Tarea 1

Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Estructural y Geotécnica
ICE2604- Fundamentos de Geotecnia

TAREA 1 – Ensayos de Permeabilidad

 

Grupo 5
José Luis Domínguez 
Santiago Domínguez 
Daniel Mayol
Michael Stefanic

Fecha: 19-04-2011
Introducción

Para la Ingeniería Estructural y Geotécnica, losestudios de suelo son cada vez más comunes y más necesarios, debido a que los estándares de seguridad son cada vez más altos.

Dentro de los estudios de suelo, existe una serie de ensayos, entre los que se encuentran los ensayos de permeabilidad, que permiten determinar la resistencia que opone un suelo al flujo de agua a través de éste.

Existen dos tipos de ensayos de permeabilidad: a cargaconstante y a carga variable. El primero consiste en establecer un flujo a través de un suelo manteniendo constante el gradiente hidráulico, mientras que el segundo se preocupa de controlar la evolución de la carga hidráulica en el tiempo.

El ensayo de carga constante, se aplica a suelos granulares, y gracias a éste es posible determinar el coeficiente de permeabilidad k del suelo.En esta tarea se estudiará tanto teórica como empíricamente este ensayo.

Parte I

A) Como muestra la figura, en un ensayo de carga constante, el flujo de agua es producido mediante la generación de un gradiente hidráulico.
Figura 1. Ensayo de Permeabilidad a carga constante.
Lo más importante en este ensayo es considerar que el flujo de agua se mantiene constante, por lo que deberáncumplirse las siguientes relaciones:
Q=V×A ×t
Q=A×k×i×t
i=∂∆h∂L
Q∂L=A ×k×t×∂∆h
Q×L=A×k×t×∆h
Entonces:
k=Q×LA×t∆h
Si consideramos que las rocas permeables no son ideales (tienen una permeabilidad conocida), el valor de k obtenido anteriormente será el valor de la permeabilidad del sistema, y para obtener el valor de la permeabilidad del suelo, deberá considerarse un sistema de estratosperpendiculares al flujo. En este caso la permeabilidad del sistema está dado por:
Ke = iHiiHiki
Donde Hi representa la altura del estrato i, y ki su permeabilidad. Entonces, ke corresponderá al resultado experimental de la permeabilidad del sistema, y de la relación anterior deberá despejarse la permeabilidad del suelo, que corresponderá a uno de los ki.
B)
Este problema corresponde a unensayo de permeabilidad a carga constante (figura 1), es decir, el diferencial de carga hidráulica entre el punto inicial y el punto final de la probeta de suelo es igual a ΔH.
En este caso, el factor de permeabilidad será una función de la diferencia de volúmenes de agua que salen del sistema para distintos tiempos, los tiempos medidos, las dimensiones de la probeta, y la diferencia de cargahidráulica:
Figura 2: Ensayo de permeabilidad a carga constante.

K=Vwt2- Vwt1A×t2-t1 ∆hL

Para este problema, tenemos los siguientes datos:
A = 100 cm2 = 0,01 m2
L = 0,1 m
e = 0,05 m
Δh= 5 m
T(s) | V(t) (cm3) | V(t) (m3) |
15 | 44 | 4,4 * 10-5 |
30 | 92 | 9,2 * 10-5 |
45 | 138 | 1,38 * 10-4 |
60 | 186 | 1,86 * 10-4 |
Tabla 1. Datos Volumen v/s Tiempo

Reemplazamos losdatos para tres intervalos distintos (15 s ~ 30 s, 30 s ~ 45 s y 45 s ~ 60 s), así obtendremos tres valores para K que posteriormente promediaremos.
En el intervalo 15 s ~ 30 s:

K1=9,2×10-5- 4,4 × 10-5 0,01×15 50,01
Así, se obtiene para este intervalo:
K1=6,4× 10-6 m/s
Análogamente:

En el intervalo 30 s ~ 45 s
K2=6,13 × 10-6 m/s
En el intervalo 45 s ~ 60 s
K3=6,4 × 10-6m/s
Promediando K1, K2 y K3, obtenemos el valor de K:
K=6,31 × 10-6 m/s
De acuerdo a la clasificación de suelos basada en la permeabilidad, el suelo del ensayo sería una arena fina (cercana al límite 10-6 m/s que separa arenas de limos).

Si consideramos que las placas cerámicas no son perfectamente permeables, es decir, presentan una cierta resistencia al flujo del agua, entonces el...