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Universidade Federal de Santa MariaUniversidade Federal de Santa Maria Centro de TecnologiaCentro de Tecnologia Mecânica dos SolosMecânica dos Solos Permeabilidade dos SolosPermeabilidade dos Solos Prof. Eng. Rinaldo PinheiroProf. Eng. Rinaldo Pinheiro Permeabilidade dos SolosPermeabilidade dos Solos SOLO SOLO ⇒⇒ fase sólidafase sólida ⇒⇒ fase flufase fluíída (da (áágua e ar)gua e ar) ►► Solos grossos Solos grossos –– forças de superfície são inexistentesforças de superfície são inexistentes água livre água livre ⇒⇒ equilíbrio hidrostáticoequilíbrio hidrostático ⇒⇒ fluir (afluir (açção da gravidade)ão da gravidade) ►► Solos finos Solos finos –– mais complexo mais complexo –– forças de superfícieforças de superfície água adsorvida água adsorvida ⇒⇒ coesão verdadeiracoesão verdadeira áágua livregua livre ⇒⇒ fluir (afluir (açção da gravidade)ão da gravidade) ►► Permeabilidade é uma propriedade do solo relacionada com a Permeabilidade é uma propriedade do solo relacionada com a maior ou menor facilidade que as partículas de água maior ou menor facilidade que as partículas de água encontram para fluir por entre os vazios do soloencontram para fluir por entre os vazios do solo Permeabilidade dos SolosPermeabilidade dos Solos O estudo da percolação de água é muito importante, porque ela inO estudo da percolação de água é muito importante, porque ela intervêm numtervêm num grande número de problemas práticos, que podem ser agrupados em grande número de problemas práticos, que podem ser agrupados em 3 tipos:3 tipos: ►► No cálculo de vazões, por. ex.: na quantidade de água que se infNo cálculo de vazões, por. ex.: na quantidade de água que se infiltra numa iltra numa escavação, ou escavação, ou percolarápercolará através do maciço e da fundação de barragens.através do maciço e da fundação de barragens. Permeabilidade dos SolosPermeabilidade dos Solos O estudo da percolação de água é muito importante, porque ela inO estudo da percolação de água é muito importante, porque ela intervêm numtervêm num grande número de problemas práticos, que podem ser agrupados em grande número de problemas práticos, que podem ser agrupados em 3 tipos:3 tipos: ►► Na análise de recalques, porque, freqüentemente, recalque está rNa análise de recalques, porque, freqüentemente, recalque está relacionado elacionado com a diminuição do índice de vazios que ocorre com a expulsão dcom a diminuição do índice de vazios que ocorre com a expulsão de água e água destes vaziosdestes vazios Permeabilidade dos SolosPermeabilidade dos Solos O estudo da percolação de água é muito importante,O estudo da percolação de água é muito importante, porque ela intervêm num grande número de porque ela intervêm num grande número de problemas práticos, que podem ser agrupados em 3 tipos:problemas práticos, que podem ser agrupados em 3 tipos: ►► Nos estudos de estabilidade, porque a tensão efetiva Nos estudos de estabilidade, porque a tensão efetiva (que comanda a resistência do solo) depende da poro(que comanda a resistência do solo) depende da poro-- pressão, que por sua vez, depende das tensões pressão, que por sua vez, depende das tensões provocadas pela percolação de água;provocadas pela percolação de água; Regime de escoamento Regime de escoamento Reynolds (1883) formulou as bases teóricas sobre o regime de escReynolds (1883) formulou as bases teóricas sobre o regime de escoamento em oamento em condutos forçados definindo:condutos forçados definindo: regime de escoamento laminarregime de escoamento laminar regime de escoamento turbulentoregime de escoamento turbulento Experiência de Reynolds – fluxo de água através de uma tubulação transparente Determinava-se a velocidade de escoamento (v) variando-se o diâmetro (D), comprimento (L) e diferença de nível (h) g DVcNr • ••== µ γRe Lei de Darcy (1850)Lei de Darcy (1850) Experiência de Darcy consistiu em Experiência de Darcy consistiu em percolarpercolar água através de uma amostra de água através de uma amostra de solo de comprimento (L) e área (A), a partir de dois reservatórisolo de comprimento (L) e área (A), a partir de dois reservatórios de nível os de nível constante, sendo h a diferença de cota entre ambos. constante, sendo h a diferença de cota entre ambos. Os resultados indicaram que a velocidade de percolação (v) é proOs resultados indicaram que a velocidade de percolação (v) é proporcional ao porcional ao gradiente hidráulico (i)gradiente hidráulico (i) Experiência clássica de fluxo d´água em um amostra de areia v = k . i ← gradiente hidráulico coeficiente de permeabilidade Fatores que influenciam a permeabilidadeFatores que influenciam a permeabilidade GranulometriaGranulometria Índice de VaziosÍndice de Vazios Composição mineralógicaComposição mineralógica EstruturaEstrutura FluídoFluído MacroMacro--estruturaestrutura TemperaturaTemperatura 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,0E-11 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 1,0E-07 1,0E-06 1,0E-05 PERMEABILIDADE - m/s Í N D I C E D E V A Z I O S - e BASALTO; LL = 60 , IP = 40 GNAISSE; LL = 80 , IP = 39 ARENITO; LL = 25 , IP = 13 GNAISSE; LL = 53 , IP = 23 ARENITO; LL =28 , IP = 12 ARENITO; LL =28 , IP = 12 COLÚVIO (BASALTO); LL = 50 , IP = 16 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 1,0E-11 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 PERMEABILIDADE - m/s Í N D I C E D E V A Z I O S - e ESTADO NATURAL "POROSO" AMOLGADO (w = LL) SOLO RESIDUAL DE GNAISSE LL = 80% , IP = 39% COMPACTADO (NA UMIDADE ÓTIMA) Fatores que influenciam a permeabilidadeFatores que influenciam a permeabilidade Ordem de grandeza dos valores de permeabilidade (k)Ordem de grandeza dos valores de permeabilidade (k) < 10-9ArgilasBaixíssima 10-7 a 10-9ArgilasMuito baixa IMPERMEÁVEIS (ou com drenagem impedida) 10-5 a 10-7Siltes e ArgilasBaixa 10-3 a 10-5AreiasAlta > 10-3PedregulhosAlta PERMEÁVEIS ( k > 10 -7 ) k (cm/s)TIPO DE SOLOPERMEABILIDADESOLOS Métodos de ensaiosMétodos de ensaios ►► Carga constanteCarga constante ►► Carga variávelCarga variável ►► Vazão constanteVazão constante Métodos de ensaiosMétodos de ensaios Carga constanteCarga constante ►► Neste ensaio a amostra é submetida a uma carga hidráulica constaNeste ensaio a amostra é submetida a uma carga hidráulica constante durante o ensaio. nte durante o ensaio. ►► O coeficiente de permeabilidade é determinado pela quantidade deO coeficiente de permeabilidade é determinado pela quantidade de água que água que percolapercola a amostra para a amostra para um dado intervalo de tempo. A quantidade de água é medida por umum dado intervalo de tempo. A quantidade de água é medida por uma proveta graduada, a proveta graduada, determinandodeterminando--se a vazão (Q). se a vazão (Q). ►► Este Este permeâmetropermeâmetro é muito utilizado para solos de granulação grossa (solos arenosé muito utilizado para solos de granulação grossa (solos arenosos).os). Ah LQk • •= thA LvkT •• •= Q = v . A v = k . i Q = k . i . A Métodos de ensaiosMétodos de ensaios Carga variávelCarga variável ►► Em se tratando de solos finos (solos argilosos e Em se tratando de solos finos (solos argilosos e siltosossiltosos), o ensaio com carga constante ), o ensaio com carga constante tornatorna--se inviável, devido à baixa permeabilidade destes materiais há pse inviável, devido à baixa permeabilidade destes materiais há pouca percolação ouca percolação de água pela amostra, dificultando a determinação do coeficientede água pela amostra, dificultando a determinação do coeficiente de permeabilidade. de permeabilidade. Para tais solos é mais vantajoso a utilização de Para tais solos é mais vantajosoa utilização de permeâmetrospermeâmetros com carga variável.com carga variável. ( )12 1 2log3,2 ttA h hLa k − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ = • ••• Ensaios de laboratórioEnsaios de laboratório PermeâmetroPermeâmetro de parede rígidade parede rígida ►► Molde de compactaçãoMolde de compactação ►► Tubo Tubo amostradoramostrador ►► Molde de adensamentoMolde de adensamento Ensaios de laboratórioEnsaios de laboratório PermeâmetroPermeâmetro de parede flexívelde parede flexível ►► Consiste de uma câmara Consiste de uma câmara triaxialtriaxial simplificada adaptada ao ensaio de simplificada adaptada ao ensaio de permeabilidade. Este sistema pode ser usado com água, permeabilidade. Este sistema pode ser usado com água, chorumechorume ou ou com outro líquido. Quando usado com líquido de origem química, com outro líquido. Quando usado com líquido de origem química, necessitanecessita--se verificar a possibilidade de alteração da membrana que se verificar a possibilidade de alteração da membrana que reveste o corpo de prova e os componentes do reveste o corpo de prova e os componentes do permeâmetropermeâmetro.. Conexão da Base Conexã o Tubo de acrílico (câmara) Pedras Porosas Conexão do Topo Tampa Pedestal Base Membrana Corpo de prova Ensaios de campoEnsaios de campo ►► Capacidade de infiltraçãoCapacidade de infiltração Ensaio de cava Infiltrômetro de anel duplo Ensaios de campoEnsaios de campo PiezômetroPiezômetro ►► Na engenharia geotécnica, piezômetros são instrumentos amplamentNa engenharia geotécnica, piezômetros são instrumentos amplamente e utilizados para monitoramento de poro pressões em encostas naturutilizados para monitoramento de poro pressões em encostas naturais, ais, taludes, obras de terra, etc. Os ensaios com piezômetro são taludes, obras de terra, etc. Os ensaios com piezômetro são empregados para a determinação do empregados para a determinação do kk em solos naturais e camadas em solos naturais e camadas compactadas compactadas Ensaios de campoEnsaios de campo Piezômetro de CasagrandePiezômetro de Casagrande F.h Qk fs = )tt(F )] h h ([lnd k 12 2 12 fs −= ]) D Lm (1 D Lm ln[ Lm2 F 2 f f f f f ++ π= Ensaios de campoEnsaios de campo Ensaios de permeabilidade em furos de sondagemEnsaios de permeabilidade em furos de sondagem Permeabilidade de solos e rochas injetando-se ou retirando-se água em furos de sondagem (SPT) a) CARGA VARIÁVEL O furo é cheio com água e controla-se a velocidade de descida / subida da água ( ) 2 1 12 2 ln1 H H ttD dK •• −= π π ( )12 2 1 2 ln2ln 8 tt H H D L L dK −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= •• Ensaios de campoEnsaios de campo Ensaios de permeabilidade em furos de sondagemEnsaios de permeabilidade em furos de sondagem B.) CARGA CONSTANTE (acima e abaixo do nível de água) A água é colocada no revestimento para manter constante o nível (vol. Água x tempo); Determina-se a água acrescentada no revestimento a 1, 2 e 5 min (a seguir a cada 5 min de intervalo); Usa-se recipientes calibrados ou hidrômeto (no caso de bombeamento) hcD QK •• = 75,2 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= • ••• D l hcL QK 2ln 2 π Ensaio em furo de sondagem em camada de solo compactada Ensaios de campoEnsaios de campo Ensaio de Bombeamento Permeabilidade in situ de camadas de areia e pedregulho (materiais permeáveis) O ensaio consiste em: - Esgotas a água do terreno - Media vazão (q) e variação do nível de água (h1 e h2) em piezômetros (r1 e r2) Hipóteses básicas: P - Poço em toda camada permeável - Escoamento uniforme - Formação homogênea - Validade da lei de Darcy - i = dh/dr = cte ( )2122 1 2log3,2 hh r rq k − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ = •• π Ensaio de bombeamento Ensaio de bombeamento –– Estação de Tratamento Estação de Tratamento de Esgoto São João Navegantesde Esgoto São João Navegantes Ensaios de campoEnsaios de campo Perda de água sob pressãoPerda de água sob pressão Consiste no estudo da intensidade de Consiste no estudo da intensidade de fissuração de rochas através da circulação fissuração de rochas através da circulação de águade água Para avaliar a necessidade de Para avaliar a necessidade de injençãoinjenção de nata de de nata de cimentocimento Injetar água num trecho (L) Injetar água num trecho (L) –– analisar pressões x analisar pressões x volume, injetado num tempo (T)volume, injetado num tempo (T) 1 5 2 4 3 3 15 24 3 51 42 Vazão Pr es sã o COM ABERTURACOM FECHAMENTOSEM ALTERAÇÃO
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