Geologo

GUIA DE LABORATORIO Nº 5
I.

PERMEABILIDAD DE UN SUELO

Generalidades
El coeficiente de permeabilidad es una constante de proporcionalidad relacionada con la
facilidad de movimiento de un flujo a través de un medio poroso. Existen dos métodos
generales de laboratorio para determinar directamente el coeficiente de permeabilidad de un
suelo. Estos son los llamados método de la cabezaconstante y el método de la cabeza
variable. Ambos métodos se basan en la ley de Darcy
Ni el ensayo de cabeza constante ni el de cabeza variable permiten obtener valores del
coeficiente de permeabilidad de un suelo demasiado confiables. Existen muchas razones
para esto, pero las principales son las siguientes:
1. El suelo que se utiliza en el aparato de permeabilidad nunca es igual al suelo quese
tiene en el terreno (siempre esta algo alterado)
2. La orientación in situ de los estratos con respecto al flujo de agua es probablemente
diferente en laboratorio.
3. Las condiciones de frontera son diferentes en el laboratorio. Las paredes lisas del
molde de permeabilidad mejoran los caminos del flujo con respecto a los caminos
naturales en el terreno. Si el suelo tiene estratificaciónvertical, el flujo en los
diferentes estratos será diferente, y esta condición de frontera es casi imposible de
reproducir en el laboratorio.
4. La carga hidráulica ∆h puede ser diferente (a menudo mucho mayor) en el
laboratorio, lo cual causa el lavado de material fino hacia las fronteras con una
posible reducción en el valor de k. Los gradientes hidráulicos obtenidos en el
terreno (i =h/L) varían entre 0.5 y 1.5, mientras que en el laboratorio suelen ser 5 o
más. Existe evidencia obtenida en diferentes investigaciones que hace pensar que v
= k i no es una relación lineal para todos los valores de i, especialmente para valores
grandes (Mitchell y Younger (1967)). Por otra parte existe también evidencia de que
suelos finos (arcillas), puede existir un gradiente umbral pordebajo del cual no hay
flujo. (Terzaghi (1925)).
5. El efecto del aire atrapado en la muestra de laboratorio es grande aun para pequeñas
burbujas de aire debido al tamaño tan pequeño de la muestra.
Definiciones
Ley de Darcy.

v = k ⋅i
y la velocidad correspondiente del flujo es:

q = k ⋅i ⋅ A
donde:
q = cantidad de flujo por unidad de tiempo
k = coeficiente de permeabilidad (unidades develocidad)
i = gradiente hidráulico = ∆h/L
∆h = carga hidráulica a lo largo de la muestra
L = Longitud de la muestra a través de la cual se mide h
A = área de la sección transversal de la masa en consideración

El coeficiente de permeabilidad de una masa de suelo homogénea, isotropita depende
principalmente de los siguientes factores:
1. La viscosidad del fluido en los poros (normalmenteagua). A medida que la
temperatura aumenta, la viscosidad del agua disminuye y el coeficiente de
permeabilidad aumenta; es decir, la velocidad de flujo aumenta. El coeficiente de
permeabilidad se ha normalizado a 20 º C, de forma que el coeficiente de
permeabilidad a cualquier temperatura T se puede expresar con respecto a k20, por
medio de la siguiente ecuación:
k20 = kT ⋅

ηT
η20donde ηT y η20, son las viscosidades de los fluidos a la temperatura T del ensayo y a
20 º C, respectivamente. Es posible utilizar la viscosidad absoluta o la viscosidad
cinemática del fluido en la ecuación anterior.

2. La relación de vacíos e del suelo. Se han hecho varios intentos para correlacionar el
coeficiente de permeabilidad del suelo a una relación de vacíos dada con el mismosuelo a diferente relación de vacíos [k = f (e)].
3. El tamaño y forma de los granos de suelo. Allan Hazen estudio el uso de arenas en
filtros para obras hidráulicas y concluyo que para arenas limpias y gravas el
coeficiente de permeabilidad puede expresarse aproximadamente como:
2
k = 100 ⋅ D10

cm / s

para un rango de D entre 0.1 < D10 < 3.0 mm. El D10 que se utiliza es el diámetro...