Laboratorio-Permeabilidad-Mecanica-de-Suelos

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de 
Estudios Superiores Plantel Aragón 
 
INGENIERIA INDUSTRIAL 
 
 
CLASE “ mecánica de materiales” 
 
 
 
trabajo 
 
 
 
 
GRUPO:2804 
 
 
 
NOMBRE DE LA PROFESORA: MARTHA BERENICE FUENTES 
FLORES 
 
 
 
NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO 
 
 
 
 FECHA DE ENTREGA: 13 DE FEBRERO DEL 2023 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
LABORATORIO PERMEAMETRO DE CABEZA CONSTANTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIEGO LEONARDO DURAN GARCIA 
CODIGO: 336559 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LABORATORIO MECANICA DE SUELOS 
 
 
 
 
PRESENTADO 
INGENIERA. YELENA HERNANDEZ ATENCIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA SEDE IBAGUE 
FACULTAD DE INGENIERIA 
INGENIERIA CIVIL 
IBAGUE – TOLIMA 
2014 
3 
 
CONTENIDO 
 
1. INTRODUCCION ----------------------------------------- PAG 4 
 
 
2. OBJETIVOS ----------------------------------------------- PAG 5 
 
 
3. MARCO TEORICO -------------------------------------- PAG 6 - 8 
 
 
4. EQUIPOS UTILIZADOS ------------------------------- PAG 9 - 11 
 
 
5. PROCEDIMIENTO -------------------------------------- PAG 12 
 
 
6. CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS ---------------- PAG 13 - 16 
 
 
7. CONCLUSIONES ---------------------------------------- PAG 17 - 18 
 
 
8. RECOMENDACIONES --------------------------------- PAG 19 
 
 
9. BIBLIOGRAFIA ------------------------------------------- PAG 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUCCION 
 
 
Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que dejan vacíos entre 
ellas. Estos vacíos están interconectados y permiten el flujo de agua a través de 
ellos. Esto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. El grado de 
permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una 
diferencia de presión hidráulica. El coeficiente de permeabilidad es expresado en 
términos de velocidad. 
 
Este fenómeno es gobernado por las mismas leyes físicas en todos los tipos de 
suelos y la diferencia en el coeficiente de permeabilidad en tipos de suelos 
extremos es solo una cuestión de magnitud. 
 
Una de las partes más importantes de la geotecnia consiste en determinar 
la permeabilidad de los materiales a la hora de hacer las investigaciones y/o los 
estudios de los suelos que hay en cuestión, ya que esta puede ser utilizada, para 
dar soluciones estructurales tanto en grandes obras de construcción como lo 
pueden ser represas, como pequeñas obras, como pueden ser los pozos comunes 
en las zonas de poca accesibilidad. 
 
Debido a que la permeabilidad del suelo es la propiedad que tiene este de 
transmitir el agua y el aire a través de sus poros, es importante tener en cuenta 
este parámetro antes de realizar una obra de índole civil. Hoy en día las pruebas 
de permeabilidad tienen diversas aplicaciones, un efecto decisivo sobre el costo y 
las condiciones que se pueden encontrar en muchos procedimientos 
constructivos, como por ejemplo, excavaciones a cielo abierto en arena bajo agua 
o la velocidad de consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un 
terraplén. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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OBJETIVOS 
 
 
OBJETIVOS GENERALES 
 
• Aprender los procedimientos experimentales para calcular el coeficiente de 
permeabilidad del suelo utilizando permeámetros de carga constante y de 
carga variable. 
 
• Poder determinar el coeficiente de permeabilidad con su debida corrección 
(k) 
 
 
 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 
• Determinar el valor del coeficiente de permeabilidad k de un suelo. 
 
• Observar el comportamiento ocurrente en un permeámetro de cabeza 
constante. 
 
• Calcular valores de permeabilidad para un tipo específico de suelo Arena 
Uniforme y Arena Mixta. 
 
• Analizar y comprender el comportamiento del suelo cuando es sometido a 
un caudal de agua constante. 
 
 
• Aplicar e interpretar la aplicación de la permeabilidad de los materiales con 
base a los datos obtenidos en un permeámetro de laboratorio, de acuerdo 
con el cálculo de la fuerza especifica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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MARCO TEÓRICO 
 
 
La permeabilidad de un suelo se mide a través del coeficiente de permeabilidad k, 
que es un parámetro que define la mayor facilidad o dificultad que el suelo ofrece 
al flujo del agua. Fue Darcy, a mediados del siglo XIX, quien definió este 
parámetro para arenas. Posteriormente, se demostró que esta ley era igualmente 
válida para otros suelos, incluyendo suelos mucho menos permeables, tales como 
arcillas. Aunque la ley de Darcy se puede utilizar también para el flujo de otros 
líquidos, cuando en geotecnia se entrega un valor de k, se entiende que estamos 
hablando de su permeabilidad frente al flujo de agua. 
 
La permeabilidad de los suelos varía varios órdenes de magnitud. Así, mientras 
que para una arena limpia, el coeficiente de permeabilidad, k, puede variar entre 
10—2 y 10—4 cm/s, para una arcilla éste valor puede oscilar entre 10—5 y 10—8 
cm/s. 
 
ENSAYO PERMEAMETRO DE CABEZA CONSTANTE 
 
La permeabilidad de un suelo puede medirse en el laboratorio o en el terreno; las 
determinaciones de laboratorio son muchos más fáciles de hacer que las que se 
hacen en el terreno o también conocido como in situ. Debido a que la 
permeabilidad depende mucho de la estructura del suelo y debido a la dificultad de 
obtener muestras de suelo representativo, suelen ser necesarias las 
determinaciones en el terreno de la permeabilidad media. Sin embargo, las 
pruebas de laboratorio permiten estudiar la relación entre la permeabilidad. 
 
Entre los métodos más utilizados en el laboratorio para la determinación de la 
permeabilidad están: 
 
• El permeámetro de carga variable 
• El permeámetro de carga constante. 
 
Como es necesaria la permeabilidad relativamente grande para obtener una 
buena precisión en la prueba de carga variable, este se limita a suelos 
permeables. 
 
Además el grado de saturación de un suelo no saturado varía durante la prueba 
por lo que esta solo debe utilizarse en suelos saturados. La prueba de 
permeabilidad con carga constante se utiliza ampliamente con todos los tipos de 
suelos. 
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Tabla. Coeficientes de permeabilidad 
 
Grado de permeabilidad Valor de k(cm/s) 
Elevada Superior a 10 ^(-1) 
Media 10 ^(-1) a 10 ^(-3) 
Baja 10 ^(-3) a 10 ^(-5) 
Muy Baja 10 ^(-5) a 10 ^(-7) 
Práctic. Impermeable Menor de 10 ^(-7) 
 
 
Se calcula el coeficiente de permeabilidad, k, así: 
 
K = VL / Aht Dónde: K = Coeficiente de permeabilidad 
 
Dónde: 
 
A = Área de la sección transversal de la tubería de entrada 
A = Área de la muestra de suelo. 
h1 = Cabeza hidráulica a través de la muestra al comienzo del ensayo 
h2 = Cabeza hidráulica a través de la muestra al final del ensayo 
L = Longitud de la muestra 
t = Tiempo transcurrido durante el experimento 
V = Volumen de la muestra de agua 
 
Coeficiente De Permeabilidad De Algunos Suelos Naturales 
 
Tipos De Suelo Coeficiente De Permeabilidad (m/s) 
(Tomada del libro mecánica de suelos de Berry. Tabla 3.1) 
• Arcilla 
 
• Arcilla Arenosa 
 
• Limo 
 
• Turba 
 
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• Arena Fina 
 
• Arena Gruesa 
 
• Arena Gravosa 
 
• Grava 10-2 
 
 
Ni el ensayo de Cabeza Constante ni el de Cabeza Variable permiten obtener 
valores del coeficiente de permeabilidad de un suelo confiable. Existen algunas 
razones para esto, una de estas es: 
 
• 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). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS 
 
 
• Permeámetro 
• Fuente de agua 
• Buretas 
• Cronometro 
• 2 Beaker 
• Flexómetro 
• Vestido y calzado 
apropiado 
• Embudo con manguera 
• Pala 
• 2 piedras Porosas 
• Regla 
• Arena 
• Alicate• Pisón 
 
 
 
 
 
 
 
 
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PROCEDIMIENTO 
 
El método más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese 
suelo. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud L conocidas, 
confinadas en un tubo, se somete a una carga hidráulica h. El agua fluye a través 
de la muestra, midiéndose la cantidad en (cm^3) que pasa en un tiempo t. 
 
El gradiente hidráulico permanece constante a lo largo de todo el periodo del 
ensayo. Los niveles de agua superior e inferior se mantienen constantes por 
desborde, con la cual h permanece constante, pues depende solamente de esa 
diferencia de niveles. La cantidad de agua que pasa se recoge en una bureta 
graduada. 
 
Conocidos los valores Q, h, L, A se calcula el coeficiente de permeabilidad. Se 
prepara la muestra de forma que se pueda llevar a cabo en la aplicación de este 
método. Retirado el permeámetro de los tanques, se conecta el tubo de entrada a 
la bureta, se llena esta con agua y se registra la altura inicial descarga de agua 
(h1). Se abren simultáneamente las válvulas de entrada y salida junto con 
accionar el cronometro, para dar comienzo al escurrimiento del flujo de agua, 
hasta que la bureta se encuentre casi vacía. Finalmente se cierran las válvulas y 
se registran el tiempo transcurrido y la altura final de agua (h2). Realizar 2 o 3 
mediciones adicionales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CALCULOS Y PROCEDIMIENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
CONCLUSIONES 
 
Para concluir este informe de laboratorio podemos decir que fue mucho lo que se 
aprendió, ya que se aplicaron en el laboratorio los conocimientos obtenidos en la 
clase, esto fue muy provechosos para nosotros quienes somos ingenieros en 
formación y que sabemos que en un futuro todos estos nuevos conocimientos nos 
serán de ayuda para dar solución a algún problema en particular. 
 
A pesar de nuestra inexperiencia en este tipo de ensayos logramos cumplir los 
objetivos propuestos, y determinar unos resultados coherentes y al parecer 
buenos. Es de gran utilidad saber en un momento determinado si un suelo es 
permeable o no, esto nos ayuda a darnos cuenta si este suelo es apto o no para 
una obra en común. 
 
Ni el ensayo de cabeza constante ni el de cabeza variable permite obtener valores 
del coeficiente de permeabilidad de un suelo demasiado confiables. Existen 
muchas razones para esto, pero las principales son las siguientes: 
 
 
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 h 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 
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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. 
 
6. 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)]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RECOMENDACIONES 
 
 
• Utilizar el equipo necesario para cada una de las pruebas del proctor y 
pruebas de carga constante o variable, con suelos uniformes o mixtos. 
 
 
• en caso de la prueba de permeabilidad dejar saturar por lo menos 72 horas, 
para que el material este perfectamente saturado de agua. 
 
 
• Etiquetar cada uno de los suelos, capsulas y contaminantes según sea el 
caso. 
 
 
• Eliminar las burbujas de aire del tanque de agua, la probeta y la manguera 
antes de evaluar la muestra 
 
 
• .Se recomienda utilizar la tabla 3.1 para el uso del gradiente hidráulico 
según el tipo de muestra a ensayar. 
 
 
• El material a ser evaluado debe ser pasado por el tamiz número “#” 
 
 
• Llevar un excelente control y calidad para hacer las prácticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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BIBLIOGRAFIA 
 
 
➢ [1] NORMA I.N.V. E – 130 – 07 
 
➢ [2] BRAJA M. DAS, Fundamento de ingeniería geotécnica, Cengage 
Learning Latin Am, 2001 
 
➢ Bowles Joseph E. Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. 
Biblioteca IDIEM 
 
➢ Costantinidis, C. (1970). Bonifica ed Irrigazione. Bologna: Edagricole. - 
ING.ROSA MARIA CONTRERAS SINARAHUA. 
 
 
➢ Lambe, T. W. & Whitman, R. V. (1997). Mecánica de suelos. México. ISBN 
968-18-1894-6 
1. Ley descubierta por H. Darcy en el laboratorio de hidráulica de París en 
1851, aproximadamente 
2. Servicio de Conservación del Suelo, Estados Unidos. 
➢ Tutorial y recursos sobre calidad del suelo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Especial:FuentesDeLibros/9681818946
http://es.wikipedia.org/wiki/Especial:FuentesDeLibros/9681818946
http://es.wikipedia.org/wiki/Darcy
http://soils.usda.gov/use/worldsoils/gsr/