PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TECNICAS GENERALES DE MATERIALES FERROVIARIOS
Año 2006
Vigente

ANEJO 3. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD BAJO CARGA VARIABLE

1. Material y aparatos

2. Preparación de la muestra

Se procede como en el apartado 6 de la norma UNE 103 501:1994. En lugar de los 35 kg de material que pasa por el tamiz 20 mm UNE se utilizarán solo unos 12 kg y se dividirán por cuarteo en dos porciones homogéneas, aproximadamente iguales.

3. Procedimiento operativo

Al final de este procedimiento se incluyen las figuras que describen el equipo y la célula.

3.1 Montaje de la célula:
3.2 Saturación del filtro superior.

Esta operación es necesaria para, a continuación, poder saturar la muestra por presión con la célula invertida, ya que al ser la permeabilidad del subbalasto bastante baja, si no se inunda primero el filtro quedará una cámara de aire que hará que la saturación de la muestra sea muy lenta e incompleta, y muchas veces imposible.

Una vez seca la silicona (aproximadamente a las 24 horas), se desenrosca la boquilla de la llave de la tapa de la célula, se abre dicha llave y mediante una bureta (para que el caudal sea muy pequeño y pueda salir el aire al mismo tiempo), se inunda con agua desaireada el filtro de grava comprendido entre el subbalasto y la tapa de la célula. Si la tapa dispone de una segunda llave o válvula de purga, se abre ésta mientras se satura el filtro para permitir la salida de aire. De vez en cuando se procederá a inclinar la célula en distintas direcciones para que pueda penetrar bien el agua y permitir la salida del aire que haya podido quedar en las zonas próximas al borde superior de la célula. Cuando rebose el agua por la llave y se tenga la seguridad de que no queda más aire en el filtro, lo cual suele suceder después de introducir un mínimo de 500 ó 600 ml de agua, se cierra la llave y se vuelve a enroscar la boquilla.

Si la muestra no es muy impermeable, con esta operación se saturará, además del filtro, parte de dicha muestra y el consumo de agua será mayor.

3.3 Montaje del equipo para el ensayo de carga variable:
Coeficiente de permeabilidad estándar esperado (m/s) Gradiente hidráulico máximo
Entre 1 × 10-5 y 1 × 10-6 2
Entre 1 × 10-6 y 1 × 10-7 5
Entre 1 × 10-7 y 1 × 10-8 10
Entre 1 × 10-8 y 1 × 10-9 20
< 1 × 10-9 30


    El gradiente hidráulico se calcula mediante la expresión: G = (H - Y0) / 127
Siendo:
    H = nivel del agua en el tanque respecto del nivel del banco, en mm.
    Y0 = nivel del rebosadero respecto del nivel del banco, en mm.
    Si una vez realizado el ensayo, el coeficiente de permeabilidad obtenido fuera distinto al esperado, de manera que se saliera del margen correspondiente al gradiente hidráulico establecido, habría que repetir el ensayo con el gradiente correspondiente de la tabla.

3.4 Saturación de la muestra:
3.5 Ejecución del ensayo:

4. Cálculos y comprobación de la validez de las medidas

En cada descenso, el tiempo de caída del agua desde h1 hasta h3, o sea, ta, debería ser el mismo que desde h3 a h2, al que se designa como tb. Por tanto, se repetirán los ensayos en los que no se cumpla la condición:

| ta -tb | < 0,05 × t

Una vez que se tengan un mínimo de cuatro medidas válidas según la condición anterior, se calculará para cada ensayo, el Coeficiente de Permeabilidad, k, a la temperatura del ensayo, mediante la expresión:

k = 3,84 × 10-5 × [a × L/(A × t)] × log10 (h1/h2) [m/s]

Siendo:

A continuación se calcula, para cada ensayo, la k20 (coeficiente de permeabilidad estándar, a 20 ºC) mediante la expresión:

k20 = k × c

El factor de corrección c, por viscosidad, se toma de la tabla siguiente:

T (ºC) c T (ºC) c
0 1,80 16 1,12
1 1,73 17 1,09
2 1,67 18 1,06
3 1,61 19 1,03
4 1,55 20 1,00
5 1,50 21 0,98
6 1,46 22 0,95
7 1,42 23 0,93
8 1,38 24 0,91
9 1,34 25 0,89
10 1,30 26 0,87
11 1,27 27 0,85
12 1,24 28 0,83
13 1,20 29 0,82
14 1,17 30 0,80
15 1,14    

 

Donde T es la temperatura del ensayo.

Se calcula ahora la desviación estándar, s, a partir de las k20 calculadas para cada medida de t, mediante la expresión:

 

Donde k20,i es la k20 de la medida i; n es el n.º total de medidas de t; k20prom es la media de esas medidas.

Se calcula el Límite de Confianza, LC, del valor de k20prom para un Nivel de Confianza del 95%, por medio de la expresión:

LC = ± f × s

Donde f es un coeficiente de la distribución de la variable de Student, que se toma de la siguiente tabla, según el número n de medidas realizadas:

n f n f
4 1,591 13 0,604
5 1,242 14 0,577
6 1,049 15 0,554
7 0,925 16 0,533
8 0,836 17 0,514
9 0,769 18 0,497
10 0,715 19 0,482
11 0,672 20 0,468
12 0,635    

 

Una vez calculado LC pueden darse dos casos:

5. Ensayo de la segunda porción de muestra

Con la otra porción del material pasado por el tamiz 20 mm UNE, se realiza un segundo ensayo siguiendo todos los pasos descritos desde el punto 3.

6. Ensayo en vacío (sin muestra)

Antes de realizar ensayos con muestras de subbalasto deben realizarse al menos tres ensayos en vacío (sin muestra) para determinar el Coeficiente de Permeabilidad del sistema bureta-tubos-conexiones, (k20)b, que deberá ser muy superior al de las muestras de subbalasto.

Para ello, en cada ensayo se rellena la célula con grava de la misma granulometría y procedencia que el filtro descrito en el apartado 3.1. Se realiza el resto del ensayo y se calcula (k20)b siguiendo los pasos descritos en los puntos 3 y 4.

Se tomará como valor final de (k20)b el promedio de los obtenidos en los ensayos en blanco realizados.

El valor de (k20)b deberá ser lo suficientemente grande como para que no influya en el valor final de la k20 de la muestra, para los valores normales de la permeabilidad en los subbalastos. En caso contrario deberemos aumentar la permeabilidad del sistema colocando llaves, boquillas y tuberías con diámetros internos mayores.

7. Obtención del coeficiente de permeabilidad y expresión de los resultados

Se calcula el coeficiente de permeabilidad del ensayo (k20)e como media aritmética de los coeficientes de permeabilidad promedios de ambas porciones de muestra (k20)1 y (k20)2, respectivamente.

(k20)e = [(k20)1 + (k20)2]/2

Por último calcularemos el Coeficiente de Permeabilidad real de la muestra, k20, mediante la expresión:

k20 = (k20)e× (k20)b/[(k20)b - (k20)e]

El resultado se expresa en m/s y con dos cifras significativas, según lo expuesto en el apartado 4.
 

Célula de permeabilidad

 

 
Equipo de permeabilidad con carga variable
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