6- Permeabilidad Cabeza Constante s5g1w

LABORATORIO # 6 PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES “CABEZA CONSTANTE” “INV-E-130-13” 1. OBJETIVO Determinar el coeficiente de permeabilidad de una muestra de suelo granular mediante el método de cabeza constante, para conocer valores representativos de este factor en materiales para carreteras. 2. EQUIPOS Y MATERIALES 

Permeámetro de cabeza constante, El diámetro mínimo de la cámara del permeámetro, debe ser lo estipulado en el siguiente cuadro.

Cuadro 1. Diámetro mínimo del cilindro del permeámetro

Fuente: Normas de ensayo Instituto Nacional de Vías, I.N.V.E-130; 2013       

Tanque de cabeza constante Embudos amplios Equipo para compactación del espécimen Bomba de vacío Tubos manométricos Balanza con precisión al gramo Elementos misceláneos.

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3. MUESTRA DE SUELO   

Se debe escoger una muestra representativa de suelo, por cuarteo, que contenga menos del 10% de material que pase el tamiz N°200 Posteriormente se realiza un análisis granulométrico según INV-E-123-13, retirando las partículas mayores a ¾” Se toma aproximadamente el doble de muestra para llenar la cámara del permeámetro. 4. PROCEDIMIENTO

4.1 PREPARACIÓN DEL ENSAYO Inicialmente, se debe realizar las medidas iniciales de:   

Diámetro interno del permeámetro Longitud entre salidas del permeámetro Profundidad H1, medida en cuatro puntos simétricamente espaciados, desde la parte superior de la placa, hasta la parte superior de la piedra porosa. Medida usada para calcular el volumen del espécimen de suelo.

Las dimensiones a tener en cuenta se presentan en la siguiente figura. Figura 1. Permeámetro de carga constante

Fuente: Bowles E, Joseph. Manual de laboratorios de suelos de ingeniería civil, 1982 Fredy Fagua Monitor de Geotecnia

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Seguidamente se toma una pequeña parte de la muestra de suelo, para determinar su humedad. Se coloca el suelo en capas delgadas de espesor uniforme, aproximadamente igual al tamaño máximo de la partícula, pero no menor de 15mm. 

Cuando el tamaño de las partículas es menor a 3/8”, se debe usar un embudo, para formar capas sucesivas de 15 mm de espesor, realizando movimientos en espiral, hasta completar una capa uniforme, del espesor de 15mm



Para suelos con partículas mayores a 3/8” o 9.5mm, se debe usar un cucharon y extender uniformemente la capa, con espesor igual al tamaño máximo de la partícula.

La muestra de suelo se compacta a la densidad relativa deseada, la cual puede ser del 0%, del 100% o entre el 0%y el 100%.  

  



Cuando el suelo se compacta a densidad relativa del 0%, las capas de suelo se colocan sin necesidad de compactar, hasta llegar al nivel deseado. Cuando el suelo se quiere compactar con una densidad relativa del 100%, se hace uso de compactación mediante pisón vibratorio, peso deslizante, u otros métodos, La finalidad es realizar golpes, con algunos de los anteriores métodos, hasta que no exista movimiento de las partículas de suelo. Se pueden realizar tanteos, para reproducir la densidad máxima de un terraplén, cubriendo diferentes densidades relativas del suelo. Una vez finalizado el proceso de compactación, se nivel la parte superior, con la superficie poroso, realizando movimientos hacia delante y atrás. Se coloca la tapa del permeámetro, además se sitúa un empaque de caucho, produciendo un sello hermético, con el fin de evitar un cambio significativo en el volumen en el ensayo. En el caso de contar con bomba de vacío, se realiza la eliminación de vacíos con aire, teniendo en cuenta el montaje presentado en la siguiente figura.

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Figura 2.Montaje para evacuar vacíos y saturar el espécimen

Fuente: Normas de ensayo Instituto Nacional de Vías, I.N.V.E-130; 2013 

Cuando se eliminan los vacíos de la muestra, se realiza el proceso de saturación de la muestra, este consiste en mantener un flujo de agua desaireda y desmineralizada en el suelo hasta llenar el permeámetro.



Después de saturado el espécimen y que el permeámetro se encuentre lleno de agua, se cierra la válvula del fondo sobre el tubo de desagüe, Se llena el tubo de isión con agua proveniente del tanque de carga constante, abriendo ligeramente la válvula del filtro del tanque. Se conecta el tubo de isión al tope del permeámetro, se abren ligeramente la válvula de isión y los grifos del manómetro de salida para permitir que fluya el agua, eliminándose así el aire. Se conectan los tubos manométricos de agua con las salidas de manómetro, y se llenan con agua para remover el aire. Se cierra la válvula de isión y se abre la de desagüe, para que el agua alcance, en los tubos manométricos, un nivel estable con cabeza cero.

4.2 TOMA DE DATOS  Se abre ligeramente la válvula de isión del tanque filtrante para la primera prueba hasta lograr las condiciones de flujo adecuadas, absteniéndose de tomar las medidas de gasto y de cabeza hasta que se alcance una condición de cabeza estable sin que exista variación apreciable de los niveles de los manómetros. Se mide y anota el tiempo, "t", la cabeza, "h", (diferencia de nivel en los manómetros), el gasto, "Q", y la temperatura del agua, "T".  Utilizar un recipiente de 1000 ml para recibir el agua a la salida del permeámetro. Fredy Fagua Monitor de Geotecnia

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



Registrar el tiempo de necesario para almacenar entre 750 ml y 900 ml de agua así como la temperatura del agua. Repetir dos o tres mediciones similares. Al concluir el ensayo de permeabilidad, se drena y se examina la muestra para establecer si era esencialmente homogénea y de carácter isotrópico. Cualquier clase de rayas o capas horizontales alternadas claras y oscuras son evidencia de la segregación de finos 5. CÁLCULOS

5.1 COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD El coeficiente de permeabilidad se calcula, teniendo en cuenta la siguiente formula: ∗

∗ ∗

Dónde:

k = coeficiente de permeabilidad (cm/seg) Q = gasto, es decir cantidad de agua descargada (cm3) L = Longitud del medio poroso (cm) A = área de la sección transversal del espécimen (cm2) t = tiempo total de desagüe (Seg) h = diferencia de cabeza (altura) sobre los manómetros (cm)

5.2 CORRECCIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD. La corrección se realiza teniendo en cuenta la siguiente formula:

°

°



∗

20°

=Coeficiente de permeabilidad corregido a 20°c, en cm/seg = Coeficiente de permeabilidad a temperatura de ensayo, en cm/seg = Viscosidad dinámica a temperatura de ensayo, en kg/m*s ° = Coeficiente de permeabilidad corregido a 20°c, en kg/m*s

Se corrige la permeabilidad que corresponde a 20° C (68° F), multiplicando k por la relación de la viscosidad de agua a la temperatura del ensayo con respecto a la viscosidad del agua a 20° C (68° F), estos valores se toman del siguiente cuadro

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Cuadro 2. Relación de viscosidad contra temperatura

Fuente: Normas de ensayo Instituto Nacional de Vías, I.N.V.E-130; 2013

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BIBLIOGRAFÍA

Instituto nacional de vias, Ministerio de transporte. (2013). Normas de Ensayo de materiales. Normas y especificaciones INVIAS. Bogota, Colombia. Alvarez, M. (2013). Permeabilidad a cabeza constante. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnólogica de Colombia. Santos Amado, H. A. (2016). Permeabilidad a cabeza constante. Tunja: Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia.

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