Determinación de la permeabilidad en laboratorio

1. Determinación de la permeabilidad del
suelo EN LABORATORIO
INTEGRANTES
OSCAR DANIEL AVILES TELLEZ
ARTHUR ANDREI ZALETA
RAMIREZ
DAGOBERTO ALVAREZ PEÑA
BRIAN REYES REMIGIO

2. PERMEABILIDAD DEL SUELO
La permeabilidad es la capacidad que tiene un
suelo de permitir el paso de un flujo a través de
su estructura sin ser alterada internamente, un
suelo es permeable si deja pasar una cantidad
apreciable de flujo en un tiempo dado e
impermeable si la cantidad de el flujo es
despreciable. la velocidad con la que el flujo
puede atravesar su estructura se debe a tres
factores importantes;
● La porosidad del suelo.
● La densidad de flujo.
● La presión del fluido.

3. IMPORTANCIA DE DETERMINAR LA PERMEABILIDAD
DEL SUELO
La permeabilidad es una de las cualidades más
importantes debido a que un suelo permeable
puede ser un problema para la construcción
algunos suelos son tan permeables y con
filtraciones tan intensas que para la construcción
se deben aplicar técnicas de construcción
especiales las cuales se determinan a través de
su previo estudio, los suelos son compuestos
por capas por lo que dichos estudios también
proporcionan datos de calidad de estas capas y
además de las capas permeables e
impermeables.

4. FACTORES QUE AFECTAN LA PERMEABILIDAD DEL
SUELO
Muchos factores afectan a la permeabilidad del
suelo, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar
valores representativos de la permeabilidad a
partir de mediciones reales. Los estudios de suelo
proporciona una indispensable comprobación de
dichas mediciones. Las observaciones sobre la
textura del suelo, su estructura, consistencia, color
y manchas de color, la disposición por capas, los
poros visibles y la profundidad de las capas
impermeables como la roca madre y la capa de
arcilla, constituyen la base para decidir si es
probable que las mediciones de la permeabilidad
sean representativas.

5. ● Existe una ecuación que refleja la influencia del fluido y de las características
del suelo sobre la permeabilidad y fue deducida por Taylor en 1948 a partir
de la ley de Poiseuille. Esta ecuación se basa en considerar el flujo a través
de medios porosos análogo al que se produce a través de un sistema de
tubos capilares.
𝑘 = 𝐷𝑠
2 𝛾
𝜇
𝑒3
𝜇 1 + 𝑒
𝐶

6. TIPO DE SUELO
● Las siguientes cinco características tienen influencia sobre la permeabilidad:
1. Tamaño de las partículas
2. Relación de vacíos
3. Composición
4. Estructura
5. Grado de saturación

7. TEXTURA Y ESTRUCTURA
El tamaño de los poros del suelo reviste gran
importancia con respecto a la tasa de filtración
(movimiento del agua hacia dentro del suelo) y
a la tasa de percolación (movimiento del agua
a través del suelo). El tamaño y el número de
los poros guardan estrecha relación con la
textura y la estructura del suelo y también
influyen en su permeabilidad.

8. VARIACIÓN POR TEXTURA
DEL SUELO
La textura influye directamente sobre la
permeabilidad.
Suelo arcilloso: dificulta la filtración del agua
y puede originar encaramientos.
Suelo arenosos: Tiene mucha permeabilidad
y poca capacidad de retención de agua.
Suelos francos: Son los más adecuados
para la producción vegetal.
TEXTURA PERM. EN MM/H
ARCILLOSO 3.8
ARCILLOSO-LIMOSO 5
FRANCO-ARCILLOSO 6.4
FRANCO-LIMOSO 7.6
LIMOSO 8
FRANCO 8.9
LIMO-ARENOSO 10
ARENOSO-LIMOSO 15
FRANCO-ARENOSO 16
ARENOSO-FRANCO 17
ARENOSO 19
ARENOSO-GRUESO 50

9. VARIACIÓN POR ESTRUCTURA DE SUELO
La permeabilidad puede variar considerablemente debido a su estructura como es mostrada en la
siguiente tabla.
Tipo De Estructura Permebilidad
Laminar De Gran
Traslapo
Muy Lenta
Laminar De Ligero
Tralapo
Lenta
En bloque Moderada
Prismática Rapida
Granular Muy rapida

10. INCIDENCIA DE LOS FACTORES QUÍMICOS
También los factores químicos tienen una influencia directa en la permeabilidad. La estructura del
suelo se ve influenciada por la naturaleza y la cantidad de iones presentes, es decir de los
elementos que participan directa o indirectamente en todas las actividades hidrodinámicas,
químicas y biológicas del suelo.
CATIONES HIDRÓGENO BARIO CALCIO POTASIO SODIO LITIO
CM^3/HORA 51 44 37 18 14 13

11. CLASES DE PERMEABILIDAD DEL SUELO
La permeabilidad del suelo suele
medirse en función de la velocidad del
flujo de agua a través de el suelo
durante un período determinado.
Generalmente se expresa o bien como
una tasa de permeabilidad en
centímetros por hora (cm/h), milimetros
por hora (mm/h), o centímetros por día
(cm/d), o bien como un coeficiente de
permeabilidad en metros por segundo
(m/s) o en centímetros por segundo
(cm/s).

12. EVALUACIÓN VISUAL DE LA PERMEABILIDAD DE LOS
HORIZONTES DEL SUELO
La permeabilidad en los horizontes del suelo se
puede evaluar mediante el estudio visual de
determinadas características del suelo y que están
relacionadas con permeabilidad. El factor más
importante para evaluar la permeabilidad del suelo
es la estructura, su tipo, grado y características de
agregación, tales como la relación entre la longitud
de los ejes horizontal y vertical de los agregados y
la dirección y el grado del traslapo, ademas de
factores como la textura y las manchas de color
que suelen ser indicios menos confiables.

13. INDICADORES VISUALES EN BASE A SUS
CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES

15. INDICADORES VISUALES EN BASE A SU TEXTURA,
COLOR Y COMPORTAMIENTO FISICO

17. MEDICIÓN DE LA PERMEABILIDAD DEL SUELO EN EL
LABORATORIO
Cuando se lleva una muestra no alterada a un laboratorio esta es sometida a varias pruebas y
métodos de laboratorio directos e indirectos, bajo distintas condiciones distintas, tales como
saturación de agua y una carga de agua constante. El resultado lo recibirá en forma de tasa de
permeabilidad o de coeficiente de permeabilidad. En ingeniería civil es utilizado el coeficiente
de permeabilidad.
CLASES DE PERMEABILIDAD DE LOS
SUELOS
COEFICIENTE DE
PERMEABILIDAD
K EN (M/S)
LIMITE SUPERIOR LIMITE INFERIOR
PERMEABLE 2 x 10-7 2 x 10-1
SEMIPERMEABLE 1 x 10-11 1 x 10-5
IMPERMEABLE 1 x 10-11 5 x 10-7

18. MÉTODOS DIRECTOS DE LA MEDICIÓN DE LA
PERMEABILIDAD EN SUELOS

19. PARÁMETRO DE CARGA CONSTANTE
Se aplica a suelos gruesos, tales como
gravas, arenas, con permeabilidades que
oscilan entre 102 y 103 cm/seg.
En este tipo de prueba, el suministro de agua
se ajusta de manera que la diferencia de
carga entre la entrada y la salida permanezca
constante durante el período de prueba.
Después que se ha establecido una tasa
constante de flujo, el agua es recolectada en
una probeta graduada durante cierto tiempo.
Para esta prueba de laboratorio cabe
mencionar que es utilizado el coeficiente de
permeabilidad (K).

20. ¿QUE ES EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD?
Se define como la tasa de flujo de agua
bajo condiciones de flujo laminar a
través de una zona media porosa de la
sección transversal de la unidad bajo
gradiente hidráulico de la unidad.

21. COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD
El coeficiente de permeabilidad ayuda a
resolver los problemas relacionados con;
● producción de estratos acuíferos
● Estabilidad de las presas de barro
● Terraplenes de canales
● Filtración en presas de barro
● Problemas de asentamiento

22. APARATOS PARA LA PRUEBA DE PERMEABILIDAD
POR CARGA CONSTANTE
● Molde del permeámetro
● Cuello desmontable, diámetro 100 mm, altura 60 mm
● Placa vacía, 108 mm de diámetro, 12 mm de espesor,
● Base de drenaje, con disco poroso.
● Tapa de drenaje con disco poroso con un resorte unido a la parte superior.
● Equipos de compactación, como el apisonador de Proctor o un equipo de compactación estática,
como se especifica en la Norma IS: 2720 (Parte VII) -1965.
● Depósito de suministro de agua de cabeza constante
● Bomba aspiradora
● Cámara de recogida de cabezal constante.
● Cronómetro
● Embudo grande
● Termómetro
● Peso de la balanza de precisión 0,1 g
● Papel de filtro.

23. PROCEDIMIENTO

24. ● El coeficiente de permeabilidad del suelo en la prueba con carga constante
se calcula con la siguiente formula:
𝑘 =
𝑄𝐿
𝑡ℎ𝐴

25. PARÁMETRO DE CARGA VARIABLE
La prueba de carga variable se usa para
determinar el coeficiente de
permeabilidad de suelos finos, tales
como arenas finas, limos y arcillas. Para
estos suelos, el flujo de agua que los
atraviesa es demasiado pequeño para
permitir mediciones precisas con el
permeámetro de carga constante.

26. EQUIPO PARA LA PRUEBA
El equipo usado es un permeámetro de
carga variable, el cual está provisto de un
cilindro que almacena el agua al igual que
el aire, al cual se le aplica presión para que
el agua fluya a través de la manguera para
legar a la ante muestra compuesta por un
tubo de acrílico donde se aloja el material
que sirve como filtro, y también consta de
otro tubo de acrílico donde se tiene la
muestra y una pipeta en la cual se toma el
tiempo que tarda el líquido en filtrarse a
través de la muestra de arcilla.

27. MATERIAL PARA LA PRUEBA
● Cilindro con artefactos normalizados.
● Muestra de suelo.
● Piedras porosas.
● Bureta.
● Soporte vertical con mangueras.
● Recipientes.
● Tamices.
● Hornilla Eléctrica.
● Balanza Electrónica.
● Picnómetro.
● Probeta.
● Pisón.
● Mortero y mazo.

28. PROCEDIMIENTO

29. ● El coeficiente de permeabilidad en la prueba del permeámetro con carga
variable puede calcularse con la siguiente formula:
𝑘 = 2.3
𝑎𝐿
𝐴 𝑡1 − 𝑡0
log10
ℎ0
ℎ1

30. MÉTODOS INDIRECTOS

31. MÉTODO DE CÁLCULO A PARTIR DE LA CURVA
GRANULOMÉTRICA
La granulometría permite estudiar y conocer el
tamaño de las partículas y sedimentos presentes
en una muestra, y medir la importancia que tendrán
según la fracción de suelo que representen. Este
tipo de análisis se realiza por tamizado, o por
sedimentación cuando el tamaño de las partículas
es muy pequeño. Para separar el material se utiliza
una serie de tamices en varias fracciones
granulométricas de tamaño decreciente. Si bien el
análisis granulométrico es suficiente para gravas y
arenas, cuando se trata de arcillas y limos, turbas y
margas se debe completar el estudio con ensayos
que definen la plasticidad del material.

32. PARA QUÉ SIRVE UN ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
Mediante el análisis granulométrico se puede
obtener información importante como: su origen,
propiedades mecánicas y físicas además el
cálculo de la abundancia de cada uno de los
granos según su tamaño dentro de la escala
granulométrica, la cual se usa para clasificar los
diámetros por tamaños de las partículas de un
árido y se separan mediante tamices. Ésta
práctica es necesaria y fundamental antes de
realizar una construcción sobre el suelo
escogido para tal fin. También el suelo analizado
puede ser usado en mezclas de asfalto o
concreto

33. ¿QUE ES LA CURVA GRANULOMETRICA?
La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los
resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo
desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman. Las curvas
granulométricas se usan para comparar diferentes suelos, además, tres
parámetros básicos del suelo se determinan con esas curvas que se usan para
clasificar los suelos granulares:
● Diámetro efectivo
● Coeficiente de uniformidad
● Coeficiente de curvatura

35. ● Es mucho más razonable una relación
entre la permeabilidad y el tamaño de
partículas en limos y arenas que en
arcillas debido a que las partículas en
los primeros son aproximadamente
equidimensionales. En su estudio
sobre las arenas, Hazen propuso la
siguiente ecuación:
𝑘 = 100𝐷10
2

36. ● La ecuación de Hazen supone una distribución suficientemente extensa de
tamaños de partículas para evitar que las partículas más pequeñas sean
arrastradas por la fuerza de filtración del agua, el suelo debe poseer
estabilidad hidrodinámica. Los suelos gruesos uniformes que contienen finos
no suelen presentar dicha estabilidad

37. CÁLCULO A PARTIR DE LA PRUEBA DE
CONSOLIDACIÓN
La prueba de consolidación es un ensayo
geotécnico que se utiliza para determinar los
asientos y tiempos de consolidación de suelos
blandos saturados, como limos y arcillas. Consiste
en someter una muestra de suelo a cargas
crecientes y decrecientes en un anillo rígido de
acero llamado edómetro, hasta que se alcanza el
equilibrio entre la compresión del suelo y el drenaje
del agua intersticial

38. CÁLCULO CON LA PRUEBA HORIZONTAL DE
CAPILARIDAD
La prueba horizontal de capilaridad consiste en la
rapidez con que se eleva el agua, por acción
capilar, en un suelo; en la cual se puede obtener la
medida indirecta de la permeabilidad de éste.
La prueba horizontal fue desarrollada por
Therzaghi, en la cual planteó el método que
consiste en colocar una muestra de suelo en un
tubo vertical transparente, y este es detenido por
una malla apropiada colocada en el extremo
inferior. El tubo
es fijado de tal modo que su base quede en el nivel
del agua.

39. CONCLUSIÓN

40. Bibliografía
'' BERRY, Peter L.; REID, David - (1995) - Mecánica de Suelos -Department of Civil Engineering, University of Salford
CHRISTOPHER, Barry R; DE JONG, Jason; MAYNE, Paul W - (2001)- Manual on Subsurface Investigations- National Highway Institute-
Washington, DC
JIMÉNEZ SALAS, J. AJUSTO ALPAÑÉS, J. L. de, - (1975, 2ª Edición) - Geotecnia y Cimientos I - Editorial Rueda, Madrid, España
JUAREZ BADILLO, Eulalio; RODRIGUEZ, Alfonso R. - (1980) -Mecánica De los suelos - TOMO | - Editorial LIMUSA, México
JUAREZ BADILLO, Eulalio; RODRIGUEZ, Alfonso R. - (1980) -Mecánica De los suelos - TOMO III - Editorial LIMUSA, México
ITARBUCK Edward, LUTGENS Frederick K.. (1998) GEODe II:Geologic Explorations on disk - Tasa Graphics Arts Inc. And Prentice Hall
" TAYLOR, Donald W.- (1961,1ª Edición) Principios Fundamentales de Mecánica de Suelos - Compañía Editorial Continental S.A.,México
TERZAGHI, Karl; PECK, Ralph - (1973, 2ª Edición) - Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica - Librería El Ateneo Editorial, Barcelona