Mecánica de Suelos – Determinación de la Permeabilidad
El coeficiente de permeabilidad puede ser determinado directamente a través de ensayos de campo y laboratorio o indirectamente utilizando correlaciones empíricas. El mismo puede ser obtenido utilizándose muestras deformadas o no deformadas.
Determinación Indirecta
A ) A través de una curva granulométrica
Utilización la ecuación de Hazen para el caso de arenas y pedregullo, con poca o ninguna cantidad de finos.
Donde:
k es la permeabilidad expresada en cm/s
d10 es el diámetro efectivo en cm
90 < C < 120, siendo C= 100, muy utilizada.
Para el uso de la ecuación se recomienda que Cu sea menor que 5.
B) A través de la compactación de prueba
C) A través del uso de permeámetros
Siendo los ensayos de laboratorio más utilizados
D) A través de ensayos de campo
Los ensayos de campo pueden ser realizados en perforaciones y sondeos en pozos o cavas siendo más utilizados en sondeos. Puede ser realizado por el ensayo de infiltración y bombeo.
Determinación Directa
A) Permeámetro de Carga Constante
El permeámetro de carga constante es utilizado cada vez que tenemos que medir permeabilidad de los suelos granulares (suelos con razonable cantidad de arena y/o pedregullo), los cuales presentan valores de permeabilidad elevados. El permeámetro puede ser visto en la Figura 2.
Este ensayo consta de dos reservorios donde los niveles de agua son mantenidos constantes, como muestra la figura 2. Mantenida la carga h, durante un cierto tiempo, el agua filtrada es colectada y su volumen es medido. Conocidas la filtración y las dimensiones del cuerpo de prueba (longitud L y el área de la sección transversal A), se calcula el valor de la permeabilidad, k, a través de la ecuación:
Figura 2: Permeámetro de Carga constante
Donde:
q – es la cantidad de agua medida en la probeta (cm3);
L – es la longitud de la muestra medida en el sentido del flujo (cm);
A – área de la sección transversal de la muestra (cm2);
h – diferencia del nivel entre el reservatorio superior e inferior (cm);
t – es el tiempo medido entre el inicio y el fin del ensayo (s);
B) Permeámetro de Carga Variable
Cuando el coeficiente de permeabilidad es muy bajo, la determinación a través de un permeámetro de carga constante es poco precisa. Se emplea entonces el de carga variable como el esquematizado en la figura 3.
En el ensayo de permeabilidad de carga variable, se miden los valores h obtenidos para diversos valores de tiempo transcurrido desde el inicio del ensayo. Son anotados los valores de la temperatura cuando se efectiviza cada medida.
El coeficiente de permeabilidad de los suelos es entonces calculado haciendo uso de la Ley de Darcy:
Y tomando en cuanta que el flujo de agua pasando por el suelo es igual al flujo de agua que pasa por la bureta que puede ser expresado como:
Figura 3: Permeámetro de Carga Variable
donde:
a – área interior del tubo de la carga (cm2)
A – sección transversal de la muestra (cm2)
L – altura del cuerpo de prueba (cm)
h0 – distancia inicial del nivel del agua para el reservorio inferior (cm)
h1 – distancia para el tiempo 1 del nivel de agua para el reservorio inferior (cm)
Dt – intervalo de tiempo para que el nivel de agua pase desde h0 para h1 (cm)
C) Ensayo de Bombeo
Por medio de este ensayo se determina en campo, la permeabilidad de capas de arena o pedregullo, situados por debajo del nivel de agua. El esquema del ensayo puede ser visto en la Figura 4.
El principio del método consiste en agotar el agua hasta el establecimiento de un flujo uniforme, medir la descarga del pozo y observar la variación del nivel de agua en piezómetros colocados en las proximidades.
Figura 4: ensayo de Bombeo
El pozo de bombeo debe penetrar en toda la profundidad de la capa ensayada y con diámetro suficiente para permitir la inserción de una bomba con tipo y capacidad necesaria al bombeo.
En las proximidades y situados radialmente son instalados pozos de observación del nivel del agua o piezómetros. Se recomienda la instalación de 4 (cuatro) pozos de observación y un mínimo de dos y llevados hasta profundidades por debajo del nivel más bajo que el agua debe alcanzar durante el ensayo.
Al mantenerse constante el nivel del agua en el pozo, se efectúan las medidas de las alturas de agua en cada uno de los piezómetros instalados. La permeabilidad es medida por la fórmula a continuación:
C) Bombeo directamente de las Fundaciones
Por este proceso, el agotamiento se hace recalcando, para fuera de la zona de trabajo, el agua es conducida por medio de canales y acumulada dentro de un pozo ejecutado debajo de la excavación.
Algunos posibles inconvenientes
a) La carga de las partículas más finas del suelo por el agua, provocando recalque de las fundaciones cercanas;
b) El bombeo en terreno permeable, a medida que el agua va siendo bombeada, el nivel de dentro de la excavación baja más rápido que el nivel de fuera, originando una diferencia de presión de fuera hacia adentro, provocando un desmoronamiento;
c) Si la presión de agua de fuera hacia adentro fuese mayor que el peso propio del suelo sucede el fenómeno de las arenas movedizas.
