DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD.pptx

La permeabilidad del suelos puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las determinaciones de laboratorio son mucho más fáciles de hacer que las in situ. Debido a que la permeabilidad depende mucho de la estructura del suelo (tanto la microestructura o disposición de las partículas como la macroestructura: estratificación, etc). Método utilizados para la determinación de la permeabilidad
La permeabilidad es una propiedad hidráulica de los suelos, donde el suelo permite hasta cierto grado particular, un movimiento de agua perceptible a través del mismo en estado saturado. La permeabilidad se mide en unidades de área sobre tiempo, se considera a los suelos compuestos de grava y arena como de alta permeabilidad, mientras a los suelos arcillosos como muy poco permeables

1. PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS La permeabilidad es una propiedad hidráulica de los suelos, donde el suelo permite hasta cierto grado particular, un movimiento de agua perceptible a través del mismo en estado saturado. La permeabilidad se mide en unidades de área sobre tiempo, se considera a los suelos compuestos de grava y arena como de alta permeabilidad, mientras a los suelos arcillosos como muy poco permeables , como se puede observar en la siguiente tabla: La permeabilidad del suelos puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las determinaciones de laboratorio son mucho más fáciles de hacer que las in situ. Debido a que la permeabilidad depende mucho de la estructura del suelo (tanto la microestructura o disposición de las partículas como la macroestructura: estratificación, etc ). Método utilizados para la determinación de la permeabilidad están: DETERMINANCIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD

2. ENSAYOS DE LABORATORIO (es la forma más común)

3. ECUACIONES Y MÉTODOS EMPÍRICOS (De acuerdo a la experiencia de muchos ensayos realizados en una diversidad de suelos, muchos investigadores han elaborado relaciones y procedimientos empíricos para predecir la conductividad hidráulica de los suelos según a sus propiedades físicas)

4. ENSAYOS DE CAMPO (Las pruebas de bombeo en estado estacionario y los ensayos en barrenaciones, son solo algunos de los que se han ideado para determinar la conductividad hidráulica en campo)

5.   1. El permeámetro de carga constate. La prueba de permeabilidad con carga constante se utiliza ampliamente con todos los tipo de suelos. La Figura 1 muestra el dispositivo para la prueba de permeabilidad con carga constante. Los paso a seguir: La muestra de suelo se introduce en un cilindro de plástico transparente, donde se instalan filtros de piedra porosa por encima y por debajo de esta. Se debe saturar completamente la muestra de agua, para lo cual se suministra agua que sea desairada al reservorio superior. Luego se abren las válvulas y se deja circular agua controlando la velocidad del flujo con las válvulas, hasta que los niveles de agua de los piezómetros se mantienen constantes. Lo que significa qua la muestra estará completamente saturada de agua. Inicialmente se deja correr un flujo de agua, controlado por las válvulas por un tiempo t. Luego, se registran las alturas piezométricas y el volumen de agua recolectada por el recipiente graduado. Después se modifica el caudal (q) y se repite el mismo procedimiento, se deben efectuar varios ensayos con diferentes caudales. La conductividad hidráulica será: Ensayos de Permeabilidad en Laboratorio

6.   1. El permeámetro de carga constate. Ecuación 1 Donde: k = Conductividad hidráulica. L = Longitud de la muestra. (véase a figura 4.8) Δ h = Pérdida de carga. (véase a figura 4.8) Q = Volumen de agua recolectada por el cilindro graduado. A = Área transversal interna del cilindro. (sección transversal) t = Tiempo de duración el ensayo. Luego de determinar diferentes conductividades hidráulicas (k), para cada variación del (q), la media aritmética de todas las conductividades hidráulicas obtenidas será la conductividad hidráulica. finalmente debe realizarse, una corrección de la conductividad hidráulica por efecto de la temperatura, los resultados deben ser expresados para una temperatura de 20º C. Ensayos de Permeabilidad en Laboratorio

7. Como es necesaria una permeabilidad relativamente grande para obtener buena precisión en la prueba de carga variable, esta se limita a suelos de grano fino como: arenas finas, limos y arcillas . Además puede proporcionar resultados aceptables en cualquier tipo de suelo. La Figura 2 muestra el dispositivo para la prueba de permeabilidad con variable. para lo cual deben seguirse lo siguientes pasos: 2. El permeámetro de carga variable. Ensayos de Permeabilidad en Laboratorio Los paso a seguir: En un cilindro de unos 100 mm de diámetro, se introduce una muestra inalterada de suelo, donde los extremos superior e inferior están protegidos por una piedra porosa. La muestra debe estar completamente saturada de agua, para esto se sigue el mismo procedimiento que para el permeámetro de carga constante. Después de que la muestra ha sido saturada, se la introduce en un reservorio anegado de agua que cuenta con un vertedor que mantiene un nivel constante. El ensayo empieza, cuando se llena de agua el tubo que está conectado al extremo superior del cilindro con la muestra de suelo, entonces se permite que el agua desairada pase a través de la muestra de suelo. Se registra el nivel inicial de la columna de agua en el tubo al empezar el ensayo y también a diferentes tiempos durante el ensayo. La conductividad hidráulica (k), es obtenida de la siguiente expresión:

8. 2. El permeámetro de carga variable. Ensayos de Permeabilidad en Laboratorio Ecuación 2 Donde: k = Conductividad hidráulica. L = Longitud de la muestra. (véase a figura 4 – 32) a = Área de la sección transversal del tubo. 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 transversal interna del cilindro. (sección transversal) t1 = Tiempo al iniciar el ensayo, cuando el nivel de agua en el tubo esta en h1. t2 = Tiempo al finalizar el ensayo, cuando el nivel de agua esta en h2. Se repite el ensayo con diferentes diámetros del tubo, calculando diferentes conductividades hidráulicas (k), donde se tendrá una variación del caudal (q). La media aritmética de todas estas obtenidas será la conductividad hidráulica. Finalmente debe realizarse, una corrección de la conductividad hidráulica por efecto de la temperatura, los resultados deben ser expresados para una temperatura de 20º C.

9.   Como las pruebas edométricas se suelen realizar generalmente con suelos plásticos, la determinación de la permeabilidad a partir de esta prueba sólo se hace con suelos de permeabilida d baja. Aplicable en suelos 3. La medida directa o indirecta mediante una prueba edométrica . Ensayos de Permeabilidad In Situ Permite hallar el coeficiente de permeabilidad de suelos permeables o semi permeables de tipo granular, situados de debajo del nivel freático, y en rocas muy fracturadas. Existen dos métodos para realizar el ensayo Lefranc ; a nivel constante y a nivel variable. 1. Ensayo Lefranc Se realiza en el interior de sondeos y permite calcular semi cuantitativamente el coeficiente de permeabilidad de los macizos, en cualquier tipo de litología y nivel de fracturación, y profundidad. Aplicable en macizos rocosos 2. Ensayo Lugeon Tanto las ecuaciones (1) y (2) se han reducido mediante la Ley de Darcy, para los casos de flujo presentes en los permeámetros.

10.   3. U.S. Bureau of Reclamation En primer lugar se realiza una perforación hasta alcanzar el estrato en el cual se quiere realizar la medida. Es necesario que la perforación penetre en el estrato al menos 5 veces el diámetro. Se introduce una funda de acero hasta el fondo de la perforación. Se introduce el agua en el interior de la perforación que filtrará por el fondo, debiendo mantener el nivel de agua constante. Una vez que se haya logrado un régimen permanente es decir que el gasto de agua sea constante con el tiempo, la conductividad hidráulica (k) se obtendrá mediante la siguiente expresión:

11.   4. Estrato permeable sobre otro impermeable

12. Ejemplo: En una muestra representativa de suelo, se ha realizado un ensayo de conductividad hidráulica. La tabla 1, muestra los resultados de tres ensayos que se realizaron con esta muestra de suelo en laboratorio. Determine la conductividad hidráulica del suelo . Para determinar la conductividad hidráulica en un ensayo de carga variable, se utiliza la ecuación 1 . Generalmente en laboratorio se realizan tres ensayos para una misma muestra de suelo, para determinar la conductividad hidráulica real, deben hallarse las conductividades hidráulicas para los tres ensayos de la tabla y obtener la media aritmética de estos tres. Finalmente debe hacerse una corrección por temperatura con la ecuación 3, para esto debe determinar un coeficiente adecuado de la tabla D.1. PASO 1. Determinación de la conductividad hidráulica. La conductividad hidráulica será:

13. Reemplazando los valores correspondientes a cada ensayo: Q1 = 305 cm Q2 = 375 cm Q3 = 395 cm Δ h1 = 60 cm. Δ h 2 = 70 cm. Δ h3 = 80 cm. t = 25 seg . L = 13.2 cm. A = 31.67 cm. Se tendrá que: Las conductividades hidráulicas serán: K 1 = 8.5x10-2 cm/s. K 2 = 8.9x10-2 cm/s. K 3 = 8.2x10-2 cm/s . Reemplazando los valores de: Se tiene que: La conductividad hidráulica será : PASO 2. Determinación de la conductividad hidráulica promedio. La media aritmética de la conductividad hidráulica, será:

14. La conductividad hidráulica para una temperatura de 20ºC, será: Cuando se realiza un ensayo de permeabilidad en laboratorio, generalmente se realizar tres o más ensayos de la misma muestra de suelo, haciendo una variación de la altura de carga. Con el objetivo de tener resultados mas confiables. La conductividad hidráulica, será la media aritmética de todas estas conductividades calculadas, en esta siempre se debe hacerse una corrección por temperatura. Es importante que la temperatura del agua se mantenga constante en todos los ensayos que se realicen con la misma muestra de suelo. PASO 3. Corrección por temperatura de la conductividad hidráulica. La conductividad hidráulica, siempre debe ser expresada para una temperatura de 20 ºC . La conductividad hidráulica expresada para una temperatura de 20ºC, será: Ecuación 3. De la tabla D.1 , se elige un coeficiente adecuado para la corrección de 60º C, este es: Reemplazando los valores de: Se tiene que:

15. Un suelo estratificado puede contener diferentes tipos de suelo, con conductividades hidráulicas diferentes en todo su perfil, como se muestra en la figura 3 . Cada estrato tiene un espesor de capa (H) y una conductividad hidráulica horizontal ( kH ) y vertical (kV) diferente. El flujo de agua puede fluir tanto horizontalmente como verticalmente teniendo conductividades hidráulicas diferentes en cualquier sentido. CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA EQUIVALENTE EN SUELOS ESTRATIFICADOS Para el caso de un perfil de suelo de n estratos, donde se tiene un flujo de agua en sentido horizontal, como muestra la figura 4. La conductividad hidráulica equivalente para flujo horizontal en suelo estratificado, será:

16. La figura 5 , muestra n estratos de suelo con flujo en dirección vertical. La conductividad hidráulica equivalente para flujo horizontal en suelo estratificado, será: CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA EQUIVALENTE EN SUELOS ESTRATIFICADOS