Calculadora de Coeficiente de Permeabilidad por Ensayo de Carga Variable — Online y Gratis
Cuando el suelo es demasiado fino, como una arcilla o un limo compacto, el ensayo de permeabilidad de carga constante deja de ser práctico: el flujo es tan lento que medir un caudal constante con precisión se vuelve casi imposible en un tiempo razonable de laboratorio.
El ensayo de carga variable resuelve ese problema de otra forma: en vez de medir caudal, se deja caer libremente el nivel de agua en un tubo delgado conectado a la muestra, y se mide cuánto tiempo tarda ese nivel en bajar entre dos alturas conocidas.
Esta calculadora obtiene el coeficiente de permeabilidad k a partir de esas mediciones, usando la deducción clásica de Darcy aplicada a un sistema de carga decreciente.
Coeficiente de permeabilidad: k = (a·L) / (A·t) · ln(h1/h2)
¿Qué es Permeabilidad de Carga Variable?
A medida que el agua fluye desde el tubo delgado hacia la muestra, el nivel en el tubo va bajando, así que la carga hidráulica que impulsa el flujo disminuye continuamente en vez de mantenerse constante como en el ensayo de carga constante. Esa carga decreciente sigue una relación exponencial en el tiempo, consecuencia directa de aplicar la ley de Darcy (caudal proporcional a la carga) junto con la ecuación de continuidad (el caudal que sale del tubo es igual al que entra a la muestra).
Integrando esa relación entre los instantes en que la carga vale h1 y h2, se obtiene la fórmula logarítmica de esta calculadora. El uso de un tubo de área pequeña (a) no es casual: cuanto menor es esa área respecto al área de la muestra, más lento baja el nivel, dando más tiempo para medir con precisión, algo esencial cuando la permeabilidad del suelo es muy baja.
¿Por qué este ensayo es el estándar para arcillas y limos, y no el de carga constante? Porque en un suelo de baja permeabilidad, mantener y medir un caudal constante diminuto es poco práctico; en cambio, medir cuánto tiempo tarda un nivel visible en bajar entre dos marcas es una medición simple y precisa, sin importar qué tan lento sea el flujo.
Fórmulas utilizadas
Donde a es el área de la sección transversal del tubo delgado por el que baja el nivel de agua (cm2), L es la longitud de la muestra de suelo en dirección del flujo (cm), A es el área de la sección transversal de la muestra (cm2), t es el tiempo transcurrido entre las dos lecturas (s), h1 es la carga hidráulica al inicio del intervalo medido y h2 es la carga al final del intervalo, siempre menor que h1 (cm). El resultado k es el coeficiente de permeabilidad del suelo (cm/s).
Ejemplo resuelto paso a paso
Para un tubo de a = 0.5 cm2, muestra de L = 8 cm y A = 30 cm2, con t = 180 s, carga inicial h1 = 60 cm y carga final h2 = 20 cm:
k = (0.5 × 8) / (30 × 180) × ln(60/20) ≈ 0.00074 × 1.0986 ≈ 0.00081 cm/s
¿Cuándo usar esta calculadora?
Se usa para determinar la permeabilidad de suelos finos, arcillas y limos, donde el flujo es demasiado lento para medir con el ensayo de carga constante. El coeficiente k obtenido alimenta directamente los cálculos de consolidación, diseño de sistemas de drenaje, y evaluación del riesgo de infiltración en rellenos y presas de tierra. ¿El suelo que estás ensayando es una arena limpia o una grava, con flujo visiblemente rápido? Para esos suelos más permeables, el ensayo de carga constante es más preciso y práctico, ya que el nivel en un tubo de carga variable bajaría demasiado rápido como para medir con confianza.
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