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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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