ivestigacion sobre permeabilidad
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FACULTAD DE INGENIERIA ESPECIALIDAD INGENIERÍA CIVIL
MECANICA DE SUELOS I
TEMA:
“IVESTIGACION SOBRE ENSAYOS DE PERMEABILIDAD”
ALUMNO : YACOLCA VILCAPOMA, Deyvi.
DOCENTE: Ing. VIDAL VÍCTOR CALSINA COLQUI
CICLO : V
SECCION : A2
Huancayo - 2012
I.- TITULO DEL PROYECTO:
AREA DE INVESTIGACION: MECANICA DE SUELOS I
TEMATICA:
ENSAYOS DE PERMEABILIDAD
“Ensayos de permeabilidad; descripción de los ensayos de campo y de laboratorio.”
II.- PLANTEAMIENTO DE LA TEMÁTICA A ABORDAR:
¿Cuáles son los ensayos de permeabilidad de campo?
¿Cuáles son los ensayos de permeabilidad de laboratorio?
¿En qué consisten los ensayos de permeabilidad de campo y de laboratorio?
¿Para qué sirven estos dos tipos de ensayos?
2.1- FORMULACION DE HIPOTESIS:
Existen los ensayos de LUGEON, LEFRANC Y SCHNEEBELI, que son para los ensayos de permeabilidad de campo.
Para los ensayos de permeabilidad de laboratorio existen los de carga constante para suelos granulares y de carga variable para suelos cohesivos.
Los ensayos consisten en medir, calcular y predecir la permeabilidad del suelo usando instrumentos graduados y el agua propiamente dicha para su respectiva medición.
Sirven para evaluar la condición del suelo, y así poder tomar decisiones para su futuro uso en el campo de las obras civiles, ya sea en la mejora del suelo, o su uso final sin necesidad de mucha modificación de las propiedades naturales del suelo por tener propiedades ideales para lo que se quiere usar.
III.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION:
3.1.- OBJETIVOS GENERALES:
Definir, que es el ensayo de permeabilidad de campo y de laboratorio.
Dar a conocer los tipos de ensayos de permeabilidad
3.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Describir en qué consiste los ensayos de permeabilidad de campo y de laboratorio.
Como hacer ensayos de permeabilidad de campo y de laboratorio.
IV.- ESTRATEGIA DE LA INVESTIGACION:
Buscare toda la información posible que pueda encontrar en los libros, internet, así como la guía de los profesionales en el campo de la materia. Con la ayuda de mis objetivos filtrare la información que necesitare para lograr mis fines académicos, por medio de la inducción, deducción, análisis, síntesis y resumen.
V.- ANTECEDENTES TEORIOS Y DISCUSION BIBLIOGRAFICA:
5.1.-PERMEABILIDAD.- es la facultad con la que el agua pasa por los poros, tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a encontrar en muchas operaciones constructivas, como lo son por ejemplo, las excavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un terraplén, de allí su importancia de estudio y determinación.
FUENTE: UNIVERSIDAN NACIONAL DEL ROSARIO, GEOLOGIA Y GEOTECNIA, PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS, Mg Ing SILVIA ANGELONE.
5.2.-ENSAYOS DE PERMEABILIDAD DE CAMPO:
5.2.1 ENSAYO DE LUGEON:
Es un ensayo en campo que se realiza con sondeos, únicamente en rocas consolidadas, para medir la permeabilidad. Consiste en medir el volumen de agua (V) que se inyecta durante un tiempo (t), es decir, el caudal Q= V/t en un tramo de sondeo de longitud (L) a una presión (Ht).
Con este ensayo se busca tener una idea de la permeabilidad en grande, es decir, la debida a las fisuras de la roca o del material granular cementado en estudio.
Supongamos una perforación invadida hasta una cierta profundidad, a partir de esta se perforan unos 5 metros y luego se fija un obturador en la parte superior de este tramo virgen y se inyecta agua a presión con una bomba. Un manómetro colocado en la boca del pozo, un contador de agua y una válvula de descarga, permiten medir los caudales inyectados.
Supongamos una perforación invadida hasta una cierta profundidad, a partir de esta se perforan unos 5 metros y luego se fija un obturador en la parte superior de este tramo virgen y se inyecta agua a presión con una bomba. Un manómetro colocado en la boca del pozo, un contador de agua y una válvula de descarga, permiten medir los caudales inyectados a una presión dada.
El ensayo es hecho en cinco estados, en los cuales la presión con la que el agua es inyectada, varía entre cada uno de ellos. Antes de empezar, se define la presión máxima que va a ser utilizada, esta no debe exceder la presión de confinamiento esperada de la profundidad de la perforación; sobre esta presión máxima se trabaja durante el ensayo para no generar fracturas en la roca a causa de la presión generada por el agua.
Cada estado consiste en bombear cuanta cantidad de agua sea necesaria para mantener definida y constante la presión de la misma,
esto se hace, generalmente, en intervalos de 10 minutos. Esta presión es incrementada en cada estado subsecuente, hasta llegar a la presión máxima ya establecida. Una vez ésta es alcanzada, la presión del agua debe ser reducida pasando por las mismas presiones de los estados anteriores.
Los cinco estados son:
Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5
Bajo 0.50*PMAX
Medio 0.75*PMAX
MáximoPMAX
Medio 0.75*PMAX
Bajo 0.50*PMAX
Siendo PMAX la presión máxima definida a la cual el agua debe ser inyectada.
Para conocer la permeabilidad en el macizo rocoso, se tiene entonces la ecuación:
Dónde: k: permeabilidad. Q: velocidad constante del flujo en la perforación. L: longitud del tramo ensayado. Ht: presión de sobrecarga a la profundidad del ensayo/ peso especifico del agua. r: radio de la perforación de prueba.
Es común para este ensayo expresar la permeabilidad del macizo rocoso en lugeons.
Un Lugeon (Lg) es una unidad equivalente a 1 litro por minuto y metro, bajo una presión de 10 kg/cm2; esto es aproximadamente igual a 1 × 10 -7 m/s. Es una unidad pequeña, y valores menores de un La indican en la práctica terrenos poco permeables.
Imágen 2.Tomada de: www.demecanica.com/Geotecnia
Ejemplo:
1. Calcular la permeabilidad de un macizo rocoso, en el cual se tomó una longitud de 6 m para realizar las perforaciones, cuyos radios fueron de 2.5 cm cada uno; el caudal fue de 0.0312 cm³ por segundo y la presión de sobrecarga de 15 m.
Reemplazando en la ecuación anteriormente presentada se obtiene:
k= (0.0312 cm³ / 2π*600cm*1500cm) * Log(600cm / 2.5cm)
k= 1.313 *10^ -8 cm/s
Es una permeabilidad muy baja, lo cual nos muestra que es una roca prácticamente impermeable.
5.2.2.- ENSAYO DE LEFRANC
Uno de las técnicas más sencillas (en cuanto a costos y trabajo) para hallar el coeficiente de permeabilidad en un suelo es el conocido ENSAYO DE LEFRANC. Este tipo de ensayo, a pesar de realizarse normalmente en perforaciones de pocos metros, es muy utilizado en Geotecnia.
El ensayo de Lefranc se utiliza en suelos permeables o semipermeables, de tipo granular, situados por debajo del nivel freático, y en rocas muy fracturadas.
Existen dos métodos para realizar el ensayo de Lefranc:
5.2.2.1.-NIVEL CONSTANTE: para este procedimiento se debe saturar primero el suelo hasta que el aire de los vacíos sea expulsado y con esto lograr que haya una infiltración más uniforme en el suelo, todo esto para que se pueda introducir un caudal conocido de manera que se mantenga un nivel constante dentro de la perforación. Cuando se estabiliza este proceso, con la medida conocida del caudal introducido, la longitud y el diámetro de la perforación, es posible calcular la permeabilidad de dicho suelo (ver ecuaciones y cálculos).
El caudal de admisión debe medirse cada 5 minutos, siempre logrando mantener el nivel constante dentro del sondeo durante aproximadamente 45 minutos.
5.2.2.2.-NIVEL VARIABLE: en este procedimiento lo que se hace es introducir o extraer un volumen de agua súbitamente en un sondeo1 y medir tiempo-cambio en la altura, con la medición de estos descensos en un tiempo determinado, se puede obtener la permeabilidad (ver ecuaciones y cálculos).
Si se desea es que el nivel del agua ascienda, lo que se hace frecuentemente es que en lugar de inyectar agua, se introduce una barra sólida que hace subir el nivel como si hubiéramos introducido un volumen de agua igual al volumen de la barra.
Modelo del ensayo por acabar
Entre mayor sea la permeabilidad del suelo ensayado, más rápido se volverá a recuperar el nivel.
Sondeo: perforaciones de pequeños diámetros que permite reconocer la naturaleza y localización de las diferentes capas del terreno, así como extraer muestras del mismo y realizar ensayos in situ.
Para este tipo de ensayo, se utilizan diámetros entre 5 a 10 cm.
5.3.- ENSAYOS DE LABORATORIO:
5.3.1.- CARGA CONSTANTE EN SUELOS GRANULARES:
En estos aparatos la cantidad de agua que fluye a través de una muestra de suelo, de dimensiones conocidas, en un tiempo determinado, puede ser medida.
Los niveles de agua a la entrada y la salida se pueden mantener constantes por medio de compuertas. La pérdida de carga h depende únicamente de la diferencia entre los niveles de agua el diámetro D y el largo L de la muestra pueden ser medidos.
El agua de salida es recogida en una probeta graduada y la cantidad de descarga Q es medida.Este permeámetro es utilizable a suelos relativamente permeables, por ejemplo limos arenas y gravas.
A continuación se muestran dos modelos de permeámetros y el cálculo de constante de permeabilidad K.
Permeámetro a
Permeámetro b
Para el cálculo de k se determina primero el caudal circulante una vez que el sistema se encuentra en régimen (la cantidad de agua que ingresa es igual a la que sale), midiendo un tiempo t en el cual se llena el recipiente de volumen V conocido.
Una vez obtenido el caudal y en función de las características del permeámetro, aplicando la ley de Darcy se obtiene.
a) b) ) c)
Reemplazando a, b, c y reordenando, obtenemos el valor de coeficiente de permeabilidad K.
En los ensayos de permeabilidad las fuentes más principales de error, son la formación de una pequeña capa de material finos en la superficie de la muestra, que actúa luego como filtro y la existencia y/o formación de burbujas de aire dentro de la muestra del suelo. Ambos errores reducen la permeabilidad. El error producido por la formación de un filtro puede ser eliminado midiendo la diferencia de cargas entre dos puntos situados en el interior de la muestra en la forma indicada en el permeámetro b.
5.3.1.- CARGA VARIABLE EN SUELOS COHESIVOS:
Este tipo de dispositivo brinda mayor precisión para suelos menos permeables como arcilla y limo.
En este caso la cantidad de agua escurrida es medida en forma indirecta por medio de la observación de la relación entre la caída del nivel de agua en un tubo recto colocado sobre la muestra y el tiempo transcurrid. La longitud L, el área A de la muestra y el área a del tubo recto son conocidos. En adición las observaciones deben ser hechas en no menos de 2 niveles diferentes de agua en el tubo recto.
Para la deducción del valor de K obsérvese el permeámetro de la figura siguiente, el que debe estar en régimen antes de efectuar cualquier medición.
Permeámetro para suelos cohesivos
Considere h1, como la altura de agua medida en un tiempo t1y h2 como la altura de agua medida en un tiempo de t2, H es la altura del agua intermedia en un tiempo t. la relación de flujo puede ser expresada como el área del tubo recto multiplicada por la velocidad de caída. La
velocidad de caída es: el signo negativo significa que la carga h disminuye al aumentar el tiempo. Haciendo la ecuación para este caso de acuerdo con la relación de flujo por la ley de Darcy se tiene:
Reordenando e integrando la ecuación
Se obtiene el valor de coeficiente de permeabilidad K, expresado en:
El principio de carga variable puede alterarse de muchas formas para obtener resultados en un amplio campo de tipos de suelos. Tipos diferentes de tubos rectos pueden usarse con mayores o menores áreas de acuerdo con la penetrabilidad de los materiales.
VI.- CONCLUSIONES:
Los ensayos sirven para determinar el coeficiente de permeabilidad de suelos “K” los cual nos ayuda a saber con que
tipo de suelo estamos trabajando, y si es o no es apto para las obras civiles que realizaremos.
Se usa agua desairada para minimizar el potencial de difusión de aire a través de la membrana dentro de la muestra.
Los ensayos de permeabilidad son: De lugeon, lefranc y shneebeli.
Los ensayos de laboratorio son: De carga constante en suelos granulares y de carga variable en suelos cohesivos.
La permeabilidad es la propiedad con la que el agua pasa a través de los poros de la roca o suelo.
VII.- BIBLIOGRAFIA:
Camilo Quiñones-Rozo, P.E. LUGEON TEST INTERPRETATION, REVISITED. [en linea] http://ussdams.com/proceedings/2010Proc/405-414.pdf
“Mecánica de Suelos” Lambe T. W – Whitman R. V, Limusa, 1972.
“Un Aparato para Realizar Ensayos de Permeabilidad y de Fractura Hidráulica en el campo” Alva Hurtado J.E. IV Congreso Nacional de Ingeniería Civil - Chiclayo – Perú, 1982.
http://ussdams.com/proceedings
Bliss, J., Rushton, K. (1984). The reliability of packer tests for estimating the hydraulic conductivity of aquifers. Q. J. Eng. Geol. Vol. 17, pp. 81-91.
Terzaghi, K., Peck, R., Mesri, G. (1996). Soil Mechanics in Engineering Practice. Third Edition. J. Wiley & Sons. New York, N.Y. pp. 72-73.
Estudios de seguridad en la presa Porce II. Tesis de Grado.
DICCIONARIO DE CIENCIAS DE LA TIERRA. Pág 277. [en línea] http://books.google.com.co.
http://www.geotechnique.info.