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
Ensayos en condiciones estacionarias h Q = AK h Q
Permeámetro de carga constante Gradiente menor que gradiente crítico Ensayo típico en suelos granulares (k> 10-4 cm/s) Caudal (cm 3 /s) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 KA 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Gradiente
Ensayos estacionarios: confinamiento en célula Rowe
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)
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
Permeabilidad al agua (m/s) Ensayos estacionarios: suelos poco permeables 1E-11 1E-12 1E-13 1E-14 Bentonita compactada Celda volumen constante 1E-15 1.2 1.4 1.6 1.8 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 1.0 2.0 3.0 4.0 Indice de poros a)
Ensayos estacionarios: suelos poco permeables 35 Flow rate (10-6 cm 3 /s) 30 25 20 15 10 5 1.30 1.34 1.39 1.36 1.43 1.39 1.44 1.49 1.50 0 0 10000 20000 30000 Hydraulic gradient (cm/cm) Efecto del gradiente
Ensayos con gradientes pequeños Q st (m 3 /s ) Hydraulic Conductivity (m/s) 1E-11 1E-11 9 8 7 6 5 4E-12 5 3 2 5 k = Q st / (F H ) Q st (m 3 /s ) = 4.13 10-13 h (r 2 = 0.996) Constant Head Tests 1E-12 3 2 1 2 3 5 10 2 3 5 100 Gradient
Ensayos en condiciones no estacionarias: carga variable Q( t) = AK h( t) Q(t) h(t)
Ensayos en condiciones no estacionarias: carga variable 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 h 0/ h(t) 0.5 0.4 0.3 r= 100.0 kg/cm 2 U= 970 lm n o = 0.3 K w = 1.82 10-7 cm/s Agregados de sal compactados 0.2 0.1 0 4000 8000 12000 Tiempo (s)
Métodos indirectos Ensayo edométrico Ensayo edométrico S2M5-2. Profundidad=33.5 m Deformaciones verticales -0.03-0.04-0.05-0.06 Tensión vertical kp/cm2 0.5-0.07 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 Tiempo (s)
modelo teórico: Retroanálisis de ensayos edométricos 2 σu() t δ = δ 0+ + 2HCα(log( t) log( t 0)) Em t 0 2 0.85H 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.
Retroanálisis de ensayos edométricos ENSAYO EDOMETRICO : Muestra S1.2/5 200 Escalón 5.0-9.0 Kg/cm 2 C α = 1.58 10-3 c v = 1.62 10-3 cm 2 /s E m = 330 Kg/cm 2 K= 4.91 10-9 cm/s δ 0 = 209 µm error med.= 1.8 µm 25 Permeabilidad (cm/s) 0.0E+00 2.0E-09 4.0E-09 6.0E-09 8.0E-09 1.0E-08 1.2E-08 30 DEFORMACION (micras) 300 400 500 medido estimado Profundidad (m) 35 40 45 50 600 2 3 4 5 6789 2 3 4 5 6789 2 3 4 5 6789 2 3 4 5 6789 2 3 4 5 6789 1 10 100 1000 10000 100000 55 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
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
Retroanálisis de ensayos de pulso ε 1.1 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1-0.1 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) 820 800 780 760 740 720 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
Ensayos en suelos no saturados: flujo estacionario
Ensayos en suelos no saturados: flujo estacionario
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
Ensayos en suelos no saturados: cambio de succión en edómetro Relative water permeability, k / kw k 1.00 13.7 kn/m 3 0.80 16.7 kn/m 3 0.60 0.40 0.20 0.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 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) 0.4 0.6 0.8 1 Grado de saturación
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 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0 2 4 6 8 Distance to hydration end (cm) measured at 5 days 60 days Estimated at 5 days 60 days Water content (%) 24 22 20 18 16 14 12 2 3 4 5 6 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