Prévia do material em texto

<p>ENSAIOS DE PERMEABILIDADE EM SOLOS (EXECUÇÃO EM CAMPO) PARA</p><p>FUROS DE SONDAGEM, INDICADORES DE NÍVEL DA ÁGUA E PIEZÔMETROS</p><p>SUMÁRIO</p><p>1.	OBJETIVO E APLICABILIDADE	2</p><p>1.1	Objetivo	2</p><p>1.2	Aplicabilidade	2</p><p>2.	NORMAS E DOCUMENTOS COMPLEMENTARES	2</p><p>3.	DEFINIÇÕES	3</p><p>3.1	Classificação dos Ensaios	3</p><p>3.2	Validade dos Ensaios	3</p><p>3.3	Escolha do Tipo de Ensaio	4</p><p>4.	EQUIPAMENTOS UTILIZADOS	4</p><p>5.	DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES	5</p><p>5.1	Execução e acompanhamento dos ensaios	5</p><p>5.2	Ensaio de Infiltração	5</p><p>5.3	Ensaio de Rebaixamento	5</p><p>5.4	Ensaio de Recuperação	5</p><p>6.	DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE	6</p><p>6.1	Ensaio de Rebaixamento e Recuperação realizados abaixo do nível de água	6</p><p>6.2	Ensaio de Infiltração	7</p><p>7.	RESPONSABILIDADES	11</p><p>7.1	Realização do Ensaio	11</p><p>7.2	Conferência e Relatório	11</p><p>7.3	Supervisão	11</p><p>8.	SEGURANÇA E MEIO AMBIENTE	11</p><p>8.1	Segurança do Trabalho	11</p><p>8.2	Meio Ambiente	11</p><p>OBJETIVO E APLICABILIDADE</p><p>Objetivo</p><p>O objetivo deste procedimento é apresentar a metodologia de execução e cálculo dos ensaios de permeabilidade em solos, realizados in situ, em piezômetros, indicadores de nível de água ou furos de sondagem.</p><p>Aplicabilidade</p><p>Os ensaios de permeabilidade em solos são correntemente realizados com a finalidade de se determinar os coeficientes de permeabilidade dos terrenos objeto de estudos para implantação ou consolidação de obras civis e/ou projetos ambientais. São realizados com frequência em locais de projetos de barragens, de túneis, para implantação de aterros sanitários e para investigação em áreas contaminadas. Em menor escala são usados em outros tipos de obras, como canais e estradas.</p><p>São, frequentemente, executados em furos de sondagem a percussão, poços de monitoramento, indicadores de nível da água e piezômetros, onde são conhecidos, genericamente, como “ensaios de infiltração”.</p><p>NORMAS E DOCUMENTOS COMPLEMENTARES</p><p>ABGE. Associação Brasileira de Geologia de Engenharia (2013). Ensaios de Permeabilidade em Solos: orientações para a sua execução no campo. 4 ed. São Paulo.</p><p>ABGE. Associação Brasileira de Geologia de Engenharia (2013). Manual de Sondagens. São Paulo.</p><p>CORNWELL, F.E. (1953). Flow from a short section of borehole below groundwater level. In: Zangar, C. N. Theory and Problems of Water Percolation, U.S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation, Engineering Monograph, n. 8, pp. 69-71.</p><p>DACHLER, R. (1936). Time-lag and soil permeability in groundwater observations. Bulletin n. 36, Waterways Exper. Sta. Corps of Engrs, U.S. Army, Vicksburg, Mississippi, pp. 35-37.</p><p>GLOVER, R.E. (1953). Analysis of Borehole Infiltration Tests Above the Water Table. In: Stephens, D. B.; Neuman, S. P. Technical Reports on Natural Resource Systems. Tucson, AZ: Department of Hydrology and Water Resources, University of Arizona. 1980. n° 35.</p><p>HVORSLEV, M. J. (1951). Time-lag and soil permeability in groundwater observations. Bulletin n. 36, Waterways Exper. Sta. Corps of Engrs, U.S. Army, Vicksburg, Mississippi, pp. 1-50.</p><p>VAUGHAN, P. R. (1974). The Measurement of Pore Pressures with Piezometers. In: Proceedings of the Symposium on Field Instrumentation in Geotechnical Engineering, British Geotechnical Society, Butterworths, London, pp.411-422.</p><p>SILVEIRA, J. F. A. (2006). Instrumentação e segurança de Barragens de Terra e Enrocamento São Paulo. Oficina dos Textos.</p><p>DEFINIÇÕES</p><p>Classificação dos Ensaios</p><p>Os ensaios podem ser classificados conforme a maneira de realização (ensaios a nível constante e a nível variável) e o diferencial de pressão aplicado ao aquífero, positivo (carga) ou negativo (descarga). Deve-se considerar que os ensaios realizados nas porções não saturadas dos solos (acima do lençol freático) admitem, obviamente, apenas a realização por injeção de água (ensaios de carga).</p><p>O Tabela 1 apresenta a classificação dos ensaios.</p><p>Tabela 1 – Classificação dos Ensaios</p><p>Maneira de Realização</p><p>Pressão Aplicada</p><p>Denominação do Ensaio</p><p>Nível constante</p><p>Carga</p><p>Infiltração</p><p>Descarga</p><p>Bombeamento</p><p>Nível variável</p><p>Carga</p><p>Rebaixamento</p><p>Descarga</p><p>Recuperação</p><p>Os ensaios a nível constante são realizados através da manutenção do nível d’agua num furo de sondagem, indicador de nível da água ou piezômetro, numa posição constante ao longo de toda duração do ensaio. Este nível d’água pode ser estabelecido de duas maneiras:</p><p>· Pela introdução de água (ensaios de infiltração): neste caso é aplicada uma Carga (constante), medindo-se a vazão injetada necessária para manutenção do nível d’água constante;</p><p>· Por meio da retirada de água (ensaios de bombeamento): neste caso, o aquífero é descarregado, medindo-se a vazão bombeada necessária para manter constante o nível d’água rebaixado, sempre na mesma posição.</p><p>Nos ensaios a nível variável, o nível d’água natural é alterado para uma posição que se pode denominar nível d’água inicial do ensaio. A tendência do nível d’água voltar à posição original é acompanhada ao longo do tempo de realização do ensaio. O nível d’água inicial pode ser estabelecido também de duas maneiras:</p><p>· Pela introdução de água (ensaios de rebaixamento) e medindo-se em seguida sua velocidade de rebaixamento;</p><p>· Por meio da retirada de água (ensaios de recuperação) e medindo-se, em seguida, a velocidade do recuperação.</p><p>Validade dos Ensaios</p><p>Dentre os vários fatores condicionantes da validade dos ensaios, destaca-se o regime de escoamento que, teoricamente, deve ser permanente, permitindo assim o uso da maioria das fórmulas adotadas.</p><p>Este regime de escoamento pode ser controlado no campo através das medidas de vazão durante a execução dos ensaios. Quando estas vazões permanecem constantes ao longo do tempo, pode-se dizer que foi atingido um regime de escoamento permanente.</p><p>O regime de escoamento permanente é atingido mais rapidamente em trechos de ensaio situados abaixo do nível d’água natural, pois o solo já se encontra saturado. Em trechos de ensaio situados acima do nível d’água, deve-se dar mais atenção ao tempo envolvido no ensaio, pois será necessária a prévia saturação do solo até que o regime de escoamento permanente seja alcançado.</p><p>Consideram-se vazões estabilizadas quando:</p><p>· Não é observada uma variação progressiva nos valores lidos;</p><p>· A diferença entre leituras isoladas e seu valor médio não supera 20%.</p><p>Escolha do Tipo de Ensaio</p><p>Os furos de sondagem, indicadores de nível da água e piezômetros, quando acima do nível d’água do terreno, permitem apenas execução de ensaios do tipo infiltração e rebaixamento (carga). Abaixo, admitem também a execução de ensaios de bombeamento e recuperação.</p><p>Dada a maior simplicidade de execução, a escolha frequentemente recai nos ensaios de carga. Para estes ensaios, o “Manual de Sondagens” (ABGE, 2013) sugere o seguinte critério de opção entre se realizar um ensaio a nível constante (infiltração) ou a nível variável (rebaixamento): “Será feito ensaio de rebaixamento quando a carga hidráulica do trecho ensaiado for superior a 0,02 Mpa (> 2 metros) e, por avaliação, o rebaixamento da água no interior do revestimento for inferior a 10 cm/min”.</p><p>EQUIPAMENTOS UTILIZADOS</p><p>Para a realização dos ensaios de carga são necessários os seguintes equipamentos:</p><p>· Bomba d’ água com capacidade mínima de 40 litros por minuto;</p><p>· Hidrômetro calibrado, em boas condições, com divisões de escala em litros, testado no início de cada furo e sempre que houver suspeita de mau funcionamento;</p><p>· Tambor com capacidade de, aproximadamente, 200 litros;</p><p>· Provetas graduadas a cada 50 centímetros cúbicos, com capacidade mínima de 1 litro;</p><p>· Medidor de nível d’água;</p><p>· Transdutor de pressão, cabo de transmissão e unidade leitora (opcional, não obrigatório);</p><p>· Cronômetro.</p><p>A água utilizada no ensaio deve ser limpa e isenta de sólidos em suspensão. Não é permitido utilização de água de circulação de sondagem nos ensaios.</p><p>DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES</p><p>Execução e acompanhamento dos ensaios</p><p>Para o acompanhamento adequado dos ensaios os dados de campo devem ser lançados em planilhas de campo.</p><p>Ensaio de Infiltração</p><p>Enche-se o furo de água até a boca, tomando-se este instante</p><p>como tempo zero. O nível de água no furo deve ser mantido constante, alimentado por uma fonte apropriada medindo-se o volume de água introduzido durante certo intervalo de tempo (vazão).</p><p>Em situações em que não for possível a manutenção do nível de água até a boca do furo ou tubo, pode ser utilizado um transdutor de pressão para a determinação da coluna de água aplicada.</p><p>Deve ser elaborado um gráfico onde seja lançado na abscissa o tempo e na ordenada o volume acumulado ou vazão. Tal gráfico possibilita a observação da estabilização da vazão, que é caracterizada por uma reta. Essa é a vazão que será utilizada no cálculo da permeabilidade (vazão constante).</p><p>O tempo mínimo de ensaio deve ser de 20 minutos.</p><p>Ensaio de Rebaixamento</p><p>Enche-se o furo de água até a boca, anotando-se este instante. Em ensaios realizados acima do nível d’água do terreno, o nível d’água do furo deve ser mantido na boca, estável, por cerca de 10 minutos, para “saturação”.</p><p>Interrompe-se o fornecimento d’água, tomando-se este instante como tempo zero. Imediatamente após, e a intervalos curtos no início e mais longos em seguida (por exemplo, 15”, 30”, 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, e assim, sucessivamente), acompanha-se o rebaixamento do nível d’água no furo. O ensaio deve ser dado por concluído quando o rebaixamento atingir 20% da carga inicial aplicada ou 30 minutos de ensaio.</p><p>Ensaio de Recuperação</p><p>Bombeia-se a água do furo até se obter um rebaixamento de, pelo menos, 1 m abaixo do nível d’água estático, mantendo-se assim até se atingir condições de fluxo permanente (vazões constantes), ou próximas.</p><p>Interrompe-se o bombeamento, tomando-se este como tempo zero. Imediatamente após, e em intervalos de tempo semelhantes aos do ensaio de rebaixamento, controla-se a recuperação do nível d’água. Para o término do ensaio, recomenda-se seguir as mesmas orientações anteriormente apresentadas para os ensaios de rebaixamento.</p><p>DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE</p><p>Ensaio de Rebaixamento e Recuperação realizados abaixo do nível de água</p><p>A determinação do coeficiente de permeabilidade nos ensaios de nível variável em piezômetros pode ser realizada com base nas seguintes formulações, propostas por Hvorslev (1951), válidas para ensaio abaixo do nível de água:</p><p>Onde:</p><p>k é o coeficiente de permeabilidade, em m/s;</p><p>é a área da seção transversal efetiva do tubo do piezômetro, que considera o diâmetro interno (m²);</p><p>é o fator de forma (m);</p><p>é o tempo de retardo básico (basic time lag) (s).</p><p>O fator de forma F depende da geometria do piezômetro. Para piezômetro com geometria conforme Figura 1, o fator de forma é calculado como:</p><p>Onde:</p><p>L é o comprimento da célula piezométrica (m);</p><p>D é o diâmetro da célula piezométrica (diâmetro do bulbo do piezômetro) (m).</p><p>Figura 1 - Elementos da formulação de Hvorslev</p><p>O tempo de retardo básico (basic time lag) é definido a partir da curva da variação da carga no piezômetro ao longo do tempo. Para cada leitura realizada, plota-se nas ordenadas o valor de h/h0, em escala logarítmica, e o tempo correspondente, na abscissa, em escala normal, conforme indicado na Figura 2. O valor de h é a altura de coluna de água com relação ao nível estabilizado (ver Figura 1). O tempo de retardo básico é definido como o tempo para h/h0 = 0,37.</p><p>Figura 2 – Determinação do tempo de retardo básico</p><p>h/h0</p><p>O tempo de retardo básico também pode ser obtido através do ajuste da seguinte equação por mínimos quadrados.</p><p>A Teoria de Hvorslev (1951) considera:</p><p>· Solo isotrópico com extensão infinita;</p><p>· Solo incompressível;</p><p>· Tubos de leitura incompressíveis;</p><p>· Validade da lei de Darcy;</p><p>· Não ocorrência de variação do nível piezométrico do solo durante a aplicação dos excessos de carga () nos ensaios.</p><p>Ensaio de Infiltração</p><p>Para ensaio realizado em solo saturado (abaixo do nível de água), em furo de sondagem (Figura 3), o coeficiente de permeabilidade pode ser calculado de acordo com a expressão abaixo:</p><p>Para relação L/r > 20, o coeficiente pode ser obtido pela expressão abaixo:</p><p>Para ensaios onde a relação L/r for menor do que 20, o coeficiente deve ser obtido do ábaco da Figura 4. Esse ábaco também é válido para todas as faixas de relação L/r.</p><p>Os parâmetros apresentados nas expressões acima são definidos como:</p><p>é o coeficiente de permeabilidade para solos saturados (m/s);</p><p>é a vazão mantida constante durante o ensaio de infiltração (m³/s);</p><p>é a coluna de água mantida constante durante o ensaio de infiltração (m);</p><p>é o raio do furo do solo (m);</p><p>L é o comprimento do trecho ensaiado (m).</p><p>Figura 3 – Ensaio de infiltração</p><p>Figura 4 – Ábaco para a determinação de</p><p>Para ensaio realizado acima do nível de água (solo não saturado, Figura 5), o coeficiente de permeabilidade pode ser calculado como:</p><p>Onde:</p><p>é o coeficiente de permeabilidade para solos não saturados (m/s);</p><p>é a vazão mantida constante durante o ensaio de infiltração (m³/s);</p><p>é a coluna de água mantida constante durante o ensaio de infiltração (m);</p><p>é o raio do tubo do instrumento (m);</p><p>L é o comprimento do trecho ensaiado (m);</p><p>é o coeficiente de condutividade em meios não-saturados.</p><p>Figura 5 - Elementos do ensaio de infiltração acima do nível d’água</p><p>RESPONSABILIDADES</p><p>Realização do Ensaio</p><p>Técnico em Mineração ou Técnico em Edificações.</p><p>Conferência e Relatório</p><p>Engenheiro ou Geólogo</p><p>Supervisão</p><p>Engenheiro ou Geólogo</p><p>SEGURANÇA E MEIO AMBIENTE</p><p>Segurança do Trabalho</p><p>Realizar previamente às atividades estudo antecipado e detalhado sobre todas as etapas do trabalho a serem executadas no local, a fim de identificar seus possíveis problemas ou riscos para as pessoas, o meio ambiente e o patrimônio.</p><p>A análise preliminar de risco deve levar em conta:</p><p>· Identificação de possíveis perigos;</p><p>· Listagem de riscos;</p><p>· Identificação de suas causas e vulnerabilidades;</p><p>· Identificação de grupos ou bens potencialmente expostos a essas ameaças;</p><p>· Estimativa de possíveis consequências e danos;</p><p>· Análise qualitativa de riscos;</p><p>· Planejamento de medidas para controle de riscos e correção de falhas.</p><p>Meio Ambiente</p><p>Nos ensaios de infiltração a bacia de contenção de óleo da moto-bomba é obrigatória e tem o objetivo de reter os detritos de forma eficiente, sem prejudicar o meio ambiente.</p><p>image1.jpg</p><p>image2.jpg</p><p>image3.png</p><p>image4.png</p><p>image5.jpeg</p>