MECSUEUNT_GIL CARBONELL_INFORME_ENSAYO DE LEFRANC Y APLICACIONES.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA: ENSAYO

DE LEFRANC Y APLICACIONES

CURSO: MECÁNICA

DOCENTE: Mg.

ALUMNO: GIL

DE SUELOS I

Ing. CASTILLO C ASTILLO VELARDE, ROBERTO CARLOS

CARBONELL, ERICK ROBINSON

CICLO: V

FECHA: 27/06/2015

TRUJILLO - PERÚ

ÍNDICE DE CONTENIDOS RESUMEN……………………………………………………………………………...3 OBJETIVOS……………………………………………………………………………3 CAPITULO I MARCO TEÓRICO 1.1. CONCEPTO DE PERMEABILIDAD……………………………………………4 1.2. MEDIDA DE LA PERMEABILIDAD: ENSAYOS DE LABORATORIO Y ENSAYOS “IN SITU”………………………...6

1.3. ENSAYO DE LEFRANC ………………………………………………………….7 1.4. APLICACIONES DEL ENSAYO DE LEFRANC ………………………………9 1.4.1. APLICACIÓN: INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE……..10 1.4.2. APLICACIÓN: ESTRUCTURAS HIDRAÚLICAS …………………11 1.4.3. APLICACIÓN: DIQUES DE ABRIGO ……………………………….12 CAPITULO II APLICACIÓN DEL ENSAYO DE LEFRANC EN TRES PUNTOS DIFERENTES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.1. UBICACIÓN DE LOS PUNTOS DE ESTUDIO……………………………….14 2.2. MATERIALES…………………………………………………………...............14 2.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL …………………………………….....15 2.4. ANÁLISIS DE DATOS Y RESULTADOS……………………………………..17 CAPITULO III ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS 3.1. DISCUSIONES …………………………………………………………………...18 3.2. CONCLUSIONES………………………………………………………………..18 3.3. RECOMENDACIONES…………………………………………………………18 BIBLIOGRAFIA ……………………………………………………………………... 19

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ENSAYO DE LEFRANC Y APLICACIONES

RESUMEN: Se investigó y elaboró un informe técnico sobre el ensayo de Lefranc y sus aplicaciones  para saber calcular e interpretar el coeficiente de permeabilidad del suelo (k) “in situ” obtenido mediante este ensayo; además, se aprendió a ejecutar de manera correcta el ensayo según la Norma ASTM D4631-95(2000). Luego para poner en práctica y aplicar lo que se investigó, se realizó el ensayo de Lefranc a régimen variable, sin maquinaria, en tres puntos diferentes de la Universidad nacional de Trujillo, se calculó la  permeabilidad del terreno en cada uno de los puntos y se interpretó los resultados; logrando así un aprendizaje interconectado entre la teoría y la práctica.

OBJETIVOS: 1. Investigar y elaborar un informe técnico sobre el ensayo de Lefranc y sus aplicaciones.

2. Saber calcular e interpretar los resultados obtenidos del Ensayo de Lefranc, así como la realización correcta de su procedimiento según la Norma ASTM D463195(2000).

3. Realizar el ensayo de Lefranc, sin maquinaria, en tres puntos diferentes de la Universidad nacional de Trujillo, calcular su coeficiente de permeabilidad (k) e interpretar los resultados.

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CAPITULO I MARCO TEÓRICO 1.1. CONCEPTO DE PERMEABILIDAD. La permeabilidad se define como la capacidad de un cuerpo (en términos particulares, un suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos particulares, el agua) sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se determina objetivamente mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoria determinada. El concepto permeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad o transmisividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado. La permeabilidad se cuantifica en base al coeficiente de permeabilidad, definido como la velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un gradiente unitario. El coeficiente de permeabilidad puede ser expresado según la siguiente función:

k=Q/IA Donde - k: coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica [m/s] - Q: caudal [m3/s] - I: gradiente [m/m] - A: sección [m2)] En proyectos de ingeniería y arquitectura, las unidades con las que se expresa generalmente el coeficiente de permeabilidad son cm/s y m/s; en los ámbitos de la hidráulica o la hidrogeología es habitual observar notaciones como cm/dia, m/año y similares. Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio de los perfiles 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. Los factores que determinan la permeabilidad del suelo, más significativos, son los siguientes: - Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica.) - Composición química del material (naturaleza mineralógica) Como regla general se considera que a menor tamaño de grano, menor permeabilidad, y  para una granulometría semejante (arenas, por ejemplo) a mejor gradación, mayor  permeabilidad. En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas y limos, la presencia de MECÁNICA DE SUELOS I: ENSAYO DE LEFRANC Y APLICACIONES

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ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que disminuye la permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio). El coeficiente de permeabilidad además de cuantificar la permeabilidad del suelo, también permite realizar la clasificación del suelo en base a las siguientes tablas:

TABLA 1. Clasificación de los suelos según sus coeficientes de permeabilidad según Terzaghi y Peck (1967)

TABLA 2. Valores típicos de la conductividad hidráulica “k” (Coduto, 1999)

TABLA 3. Intervalos de valores de k (cm/s), según Terzaghi y Peck (1967)

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1.2. MEDIDA DE LA PERMEABILIDAD: ENSAYOS DE LABORATORIO Y ENSAYOS “IN SITU”

La estimación de la permeabilidad en suelos tiene diversos intereses, algunos directos en el proyecto de una edificación, como puede ser la valoración de la influencia de las aguas subterráneas sobre construcciones soterradas (plantas sótano, por ejemplo) a efectos de diseño de sistemas o procedimientos de impermeabilización o drenaje. En tal sentido requiere de la valoración cuantificada de la permeabilidad del terreno en contacto con las soleras y las estructuras de contención. La estimación de la permeabilidad de los suelos (y en su caso, del macizo rocoso) puede realizarse mediante tres clases de procedimientos: - Valoración de la permeabilidad mediante relaciones empíricas establecidas entre la misma y alguna característica del suelo, generalmente su granulometría. - Medida directa de la permeabilidad sobre una muestra adecuada (inalterada) en laboratorio. - Estimación directa de la permeabilidad “in situ”, realizada durante la ejecución de sondeos o pozos, consistentes en la medida de las pérdidas en una columna de agua con la que se ha inundado la perforación. De entre los ensayos “in situ”, los métodos que se citan generalmente corresponden a los

ensayos Lugeon (habitualmente realizado en macizos rocosos fracturados), Lefranc (llevado a cabo generalmente en suelos relativamente permeables) y Slug Test (también en suelos permeables.) Para el caso de suelos poco permeables, los ensayos “in situ” son poco adecuados,

requiriéndose la toma de muestras y la realización de ensayos en laboratorio sobre las mismas. Según el objeto de la investigación puede escogerse entre ensayar muestras adecuadamente inalteradas (si es posible su obtención), o representativas, las cuales se recompactan en el laboratorio para obtener probetas que reproduzcan las condiciones del terreno. En el caso de bajas permeabilidades es necesario acudir a pruebas de laboratorio o a complicadas investigaciones en obras mediante especiales dispositivos piezométricos. El tipo de ensayo para obtener el coeficiente de permeabilidad se decide según la naturaleza y estado del terreno. Los más comunes son los ensayos de:



LEFRANC,   el más adecuado suelos granulares o cohesivos y rocas blandas o rocas duras muy fracturadas.



LUGEON, más adecuado para roca.

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1.3. ENSAYO DE LEFRANC El ensayo Lefranc se realiza en el interior de un sondeo, durante una  pausa en el transcurso de su ejecución o una vez finalizado; bajo la norma ASTM D4631-95(2000) . Tiene por objeto determinar el coeficiente de  permeabilidad k en suelos permeables o semipermeables de tipo granular (aluviales, arena, limo) con velocidad de flujo lenta y situados bajo el nivel freático, o en rocas muy fracturadas. Para su realización, se llena de agua el  pozo y se mide el caudal necesario para mantener el nivel constante (ensayo a régimen permanente) o bien la velocidad de descenso (a régimen variable). Este ensayo se podrá realizar midiendo los caudales (a régimen permanente) o midiendo los niveles (a régimen variable).

F igur a 01. Realización de un Ensayo Lefranc Fuente: htt ://www.u m.es/institucional 

Si durante su ejecución la inestabilidad del terreno lo aconsejara, se procedería a rellenar con gravilla el tramo de ensayo. En el ensayo Lefranc a régimen permanente, como norma general, deberá medirse el caudal de admisión cada 5 minutos, manteniendo constante el nivel en la boca del sondeo durante 45 minutos. Si la admisión es muy alta, deberá medirse cada minuto durante los 20 primeros y después cada 5 minutos hasta llegar a los 45 minutos. El k del tramo será el promedio de todos los valores obtenidos. Se utilizará sonda eléctrica, cronómetro y medidor de volúmenes de agua. El ensayo a régimen variable se realizará preferentemente de forma descendente. La carga máxima de agua no excederá de 10 metros medidos desde el centro de la cámara filtrante y la longitud de ésta no excederá de 5 m se utilizará sonda eléctrica y cronómetro, realizándose al menos 5 observaciones tomando los tiempos de observación de acuerdo a la velocidad de descenso/ascenso del nivel de agua en el tubo. Para cada una se registrará la profundidad del tramo ensayado y demás datos geométricos, así como las sucesivas posiciones de la lámina de agua con el tiempo. Los puntos de observación se representarán en una gráfica descensos/tiempo. Es un ensayo atmosférico. La presión del agua en el tramo de sondeo ensayado corresponde exclusivamente a la altura de la columna de agua en el interior de la entubación por encima de la cota del nivel freático. Por lo general es un ensayo que se efectúa en suelos, roca alterada o roca muy fisurada, materiales en los que a priori se espera una permeabilidad relativamente alta. El rango de permeabilidades que puede medirse en el ensayo a nivel o presión variable se sitúa entre 10-6 y 10-9 m/s. MECÁNICA DE SUELOS I: ENSAYO DE LEFRANC Y APLICACIONES

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ENSAYO DE LEFRANC

FÓRMULAS

RÉGIMEN PERMANENTE

RÉGIMEN VARIABLE TABLA 4. Fórmulas, Ensayo de Lefranc, para hallar el coeficiente de permeabilidad (J.Salas, 1981).

Equipo necesario: 

Medidor del nivel de agua en el interior del taladro (acústico o mediante cualquier medio que garantice una precisión superior a 1 cm).



Obturadores (sólo en caso de ensayos realizados a sondeo finalizado en el que se pretenda aislar un tramo).

Preparación del sondeo a ensayar: 

Se limpia el fondo de la perforación y se retira la batería. La retirada debe hacerse de forma cuidadosa evitando maniobras rápidas que originan un sifonamiento del fondo de la perforación y el consiguiente arrastre de finos hacia la misma.



Se mide el nivel freático comprobando que está estabilizado.



Se extrae la entubación en un tramo determinado, puede ser de 1 a 3 m, para dejar una cámara en el fondo del sondeo formada por la perforación sin entubar. Las dimensiones de esta cámara estarán determinadas por la previsible permeabilidad del terreno y por la estabilidad de las paredes del sondeo.



En caso de terrenos de escasa estabilidad puede utilizarse un tramo final de entubación ranurada, siempre que el ranurado supere el 15% de la superficie total, o bien rellenarse la cámara con gravas gruesas bien calibradas (3 a 5 cm. de diámetro), que se introducen previamente a la retirada de la entubación.

Ejecución en campo : 

Una vez preparado el sondeo como se ha descrito, se llena la entubación con agua hasta alcanzar la boca de la misma, controlando que se haya evacuado todo el aire contenido en la perforación. Debe verificarse, asimismo, que la entrada de agua en el terreno se realiza exclusivamente a través de las paredes de la cámara que se ensaya, comprobando que no existe filtración de agua entre la entubación y las MECÁNICA DE SUELOS I: ENSAYO DE LEFRANC Y APLICACIONES

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 paredes del pozo en la boca del sondeo, lo que indicaría una deficiente obturación. Debe medirse la diferencia de cotas entre la lámina de agua y el nivel freático al inicio del ensayo. 

Se controla el descenso de la lámina libre de agua a intervalos de tiempo iguales, normalmente uno o dos minutos. El descenso normal en medios de baja  permeabilidad es de unos pocos centímetros por hora. El ensayo debe efectuarse hasta que el nivel del agua en el sondeo alcanza el nivel inicial previo al ensayo y se comprueba su estabilización. Si la velocidad de estabilización es muy rápida (>50% de recuperación del nivel inicial en menos de 1 minuto) en ensayo no es adecuado para las características del terreno.

(a)

(b)

F igur a 02. Esquema del ensayo de Lefranc a régimen permanente (a) y a régimen variable (b) Fuente: http://www.estudiosgeotecnicos.info

1.4. APLICACIONES DEL ENSAYO DE LEFRANC Los ensayos tipo Lefranc sirven para determinar la permeabilidad (aproximada) de los suelos y/ material de sobre carga o relleno, estos ensayos son muy utilizados en la Ingeniera para el diseño y construcción de diques (tierra, concreto ciclópeo, armado),  presas (relaves, agua, etc.), centrales hidroeléctricas, pozas, etc. Y para ello se debe tener una serie de equipos, accesorios, personal (calificado) para la instalación de los equipos y un supervisor (con experiencia) para que lleve la dirección de los trabajos. Es importante contar con un “manual de investigaciones geotécnicas” para que sirva co mo guía en las investigaciones a realizar, donde se indican las pautas y las especificaciones técnicas de lo que se va a realizar, y cumplir bien las normas presentes para que se obtengan resultados cercanos a las características del terreno.

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1.4.1. APLICACIÓN: INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE Una afectación ambiental importante en la etapa de operación de una obra lineal, además del ruido y la contaminación del aire, son los daños provocados al suelo producto de un derrame o fuga durante el trasporte de materiales peligrosos. Durante la operación de las diferentes obras de infraestructura de transporte siempre existen riesgos potenciales durante la Carga, Descarga y Recorrido; ya que en cualquier acción se pueden producir accidentes. En las costas, los buques también pueden ocasionar derrames accidentales. Los derrames y fugas de materiales peligrosos dan lugar a impactos ambientales que representan una gran pérdida de recursos naturales, tiempo y dinero. Algunas sustancias peligrosas como los hidrocarburos presentan actividad carcinogénica en detrimento del hombre y los animales, de tal manera que la presencia de estas sustancias químicas en agua subterránea es un enorme peligro para el consumo humano; la lluvia y la permeabilidad intrínseca del suelo, permiten a los contaminantes llegar hasta los acuíferos, y más aún si estos están cercanos a la superficie. Es por esto que se debe estudiar la permeabilidad de suelos in situ y en laboratorio cuando suceden los derrames o fugas de materiales peligrosos y que son consecuencia de las actividades operativas globales de su traslado en el territorio nacional a través de infraestructura de transporte terrestre. En países desarrollados como el Reino Unido, Francia, Canadá, etc., cuentan con un sistema de administración de riesgos químicos que les permite dar respuesta inmediata a un accidente durante el transporte de materiales peligrosos

EJEMPLO: TÍTULO DEL PROYECTO: LA PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS EN LOS PROBLEMAS DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES. APLICACIÓN EN LA INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE AUTORES:  Ing. Juan Pablo Valadéz Castro, Ing. Paul Garnica Anguas (MÉXICO –  2010) RESUMEN: Los

accidentes más comunes tanto en la infraestructura carretera como en la ferroviaria son las volcaduras, donde de manera accidental y dependiendo de la naturaleza de los estratos del suelo, los contaminantes pueden viajar hasta el acuífero contaminándolo. Algunas de estas sustancias son cancerígenos y representan un peligro para la salud. El tiempo de respuesta para aislar el derrame está supeditado a la velocidad de filtración de las substancias tóxicas en los suelos, por ello, en este trabajo de investigación se evaluó, para los suelos del Valle de Querétaro, la  permeabilidad a diferentes fluidos tales como: gasolina, diesel, agua, acetona, ácido acético, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, entre otros; haciendo uso de ensayos in situ (Ensayo de LEFRANC) y ensayos de laboratorio para encontrar las  permeabilidades respectivas.

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1.4.2. APLICACIÓN: ESTRUCTURAS HIDRAÚLICAS La necesidad de almacenar volúmenes importantes de agua o de otros líquidos con fines de desarrollo urbano, industrial y/o agrícola, obliga al hombre a construir con mayor frecuencia lagunas artificiales de grandes dimensiones. El diseño y la construcción de estas estructuras hidráulicas muchas veces presentan problemas específicos que hacen que la tecnología usual de las presas no resulte directamente aplicable en todos sus aspectos. Es común que en las lagunas artificiales se almacene un producto escaso, contaminante o de alto valor económico, por lo que reviste una especial importancia el control de las filtraciones. Esto ha dado lugar, principalmente en los últimos años, al desarrollo de nuevas técnicas de impermeabilización, como también la innovación de nuevos equipos de permeabilidad, los que permitirán obtener valores más cercanos a la realidad y por ende brindar un óptimo diseño y construcción de estas importantes estructuras hidráulicas; es así que el ensayo de Lefranc es uno de los ensayo in situ de permeabilidad más influyentes en el diseño y en la contrastación de resultados de laboratorio.

EJEMPLO: TITULO DEL ESTUDIO: ENSAYOS DE PERMEABILIDAD EN MATERIALES DE BAJA DE PERMEABILIDAD COMPACTADOS AUTOR: Ing. Jorge E. Alva Hurtado (PERÚ- 2008) SÍNTESIS: Se realizaron ensayos de permeabilidad in situ, utilizando el ensayo de Lefranc a carga constante o régimen permanente en los siguientes casos: A. Lagunas de Oxidación Cortijo y Covicorti Ubicación de Área de Estudio: El área de estudio se ubica en los alrededores de la ciudad de Trujillo. El terreno de la laguna Cortijo se ubica hacia el nor-oeste de la ciudad en la hacienda del mismo nombre, con un área de aproximadamente 7 hectáreas; la laguna Covicorti se ubica hacia el sur-oeste de Trujillo, entre las urbanizaciones San Andrés 5ta etapa y Los Rosales, con un área de aproximadamente 21 hectáreas. Características Geológicas: La Ciudad de Trujillo está ubicada dentro de la unidad geomorfológica denominada "Pampa Costanera", la que se desarrolla sobre una faja paralela a la costa, desde el nivel del mar hasta una altitud de 200 metros. Por el Oeste está limitada por pequeñas escarpas que bordean el litoral y por el Este por las cadenas de cerros bajos de los primeros contrafuertes andinos. En conjunto se trata de una llanura aluvial, que está surcada por los cauces de ríos y quebradas secas.

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Resultados:  Los ensayos de permeabilidad para el material arcilloso indican valores de 1.22x 10−7  cm/seg. para la laguna Cortijo y 1.32 x 10-7 cm/seg. para Covicorti. B. Presa Pomacocha Ubicación y geología de la Presa: La presa de Pomacocha existente cierra la Laguna Pomacocha a una altitud de 4260 m.s.n.m. Aquí se proyectó la construcción de una presa nueva de tierra con una altura de 44 metros, cuyo eje está ubicado al pie de la presa antigua. En la zona de la presa se observan las características geológicas siguientes: La Formación Chulec, comprende los siguientes elementos de abajo hacia arriba: arcillas calcáreas de color gris oscuro, lodolitas calcáreas arcillosas grises con presencia de fósiles, limolitas calcáreas y wackstones bioturbados con fósiles pelágicos y  bénticos.

Resultados:  Las ensayos realizados corresponden a la cantera  principal, la que pertenece a un material morrénico, que será utilizado como cuerpo de la presa Pomacocha, los ensayos de  permeabilidad para la presa Pomacocha indican un valor promedio de 3.27x10−7 cm/seg. 1.4.3. APLICACIÓN: DIQUES DE ABRIGO Los diques son estructuras que tienen como función principal la de proporcionar áreas abrigadas, tanto portuarias como litorales, a resguardo de las acciones de las dinámicas marina y atmosférica. Por lo general, un área portuaria abrigada se  proyecta para facilitar las operaciones portuarias y logísticas relacionadas con el transporte marítimo. Por otra parte, un área litoral abrigada se proyecta para facilitar el uso y explotación ordenada y sostenible del entorno litoral, pudiendo incluir, entre otros, la corrección, conservación y regeneración de playas y zonas de baño y el intercambio de los flujos transversales tierra-mar de sustancias naturales y artificiales. Los diques de abrigo pueden diferenciarse en las siguientes tipologías: Dique en talud emergido, dique vertical, dique mixto, dique rebasable y sumergido, dique berma. Los diques se deben construir con un tipo de suelo que garantice una buena retención o flujo controlado del agua; por lo tanto es  primordial que en el diseño de estos diques se considere como parámetro de diseño al coeficiente de permeabilidad del suelo (k).

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EJEMPLO: TITULO DEL PROYECTO: ESTUDIO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO PARA LAS INSTALACIONES PESQUERAS DE UN PUERTO EN EL SUR DE ESPAÑA. AUTOR: ING. NURIA POLO ABAD (ESPAÑA-2009) RESUMEN: El objetivo de este proyecto es realizar el estudio geológicogeotécnico para la construcción de un muelle pesquero con diques en la ciudad de Málaga - España. Para caracterizar el terreno se ha realizado una campaña geotécnica compuesta por 4 sondeos y diversos ensayos “in situ” , como el ensayo de Lefranc a carga constante o régimen permanente ; así mismo se obtuvieron muestras inalteradas, con las que se realizaron ensayos de laboratorio. Posteriormente para definir las soluciones y  procesar los datos se utilizó el software GeoSlope, con el que se estudió dos distintas alternativas posibles para realizar la cimentación del muelle: muelle vertical sin columnas de grava y muelle vertical con columnas de grava. Finalmente, los resultados obtenidos demostraron que la alternativa óptima sería una pantalla de columnas de grava y un dique de abrigo en talud emergido, considerando diversos factores técnicos, estructurales y económicos. ENSAYO DE LEFRANC DEL PROYECTO: Se han realizado 4 ensayos de permeabilidad tipo LEFRANC de carga para evaluar la  permeabilidad del terreno “in situ”. El ensayo se realiza en el interior del

sondeo, con el mismo revestido hasta la cota inicial de ensayo, y dejando sin revestir el tramo a ensayar, el cual se perfora con diámetro menor al revestimiento en una longitud no inferior a 10 veces el radio del tramo a ensayar. Una vez alcanzada la cota de ensayo y perforado el tramo a ensayar se procede al llenado de la perforación con agua aportada hasta alcanzar el borde superior de la tubería de revestimiento. En este punto se evalúan los descensos cada 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25 y 30 minutos. Con los resultados obtenidos se cuantifica la permeabilidad (K) en la TABLA 5:

TABLA 5. Resultados del ensayo de Lefranc del Proyecto (N. Polo, 2013)

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CAPITULO II APLICACIÓN DEL ENSAYO DE LEFRANC EN TRES PUNTOS DIFERENTES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 2.1. UBICACIÓN DE LOS PUNTOS DE ESTUDIO Se establecieron tres puntos de estudio en diferentes terrenos de la Universidad Nacional de Trujillo (TABLA 6) para calcular el coeficiente de permeabilidad, utilizando el Ensayo de Lefranc, sin maquinaria, a régimen variable.

PUNTO B PUNTO C

PUNTO A

Vista satelital de la Universidad Nacional de Trujillo  Fuente: Google Earth 2015 PUNTO UBICACIÓN

A Frente a la Biblioteca Central- UNT.

B Al costado derecho de Mecatrónica.

C En el terreno de Ingeniería Civil. TABLA 6. Ubicación de los tres puntos de estudio en los terrenos de la Universidad Nacional de Trujillo.

2.2. MATERIALES   

Barreta Tubo transparente de 44 cm Huincha, cronómetro y agua.

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2.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PASOS

PUNTO A

PUNTO B

PUNTO C

1.  Se excavó en forma circular hasta una cota de -20cm desde el nivel del terreno, con un diámetro mayor al del tubo.

2. Se colocó el tubo en el hoyo con un ángulo de 90º con respecto al nivel del suelo.

3.  Se llenó el espacio vació entre el tubo y el terreno con el mismo material extraído.

4.  Dentro del tubo se coloca una capa de 10 cm, con el mismo material extraído.

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5. Se añadió agua al tubo hasta su capacidad media, y durante 25 minutos se volvió a llenar cada cinco minutos hasta q el suelo este saturado.

Se llenó 6.  completamente el tubo y se tomó la medida del h1.

7.  Después de 20 minutos se midió el h2.  Por cada  punto se hizo tres mediciones del h2, en intervalos de 20 minutos. Nota: 

ESQUEMA DEL ENSAYO

TABLA 7. Procedimiento experimental del Ensayo de Lefranc realizado en tres puntos diferentes. MECÁNICA DE SUELOS I: ENSAYO DE LEFRANC Y APLICACIONES

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2.4. ANÁLISIS DE DATOS Y RESULTADOS Con los datos obtenidos en campo, se calculó el coeficiente de permeabilidad del suelo en cada punto ensayado (TABLA 8), utilizando la siguiente fórmula según Jiménez Salas (1981):

Donde: R= radio del tubo en centímetros. h1=altura inicial del agua en metros. h2= altura final del agua en metros. (t2-t1) = tiempo de descenso del agua en el tubo en segundos.

Además, se graficó el descenso del agua en el tubo vs el tiempo controlado de cada descenso (GRÁFICO 1), y se hizo un gráfico comparativo de los coeficientes de  permeabilidad calculados en cada punto (GRÁFICO 2). PUNTO

A

B

C

R (cm)

h1(m)

h2(m)

Descenso(m) [h1-h2]

(t2-t1) s

k(cm/s)

5 5 5 5 5 5 5 5 5

0,315 0,315 0,315 0,320 0,320 0,320 0,320 0,320 0,320

0,295 0,276 0,259 0,205 0,137 0,074 0,265 0,225 0,184

0,020 0,039 0,056 0,115 0,183 0,246 0,055 0,095 0,136

1200 2400 3600 1200 2400 3600 1200 2400 3600

1,5610−4 1,5710−4 1,5510−4 1,0610−3 1,0110−3 1,1610−3 4,4910−4 4,1910−4 4,3510−4

k(prom) cm/s 1,56−

1,08−

4,34−

TABLA 8. Datos obtenidos en campo y cálculo del coeficiente de permeabilidad.

GRÁFICO 1. Descenso del agua vs tiempo. GRÁFICO 2. Coeficiente de permeabilidad  ____________________________________________________  de cada punto analizado.

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CAPITULO III ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS 3.1. DISCUSIONES El suelo de mayor coeficiente de permeabilidad es el ubicado en el punto B con k=1,0810−3 y el de menor permeabilidad es el ubicado en el punto A con k=1,5610−4. En base a el coeficiente de permeabilidad calculado, el suelo en el PUNTO A es de “baja  permeabilidad”, además según Terzaghi y Peck (1967) el suelo es de tipo “Limo, Limo arcilloso, arcilla limosa”; la baja permeabilidad del terreno en este punto se deben a la

gran cantidad de limos y arcillas en la zona, producto de la existencia de plantas y árboles en la zona , por lo cual estas al ser materiales cohesivos de mal drenaje impiden la circulación del agua a través del terreno. En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas y limos, la presencia de ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que disminuye la  permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio). En base a los coeficientes de permeabilidad calculados, los suelo de los PUNTOS B Y C son de “media permeabilidad”, y según Terzaghi y Peck (1967) ambos suelos son de tipo “Arena fina, arena limosa”; las condiciones de permeabilidad de este terreno se deben

 principalmente a el comportamiento de la arena como material no cohesivo de buen drenaje, además la zona está totalmente despejada lejos de cualquier actividad orgánica.

3.2. CONCLUSIONES 1. El ensayo de Lefranc tiene múltiples aplicaciones, desde infraestructuras de transporte hasta obras hidráulicas, además el coeficiente de permeabilidad (k) es uno de los parámetros más importantes de diseño, por lo cual su correcta medición y contrastación in situ es vital para evitar problemas en la construcción. 2. La ejecución del ensayo de Lefranc según la Norma ASTM D4631-95(2000) debe ser realizado por personal capacitado y con la maquinaria necesaria, para obtener con precisión el coeficiente de permeabilidad in situ y así poder hacer una correcta contrastación con los ensayos de permeabilidad en laboratorio. 3. Los terrenos de los puntos B (k= 1,0810−3) y C (k=4,3410−4) de la Universidad  Nacional de Trujillo en los cuales se hizo el ensayo de Lefranc, sin maquinaria tiene una permeabilidad media con un drenaje regular y el terreno del punto A (k=1,5610−4) es un terreno con un gran contenido de arcilla orgánica, baja  permeabilidad y mal drenaje.

3.3. RECOMENDACIONES El tubo utilizado para el ensayo debe tener un diámetro entre 5cm a 10 cm, además debe estar totalmente limpio y sin perforaciones, para evitar el registro erróneo de descenso del agua. El agua tiene q estar libre de impurezas, además es muy importante que el suelo este totalmente saturado antes de empezar a controlar los descensos de agua en el tubo. MECÁNICA DE SUELOS I: ENSAYO DE LEFRANC Y APLICACIONES

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Para una mejor exactitud en el cálculo del coeficiente de permeabilidad, se recomienda registrar los descensos de agua en el tubo hasta que el valor de “k” sea constante.

Este ensayo de Lefranc alternativo, sin maquinaria, se utilizó solo para fines académicos con el propósito de comprender y practicar el cálculo del coeficiente de permeabilidad,  pero para un estudio ingenieril meticuloso del suelo se debe hacer el ensayo de Lefranc según la norma ASTM D4631-95(2000).

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MECÁNICA DE SUELOS I: ENSAYO DE LEFRANC Y APLICACIONES

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