Permeabilidad

RAMIREZ ABUNDIS MARIA FERNANDA

CODIGO : 211215556

MECANICA DE SUELOS 1

PRUEBAS PARA DETERMINAR LA PERMEABILIDAD DEL SUELO

INTRODUCCIÓN

El concepto “permeabilidad” en Mecánica de Suelos, se define como la mayor ó menor facilidad con que el agua fluye a través del suelo. La permeabilidad de un suelo se puede determinar directamente en el campo ó bien en el laboratorio utilizando muestras alteradas ó inalteradas. Los procedimientos empleados en laboratorio para determinar el coeficiente de permeabilidad pueden dividirse en directos e indirectos. Por otro lado las pruebas de permeabilidad en campo son útiles cuando es casi imposible obtener especimenes inalterados por ejemplo en estratos de arena y grava. El tipo de prueba de permeabilidad útil en cada caso particular depende de numerosos factores, tales como tipo de material, localización del nivel freático y homogeneidad o heterogeneidad de los distintos estratos del suelo. Las pruebas de permeabilidad de laboratorio son útiles cuando la estructura que se forma está formada por un material que puede considerarse homogéneo, isótropo, o anisótropo, como en el caso del corazón impermeable de una cortina, construido con la tierra de un banco de préstamo homogéneo. En cambio, en las formaciones naturales, generalmente compuestas por mantos distintos, con variaciones importantes tanto en la disposición de los mismos como en las características de los materiales, es difícil estudiar el escurrimiento a partir de un número limitado de ensayes sobre muestras inalteradas. En mantos de arena y grava es casi imposible obtener especimenes inalterados. En estos casos es necesario recurrir a las pruebas de campo.

Principio del ensayo:

Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que dejan vacíos entre ellas. Estos vacíos están interconectados y permiten el flujo de agua a través de ellos. Esto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. El grado de permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una diferencia de presión hidráulica. El coeficiente de permeabilidad es expresado en términos de velocidad.

Métodos:

Métodos directos: su principal objetivo es la determinación del coeficiente de permeabilidad. Pueden dividirse en:

a) Ensayos de laboratorio:

Permeámetro de carga constante

: para suelos de alta permeabilidad, como arenas y gravas.

Permeámetro de carga variable:

Para suelos de mediana permeabilidad a baja permeabilidad, como limos y arcillas.

b) Pruebas de campo.

Ensayo LeFranc

Ensayo Leugeon

Métodos indirectos: tienen como finalidad principal la determinación de algún otro parámetro o propiedad del suelo y se los utiliza cuando es imposible aplicar algún método directo o como verificación. Hallan el valor del coeficiente de permeabilidad a partir de la curva granulométrica, del ensayo de consolidación, de la prueba horizontal de capilaridad y otros.

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EN LABORATORIO.

Permeámetro de Carga Constante

El permeámetro de carga constante se utiliza en el caso de sedimentos no cohesivos tales como arena y rocas. Un esquema de un permeámetro de carga constante se presenta en la Figura. En este caso una cámara de carga provee una alimentación de agua a una carga constante, con lo que el agua se mueve a través de la muestra hasta alcanzar un régimen de equilibrio o estacionario. Para utilizar este dispositivo se genera un flujo a través de la muestra de suelo y luego que se alcanza una situación de equilibrio se mide el caudal de salida desde el permeámetro, así como la diferencia de carga entre la cámara de nivel constante y el nivel de agua en la salida.

Permeámetro de Carga Constante

Para comenzar el análisis de este permeámetro podemos utilizar la ecuación:

En la cual Q es el caudal de salida desde el permeámetro, hA es el nivel de agua en la cámara de carga, hB es el nivel de agua a la salida del permeámetro, L es la longitud de la muestra y A es el área perpendicular al escurrimiento. Si multiplicamos ambos lados de la expresión por un tiempo t durante el cual se realiza el análisis obtenemos:

El producto Q•t en el lado izquierdo de esta última ecuación representa el volumen aforado durante un tiempo t (V), mientras que la diferencia (hA-hB) es la pérdida de carga total en el permeámetro (Δh). Si substituimos estos dos valores en la ecuación y reordenamos la expresión final obtenemos:

Donde V es el volumen de agua descargado durante el tiempo t (L3), L es la longitud de la muestra (L), A es el área perpendicular al escurrimiento (L2), t es el tiempo (T), Δh es la pérdida de carga a través del permeámetro, y K es la conductividad hidráulica de la muestra (L/T).

Para la correcta interpretación de los resultados de una prueba en un permeámetro de carga constante se debe utilizar gradientes hidráulicos similares a aquellos observados en terreno.

Además, la pérdida de carga total en el permeámetro, Δh, no debe ser mayor a un 50% de la longitud total de la muestra. Esta última condición asegura que el número de Reynolds no supere los límites de validez de la ley de Darcy.

Permeámetro de carga variable

En el caso de sedimentos cohesivos y con baja permeabilidad se utiliza un Permeámetro de carga variable. En este caso la cámara de carga de nivel constante se reemplaza por un tubo vertical en el cual se produce el descenso del nivel de agua a medida que ésta atraviesa la muestra de suelo. Para la determinación de la conductividad hidráulica se anota el nivel inicial de agua en el tubo, h0. Luego de un período de tiempo t se mide la posición del agua en el tubo vertical, h. El diámetro interior del tubo vertical, dt, la longitud de la muestra, L, así como su diámetro, dC, son también conocidos.

La tasa a la cual

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