Unasam-Fca

UNASAM-FCA

CONTENIDO I NDI ND I CE DE TAB TA B AL AS .............. .................... ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. ........... .... 3 I NDI ND I CE DE F I G URAS UR AS .............. .................... ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. ........... .... 4 I .- I NTR NT R ODUCCI ODUC CI ÓN. ............. .................... .............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. ............. ...... 6 I I . OBJ OB J E TI VOS: ...... ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ......... 7  2.1.  2.1. OBJ OB J E TI V O G E NE R A L . ............................................................................................. .............................................. ............................................... 7  2.2.  2.2. OBJ OB J E TI V O E SPE SP E CÍ F I CO. .................................................. ........................................................................................ ...................................... 7 I I I . M AR CO TE ÓRI CO: ............... ...................... ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ....... 8  3.2.  3.2. ME DI DA D E PE P E R M E A B I L I D A D E N SUE L OS .................................................. .................................................... 15  3.2.1.  3.2.1. SUE L OS SATUR SAT URA A D OS..................................................... ........................................................................................ .................................... 15  3.2.2.  3.2.2. Suelo Sueloss no sat saturad urados .................................................. ............................................................................................... ............................................. 16  3.3.  3.3. PE R M E A B I L I D A D DE UN SUE L O..................................................... ....................................................................... .................. 17  3.3.1.  3.3.1. G eneral neralii dades.................................................... ........................................................................................................ ...................................................... 17  3.3.2.  3.3.2. L E Y DE D AR CY. CY . ....................................................... ................................................................................................... ............................................ 19  3.3.2.  3.3.2. 1. PR I NCI NC I PA L ME NTE NT E F A CTOR CT OREE S LE Y DE D AR CY: CY : .................................... 20  3.4.  3.4. PE R M E A ME TR O D E CA C A R G A VAR VA R I A B L E . ................................................. ......................................................... ........ 21  3.5.  3.5. D E SAR SA R R OLL O D E L A S UNI ONE S ..................................................... ....................................................................... .................. 22  3.5.1.  3.5.1. UNI UN I ONE S ENT E NTRR E PA P A R TÍ CUL CU L A S DE A R CI L L A Y ENT E NTRR E É STA S Y L A S DE OTRAS OTRA S F RA CCI CC I ONE S MI NE R AL E S. ..... ........ ....... ....... ...... ....... ....... ...... ....... ....... ....... ....... ...... ....... ....... ...... ....... ....... ....... ....... ...... ....... 22 AGUAS SUBTERRANEAS

1

UNASAM-FCA

 3.6.  3.6. CONSI CON SI STE ST E NCI NC I A EN E N FUN F UNCI CI ÓN DE L A HUM H UMEE D A D . ......................................... 23  3.6.1.  3.6.1. L Í MI TE D E CONT C ONTRR A CCI CC I ÓN. .................................................. ............................................................................. ........................... 24  3.7.  3.7. CONTE CON TE NI DO DE A R C I L L A ................................................................................... ............................................... .................................... 26 I V. MA M A TE R I A L E S Y MÉ M É TODOS: ............ ................... .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. ............ ..... 27 4.1 4.1 MA TE R I A L E S: ............. .................... .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. ............ ..... 27 4.1.2 4.1.2 EQUI E QUI PO ................................................... ........................................................................................................ ............................................................... .......... 27 4.2 MÉ TODOS: TOD OS: ................................................. ...................................................................................................... ............................................................... .......... 27 4.3. 4.3. PR OCE DI MI E NTO. NT O.............. .................... .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .......... ... 28 V.CÁL V.C ÁL CUL OS Y R E SULTA SUL TADOS. DOS. ................... .......................... .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. ............. ...... 30  5.1.  5.1. ME TODO TOD O D E H A ZE ZEN N ............................................................................................. ................................................ ............................................. 32  5.2.  5.2. ME TODO TOD O D E SH S H E PPE PP E R D ..................................................................................... ................................................................. .................... 32  5.3.  5.3. MÉ TODO TOD O D E SLI SL I CH TE R : ................................................................................... ........................................................ ........................... 33  5.4.  5.4. MÉ TODO TOD O D E DA D A R CY : ............................................................................................ ............................................... ............................................. 34 VI .- DI SCUCI SC UCI ÓN Y R E SULTA SUL TADOS: DOS: ...... ............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ....... 38 VI I . CONCL CON CL USI ONE S .............. .................... ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. ........... 39 VI I I . R E COME COM E NDAC ND AC I ONE S: .............. ..................... ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .......... ... 40 VI I I .- B I B L I OGR AF Í A : .............. ..................... ............. ............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. ............. ...... 41 I X. ANE AN E XOS. ..................................................................................................... ............................................... ........................................................................ .................. 42

AGUAS SUBTERRANEAS

2

UNASAM-FCA

I NDI NDI CE DE TABALAS TABALAS

Tabla N° 1: Textura xtur a y Permea Permeabi lid li dad Tabla N°2: Relación de Textura y Permeabilidad Tabla N ° 3: Ti po de Textura - Pe P er meabi lid li dad Tabla abla 4 : L i mi tes tes de C onsiste onsistenci ncia,% a,% de agua en en peso peso Tabla abla 5 :R : R esultados sultados de de la gr anulom anulometri tri a. Tabla abla 6 : R esulta sultado doss de los los tami tami zado zadoss . Tabla abla 7: C oef oefi cie ci ente K en funci función ón a la porosi porosid dad

AGUAS SUBTERRANEAS

3

UNASAM-FCA

I NDICE DE FI GURAS GURAS

F i gura ur a N°1: N° 1: P er meabi lid li dad del suelo suelo de de transmi transmi tir el agua y el el air e; F uente uente:: B owles les F i gura ur aN ° 2: E l suelo suelo i mper meable pi er de poca agua; F uente uente:: B owles, les, M ( 1980). F i gura ur aN ° 3: E l suelo suelo pe per meable pi er de demasia si ada agua gua; F uente uente:: B owles, les, M ( 1980). F i gura ur a N°4: N° 4: C apas de del Sue S uelo lo Permea Permeable e I mper meable; le; F uente uente:: B owles, les, M ( 1980). F i gura gur a N ° 5: Per Per di da de A gua; gua; F uent uentee: B owles, les, M (1980). (1980). F i gura ur a N ° 6: N o hay hay Perdida de A gua gua cap capa -per -per meable; le; F uente uente:: B owle owles, s, M ( 1980). F i gura gur a N ° 7:E 7: E nsayo nsayo en Condi Condi ciones ciones Est E sta acionar cionar i as Fue F uent ntee: B owles, les, M (198 ( 1980). 0). F i gura ur a N°8: N° 8: per meámetro de de car car ga co constante nstante:: B owles, les, M ( 1980). F i gura ur a N ° 9: E nsayo nsayoss Est E sta acio ci onario nari os: Sue S uelos los poco oco per meable abless F uente uente:: B owles, les, M (1980). ( 1980). F i gura ur a N ° 10: E nsayo nsayoss Esta E staci cio onario nari os: Suelos Suelos po poco per meables les F uente uente:: B owles, les, M (1980). F i gura gur a N ° 11: E nsayo nsayoss Aplicand Aplicando la L ey de de D ar cy; cy; F uent uentee: B owles, les, M ( 1980) 1980) . F i gura ur a N ° 12: P er meámetro de de car car ga var var i able; le; F uente uente:: cre cr eación ción pr pr opi a. F i g 13: Unio Uni ones nes ent entrr e P ar tículas tículas de de A r cilla; F uent uentee: G ar cía (1974) F i g 14: R elación de las F ormas ormas de C onsiste onsistenci ncia, a, con el el Cont C onteenid ni do de de H umed umedad del  sue  suelo. lo. F uent uentee: F ao, (1977). (1977). F i g 15: E stad stados de de C onsiste onsistenci ncia a y Cont Contrr acci acción ón de de un Sue S uelo lo con con Alto A lto C onte ontenid ni do de  Arci  A rcilla lla.. F i g 16: E fectos ctos de de C omp ompr esión si ón y R otur otura a por D esliza sli zam mi ento, nto, en el el E nloda nlodami ento de un  Suelo  Suelo A rcillo rci lloso so.. F uent uentee: Bo B odman y R ubin, ubin, (1948 (1948).).

AGUAS SUBTERRANEAS

4

UNASAM-FCA

F igur a N°17: Permeámetro de Carga variable.; F uente: creación propia. F igura N°18: E laborando el Permeámetro de Carga variable.; F uente: creación propia

AGUAS SUBTERRANEAS

5

UNASAM-FCA

I.- INTRODUCCIÓN. En el presente trabajo vamos a exponer hacerca del permeámetro de carga variable, su elaboración, y sus cálculos aplicando los cuatro métodos para hallar la conductividad hidráulica. Los métodos a emplearse son: método de hazen, shepperd, slichert y método Darcy.

La conductividad hidráulica es una propiedad muy importante de los medios porosos, que indica la movilidad del agua dentro del suelo y depende del grado de saturación y la naturaleza del mismo.

Los estudiantes

AGUAS SUBTERRANEAS

6

UNASAM-FCA

II. OBJETIVOS: 2.1. OBJETIVO GENERAL. 

Elaborar el permeámetro de carga variable.

2.2. OBJETIVO ESPECÍFICO. 

Determinar la granulometría



Calcular el Volumen, peso húmedo, seco, densidad aparente y humedad.



Calcular el método de Hazen, shepperd, slicher y darcy para hallar la permeabilidad (K).

AGUAS SUBTERRANEAS

7

UNASAM-FCA

III. MARCO TEÓRICO: 3.1. PERMEABILIDAD.

BADI LLO,J (1980).Define a la: Permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos: 

La porosidad del material.



La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura.



La presión a que está sometido el fluido.

Guerrero, S (1980), Nos dice que : “La conductividad hidráulica es una propiedad muy importante de los medios porosos,

que indica la movilidad del agua dentro del suelo y depende del grado de saturación y la naturaleza del mismo “(p.112).

F AO, (2000); menciona que : La conductividad hidráulica sirve para la definición de la interacción agua superficial –  agua subterránea, esto permite realizar la valoración de las reservas y recursos subterráneos,  porque ayuda a la estimación de la recarga, siendo insumo de los modelos precipitación –  infiltración –  recarga, procesos que se presentan en el tránsito de flujo por la zona  parcialmente saturada.(p.14)

AGUAS SUBTERRANEAS

8

UNASAM-FCA

BOWLES, M (1980). Nos dice que : “El coeficiente de permeabilidad (k ) es una constante de proporcionalidad relacionada con la facilidad de movimiento de un flujo a través de un medio poroso” (p. 97). “Se pueden determinar por medio de dos métodos generales de laboratorio llamados método de la carga constante y el método de la carga variable . (p. 98). ”

“Dichos métodos están basados en el uso de la ley de Darcy, con las condiciones de un

flujo laminar. Con el método de la cabeza constante, el coeficiente de permeabilidad se calcula con a siguiente ecuación” (p. 98).

=

  ℎ

Donde: Q: es el volumen de agua recolectado L: distancia entre manómetros A: es el área de la sección transversal en el espécimen t: es el tiempo de la descarga h: es la cabeza hidráulica total.”

BOWLES, M (1980). Menciona que : “Ninguno de los dos ensayos permite obtener valores de coeficiente de permeabilidad de un

suelo demasiado confiables. Las principales razones de esto son” (p. 98).



El suelo que se utiliza en el aparato de permeabilidad nunca es igual al suelo que se tiene en el terreno –  siempre está algo alterado.

AGUAS SUBTERRANEAS

9

UNASAM-FCA 

La orientación in situ de los estratos respecto al flujo de agua es probablemente diferente en el laboratorio.



Las condiciones de frontera son diferentes en el laboratorio. Las paredes del molde de permeabilidad mejoran los caminos del flujo con respecto a los caminos naturales en el terreno.



La cabeza hidráulica h puede ser diferente (a menudo mucho mayor) en el laboratorio, lo cual causa un lavado del material fino hacia las fronteras con una  posible reducción en el valor de k.



El efecto del aire atrapado en la muestra de laboratorio es grande aún para  pequeñas burbujas de aire debido al tamaño tan pequeño de la muestra.”

Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es una de las cualidades más importantes que han de considerarse para la piscicultura. Un estanque construido en suelo impermeable perderá poca agua por filtración (p. 100).

F igur a N° 1: Permeabilidad del suelo de transmitir el agua y el aire; F uente: Bowles, M (1980). AGUAS SUBTERRANEAS

10

UNASAM-FCA

Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son tan  permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales. En un volumen de esta colección que aparecerá próximamente se ofrecerá información sobre dichas técnicas. (p. 100).

F igur aN°2: E l suelo impermeable pierde poca agua; F uente: Bowles, M (1980).

F iguraN° 3: E l suelo permeable pierde demasiada agua; F uente: Bowles, M (1980).

AGUAS SUBTERRANEAS

11

UNASAM-FCA “Por lo general, los suelos se componen de capas y, a menudo, la calidad del suelo varía

considerablemente de una capa a otra. Antes de construir un estanque, es importante determinar la posición relativa de las capas permeables e impermeables. Al planificar el diseño de un estanque se debe evitar la presencia de una capa permeable en el fondo para impedir una pérdida de agua excesiva hacia el subsuelo a causa de la filtración.”

F igur a N° 4: Capas del Suelo Permeable e Impermeable; F uente: Bowles, M (1980).

“Los diques del estanque se deben construir con un tipo de suelo que garantice una buena

retención del agua. La calidad del suelo tendrá que comprobarse, repetimos, teniendo  presente ese aspecto”.

AGUAS SUBTERRANEAS

12

UNASAM-FCA

F igura N° 5: Perdida de Agua; F uente: Bowles, M (1980).

F igur a N°6: No hay Perdida de Agua capa -permeable; F uente: Bowles, M (1980).

Variación de la permeabilidad según la textura del suelo “Por regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura del suelo, más lenta será la permeabilidad:”

AGUAS SUBTERRANEAS

13

UNASAM-FCA

Tabla N°1: Textura y Permeabilidad

Suelo

Textura

Permeabilidad

Suelos

Fina

De muy lenta

arcillosos

a muy rápida

Suelos

Moderadamente

limosos

fina

Moderadamente gruesa

Suelos

Gruesa

arenosos

F uente: Bowles, M (1980).

Tabla N°2: Relación de Textura y Permeabilidad

Arenosos

5.0

Franco arenosos

2.5

Franco

1.3

Franco arcillosos

0.8

Arcilloso limosos

0.25

Arcilloso

0.05

F uente: Bowles, M (1980). AGUAS SUBTERRANEAS

14

UNASAM-FCA

Permeabilidad Media para Diferentes texturas de suelo en cm/hr Variación de la permeabilidad según la estructura del suelo “La estructura puede modificar considerablemente las tasas de permeabilidad mostradas

anteriormente de la forma siguiente: Tabla N°3: Tipo de Textura - Permeabilidad

Tipo de estructura Laminar

Permeabilidad

- Gran

De

traslapo

muy lenta

- Ligero

a

traslapo

muy rápida

En bloque Prismática Granular F uente: Bowles, M (1980). Puede variar de acuerdo con el grado en que se desarrolle la estructura.”

3.2. MEDIDA DE PERMEABILIDAD EN SUELOS 3.2.1. SUELOS SATURADOS.  – Cond. Estacionarias (gradiente constante)  –  Cond. No Estacionarias (carga variable)  –  Métodos indirectos

AGUAS SUBTERRANEAS

15

UNASAM-FCA

3.2.2. Suelos no saturados  –  Cond. Estacionarias  –  Cond. No estacionarias

F igura N°7:E nsayo en Condiciones E stacionari as F uente: Bowles, M (1980).

F igur a N° 8: permeámetro de carga constante: Bowles, M (1980).

AGUAS SUBTERRANEAS

16

UNASAM-FCA

F igur a N°9: E nsayos E stacionarios: Suelos poco permeables F uente: Bowles, M (1980).

F igur a N°10: E nsayos E stacionarios: Suelos poco permeables F uente: Bowles, M (1980).

3.3. PERMEABILIDAD DE UN SUELO 3.3.1. Generalidades Guerrero, S (1980); Nos dice que: “El coeficiente de permeabilidad es una constante de proporcionalidad relacionada con la

facilidad de movimiento de un flujo a través de un medio poroso. Existen dos métodos generales de laboratorio para determinar directamente el coeficiente de permeabilidad de un suelo” (p.123). Estos son los llamados método de la cabeza constante y el método de la cabeza AGUAS SUBTERRANEAS

17

UNASAM-FCA

variable. Ambos métodos se basan en la ley de Dary Ni el ensayo de cabeza constante ni el de cabeza variable permiten obtener valores del coeficiente de permeabilidad de un suelo demasiado confiables. Existen muchas razones para esto, pero las principales son las siguientes (p.123). 1. El suelo que se utiliza en el aparato de permeabilidad nunca es igual al suelo que se tiene en el terreno (siempre está algo alterado) 2. La orientación in situ de los estratos con respecto al flujo de agua es probablemente diferente en laboratorio. 3. Las condiciones de frontera son diferentes en el laboratorio. Las paredes lisas del molde de permeabilidad mejoran los caminos del flujo con respecto a los caminos naturales en el terreno. Si el suelo tiene estratificación vertical, el flujo en los diferentes estratos será diferente, y esta condición de frontera es casi imposible de reproducir en el laboratorio. 4. La carga hidráulica Δh puede ser diferente (a menudo mucho mayor) en el laboratorio, lo

cual causa el lavado de material fino hacia las fronteras con una posible reducción en el valor de k. Los gradientes hidráulicos obtenidos en el terreno (i = h/L) varían entre 0.5 y 1.5, mientras que en el laboratorio suelen ser 5 o más. Existe evidencia obtenida en diferentes investigaciones que hace pensar que v= k i no es una relación lineal para todos los valores de i, especialmente para valores grandes (Mitchell y Younger (1967)). Por otra parte existe también evidencia de que suelos finos (arcillas), puede existir un gradiente umbral por debajo del cual no hay flujo. (Terzaghi (1925)). 5. El efecto del aire atrapado en la muestra de laboratorio es grande aun para pequeñas  burbujas de aire debido al tamaño tan pequeño de la muestra. AGUAS SUBTERRANEAS

18

UNASAM-FCA

3.3.2. LEY DE DARCY. v=k⋅i

Y la velocidad correspondiente del flujo es: q = k ⋅ i ⋅ A

Donde: q = cantidad de flujo por unidad de tiempo k = coeficiente de permeabilidad (unidades de velocidad) i = gradiente hidráulico = Δh/L Δh = carga hidráulica a lo largo de la muestra

L = Longitud de la muestra a través de la cual se mide h A = área de la sección transversal de la masa en consideración

F igura N°11: E nsayos Aplicando la Ley de Darcy; F uente: Bowles, M (1980).

AGUAS SUBTERRANEAS

19

UNASAM-FCA

3.3.2. 1. PRINCIPALMENTE FACTORES LEY DE DARCY: 1. La viscosidad del fluido en los poros (normalmente agua). A medida que la temperatura aumenta, la viscosidad del agua disminuye y el coeficiente de permeabilidad aumenta; es decir, la velocidad de flujo aumenta. El coeficiente de permeabilidad se ha normalizado a 20 º C, de forma que el coeficiente de permeabilidad a cualquier temperatura T se puede expresar con respecto a k20 2. La relación de vacíos e del suelo. Se han hecho varios intentos para correlacionar el coeficiente de permeabilidad del suelo a una relación de vacíos dada con el mismo suelo a diferente relación de vacíos [k = f (e)]. 3. El tamaño y forma de los granos de suelo. Allan Hazen estudio el uso de arenas en m, filtros para obras hidráulicas y concluyo que para arenas limpias y gravas el coeficiente de  permeabilidad puede expresarse aproximadamente como: k 100 D2 cm/ s 10 = para un rango de D entre 0.1 < D10 < 3.0 mm. El D10 que se utiliza es

el diámetro correspondiente al 10 % más fino en tamaño de la muestra obtenido de la curva de distribución granulométrica y expresado en cm. La presencia de partículas angulares y laminares tienden a reducir k más que cuando el suelo está compuesto predominantemente por partículas redondeadas y esféricas. 4. El grado de saturación. A medida que aumenta el grado de saturación, el coeficiente de  permeabilidad aparente también se incrementa. En parte este aumento se debe a la distribución en la tensión superficial. El origen del resto del aumento se desconoce, pues es difícil determinar k a menos que se considere continuidad de flujo a través del medio.

AGUAS SUBTERRANEAS

20

UNASAM-FCA

El flujo a través del medio poroso puede obtenerse únicamente considerando la cantidad que entra y sale de la masa de suelos. Como caso extremo, sería posible, en un suelo seco, tener un flujo considerable hacia la muestra sin tener flujo de salida. El cálculo de k daría k = 0 lo cual evidentemente es incorrecto. Las muestras usadas en laboratorio generalmente se saturan para evitar este problema, aunqu e recientes investigaciones se ha tenido en cuenta condiciones donde S < 100 %.

3.4. PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE. Este tipo de dispositivos, brinda mayor exactitud para suelos menos permeables como la arcilla y limo. En este caso la cantidad de agua escurrida es medida en forma indirecta por medio de la observación de la relación entre la caída del nivel de agua en un tubo recto colocado sobre la muestra y el tiempo trascurrido .La longitud L, las observaciones veden ser echas en no menos de 2 niveles diferentes de agua en el tubo recto. Para le deducción del valor de K obsérvese el permeámetro de la figura; el que debe estar en régimen antes de efectuar cualquier medición.

F igur a N° 12: Permeámetro de carga variable; F uente: creación propia. AGUAS SUBTERRANEAS

21

UNASAM-FCA

3.5. DESARROLLO DE LAS UNIONES GARCIA,F (1974) Menciona a los: Existen diferentes agentes que actúan en el desarrollo de las uniones que forman los agregados. Estos son Físicos, químicos y biológicos. Se presentan a continuación (p.6).

3.5.1. UNIONES ENTRE PARTÍCULAS DE ARCILLA Y ENTRE ÉSTAS Y LAS DE OTRAS FRACCIONES MINERALES. Para que se desarrollen este tipo de uniones es fundamental que ocurra deshidratación. A medida que va quedando menos agua las partículas se van acercando, y la tensión superficial del agua las mantiene unidas. El congelamiento actúa de la misma manera cuando ocurre lentamente; los cristales crecen en los poros gruesos y atraen el agua que está en los más delgados (p.6). Russell (1934), cit. por Baver et al. (1972), propuso que las partículas son atraídas por la acción de cationes que hacen de puente entre las moléculas de agua y sirven para ordenar a los dipolos (p.8).

F ig 13: Uniones entre Partículas de Arcilla; F uente: García (1974) AGUAS SUBTERRANEAS

22

UNASAM-FCA

3.6. CONSISTENCIA EN FUNCIÓN DE LA HUMEDAD. La FAO, (1977) Define a la :

Es bien conocido el hecho de que los suelos muestran comportamientos distintos contenidos de humedad. Atterberg (1911) fue uno de los primeros en darle importancia a esta propiedad de los suelos; describe los cambios de consistencia con la humedad del siguiente modo (p.4): Cuando mezclamos polvo de arcilla con mucha agua, obtenemos una pasta arcillosa fluida. Con menos agua la pasta fluye pero es más densa. Evaporando el agua, la arcilla  pasa gradualmente a una masa pegajosa (se pega a los dedos, madera o metales) (p.4). Luego desaparece la pegajosidad, y la arcilla puede ser fácilmente moldeada sin pegarse a los dedos, este es el denominado estado plástico. Con un desecamiento aún mayor, la masa de suelo puede desmenuzarse, y los pedazos pueden ser unidos nuevamente bajo  presión considerable (friable). Finalmente se pierde incluso esta condición (masa dura y rígida) (p.4).

De acuerdo con esto se pueden esperar que se presenten cuatro formas esenciales de consistencia en los suelos (se excluye el estado viscoso) (p.5). a) Consistencia pegajosa, que se manifiesta por adherencia y pegajosidad a otros objetos.  b) Consistencia plástica, manifestada por la elasticidad y capacidad de ser moldeada. c) Consistencia blanda o suave, caracterizada por la friabilidad. d) Consistencia dura o rígida.

AGUAS SUBTERRANEAS

23

UNASAM-FCA

F ig 14: Relación de las Formas de Consistencia, con el Contenido de Humedad del suelo. F uente: F ao, (1977).

Esta relación se mantiene en suelos arcillosos extremadamente diferentes, que han sido diluidos con limo para variar su número de plasticidad. La naturaleza del material coloidal cambia la constante de proporcionalidad. Esto era de esperarse ya que la fuerza de adhesión del agua sobre la superficie varía con el tipo de coloide. (p.5).

3.6.1. LÍMITE DE CONTRACCIÓN.

Otro valor que caracteriza la consistencia de un suelo es el límite de contracción. Este límite es el contenido de humedad al que un suelo pasa de consistencia dura(seco) a friable (húmedo). (p.5).

AGUAS SUBTERRANEAS

24

UNASAM-FCA

F ig 15: E stados de Consistencia y Contracción de un Suelo con Alto Contenido de Arcilla Fuente: F ao, (1977).

Tabla 4 : Limites de Consistencia,% de agua en peso

F uente: F AO, (1977).

AGUAS SUBTERRANEAS

25

UNASAM-FCA

3.7. CONTENIDO DE ARCILLA FAO, (1977) Menciona los Factores que afectan la plasticidad y las constantes de Atterberg en: Siendo la plasticidad una función de las fracciones más fines del suelo, los distintos suelos tendrán diferente plasticidad de acuerdo con la cantidad de arcilla que contienen. Atterberg y otros muestran que un incremento en el porcentaje de arcilla produce un aumento en ambos límites de plasticidad en la escala de humedad y concomitantemente aumento en el número de plasticidad. Esto es lo que indican los resultados en la figura 5 (p.6).

F ig 16: E fectos de Compresión y Rotura por Deslizamiento, en el E nlodamiento de un Suelo Arcilloso. F uente: Bodman y Rubin, ( 1948).

AGUAS SUBTERRANEAS

26

UNASAM-FCA

IV. MATERIALES Y MÉTODOS: 4.1 MATERIALES: 4.1.2 EQUIPO • Aparato de permeabilidad • Cronometro • Termómetro • Cilindro graduado • Vara pequeña de madera graduada

4.2 MÉTODOS: Hallamos los diámetros representativos ya que para el empleo de las fórmulas de los diferentes métodos se requirió el d10 y d50. Una vez obtenido estos valores se procedió a calcular la permeabilidad hidráulica por el Método de HAZEN que consiste en la multiplicación de una constante que depende de la textura del suelo, por el diámetro representativo (d10), seguidamente se procedió a calcular la permeabilidad hidráulica con el Método de SHEPPERD que consiste en la multiplicación del coeficiente que depende de la textura del suelo por el diámetro representativo (d50) donde j depende del tipo de suelo. Y finalmente se calculó la permeabilidad hidráulica por el método de SLICHTER, para este método fue necesario calcular el peso específico, obtener la viscosidad dinámica y el coeficiente k1 que depende de la porosidad del suelo. Finalmente se procedió a comparar los resultados de cada método que se empleó para calcular la permeabilidad hidráulica. AGUAS SUBTERRANEAS

27

UNASAM-FCA

4.3. PROCEDIMIENTO. 1. Pesar el recipiente de material (granular) que será utilizado en el experimento. 2. Armar el aparato de permeabilidad hasta donde se necesite para colocar el suelo, arcilla  para el ensayo. Determinar el volumen del molde. 3. A partir de la densidad natural especificada calcular el peso total de la arcilla a utilizar y compactar la arcilla en 3 capas iguales utilizando la vara de madera graduada. 4. Armamos el aparato. Orientamos la tubería de entrada y salida convenientemente para la recolección de agua y saturación y drenaje iniciales. 5. Conectar la entrada del agua al recipiente de suministro. A continuación dejar saturar lentamente la muestra (por observación visual) y estabilizar la condición de flujo  permitiendo que fluya agua por un tiempo. A continuación cerrar la válvula de entrada y salida. 6. Utilizar un recipiente de 500 o 1000 ml (mayor si es posible) para recibir el agua a la salida del permeámetro. Registrar el tiempo necesario para almacenar entre 750 y 900 ml de agua. Registrar también la temperatura del agua y repetir dos o tres veces mediciones similares adicionales utilizando un tiempo constante (t = constante). La cantidad de agua recogida en ensayos sucesivos es decreciente; esto debe considerarse en la discusión del informe. 7. Calcular el coeficiente de permeabilidad k utilizando la ley de Darcy y promediando los resultados obtenidos. Expresar los resultados en cm/s.

AGUAS SUBTERRANEAS

28

UNASAM-FCA

F igur a N° 17: Permeámetro de Carga variable.; F uente: creación propia

F igur a N°18: E laborando el Permeámetro de Carga variable.; F uente: creación propia

AGUAS SUBTERRANEAS

29

UNASAM-FCA

V.CÁLCULOS Y RESULTADOS. Con los datos granulométricos del suelo de la ciudad universitaria. Tabla 5 : Resultados de la granulometri a.

Muestra

Muestra

Muestra

01

02

03

Volumen (cm3)

93.600

93.600

93.600

93.600

Peso húmedo(gr)

353.630

345.050

356.770

351.817

Peso seco(gr)

243.850

259.950

261.390

255.063

Densidad

2.605

2.777

2.793

2.725

31.044

24.663

26.734

27.480

Promedio

Aparente(gr/cm3) Humedad (%)

F uente: Creación propia

AGUAS SUBTERRANEAS

30

UNASAM-FCA

Tabla 6 :RE SULTADOS DE LOS TAMI ZADOS .

MALLA Nº

PESO

%PASA

DIAMETRO(mm) RETENIDO(gr) %RETENIDO ACUMULADO

3"

76.2

0.000

0.000

100.000

2"

50.8

0.000

0.000

100.000

1 1/2 "

38.100

411.750

13.270

86.730

1"

25.400

0.000

0.000

86.730

3/4"

19.050

781.650

25.192

61.538

1/2"

12.700

0.000

0.000

61.538

3/8"

9.525

237.950

7.669

53.869

4

4.760

148.400

4.783

49.086

8

2.000

79.400

2.559

46.527

16

0.840

72.050

2.322

44.205

30

0.420

61.500

1.982

42.223

50

0.297

105.250

3.392

38.831

100

0.149

117.500

3.787

35.044

200

0.074

167.750

5.406

29.638

>200

919.600

29.638

0.000

Total

3102.80

100.000

F uente: Creación propia

AGUAS SUBTERRANEAS

31

UNASAM-FCA

5.1. METODO DE HAZEN  =  ∗ ()

Dónde: d10: es el tamaño efectivo de los sedimentos 0 − D10 0 − 0.074

=

0−10 0 − 29.638

;

D10 = 0.025mm = 0.0025cm

C: es un coeficiente En nuestro suelo encontramos arena fina, por lo tanto el valor será.  = 60

Entonces la permeabilidad hidráulica para nuestra muestra:

 = 60 ∗ (0.0025cm) = 0.000375

 

5.2. METODO DE SHEPPERD  =  ∗ ( ) 

4.760 − 50 4.760 − 9.525

=

49.086 − 50 49.086 − 53.869

;

50 = 5.6706

= 0.5671

AGUAS SUBTERRANEAS

32

UNASAM-FCA

El valor de j: 1.5, por ser suelo natural  = 60 ∗ (0.5671). = 25.62

 

5.3. MÉTODO DE SLICHTER:

=

 

∗

.  ∗  

Dónde: k1 depende de la porosidad del suelo se ve en la tabla siguiente: Tabla 7: C oefi ciente K en función a la porosidad

F uente: Creación propia

=

 

 = AGUAS SUBTERRANEAS

=

. 

 

.

=

= . 

.  

 

= .  33

UNASAM-FCA  = .  

Entonces:  =  −  = .  − .   = . 

=

0 − D10 0 − 0.074

=

 

=

. .

0−10 0 − 29.638

;

= .  

D10 = 0.025mm = 0.0025cm

Y considerando una temperatura de 18°C. La viscosidad dinámica es u= 0,001054 kg/m*s=0.01054 gr/cm*s

Remplazando en la ecuación: Tenemos:

=

3.76 0.01054

∗

10.0219 ∗ 0.0025 52.49

= 0.000426

 

5.4. MÉTODO DE DARCY: Este método matemático es la siguiente:  = 

Calculando la Conductividad Hidráulica para la primera prueba con el permeámetro de carga variable

AGUAS SUBTERRANEAS

34

UNASAM-FCA

0.000094 = 

0.16 0.5

 = 0.000773

0.038

 

Calculando la Conductividad Hidráulica para la segunda prueba con el permeámetro de carga variable

AGUAS SUBTERRANEAS

35

UNASAM-FCA

 = 

0.000126 = 

0.12 0.5

 = 0.000847

0.062

 

Calculando la Conductividad Hidráulica para la Tercera prueba con el permeámetro de carga variable

AGUAS SUBTERRANEAS

36

UNASAM-FCA

 = 

0.000636 = 

0.25 0.5

 = 0.003306

AGUAS SUBTERRANEAS

0.3848

 

37

UNASAM-FCA

VI.- DISCUCIÓN Y RESULTADOS: Al proceder el cálculo del coeficiente de permeabilidad (K) con los 4 métodos, encontramos diferencia entre el método de Shepperd con los métodos de Hazen, Slichter y Darcy esto nos implica a quedarnos con los últimos métodos mencionados por su cercanía de valores, y de así obtener un promedio del coeficiente de permeabilidad para el suelo del terreno de la ciudad universitaria.

AGUAS SUBTERRANEAS

38

UNASAM-FCA

VII. CONCLUSIONES Llegamos a la conclusión de que el coeficiente de permeabilidad (K) para el suelo del terreno de la ciudad universitaria es el valor de:

KP =

0.000375 + 0.000426 + 0.000773 + 0.000847 + 0.003306 5

K P = 0.0011454

AGUAS SUBTERRANEAS

39

UNASAM-FCA

VIII. RECOMENDACIONES: 

se recomienda trabajar con un suelo homogéneo, para no alterar los resultados.



Se recomienda realizar un estudio de laboratorio con mayor precisión que este para la obtención precisa del resultado.

AGUAS SUBTERRANEAS

40

UNASAM-FCA

VIII.- BIBLIOGRAFÍA: BADILLO, J. (1980).

PERMIABLIDIDAD DE SUELOS ARCILLOSOS . MEXICO

: LIMUSA.S.A.

BADILLO, J. (2009). MECANICA DE SUELOS. LIMA: LIMUSA. 3era Edic. BOWLES, M. (1980). COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD . ANGOLA: SMRB.W.Y. DOMINGUEZ, J.(1956). EVALUACION DEL EFECTO DEL MANEJO DEL SUELO .  MONTEVIDEO: AG, URUGUAY . FAO. (1977). GUIA PARA LA DESCRIPCION DE PERFILE DE SUELO .  ROMA: FAO,ROMA. FAO. (2000). ftp://ftp.fao.org. Recuperado el 23 de 09 de 2013, de ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6706s/x6706s09.htm FERNANDEZ, F. (1995). MANUAL DE CLIMATOLOGIA APLICADA.  ESPAÑA: SINTESIS S.A, MADRID. GARCIA, F. (1974). EVALUACION DE UN METODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD APARENTE . URUGUAY: TESIS ING.AGE. MONTEVIDEO . Guerrero, S. Q. (1980). Determinacion de Coeficiente de Permeabilidad.  Instituto Tecnologico de Costa Rica . GUERRERO, S. Q. (1980). DETREMINACION DE LA POROCIDAD .  COSTA RICA: INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA .

AGUAS SUBTERRANEAS

41

UNASAM-FCA

IX. ANEXOS.

AGUAS SUBTERRANEAS

42

UNASAM-FCA

AGUAS SUBTERRANEAS

43