Permeabilidad de suelos granulares (cabeza constante)

PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES (CABEZA CONSTANTE) I.N.V. E – 130 – 07

1. 1.1

OBJETO Este método de ensayo cubre un procedimiento para determinar el coeficiente de permeabilidad mediante un método de cabeza constante para el flujo laminar de agua a través de suelos granulares. El procedimiento está destinado a establecer valores representativos del coeficiente de permeabilidad de suelos granulares presentes en depósitos naturales o colocados en terraplenes, o cuando se empleen como bases bajo pavimentos. P ara limitar las influencias de consolidación durante el ensayo, este procedimiento está limitado a suelos granulares alterados que no contengan más de 10 % de partículas que pasen tamiz de 75 µm (No.200). Esta norma no pretende considerar todos los proble mas de seguridad asociados con su uso. Es de responsabilidad de quien la emplee, el establecimiento de prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y la aplicabilidad de limitaciones regulatorias, con anterioridad a su uso. CONDICIONES FUNDAMENTALES DE ENSAYO 2.1 Las siguientes condiciones ideales de ensayo son prerrequisitos, para el flujo laminar de agua a través de suelos granulares bajo condiciones de cabeza constante: • • • • Continuidad de flujo sin cambios en el volumen del suelo durante el ensayo. Flujo con los vacíos del suelo saturados con agua y sin burbujas de aire dentro de los mismos. Flujo uniforme sin cambios en el gradiente hidráulico, y Proporcionalidad directa de la velocidad de flujo con gradientes hidráulicos por debajo de ciertos valores críticos, en los cuales se inicia el flujo turbulento. Todos los demás tipos de flujo que involucran saturación parcial de los vacíos del suelo, flujo turbulento, y flujo no uniforme son de carácter transitorio y producen coeficientes de permeabilidad variables y dependientes del tiempo; por esto, requieren condiciones y procedimientos especiales de ensayo.

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3. 3.1

EQUIPO Permeámetros – Como se indica en la Figura 1, los cuales deberán tener cilindros para muestras con diámetro mínimo de aproximadamente 8 a 12 veces el tamaño máximo de partículas de acuerdo con la Tabla 1. El permeámetro deberá ajustarse con: (1) un disco poroso o una malla reforzada adecuada para el fondo, con una permeabilidad mayor que la de la muestra de suelo, pero con aberturas suficie ntemente pequeñas para impedir el movimiento de partículas; (2) tomas de manómetros para medir la pérdida de carga, “h” , sobre una longitud, “l”, equivalente al menos al diámetro del cilindro; (3) un disco poroso o una malla adecuada reforzada con un resorte adherido a la parte superior, o cualquier otro dispositivo, para aplicar una ligera presión de resorte, de 22 a 44 N (5 a 10 lbf) de carga total, cuando la placa superior se halla colocada en su sitio. Esto mantendrá el peso unitario y el volumen del suelo sin cambio durante la saturación y durante el ensayo de permeabilidad, para satisfacer los requerimientos prescritos en la Sección 2.1. Tanque de cabeza constante – Con filtro, como se muestra en la Figura 1, para suministrar agua y para remover el a ire de la conexión de agua, provisto de válvulas de control adecuadas para mantener las condiciones descritas en la Sección 2.1 Si se prefiere, se puede emplear agua desaireada. 3.3 Embudos amplios – Equipados con canalones cilíndricos especiales de 25 mm (1") de diámetro para partículas de tamaño máximo de 9.5 mm (3/8"), y de 12.7 mm (1/2") de diámetro para partículas de tamaño de 2.00 mm (No.10). La longitud del canalón deberá ser mayor que la longitud total de la cámara de permeabilidad por lo menos 152 mm (6"). 3.4 Equipo para la compactación del espécimen – Se puede emplear el equipo de compactación que se considere deseable. Se sugieren los siguientes: un pisón vibratorio provisto de un pie de compactación de 51 mm (2") de diámetro; un pisón de impacto con un peso deslizante consistente e s un pie apisonador de 51 mm (2") de diámetro, y una varilla para pesas deslizantes de 100 g (0.22 lb) (para arenas) a 1 kg (2.25 lb) (para suelos con un contenido apreciable de grava), que tenga una caída ajustable a 102 mm (4") para arenas y 203 mm (8") para suelos con alto contenido de grava. Bomba de vacío – o aspirador de chorro de agua, con grifo para evacuar y saturar muestras de suelo con vacío completo (Figura 2) Tubos manométricos –Con escalas métricas para medir cabeza de agua. Balanza – de capacidad de 2 kg y sensibilidad de 1 g. Cucharón – Con una capacidad de alrededor de 100 g. (0.22 lb) de suelo . Equipos misceláneos – Termómetros, reloj con apreciación de segundos, vaso graduado de 250 ml, jarra de 1 litro, cubeta para mezclar, cucharas, etc.

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Tabla 1. Diámetro del cilindro Tamaño máximo de partícula entre abertura de tamices 2.0 mm (No.10) y 9.5 mm (3/8”) 9.5 mm (3/8”) y 19 mm (¾”) Diámetro mínimo del cilindro % retenido (*) < 35% % retenido (*) > 35% 2.00 mm 9.5mm 2.00 mm 9.5 mm (No.10) (3/8”) (No.10) (3/8”) 75 mm (3”) 115 mm (4.5”) 150 mm (6”) 230 mm (9”)

(*) % retenido = suelo total retenido en el tamiz del tamaño in ferior.

4. 4.1

MUESTRA Se deberá escoger por cuarteo una muestra representativa d suelo granular e secado al aire, que contenga menos del 10% de suelo que pase el tamiz de 75 µm (No.200) y en cantidad suficiente para satisfacer las exigencias de las Secciones 4.2 y 4.3. Se deberá ejecutar un análisis granulométrico de acuerdo con los métodos INV E – 123 e INV E – 124 sobre una muestra representativa de la totalidad del suelo , antes del ensayo de permeabilidad. Las partículas mayores de 19.0 mm (3/4") deberán ser separa das por tamizado. Los sobretamaños no deberán ser empleados para el ensayo de permeabilidad, pero se deberá anotar el porcentaje de los mismos.

4.2

Figura 1. Permeámetro de cabeza constante

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Figura 2 . Dispositivo para saturar y evacuar especímenes

Para establecer valores representativos de coeficientes de permeabilidad para el intervalo que pueda existir en la situación que se esté investigando, se deberán obtener para ensayo muestras de los suelos más finos, intermedios, y más gruesos. 4.3 Del material del cual han sido removidos los sobretamaños (ver Sección 4.2.), se escoge mediante cuarteo, una cantidad aproximadamente igual a dos veces la requerida para llenar

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