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Universidad Católica de CuencaUnidad Académica de Ingeniería Industria y ConstrucciónFacultad de Ingeniería CivilGEOTECNIA Y CIMENTACIONESGrupo I:Suley Cárdenas, Sthefany Ordóñez, Juan Diego Sarmiento, Henry Serrano, PabloRamos.Noveno Ciclo “A”Docente: Ing. Luis Mario AlmacheMartes 01 de Diciembre d...

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Universidad Católica de Cuenca Unidad Académica de Ingeniería Industria y Construcción Facultad de Ingeniería Civil GEOTECNIA Y CIMENTACIONES Grupo I: Suley Cárdenas, Sthefany Ordóñez, Juan Diego Sarmiento, Henry Serrano, Pablo Ramos. Noveno Ciclo “A”

Docente: Ing. Luis Mario Almache

Martes 01 de Diciembre del 2020

Cuenca – Ecuador

Informe de Ensayo de Laboratorio – Permeabilidad de los Suelos Geotecnia

Asignatura: Geotecnia y Cimentaciones Nombre del docente: Ing. Luis Mario Almache Nombre de los integrantes del grupo: Suley Cárdenas, Sthefany Ordóñez, Pablo Ramos, Juan Diego Sarmiento, Henry Serrano Fecha de entrega: 01 de Diciembre del 2020

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Contenido I.

Introducción ............................................................................................................................... 4

II.

Objetivos .................................................................................................................................... 4

III. Marco Teórico ............................................................................................................................. 4 Procedimiento ................................................................................................................................... 8 Metodología .................................................................................................................................... 10 Resultados ....................................................................................................................................... 10 Conclusiones .................................................................................................................................... 10 Recomendaciones ............................................................................................................................ 11

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I.

Introducción La permeabilidad es una de las propiedades más importantes, que modifican el comportamiento del suelo, de ahí su estudio. La permeabilidad es la mayor o menor facilidad con la que el agua cruza el suelo. Depende de varios factores, tales como: la relación de los huecos, es decir, el tamaño de los poros y su forma de las partículas, todo esto es una función de la granulometría. 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. Este fenómeno es gobernado por las mismas leyes físicas en todos los tipos de suelos y la diferencia en el coeficiente de permeabilidad en tipos de suelos extremos es solo una cuestión de magnitud. El presente informe aborda información fundamental acerca de la permeabilidad de los suelos, conceptos básicos y estudiados en la materia de Geotecnia y Cimentaciones, el objetivo principal fue desarrollar un ensayo practico para determinar la permeabilidad de un suelo mediante un ensayo de laboratorio.

II.

Objetivos •

Determinar la permeabilidad que presenta la muestra de un suelo mediante la aplicación de procedimientos en el laboratorio para conocer las características hidráulicas del suelo en estudio.

•

Analizar los resultados obtenidos en el laboratorio mediante cálculos algebraicos básicos que permitan describir la muestra de suelo y el comportamiento que puede tener en campo como material de construcción.

•

Realizar una investigación bibliográfica sobre la permeabilidad de los suelos para reforzar los conocimientos obtenidos en el laboratorio y de este modo complementar las características que posee el material.

III.

Marco Teórico Definición de Permeabilidad Es la capacidad que presenta un suelo para permitir el paso de un líquido o gas, a través de él, sin que altere su estructura interna. Se puede decir que un material es permeable si deja pasar a través de sí mismo una cantidad considerable de fluido en una cantidad de tiempo dado, de igual forma el suelo puede llegar a ser impermeable si la cantidad de fluido que es capaz de pasar, es despreciable (Angelone, 2006). La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos: •

La porosidad del material.

•

La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura.

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•

La presión a que está sometido el fluido.

Para ser permeable un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez tales deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos a través del material. La permeabilidad de los suelos depende de varios factores: viscosidad del fluido, distribución del tamaño de los poros, distribución granulométrica, relación de vacíos, rugosidad de las partículas minerales y grado de saturación del suelo (Angelone, 2006). En la siguiente figura se encuentran los valores típicos de permeabilidad para suelos saturados:

Ilustración 1Valores de permeabilidad

Importancia de la Permeabilidad de un suelo La permeabilidad es una de las propiedades de ingeniería más importantes del suelo y es una solución para una serie de problemas de ingeniería civil que se encuentran en la construcción (GeologiaWeb, 2019). Algunos de ellos son: 1) Determinación de la profundidad de cimentaciones 2) Filtración debajo de las estructuras de tierra 3) Filtración a través de las estructuras terrestres. 4) El rendimiento de los pozos. 5) Control de la estabilidad hidráulica de las masas. 6) Para diseñar filtros en estructuras hidráulicas para evitar socavones

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Coeficiente de Permeabilidad Es una característica de los suelos, específicamente tiene que ver con la Ley de Darcy, la misma que se refiere al flujo de fluidos a través de los suelos. El coeficiente de permeabilidad, se representa generalmente por la letra “K”, varia de forma extrema según el tipo de suelo. El coeficiente de permeabilidad depende del tamaño de partícula, la estructura de la masa del suelo, la relación de pros, las propiedades del agua, la forma de la partícula, las impurezas del agua, el agua adsorbida, etc (Barcena, 2006). 𝐾=

𝑉∗𝐿

𝐻∗𝐴∗𝑡

Donde: K= Coeficiente de permeabilidad. V= Volumen de agua recolectado a la salida. L= Longitud de la muestra. H= Diferencia de nivel. A= Área transversal de la muestra. T= Tiempo de ensayo. Ensayo de Permeabilidad – Carga Constante La prueba de carga constate, se usa para determinar coeficientes de permeabilidad de suelos de granos gruesos, tales como gravas y arenas con valores de k mayores a 10m/seg. El aparato usado recibe el nombre de permeámetro de carga constante. La muestra de suelo se introduce en un cilindro de plástico transparente de metacrilato de metilo con filtros de malla de alambre y grava por encima y por debajo. En la pared lateral del cilindro existen varios puntos de conexión de manómetros para tomar diferentes lecturas de pares de cargas de presión. El agua que fluye a través de la muestra proviene de un tanque o depósito diseñado para mantener una carga constante, y la cantidad de agua se mide pesando el recipiente recolector (Barcena, 2006). El volumen total de agua Q recolectada se expresa como: 𝑄 = 𝐴𝑣𝑡 = 𝐴(𝑘𝑖)𝑡 Donde: A: área de la sección transversal de la muestra de suelo t: duración de la recolección del agua

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Ademas, como: 𝑖=

ℎ 𝐿

Donde L: longitud del espécimen, por sustitución se obtiene: ℎ 𝑄 = 𝐴 (𝑘 ) 𝑡 𝐿 O

𝑘=

𝑄𝐿

𝐴ℎ𝑡

Ilustración 2 Ensayo de Carga constante

Ensayo de Laboratorio – Carga Variable Aquellos ensayos realizados en perforaciones constituyen una manera de obtener la permeabilidad in situ. Se pueden citar dos clases de ensayos de carga variable: •

Carga Variable Decreciente.

•

Carga Variable Creciente.

Estos métodos son usados solamente cuando la permeabilidad del suelo sea lo suficientemente baja, para así determinar un nivel de agua certero, por ejemplo, limos y arcillas. En el ensayo de carga decreciente el flujo recorre desde la perforación hacia el suelo que lo rodea, en la carga creciente el agua fluye desde los alrededores hacia el pozo (GeologiaWeb, 2019).

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Ilustración 3 Ensayo de Carga Variable

Ensayo de Laboratorio – Carga Variable Decreciente La perforación es llenada con agua, la misma que luego podrá filtrarse hacia el suelo. La tasa de cambio de nivel superficial de agua se observa midiendo la profundidad del nivel de agua por debajo del extremo superior de la perforación a 1,2 y 5 minutos luego de haber comenzado el ensayo y posterior a esto, en intervalos de 5 minutos hasta que la diferencia entre dos lecturas sea despreciable o el número de lecturas sea capaz de arrojar de forma satisfactoria la permeabilidad (GeologiaWeb, 2019). Ensayo de Laboratorio – Carga Variable Creciente Consiste en dejar fluir el agua dentro del pozo, midiendo la tasa de cambio en el nivel de agua en el pozo se tome muy pequeño. Los intervalos de lectura varían de acuerdo a la permeabilidad del suelo y nunca son menores a 5 minutos (Barcena, 2006).

Procedimiento -Se coloca el cilindro del permeámetro en la base, verificando que se encuentre el empaque respectivo y en el interior la primera piedra porosa y papel filtro. -Se coloca el material fino el cual debe ser compactado de manera uniforme.

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-Sobre el suelo compactado se coloca papel filtro, la segunda piedra porosa y el empaque sobre el cilindro del permeámetro; se cierra el sistema del permeámetro colocando la cimbra y atornillando la tapa del permeámetro procurando que su sellado sea hermético. -Se toman los datos L que es la longitud que ocupa el suelo y el diámetro del cilindro. -Se mide el diámetro de la bureta para poder determinar su área. -Se conecta la carga por presión de agua por medio de una bureta a una altura h que se mide y servirá como dato para el ensayo; conectada a una manguera que une el extremo libre a la entrada del permeámetro. -Se espera que el suelo se sature y que el permeámetro tenga un caudal de salida constante sin cortes bruscos para empezar a tomar datos. -Se determina una altura h1 en la bureta, se toma una distancia en la bureta, por ejemplo, cada 8 cc y se calcula el tiempo en el que el agua tardó en atravesarlo, siendo esta una h2. -Al final de cada ensayo se mide la temperatura del agua. -El coeficiente de viscosidad depende de la temperatura del agua y se obtiene mediante la siguiente tabla:

Ilustración 4: Viscosidad dinámica del agua a varias temperaturas

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Metodología La metodología de este ensayo se lo realiza por medio de la observación, debido a que, a través de un cronómetro, se calcula el tiempo en el que el agua baja de un punto a otro, obteniendo de esta manera el tiempo en que el agua tarda en recorrer cierto espacio, para de esta manera, tomar los datos para obtener el coeficiente de permeabilidad.

Resultados ENSAYO DE PERMEABILIDAD FECHA NOMBRE

24/4/2020 Suley Cárdenas - Sthefany Ordóñez - Pablo Ramos - Juan Diego Sarmiento - Henry Serrano

Densidad de la muestra

1,509 gr/cm3

Diámetro del Permeámetro

6,3 cm Promedio

31,17253 cm2

Volumen de la Muestra

67,000 cm3

Hora

24/2/2020 24/2/2020 24/2/2020

8:20 8:24 8:34

Lectura cc 8 16 24

Volumen Total Circulado Ing. Santiago Coronel Jefe del Laboratorio

Tem. ºC 14 15 16

22% 7,5 cm

Altura del Permeámetro

cm 6,3 cm

Área del Permeámetro

Fecha

Humedad de Compactación

Promedio Área de la Bureta Diámetro de la Bureta

Tiempo SEG 286 600 960

Altura cm 62,500 58,000 53,500

48

cc

Permeab. cm/seg 0,000696010 0,000384510 0,000275949

T. Prom. ºC 15 15 15 Promedio :

cm 7,5 cm 1,76 cm2 1,49 cm

Correc. viscoc. 0,001139 0,001139 0,001139

P. 20ºC cm/s 0,0000008 0,0000004 0,0000003 0,0000005

Atanasio Jara Laboratorista

Conclusiones Al analizar a profundidad el ensayo realizado, se puede concluir que los resultados obtenidos son lógicos y coherentes a lo esperado. En el laboratorio se aplicaron los conocimientos adquiridos en clase teniendo en cuenta la importancia que este procedimiento tiene para la vida profesional del ingeniero, al permitir conocer qué tan apto es un suelo para una actividad particular y a partir de ahí, tomar las medidas necesarias. De este modo, para determinar el coeficiente de permeabilidad del suelo estudiado, se tomaron tres tiempos y tres volúmenes, a partir de los cuales, se calcularon tres coeficientes de permeabilidad, valores muy cercanos por supuesto, y luego se promediaron. Así el valor que se obtuvo para k, se obtuvo un 𝑐𝑚 coeficiente de permeabilidad de 𝑘 = 0,0000005 . 𝑠 De acuerdo con la tabla del libro “Soil Mechanics Fundamentals” (Ishibashi-Hazarika) y los resultados obtenidos, nuestro suelo tiene 5x10-7 cm/s ya que los resultados están dentro del intervalo entonces se puede considerar arena o arena fina. La tabla se muestra a continuación:

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Recomendaciones

IV.

•

La permeabilidad no depende de la cantidad de poros de la muestra de suelo obtenido, si no de su granulometría.

•

Para efectuar estos ensayos las muestras deben estar saturadas.

•

Estos procedimientos no deben hacerse con muestras de arcillas.

Bibliograf Bibliografía ía

Angelone, I. S. (2006). Permeabilidad de Suelos . Rosario. Barcena, A. (2006). Ensayos de permeabilidad en materiales de baja permeabilidad compactados. Lima. GeologiaWeb.

(2019).

Geología.

Obtenido

de

https://geologiaweb.com/ingenieria-

geologica/permeabilidad-suelo/

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