Elaboración de un prototipo de permeámetro de cabeza constante para los laboratorios de ingeniería de la Universidad Cooperativa campus Villavicencio
Texto completo
(2) ELABORACIÓN DE UN PROTOTIPO DE PERMEÁMETRO DE CABEZA CONSTANTE PARA LOS LABORATORIOS DE INGENIERÍA DE LA UNIVERSIDAD COOPERATIVA CAMPUS VILLAVICENCIO. INTEGRANTES: JOSÉ ARIEL DÍAZ RODRÍGUEZ LAURA MARIA ISABEL CELY SANDOVAL SEBASTIÁN CAMILO PERDOMO SUAREZ. DOCENTES: ING. ALEJANDRO NOVOA CASTRO. MODALIDAD DE GRADO UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA VILLAVICENCIO, META 12 – 11 – 19. 2.
(3) AUTORIDADES ACADÉMICAS UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA. MARITZA RONDÓN RANGEL RECTORA NACIONAL. CESAR AUGUSTO PEREZ LONDOÑO DIRECTOR DE SEDE. HENRRY EMIRO VERGARA SUB DIRECTOR ACADEMICO. RUTH EDITH MUÑOZ JIMENEZ SUB DIRECTORA DESARROLLO INSTITUCIONAL Y FINANCIERA. RAÚL ALARCÓN BERMÚDEZ DECANOFACULTAD DE INGENIERÍAS. MARIA LUCRECIA RAMIREZ JEFEDE PROGRAMAS DE INGENIERÍA CIVIL Y DE SESITEMAS. Ing. NELSON EDUARDO GONZALES ROJAS COORDINADOR DE INVESTIGACIÓN 3.
(4) PAGINA DE ACEPTACIÓN. ____________________________. ____________________________. ____________________________. ____________________________. ____________________________. ____________________________. ____________________________. ____________________________ Firma del presidente del jurado. ____________________________ Firma del jurado. ____________________________ Firma del jurado. Villavicencio, noviembre de 2019. 4.
(5) Agradecimientos Primero que todo quiero dar gracias a dios por ser mi guía y mi fortaleza y a tres mujeres que son muy importantes para mí como lo son mi abuela, madre y esposa que me acompañan y han estado en el transcurso de mi carrera apoyándome incondicional mente y animándome para ser una mejor persona tanto como profesional y personal día a día. JOSE ARIEL DIAZ RODRIGUEZ. Principalmente a Dios, por ser el inspirador y darme fuerzas para continuar en este proceso de obtener unos de tantos anhelos. A mi Madre por haberme formado como la persona que soy en la actualidad; Me formo con reglas, valores, principios y con algunas libertades, motivándome constantemente para alcanzar mis sueños. Mis logros se los debo a ella, incluyendo este. A todas las personas que han estado en el proceso por su cariño y apoyo incondicional. GRACIAS SEBASTIÁN CAMILO PERDOMO SUAREZ. Agradezco a Dios por darme sabiduría y salud para culminar esta etapa; a mi universidad; a mi familia por apoyarme y alentarme a seguir mis estudios hasta lograr terminarlos, especialmente a mi madre Liseth Sandoval y mis abuelos Felicidad y Héctor; ellos tres son los principales motores de mi vida y a quienes les dedico este logro. También agradezco a todas aquellas personas que de una u otra forma aportaron su granito de arena apoyándome y alentándome ante las adversidades para finalizar este proceso de formación. LAURA MARIA ISABEL CELY SANDOVAL. 5.
(6) Dedicatoria Este proyecto lo dedicamos primeramente a Dios por habernos dado la oportunidad de emprender este camino, por darnos la fuerza y fortaleza para haber culminado este capítulo de nuestras vidas; agradecer a cada uno de los docentes que nos impartieron sus conocimientos y experiencias vividas en el transcurso de nuestra formación profesional y a todas aquellas personas que sin pensar formaron parte para darle fin a este proyectó de vida. AUTORES. 6.
(7) Contenido Introducción ...................................................................................................................................... 10 Resumen............................................................................................................................................ 11 Abstract ............................................................................................................................................. 12 Objetivos ........................................................................................................................................... 13 Objetivo general ............................................................................................................................ 13 Objetivos específicos ..................................................................................................................... 13 Antecedentes .................................................................................................................................... 14 Problema de investigación ................................................................................................................ 17 Marco teórico .................................................................................................................................... 19 Ley de Darcy .................................................................................................................................. 20 Valores y aplicación permeabilidad .............................................................................................. 20 Permeabilidad ............................................................................................................................... 20 Permeámetro ................................................................................................................................ 21 Coeficiente de permeabilidad ....................................................................................................... 21 Carga constante ............................................................................................................................ 21 Tipos de permeámetros .................................................................................................................... 22 Permeámetro de nivel constante.................................................................................................. 22 Permeámetro de nivel variable ..................................................................................................... 23 Metodología ...................................................................................................................................... 24 Proceso constructivo del prototipo............................................................................................... 24 Selección y Tamizado de los materiales a ser utilizados ............................................................... 24 Elaboración de la instalación hidráulica para el prototipo ........................................................... 25 Entrega de los prototipos en acrílico para el laboratorio ............................................................. 26 Selección de la malla filtro, colocación y llenado de materiales................................................... 27 Sellado de cajas y verificación fugas ......................................................................................... 28 Instalación final funcional del permeámetro ................................................................................ 29 Operación de un permeámetro ........................................................................................................ 30 Bomba con la que se regula el líquido para las pruebas ............................................................... 30 Tipos de materiales para ser estudiados e implementos para la toma de datos ......................... 31 Iniciación de las pruebas y toma de datos .................................................................................... 31 Toma de tiempos Vs Volumen ...................................................................................................... 32 Tabulación de los datos obtenidos con ayuda del programa Excel. ............................................. 33. 7.
(8) Metodología ...................................................................................................................................... 34 Tipo de investigación..................................................................................................................... 34 Método de investigación............................................................................................................... 34 Fase 1: diagnóstico .................................................................................................................... 34 Fase 2: diseño de alternativas: .................................................................................................. 34 Fase 3: evaluación de alternativas: ........................................................................................... 34 Procedimiento ................................................................................................................................... 36 Obtención de datos ....................................................................................................................... 36 Pruebas de laboratorio.................................................................................................................. 37 Grava Gruesa ............................................................................................................................. 37 Grava Media .............................................................................................................................. 38 Grava Fina.................................................................................................................................. 40 Determinación del caudal ............................................................................................................. 41 Grava Gruesa ............................................................................................................................. 41 Grava Media .............................................................................................................................. 42 Grava Fina.................................................................................................................................. 43 Ley de Darcy .................................................................................................................................. 44 Grava Gruesa ............................................................................................................................. 45 Grava Media .............................................................................................................................. 46 Grava Fina.................................................................................................................................. 47 Conclusiones ..................................................................................................................................... 49 Bibliografía ........................................................................................................................................ 50. 8.
(9) Tablas Tabla 1 Resultado aforo grava gruesa; volumen 1Lt ........................................................................ 37 Tabla 2 Resultado aforo grava gruesa; volumen 2Lt ....................................................................... 37 Tabla 3 Resultado aforo grava gruesa; volumen 3Lt ........................................................................ 38 Tabla 4 Resultado aforo grava media; volumen 1Lt ............................ ¡Error! Marcador no definido. Tabla 5 Resultado aforo grava media; volumen 2Lt ......................................................................... 39 Tabla 6 Resultado aforo grava media; volumen 3Lt ......................................................................... 39 Tabla 7 Resultado aforo grava fina; volumen 1Lt ............................................................................. 40 Tabla 8 Resultado aforo grava fina; volumen 2Lt ............................................................................. 40 Tabla 9 Resultado aforo grava fina; volumen 3Lt ............................................................................. 41 Tabla 10 Determinar el caudal de la grava gruesa ............................................................................ 41 Tabla 11 Determinar el caudal de la grava media ............................................................................. 42 Tabla 12 Determinar el caudal de la grava fina................................................................................. 43 Tabla 13 Determinar "k" de la grava gruesa .................................................................................... 45 Tabla 14 Determinar "k" de la grava Media..................................................................................... 46 Tabla 15 Determinar "k" de la grava fina......................................................................................... 47. Ilustraciones Figure 2 Marco teórico énfasis en el ejemplo espina de pescado Historia de permeámetros ........... 19 Figure 1 ley de Darcy ........................................................................................................................ 21 Figure 3 permeámetro de carga constante ......................................................................................... 22 Figure 4 permeámetro de carga variable ........................................................................................... 23 Figure 5 selección de material ........................................................................................................... 24 Figure 6 proceso instalación hidráulica ............................................................................................ 25 Figure 7 entrega de prototipos en material acrílico ........................................................................... 26 Figure 8 selección de filtro y material grueso .................................................................................. 27 Figure 9 verificación de sellado y pegues de la instalación .............................................................. 28 Figure 10instalación final del sistema para el permeámetro de cabeza constante............................. 29 Figure 11 bomba eléctrica ................................................................................................................. 30 Figure 12 materiales a ser utilizados en practicas ............................................................................. 31 Figure 13 toma de datos .................................................................................................................... 31 Figure 14 toma de tiempos Vs volumen............................................................................................ 32 Figure 15 tabulación de datos obtenidos ........................................................................................... 33. 9.
(10) Introducción Durante los últimos años en la universidad cooperativa de Colombia, con sede en Villavicencio (meta), se han estado desarrollando en el laboratorio de ingeniería, prototipos de distintos proyectos de investigación, todo esto con el fin fomentar del desarrollo intelectual y teórico-práctico de los diferentes cursos que hacen uso de los ambientes prácticos de aprendizaje, acompañado de la orientación de Profesores especializados y capacitados; Es por ello que se diseñó un prototipo que permitiera identificar la permeabilidad de material granular de diferentes tamaños nominales empleando la ley de Darcy para determinar el coeficiente de permeabilidad de estos materiales a través del paso de fluidos en una sección de suelo granular contenido en una probeta y con la diferencia de carga del fluido en las superficies de entrada y salida del mismo. Con la implementación de este prototipo se buscó apoyar y complementar el desarrollo de más practicas académicas que fomenten el aprendizaje de todo estudiantado que hace uso de estos espacios diseñados para soñar, experimentar y aprender; a través de la implementación de nuevos equipos o prototipos de trabajo que permitan al estudiante fortalecer sus conocimientos por medio de la experimentación; y para esta ocasión se generó en un espacio controlado como lo es el laboratorio de hidráulica, un permeámetro que permitiera observar y corroborar la permeabilidad de materiales granulares y el uso, aplicación y demostración de leyes como las planteadas por Darcy. 10.
(11) Resumen Los ambientes prácticos de aprendizaje de ingenierías de la sede Villavicencio, es uno de los mas completos con los que cuenta la universidad cooperativa de Colombia, cuenta con los elementos y recursos básicos para apoyar las practicas académicas, sin embargo, aún se pueden diseñar y desarrollar nuevos recursos y prototipos que permitan complementar y fomentar el desarrollo de nuevas actividades académicas que fortalezcan y apoyen el aprendizaje de la comunidad estudiantil Por lo cual se desarrolló un prototipo de permeámetro de cabeza constante que permitiera demostrar y visualizar el comportamiento de diferentes suelos ante una carga constate de flujo, y que permitiera evaluar y analizar de manera comparativa y demostrativa la permeabilidad de un suelo y así poder hallar el coeficiente de permeabilidad de cada uno de los tres tipos de suelos granulares trabajados para este proyecto.. 11.
(12) Abstract The practical learning environments of engineering of the Villavicencio campus, It is one of the most complete of the cooperative university of Colombia, which has the basic elements and resources to support academic practices, however it can still design and develop new elements and prototypes that complement and encourage the development of new academic activities that strengthen and support the learning of the student community That is why it was developed a constant head permemeter prototype that would allow to demonstrate and visualize the behavior of different soils with a constant flow load, and that would allow to evaluate and analyze in a comparative and demonstrative way, the permeability of a soil and to be able to find the permeability coefficient of each of the three types of granular soils worked for this project.. 12.
(13) Objetivos Objetivo general •. Construir un prototipo de permeámetro de cabeza constante para el laboratorio de ingenierías de la universidad cooperativa de Colombia, campus Villavicencio. Objetivos específicos. •. Elaborar un prototipo de permeámetro de cabeza constante con tres probetas de suelo granular de diferentes tamaños nominales. •. Instalar el prototipo en los ambientes prácticos de aprendizaje de ingenierías en el laboratorio de hidráulica. •. Recolectar los datos necesarios para determinar los valores requeridos para trabajar y despejar la ecuación de la ley de Darcy. •. Realizar el comparativo de los datos obtenidos para cada una de las probetas con diferente máximo nominal de agregado grueso. 13.
(14) Antecedentes Desde el año 2015 los estudiantes de ingeniería civil han realizado aportes de prototipos para el laboratorio de hidráulica de la Universidad Cooperativa de Colombia, sede Villavicencio. A continuación, se detallan:. Nombre proyecto: Modulo Redes Cerradas Estudiantes: Julieth Manzanares Gómez – Andrea Villada Ruiz – Nevelly Martínez Jiménez Fecha: septiembre de 2015. Nombre proyecto: Modulo Red Ramificada Estudiantes: María Sofía Ayala Caicedo – Mayra Alejandra Barrera Jiménez – Paula Tatiana Lombo Bacca Fecha: septiembre de 2015. Nombre proyecto: Modulo Tubería en Paralelo Estudiantes: Laura Alejandra Uriza Zornosa – Leidy Johana Campo Espitia – Jaime Eduardo Mejía Buitrago. Fecha: septiembre de 2015 Nombre proyecto: Modulo Tuberías en Serie Estudiantes: Camilo Andrés Lozada Patarroyo – Jairo Andrés Cárdenas Rodríguez – Vivian Andrea Baquero Gutiérrez. 14.
(15) Fecha: septiembre de 2015 Nombre proyecto: Moldes de Concreto Liso y Granito Grueso Estudiantes: Grupos Hidráulica Fecha: 2015. Nombre proyecto: Modulo Golpe de Ariete Estudiantes: Ángela Katherine Agudelo Bobadilla – Carlos Alberto Baquero Rojas – Angie Daniela Vargas García Fecha: octubre de 2016. Nombre proyecto: Tanque Aforador de Caudales Estudiantes: Denis Melisa Vargas García – Maira Katerin Velásquez Torres – Jeison Camilo Méndez Falla Fecha: octubre de 2016. Nombre proyecto: Vertedero con Salto de Sky, Modulo Caída Inclinada, Modulo Caída Vertical, Modulo Canaleta Balloffet y Modulo Bocatoma de Fondo con Pozo de Disipación Estudiantes: Brayan Alberto Guerrero Ricaurte – Harold Andrés Linares Lugo – Sandra Yamile Velásquez Herrera Fecha: febrero de 2017. Nombre proyecto: Cámara de Pruebas para Microturbinas Hidráulica Estudiantes: Leonardo Andrés Ordoñez Ordoñez – Yadira Priscila Colina Gámez Fecha: marzo de 2017 15.
(16) Nombre proyecto: Tanque Aforador Modulo de Tuberías Estudiantes: Camilo Andrés Torres Cepeda – Diego Arturo Rojas Ochoa – Yineth Esterling Losada Fecha: Julio de 2017. Nombre proyecto: Modulo Reynolds Estudiantes: Adriana Milena Calderón Ramírez – Gerdenson Nayn Vargas Pidiache – Yeisson Javier Morales Gutiérrez Fecha: septiembre de 2017. Nombre proyecto: Banco de Bombas Estudiantes: Alba Carolina Manrique Pérez – Francisco Aicard Torres Ramírez – Margie Vanessa Fajardo Tibaquira Fecha: diciembre de 2018. Nombre proyecto: Modulo Compuerta Radial y Modulo Compuerta Plana Estudiantes: Paula Andrea Moreno Pardo – Jovier Sneider Rodríguez Fecha: Diciembre de 2018. 16.
(17) Problema de investigación Desde el punto de vista de ingeniería civil los suelos son la base física sobre la que se realizan obras, por este motivo es importante conocer sus propiedades físico químicas, pero en especial las propiedades mecánicas pues el ingeniero civil constantemente se enfrenta a diversos problemas que surgen con el tipo de suelo sobre el cual se va a trabajar, ya que si este no cumple con lo requerido las obras construidas sufrirán problemas de diversas índoles. La necesidad de obtener más información con lo que respecta al estudio de suelos y los ensayos que existen en la actualidad, se percibió la necesidad de trabajar en un equipo que ayude a la investigación y crecimiento competitivo de los estudiantes de la universidad Cooperativa para que profundicen sus estudios y premisas en permeabilidad de suelos granulares ya que estos son fundamentales para la construcción de innumerables proyectos. El equipo está diseñado para establecer valores representativos del coeficiente de permeabilidad de suelos granulares presentes en depósitos naturales o colocados en terraplenes, o cuando se empleen como bases bajo pavimentos. Esto con el fin de que los futuros ingenieros conozcan, analicen, determinen cómo se pueden comportar los suelos granulares y sean capaces de afrontar casos donde se presenten este tipo de suelos. Este instrumento facilitará los ensayos y de esta manera brindará apoyo practico para profundizar el proceso de aprendizaje teórico, que permitirá mejorar la competitividad académica y la calidad del laboratorio en beneficio de los estudiantes de la facultad. Todo esto se realiza con la misión de que a futuro la universidad sea pionera en ensayos de estudio de suelos, buscando llegar a ofrecer resultados más exactos en sus muestras. 17.
(18) Con este equipo se ayudará a la formación de ingenieros civiles Actualmente en la vida laboral es indispensable que los profesionales en ingeniería estén preparados para manejar cualquier tipo de problema presentado en su labor diaria, incluyendo que sean integrales para mantenerse en un mercado altamente competitivo, es por eso que desde la universidad se deben formar con estas cualidades.. 18.
(19) Marco teórico. Ley de Darcy; conceptos. Permeabilidad. Valores y. Conceptos básicos generales. aplicadilla permeabilidad. Tipos de permeámetros. Operación de un permeámetro. Procesos constructivos de un permeámetro de cabeza variable. Mantenimiento de un permeámetro de cabeza variable. Procesos y estudios que se pueden realizar en un permeámetro de cabeza variable. Figure 1 Marco teórico énfasis en el ejemplo espina de pescado Historia de permeámetros. 19.
(20) Ley de Darcy Esta ley fue planteada, sustentada y demostrada por el hidráulico francés Henry Philibert Gaspard Darcy, más conocido como Darcy,. Graduado como ingeniero de Puentes y Caminos; es uno de los pioneros modernos en el abastecimiento de agua potable. Ha tenido un papel importante en el desarrollo de su ciudad natal. En 1856 las fuentes públicas de la villa de Dijon, Darcy estableció una relación que se conoce bajo su nombre como ley de Darcy, que es fundamental en el estudio del movimiento del agua en el suelo y que permite definir la permeabilidad. Valores y aplicación permeabilidad Es propiedad muy importante porque engloba el conjunto de las propiedades del suelo transmisoras de agua; depende del número y diámetro de los poros. Se puede considerar como la velocidad con que circularía el agua en el suelo si el gradiente hidráulico fuese la unidad. (Pizarro, 1978) Permeabilidad Capacidad que tienen los materiales para hacer posible la penetración de líquidos sin que se tengan cambios en su estructura interior, los pasos de dichos líquidos pueden varear dependiendo de su densidad y presión, también el nivel de porosidad que tiene el material al ser permeable, permeabilidad proviene de permeable vocablo que viene del término latín permeabilis, que se refiere a la capacidad que tiene un material de permitirle a un fluido que lo atraviese sin alterar su estructura interna.. 20.
(21) Permeámetro El permeámetro es un aparato que sirve para medir la permeabilidad de los materiales ante el paso de fluidos a través de ellos. Es un método directo de medir el coeficiente de permeabilidad.. Coeficiente de permeabilidad El coeficiente de permeabilidad es una característica de los suelos, específicamente está ligado a la Ley de Darcy que se refiere al flujo de fluidos a través de los suelos. El coeficiente de permeabilidad, generalmente representado por la letra k, es extremadamente variable, según el tipo de suelo. Carga constante Método aplicable principal mente para suelos granulares, se mide el caudal de agua pe pasa una nuestra de suelo saturado colocado en un dispositivo llamado permeámetro. El volumen de agua se mide manteniendo el nivel del agua constante en un tubo alimentador conectado al permeámetro, las pruebas se realizan sobre una muestra alterada, lo que puede presentar inconvenientes para llevar los resultados en suelos naturales.. Figure 2 ley de Darcy. (ARQHYS.com., 2012) 21.
(22) Tipos de permeámetros Existen dos tipos de permeámetros: a) Permeámetro de nivel constante b) Permeámetro de nivel variable. Permeámetro de nivel constante. Figure 3 permeámetro de carga constante. (Yura, 2014) En este método, aplicable principalmente para suelos granulares, se mide el caudal de agua que atraviesa una muestra de suelo saturada colocada en un dispositivo llamado permeámetro. El volumen de agua se mide manteniendo el nivel de agua constante en un tubo alimentador conectado al aparato. Las pruebas se hacen sobre una muestra alterada, lo que puede ser un inconveniente para transportar los resultados a suelos naturales.. 22.
(23) Permeámetro de nivel variable. Figure 4 permeámetro de carga variable. (Yura, 2014). Estos ensayos se aplican para suelos con una textura fina, arcillas o suelos limos arcillosos. Los ensayos tienen una duración considerable porque la cantidad de agua que atraviesa la muestra es muy limitada. Equipo necesario son idénticos a los del método anterior, más una bureta graduada con soporte de modo que se mantenga en forma vertical.. 23.
(24) Metodología Proceso constructivo del prototipo Para la construcción y elaboración del permeámetro de cabeza constante se debió tener en cuenta el tipo de material, que fue seleccionado y debidamente tamizado, el tipo de material y el calibre del material en que se elaboraría el prototipo para ser utilizado en el laboratorio, además de ser identificado el lugar donde va a ser ubicado el prototipo.. Selección y Tamizado de los materiales a ser utilizados Para cada probeta de suelo se escogió materia granular de diferentes tamaños nominales, para dicha separación se emplearon tamices; quedando la distribución así:. •. Tanque de grava gruesa: material pasa tamiz de ½” y retine tamiz de 3/8”. •. Tanque de grava media: material pasa tamiz de 3/8” y retine tamiz de 1/4”. •. Tanque de grava fina: material pasa tamiz Nº 4 y retine tamiz Nº 8. Figure 5 selección de material; fuente propia. 24.
(25) Elaboración de la instalación hidráulica para el prototipo Al ser un permeámetro de cabeza constante, se requiere de una zona que permita el flujo constante sin ninguna variación; es por ello que aprovechando otro de los prototipos investigativos ya existentes, se realiza una derivación de una de los tanque del montaje de tuberías ramificadas y de ahí sale toda la conexión de agua que surtirá los tanques del permeámetro, esta instalación es de una diámetro de tubería de ½”.. Figure 6 proceso instalación hidráulica; fuente propia. 25.
(26) Entrega de los prototipos en acrílico para el laboratorio Cada probeta se elaboró en material acrílico de 10mm de espesor; cada un diseñado para contener el mismo volumen de material; sus dimensiones internas son de 10 cm de alto, 10 cm de ancho y de largo 40 cm. Además, también se diseñó una base que los soportara ya que también se deseaba que la instalación de suministro de agua también se pudiera emplear para otros prototipos existentes de desarenadores. Figure 7 entrega de prototipos en material acrílico; fuente propia. 26.
(27) Selección de la malla filtro, colocación y llenado de materiales Debido a que el tamaño del material seleccionado para cada probeta es inferior al diámetro de la tubería que trasportara el flujo; fue necesario la instalación de una malla que impidiera la salida del material. Figure 8 selección de filtro y material grueso; fuente propia. 27.
(28) Sellado de cajas y verificación fugas Con cada una de las probetas se verifica que no posean fugas y se realizan las correcciones pertinentes de presentarse.. Figure 9 verificación de sellado y pegues de la instalación; fuente propia. 28.
(29) Instalación final funcional del permeámetro. Terminadas las correcciones por fuga, se prueban nuevamente las probetas y se realiza la instalación de las cintas métricas a él piezómetro de entrada y salida.. Figure 10 Instalación final del sistema para el permeámetro de cabeza constante; fuente propia. 29.
(30) Operación de un permeámetro Para la operación funcional del permeámetro se deben tener en cuenta el tipo de material que va a ser estudiado el caudal debe de ser constante para que así de esta manera no se presenten irregularidades a la hora de la toma de datos para ser evaluados.. Bomba con la que se regula el líquido para las pruebas. Figure 11 bomba eléctrica; fuente ropia. 30.
(31) Tipos de materiales para ser estudiados e implementos para la toma de datos. Figure 12 materiales a ser utilizados en prácticas; fuente propia. Iniciación de las pruebas y toma de datos. Figure 13 toma de datos; fuente propia. 31.
(32) Toma de tiempos Vs Volumen. Figure 14 toma de tiempos Vs volumen; fuente propia. 32.
(33) Tabulación de los datos obtenidos con ayuda del programa Excel.. Figure 15 tabulación de datos obtenidos; fuente propia. 33.
(34) Metodología Tipo de investigación Se define el tipo de investigación como cuantitativo-experimental, ya que se estudió y se analizó el caso para el diseño y construcción de un prototipo de permeámetro de cabeza variable. Método de investigación Fase 1: diagnóstico Durante esta fase se realizaron visitas periódicas al laboratorio de la universidad cooperativa campus Villavicencio y principalmente se desarrollarán actividades de investigación, recopilación de información, pruebas hidráulicas, muestreos y caracterizaciones físico-químicas de los materiales. Fase 2: diseño de alternativas: Durante esta fase se desarrollaron diseños del sistema para la elaboración del prototipo de permeámetro de cabeza variable, basados en los resultados de las caracterizaciones realizadas además del cumplimiento de los estándares de calidad mencionados en la normatividad vigente, lo que permitió ejecutar el balance de cargas y la determinación de las unidades a implementar. Fase 3: evaluación de alternativas: A partir de los diseños realizados para el permeámetro, se eligió el diseño económicamente viable y ambientalmente sostenible. Esta selección estuvo sujeta al área disponible, unidades de tratamiento existentes y eficiencia de la misma. •. Determinar los requerimientos de diseño requeridos para el permeámetro. •. Fijar los parámetros finales de diseño y sus materiales. •. Realizar la construcción del prototipo. 34.
(35) •. Realizar las primeras pruebas de calibración de flujo y paso de agua. •. Realizar correcciones y mejoras de ser requeridas. •. Desarrollar las pruebas finales con diferentes materiales. 35.
(36) Procedimiento Obtención de datos. ℎ∆ ℎ1 𝐿. ℎ2. 𝑙1. 𝑙2. Figure 16 Diseño de prototipo; fuente propia. V= Volumen (Litros) T= Tiempo (Segundos) Q= Caudal h1= lectura piezómetro N° 1 h2= lectura piezómetro N° 1 Δh= Perdida de carga hidráulica (Diferencia entre el piezómetro 1 y 2) L= Longitud del prototipo A= Sección del prototipo K= Coeficiente de conductividad hidráulica (permeabilidad). 36.
(37) Pruebas de laboratorio. Culminado el proceso de montaje de los prototipos, los piezómetros y de la tubería que proporcionaría el flujo constante; se procede a realizar la toma de datos de cada una de las probetas con diferentes volúmenes (1 Lt, 2 Lts y 3 Lts) , obteniendo como resultado los siguientes datos de muestra: Grava Gruesa Lecturas iniciales piezómetros h1= 0.708 m h2= 0.188 m Δh= 0.520 m. Tabla 1 Resultado aforo grava gruesa; volumen 1Lt. N° Volumen 1 0,001 m3 2 0,001 m3. Tiempo S 4,78 S 4,54 S. 3 4 5 6 7 8 9 10. 4,37 S 4,21 S 4,43 S 4,56 S 4,72 S 4,46 S 4,17 S 4,62 S 4,4860 S. 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 Promedio. Tabla 2 Resultado aforo grava gruesa; volumen 2Lt. Volumen. Tiempo S. N° 1 2. 0,002 m3 0,002 m3. 9,41 S 9,60 S. 3. 0,002 m3. 9,46 S. 37.
(38) 4 5 6 7 8 9 10. 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 Promedio. 9,59 S 9,50 S 9,72 S 9,66 S 9,48 S 9,53 S 9,42 S 9,5370 S. Tabla 3 Resultado aforo grava gruesa; volumen 3Lt. N° 1 2. Volumen 0,003 m3 0,003 m3. Tiempo S 14,34 S 13,75 S. 3 4 5 6 7 8 9 10. 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3. 14,22 S 14,00 S 14,53 S 14,25 S 14,44 S 14,00 S 14,44 S 14,28 S 14,2250 S. Promedio. Grava Media Lecturas iniciales piezómetros h1= 0.735 m h2= 0.180 m Δh= 0.555 m Tabla 4 Resultado aforo grava media; volumen 1Lt. N° 1 2. Caudal 0,001 m3 0,001 m3. Tiempo S 5,35 S 5,17 S. 3 4 5. 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3. 5,67 S 5,01 S 5,36 S. 38.
(39) 6 7 8 9 10. 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 Promedio. 5,76 S 5,32 S 5,04 S 5,51 S 5,27 S 5,3460 S. Tabla 5 Resultado aforo grava media; volumen 2Lt. N° 1 2. Caudal 0,002 m3 0,002 m3. Tiempo S 10,22 S 10,12 S. 3 4 5 6 7 8 9 10. 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3. 10,41 S 10,02 S 10,19 S 10,09 S 10,32 S 9,88 S 10,22 S 10,43 S 10,1900 S. Promedio. Tabla 6 Resultado aforo grava media; volumen 3Lt. N° 1 2. Caudal 0,003 m3 0,003 m3. Tiempo S 15,78 S 16,03 S. 3 4 5 6 7 8 9 10. 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3. 16,04 S 15,66 S 15,97 S 15,53 S 15,15 S 15,00 S 15,44 S 15,22 S 15,5820 S. Promedio. 39.
(40) Grava Fina Lecturas iniciales piezómetros h1= 0.792 m h2= 0.104 m Δh= 0.688 m. Tabla 7 Resultado aforo grava fina; volumen 1Lt. N° 1 2. Caudal 0,001 m3 0,001 m3. Tiempo S 6,12 S 6,12 S. 3 4 5 6 7 8 9 10. 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3 0,001 m3. 5,69 S 6,13 S 6,10 S 6,16 S 6,22 S 6,15 S 6,18 S 6,27 S 6,1140 S. Promedio. Tabla 8 Resultado aforo grava fina; volumen 2Lt. N° 1 2. Caudal 0,002 m3 0,002 m3. Tiempo S 12,19 S 12,00 S. 3 4 5 6 7 8 9 10. 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3 0,002 m3. 12,19 S 12,03 S 12,06 S 12,12 S 12,09 S 12,02 S 12,06 S 12,14 S 12,0900 S. Promedio. 40.
(41) Tabla 9 Resultado aforo grava fina; volumen 3Lt. N° 1 2. Caudal 0,003 m3 0,003 m3. Tiempo S 17,60 S 17,90 S. 3 4 5 6 7 8 9 10. 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3 0,003 m3. 17,93 S 17,88 S 17,90 S 17,60 S 17,90 S 17,94 S 17,79 S 17,88 S 17,8320 S. Promedio. Determinación del caudal Para poder determinar el coeficiente de conductividad hidráulica, empleando la ley de Darcy es indispensable determinar primero el valor de caudal para cada uno de aforos obtenidos previamente en las pruebas de laboratorio realizadas a cada una de las tres probetas de agregado grueso; los resultados. 𝑄=. Grava Gruesa. 𝑉 𝑇. Tabla 10 Determinar el caudal de la grava gruesa. Volumen. 0,001 m3. Tiempo S 4,78 S 4,54 S 4,37 S 4,21 S 4,43 S 4,56 S 4,72 S 4,46 S 4,17 S 4,62 S. Q. 0,00020921 m3/S 0,00022026 m3/S 0,00022883 m3/S 0,00023753 m3/S 0,00022573 m3/S 0,00021930 m3/S 0,00021186 m3/S 0,00022422 m3/S 0,00023981 m3/S 0,00021645 m3/S. 41.
(42) Promedio. 0,002 m3. Promedio. 0,003 m3. Promedio. 4,4860 S 9,41 S 9,60 S 9,46 S 9,59 S 9,50 S 9,72 S 9,66 S 9,48 S 9,53 S 9,42 S 9,5370 S 14,34 S 13,75 S 14,22 S 14,00 S 14,53 S 14,25 S 14,44 S 14,00 S 14,44 S 14,28 S 14,2250 S. 0,00022292 m3/S 0,00021254 m3/S 0,00020833 m3/S 0,00021142 m3/S 0,00020855 m3/S 0,00021053 m3/S 0,00020576 m3/S 0,00020704 m3/S 0,00021097 m3/S 0,00020986 m3/S 0,00021231 m3/S 0,00020971 m3/S 0,00020921 m3/S 0,00021818 m3/S 0,00021097 m3/S 0,00021429 m3/S 0,00020647 m3/S 0,00021053 m3/S 0,00020776 m3/S 0,00021429 m3/S 0,00020776 m3/S 0,00021008 m3/S 0,00021090 m3/S. Grava Media Tabla 11 Determinar el caudal de la grava media. Caudal. 0,001 m3. Promedio. 0,002 m3. Tiempo S 5,35 S 5,17 S 5,67 S 5,01 S 5,36 S 5,76 S 5,32 S 5,04 S 5,51 S 5,27 S 5,3460 S 10,22 S. Q 0,00018692 m3/S 0,00019342 m3/S 0,00017637 m3/S 0,00019960 m3/S 0,00018657 m3/S 0,00017361 m3/S 0,00018797 m3/S 0,00019841 m3/S 0,00018149 m3/S 0,00018975 m3/S 0,00018706 m3/S 0,00019569 m3/S. 42.
(43) Promedio. 0,003 m3. Promedio. 10,12 S 10,41 S 10,02 S 10,19 S 10,09 S 10,32 S 9,88 S 10,22 S 10,43 S 10,1900 S 15,78 S 16,03 S 16,04 S 15,66 S 15,97 S 15,53 S 15,15 S 15,00 S 15,44 S 15,22 S 15,5820 S. 0,00019763 m3/S 0,00019212 m3/S 0,00019960 m3/S 0,00019627 m3/S 0,00019822 m3/S 0,00019380 m3/S 0,00020243 m3/S 0,00019569 m3/S 0,00019175 m3/S 0,00019627 m3/S 0,00019011 m3/S 0,00018715 m3/S 0,00018703 m3/S 0,00019157 m3/S 0,00018785 m3/S 0,00019317 m3/S 0,00019802 m3/S 0,00020000 m3/S 0,00019430 m3/S 0,00019711 m3/S 0,00019253 m3/S. Grava Fina Tabla 12 Determinar el caudal de la grava fina. Caudal 0,001 m3. Promedio. 0,002 m3. Tiempo S 6,12 S 6,12 S 5,69 S 6,13 S 6,10 S 6,16 S 6,22 S 6,15 S 6,18 S 6,27 S 6,1140 S 12,19 S 12,00 S 12,19 S. Q. 0,00016340 m3/S 0,00016340 m3/S 0,00017575 m3/S 0,00016313 m3/S 0,00016393 m3/S 0,00016234 m3/S 0,00016077 m3/S 0,00016260 m3/S 0,00016181 m3/S 0,00015949 m3/S 0,00016356 m3/S 0,00016407 m3/S 0,00016667 m3/S 0,00016407 m3/S. 43.
(44) Promedio. 0,003 m3. Promedio. 12,03 S 12,06 S 12,12 S 12,09 S 12,02 S 12,06 S 12,14 S 12,0900 S 17,60 S 17,90 S 17,93 S 17,88 S 17,90 S 17,60 S 17,90 S 17,94 S 17,79 S 17,88 S 17,8320 S. 0,00016625 m3/S 0,00016584 m3/S 0,00016502 m3/S 0,00016543 m3/S 0,00016639 m3/S 0,00016584 m3/S 0,00016474 m3/S 0,00016543 m3/S 0,00017045 m3/S 0,00016760 m3/S 0,00016732 m3/S 0,00016779 m3/S 0,00016760 m3/S 0,00017045 m3/S 0,00016760 m3/S 0,00016722 m3/S 0,00016863 m3/S 0,00016779 m3/S 0,00016824 m3/S. Ley de Darcy. 𝑄=𝐾∗. ∆ℎ ∗𝐴 𝐿. Cómo se desea determinar el coeficiente hidráulico de cada material contenido en cada una de las 3 probetas. Se despeja la ley de Darcy para poder hallar k (coeficiente de permeabilidad), quedando así:. 𝑄=𝐾∗. ∆ℎ ∗𝐴 𝐿. 𝐾=. 𝑄∗𝐿 ∆ℎ ∗ 𝐴. 44.
(45) Grava Gruesa Tabla 13Determinar "k” de la grava gruesa. L A H1 h2 Δh. Q 0,00020921 m3/S 0,00022026 m3/S 0,00022883 m3/S 0,00023753 m3/S 0,00022573 m3/S 0,00021930 m3/S 0,00021186 m3/S 0,00022422 m3/S 0,00023981 m3/S 0,00021645 m3/S 0,00022292 m3/S 0,00021254 m3/S 0,00020833 m3/S 0,00021142 m3/S 0,00020855 m3/S 0,00021053 m3/S 0,00020576 m3/S 0,00020704 m3/S 0,00021097 m3/S 0,00020986 m3/S 0,00021231 m3/S 0,00020971 m3/S 0,00020921 m3/S 0,00021818 m3/S 0,00021097 m3/S 0,00021429 m3/S 0,00020647 m3/S 0,00021053 m3/S 0,00020776 m3/S. 0,36 m 0,01 m2 0,708 m 0,188 m 0,520 m K 0,01448342 m/S 0,01524907 m/S 0,01584228 m/S 0,01644436 m/S 0,01562771 m/S 0,01518219 m/S 0,01466754 m/S 0,01552259 m/S 0,01660210 m/S 0,01498501 m/S 0,01543263 m/S 0,01471430 m/S 0,01442308 m/S 0,01463653 m/S 0,01443812 m/S 0,01457490 m/S 0,01424501 m/S 0,01433349 m/S 0,01460565 m/S 0,01452902 m/S 0,01469868 m/S 0,01451835 m/S 0,01448342 m/S 0,01510490 m/S 0,01460565 m/S 0,01483516 m/S 0,01429403 m/S 0,01457490 m/S 0,01438312 m/S. 45.
(46) 0,00021429 m3/S 0,00020776 m3/S 0,00021008 m3/S 0,00021090 m3/S. 0,01483516 m/S 0,01438312 m/S 0,01454428 m/S 0,01460051 m/S. Se puede evidenciar que el coeficiente de permeabilidad “K”, para el agregado grueso que pasa por el tamiz de ½” y retiene en tamiz de 3/8”, es de 0.014 m/s.. Grava Media Tabla 14 Determinar "k” de la grava Media. L A H1 h2 Δh. 0,36 m 0,01 m2 0,735 m 0,180 m 0,555 m. Q. K 0,01212427 m/S 0,01254640 m/S 0,01144001 m/S 0,01294708 m/S 0,01210165 m/S 0,01126126 m/S 0,01219264 m/S 0,01287001 m/S 0,01177221 m/S 0,01230832 m/S 0,01213335 m/S 0,01269371 m/S 0,01281914 m/S 0,01246203 m/S 0,01294708 m/S 0,01273108 m/S 0,01285726 m/S 0,01257071 m/S. 0,00018692 m3/S 0,00019342 m3/S 0,00017637 m3/S 0,00019960 m3/S 0,00018657 m3/S 0,00017361 m3/S 0,00018797 m3/S 0,00019841 m3/S 0,00018149 m3/S 0,00018975 m3/S 0,00018706 m3/S 0,00019569 m3/S 0,00019763 m3/S 0,00019212 m3/S 0,00019960 m3/S 0,00019627 m3/S 0,00019822 m3/S 0,00019380 m3/S. 46.
(47) 0,00020243 m3/S 0,00019569 m3/S 0,00019175 m3/S 0,00019627 m3/S 0,00019011 m3/S 0,00018715 m3/S 0,00018703 m3/S 0,00019157 m3/S 0,00018785 m3/S 0,00019317 m3/S 0,00019802 m3/S 0,00020000 m3/S 0,00019430 m3/S 0,00019711 m3/S 0,00019253 m3/S. 0,01313054 m/S 0,01269371 m/S 0,01243813 m/S 0,01273108 m/S 0,01233172 m/S 0,01213940 m/S 0,01213183 m/S 0,01242622 m/S 0,01218501 m/S 0,01253024 m/S 0,01284453 m/S 0,01297297 m/S 0,01260328 m/S 0,01278545 m/S 0,01248842 m/S. Se puede evidenciar que el coeficiente de permeabilidad “K”, para el agregado grueso que pasa por el tamiz de 3/8” y retiene en tamiz de 1/4”, es de 0.012 m/s.. Grava Fina Tabla 15 Determinar "k” de la grava fina. L A H1 h2 Δh. 0,36 m 0,01 m2 0,792 m 0,104 m 0,688 m. Q. K 0,00854993 m/S 0,00854993 m/S 0,00919606 m/S 0,00853598 m/S 0,00857796 m/S 0,00849441 m/S 0,00841247 m/S. 0,00016340 m3/S 0,00016340 m3/S 0,00017575 m3/S 0,00016313 m3/S 0,00016393 m3/S 0,00016234 m3/S 0,00016077 m3/S. 47.
(48) 0,00016260 m3/S 0,00016181 m3/S 0,00015949 m3/S 0,00016356 m3/S 0,00016407 m3/S 0,00016667 m3/S 0,00016407 m3/S 0,00016625 m3/S 0,00016584 m3/S 0,00016502 m3/S 0,00016543 m3/S 0,00016639 m3/S 0,00016584 m3/S 0,00016474 m3/S 0,00016543 m3/S 0,00017045 m3/S 0,00016760 m3/S 0,00016732 m3/S 0,00016779 m3/S 0,00016760 m3/S 0,00017045 m3/S 0,00016760 m3/S 0,00016722 m3/S 0,00016863 m3/S 0,00016779 m3/S 0,00016824 m3/S. 0,00850822 m/S 0,00846692 m/S 0,00834539 m/S 0,00855832 m/S 0,00858500 m/S 0,00872093 m/S 0,00858500 m/S 0,00869918 m/S 0,00867754 m/S 0,00863458 m/S 0,00865601 m/S 0,00870642 m/S 0,00867754 m/S 0,00862036 m/S 0,00865601 m/S 0,00891913 m/S 0,00876965 m/S 0,00875498 m/S 0,00877946 m/S 0,00876965 m/S 0,00891913 m/S 0,00876965 m/S 0,00875010 m/S 0,00882388 m/S 0,00877946 m/S 0,00880309 m/S. Se puede evidenciar que el coeficiente de permeabilidad “K”, para el agregado grueso que pasa por el tamiz N° 4 y retiene en tamiz N° 8”, es de 0.008 m/s.. 48.
(49) Conclusiones Terminada la instalación del prototipo de permeámetro de cabeza constante, y una vez culminado el proceso de toma de datos en donde se cotejo el comportamiento cada una de las tres probetas de suelo granular se pudo determinar que el grado de permeabilidad de cada material está relacionado con el tamaño nominal de estos, pudiendo así determinar que entre más finas sean las partículas que componen una muestra de suelo, menor será su permeabilidad. Los ensayos de cabeza constante no permiten obtener valores de la permeabilidad de los suelos cien por ciento confiables. Algunas de las razones por las cuales los resultados no son cien por ciento confiables son las siguientes: La muestra de material que se utiliza en el prototipo nunca es igual a la que se tiene en terreno, pues siempre estará algo alterada. La orientación in situ del material con respecto al flujo de agua es probablemente distinta en el laboratorio. Las paredes lisas del prototipo mejoran los caminos de flujo con respecto a los naturales en el terreno, estas condiciones del suelo natural serán casi imposibles de reproducir en el laboratorio. De igual manera es importante resaltar que a pesar de todas estas condiciones este ensayo nos establece valores representativos del coeficiente de permeabilidad de suelos granulares presentes en depósitos naturales o colocados en terraplenes, o cuando se empleen como base para pavimentos.. 49.
(50) Bibliografía. ARQHYS.com., E. d. (12 de 2012). ARQHYS ARQUITECTURA. Obtenido de Revista ARQHYS: https://www.arqhys.com/construccion/ley-darcy-suelo.html. Forsythe, Manual de Laboratorio, Fisica de Suelos. En W. Forsythe, Manual de Laboratorio, Fisica de Suelos. INTERNATIONAL INSTITUTE FOR LAND RECLAMATION AND IMPROVEMENT. (1977). Principios y aplicaciones de drenaje; 1 Volumen: Materias Preliminares. En Principios y aplicaciones de drenaje; 1 Volumen: Materias Preliminares. Holanda: Wageningen. Pizarro, F. (1978). DRENAJE AGRICOLA Y RECUPERACION DE SUELOS SALINOS. En F. Pizarro, DRENAJE AGRICOLA Y RECUPERACION DE SUELOS SALINOS. Madrid: Agricola Española, S.A. Yura, M. (Ed.). (18 de Agosto de 2014). Slide Share. Obtenido de es.slideshare.net: https://es.slideshare.net/melitayura/mecanica-de-suelos-propiedades-hidraulicas-delsuelo. 50.
(51)
Figure
Documento similar
You may wish to take a note of your Organisation ID, which, in addition to the organisation name, can be used to search for an organisation you will need to affiliate with when you
Where possible, the EU IG and more specifically the data fields and associated business rules present in Chapter 2 –Data elements for the electronic submission of information
The 'On-boarding of users to Substance, Product, Organisation and Referentials (SPOR) data services' document must be considered the reference guidance, as this document includes the
In medicinal products containing more than one manufactured item (e.g., contraceptive having different strengths and fixed dose combination as part of the same medicinal
Products Management Services (PMS) - Implementation of International Organization for Standardization (ISO) standards for the identification of medicinal products (IDMP) in
Products Management Services (PMS) - Implementation of International Organization for Standardization (ISO) standards for the identification of medicinal products (IDMP) in
This section provides guidance with examples on encoding medicinal product packaging information, together with the relationship between Pack Size, Package Item (container)
Package Item (Container) Type : Vial (100000073563) Quantity Operator: equal to (100000000049) Package Item (Container) Quantity : 1 Material : Glass type I (200000003204)