91đ?‘Ľ10−4 ) ] = 0.000862đ?‘ƒđ?‘Ž. đ?‘ (30 − 25)

20

UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN Ensayo N°3

T °C 30 26.4 25

𝑌 = [8.91𝑥10−4 +

Viscosidad Dinámica (𝑃𝑎. 𝑠)

8𝑥10−4 Y

8.91𝑥10−4

(26.4 − 25) ∗ (8𝑥10−4 − 8.91𝑥10−4 ) ] = 0.000866 𝑃𝑎. 𝑠 (30 − 25)

Ensayo N°4

T °C 30 27 25

𝑌=

[8.91𝑥10−4

Viscosidad Dinámica (𝑃𝑎. 𝑠)

8𝑥10−4 Y

8.91𝑥10−4

(27 − 25) ∗ (8𝑥10−4 − 8.91𝑥10−4 ) ] = 0.000855 𝑃𝑎. 𝑠 + (30 − 25)

Ensayo N°5

T °C 30 26.6 25

𝑌 = [8.91𝑥10−4 +

Viscosidad Dinámica (𝑃𝑎. 𝑠)

8𝑥10−4 Y

8.91𝑥10−4

(26.6 − 25) ∗ (8𝑥10−4 − 8.91𝑥10−4 ) ] = 0.000862 𝑃𝑎. 𝑠 (30 − 25)

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Coeficiente de Permeabilidad:

Ensayo N°1

𝐾𝑡 = [

250 ∗ 12.548 ] = 0.001240 𝑐𝑚/𝑠 181.865 ∗ 38.1 ∗ 365

𝐾𝑡 = [

250 ∗ 12.548 ] = 0.001211 𝑐𝑚/𝑠 181.865 ∗ 38.1 ∗ 374

𝐾𝑡 = [

250 ∗ 12.548 ] = 0.001214 𝑐𝑚/𝑠 181.865 ∗ 38.1 ∗ 373

𝐾𝑡 = [

250 ∗ 12.548 ] = 0.001207 𝑐𝑚/𝑠 181.865 ∗ 38.1 ∗ 375

𝐾𝑡 = [

250 ∗ 12.548 ] = 0.001143 𝑐𝑚/𝑠 181.865 ∗ 38.1 ∗ 396

Ensayo N°2

Ensayo N°3

Ensayo N°4

Ensayo N°5

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CorrecciĂłn por Temperatura del Coeficiente de Permeabilidad:

Ensayo N°1

đ??ž20°đ??ś = 0.001240 ∗ (

0.000875 ) = 0.001064 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ 0.00102

đ??ž20°đ??ś = 0.001211 ∗ (

0.000862 ) = 0.001023 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ 0.00102

Ensayo N°2

Ensayo N°3

đ??ž20°đ??ś = 0.001214 ∗ (

0.000866 ) = 0.001031 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ 0.00102

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Ensayo N°4

đ??ž20°đ??ś = 0.001207 ∗ (

0.000855 ) = 0.001012 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ 0.00102

đ??ž20°đ??ś = 0.001143 ∗ (

0.000862 ) = 0.000966 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ 0.00102

Ensayo N°5

Promedio del Coeficiente de Permeabilidad:

K=

0.001064 + 0.001023 + 0.001031 + 0.001012 + 0.000966 = 1.019 đ?‘Ľ10−3 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ 5

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10 PRESENTACIÓN DE DATOS: PREPARACION DE LA MUESTRA Volumen de la muestra Densidad en campo Peso de la muestra Numero de capas Peso por capa

2.06 4585.2 5 1,331,998

Tabla 1:PREPARACION DE MUESTRA

PRUEBA EN LABORATORIO Altura de carga Área transversal Longitud de muestra Volumen de agua recogido Temperatura (°C) Viscosidad

38.1 181.865 12.548 250

20 0.00102

Tabla 2:PRUEBA EN LABORATORIO

N° Ensayos Temperatura (°C) Viscosidad Tiempo de prueba (s) Coeficiente "K" (cm/s) Corrección "K" Promedio "K"

1

2

3

4

5

25.9 0.000875 365 0.001240 0.001064

26.6 0.000862 374 0.001211 0.001023

26.4 0.000866 373 0.001214 0.001031 0.001019

27 0.000855 375 0.001207 0.001012

26.6 0.000862 396 0.001143 0.000966

Tabla 3: DATOS DE ENSAYO

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11 ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS:

En la realizaciĂłn del ensayo obtuvimos un coeficiente de permeabilidad de 1.019 đ?‘Ľ10−3 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ que segĂşn el Grafico 2: coeficiente de permeabilidad se identifica que el suelo pertenece a una Grava Arenosa y/o Arena Limpia con un grado relativo de permeabilidad Medio asimismo presenta una propiedad de drenaje Buena.

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12 CONCLUSIONES:

ďƒ˜ Se realizĂł de manera correcta los procedimientos de laboratorio para obtener datos como fue el coeficiente de permeabilidad, la correcciĂłn de este mismo y el promedio de los cinco ensayos que se llevĂł acabo obteniendo asĂ­ nuestro resultado final del coeficiente de permeabilidad.

ďƒ˜ Obtuvimos el coeficiente de permeabilidad que es 1.019 đ?‘Ľ10−3 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ .

ďƒ˜ Clasificamos la muestra de suelo como Arena Limpia y Grava Arenosa.

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13 RECOMENDACIONES:



Es importante recalcar que en todo ensayo la muestra a analizar debe de estar libres de sustancias orgánicas.



Tener una balanza bien calibrada.



Tener cuidado al poner la plastilina en el molde, que no haya ningún espacio vacío o ingreso del aire.



Ser precisos al momento de controlar el tiempo con el cronometro.



Tomar bien la temperatura del agua, ya que esto puede alterar los datos.

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14 REFERENCIAS:

ADRIANA ORDOÑEZ. (n.d.). PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS. Angelone, S., Garibay, M. T., & Cauhapé C., M. (2006). Geología y Geotecnia. Universidad Nacional

de

Rosario,

39.

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ANEXOS

Ilustraciรณn 13: Tomando la temperatura al agua

Ilustraciรณn 14: Pesando la muestra para hallar la densidad del suelo

Ilustraciรณn 15: Tomando las medidas del mole

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Ilustraciรณn 16: Realizando la compactaciรณn del suelo

Ilustraciรณn 17: Realizando la filtraciรณn del agua

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