UNIVERSIDAD CATLICA DE LA SANTSIMA CONCEPCIN FACULTAD DE INGENIERA INGENIERA CIVIL GEOLGICA LABORATORIO DE GEOTECNIA

Concepcin - 2015 1

Laboratorio N 1 Permeabilidad

Profesor: Mauricio Jara Ortiz

Ayudantes: Karen Leal Nicole vila

1. Objetivo General

Conocer los permemetros y la forma de calcular el coeficiente de permeabilidad k.

2. Introduccin

2.1. Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad

El flujo de agua a travs de medios porosos, de gran inters en la mecnica de suelos,

est gobernada por una ley descubierta experimentalmente por Darcy en 1856. Darcy

investig las caractersticas del flujo del agua a travs de filtros, formados precisamente

por materiales trreos, lo cual es particularmente afortunado para la aplicacin de los

resultados de la investigacin a la mecnica de suelos.

Trabajando con dispositivos de diseo especial, Darcy encontr que para velocidades

suficientemente pequeas el gasto queda expresado por:

iAkdt

dvq Ec. 2.1

Donde,

A es el rea transversal de la seccin del filtro e i el gradiente hidrulico del flujo,

medido con la expresin:

L

hhi

21 Ec. 2.2

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La ecuacin de continuidad del gasto establece lo siguiente:

vAq Ec. 2.3

Siendo A el rea del conducto y v la velocidad del flujo. Llevando esta expresin a la

Ley de Darcy, se deduce que:

ikv Ec. 2.4

El intervalo en que la Ley de Darcy es aplicable, la velocidad del flujo (v) es

directamente proporcional al gradiente hidrulico (i); esto indica que, dentro del campo

de aplicabilidad de la Ley de Darcy, el flujo en el suelo es laminar.

En las ecuaciones anteriores, relacionadas con la Ley de Darcy, aparece una constante

fsica de proporcionalidad, k, llamada el Coeficiente de Permeabilidad del Suelo.

En cualquiera de esas ecuaciones puede verse que sus unidades son las

correspondientes a una velocidad (tngase presente que i es un concepto

adimensional). Esto se ha utilizado para definir en trminos simples el coeficiente de un

suelo como la velocidad del agua a travs del mismo, cuando est sujeta a un

gradiente hidrulico unitario. Es obvio que en el valor numrico de k se reflejan

propiedades fsicas del suelo, estando sujeta a un gradiente hidrulico dado.

Esta facilidad a su vez depende de toda una serie de propiedades fsicas del suelo y,

tambin de algunos factores tales como temperatura y otros ms.

3. Mtodos para medir el coeficiente de Permeabilidad en un Suelo.

El coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato cuya determinacin correcta es

de fundamental importancia para la formacin del criterio del proyectista en algunos

problemas de mecnica de suelos y, en muchos casos, para la elaboracin de sus

clculos.

Existen varios procedimientos para la determinacin de la permeabilidad de los suelos:

unos directos, as llamados porque se basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es

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la medicin de tal coeficiente; otros indirectos, proporcionados, en forma secundaria,

por pruebas y tcnicas que primeramente persiguen otros fines. Estos mtodos son los

siguientes:

A. Directos

Permemetro de Carga Constante.

Permemetro de Carga Variable.

Prueba directa de los Suelos en Sitio.

B. Indirectos

Clculo a travs de la Curva Granulomtrica.

Clculo a partir de la Prueba de Consolidacin.

Clculo con la prueba horizontal de capilaridad.

A continuacin veremos un poco de teora acerca de los permemetros, que es lo que

veremos en la prctica:

3.1. Permemetro de carga constante

Ofrece el mtodo ms simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese

suelo. Una muestra de suelo de rea transversal A y longitud L, confinada en un tubo,

se somete a una carga hidrulica h. El agua fluye a travs de la muestra, midindose la

cantidad de agua Q (en cm3) que pasa en el tiempo t.

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Figura 3.1 Permemetro de Carga Constante.

Aplicando la Ley de Darcy:

tiAkQ Ec. 3.1

Donde Q es la mencionada cantidad de agua que pasa en el tiempo t. Por otro lado, el

gradiente hidrulico medio es:

L

hi Ec. 3.2

Con

21 hhh Ec. 3.3

Entonces

tAh

LQk

Ec. 3.4

Este tipo de permemetro es aplicable para suelos friccionantes, ya que en suelos poco

permeables, el tiempo de prueba se hace tan largo, que deja de ser prctico, usando

gradientes hidrulicos razonables.

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3.2. Permemetro de carga variable

En este tipo de permemetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra

de suelo por diferencia de niveles en un tubo alimentador. Este permemetro puede ser

utilizado en suelos finos y gruesos variando el dimetro del tubo alimentador, pero lo

ms comn es utilizarlo con los suelos finos poco permeables.

Al ejecutar la prueba se llena de agua el tubo vertical del permemetro, observndose

su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra.

Figura 3.2 Permemetro de Carga Variable.

Para este caso, el coeficiente de permeabilidad se estima a travs de la siguiente

expresin:

2

1

h

hLn

tA

Lak Ec. 3.5

En donde a es el rea del tubo alimentador de carga vertical.

1. Objetivo General2. Introduccin2.1. Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad

3. Mtodos para medir el coeficiente de Permeabilidad en un Suelo.3.1. Permemetro de carga constante3.2. Permemetro de carga variable