PRACTICA N°8
LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS 2
PRUEBA DE PERMEABILIDAD CON CARGA VARIABLE
PRUEBA N°1: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE UNA MUESTRA DE SUELO.
7.1. OBJETIVOS
7.1.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar la permeabilidad de una muestra de suelo. 7.1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo. Determinar el peso específico de la muestra de suelo.
Determinar el contenido de humedad de la muestra.
Determinar la relación de vacíos asociada a dicha permeabilidad. 7.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
El ensayo de carga variable es uno de los métodos para determinar la permeabilidad de un suelo en laboratorio, generalmente es utilizado para suelos de grano fino como ser arenas finas, limos y arcillas. En estos suelos, el flujo de agua que circula a través es demasiado lento como para poder hacer mediciones precisas con el permeámetro de carga constante, lo cual implica la necesidad de utilizar un equipo más sensible a las variaciones del flujo, este equipo es el permeámetro de carga variable que puede medir permeabilidades hidráulicas comprendidas entre 10E-4 y 10E-7 m/s.
El equipo consiste en un cilindro en el cual se introduce muestra representativa de suelo, donde los extremos superior e inferior están protegidos por una piedra porosa, que simula un doble drenaje del suelo. Existen conexiones con dicho cilindro para poder hacer circular agua a través de la muestra, es importante registrar el nivel de la columna de agua en la bureta al empezar y al finalizar el ensayo.
L = Longitud de la muestra.
a = Área de la sección transversal de la bureta.
h1 = Nivel inicial del agua en el tubo al empezar el ensayo. h2 = Nivel final del agua en el tubo al finalizar el ensayo. A = Área de la sección transversal de la muestra de suelo.
t = Tiempo durante el cual ocurre la variación de carga en la bureta.
Conviene aclarar que la permeabilidad del suelo no es una constante, depende de muchos factores y es conveniente informar con qué relación de vacíos está asociado dicho valor de permeabilidad.
7.3. PROCEDIMIENTO
7.3.1. MATERIALES
Cilindro con artefactos normalizados. Muestra de suelo.
Piedras porosas. Bureta.
Soporte vertical con mangueras. Recipientes. Balanza Electrónica. Picnómetro. Probeta. Pisón. Mortero y mazo. Tamices. Hornilla Eléctrica. FIGURA 8.3.1.5. PICNÓMETRO. FIGURA 8.3.1.2. SOPORTE FIGURA 8.3.1.4. TAMICES. FIGURA 8.3.1.3. CILINDRO CON
ACCESORIOS.
FIGURA 8.3.1.1. BALANZA ELECTRÓNICA
7.3.2. PASOS A SEGUIR
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Paso 1: Seleccionamos el equipo con la celda adecuada para realizar el ensayo.
Paso 2: Mezclamos la muestra de suelo con 140 ml de agua hasta que quede uniforme. Paso 3: Pesamos la celda vacía con sus accesorios y anotamos el dato.
Paso 4: Separamos 2000 gr de la muestra preparada y colocamos una cantidad necesaria en la celda, a continuación compactamos con un pisón en tres capas.
Paso 5: Pesamos el molde con suelo húmedo y anotamos el dato.
Paso 6: Con la muestra de suelo sobrante realizamos el Análisis de Contenido de Humedad y Gravedad Específica.
FIGURA 8.3.2.1. HUMECTACIÓN DEL SUELO
FIGURA 8.3.2.2. COMPACTACION DEL
SUELO
FIGURA 8.3.2.3. PRUEBA DE CONTENIDO DE HUMEDAD
FIGURA 8.3.2.4. PRUEBA DE GRAVEDAD
Paso 1: Acomodamos el soporte del permeámetro sobre una superficie lisa, verificando que la manguera de conexión sea la adecuada para la boquilla de la celda.
Paso 2: Procedemos a calcular el área de la bureta, desalojando volúmenes de agua y pesando los mismos repetidas veces, cuidando que no se formen burbujas de aire.
Paso 3: Como debemos contar con un recipiente con un área mucho mayor que el de la bureta, utilizamos un lavador lleno de agua, para recibir la variaciones de volumen de la bureta.
Paso 4: Conectamos las mangueras con la bureta y la celda cuidando que no existan burbujas de aire y teniendo en cuenta que el suelo está saturado, repetimos el procedimiento hasta lograr una columna de agua de nivel considerable y de fácil lectura y terminamos el llenado con ayuda de una jeringa.
Paso 5: Una vez acomodado el permeámetro, medimos la altura del piso hasta la primera marca del permeámetro y también medimos la altura desde el piso al espejo de agua.
Paso 6: Observamos y anotamos las lecturas de la bureta para los distintos tiempos. 7.4. CÁLCULOS
7.4.1. PREPARACIÓN DE LA ARENA
Para realizar los cálculos tabulamos todas las mediciones realizadas.
VOLUMEN NETO QUE CONTENDRA SUELO EN LA
CELDA (cm3)
690.8956 AREA DE LA CELDA QUE
CONTIENE A LA MUESTRA
(cm2) 45.60367
LONGITUD DE LA MUESTRA
(cm) 15.15
PESO DEL EQUIPO VACIO 2066 PESO DEL EQUIPO + SUELO 3211 PESO DE SUELO HUMEDO 1145
Calculamos el área de la bureta realizando diferentes mediciones y tabulamos los resultados: TABLA 8.4.1.1. DATOS TABULADOS
PRUEBA PARA CALCULAR EL AREA DE LA BURETA
MEDICIÓN 1° 2° 3°
LECTURA INICIAL (cm.) 90.9 99.4 97.5
LECTURA FINAL (cm.) 34.4 73.1 32.6
PESO DE LA TARA (gr.) 47.7502 47.7502 47.7502 PESO TARA + AGUA (gr.) 57.7086 52.3707 59.0281 PESO DEL AGUA (gr.) 9.9584 4.6205 11.2779
DENSIDAD DEL AGUA (gr/cm.3) 1 1 1
VOLUMEN DE AGUA (cm3) 9.9584 4.6205 11.2779
DIFERENCIA DE ALTURA (cm.) 56.5 26.3 64.9 AREA DE LA BURETA (cm2) 0.176255 0.175684 0.173773
AREA PROMEDIO (cm2) 0.175237592
Una vez que tenemos los datos de la bureta empezamos con el ensayo y calculamos la permeabilidad:
PRUEBA PARA REALIZAR EL CÁLCULO DE LA PERMEABILIDAD
MEDICIÓN 1° 2° 3° 4° 5° LECTURA INICIAL (cm.) 96 96 96 96 96 LECTURA FINAL (cm.) 88.7 83.1 78.3 59.7 46.8 DIFERENCIA DE TIEMPO (min.) 15 30 45 120 191 DIFERENCIA DE TIEMPO (s.) 900 1800 2700 7200 11460
ALTURA DEL PISO HASTA LA
MARCA 0 GRADUADA 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1
ALTURA DEL PISO HASTA EL
NIVEL DEL AGUA 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4
DIFERENCIA DE ALTURA ENTRE EL ESPEJO DE AGUA
Y LA MARCA DE 0
6.7 6.7 6.7 6.7 6.7
h1 102.7 102.7 102.7 102.7 102.7
h2 95.4 89.8 85 66.4 53.5
PERMEABILIDAD 4.769E-06 4.341E-06 4.079E-06 3.526E-06 3.313E-06 PERMEABILIDAD
PROMEDIO 4.00562E-06
TABLA 8.4.1.2. DATOS PARA EL AREA DE LA BURETA
específica, con muestras que fueron tamizadas previamente y seleccionadas para usarse en los ensayos:
PRUEBA DE CONTENIDO DE HUMEDAD
MEDICIÓN gr.
PESO DE LA TARA 119
PESO TARA + SUELO HUMEDO 401
PESO TARA + SUELO SECO 348
CONTENIDO DE HUMEDAD 0.231441
CONTENIDO DE HUMEDAD % 23.1441
PRUEBA PARA LA DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA
MEDICIÓN 1° 2°
PESO PICNOMETRO VACIO 41.0715 40.43155
PESO PICNOMETRO + AGUA 91.0638 90.3667
PESO PICNOMETRO + AGUA DES PUES DE VACIAR 62.7477 61.9754 PESO PICNOMETRO + AGUA + SUELO 77.1065 76.7104 PESO PICNOMETRO + AGUA + SUELO (ENRASADO) 99.9336 99.5988
GRAVEDAD ESPECÍFICA 2.615923 2.677679
TEMPERATURA DE LA PRUEBA 20.5 20.5
GRAVEDAD ESPECIFICA CORREGIDA 2.6154 2.677144
GRAVEDAD ESPECIFICA PROMEDIO 2.646271538
Con los datos obtenidos calculamos la relación de vacíos aplicando la fórmula:
PRUEBA PARA RELACIÓN DE VACÍOS
PESO SUELO HUMEDO 1145
TABLA 8.4.1.4. DATOS CONTENIDO DE HUMEDAD
VOLUMEN SUELO HUMEDO 690.8956 PESO ESPECIFICO HUMEDO (gr/cm3) 1.657269 PESO ESPECIFICO HUMEDO (KN/m3) 16.25781
CONTENIDO DE HUMEDAD 0.231441
PESO ESPECÍFICO SECO (KN/m3) 13.20226
GRAVEDAD ESPECÍFICA 2.646272
PESO ESPECIFICO DEL AGUA (KN/m3) 9.81
RELACION DE VACIOS 0.966324
7.5. CONCLUSIONES
Después de realizar el ensayo podemos obtener las siguientes conclusiones:
Quedó claro el uso del permeámetro de carga variable para determinar la permeabilidad de un suelo fino, comprendiendo como funciona y que cuidados debemos tener.
El contenido de humedad de este suelo fino tiene un valor relativamente elevado, pudiendo ser este contenido la causa de que la permeabilidad sea más elevada.
Aplicando los conocimientos adquiridos en anteriores ensayos logramos determinar el contenido de humedad de la muestra y la gravedad especifica.
La relación de vacíos nos indica que este suelo contiene bastantes espacios vacíos, lo cual podría mostrarse en la permeabilidad incrementando su valor.
7.6. RECOMENDACIONES
Si bien tratamos de realizar el ensayo lo más preciso posible, existen recomendaciones a ser tomadas en cuenta:
Es muy importante saber que celda escoger de acuerdo a la muestra a ensayar y verificar que sus accesorios estén en buen estado.
Es bastante recomendable utilizar una bomba de vacíos para colocar el agua en la bureta, y así no incluir aire, que proporcionaría lecturas incorrectas.
Debemos medir las alturas desde el nivel de referencia al espejo de agua y a las graduaciones, de contrario estaríamos obteniendo datos incorrectos.
Debemos tener bien en claro que esta prueba es particularmente para suelos finos. TABLA 8.4.1.5. DATOS RELACIÓN DE VACIOS
Conviene siempre realizar los ensayos correspondientes de contenido de humedad y peso específico, para conocer con qué relación de vacíos se encuentra el suelo en el momento del ensayo.
También sería muy recomendable que el suelo esté saturado durante el ensayo, para que el agua pueda fluir sin ser retenida por el suelo.