Ensayos de suelos

1-Permeabilidad

Objetivo: determinar la permeabilidad de un suelo por la medición directa con ayuda del permeametro de carga constante y carga variable.

La permeabilidad es la capacidad que tiene un material de permitirle a un líquido que lo atraviese sin alterar su estructura interna. Cuando pasa una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado se dice que el material  es permeable, y es impermeable cuando la cantidad de fluido es despreciable.

La velocidad con la que un fluido atraviesa un material depende de:

1. la porosidad del material
2. la densidad del fluido considerado, afectado por su temperatura
3. la presión a la que esta sometida un fluido

*para que un material sea permeable debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que permitan absorber el fluido*

Ley de Darcy      Q = K. i. A

K: coeficiente de permeabilidad

i: gradiente hidraulico    i= h/l    = dh/dl

A: sección trasversal

Factores que influyen en la permeabilidad: el coeficiente de permeabilidad depende de las características del suelo y del fluido

1. El tamaño de las partículas: que forman la masa de suelo determinan la cantidad de canales de flujo que se pueden presentar en el suelo. A menor tamaño de partícula reduce los espacios vacíos entre ellas y por tanto los canales de flujo y esto disminuye la permeabilidad.
2. La relación de vacíos: teóricamente se puede expresar la permeabilidad en función de la relación de vacíos.
3. La estructura: es una de las características más importantes que influyen en la permeabilidad, especialmente en suelos finos. Para iguales relaciones de vacíos pueden existir estructuras totalmente diferentes y por lo tanto permeabilidades diferentes. Es importante distinguir un suelo natural de uno compactado.
4. Grado de saturación: de los suelos influye de forma importante en la permeabilidad. Cuanto mayor sea la saturación mayor será la permeabilidad.
5. La composición mineralógica: del suelo influye en la permeabilidad, esta suele ser pequeña en limos, arenas y gravas (con la excepción de la mica y materia orgánica) pero es de gran importancia en la arcillas.

Métodos para determinar el coeficiente de permeabilidad:

Indirectos: proporcionan la medición del coeficiente correlacionando pruebas o técnicas que son utilizadas para obtener parámetros del suelo en estudio como:

1. a partir de la curva granulométrica
2. mediante la prueba de consolidación unidimensional
3. con la prueba de horizonte de capilaridad

Directos: se basan en la medición de coeficiente K, en muestras de suelo o directamente en barrenos u orificios perforados en el sitio de estudio, los cuales diferencian por el tipo de aparato utilizado:

1. prueba directa en campo
2. permeámetro de pared flexible
3. permeámetro de carga constante[pic 1]

[pic 2]

1. permeámetro de carga variable

[pic 3] [pic 4]

Materiales y equipos: instalación del permeámetro de carga variable, cronometro, muestra de suelo que permita realizar la prueba de compactación.

Procedimiento:

Se pesa el molde y se realiza el ensayo de compactación.

Se pesa el molde más el suelo y por diferencia se obtiene el peso del suelo.

Se toma una fracción de la muestra de suelo a utilizar para determinar el contenido de humedad

Se coloca el molde en la instalación del permeámetro

Se abre una de la válvulas permaneciendo las demás cerrada, aplicándole vacío a través del tubo vertical de carga, se logra la saturación de la muestra de abajo hacia arriba hasta alcanzar una altura h, en el tubo vertical.

Se cierra la válvula

Se abre la válvula indicada por el técnico para realizar el ensayo. El agua fluye a través de la muestra, se cierra la válvula cuando habiendo transcurrido un tiempo t la carga hidráulica sea h2

Se repite el procedimiento 2 veces más.

Cálculos:

Conocidos el peso del molde  y el peso de molde mas la muestra

Ws= Peso del molde+suelo  -  peso del molde

Conocidos el diámetro del molde y la altura

A = π. D2  en cm2                             Volumen = Area * Altura   en Cm3

               4

Conocidos el peso del molde Wm y el volumen del molde Vm

γh= Wm / Vm          γd = γh / (1+w)

Relacion de vacios e

e = Gs * γh   - 1

           γd

Ó

e = vv/vs         Wm = Ww + Ws →   Ws = Wm – Ww

                         %w = Ww / Ws → sustituyo Ws y resolviendo la ecuación obtengo Ww

                         %w = Ww/ Ws → despejo Ws y lo obtengo

                         Gs = Ws / Vs* γw → despejo Vs

                         Vm = Vv + Vs → despejo Vv

Saturacion s%

e*s = Gs * w         s = Gs * w  * 100

                                          e

%s = Vw * 100         como γw = Ww / Vw      γh = 1 gr/cm3      Ww = Vw

          Vv

K = a * L  * ln (h1 / h2)                        Luego promediar las K obtenida para obtener Kprom

      A * t

2. Consolidación

Objetivo: estudiar la compresibilidad de una masa de suelo

La consolidación de los suelos es la deformación plástica debido a la reducción de vacíos, la cual se conoce como asentamiento, y es función del tiempo y el exceso de presión en los poros.  

Este procedimiento depende de:

• grado de saturación
• el coeficiente de permeabilidad del suelo
• las propiedades del flujo de los poros
• la longitud de la trayectoria que deberá recorrer el fluido expulsado de la muestra para encontrar el equilibrio

La consolidación puede ser:

* Inicial: ocurre cuando hay una reducción casi instantánea en el volumen de la masa de suelo bajo carga aplicada, que precede a lo consolidación primaria, debido principalmente a la expulsión y comprensión del aire contenido en los vacíos del suelo.

*Primaria: ocurre por la reducción en el volumen de la masa de un suelo originado por la aplicación de una carga permanente y la expulsión del agua de los vacíos, acompañado por una transferencia de carga del agua a las partículas sólidas del suelo.

*Secundaria: ocurre cuando hay una reducción en el volumen de la masa del suelo, ocurre por la aplicación de una carga permanente y el acomodo de la estructura interna de su masa, luego de que la mayor parte de la carga ha sido transferencia a las partículas sólidas del suelo.

Debido a que un suelo permeable permite el paso libre de agua a través de si, en el caso de un suelo arenoso que al someterse a la aplicación de cargas permiten la expulsión de liquido o de aire que posea en el interior con gran facilidad, produciéndose del mismo modo el reacomodo y deformación de sus partículas  casi de forma instantánea. Pero para suelos muy poco permeables como la arcilla, el agua que tiene en su interior no puede expulsado con facilidad haciendo que la eliminación de agua sea lenta y progresiva de tal modo que es importante ya que las deformaciones totales del suelo se pueden llevar a cabo en muchos años.

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