DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD PARA UNA FORMA DE INTERPRETACION DE DATOS.

El ensayo determina el coeficiente de permeabilidad (K) de una muestra de suelo granular o cohesivo, entendiendo por permeabilidad, la propiedad de un suelo que permite el paso del agua a travs de sus vacos, bajo la accin de una carga hidrosttica. No todos los suelos tienen la misma permeabilidad, de ah que se los haya dividido en suelos arcillosos, donde la cantidad de escurrimiento del agua es pequea y lenta.

El grado de permeabilidad de un suelo, se mide por su coeficiente de permeabilidad, el cual se basa en la ley de propuesta por Darcy en el siglo XIX, la cual seala:

V= K * iDnde:

V = velocidad de escurrimiento de un fluido a travs del sueloK = coeficiente de permeabilidad propio y caractersticoi = gradiente hidrulico, el cual representa la relacin entre la diferencia de niveles (H) y la distancia (L) que el agua recorre

Independientemente de lo anterior, existe factores que influyen en la permeabilidad de un suelo, como por ejemplo la viscosidad del fluido ( Varia segn la temperatura ), el tamao, continuidad de poros y grietas a travs de los cuales para el fluido o la presencia de discontinuidades.En laboratorio, la medida del coeficiente de permeabilidad se realiza por medio de parmetros, los que pueden ser de nivel constante o nivel variable dependiendo del tipo de suelo analizado. La importancia de este coeficiente, es se suma importancia para poder determinar por ejemplo: la capacidad de las bombas para rebajar el nivel fretico en una excavacin para determinar la velocidad de asentamiento de una estructura al escurrir el agua entre otros.

METODOS PARA SUELOS GRANULARES. Este mtodo se conoce como ensayo de nivel de agua constante, se aplica generalmente a suelos granulares (arenas) y se consume una cantidad grande de agua para mantener el nivel de esta en forma constante

Equipo necesario:

Aparato de permeabilidad, con conexiones y vlvulas de paso para poder saturar la muestra de ensayo Cilindro graduado Recipiente graduado de 500 a 1000 ml. De capacidad Herramientas y accesorios cronometro recipiente plsticos y termmetro

Permeametro de nivel de agua constante

PROCEDIMIENTO: Se determina el peso y volumen del permemetro a utilizar, luego se vaca la muestra en estado suelto dentro del molde y se compacta, ya sea sometindola a algn tipo de vibracin o bien, mediante un pisn compactadorDel suelo restante, se toman dos muestras representativas par4a determinar la humedad. (W)

Finalizada la compactacin, se enrasa la superficie, se coloca un disco de papel filtro sobre la muestra y luego un empaque de caucho sobre el borde del molde para ajustar la tapa de este.

Se sumerge el permemetro en un estanque con agua por lo menos 5 cm. Bajo el nivel de esta con las vlvulas de entrada y salida de agua abiertas de modo de poder saturar la muestra durante un periodo de tiempo de 24 horas finalmente se cierran las vlvulas y se saca el permemetro del estanque.

Retirado el permemetro, se conecta el tubo de entrada de este a una tubera vertical conectada a su vez a un recipiente de nivel agua constante. Se desairean las lneas de entrada a la muestra, abriendo simultneamente las vlvulas de entrada y drenaje (salida), hasta remover todo el aire que pueda encontrarse atrapado.

A continuacin, se cierran las vlvulas y se mide la altura del nivel de agua (H). En la boca de salida del permemetro, colocar el recipiente graduado para recibir el agua escurrida. Luego abrir simultneamente las vlvulas de entrada, salida y suministro de agua junto con accionar el cronometro.

Registrar el tiempo necesario (seg.) para almacenar entre 750 y 900 ml. De agua y medir la temperatura de esta

Realizar 2 o 3 mediciones adicionales utilizando como tiempo de ensayo, el obtenido durante la primera medicin.

Clculos.

Calcular el factor de correccin de temperatura (fc) para la viscosidad del agua T de 20 C mediante.

fc= t / 2 0

Dnde: t = viscosidad del agua T x 2 0 = viscosidad del agua T de 20 C t / 2 0 = valor obtenido de la tabla de la figura 1.20

Calcular el coeficiente de permeabilidad (K) deducido a partir de la ley de DARCY, mediante la siguiente expresin.

K = q / ( i * A * t ) ( cm /s e g )

Dnde:Q= cantidad de agua escurrid en el tiempo t (cm3)I = gradiente hidrulico (H/L)A= rea de la seccin de muestra ensayada (cm2)T= tiempo de ensayo (Seg.)

Calcular el coeficiente de permeabilidad a temperatura estndar de 20 C (K 20), mediante la siguiente expresin.

K 2 0 = K * f c (cm /seg)

Si se conoce el valor de la gravedad especifica del suelo analizado, determinar la relacin de vacos ( e) segn la densidad del suelo y calcular la velocidad aproximada de escurrimiento del agua (Va), mediante la siguiente expresin:

Va = ( ( 1 + e ) * V ) / e ( cm /seg )

C0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

10 1,3 0 11 , 297 1 , 294 1,290 1,286 1,283 1,279 1,27 51,27 21,2 6 8

11 1,2 6 51 , 261 1 , 258 1,254 1,251 1,247 1,244 1,24 01,23 71,2 3 3

12 1,2 3 01 , 226 1 , 223 1,220 1,216 1,213 1,210 1,20 61,20 31,2 0 0

13 1,1 9 61 , 193 1 , 190 1,187 1,184 1,181 1,177 1,17 41,17 11,1 6 8

14 1,1 6 51 , 162 1 , 159 1,156 1,152 1,149 1,146 1,14 31,14 01,1 3 7

15 1,1 3 41 , 131 1 , 128 1,126 1,123 1,120 1,117 1,11 41,11 11,1 0 8

16 1,1 0 41 , 102 1 , 099 1,097 1,094 1,091 1,088 1,08 51,08 01,0 8 0

17 1,0 7 71 , 074 1 , 072 1,069 1,066 1,064 1,061 1,05 81,05 61,0 5 3

18 1,0 5 01 , 048 1 , 045 1,042 1,040 1,035 1,035 1,03 21,03 01,0 2 7

19 1,0 2 41 , 022 1 , 019 1,017 1,014 1,012 1,009 1,00 71,00 51,0 0 2

20 1,0 0 00 , 997 0 , 995 0,992 0,990 0,988 0,985 0,98 30,98 00,9 7 8

21 0,9 7 60 , 973 0 , 971 0,969 0,966 0,964 0,962 0,96 00,95 70,9 5 5

22 0,9 5 30 , 950 0 , 948 0,946 0,944 0,942 0,939 0,93 70,93 50,9 3 3

23 0,9 3 10 , 929 0 , 926 0,924 0,922 0,920 0,918 0,91 60,91 40,9 1 1

24 0,9 0 90 , 907 0 , 905 0,903 0,901 0,899 0,897 0,89 50,89 30,8 9 1

25 0,8 8 90 , 887 0 , 885 0,883 0,881 0,879 0,877 0,87 50,87 30,8 7 1

26 0,8 6 90 , 867 0 , 865 0,863 0,861 0,859 0,857 0,85 60,85 40,8 5 2

27 0,8 5 00 , 848 0 , 846 0,844 0,842 0,841 0,839 0,83 70,83 50,8 3 3

28 0,8 3 10 , 830 0 , 828 0,826 0,824 0,822 0,821 0,81 90,81 70,8 1 5

29 0,8 1 30 , 812 0 , 810 0,808 0,807 0,805 0,803 0,80 10,80 00,7 9 8

30 0,7 9 60 , 795 0 , 793 0,791 0,790 0,788 0,786 0,78 50,78 30,7 8 1

31 0,7 8 00 , 778 0 , 776 0,775 0,773 0,772 0,770 0,76 80,76 70,7 6 5

32 0,7 6 40 , 762 0 , 761 0,759 0,757 0,756 0,754 0,75 30,75 10,7 5 0

Tabla de densidad del agua segn su temperatura.

METODO PARA SUELOS FINOS

Este mtodo se conoce como ensayo de nivel agua variable, se aplica generalmente a suelos arcillosos o limo arcillosos. El ensayo en si es de larga duracin ya que generalmente la catidad de flujo que atraviesa la muestra es muy pequea

Equipo necesario, idnticos a los del mtodo anterior, ms una bureta graduada con soporte de modo que se mantenga en forma vertical

Procedimiento: se repara la muestra de la misma forma que para el mtodo anterior retirado elpermeametro del estanque, se conecta el tubo de entrada a la bureta, se llena esta con agua y se registra la altura inicial de carga de agua

Se abren simultneamente las vlvulas de entrada y salida junto con accionar el cronometro, para dar comienzo al escurrimiento del flujo de agua hasta que la bureta se encuentre casi vacia.Finalmente, se cierran las vlvulas y se registran el tiempo transcurrido y la altura final de agua.

Realizar 2 o 3 mediciones adicionales utilizando los mismos valores h1 y h2 , teniendo la precaucion de que el agua se mantenga a una misma temperatura durante todas las mediciones

Permeametro de agua variable.

Clculos:Calcular el factor de correccin de temperatura (fc) para la viscosidad del agua a T DE 20 C, igual que en el mtodo anterior.Calcular el coeficiente de permeabilidad (K), mediante la siguiente expresin:

K = ( a * L * Ln ( h 1 / h 2 ) ) / ( A * t ) ( cm /seg )

Dnde: a= rea de la seccin transversal de la bureta (Cm2) L= Altura de la muestra de suelo (cm) A= Area de la seccin de muestra ensayada (Cm2) H1 = altura de agua al comienzo del ensayo (cm.) H2= altura de agua finalizado el ensayo (cm.) T= Logaritmo natural Ln= Logaritmo natural

Calcular el coeficiente de permeabilidad a temperatura estndar de 20 C (K20) y la velocidad aproximada de escurrimiento del agua (Va), de acuerdo a los clculos del mtodo anterior mediante las siguiente expresiones.

K 2 0 = K * f c ( cm /s eg )

Va = ( ( 1 + e ) * V ) / e ( c m /s eg )

OBSERVACIONES GENERALES A LOS METODOS DESCRITOS

Se utiliza frecuentemente como permemetro el modelo patrn de compactacin de 994 cm3, no obstante, la posibilidad de ocupar otros aparatos como por ejemplo de tubera plstica que pueden fabricarse en el laboratorio y son relativamente baratos, tambin es aceptada.En vez de usar filtros los discos circulares, como alternativa se pueden utilizar piedras porosas o colocar una cama de arena protegida con una fina malla de hule.En ensayos de larga duracin, es necesario controlar la evaporacin de agua del recipiente o de la tubera de entrada, por lo que se recomienda realizar los ensayos dentro de un saln de temperatura y humedad controlada.

Los resultados de laboratorio pueden no corresponder a los verdaderos valores de terreno debido a la influencia de numerosos factores, como por ejemplo que la estructura in situ es distinta a la del ensayo, el gradiente hidrulico es mayor que el de terreno, puede existir evaporacin o haber filtraciones de agua en el equipo

P e rmea b ili da d re la t i v aVa lo re s de K ( cm/s eg )Su el o t p i c o

M u y pe rm e a bl e> 1 * 1 0 - 1 Grav a gruesa

Modera d a m e n t e perm eab le 1 * 10 - 1 a 1 * 10 - 3 Ar en a , ar en a f i n a

Poc o p e r m eable 1 * 10 - 3 a 1 * 10 - 5 Ar e n a l i m o s a , are n a s u cia

Muy po c o p e rm ea b l e1 * 10 - 5 a 1 * 10 - 7 L i m o y a r e n i sca fi na

Im pe rm e a b l e< 1 * 1 0 - 7 Arc i ll a

Tabla de valores relativo a la permeabilidad.

En terreno existen varios mtodos para determinar el coeficiente de permeabilidad: entre los cuales se encuentran:

Instrumentos elctricos que aplican el fenmeno de la electro-osmosis

Mediciones indirectas a travs del ensayo de consolidacin o medicin por Introduccin de un tubo de dimetro conocido en el terreno.