Relatório Permeabilidade ANNE

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG
CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS - CTRN
UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL – UAEC
ÁREA DE GEOTECNIA – LABORATÓRIO DE SOLOS
DISCIPLINA: MECÂNICA DOS SOLOS EXPERIMENTAL
Permeabilidade
Professor (a): VeruschkaEscarião D. Monteiro
Estagiário de docência: Pabllo da Silva Araújo
Aluna: Anne Kelly de Souza Machado Borges
Campina Grande, Agosto de 2016.
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 – As três Fases do Solo
Figura 02 – Fase Líquida do Solo
Figura 03 – Experiência de Reynolds	
Figura 04 – Fluxos Laminar e Turbulento
Figura 05 – Experiência de Darcy
Figura 06 – Valores típicos de Coeficiente de Permeabilidade
Figura 07 – Permeâmetro de Carga Constante
Figura 08 – Permeâmetro de Carga Constante
Figura 09 – Permeâmetro de Carga Variável
Figura 10 –Permeâmetro de Carga Variável
Figura 11 – Fluxo nas Direções Horizontal (a) e Vertical (b)
Figura 12 – Tabela do Fator ck em função da Temperatura
Figura 13 – Material para a Compactação 
Figura 14 – Colocação da Amostra na Bomba a Vácuo 
Figura 15 – Saturação do Corpo de Prova Controle no tempo e Vazão
Figura 16 – Permeâmetro de Carga Constante
Figura 17 –Leitura nos Manômetros
Figura 18 – Controle no Tempo e Vazão
Figura 19 – Fluxo de Água no Permeâmetro Constante
Figura 20 – Permeâmetro de Carga Variável
Figura 21 – Tabela – Cálculo do Coeficiente de Permabilidade de Carga Constante
Figura 22 – Tabela – Cálculo do Coeficiente de Permabilidade de Carga Variável Vertical
Figura 23 – Tabela – Cálculo do Coeficiente de Permabilidade de Carga Variável Horizontal
ÍNDICE
	INTRODUÇÃO________________________________________________________________________
	4
	Justificativa______________________________________________________________________
	4
	Objetivos_________________________________________________________________________
	4
	REVISÃO BIBLIOGRÁFICA___________________________________________________________
	5
	2.1. Bases Teóricas para o Cálculo da Permeabilidade ___________________________
	5
	 2.1.1. Regime de Escoamento de Reynolds ____________________________________
	5
	2.1.2. Lei de Darcy ______________________________________________________________
	7
	2.2. Permeabilidade ____________________________________________________________
	8
	2.2.1. Correlações empíricas __________________________________________________
	8
	2.2.2. Permeâmetro de Carga Constante _____________________________________
2.2.3. Permeâmetro de Carga Variável________________________________________
	9
11
	2.3. Fatores que influenciam na Permeabilidade _________________________________
	12
	2.3.1. Estrutura do Solo ________________________________________________________
	12
	2.3.2. Grau de Saturação _______________________________________________________
	12
	2.3.3. Estratificação do Terreno _______________________________________________
	12
	2.3.4. Índice de Vazios _________________________________________________________
	13
	2.3.5. Temperatura ____ ________________________________________________________
	14
	2.3.6. Granulometria ___________________________________________________________
	15
	2.3.7. Composição Mineralógica _______________________________________________
	15
	METODOLOGIA______________________________________________________________________
	16
	Materiais Gerais _________________________________________________________________
	16
	3.1.1. Permeabilidade – Carga Constante _____________________________________
	16
	3.1.2. Permeabilidade – Carga Variável (Vertical e Horizontal) _____________
	16
	Execução dos Ensaios___________________________________________________________
	17
	Permeabilidade ________________________________________________________
	17
	RESULTADOS_________________________________________________________________________
	21
	Cálculos__________________________________________________________________________
	19
	Permeabilidade – Carga Constante ___________________________________
	19
	Permeabilidade – Carga Variável (Vertical e Horizontal) ___________
	22
	Análise e Discussão dos Resultados ___________________________________________
	27
	Permeabilidade de Carga Constante __________________________________
	27
	Permeabilidade de Carga Variável (Vertical e Horizontal) _________
	27
	CONCLUSÕES_________________________________________________________________________
	28
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS___________________________________________________
	29
Permeabilidade
Introdução
 1.1 Justificativa
A movimentação de água nos solos é um tema de fundamental importância para a Engenharia Geotécnica, pois ao se mover no interior do maciço de solo, a água exerce força sobre as partículas sólidas que influenciam em seu estado de tensões. As pressões em pontos do solo são alteradas em decorrência da alteração do regime de fluxo.
A permeabilidade é a propriedade que representa uma maior ou menor dificuldade com que a percolação da água ocorre através dos poros do solo. O estudo da percolação é importante, pois o mesmo fornece bases teóricas para a solução de uma variedade de problemas práticos de engenharia:
Estimativa de vazão de água, como, por exemplo, na quantidade de água que se infiltra numa escavação, ou na perda de água do reservatório de barragem.
Previsão de recalques, que frequentemente está relacionado com a expulsão de água dos vazios do solo, diminuindo o índice de vazios do mesmo.
Análise da influência do fluxo de água sobre a estabilidade geral da massa de solo, pois as tensões provocadas pela percolação alteram os valores de pressão neutra e com isso as pressões efetivas, que são as comanda a resistência do solo.
Um caso de particular importância na engenharia geotécnica, o qual aplica diretamente os conceitos de fluxo de água em solos, é o fenômeno de adensamento, característico de solos moles, de baixa permeabilidade. Por causa da baixa permeabilidade destes solos, os recalques totais não ocorrem de imediato.
Nos materiais granulares não coesivos como as areias, por exemplo, há uma grande porosidade o que facilita o fluxo de água através dos solos, enquanto que nos materiais finos e coesivos como as argilas, ocorre o inverso o que torna este tipo de material ideal para barragens por apresentar baixa permeabilidade.
 1.2 Objetivos
Em nosso experimento pretendemos obter o coeficiente de permeabilidade dos solos, K, através de dois tipos de ensaios. Para materiais granulares de alta permeabilidade é utilizado o ensaio de permeabilidade de carga constante e para os materiais de baixa permeabilidade é realizado o ensaio de carga variável.
Revisão Bibliográfica
O solo é um material natural complexo, constituído por grãos minerais e matéria orgânica, constituindo uma fase sólida, envolvidos por uma fase líquida: água. Há uma terceira fase, eventualmente presente; o ar, o qual preenche parte dos poros dos solos não inteiramente saturados de água (Vide Figura 01 abaixo).
 Fig. 01– Três Fases do Solo Fig. 02 – Fase Líquida do Solo
A água no solo pode se apresentar de diferentes formas, dentre as quais podemos citar a água adsorvida, a água capilar e a água livre. A água adsorvida está ligada às superfícies das partículas do solo por meio de forças elétricas, não se movendo no interior da massa porosa, e portanto, não participando dos problemas de fluxo. Na maioria dos problemas de fluxo em solos, os efeitos da parcela de fluxo devido à capilaridade são de pequena importância e podem ser desprezados. A água livre ou gravitacional é aquela que sob o efeito da gravidade terrestre pode mover-se no interior do maciço terroso sem outro obstáculo senão aqueles impostos por sua viscosidade e pela estrutura do solo.
No caso das areias o solo poderiaser visto como um material constituído por canalículos, interconectados uns aos outros, nos quais ou há água armazenada, em equilíbrio hidrostático, ou água flui através desses canalículos, sob a ação da gravidade. Nas argilas esse modelo simples do solo perde sua validade, uma vez que devido ao pequeníssimo diâmetro que teriam tais canalículos e as formas exóticas dos grãos, intervêm forças de natureza capilar e molecular de interação entre a fase sólida e a líquida (Vide figura 02 acima). Portanto, o modelo de um meio poroso, pelo qual percola a água, é algo tanto precário para as argilas, embora possa ser perfeitamente eficiente para as areias.
2.1. Bases teóricas para o Cálculo da Permeabilidade
Regime de Escoamento de Reynolds 
	As bases teóricas sobre o regime de escoamento em condutos forçados foram estabelecidas por Reynolds, em 1883. Reynolds, em seu experimento clássico (Figura 03) estudando fluxo em condutos fechados, estabeleceu um limite inferior de velocidade no qual o fluxo muda as suas características de laminar para turbulento. Ele variou o diâmetro “D” e o comprimento “L” do conduto e a diferença de nível “h” entre os reservatórios, medindo a velocidade de escoamento “v”. 
	Os resultados constam na Figura04 abaixo, onde estão plotados, os gradientes hidráulico “i = h/l” versus a velocidade de escoamento “v”. Verifica-se que há uma velocidade crítica “vc” abaixo da qual o regime é laminar. Para os valores correspondentes à agua, e um diâmetro de 5mm referente aos poros, obtêm-se uma vc=0,56, que é um valor elevado de velocidade, concluindo que a percolação se dá em regime laminar. A eq. 1.1 apresenta a expressão utilizada para o cálculo do número de Reynolds. 
(1.1)
onde:
Re = número de Reynolds, adimensional e igual a 200;
vc = velocidade crítica;
D = diâmetro do conduto;
γ = peso específico do fluído;
μ = viscosidade do fluído;
g = aceleração da gravidade.
 Fig. 03 – Experiência de Reynolds Fig. 04 – Fluxos Laminar e Turbulento
Como consequência imediata haverá, segundo estudos de Reynolds, proporcionalidade entre velocidade de escoamento e gradiente hidráulico (Vide Figura 04). Denominado o coeficiente de proporcionalidade entre “v” e “i” de permeabilidade ou condutibilidade hidráulica “k”, vem:
Lei de Darcy
 Na realidade, a equação v = k . i, deduzida no item anterior segundo a teoria de Reynolds, foi obtida experimentalmente cerca de 30 anos antes pelo engenheiro francês H. Darcy, e por isto é conhecida como lei de Darcy. A experiência de Darcy (Vide Figura 05) consistiu em percolar água através de uma amostra de solo de comprimento “L” e área “A”, a partir de dois reservatórios de nível constante, sendo “h” a diferença de cota entre ambos. Os resultados indicaram que a velocidade de percolação v = Q/A é proporcional ao gradiente hidráulico i = h/L.
Fig. 05–Experiência de Darcy
A equação de Darcy é expressa por:
onde:	
	Q – vazão;
	A - área do permeâmetro;
	k - o coeficiente de permeabilidade;
	h – carga dissipada na percolação;
	L – distância na qual a carga é dissipada.
	A relação é chamada de gradiente hidráulico, expressa pela letra i.
Então:		
A vazão dividida pela área indica a velocidade com que a água sai da areia. Esta velocidade, v, é chamada de velocidade de percolação. A lei de Darcy é válida somente para os casos de fluxo laminar, como vimos no tópico anterior.
2.2. Permeabilidade
Permeabilidade é a propriedade que os solos têm de permitir o escoamento de água através dos seus vazios. A sua avaliação é feita através do coeficiente de permeabilidade. Poucas propriedades em engenharia (senão nenhuma) podem variar em tão largas faixas para um “mesmo material” quanto o coeficiente de permeabilidade dos solos.
Este coeficiente pode ser determinado diretamente através de ensaios de campo (bombeamento, bombeamento direto), laboratório ou indiretamente, utilizando-se correlações empíricas (Equação de Hazen – curva granulométrica, dentre outros).
Fig. 06 – Valores típicos de Coeficiente de Permeabilidade.
2.2.1. Correlações empíricas
Os solos granulares podem ter o seu coeficiente de permeabilidade estimado utilizando-se os resultados de ensaios para a determinação de sua granulometria. Para estes solos, uma boa indicação do coeficiente de permeabilidade é dada pela equação de Hazen, 
Onde:
k é a permeabilidade expressa em cm/s 
d10 é o diâmetro efetivo em cm
90 C 120, sendo C= 100, muito usado.
Para uso da equação recomenda-se que Cu seja menor que 5.
Outra equação também utilizada na estimativa de valores de coeficientes de permeabilidade é a fórmula de Sing:
e =a + b log(k ) 
Onde a = 10b e b = 0,01×IP + d. d é uma constante do solo, geralmente adotada como igual a 0,05. Na equação acima, k é expresso em cm/s.
Duas outras equações que se aplicam à avaliação da permeabilidade em meios porosos são as de Taylor (eq. 1.14) e a de Kozeny-Carman (eq. 1.15):
Sendo: e = índice de vazios do solo,  γw = peso específico do fluido, μ= viscosidade do fluido, ko = fator que depende da forma dos poros e da tortuosidade da trajetória da linha de fluxo, S= superfície específica, D = diâmetro de uma esfera equivalente ao tamanho dos grãos do solo, C = fator de forma.
2.2.2. Permeâmetro de Carga Constante
O permeâmetro de carga constante é uma repetição da experiência de Darcy. Utilizado para medir a permeabilidade dos solos granulares (solos com razoável quantidade de areia e/ou pedregulho), os quais apresentam valores de permeabilidade elevados. O permeâmetro pode ser visto na Figura 07 abaixo.
Este ensaio consta de dois reservatórios onde os níveis de água são mantidos constantes, como mostra a Figura 07. Mantida a carga h, durante um certo tempo, a água percolada é colhida e o seu volume é medido. Conhecidas a vazão e as dimensões do corpo de prova (comprimento L e a área da seção transversal A), calcula-se o valor da permeabilidade, k, através da equação:
	
	
Onde:
	q - é a quantidade de água medida na proveta (cm3);
	L - é o comprimento da amostra medido no sentido do fluxo (cm);
	A - área da seção transversal da amostra (cm2);
	h - diferença do nível entre o reservatório superior e o inferior (cm);
	t - é o tempo medido entre o inicio e o fim do ensaio (s);
 Fig. 07 – Permeâmetro de Carga Constante
 
Fig. 08 – Permeâmetro de Carga Constante
2.2.3. Permeâmetro de Carga Variável
O permeâmetro de carga variável é usado quando ensaiamos solos com baixos valores de permeabilidade. Seu uso é requerido porque senão teríamos que dispor de um tempo muito longo para percolar a quantidade de água necessária para a determinação de k com o uso do permeâmetro de carga constante. Além disto, devido às baixas velocidades de fluxo, a evaporação da água para a atmosfera passa a ter grande importância e cuidados especiais devem ser tomados durante a realização dos ensaios. A Fig. 09 apresentada a seguir ilustra o esquema montado para a realização do ensaio de permeabilidade a carga variável
No ensaio de permeabilidade na carga variável, medem-se os valores h obtidos para diversos valores de tempo decorrido desde o início do ensaio. São anotados os valores da temperatura quando da efetuação de cada medida.
 Fig. 09 – Permeâmetro de Carga Variável
A equação do permeâmetro de Carga variável é expressa por:
Onde:
k = permeabilidade;
a = área da bureta;
A = área da amostra;
L = comprimento da amostra;
dV = volume elementar;
dh = altura elementar;
h = leituras na bureta;
t = tempo correspondente às leituras h.
 
 
 
Fig. 10 – Permeâmetro de Carga Variável
2.3. Fatores que influenciam na PermeabilidadeAlém de ser uma das propriedades do solo com maior faixa de variação de valores, o coeficiente de permeabilidade de um solo é função de diversos fatores, dentre os quais podemos citar a estrutura do solo, estratificação do terreno, o grau de saturação e o índice de vazios. E quando da realização de ensaios da temperatura do ensaio.
2.3.1. Estrutura do Solo
A permeabilidade depende não só do índice de vazios, como também da disposição relativa das partículas. A forma coma qual solos são compactados influenciam na disposição das partículas e, consequentemente, na permeabilidade dos mesmos. Nas argilas existem as estruturas isoladas e em grupo que atuam forças de natureza capilar e molecular, que dependem da forma das partículas. Nas areias o arranjo estrutural é mais simplificado, constituindo-se por canalículos interconectados onde a água flui mais facilmente. 
2.3.2. Grau de Saturação
A percolação de água não remove todo o ar existente num solo não saturado. Permanecem bolhas de ar, contidas pela tensão superficial da água. Estas bolhas de ar constituem obstáculos ao fluxo de água. Desta forma, o coeficiente de permeabilidade de um solo não saturado é menor do que o que ele apresentaria se estivesse totalmente saturado. A diferença, entretanto não é muito grande.
2.3.3. Estratificação do Terreno
Em virtude da estratificação do terreno, os valores do coeficiente de permeabilidade são diferentes nas diferentes direções nas direções horizontal e vertical. Sendo continuo o escoamento na vertical, a velocidade V é constante. No sentido horizontal, todos os estratos têm o mesmo gradiente hidráulico.
Na Figura 11, chamando-se k1, k2, k3...kn, os coeficientes de permeabilidade das diferentes camadas e1, e2, e3,... en, respectivamente as suas espessuras, deduzimos as fórmulas dos valores médios de k nas direções paralela e perpendicular aos planos de estratificação.
 Fig. 11 –Fluxo nas Direções Horizontal (a) e Vertical (b)
Permeabilidade paralela à estratificação - Na direção horizontal, todos os estratos têm o mesmo gradiente hidráulico i. Assim, chegamos até a equação abaixo:
Permeabilidade perpendicular à estratificação – Na direção vertical, sendo contínuo o escoamento, a velocidade v é constante. Portanto:
Assim, chegamos até a equação abaixo:
Demonstra-se, ainda que em todo depósito estratificado, teoricamente:
khkv
2.3.4. Índice de Vazios
A permeabilidade dos solos esta relacionada com o índice de vazios, logo com a sua porosidade. Quanto mais poroso for um solo (maior a dimensão dos poros), maior será o índice de vazios, por conseguinte, mais permeável (para argilas moles, isto não se verifica).
A equação de Taylor correlaciona o coeficiente de permeabilidade com o índice de vazios do solo. Quanto mais fofo o solo, mais permeável ele é. Conhecido o k para um certo solo, pode-se calcular o k para outro pela proporcionalidade: Esta equação é boa para as areias.
Amostras de um mesmo solo, com mesmo índice de vazios, tenderão a apresentar permeabilidades diferentes em função da estrutura. A amostra no estado disperso terá uma permeabilidade menor que a amostra de estrutura floculada. Este fator é marcante no caso de solos compactados que, geralmente, quando compactados no ramo seco, apresentam uma disposição de partículas (estrutura floculada) que permite maior passagem de água do que quando compactados mais úmido (estrutura dispersa), ainda que com o mesmo índice de Vazios.
A influência do índice de vazios sobre a permeabilidade, em se tratando de areias puras e graduadas, pode ser expressa pela equação de A. Casagrande:
k0,85 é o coeficiente de permeabilidade do solo quando e = 0,85.
2.3.5. Temperatura
Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade da água, portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a mesma escoará mais facilmente pelos poros do solo. Por isso, os valores de “k” obtidos nos ensaios são geralmente referidos à temperatura de 20°C, o que se faz pela seguinte relação:
Onde:
k20 = coeficiente de permeabilidade a 20°C;
kT = coeficiente de permeabilidade a T°C;
μ T = viscosidade da água a T°C;
μ 20 = viscosidade da água a 20°C;
Ck = μ T / μ 20 = fator de correção em função da temperatura (Figura 12 abaixo).
Fig. 12 – Tabela do Fator ck em função da Temperatura
2.3.6. Granulometria
O tamanho das partículas que constituem os solos influencia no valor de “k”. Nos solos pedregulhosos sem finos (partículas com diâmetro superior a 2mm), por exemplo, o valor de “k” é superior a 0,01cm/s; já nos solos finos (partícula com diâmetro inferior a 0,074mm) os valores de “k” são bem inferiores a este valor.
2.3.7. Composição Mineralógica
A predominância de alguns tipos de minerais na constituição dos solos tem grande influência na permeabilidade. Por exemplo, argilas moles que são constituídas, predominantemente, de argilo-minerais (caulinitas, ilitas e montmorilonitas) possuem um valor de “k” muito baixo, que varia de 10-7 a 10-8 cm/s. Já nos solos arenosos, cascalhentos sem finos, são constituídos, principalmente, de minerais silicosos (quartzo) o valor de “k” é da ordem de 1,0 a 0,01cm/s.
Metodologia
A amostra de solo deformada que foi usada para a realização do ensaio de permeabilidade a carga constante foi retirada de um local do Rio Paraíba na cidade de Cabaceiras-PB, e a utilizada para o ensaio a carga variável foi retirada do Aterro De Campina Grande-PB. 
Materiais Gerais
3.1.1. Permeabilidade – Carga Constante
Permeâmetro, composto de um cilindro dotado de orifício de entrada e saída; 
Corpo de prova já moldado e saturado; 
Cronômetro; 
Mangueira que possa ser conectada sem folgas aos orifícios do permeâmetro; 
Tubos manométricos dotados de escalas graduadas em milímetros; 
Discos em chapa metálica perfurada; 
Papel filtro com diâmetro aproximadamente igual ao diâmetro do corpo-de-prova; 
Balança; 
Bomba de Vácuo;
Reservatório de água; 
Pequena quantidade de areia.
3.1.2. Permeabilidade – Carga Variável (Vertical e Horizontal)
Permeâmetro; 
Corpo de prova já moldado e saturado; 
Painel vertical de madeira para fixação da bureta de vidro; 
Bureta de vidro, graduada em décimo de centímetros; 
Papel filtro com diâmetro aproximadamente igual ao diâmetro do corpo-de-prova; 
Pequena quantidade de areia; 
Mangueira que possa ser conectada sem folgas aos orifícios do permeâmetro; 
Alimentação de água; 
Cronômetro;
Execução dos ensaios
O ensaio de Permeabilidade foi normalizado pela ABNT: NBR’s13292/1995 e 14545/2000.
Procedimento
Ao chegarmos ao laboratório, a amostra já havia sido preparada. A mesma foi seca ao ar (secagem prévia) até próximo à umidade higroscópica e foi homogeneizada.
Para a realização do ensaio de permeabilidade de carga constante, foi utilizada menos de 10% da amostra passada na peneira de 0,075 mm, de acordo com a NBR 13292/95. Antecedendo o ensaio de permeabilidade, a análise granulométrica do material é realizada, de acordo com a NBR 7181. Do material passante na peneira de 19,0 mm, selecionou-se, com uso do repartidor de amostra ou por quarteamento, uma quantidade aproximadamente igual a duas vezes a necessária para preencher o permeâmetro e em uma bandeja foi realizada a homogeneização.
Para a realização dos ensaios de permeabilidade com carga variável vertical e horizontal, a amostra de solo utilizada foi a que passou na peneira Nº 4, de 4,8 mm. No entanto, inicialmente, foi feito o ensaio de compactação, usando o Proctor normal, e determinou-se a Máx, hótima e a umidade higroscópica do solo. Conhecida a umidade ótima e a umidade higroscópica, calculou-se a quantidade de solo e água para a moldagem dos corpos de prova para o ensaio de compactação. E com isso, foi determinada a massa específica real do solo. 
Permeabilidade 
Carga Constante – Segundo a norma da ABNT NBR 13292/1995, o ensaio de permeabilidade de carga constante é realizado conforme osseguintes procedimentos: 
Selecionar o Permeâmetro e realizar as medições prescritas na norma;
Utilizar a bomba de vácuo e aplicar no corpo de prova inserido no permeâmetro. Com o vácuo aplicado, abrir a válvula da base e proceder à saturação do corpo de prova, elevando-se gradualmente o reservatório de água. A entrada de água no corpo de prova se realizará somente pela ação da gravidade, de cima para baixo e sob condições de vácuo, de modo a remover o ar remanescente nele;
Após a saturação do corpo de prova e o preenchimento do permeâmetro com água, reduzir gradualmente o vácuo aplicado no corpo de prova e no reservatório de água, até que ele se anule;
Fechar a válvula da base do permeâmetro e desconectar as ligações com o reservatório de água e com a bomba de vácuo. Então, deve-se preencher com água o tubo de ligação do reservatório de carga constante com o topo do permeâmetro e efetuar a conexão deste tubo com a válvula do topo do permeâmetro, que deve estar saturada. A seguir, abrir ligeiramente as válvulas dos manômetros, para permitir a passagem de água livre de ar. Conectar, os tubos manométricos às válvulas correspondentes, de forma a preenchê-los com água. Aguardar que os níveis de água nos tubos manométricos atinjam uma condição estável e se igualem, o que deve ocorrer aproximadamente na cota de água no reservatório de carga constante;
Com todas as válvulas abertas aguardar que as cargas se estabilizem, sem apresentar variações apreciáveis nos níveis de água dos tubos manométricos. Medir e registrar a carga H (diferenças entre os tubos manométricos), a temperatura T, o tempo t e o volume percolado neste tempo Q, com exatidões de 0,1 cm, 0,1 °, 1 s e 2 cm3, respectivamente;
Aumentando-se a carga de 0,5 cm em 0,5 cm, repetir o procedimento anterior, de modo a estabelecer adequadamente a região do fluxo laminar, na qual a velocidade (V=Q/St) é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico (i=H/L). Quando houver indicações de que a relação entre a velocidade e o gradiente deixou de ser linear, e o regime não é mais laminar, os incrementos de carga podem ser realizados de 1 cm em 1 cm, de forma a definir a região onde o fluxo se processa em regime turbulento, caso seja relevante para as condições a ocorrerem no campo;
Finalizando o ensaio, deve-se drenar o corpo de prova e verificar, visualmente, se ele apresenta-se homogêneo e isotrópico em suas características.
Carga Variável– Segundo a norma da ABNT NBR 14545/2000, o ensaio de permeabilidade de carga variável é realizado conforme os seguintes procedimentos: 
Prepara-se a base do permeâmetro colocando na tampa inferior uma tela de arame com malha de abertura 2 mm e, sobre ela, uma camada de areia grossa com espessura da ordem de 1 cm, que será recoberta por um anel de borracha para evitar o seu contato com a parafina e o asfalto que envolverá o corpo de prova;
Em seguida, acopla-se o cilindro metálico à base assim preparada;
Posiciona-se o corpo de prova no centro do cilindro e o envolve com a parafina e com o asfalto;
A colocação do material que envolve o corpo de prova deve se processar em camadas da ordem de 2 cm de altura, compactando-se os bastões de forma a evitar o aparecimento de caminhos preferenciais entre as paredes do cilindro e o corpo de prova;
Coloca-se um anel de borracha cobrindo o topo do anel formado pela argila circundante ao corpo de prova, ao preencher o restante da altura do cilindro com areia grossa e fechar o conjunto com a tampa superior;
Satura-se o corpo de prova por meio de percolação no sentido ascendente, efetuada pelo orifício localizado na tampa inferior;
O processo será considerado satisfatório quando ocorrer o surgimento de água no orifício localizado na tampa superior e a percolação se processa sem a presença de bolhas de ar;
Conecta-se o sistema de aplicação e medição de cargas hidráulicas ao orifício localizado na tampa superior e iniciar o ensaio propriamente dito, efetuando medidas das cargas hidráulicas, dos tempos decorridos e da temperatura da água que percola pelo corpo de prova;
Prossegue-se o ensaio até a obtenção de pelo menos quatro determinações do coeficiente de permeabilidade, relativamente próximos, os quais não apresentem tendências evidentes, quer de crescimento, quer de diminuição.
Acompanhamento Fotográfico
 Fig. 13 – Material para a Compactação Fig. 14 – Colocação da amostra na Bomba a Vácuo
 Fig. 15 – Saturação do Corpo de Prova Fig. 16 – Permeâmetro de Carga Constante 
 Fig. 17 – Leitura nos Manômetros Fig. 18 – Controle no tempo e Vazão 
 Fig. 19 – Fluxo de água no Permeâmetro Constante Fig. 20 – Permeâmetro de Carga Variável
Resultados
Cálculos
Permeabilidade – Carga Constante
Realizando as operações abaixo podemos encontrar o Coeficiente de Permeabilidade (k20°C). Os valores obtidos abaixo foram anotados na tabela da figura 21.
Fórmula Utilizada
Determinação do Coeficiente de Permeabilidade:
Onde:
V - é a quantidade de água medida na proveta (cm3);
L - é o comprimento da amostra medido no sentido do fluxo (cm);
A - área da seção transversal da amostra (cm2);
h - diferença do nível entre o reservatório superior e o inferior (cm);
t - é o tempo medido entre o inicio e o fim do ensaio (s);
Nº 1
Nº 2
Nº 3
	OBRA:
	ÓRGÃO EXECUTOR:
	TRECHO: RIO PARAÍBA (CABACEIRAS-PB)
	REGISTRO:
	SONDAGEM: ESTACA:
	AMOSTRA: solo granular PROFUNDIDADE:
	INTERESSADO:Disciplina Mec. Solos Experimental
	TIPO DE AMOSTRA – NATURAL( ) - COMPACTADA ( X)
	ENERGIA PROCTOR:Normal
	DIÂMETRO DA AMOSTRA - (cm): ALTURA – L (cm):10,2
	OPERADOR: Francisco Neto
	ÁREA DA AMOSTRA (cm²):41,854
	
	Distância entre manômetros: 1 e 2 = 10,2 cm 2 e 3 = _______ cm 1 e 3 = ______ cm
	DATA
	TEMPO EM HORAS
	TEMPO EM MINUTO
	LEITURA NOS MANÔMETROS
	DIFERENÇA ENTRE LEITURAS
	VOLUME COLETADO
cm³
	VAZÃO
	KT (cm/s)
	
	
	
	1
	2
	3
	1 e 2
	2 e 3
	1 e 3
	
	
	
	02/08/2016
	
	1 m
	10,5
	16,5
	
	6,0
	
	
	120
	
	0,081
	02/08/2016
	
	1 min
	11,7
	18,8
	
	7,1
	
	
	135
	
	0,077
	02/08/2016
	
	1 min
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	Km=0,0797
	Coeficiente de permeabilidade corrigido à 20°C (cm/s)
	K(20°C) = 7,97x10-2 x 0,8474 = 6,7x10-2
		Fig. 21 – Tabela – Cálculo do Coeficiente de Permeabilidade de Carga Constante
4.1.2.Permeabilidade – Carga Variável (Vertical e Horizontal)
Realizando as operações abaixo podemos encontrar o Coeficiente de Permeabilidade (k20°C). Os valores obtidos abaixo foram anotados na tabela da figura 22 e 23.
Fórmula Utilizada
Determinação do Coeficiente de Permeabilidade:
Onde:
k = permeabilidade;
a = área da bureta;
A = área da amostra;
L = comprimento da amostra;
h0 e hf = leituras na bureta;
tf e t0 = tempo correspondente às leituras h.
Vertical – 
Nº 1 –
Nº 2 – 
Nº 3 – 
Nº 4 – 
Nº 5 – 
Nº 6 – 
Índice de vazios (e)
Grau de compactação
 
	OBRA:
	ÓRGÃO EXECUTOR:
	TRECHO: ATERRO DE CAMPINA GRANDE-PB
	REGISTRO:
	SONDAGEM: ESTACA:
	AMOSTRA: PROFUNDIDADE:
	INTERESSADO:Disciplina Mec. Solos Experimental
	TIPO DE AMOSTRA – NATURAL( ) - COMPACTADA ( X)
	ENERGIA PROCTOR:Normal
	DIÂMETRO DA AMOSTRA - (cm):10,1 ALTURA – L (cm):12,4
	OPERADOR:Netinho
	ALTURA DO CORPO DEPROVA h (cm):12,4-1,0 = 11,4
	s(Máx) (g/cm3)= 1,840 h(ótima) = 12,2 (%) h(higroscópica) = 1,27 (%) Massa Específica Real do Solo (r) ( (g/cm3) = 2,651
	Molde N°: 02
	Teor de Umidade
	Moldagem
	Saturação
	Área do Molde – A (cm2) (d²/4):80,08
	Cápsula N° 
	16
	03
	04
	15
	Volume do Molde – V (cm3) (A x h):993,0
	Solo Úmido + Cápsula (g)
	84,80
	70,30
	72,31
	88,92
	Molde + Solo Úmido – PBh (g):4.435,0
	Solo Seco + Cápsula(g)
	77,46
	64,41
	64,10
	78,71
	Massa do Molde – P (g):2.391,0
	Massa da Cápsula(g)
	14,85
	13,02
	13,70
	14,61
	Massa do Solo Úmido Inicial – PhI (PBh – P) (g):2.044,0
	Massa de Água(g)
	7,34
	5,89
	8,21
	10,22
	Massa do Solo Úmido Final – PhF (g):2058,0
	Massa de Solo Seco(g)
	62,61
	51,39
	50,40
	64,10
	Massa do Solo Seco Final – PsF (g):1,844
	Umidade(%)
	11,72
	11,49
	16,29
	15,94
	Massa Específica Aparente Úmida Inicial - i (Phl/V)(g/cm3):2,044
	Umidade Média(%)
	11,59
	16,12
	Massa Específica Aparente Úmida Final - f(g/cm3):
	Grau de Saturação(%)
	
	
	
	
	Massa Espec. Apar. do Solo Seco de Moldagem - s(g/cm3): 1,844
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Seção do Tubo Piezométrico – a (cm2):
	0,202
	0,202
	0,202
	0,202
	0,202
	0,202
	
	
	Seção da Amostra – A (cm2): Comprimento – L (cm):
	80,08
	80,08
	80,08
	80,08
	80,08
	80,08
	
	
	Tempo Inicial – t0 (s):
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	
	
	Tempo Final – tf (s):
	60
	60
	60
	60
	60
	60
	
	
	Carga no Tempo Inicial – h0 (cm):
	124,6
	124,6
	124,6
	124,6
	124,6
	124,6
	
	
	Carga no Tempo Final – hf (cm):
	77.6
	80,1
	79,0
	79,9
	79,6
	80,6
	
	
	Coeficiente de Permeabilidade – Kt (cm/s):
	2,2x10-4
	2,11x10-4
	2,18x10-4
	2,13x10-4
	2,14x10-4
	2,08x10-4
	Kmédio = 2,14 x10-4
	Temperatura da Água – T (° C):
	27
	27
	27
	27
	27
	27
	
	
	Viscosidade da Água -
	0,8474
	0,8474
	0,8474
	0,8474
	0,8474
	0,8474
	
	
	Coeficiente de Permeabilidade médio, Corrigido à 20°C (cm/s):
	K(20°C) = 2,14 x10-4 x 0,8474 = 1,8 x10-4
 Fig. 22 – Tabela – Cálculo do Coeficiente de Permeabilidade de Carga Variável Vertica
Horizontal – 
Nº 1 – 
Nº 2 – 
Nº 3 – 
Nº 4 – 
Nº 5 – 
Índice de vazios (e)
Grau de compactação
	OBRA:
	ÓRGÃO EXECUTOR:
	TRECHO: ATERRO DE CAMPINA GRANDE-PB
	REGISTRO:
	SONDAGEM: ESTACA:
	AMOSTRA: PROFUNDIDADE:
	INTERESSADO:Disciplina Mec. Solos Experimental
	TIPO DE AMOSTRA – NATURAL( ) - COMPACTADA ( X)
	ENERGIA PROCTOR:Normal
	DIÂMETRO DA AMOSTRA - (cm):6,8 ALTURA – L (cm):11,3
	OPERADOR:Netinho
	ALTURA DO CORPO DE PROVA h (cm):8,1
	s(Máx) (g/cm3)= 1,840 h(ótima) = 12,2 (%) h(higroscópica) = 21,27 (%) Massa Específica Real do Solo (r) ( (g/cm3) = 2,651
	Molde N°:08
	Teor de Umidade
	Moldagem
	Saturação
	Área do Molde – A (cm2) (d²/4):80,08
	Cápsula N° 
	13
	19
	01
	17
	Volume do Molde – V (cm3) (A x h):905,0
	Solo Úmido + Cápsula (g)
	83,84
	85,81
	71,38
	100,63
	Molde + Solo Úmido – PBh (g):3.631,0
	Solo Seco + Cápsula(g)
	76,16
	77,80
	63,62
	88,43
	Massa do Molde – P (g):1.750,0
	Massa da Cápsula(g)
	13,25
	13,57
	13,85
	13,74
	Massa do Solo Úmido Inicial – PhI (g):1880,0,0
	Massa de Água(g)
	7,68
	8,01
	7,76
	11,80
	Massa do Solo Úmido Final – PhF (g):2077,0
	Massa de Solo Seco(g)
	62,91
	64,23
	49,77
	75,09
	Massa do Solo Seco Final – PsF (g): 1849,0
	Umidade(%)
	12,21
	12,47
	15,59
	15,71
	Massa Específica Aparente Úmida Inicial - i (Phl/V)(g/cm3):
	Umidade Média(%)
	13,34
	15,65
	Massa Específica Aparente Úmida Final - f(g/cm3):
	Grau de Saturação(%)
	
	
	
	
	Massa Espec. Apar. do Solo Seco de Moldagem - s(g/cm3): 1,849
	
	
	
	Seção do Tubo Piezométrico – a (cm2):
	0,202
	0,202
	0,202
	0,202
	0,202
	
	
	
	Seção da Amostra – A (cm2): 
	36,29
	36,29
	36,29
	36,29
	36,29
	
	
	
	Tempo Inicial – t0 (s):
	0
	0
	0
	0
	0
	
	
	
	Tempo Final – tf (s):
	60
	60
	60
	60
	60
	
	
	
	Carga no Tempo Inicial – h0 (cm):
	127,9
	127,9
	127,9
	127,9
	127,9
	
	
	
	Carga no Tempo Final – hf (cm):
	92,1
	91,9
	89,4
	90,4
	89,9
	
	
	
	Coeficiente de Permeabilidade – Kt (cm/s):
	2,47x10-4
	2,48x10-4
	2,68x10-5
	2,60x10-4
	2,64x10-4
	
	
	
	Temperatura da Água – T (° C):
	27
	27
	27
	27
	27
	Kmédio = 2,574 x 10-4
	Viscosidade da Água -
	0,8474
	0,8474
	0,8474
	0,8474
	0,8474
	
	
	
	Coeficiente de Permeabilidade médio, Corrigido à20°C (cm/s):
	K(20°C) = 2,574x10-4 x0,8474 = 1,2x10-4 
 Fig. 23 – Tabela – Cálculo do Coeficiente de Permeabilidade de Carga Variável Horizontal
Análise e Discussão de Resultados
Permeabilidade de Carga Constante
A partir dos resultados obtidos dos valores de coeficientes de permeabilidade, percebemos que eles são da ordem de 10-2 cm/s. Com isso, as amostras podem ser classificadas como: areias grossas, segundo a figura 06. Sendo assim, elas são muito permeáveis, com pouca retenção de água.
Permeabilidade de Carga Variável (Vertical e Horizontal)
A partir dos resultados obtidos dos valores de coeficientes de permeabilidade, percebemos que eles são da ordem de 10-4 cm/s. Com isso, as amostras podem ser classificadas como: areias muito finas e siltes misturadas com argila, segundo a figura 06. Sendo assim, ao contrário das amostras ensaiadas à permeabilidade constante, as amostras à permeabilidade variável são pouco permeáveis, e possuem alta retenção de água.
Conclusões
Através deste ensaio de Permeabilidade, podemos concluir que os solos arenosos (cujos principais constituintes – areias – são de dimensões superiores), são bastante permeáveis e a sua capacidade de retenção de água é muito reduzida. Concluímos também que os solos argilosos (cujos principais constituintes – argilas – são de dimensões inferiores) são muito pouco permeáveis e a sua capacidade de retenção de água é elevada.
Podemos assim afirmar que a dimensão das partículas componentes do solo está diretamente relacionada com a permeabilidade do solo. Quanto maior a dimensão das partículas, maior a permeabilidade do solo. E, quanto maior a permeabilidade do solo, menor a sua capacidade de retenção de água.
Referências Bibliográficas
PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas/3ª Edição – São Paulo: Oficina de Textos, 2006.
NBR 13292/1995 – Solo – Determinação do Coeficiente de Permeabilidade de Solos Granulares à Carga Constante.
NBR 14545/2000 – Solo – Determinação do Coeficiente de Permeabilidade de Solos Argilosos a Carga Variável.
Ebah! http://www.ebah.com.br. Acesso no dia: 15/03/2013.
LUCENA, Adriano Elísio de F. Lucena. Aula Nº 03 da disciplina de Mecânica dos Solos – UFCG – Campina Grande: Dezembro, 2012.
LUCENA, Adriano Elísio de F. Lucena. Aula Nº 10 da disciplina de Mecânica dos Solos – UFCG – Campina Grande: Fevereiro, 2013.