Determinación del Coeficiente de Permeabilidad para Suelos Granulares

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES (CARGA

CONSTANTE)

ASTM D 2434-68 (1994) AASHTO T 215

Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos

ALCANCE

Este método de ensayo describe el procedimiento para determinar el coeficiente de permeabilidad mediante carga constante para flujo laminar de agua a través de suelos granulares que no contenga más del 10% de partículas que pasen el tamiz de 75 µm (N° 200).


EQUIPO

Tubos piezométricos.-Tubos piezométricos.-

Permeámetros.- con cilindros para muestras con diámetros mínimo de aproximadamente 8 a 12 veces el tamaño máximo de las partículas de acuerdo con la tabla N° 1

Permeámetros.- con cilindros para muestras con diámetros mínimo de aproximadamente 8 a 12 veces el tamaño máximo de las partículas de acuerdo con la tabla N° 1

Tanque de carga constante.- laminar de agua

Tanque de carga constante.- laminar de agua


Tamaño máximo de partículas

Diámetro mínimo del cilindro% retenido > 35% % retenido < 35%N° 10

3/8 in N° 10 3/8 in

N° 10 y 3/8 in3/8 in y ¾ in

3 in 6 in 4.5 in 9.5 in

Tabla N° 1. Diámetro del cilindro

Fuente: Norma ASTM D 2434-68 (1994)


Fuente: Norma ASTM D 2434

Fig. 1.1 Permeámetro de cabeza constante


EQUIPO

Piedras porosas.-Piedras porosas.-

Bomba de vacío o aspirador de aire:Bomba de vacío o aspirador de aire:

Equipo para compactación.- Equipo para compactación.-


EQUIPO

Cucharón.- Con una capacidad de 100 g (0.22 lb).

Cucharón.- Con una capacidad de 100 g (0.22 lb).

Balanza.- Con sensibilidad de 0.01 g, y capacidad de 2 Kg.

Balanza.- Con sensibilidad de 0.01 g, y capacidad de 2 Kg.


EQUIPO

Otros equipos.- Termómetros, cronómetro, probeta de 250 mL, recipientes para mezclar, recipientes para determinar el contenido de humedad de acuerdo a la norma ASTM D 2216, etc (ver Foto N° 2).

Otros equipos.- Termómetros, cronómetro, probeta de 250 mL, recipientes para mezclar, recipientes para determinar el contenido de humedad de acuerdo a la norma ASTM D 2216, etc (ver Foto N° 2).


MUESTRA DE ENSAYO

• Determine por cuarteo una muestra representativa de suelo granular secado al aire, que contenga menos del 10% de suelo que pase el tamiz de 75 µm (N° 200).

• Realice un análisis granulométrico de acuerdo a la Norma ASTM D 422. Las partículas mayores de 19 mm (3/4 in) no deberán emplearse en el ensayo.

• Del material tamizado escoja mediante cuarteo, de acuerdo a la norma ASTM C 702, una cantidad aproximadamente igual a dos veces la requerida para llenar la cámara del permeámetro


PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Mida el diámetro interior del cilindro Ø, la longitud L entre las salidas de los piezómetros, y la altura total H1 del cilindro.

Humedezca las piedras porosas. (ver Foto N° 3)

Foto N° 3: Humedecimiento de las piedras porosas.



Mezcle el suelo con suficiente agua para producir el contenido de humedad deseado.

Determine el peso de la muestra que se va a utilizar en el ensayo, y anótela como W1. (ver Foto N° 4)

Foto N° 4: Peso de la muestraQ



Almacene el material en un recipiente cubierto por lo menos durante 16 horas.

Determine el contenido de humedad con una pequeña porción de la muestra preparada.

Coloque el suelo preparado en el permeámetro en

capas delgadas uniformes aproximadamente iguales en espesor al tamaño máximo de las partículas después de compactadas, pero no menor de 15 mm (0.6 in), usando un cucharón.



Compacte las capas sucesivas hasta que el suelo alcance el peso unitario relativo deseado mediante golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie de la capa siguiendo una trayectoria regular, hasta una altura de alrededor de 20 mm (0.8 in) por encima de la salida del piezómetro superior.

• Peso unitario relativo del 0%: Coloque la muestra en capas sucesivas sin compactarlas hasta cuando el molde del permeámetro esté lleno.


PREPARACIÓN DE LA MUESTRA • Peso unitario relativo al 100%: Compacte

completamente cada capa de suelo mediante golpes uniformemente distribuidos sobre la superficie de la capa hasta producir el peso unitario máximo.

• Peso unitario relativo entre el 0 y 100%: Mediante

tanteos, en un recipiente separado del mismo diámetro que el cilindro de permeabilidad, ajuste la compactación hasta obtener el peso unitario relativo deseado.

Determine el peso final del suelo empleado en el ensayo (W1 – W2), siendo W2 el peso sobrante de suelo dejado en la bandeja.


PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA EL ENSAYO DE PERMEABILIDAD

• Mida y anote la altura final de la muestra H1 – H2, midiendo la profundidad H2, desde la superficie superior del disco poroso hasta la superficie superior del cilindro.

•Nivele la superficie superior del suelo colocando la piedra porosa superior, rotándola suavemente de derecha a izquierda. Foto N° 5: Colocación de la piedra porosa superior.



• Coloque el resorte y la tapa superior del permeámetro y asegúrela con tornillos.

• Elimine el aire atrapado en las partículas empleando una bomba de vacío bajo 500 mm de mercurio (20 in) como mínimo, durante 15 min. Continúe la operación mediante una saturación lenta de la muestra de abajo hacia arriba .

Fig. 1.2 Dispositivo para evacuar y saturar la muestra

Fuente: Norma ASTM D 2434



• Cierre la válvula de desagüe y desconecte el vacío.

• Debe tenerse cuidado de constatar que el sistema de flujo de permeabilidad y que el sistema de piezómetros se halle libres de aire y estén trabajando satisfactoriamente, para ello se debe realizar lo siguiente:

Llene el tubo de admisión con agua proveniente

del tanque de carga constante, abriendo ligeramente la válvula del filtro del tanque.

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en Mecánica de Suelos


• Conecte el tubo de admisión a la válvula del permeámetro, y abra ligeramente la válvula y las válvulas de salida de los piezómetros. (ver Fig. 6).

•Conecte los tubos piezométricos de agua con las salidas de los piezómetros, y llene con agua para remover el aire.

•Cierre la válvula de admisión y abra la de desagüe, para que el agua alcance en los tubos piezométricos un nivel estable con carga cero.

Foto N° 6: Conexión del tubo de admisión.


PROCEDIMIENTO

Abra la válvula de admisión del tanque de carga constante, hasta que la carga de agua sea estable.

Determine y anote la carga h, definida como la diferencia entre los niveles de los piezómetros. (ver Foto N° 7)

Determine la cantidad (Q) de agua recolectada en una probeta graduada de 250 mL, que fluye en un tiempo determinado (t).

Foto N° 7: Determinación de la carga de agua h

Foto N° 8: Medición de la cantidad de agua recolectada.


PROCEDIMIENTO

Determine la temperatura a la cual está el agua del ensayo (°C).

Foto N° 8: Medición de la cantidad de agua recolectada.

Repita el proceso variando la altura de carga en incrementos de 5 mm.

Al concluir el ensayo de permeabilidad, drene y examine la muestra para establecer si era esencialmente homogénea.

Foto N° 9: Examinación de la muestra al finalizar el ensayo.


CÁLCULOS Calcule el coeficiente de permeabilidad k, así:

Donde:

K=Coeficiente de permeabilidad, cm/s.

Q=Cantidad de agua descarga, cm3

L=Distancia entre piezómetros, cm.

A=Área de la sección transversal de la muestra, cm2.

T=Tiempo total de desagüe, s.

H=Diferencia de carga (altura) sobre los piezómetros, cm.

htA

LQk

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