ensayos de permeabilidad y dispersion

CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONESCENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONESSISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRESSISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES

CURSO TALLER:CURSO TALLER:MECANICA DE SUELOS EXPERIMENTALMECANICA DE SUELOS EXPERIMENTAL

Y EXPLORACION GEOTECNICAY EXPLORACION GEOTECNICA

Ing. Milagro Castro Cuba ValenciaIng. Milagro Castro Cuba ValenciaProfesor UNI Profesor UNI -- CISMIDCISMID

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA CIVILFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ENSAYOS DE PERMEABILIDADY DISPERSIVIDAD

INTRODUCCIONINTRODUCCION

La Permeabilidad es la facilidad con la que un fluido se mueve através de un medio poroso.

Se considera que los suelos y rocas en general tienen unapermeabilidad media o cierto grado de permeabilidad, considerán-dose a este flujo de agua a través de los poros, vacíos, disconti-nuidades o fisuras como laminar, es decir un flujo no turbulento.

La representación para un flujo promedio en condiciones de per-meabilidad media es expresado por la ley de Darcy:

v = k x i

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA, LIMA, PERUUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA, LIMA, PERUFACULTAD DE INGENIERIA CIVILFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES SISMICAS Y MITIGACION CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRESDE DESASTRES

OBJETIVOOBJETIVO

1.- Conocer a priori la factibilidad del almacenamiento de un determinado volumen deagua en un lugar con fines de saneamiento.

2.- Evaluar la cantidad de flujo filtrado a través o por debajo de presas y diques, haciapozos de agua.

3.- Evaluación de las fuerzas de subpresión o fuerzas de filtración bajo estructurashidráulicas, para un análisis de estabilidad.

4.- Evitar la tubificación, mediante el control de las velocidades de filtración.5.- Evaluación de la velocidad de asentamiento debido al cambio de volumen que

ocurre cuando el agua alojada en los poros del suelo es evacuada bajo ungradiente de energía.

6.- Obtener información de un material acerca de sus condiciones hidráulicas ehidrogeológicas en lugares donde se ubique la cimentación de una obraproyectada.



FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDADFACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD

Las características principales del fluido son:

• Viscocidad• Peso específico• Polaridad

Las características principales del suelos son:

• El tamaño de partículas• Relación de vacíos• La composición• La estructura• Grado de saturación



DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD ““KK””

El coeficiente de permeabilidad se puede determinar en:El coeficiente de permeabilidad se puede determinar en:

* Laboratorio:* Laboratorio:A carga constanteA carga constanteA carga variable A carga variable

*Campo:*Campo:Prueba de bombeoPrueba de bombeoTubo abiertoTubo abiertoEnsayo Ensayo LefrancLefranc con carga variablecon carga variableEnsayo Ensayo LugeonLugeon

*A partir de la curva granulom*A partir de la curva granuloméétricatricaFFóórmula de rmula de AllenAllen HazenHazenFFóórmula de rmula de SchlicterSchlicterFFóórmula de rmula de TerzaghiTerzaghi



Ensayo de Permeabilidad a Carga VariableEnsayo de Permeabilidad a Carga VariableV = - (dh/dt)

El flujo hacia la muestra desde la columna h es:q entrada = -a (d/dt)

y el flujo a través y hacia fuera de la muestra es:q salida = A V = A k i

Por la ley de continuidad:q entrada = q salida - a (dL/dh) = (A k h / L)

de donde integrando, tenemos:k = (a L / A t) In (h1 / h2) (cm/seg)

k20 = kT (n t / n20)

Ensayo de Permeabilidad a Carga ConstanteEnsayo de Permeabilidad a Carga Constante

Q = A v t = A k i t

K = (QL/A h t) m/seg

i = h/L

H h2

N.N.F.

h1Arena

DIRECCION DEL AGUASUBTERRANEA

r1

2r

Fig. 2: Manto de arena horizontal y homogéneo sobreun estrato impermeable

D

dh

h

Nivel de Referencia

D

Flujo del Tubohacia el Suelo al Tubo

Flujo del Suelo

N.N.F.

Tubo

Fig. 3: Prueba del Tubo Abierto

Tipo de Suelo Km/seg x 10-3

Kcm/seg

Grava gruesaGrava gruesa con capas y lentes de

arena.Grava mediaGrava fina

Arena gruesa de río 4-8 mm.Arena de 2-4 mm.

Arena fina más arcillaArena fina, limpia; algo de arcilla.

Arena de dunasArena muy fina

Arena muy fina con limosLoess con e=1.3Loess con e=0.55

Arcillas

5 a 104 a 5

3530

2 a 8.825 a 300.8 a 3.00.5 a 1.0

0.20.1

1.0 a 0.11.0

2 x 10-4

2 x 10-4 a 2 x10-7

0.5 a 1.00.4 a 0.5

3.53.0

0.2 a 0.882.5 a 3.0

0.08 a 0.30.05 a 0.1

0.020.01

0.1 a 0.010.1

2 x 10-5

2 x 10-5 a 2 x 10-8

Tabla 1Coeficiente de Permeabilidad de los Suelos

10-2 10 1.0 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8

10-9

Drenaje Bueno Pobre Prácticamente impermeable

Arenas limpias ymezclas limpias dearena y grava

Arena muy finas, limos orgánicos e inorgánicos,mezclas de arena, limo y arcilla, morenasglaciares, depósitos de arcilla estratificada

Suelos “impermeables”, esdecir, arcillas homogéneassituadas por debajo de lazona de descomposiciónTipo de Suelo Grava limpia

Suelos “impermeables” modificados por la vegetación opor descomposición.

Ensayo directo del suelo “in situ” por ensayos debombeo. Se requiere mucha experiencia, perobien realizados son bastante exactos.Determinación directa

de κ Permeámetro de carga hidráulicaconstante. No se requiere mayorexperiencia.

Permeámetro de cargahidráulica decreciente.No se requiere mayorexperiencia y seobtienen buenosresultados.

Permeámetro de carga hidráulicadecreciente. Resultados dudosos.Se requiere mucha experiencia.

Permeámetro de carga hidráulicadecreciente. Resultados de regular a bueno.Se requiere mucha experiencia.

Determinaciónindirecta de κ

Por cálculo partiendo de la curvagranulométrica. Sólo aplicable en el casode arenas y gravas limpias sin cohesión.

Cálculos basados en losensayos de consolidación.Resultados buenos. Senecesita mucha experiencia.

Según A. Casagrande y R.E. Fadum

Tabla 2Permeabilidad y Condiciones de Drenaje de los Suelos

Resumen Resumen 1. La permeabilidad es la propiedad del suelo que indica la facilidad

relativa con la que un fluido puede atravesarlo.

2. La gama de permeabilidades es extremadamente amplia, variandodesde 1 cm/seg para las gravas hasta 10-8 cm/seg para las arcillas.

3. La permeapilidad depende de las características del fluido y delsuelo. La viscosidad, peso específico y polaridad son las caracterís-ticas principales del fluido. El tamaño de las partículas, la relaciónde vacíos la composición, la estructura y el grado de saturación sonlas principales características del suelo.

4. Los filtros son elementos esenciales en la mayoría de las estructu-ras de retención de agua construídas con suelos. Sirven para ob-tener la red de flujo deseada y evitar la erosión interna.



IntroducciónEn la naturaleza existen ciertos suelos finos que son altamenteerosionables, conocidos como suelos dispersivos.

La importancia del tema en la práctica de la Ingeniería Civil fuereconocido a partir de 1940, profundizando estos desde 1960. En el Perú se realizaron investigaciones preliminares desde1985.

IntroducciIntroduccióónn

IDENTIFICACION Y ENSAYOS IDENTIFICACION Y ENSAYOS EN SUELOS DISPERSIVOSEN SUELOS DISPERSIVOS



DescripciDescripcióónn de de loslos SuelosSuelosDispersivosDispersivos

Son aquellos que por la naturaleza de su mineralogia y la quimica del agua en la masa del suelo, son susceptibles a la separación de laspartículas individuales y a la posterior erosión a través de grietas en el suelo bajo la filtración de flujos.

Son altamente erosivos a bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua. Incluso en algunos casos en agua en reposo.



IdentificaciIdentificacióónn InIn--SituSitu

La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas presas.

La erosión en grietas de los caminos.

La erosión tipo tunel a lo largo de las quebradas o las arcillas unidas en roca.

La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agualuego de la lluvia.



Ensayos de Laboratorio.

• Ensayo de Pinhole Test ( ASTM D 4647-93, USBR 5410-89)

• Sales Solubles en el Agua de Poros

• Ensayo del Doble Hidrómetro (ASTM D 4221-90, USBR 5405-89)

• Ensayo de Crumb (USBR 5400-89)



Equipo empleado en elensayo de Pinhole. En la fotose esta aplicando la ultima cargaObserve el color del suelo en losrecipientes.

Ensayo de Ensayo de CrumbCrumb::

Una pequeña muestra de suelo esdesmenuzada y sumergida en agua,pudiendo observarse la dispersióndirectamente.

Ensayo del DobleEnsayo del DobleHidrHidróómetrometro

La distribución del tamaño departícula se mide usando la pruebade Hidrómetro en la cual la muestraes dispersada mediante la adicciónde una solución de defloculante,seguida de una fuerte agitación(Curva 1)

1.0 0.1 0.01 0.0050

50

100

Tamaño de Partículas (mm)Escala Logarítmica

Por

cent

a je

de F

inos

B

A

Curva 2 (sin defloculante químico

Curva 1 (prueba estándar del hidrómetro)

ni fuerte agitación)

Porcentaje de Dispersión = AB (100)

Fig. 4: Prueba de DispersiFig. 4: Prueba de Dispersióón SCSn SCS

Una segunda prueba deHidrómetro es realizadasin fuerte agitación niadicción de defloculante(Curva2).

ensayos de permeabilidad y dispersion

Documents

permeabilidad y condiciones

arena y grava glaciares

limo y arcilla

suelo flujo

travs y hacia fuera

presas y diques

capas y lentes

tubo flujo