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)

90 80

Caudal (cm3/s)

70 60 50

KA

40 30 20 10 0 0

0.2

0.4

0.6 Gradiente

0.8

1

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

Llave de paso

Conductos de agua

Controlador de presión de cámara (GDS)

Colector de agua Dirección del flujo

Controlador de volumen y de presión de cola (GDS)

Ensayos estacionarios: suelos poco permeables • Arcillas expansivas (Villar,2000) VOLUME CHANGE APPARATUS

DATA ACQUISITION SYSTEM

PERMEABILITY CELL MERCURY PRESSURE SYSTEM

Sample

23 bar

Hydration circuit

Porous stone

PISTON PUMP

∆V kw = A × ∆t × ∇h

Ensayos estacionarios: suelos poco permeables 1.E-06

Bentonita compactada Celda volumen constante 1E-12

1.E-07 ksat (m/s)

Permeabilidad al agua (m/s)

1E-11

1E-13

1.E-08

Residuo minero En cámara triaxial

1.E-09

1E-14

A a)

1.E-10

1E-15 1.2

1.0

1.4

1.6

1.8

3

Densidad seca (g/cm )

Efecto Efecto de de la la densidad densidad

2.0

3.0

Indice de poros

4.0

Ensayos estacionarios: suelos poco permeables 35 30 1.34

25

1.39

1.36

-6

3

Flow rate (10 cm /s)

1.30

20

1.39 1.44

15

1.49

1.43

10

1.50

5 0 0

10000

20000

Hydraulic gradient (cm/cm)

Efecto Efecto del del gradiente gradiente

30000

Ensayos con gradientes pequeños Hydraulic Conductivity (m/s)

1E-11

k = Qst / (F·∆H )

9 8 7 6 5

4E-12

Qst(m3/s ) = 4.13·10 -13· ∇h (r 2= 0.996)

5

Constant Head Tests

3

(m 3 /s )

1E-11

Q st

2

5 3 2

1E-12 1

2

3

5

10 Gradient

2

3

5

100

Ensayos en condiciones no estacionarias: carga variable Q ( t ) = A K ∇h ( t ) h(t) Q(t)

Ensayos en condiciones no estacionarias: carga variable 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6

h0/h(t)

0.5 0.4

r= 100.0 kg/cm2 U= 970 lm no= 0.3 Kw= 1.82 10-7 cm/s

0.3

0.2

0.1 0

4000

8000

Tiempo (s)

12000

Agregados de sal compactados

Métodos indirectos • Ensayo edométrico Ensayo edométrico S2M5-2. Profundidad=33.5 m

Deformaciones verticales

-0.03

Tensión vertical kp/cm2 0.5

-0.04

-0.05

-0.06

-0.07 1E-01

1E+00

1E+01

1E+02 Tiempo (s)

1E+03

1E+04

1E+05

Retroanálisis de ensayos edométricos modelo teórico:

2 ∆σ U ( t ) δ = δ0+ + 2 HCα (log( t ) − log( t 0)) Em 0.85 H 2 t 0 = t 90 = cv

ct U (t ) = U  v 2  H 

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 δ0 (deformación instantánea debida al equipo), cv, Em 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 cv y Em.

Retroanálisis de ensayos edométricos ENSAYO EDOMETRICO : Muestra S1.2/5 2

Escalón 5.0 - 9.0 Kg/cm Cα= 1.58 10-3 c = 1.62 10-3 cm2/s E = 330 Kg/cm2 v m

Permeabilidad (cm/s)

K= 4.91 10-9 cm/s δ0= 209 µm error med.= 1.8 µm

0.0E+00 25

200

2.0E-09

4.0E-09

6.0E-09

8.0E-09

1.0E-08

1.2E-08

300

estimado

Profundidad (m)

DEFORMACION (micras)

30 medido

400

35

40

45

500

50

55

600

1

2

3 4 5 6 789

10

2

3 4 5 6 789

100

2

3 4 5 6 789

1000

TIEMPO (seg.)

2

3 4 5 6 789

10000

2

3 4 5 6 789

100000

S1.1: carga de 2 a 5 kg/cm2 S3.1: carga de 2 a 5 kg/cm2 S4.1: 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 S4.1: carga de 5 a 9 kg/cm2

Retroanálisis de ensayos de pulso Electric valve Pressure system produces the pulse

Cell

Output tube (closed valve)

PC acqusition and control Soil and sensor stainless steel Soil Permeable mat

Pressure system: maintains the prescribed pressure

Retroanálisis de ensayos de pulso 1.1 0.9

Pulse 2

0.7

Pulse 3

0.5

Pulse 4

0.3 0.1 -0.1 1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4

Time (seconds)

ε=

pt − p final pm − p final

Water Pressure (kPa)

ε

820

Pulse 1

Water pressure

800

Measurements

780

FEM

760 740 720 700 1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4

Time (seconds)

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

Disco Discocerámico cerámico AVEA (1.5 AVEA (1.5MPa) MPa)

eliminación eliminación de deburbujas burbujas de aire de aire

σσv v

uua a

uu w w

Ensayos en suelos no saturados: cambio de succión en edómetro 1.E-10

1.00

e=1.70 Mod. Van Genuchten Primer secado Mojado Segundo secado

3

0.80

1.E-11

3 16.7 kN/m

0.60

knosat (m/s)

Relative water permeability, k / kw

13.7 kN/m

0.40 0.20

1.E-12

1.E-13 e=1.56

0.00 0.00

0.20 0.40 0.60 0.80 Effective saturationratio, S e

1.00

B b)

1.E-14 0.4

0.6 0.8 Grado de saturación

1

Ensayos en suelos no saturados: Retroanálisis de ensayos de infiltración ql = −

k k rl

µl

Ajuste Ajusteensayos ensayosde de infiltración infiltraciónen en columnas columnas

(∇Pl − ρ l g )

1

w(z,t)

26

0.95

24 Water content (%)

Degree of saturation

I(t)

0.9 0.85 0.8 0.75

22 20 18 16 14

0.7 0

2

4

6

Distance to hydration end (cm) measured at 5 days Estimated at 5 days

60 days 60 days

krl= Sr 4,64

8

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

krl= Sr 3,50