Permeabili.docx

I NGENIERÍA C IVIL ENSAYO: PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES

M ECA´NICA DE S UELOS 1

PAOLA ELIANA CONDORI GUZMAN GRUPO CIV 5-4.2 2018- II

“El Alumno declara haber realizado el presente trabajo de acuerdo a las normas de la Universidad Católica San Pablo”

FIRMA 1

INDICE GENERAL ASPECTOS GENERALES ..................................................................................................... 3 1.1.

Objetivos: ............................................................................................................ 3

1.2.

Importancia: ......................................................................................................... 3

1.3.

Normativa: ........................................................................................................... 3

MARCO TEÓRICO............................................................................................................... 4 2.1. Permeabilidad: ........................................................................................................ 4 2.2. Coeficiente de Permeabilidad: ................................................................................. 4 2.2. Flujo laminar y flujo turbulento: ................................................................................ 4 METODOLOGÍA DEL ENSAYO ............................................................................................ 5 3.1. Materiales:............................................................................................................... 5 3.2. Procedimiento: ........................................................................................................ 7 MEMORIA DE CÁLCULO ..................................................................................................... 9 4.1. Datos: ...................................................................................................................... 9 4.2. Cálculos: ................................................................................................................. 9 4.3. Análisis de resultados:........................................................................................... 10 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................... 10 5.1. Conclusiones: ........................................................................................................ 10 5.2. Recomendaciones: ................................................................................................ 10 BIBLOGRAFÍA.................................................................................................................. 11 INDICE DE ILUSTRACIONES Figura 1………………………………...……………………………………………………………5 Figura 2………………………………...……………………………………………………………5 Figura 3………………………………...……………………………………………………………5 Figura 4………………………………...……………………………………………………………6 Figura 5………………………………...……………………………………………………………6 Figura 6………………………………...……………………………………………………………6 Figura 7………………………………...……………………………………………………………6 Figura 8………………………………...……………………………………………………………7 Figura 9………………………………...……………………………………………………………7 Figura 10..……………………………...……………………………………………………………8 Figura 11..……………………………...……………………………………………………………8 INDICE DE TABLAS Tabla 1: Medición de diámetros y alturas………………………………….…………………….9 Tabla 2: Datos obtenidos en laboratorio…..….…..……….…………………………………….9 Tabla 3: K obtenidos.…………………...……….…..……….……………………………….….10

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ASPECTOS GENERALES 1.1. -

1.2. -

-

-

Objetivos: Obtener el coeficiente de permeabilidad que es el parámetro que cuantifica la facilidad con la que el agua atraviesa el suelo. Conocer el procedimiento del ensayo según la normativa MTC E 906.

Importancia: Sirve como indicador de la capacidad de las partículas del suelo para dar paso al agua. Este método aplica para suelos con bastante arena y grava. Se limita a suelos granulares alterados que no contengan >10% pasante de la #200. Es de suma importancia para la construcción de estanques, diques, etc.; pues si se construye en un suelo permeable mayor será la filtración de agua, mientras que si se construye en un suelo impermeable la perdida de agua será menor por filtración. Existen diversos factores que determinan la permeabilidad de un suelo entre ellos 2 son los más significativos: la granulometría y la composición química del material. Comúnmente los suelos se componen de capas y estas no siempre tendrán las mismas propiedades ni recibirán las mismas cargas (peso) y cantidad de fluidos.

-

1.3.

Normativa:

-

AASHTO T 215 – “Standard Method of Test for Permeability of Granular Soils

-

(Constant Head).” ASTM D 2434 – “Standard Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head).”

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MARCO TEÓRICO 2.1. Permeabilidad: -

Definimos permeabilidad como la capacidad de un cuerpo (suelo) para permitir el paso de un fluido (agua) sin alterar la estructura interna del suelo.

2.2. Coeficiente de Permeabilidad: -

Es una constante de proporcionalidad relacionada con la facilidad de movimiento de un flujo a través de un medio poroso. Existen dos métodos generales de laboratorio para determinar directamente el coeficiente de permeabilidad de un suelo. Estos son los llamados método de la cabeza constante y el método de la cabeza variable. Ambos métodos se basan en el uso de la ley de Darcy: 𝑣 = 𝑘𝑖 y la velocidad correspondiente del flujo es: 𝑞 = 𝑘𝑖𝐴

2.2. Flujo laminar y flujo turbulento: -

-

El flujo del agua puede ser de 2 diferentes formas: flujo laminar y flujo turbulento. En el primero las líneas de flujo son únicas para cada partícula, es decir que no se van a cruzar ni a pasar una sobre la otra, se caracteriza por tener velocidades bajas. En el segundo tipo de flujo las líneas de flujo son indefinidas e irregulares, es decir se cruzan unas con otras y se tuercen al azar, tiene una mayor velocidad que el anterior. Como se aprendió en mecánica de fluidos el número de Reynolds es un indicador del tipo de flujo que presenta el agua y se puede hallar con la siguiente fórmula: 𝑣𝑐 ∗ 𝐷 ∗ 𝜌 𝑅= 𝜂∗𝑔 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑅: 𝑛º 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑦𝑛𝑜𝑙𝑑𝑠(𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙) 𝑣𝑐 : 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 (𝑐𝑚/𝑠 ) 𝐷: 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑐𝑚) 𝜌: 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (𝑔/𝑐𝑚3) 𝑔: 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 (𝑐𝑚/𝑠2) 𝜂: 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (𝑔 ∗ 𝑠/𝑐𝑚2)

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METODOLOGÍA DEL ENSAYO 3.1. Materiales: -

Permeámetro:

Diámetro: 7.6 cm

Figura 1: Molde y base del aparato de permeabilidad.

-

Balanza: una balanza con aproximación de 0.1g.

Figura 2: Balanza eléctrica con precisión de 0.1g.

-

Probetas graduadas o vaso de precipitación.

-

Piedras porosas y papel filtro Regla: métrica con longitud máxima de 30 cm y precisión de 1.0 mm.

Figura 3: Probeta graduada de plástico con capacidad de 1000mL.

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-

Bandejas: con 2 diferentes capacidades, una de 40 x 50 cm y otra de 30 x 40 cm. Apisonador.

Figura 4: Apisonador metálico.

-

Cronómetro: con precisión de 1 segundo

Figura 5: Cronómetro.

-

Vernier: con precisión de 0.05mm.

Figura 6: Vernier.

-

Cucharones de acero: para manipular la muestra.

Figura 7: cucharones de acero, de diferentes capacidades.

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3.2. Procedimiento: i. ii.

iii.

Primero se pesa el recipiente donde se pondrá la muestra. Se pesa una muestra representativa de 300–500g, y deberá cumplir: 10% pasante de la malla #200, retirar las partículas >3/4 y además debe estar seca. Medir las dimensiones del permeámetro (altura y diámetro) unas 4 veces.

Figura 8: medir el permeámetro.

iv.

Armar el aparato de permeabilidad hasta donde se necesite para colocar el suelo para el ensayo y determinar el volumen de suelo que será introducido.

Figura 9: armando el sistema para iniciar el ensayo.

v.

Determinar la altura de la muestra, por diferencia de alturas H1 y H2.

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vi.

Se llena el permeámetro con 3 capas cada una apisonada con 25 golpes.

Figura 10: apisonando la última capa que irá en el permeámetro.

vii. viii.

Orientar las tuberías de entrada y salida convenientemente para la recolección de agua y la saturación/drenajes iniciales. Dejar saturar la muestra lentamente y estabilizar la condición de flujo permitiendo que fluya el agua durante los tiempos indicados (40, 50, 60 y 70 segundos).

Figura 11: tomando el tiempo según lo requerido por el ensayo.

ix.

Se registrarán los valores obtenidos.

Figura 12: apisonando la última capa que irá en el permeámetro.

x.

Finalmente se procede a calcular la constante k para el suelo ensayado.

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MEMORIA DE CÁLCULO 4.1. Datos: Tabla 1: Medición de diámetros y alturas.

Diámetro (cm)

Altura (cm)

7.625 7.615 7.620 7.615 7.619

7.80

1 2 3 4 Prom. Fuente: propia

Tabla 2: Datos obtenidos en laboratorio.

k

K1

K2

K3

K4

Tiempo (s) H1 (cm) H2 (cm) ∆h (cm) Volumen

40 8.5 0.5 8.0 525

50 8.5 1.0 7.5 648

60 9.0 1.0 8.0 785

70 10.0 1.5 8.5 899

Fuente: propia

4.2. Cálculos: -

Hallamos el área:

𝑑 2 A= π∗( ) 2 7.619 2 A= π∗( ) 2 A = 45.592 𝑐𝑚2 -

Hallamos el primer coeficiente para 1:

K= K=

-

Q∗L 𝐴∗𝑡∗ℎ

525 ∗ 7.80 45.592 ∗ 40 ∗ 8.0

K = 0.28 Hallamos el primer coeficiente para 2: K=

648 ∗ 7.80 = 0.30 45.592 ∗ 50 ∗ 7.5

9

-

Hallamos el primer coeficiente para 3:

K= -

Hallamos el primer coeficiente para 4:

K= -

785 ∗ 7.80 = 0.28 45.592 ∗ 60 ∗ 8

899 ∗ 7.80 = 0.26 45.592 ∗ 70 ∗ 8.5

Resumen de datos: Tabla 3: K obtenidos.

K

ρd gr/cm3

K1 K2 K3 K4 Kprom

0.28 0.30 0.28 0.26 0.28

Fuente: propia

4.3. Análisis de resultados: -

En el resumen de resultados podemos ver que nuestro K’s no están tan dispersos. Hallamos nuestro coeficiente de permeabilidad es cual resulto ser: 0.28cm/s.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. Conclusiones: -

-

Hallamos el coeficiente de permeabilidad es cual resulto ser: 0.28cm/s. No se realizó la corrección por temperatura por lo que no podemos saber si nuestro resultado está cerca al valor real. Se realizó un buen ensayo ya que nuestros valores de k hallados no se encuentran tan dispersos, es decir se tuvo una desviación estándar pequeña.

5.2. Recomendaciones: -

Se recomienda usar los elementos de seguridad adecuados para realizar el ensayo: chaleco, botas punta de acero, etc. Asegurarse de poner las capas correctamente en el permeámetro. Se recomienda ajustar correctamente las tuberías para evitar perdida de agua. Ajustar muy bien la base al cilindro para que este no se mueva.

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BIBLOGRAFÍA Bowles, J. (2000). Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil. Estados Unidos: Mc Graw Hill. Crespo, C. (2007). Mecánica de suelos y cimentaciones. Monterrey, México: Limusa. Juárez Badillo, E., & Rico Rodríguez, A. (2011). Mecánica de suelos (Vol. I). México: Limusa.

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