Medida de permeabilidad en suelos

Transcripción

1 Medida de permeabilidad en suelos Suelos saturados Cond. Estacionarias (gradiente constante) Cond. No Estacionarias (carga variable) Métodos indirectos Suelos no saturados Cond. Estacionarias Cond. No estacionarias

2 Ensayos en condiciones estacionarias h Q = AK h Q

3 Permeámetro de carga constante Gradiente menor que gradiente crítico Ensayo típico en suelos granulares (k> 10-4 cm/s) Caudal (cm 3 /s) KA Gradiente

4 Ensayos estacionarios: confinamiento en célula Rowe

5 Ensayos estacionarios: confinamiento en triaxial Célula de carga Piedra porosa Muestra Cámara de confinamiento Membrana Pedestal Transductor de presión de poros Pistón Colector de agua Llave de paso Conductos de agua Controlador de presión de cámara (GDS) Dirección del flujo Controlador de volumen y de presión de cola (GDS)

6 Ensayos estacionarios: suelos poco permeables Arcillas expansivas (Villar,2000) VOLUME CHANGE APPARATUS PERMEABILITY CELL DATA ACQUISITION SYSTEM k w = V A t h MERCURY PRESSURE SYSTEM 23 bar Sample Hydration circuit Porous stone PISTON PUMP

7 Permeabilidad al agua (m/s) Ensayos estacionarios: suelos poco permeables 1E-11 1E-12 1E-13 1E-14 Bentonita compactada Celda volumen constante 1E Densidad seca (g/cm 3 ) k sat (m/s) 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 1.E-10 Efecto de de la la densidad Residuo minero En cámara triaxial A Indice de poros a)

8 Ensayos estacionarios: suelos poco permeables 35 Flow rate (10-6 cm 3 /s) Hydraulic gradient (cm/cm) Efecto del gradiente

9 Ensayos con gradientes pequeños Q st (m 3 /s ) Hydraulic Conductivity (m/s) 1E-11 1E E k = Q st / (F H ) Q st (m 3 /s ) = h (r 2 = 0.996) Constant Head Tests 1E Gradient

10 Ensayos en condiciones no estacionarias: carga variable Q( t) = AK h( t) Q(t) h(t)

11 Ensayos en condiciones no estacionarias: carga variable h 0/ h(t) r= kg/cm 2 U= 970 lm n o = 0.3 K w = cm/s Agregados de sal compactados Tiempo (s)

12 Métodos indirectos Ensayo edométrico Ensayo edométrico S2M5-2. Profundidad=33.5 m Deformaciones verticales Tensión vertical kp/cm E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 Tiempo (s)

13 modelo teórico: Retroanálisis de ensayos edométricos 2 σu() t δ = δ HCα(log( t) log( t 0)) Em t H cvt = t90 = U ( t) = U 2 H c v Donde δ es el desplazamiento que presenta en un tiempo t, una pastilla de suelo de espesor 2H drenada por ambos extremos. Los valores de δ 0 (deformación instantánea debida al equipo), c v, E m y Cα se obtienen, en cada caso, de forma que sean los que hacen mínima la suma de los cuadrados de las diferencias entre las deformaciones medidas en el laboratorio y las deformaciones predichas por el modelo cuando se utilizan dichos parámetros. El valor de la permeabilidad se obtiene a través del coeficiente de consolidación c v y E m.

14 Retroanálisis de ensayos edométricos ENSAYO EDOMETRICO : Muestra S1.2/5 200 Escalón Kg/cm 2 C α = c v = cm 2 /s E m = 330 Kg/cm 2 K= cm/s δ 0 = 209 µm error med.= 1.8 µm 25 Permeabilidad (cm/s) 0.0E E E E E E E DEFORMACION (micras) medido estimado Profundidad (m) S1.1: carga de 2 a 5 kg/cm2 S3.1: carga de 2 a 5 kg/cm2 S1.1: carga de 5 a 9 kg/cm2 S3.1: carga de 5 a 9 kg/cm2 TIEMPO (seg.) S4.1: carga de 2 a 5 kg/cm2 S4.1: carga de 5 a 9 kg/cm2

15 Retroanálisis de ensayos de pulso Electric valve Pressure system produces the pulse PC acqusition and control Cell Output tube (closed valve) Soil Soil and sensor stainless steel Permeable mat Pressure system: maintains the prescribed pressure

16 Retroanálisis de ensayos de pulso ε Pulse 1 Pulse 2 Pulse 3 Pulse 4 1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 Time (seconds) Water Pressure (kpa) Water pressure Measurements FEM 700 1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 Time (seconds) ε = p p t m p p final final

17 Ensayos en suelos no saturados: flujo estacionario

18 Ensayos en suelos no saturados: flujo estacionario

19 Ensayos en suelos no saturados: cambio de succión en edómetro Filtro Filtro poroso poroso σ σ v v Disco Disco cerámico cerámico AVEA AVEA (1.5 (1.5 MPa) MPa) u u a a eliminación eliminación de de burbujas burbujas de de aire aire u u w w

20 Ensayos en suelos no saturados: cambio de succión en edómetro Relative water permeability, k / kw k kn/m kn/m Effective saturationratio, S e k nosat (m/s) 1.E-10 1.E-11 1.E-12 1.E-13 1.E-14 e=1.70 Mod. Van Genuchten Primer secado Mojado Segundo secado e=1.56 B b) Grado de saturación

21 Ensayos en suelos no saturados: Retroanálisis de ensayos de infiltración q l = k µ k l rl ( P ρ g) l l Ajuste ensayos de de infiltración en en columnas I(t) w(z,t) 1 26 Degree of saturation Distance to hydration end (cm) measured at 5 days 60 days Estimated at 5 days 60 days Water content (%) Distance to granite contact (cm) Measured at t= 1 day Measured at t= 2 days Measured at t= 7 days Estimated k rl =Sr 4,64 k rl =Sr 3,50