ensayo de permeabilidad
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UNIVERSIDAD
PRIVADA DE TACNA
ENSAYO DE PERMEABILIDAD
CURSO :
Mecánica de Suelos I
DOCENTE :
Ing. Carmen Ortiz
ALUMNO :
Joseph Lipa Flores
TACNA - 2014
Ensayo de Permeabilidad
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INDICE
I. CONCEPTO......................................................................................................Pág 3
II. IMPORTANCIA DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD.....................................Pág 3
III. FACTORES QUE AFECTAN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO...................Pág 5
IV. RELACION DE LA PERMEABILIDAD CON LA ESTRUCTURA Y TEXTURA DEL
SUELO..............................................................................................................Pág 5
V. FORMAS DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD...............................................Pág 6
VI. TIPOS DE ENSAYO DE PERMEABILIDAD......................................................Pág 9
VII. MEDICION DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN LABORATORIO.........Pág 10
VIII. MEDICION DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN CAMPO......................Pág 10
IX. DETERMINACION DE LOS COEFICIENTES DE PERMEABILIDAD...............Pág 16
X. CONCLUSIONES..............................................................................................Pág 18
XI. RECOMENDACIONES……………………………………………………………...Pág 18
XII. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….Pág 19
XIII. VIDEO DE SUSTENTACION……………………………………………………….Pág 19
Ensayo de Permeabilidad
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INTRODUCCION
Uno de los estudios geotécnicos importantes a realizar antes de la construcción,
es la determinación de lapermeabilidad del suelo.
En caso de que hubiere agua subterránea en movimiento, en régimen permanente
u ocasional, debe determinarse la permeabilidad de dicho terreno. No siempre las
mediciones de permeabilidad hechas con muestras de laboratorio son confiables
ni concluyentes sobre el comportamiento del terreno. Por ello es preciso efectuar
ensayos in situ.
Estas mediciones son puntuales y mediante ellas se practican perforaciones para
la obtención de valores indicativos de la permeabilidad del suelo.
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ENSAYO DE PERMEABILIDAD
I. CONCEPTO
El ensayo de permeabilidad es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo
para realizar un reconocimiento geotécnico. Existen diferentes formas de
ensayo que pueden agruparse en tres: ensayos de permeabilidad en calicatas,
en sondeos y en pozos.
En cualquier caso, se obtiene la permeabilidad media de la zona afectada por
el ensayo, que varía entre unos decímetros a centenares de metro. Siempre
existe la incertidumbre sobre la razón de anisotropía en permeabilidad del
terreno y, en terrenos formados por varios materiales, sobre las relaciones
entre las permeabilidades de cada uno. Con determinadas disposiciones de
ensayo, es posible obtener datos que permitan la estimación de estas
razones, pero en general es un factor desconocido en la interpretación del
ensayo.
El CTE menciona dos de los ensayos empleados más usados para medir la
permeabilidad del terreno ensondeo ( in situ), donde se describen los métodos
e indicaciones de uso; éstos son: Ensayo de Lefranc y Ensayo de Lugeon.
II. IMPORTANCIA DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD
A. Permeabilidad es la propiedad que
tiene el suelo de transmitir el agua y
el aire y es una de las cualidades
más importantes que han de
considerarse para la piscicultura. Un
estanque construido en suelo
impermeable perderá poca agua por
filtración.
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B. Mientras más permeable sea el
suelo, mayor será la filtración.
Algunos suelos son tan
permeables y la filtración tan
intensa que para construir en ellos
cualquier tipo de estanque es
preciso aplicar técnicas de
construcción especiales. En un
volumen de esta colección que
aparecerá próximamente se
ofrecerá información sobre dichas
técnicas.
C. Por lo general, los suelos se
componen de capas y, a menudo, la
calidad del suelo varía
considerablemente de una capa a
otra. Antes de construir un
estanque, es importante determinar
la posición relativa de las capas
permeables e impermeables. Al
planificar el diseño de un estanque
se debe evitar la presencia de una
capa permeable en el fondo para
impedir una pérdida de agua
excesiva hacia el subsuelo a causa
de la filtración.
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D. Los diques del estanque se deben construir con un tipo de suelo que
garantice una buena retención del agua. La calidad del suelo tendrá que
comprobarse, repetimos, teniendo presente ese aspecto.
III. FACTORES QUE AFECTAN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO
Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata
de factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar
valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un
estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable
comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del
suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por
capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la
roca madre y la capa de arcilla, constituyen la base para decidir si es probable
que las mediciones de la permeabilidad sean representativas.
Nota: ya sabe usted que el suelo está constituido por varios horizontes, y que,
generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades físicas y químicas
diferentes. Para determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe
estudiar cada horizonte por separado.
IV. RELACION DE LA PERMEABILIDAD CON LA TEXTURA Y ETRUCTURA
El tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la
tasa de filtración (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa
de percolación (movimiento del agua a través del suelo). El tamaño y el
número de los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura
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del suelo y también influyen en su permeabilidad.
A. Variación de la permeabilidad según la textura del suelo
Por regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea
la textura del suelo, más lenta será la permeabilidad:
SUELO TEXTURA PERMEABILIDAD
Suelos arcillosos Fina De muy lenta a muy rápida
Suelos limosos
Moderadamente fina
Moderadamente gruesa
Suelos arenosos Gruesa
B. Variación de la permeabilidad según la estructura del suelo
La estructura puede modificar considerablemente las tasas de
permeabilidad mostradas anteriormente de la forma siguiente:
Existe la práctica general de alterar la estructura del suelo para reducir la
permeabilidad, por ejemplo, en la agricultura de regadío mediante
la pudelación de los campos de arroz, y en la ingeniería civil mediante la
compactación por medios mecánicos de las presas de tierra. Se pueden
aplicar prácticas similares en los estanques piscícolas con miras a reducir la
filtración de agua.
V. FORMAS DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD
A. Ensayos en calicatas
En calicatas, es posible la realización de ensayos de permeabilidad
mediante llenado de agua hasta una cota superior al nivel
freático circundante, y luego midiendo el descenso del nivel de agua en la
cata con el tiempo, o bien achicando el agua del interior y dejando
Tipo de estructura Permeabilidad
Laminar Gran traslapo De muy lenta a muy rápida
Ligero traslapo
En bloque
Prismática
Granular
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posteriormente recuperar el nivel.
En cualquier caso, el ensayo permite, mediante la aplicación de la
formulación correspondiente, estimar el coeficiente de permeabilidad
midiendo el tiempo de recuperación.
B. Ensayos en sondeos
Las mismas variantes de ensayo son posibles en sondeo (ensayos
Lefranc). Para el ensayo, se levanta algo la entubación, dejando una
porción de sondeo en el fondo sin entubación lateral. A continuación se
realiza el ensayo, en cualquiera de sus modalidades (carga fija o variable,
alimentación o achique de agua).
En el caso de ensayos de carga constante, se mantiene el nivel de agua
en el sondeo mediante la adición de un determinado caudal. El caudal que
se filtra, depende de la permeabilidad, de la forma:
siendo H la diferencia de niveles de agua entre el interior del sondeo y el
nivel freático, y k el coeficiente de permeabilidad del suelo. El factor de
proporcionalidad, n, depende de las condiciones de control de cada caso
(diámetro del sondeo, longitud de la zona sin entubación, proximidad de
estratos impermeables, etc.),
para
para
En el caso de ensayos de carga variable, se mide lo que desciende el
nivel de agua en un tiempo determinado. La expresión correspondiente es:
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siendo y los valores de H en los tiempos y
respectivamente, el diámetro de la entubación en la zona de
oscilación del nivel de agua. Los valores de n varían según las
características de la entubación y del terreno en que se realiza.
Los resultados de los ensayos son muy sensibles a algunos factores de la
ejecución como la limpieza del fondo del sondeo, la posibilidad de
filtraciones por el contacto de la tubería y el terreno, etc.
Otros ensayos en sondeo son los denominados ensayos Lugeon,
consistentes en inyectar agua a presiones crecientes, en un tramo limitado
por dos obturadores.
Se define launidad Lugeon como la permeabilidad que permite la admisión
de 1 litro de agua por minuto y por metro lineal de sondeo, a una presión
de 1 MPa (10 kp/cm²).
Este ensayo se emplea en macizos rocosos, para definir la inyectabilidad
de cimientos de presas de fábrica.
C. Ensayos en pozos
Cuando la permeabilidad del terreno es un factor crítico, como ocurre en
grandes excavaciones bajo el nivel freático, el método más fiable es la
ejecución de ensayos de bombeo en pozo, en régimen transitorio o
permanente.
Se trata de ensayos costosos, pues implican la excavación del pozo de
bombeo, y de los sondeos para alojamiento de los piezómetros que
permitan medir la evolución de la superficie libre del agua a distintas
distancias del pozo.
La interpretación de los resultados del ensayo depende de las condiciones
de contorno en cada caso particular.
Tanto el diseño del ensayo como la supervisión de su ejecución y su
interpretación, requieren la intervención de técnicos especialistas en el
tema.
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VI. TIPOS DE ENSAYO DE PERMEABILIDAD
A. Ensayo de Lefranc
Ensayo de carga constante o variable; se lo emplea para medir
el coeficiente de permeabilidad en suelos permeables o
semipermeables, de tipo granular, situados por debajo del nivel freático y
en rocas muy fracturadas. Consiste en rellenar de agua el sondeo y medir
el caudal que se necesita para mantener constante el nivel (ensayo a
régimen permanente); o se mide la velocidad de descenso del nivel de
agua (ensayo a régimen variable).
Se mide el caudal de admisión cada 5 minutos manteniendo en la boca del
sondeo el nivel constante durante 45 minutos. Si la admisión es muy alta,
se mide por minuto durante 20 minutos y luego cada 5 minutos hasta
completar los 45'.
Este ensayo, antes de medir tiempos y caudales, requiere que el sondeo
se llene de agua, controlando que el aire es expulsado y luego se
estabiliza el nivel y velocidad de descenso, lo cual indica que ya se ha
logrado el régimen permanente.
B. Ensayo de Lugeon
Ensayo a efectuar en terreno rocoso.En los macizos rocosos la
permeabilidad representa una de las características de mayor variabilidad
dentro de la misma formación rocosa. Es por ello que, al cuantificar la
permeabilidad lo que se obtiene es un orden de magnitud.
Este ensayo se efectúa en el interior de sondeos, es un procedimiento
muy difundido que sirve para calcular el coeficiente de permeabilidad en
profundidad. Su aplicación es muy útil para valorar la permeabilidad global
de un macizo rocoso, por ello se lo usa en terrenos poco permeables y
cohesivos.
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Consiste en la medida del volumen de agua que se puede inyectar en un
tramo del sondeo, de longitud L , durante un tiempo T y a una determinada
presión H que ha de mantenerse constante.
El tramo donde se va a realizar el procedimiento se aísla mediante un
obturador superior, y es el fondo del sondeo que actúa como obturador
inferior.La permeabilidad obtenida se expresa en unidades Lugeon (Lg).La
unidad Lugeon vale 1 litro por minuto y metro, bajo una presión de 10
kg/cm2 ; esto equivale aproximadamente 1 × 10 -7 m/s.
VII. MEDICIION DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN EL LABORATORIO Para la ingeniería civilse basan en el coeficiente de permeabilidad. Cuando
usted lleva una muestra no alterada a un laboratorio de análisis para medir la
permeabilidad, se toma una columna de suelo y se somete a condiciones
determinadas, tales como saturación de agua y una carga de agua constante.
El resultado lo recibirá en forma de tasa de permeabilidad o de coeficiente de
permeabilidad.
Clases de permeabilidad de los suelos
Coeficiente de permeabilidad (K en m/s)
Límite inferior Límite superior
Permeable 2x10-7 2x10-1
Semipermeable 1x10-11 1x10-5
Impermeable 1x10-11 5x10-7
VIII. MEDICIÓN DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN EL CAMPO
Para medir la permeabilidad del suelo en el campo, usted puede recurrir a una
de las pruebas siguientes:
A. Evaluación visual de la tasa de permeabilidad del horizonte del suelo
La permeabilidad de los distintos horizontes del suelo se puede evaluar
mediante el estudio visual de determinadas características del suelo, que,
según han demostrado los edafólogos, guardan estrecha relación con las
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clases de permeabilidad. El factor más importante para evaluar la
permeabilidad del suelo es la estructura, su tipo, grado y características de
agregación, tales como la relación entre la longitud de los ejes horizontal y
vertical de los agregados y la dirección y el grado del traslapo.
Si bien ni la textura del suelo ni las manchas de color constituyen por sí
solas indicios confiables, estas propiedades del suelo también pueden
ayudar a estimar la permeabilidad cuando se les considera conjuntamente
con las características estructurales. Para evaluar visualmente la
permeabilidad de los horizontes de suelo, haga lo siguiente:
Examine un perfil de suelo no alterado en una calicata.
Determine los horizontes de suelo presentes.
Utilizando el Cuadro 17A, evalúe la clase de permeabilidad que
corresponde a cada horizonte y estudie cuidadosamente las
características estructurales del suelo.
Confirme sus resultados mediante las demás propiedades del suelo que
figuran en el Cuadro 17B.
En el Cuadro 15 se puede encontrar la amplitud de variación de las
tasas de permeabilidad.
CUADRO 17A: Indicadores visuales de permeabilidad; características estructurales del suelo.
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CUADRO 17B: Indicadores visuales de permeabilidad: textura, comportamiento físico y color del suelo
B. Ensayo sencillo para estimar la permeabilidad del suelo
1º Excave un hoyo hasta la altura de la cintura.
2º En las primeras horas de la mañana llénelo de agua hasta el borde;
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3º Por la noche, parte del agua se habrá filtrado en el suelo.
4º Vuelva a llenar el hoyo de agua basta el borde y cúbralo con tablas o ramas frondosas.
5º Si a la mañana siguiente la mayor parte del agua permanece en el hoyo, la permeabilidad del suelo es apta para construir un estanque piscícola en ese lugar.
6º Repita este ensayo en diferentes lugares las veces que sea necesario de acuerdo con la calidad del suelo
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C. Ensayo más preciso de campo para medir las tasas de permeabilidad 1º Examine cuidadosamente los dibujos que hizo al estudiar los perfiles del
suelo.
2º Excave un hoyo de aproximadamente 30
cm de diámetro hasta alcanzar el horizonte
superior menos permeable.
3º Recubra completamente las paredes del
hoyo con arcilla pesada mojada o revístalas con
una lámina de material plástico, si dispone de
ella, para impermeabilizarlas.
4º Vierta agua en el hoyo hasta que ésta alcance unos
10 cm de profundidad.
5º Al principio el agua se filtrare con bastante
rapidez y tendrá que reponerla a medida que
desaparece. La filtración disminuirá cuando los
poros del suelo se saturen de agua. Entonces
podrá medir la permeabilidad.
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6º Cerciórese de que el agua contenida en el hoyo
tiene unos 10 cm de profundidad como antes. Si
no es así, añada agua hasta alcanzar esa
profundidad.
7º Introduzca en el agua una vara de medir y
anote la profundidad exacta del agua en
milímetros (mm).
8º Compruebe el nivel del agua en el hoyo cada
hora, durante varias horas. Anote la tasa de
filtración por hora. Si el agua se filtra con
demasiada rapidez, añada agua hasta alcanzar
nuevamente el nivel de 10 cm. Mida con sumo
cuidado la profundidad del agua.
9º Cuando las mediciones por hora sean casi iguales, la tasa de permeabilidad
es constante y puede dejar de medir.
10º Si hay grandes diferencias en la filtración por hora, continúe añadiendo agua
en el hoyo para mantener la profundidad de 10 cm hasta que la tasa de
filtración se mantenga casi igual.
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NOTA: compare los valores de filtración con la siguiente tabla para saber
TASA DE PERMEABILIDAD EN mm/h
APTITUD DEL HORIZONTE PARA FONDO
Inferior a 2 Infiltración aceptable: suelo apto
2 - 5 Infiltración rápida: el suelo es apto SOLO si la infiltración se debe a la estructura del suelo que desaparecerá cuando se llene el estanque
5 - 20 Infiltración excesiva: suelo no apto a menos que pueda reducirse la infiltración como se describe infra
IX. DETERMINACION DE LOS COEFICIENTES DE PERMEABILIDAD Para obtener una medición más exacta de la permeabilidad del suelo, puede
realizar el siguiente ensayo de campo que le dará un valor para el coeficiente
de permeabilidad:
1º Utilizando una barrena de sondeo, perfore en el
suelo un hoyo de aproximadamente 1 m de
profundidad (A), en el lugar donde desea
determinar el coeficiente de permeabilidad.
2º Llene el hoyo de agua hasta el borde (B/C).
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3º Durante por lo menos 20
minutos (B/C), vuelva a llenar
el hoyo hasta el borde cada
cinco minutos para asegurarse
de que el suelo está
completamente saturado
4º Añada agua basta el borde del
hoyo y empiece a medir la
velocidad a que baja la
superficie del agua, utilizando
un reloj para medir el tiempo y
una regla graduada en
centímetros para medir la
distancia (P) entre la superficie
del agua y el borde del hoyo
(D). Deje de medir cuando la
velocidad sea casi constante
EJEMPLO:
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CÁLCULOS
Donde:
K = coeficiente de permeabilidad
V = Vol. 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
X. CONCLUSIONES
El suelo que se utiliza en el aparato de permeabilidad nunca es igual al
suelo que se tiene en el terreno, siempre está algo alterado.
Se trabajó con una material granular para que la muestra se sature más
rápido en el laboratorio.
En caso de haber trabajado con limos o arcillas, la muestra tardará más en
saturarse.
Para analizar la permeabilidad de la muestra, la muestra debe quedar
completamente saturada.
XI. RECOMENDACIONES
Utilizar el equipo necesario para la prueba de permeabilidad en laboratorio.
Se debe dejar saturar la muestra durante 72 hrs. como mínimo para que el
material este perfectamente saturado.
Etiquetar cada uno de los suelos, capsulas según sea el caso.
Llevar una seguimiento adecuado del ensayo de permeabilidad en campo,
para que los datos recogidos sean los más óptimos.
K = V*L_ H*A*t
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XII. BIBLIOGRAFIA
http://www.structroad.com/files/pdfs/norma-inv-e-130-07-permeabilidad-
suelos972064575.pdf
http://www.buenastareas.com/ensayos/Ensayo-Permeametro-De-Cabeza-
Constante-y/2419099.htm
ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/general/x6706s/x6706s09.htm
XIII. VIDEO DE SUSTENTACION
https://www.youtube.com/watch?v=3TmuD0qGvwQ