TRANSDISCIPLINARIDAD STEM: ESTUDIO DEL CÁLCULO DE LA PERMEABILIDAD DE UN SUELO DESDE UN ENFOQUE MATEMÁTICO Y GEOTÉCNICO. PARTE II

in StemSocial5 months ago

INTRODUCCIÓN

Continuo abordando el fenómeno de la permeabilidad de los suelos, en esta oportunidad realizaremos algunas aplicaciones prácticas para afianzar las ideas teóricas expuesta en la parte I de esta serie temática. Bajo el lema de “EDUCAR MÁS ALLÁ DE LOS MUROS DEL AULA” disfruta de esta interesante publicación preparada con bastante cariño para estudiantes y profesionales de la ingeniería civil, y público en general que le llame la atención estos temas asociados a la Mecánica de Suelos.

Imagen N°01: una visión global de los contenidos a abordar

Fuente: @eliaschess333, año: 2021. Nota: esquema conceptual elaborado por el autor, con ayuda de las herramientas Microsoft PowerPoint y Paint. Las imágenes de los recuadros en color amarillo son de uso libre, extraídas del portal web: https://pixabay.com/es/.

DELIMITACIÓN DE LA TEMÁTICA A ABORDAR

Este artículo intenta simular el paso a paso que seguiría un estudiante de Mecánica de Suelos en su preparación para una determinada evaluación, la cual va a estar reforzada con dos recursos audiovisuales donde quedan explicadas las bases de la obtención de permeabilidad en laboratorio usando los métodos de permeámetro de carga variable y permeámetro de carga constante; para así finalmente enfrentar la evaluación donde muchas veces los profesores nos desafían con problemas en los que contar con una buena base en las matemáticas es de una ayuda trascendental. En este sentido el objetivo general de la publicación es: comprender de forma práctica las variables que inciden en el cálculo de permeabilidad en el laboratorio de Mecánica de Suelos. Los pasos para lograr con este cometido se plantean a modo de objetivos específicos:

01.- Desarrollar un recurso audio-visual que ilustre el cálculo de la permeabilidad con el permeámetro de carga constante.

02.- Desarrollar un recurso audio-visual que ilustre el cálculo de la permeabilidad con el permeámetro de carga variable.

03.- Simular el enfrentamiento del estudiante ante una evaluación.

Procedamos con el desarrollo de cada uno de estos objetivos específicos.

RECURSO AUDIO-VISUAL DONDE SE PRESENTA EL CÁLCULO DE LA PERMEABILIDAD CON EL PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE

En el siguiente recurso audio-visual podrás apreciar el cálculo de la permeabilidad de un suelo, usando el permeámetro de carga constante:

Video N°01: cálculo de “k” con permeámetro de carga constante

Fuente: @eliaschess333, año: 2021. Nota: video elaborado por el autor con ayuda de las herramientas computacionales Camtasia Studio 8, Adobe Audition 3.0. Los esquemas conceptuales que se presentan fueron elaborados por el autor con las herramientas Microsoft PowerPoint y Paint

A continuación se muestra un esquema conceptual que resume las ideas expuesta en este recurso audiovisual:

Imagen N°02: obtención de “k” con permeámetro de carga constante

Fuente: @eliaschess333, año: 2021. Nota: esquema conceptual elaborado por el autor, con ayuda de las herramientas Microsoft PowerPoint y Paint.

Destacando que se empleó la ecuación N°01 para cada una de las pruebas, y luego de promediar estos resultados se tiene un valor de permeabilidad media en el orden de:

Según los rangos de permeabilidad indicados en la referencia N°03, estamos en presencia de una arena gruesa, es decir, un tipo de suelo donde el agua no tiene tantas dificultades para atravesar su estructura, de allí lo idóneo de la prueba de permeámetro de carga constante.

RECURSO AUDIO-VISUAL DONDE SE PRESENTA EL CÁLCULO DE LA PERMEABILIDAD CON EL PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE

Disfruta del siguiente recurso audiovisual donde de forma práctica abordaremos el cálculo de la permeabilidad en suelos de mal drenaje, es decir, las dificultades para que el agua atraviese su estructura son muchísimo mayores que el caso anterior, lo que da la bienvenida a este tipo de método.

Video N°02: cálculo de “k” con permeámetro de carga variable

Fuente: @eliaschess333, año: 2021. Nota: video elaborado por el autor con ayuda de las herramientas computacionales Camtasia Studio 8, Adobe Audition 3.0. Los esquemas conceptuales que se presentan fueron elaborados por el autor con las herramientas Microsoft PowerPoint y Paint.

En el siguiente esquema conceptual se extrae un resumen de los principales cálculos:

Imagen N°03: obtención de “k” con permeámetro de carga variable

Fuente: @eliaschess333, año: 2021. Nota: esquema conceptual elaborado por el autor, con ayuda de las herramientas Microsoft PowerPoint y Paint.

Se tiene que el valor de permeabilidad promedio de las tres pruebas realizadas empleando para cada una de ellas la ecuación N°03 es el siguiente:

Según los parámetros establecidos en la referencia N°03 estamos en presencia de una arena fina. En torno a estos planteamientos, voy a atreverme a citar textualmente lo señalado en la referencia N°01, donde se indica:

“Los permeámetros y concretamente el de carga variable, pueden usarse solo en suelos relativamente permeables, generalmente arenas y limos o mezclas de estos materiales, no plásticos. La permeabilidad de arcillas se determina en laboratorio con la prueba de consolidación. La razón es que la baja permeabilidad de las arcillas daría lugar a tiempos de prueba tan largos que la evaporación y los cambios de temperatura producirían errores de mucha consideración”

Lo anterior expuesto da pie a una nueva publicación, en la que retomaremos el ensayo de consolidación unidimensional de las arcillas, el cual he abordado en varias publicaciones como la de la referencia N°04. Además, este hecho pone una vez más de manifiesto lo especial que son estos suelos, creo que si no existieran la Mecánica de Suelos sería una ciencia aburrida.

ENFRENTAMIENTO DEL ESTUDIANTE ANTE UNA EVALUACIÓN DE PERMEABILIDAD

Normalmente cuando nos enfrentamos a una evaluación tenemos que ir preparados ante cualquier variación que el profesor pueda realizar en torno a los ejercicios explicados. En mi experiencia docente, una de las formas como complicaba los ejercicios, específicamente los asociados al cálculo de la permeabilidad con el método de carga variable, era presentando todos los datos y dejando como incógnita una de las alturas, haciendo por lo tanto un planteamiento como el que se muestra en la siguiente imagen:

Imagen N°04: el momento de la evaluación ha llegado

Fuente: @eliaschess333, año: 2021. Nota: esquema conceptual elaborado por el autor, con ayuda de las herramientas Microsoft PowerPoint y Paint. La imagen presentada es de uso libre, extraída del portal web de https://pixabay.com/es/

Fuente: @eliaschess333 (2021). Nota: la imagen es de uso libre.
El estudiante al ver esta pregunta, primero que todo se ubica en el tipo de prueba de permeabilidad que la caracteriza, y a partir de allí comienza a reflexionar sobre los recursos audiovisuales estudiados en la etapa de preparación. Y de este modo llega al siguiente razonamiento:

1.- Primero que todo, traeré a colación la ecuación fundamental de permeabilidad:

2.- El reto es despejar h1 y h2, entonces:

3.- Después de haber colocado la ecuación lineal, despejo el “Ln”:

4.- Afortunadamente tengo claro el recuerdo, que aplicando exponencial a ambos lados puedo eliminar ese “Ln” y de ese modo quedarían las “h” solitas para despejarlas a mi antojo:

5.- Ahora si lo veo más claro:

6.- Entonces si quiero obtener "h1":

7.- Y para "h2":

8.- Las Matemáticas están en todo, y gracias a este recurso de la exponencial pude salir adelante con el problema planteado.

Un consejo que se puede extraer de acá, es que ante cualquier problema es necesario tomar un tiempo de reflexión y conservar la calma para que las ideas fluyan. Si nos preparamos bien, eso nos tiene que dar la confianza suficiente para hacer frente a cualquier problema.

CONCLUSIONES

01.- La hidráulica vuelve a decir presente en el laboratorio de Mecánica de Suelos a través de la ecuación de Bernoulli, necesaria para explicar el trasfondo de los valores de h (ver video N°01).

02.-Los resultados promedio de “k” obtenidos en cada una de las pruebas, van en concordancia con el tipo de suelo ensayado, derivándose como recomendación fundamental que en el caso de las arcillas (suelos con una permeabilidad muy baja) es mejor obtener la permeabilidad de forma indirecta, a través del ensayo de consolidación unidimensional de los suelos.

03.- Las aplicaciones de las Matemáticas despiertan el amor del estudiante ante esta ciencia. En la historia anterior hemos visto una muestra de este hecho, donde el recurso de la exponencial fue la clave para triunfar en la evaluación.

Y es allí nuestro reto como docentes, es buscar hacer de los encuentros de aprendizaje procesos en los que el estudiante se enamore de cada uno de los contenidos que estudia a lo largo de su formación, y un excelente camino no hay duda que es ver la aplicación de las cosas, así que bajo el lema de “EDUCAR MÁS ALLÁ DE LOS MUROS DEL AULA” espero haber logrado con ese cometido. Escribió para ustedes:

@eliaschess333

FUENTES DE INFORMACIÓN CONSULTADAS

01.- BADILLO J. Y RODRÍGUEZ R. 2007. MECÁNICA DE SUELOS TOMO I. FUNDAMENTOS DE LA MECÁNICA DE SUELOS. EDITORIAL LIMUSA S.A. GRUPO NORIEGA EDITORES

02.- BADILLO J. Y RODRÍGUEZ R. 1995. MECÁNICA DE SUELOS TOMO III. FLUJO DE AGUA EN LOS SUELOS. EDITORIAL LIMUSA S.A. GRUPO NORIEGA EDITORES
03.-BRAJA M. DAS. 2001. FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA. THOMSON-LEARNING

LECTURAS RECOMENDADAS

04.- @eliachess333 (2018). ABORDAJE DIDÁCTICO DEL FENÓMENO DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS DESDE UN ENFOQUE MATEMÁTICO CON BASAMENTO EN EL PRINCIPIO DE ESFUERZOS EFECTIVOS Y LA LEY DE PERMEABILIDAD DE DARCY. PARTE I. Disponible en: https://hive.blog/stem-espanol/@eliaschess333/ozrzfpbw

05.- @eliachess333 (2020). TRANSDISCIPLINARIDAD STEM: APLICACIÓN DEL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES EN EL ESTUDIO DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE UN SUELO GRUESO. Disponible en: https://hive.blog/hive-196387/@eliaschess333/transdisciplinaridad-stem-aplicaci-n-del-principio-1597657885

06.- @eliachess333 (2021). TRANSDISCIPLINARIDAD STEM: ESTUDIO DEL CÁLCULO DE LA PERMEABILIDAD DE UN SUELO DESDE UN ENFOQUE MATEMÁTICO Y GEOTÉCNICO. PARTE I. Disponible en: https://hive.blog/hive-196387/@eliaschess333/transdisciplinaridad-stem-estudio-del-calculo-de-la-permeabilidad-de-un-suelo-desde-un-enfoque-matematico-y-geotecnico-parte-i

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