INFORME 3Determinacin del coeficiente de permeabilidad por cabeza constante y cabeza variable

Presentado a:Carlos Eduardo Rodrguez Pineda

Presentado por:JUAN FELIPE FRANCO RAMIREZDANIEL MAURICIO GALARZARMULO ANDRS GUERRERO CUERVOERIKA MARCELA HURTADO TOVAR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIASEDE BOGOTFACULTAD DE INGENIERADEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVIL Y AGRCOLAMECNICA DE SUELOSJUNIO DE 2015

INTRODUCCION Con el presente informe se pretende recoger los principales resultados y anlisis correspondientes a los laboratorios de permeabilidad en suelos, considerando los dos mtodos realizados en el laboratorio; el de cabeza constante, y el de cabeza variable, los cuales estn esencialmente enfocados en determinar el coeficiente de permeabilidad de un suelo. Para cumplir con lo anterior el presente escrito contemplara las siguientes secciones: Objetivos, en donde se enlistaran a modo de gua los objetivos especficos que deber cumplir el presente escrito; resultados, en donde se presentarn los datos de laboratorio y los parmetros calculados a partir de ellos, as como las relaciones entre estos; y finalmente se presentarn las conclusiones extradas de la realizacin de la prctica y la elaboracin del presente informe. OBJETIVOS Presentar los datos tomados para la determinacin del coeficiente de permeabilidad por el mtodo de cabeza constante, y calcular dicho coeficiente para las tres muestras consideradas[footnoteRef:1]. [1: Realmente se trabaj con una misma muestra de un mismo suelo pero en tres estado de compactacin diferente; un estado ms compacto, un estado intermedio y un estado ms suelto que los anteriores. ]

Presentar la posible relacin que se puede ilustrar entre el coeficiente de permeabilidad y la relacin de vacos. Presentar los datos tomados para la determinacin del coeficiente de permeabilidad por el mtodo de cabeza variable, y calcular dicho coeficiente. Indicar las principales conclusiones a las que se puede llegar a partir de los parmetros determinados. RESULTADOS 1) Ensayo por el mtodo de cabeza constante Descripcin de la Muestra: Arena de color habano fuerte con presencia de finos. La muestra presenta los siguientes datos de laboratorio para los tres estados de compactacin considerados: Datos generales de la muestra

Parmetro unidades valor

Gs---------------2,64

Dimetrocm7,4

rea cm^243,01

M. Seca Totalgr1800

Datos para humedad

M. Hmeda + Recipientegr380,4

M. seca + Recipientegr351,3

M. Recipiente gr36,6

Humedad %9,25

Tabla 1. Datos generales de la muestra para ensayo de cabeza constante Para la determinacin del coeficiente de permeabilidad se utiliza la ley de Darcy de la siguiente forma:

Con lo que era necesario calcular el gradiente hidrulico para cada condicin de compactacin de la muestra. Lo anterior se pudo realizar mediante la toma de datos de manmetro a distancias conocidas, ya que se puede graficar la cabeza total en funcin de la longitud, obteniendo una relacin lineal en donde la pendiente corresponde al gradiente hidrulico. Para la determinacin del caudal se consideraron tres tomas para cada estado de compactacin, en las cuales se meda el volumen de agua que sala de la muestra y el tiempo que tomaba para hacerlo. Ya teniendo el gradiente hidrulico y el caudal, se determin el valor del coeficiente de permeabilidad, realizando por ultimo una correccin en funcin de la temperatura del agua que sala de la muestra en cada medicin de caudal. Dicha correccin consiste, en multiplicar el valor obtenido de K por el cociente entre la viscosidad del agua a la temperatura del ensayo y la viscosidad del agua a 20C. A continuacin se presentan los datos para cada estado de la muestra y los resultados de aplicar sistemticamente el anterior procedimiento. 1.1) Muestra en estado ms sueltoDatos para obtener el gradiente hidrulico y grfico en el cual la pendiente es dicho parmetro:PiezmetroLectura (cm)Posicin (cm)

1111,50

2120,95

3130,110

4137,615

5143,720

6148,825

Tabla 2. Datos de cabeza total y longitud para la muestra suelta

Grfica 1. Cabeza total en funcin de la longitud para la muestra ms suelta

Los datos y resultados para la determinacin del caudal son los siguientes:TomaTiempo (s)Vol (ml) Q (cm^3/s)

129,7949016,45

229,7948516,28

330,1149116,31

Tabla 3 Datos de caudal y determinacin del mismoFinalmente se determina el coeficiente de permeabilidad, se le aplica la correccin por temperatura, y se presenta el promedio de las tres tomas como dato representativo de la permeabilidad para la muestra menos compacta. i= 1,4994Vis(20c) = 1,004E-O6 m^2/s

Toma k (cm/s)Temp (C)Viscosidad C (m^2/s)K corregidoK (cm/s) prom

10,2551161,110E-060,28200,2756

20,2525171,082E-060,2721

30,2529171,082E-060,2726

Tabla 4. Procedimiento para determinar el coeficiente de permeabilidad para la muestra ms suelta. 1.2) Muestra en estado intermedio de compactacin Datos para determinacin de gradiente hidrulico y grfico de carga total en funcin de la longitud:PiezmetroLectura (cm)Posicin (cm)

9101,60

10113,95

12133,510

13140,315

14148,220

15156,825

16156,730

Tabla 5. Datos de cabeza total y longitud para la muestra en estado intermedio

Grfica 2. Cabeza total en funcin de la longitud para la muestra intermediaPara la presente muestra los datos y resultados para la determinacin del caudal son los siguientes:TomaTiempo (s)Vol (ml) Q (cm^3/s)

130,1446815,53

230,0346715,55

330,1547015,59

Tabla 6. Datos de caudal y determinacin del mismoY finalmente, de nuevo, se presentan los resultados del procedimiento que llev a la obtencin del coeficiente de permeabilidad para el segundo estado de la muestra:i= 1,8986Vis(20c) = 1,004E-O6 m^2/s

Toma k (cm/s)Temp (C)Viscosidad C (m^2/s)K corregidoK (cm/s) prom

10,1902171,082E-060,20500,2053

20,1904171,082E-060,2053

30,1909171,082E-060,2058

Tabla 7. Procedimiento para determinar el coeficiente de permeabilidad para la muestra intermedia1.3) Muestra en estado ms compacto Para esta muestra se tomaron los siguientes datos para la determinacin del gradiente hidrulico y se relacionan en la grfica correspondiente: PiezmetroLectura (cm)Posicin (cm)

1778,80

18104,45

19124,010

20135,315

21144,220

22163,625

23163,930

Tabla 8. Datos de cabeza total y longitud para la muestra en estado ms compacto.

Grfica 3. Cabeza total en funcin de la longitud para la muestra ms compactaPara el ltimo estado de compactacin de la muestra los datos y el caudal obtenido son los siguientes:TomaTiempo (s)Vol (ml) Q (cm^3/s)

130,1243014,28

230,1542914,23

330,1543014,26

Tabla 9. Datos de caudal y determinacin del mismoObteniendo finalmente los valores ac presentados de permeabilidad, aplicando la correccin ya mencionada:i= 2,8136Vis(20c) = 1,004E-O6 m^2/s

Toma k (cm/s)Temp (C)Viscosidad C (m^2/s)K corregidoK (cm/s) prom

10,1180171,082E-060,12720,1270

20,1176171,082E-060,1267

30,1179171,082E-060,1270

Tabla 10. Procedimiento para determinar el coeficiente de permeabilidad para la muestra ms compacta. 1.4) Relacin entre el coeficiente de permeabilidad y la relacin de vacos Intuitivamente se pensara que un suelo con mayor presencia de vacos dejar fluir agua ms fcilmente a travs de l que su contrario, y para corroborar lo anterior se platea ilustrar la relacin entre los dos parmetros que gobiernan tales propiedades, el coeficiente de permeabilidad (que se acab de calcular) y la relacin de vacos. De esta forma la tabla siguiente presenta los parmetros utilizados para encontrar la relacin de vacos para cada estado y el resultado obtenido, mientras que la grfica presenta los valores de permeabilidad ya encontrados en funcin de las relaciones de vacos encontradas. MuestraSueltaIntermediacompacta

rea43,01cm^2

Altura28,628,127,6cm

Volumen T1230,041208,541187,03cm^3

M. seca1800gr

P. unitario seco1,4631,4891,516gr/cm^3

Humedad0,0925-----------

P. unitario total1,5991,6271,657gr/cm^3

Gs2,640-----------

R. vacos 0,8040,7730,741-----------

Tabla 11. Datos y proceso para encontrar la relacin de vacos para cada muestra

Grafica 4. Coeficiente de permeabilidad en funcin de la relacin de vacos

1.5) Muestra de calculo Como ilustracin del proceso llevado a cabo se presenta en primera instancia el desarrollo completo para la toma 1 de la muestra suelta, y tambin el proceso para la obtencin de la relacin de vacos para la muestra suelta. El primer parmetro encontrado l es gradiente hidrulico, el cual simplemente es la pendiente de la grfica 1, es decir: 1, 4994 cm/cm. El segundo parmetro es el caudal, el cual simplemente es el cociente entre el volumen de agua y el tiempo que gasto dicho volumen en fluir:

Para determinar el coeficiente de permeabilidad se usa la ley de Darcy:

La correccin del coeficiente de permeabilidad se obtiene multiplicando el valor anterior por el cociente entre la viscosidad del agua a la temperatura del ensayo (16C para la toma 1 de la muestra suelta), y la viscosidad del agua a 20C :

Por otro lado, para la determinacin de la relacin de vacos se sigui el proceso a referenciar en seguida. En primer lugar, se calcula el volumen de la muestra, que al ser un cilindro, del cual se conoce su rea y altura, resulta en:

El peso unitario seco se obtiene con:

El peso unitario total se tiene con:

Finalmente la relacin de vacos se obtiene con:

2) Ensayo por el mtodo de cabeza variable

CONCLUSIONES Tal como se esperara el suelo en estado ms suelto debera tener el coeficiente de permeabilidad mayor ya que el agua debera fluir ms fcilmente por l, dado que ste tendr mayor presencia de vacos en su estructura. Lo anterior se confirma en la grfica que relaciona dicho coeficiente con el parmetro que define la presencia de vacos en un suelo, la relacin de vacos. Bibliografa Instituto Nacional de Vas INVIAS. (1998). Normas INVIAS. Bogot: Instituto Nacional de Vas.