Ensayo permeámetro de cabeza constante y variable

MARCO TEORICO

ENSAYO PERMEÁMETRO DE CABEZA CONSTANTE Y VARIABLE

La permeabilidad de un suelo puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las determinaciones de laboratorio son mucho más fáciles de hacer que las de in situ. Debido a que la permeabilidad depende mucho de la estructura del suelo (tanto microestructura como la macroestructura) y debido a la dificultad de obtener muestras de suelo representativas, suelen ser necesarias las determinaciones in situ de la permeabilidad media. Sin embargo, las pruebas de laboratorio permiten estudiar la relación entre la permeabilidad.

Entre los métodos más utilizados en el laboratorio para la determinación de la permeabilidad están:

El permeámetro de carga variable.

El permeámetro de carga constante.

Como es necesaria la permeabilidad relativamente grande para obtener una buena precisión en la prueba de carga variable, este se limita a suelos permeables. Además, el grado de saturación de un suelo no saturado varia durante la prueba por lo que esta solo debe utilizarse en suelos saturados. La prueba de permeabilidad con carga constante se utiliza ampliamente con todos los tipos de suelos.

Se calcula el coeficiente de permeabilidad, k, así:

K =

Dónde:

k = coeficiente de permeabilidad,

Q = gasto, es decir cantidad de agua descargada.

L = distancia entre manómetros.

A = á rea de la sección transversal del espécimen.

t = tiempo total de desagüe.

h = diferencia de cabeza (altura) sobre los manómetros.

Calculo de coeficiente de permeabilidad método cabeza variable.

K=( )( )

Donde

A = área de la sección transversal de la tubería de entrada.

A= área de la muestra de suelo.

h1= cabeza hidráulica a través de la muestra al comienzo del ensayo.

h2= cabeza hidráulica a través de la muestra al final del ensayo.

L=longitud de la muestra.

t= tiempo transcurrido durante el experimento.

Coeficientes de permeabilidad de algunos suelos naturales

Tipo de suelo Coeficiente de permeabilidad(m/s)

Arcilla

Acilla arenosa

Limo

Turba

Arena fina

Arena gruesa

Arena gravosa

Grava 10-2

Tomada del libro mecánica de suelos de Berry. Tabla 3.1

Ni el ensayo de cabeza constante niel de cabeza variable permite obtener valores del coeficiente de permeabilidad de un suelo confiables. Existen muchas razones para esto, las principales son:

El suelo que se utiliza en el aparto de permeabilidad nunca es igual a al suelo que se tiene en el terreno (siempre esta lago alterado).

La orientación in situ de los estratos con respecto al flujo horizontal y el flujo vertical puede ser entre 3 y 4 veces mayor, en la generalidad de los casos. En el laboratorio, aun si se dúplica adecuadamente la relación de vacíos para la arena, la relación kh/kv se perderá probablemente. Los rellenos arcillosos generalmente poseen fisuración horizontal debido a la forma de su colocación y compactación en capas de 15 a 30 cm de altura. Esto produce khkv , de nuevo una situación que difícilmente se puede reproducir en el laboratorio.

Las condiciones de frontera son diferentes en al laboratorio. Las paredes lisas del molde de permeabilidad mejoran los caminos de flujo con respecto a los caminos naturales en el terreno. Si el suelo tiene estratificación vertical, el flujo en los diferentes estratos será diferente, y esta condición de frontera es casi imposible de reproducir en la laboratorio.

La cabeza hidráulica h puede ser diferente (mayor) en el laboratorio, lo cual causa el lavado del material fino hacia las fronteras con una posible reducción el valor k. Los gradientes hidráulicos obtenidos en el terreno (i=h/L) varían entre 0.5 y 1.5, mientras que en laboratorio suelen ser de 5 o más. Existe evidencia obtenida en diferentes investigaciones que hace pensar que v=ki no es una relación lineal para todos los valores de i, especialmente para los valores grandes (MITCHELL Y YOUNGER (1967)).

Por otra parte existe también evidencia de que en suelos finos (arcillas), puede existir un gradiente de umbral por debajo del cual no hay flujo (Terzaghi(1925)).

El efecto del aire atrapado en la muestra de laboratorio es grande aun para pequeñas burbujas de aire debido al tamaño mínimo de la muestra.

Ley de Darcy:

En 1856 Henri Philibert Gaspard Darcy publico una ecuación la cual fue el resultado de varios ensayos relativos al flujo de agua a través de arenas limpias expresada por:

Donde

El flujo de agua a través del suelo puede ser tomado en el área seccional transversal total del suelo o tan solo en el área de los espacios vacíos, es decir que la velocidad de infiltración (espacios vacíos) es mayor que la velocidad de descarga, al relacionar estas dos velocidades se obtiene que la cantidad de agua que pasa a través del suelo en una unidad de tiempo es el caudal .

Gradiente hidráulico

Es la tasa de pérdida de cabeza a través de la arena o grava.

i =

CONDICIONES FUNDAMENTALES DE ENSAYO

Las siguientes condiciones ideales de ensayo son prerrequisitos, para el flujo laminar de agua a través de suelos granulares bajo condiciones de cabeza constante:

• Continuidad de flujo sin cambios en el volumen del suelo durante el ensayo.

• Flujo con los vacíos del suelo

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