AULA PERMEABILIDADE

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Permeabilidade dos Solos
Prof.: Claudenice Paulino da Silva
Disciplina: Princípios Básicos da Mecânica dos Solos
Curso: Bacharelado em Engenharia Civil
Definições
		A água ocupa a maior parte dos vazios do solo. E quando é submetida a diferenças de potenciais, ela se desloca no seu interior. As leis que regem os fenômenos de fluxo de água em solos são aplicadas nas mais diversas situações da engenharia como:
No cálculo das vazões;
Na análise de recalques;
Nos estudos de estabilidade geral da massa de solo;
Possibilidades da água de infiltração produzir erosão.
Definições
		
		Permeabilidade é a propriedade que os solos tem de permitir o escoamento de água através dos seus vazios. Os solos podem ser mais ou menos permeáveis, e sua avaliação é feita através do coeficiente de permeabilidade. 
		Coeficiente de Permeabilidade pode ser determinado através de: 
– ensaios de laboratório (amostras indeformadas) 
– ensaios “in situ”
Solos Argilosos x Arenosos
Figura 1: Permeabiilidade de Solos ArgilososxArenosos. Fonte: google/imagens.
Reynolds
		 Reynolds 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 foram anotados na forma gráfica, tendo: 
	o gradiente hidráulico “i = h/l” 
			X 
	a velocidade de escoamento “v”.
Reynolds
		Reynolds (1883) verificou que o escoamento pode ser de dois tipos: laminar (sob certas condições) e turbulento.
		Escoamento ocorre com uma trajetória retilínea. Caso contrário, é dito turbulento.
Figura 2: Experimento de Reynolds.
Reynolds
		Verifica-se que há uma velocidade crítica “vc” abaixo da qual o regime é laminar, havendo proporcionalidade entre o gradiente hidráulico e a velocidade de fluxo.
Figura 3: Experimento de Reynolds.
Reynolds
		 O valor de “vc” é relacionado teoricamente com as demais grandezas intervenientes através da equação:
Reynolds
	 Conclusão:
	Existe proporcionalidade entre velocidade de escoamento e gradiente hidráulico. 
	Denominado o coeficiente de proporcionalidade entre “v” e “i” de permeabilidade ou condutibilidade hidráulica “k”, tem-se: v = k . i
Darcy
	Obteve experimentalmente a equação v = k . i, 30 anos antes de Reynolds... 
	 Por isso é conhecida como “Lei de Darcy”.
	Experimento: Percolou 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.
Figura 4: Experimento de Darcy.
Darcy
	 	Os resultados indicaram que a velocidade de percolação (v) é proporcional ao gradiente hidráulico (i).
Permeabilidade
Fatores que influenciam:
 
• Granulometria 
• Índice de vazios 
• Composição mineral 
• Estrutura 
• Fluído 
• Macro-estrutura 
• Temperatura
Coeficiente de Permeabilidade
		Ordem de grandeza do coeficiente de permeabilidade: o Quadro 1 apresenta valores típicos do coeficiente de permeabilidade (médios) em função dos materiais (solos arenosos e argilosos).
Quadro 1: Valores típicos do Coeficiente de Permeabilidade
Coeficiente de Permeabilidade
	OBS.:
 - Solos permeáveis (ou que apresentam drenagem livre) permeabilidade superior a 10-7 cm/s. 
- Os demais são solos impermeáveis ou com drenagem impedida
Determinação da Permeabilidade
	1 - Ensaios de laboratório 
	Existem diversos tipos de equipamentos para investigação da condutividade hidráulica de solos em laboratório. São denominados de permeâmetros: 
– Permeâmetro de parede rígida 
– Permeâmetro de parede flexível
Determinação da Permeabilidade
	O permeâmetro de parede rígida é constituído por tubo metálico, plástico ou vidro, onde é colocado o corpo de prova para o ensaio. Tipos de ensaios: 
• Permeâmetro do tipo molde de compactação 
• Permeâmetro do tipo tubo amostrador 
• Permeâmetro do tipo célula de adensamento
Determinação da Permeabilidade
Molde de Compactação
Selamento Anelar
Selamento Anelar
Figura 5, 6 e 7: Permeâmetros.
Determinação da Permeabilidade
	Permeâmetro de parede flexível: Consiste de uma câmara triaxial simplificada adaptada ao ensaio de permeabilidade. 
	
	Pode ser usado com outros líquidos*.
	
Figura 8: Triflex 2 – Equipamento para obtenção da condutividade hidráulica em laboratório. Fonte: Notas de aula da disciplina de Adensamento e Percolação.
Determinação da Permeabilidade
		 Os métodos de ensaio de condutividade hidráulica são nomeados em função do sistema de aplicação de carga hidráulica, que podem ser do tipo: 
• carga constante 
• carga variável 
• vazão constante
Determinação da Permeabilidade
	2. Ensaio de campo (“in situ”) 
• Ensaio de bombeamento 
• Ensaio de permeabilidade em furos de sondagem 
– Ensaio de permeabilidade carga variável 
– Ensaio de permeabilidade carga constante 
• Ensaio com piezômetro 
– Piezômetro do tipo cravado 
– Piezômetro do tipo escavado 
• Ensaio de perda d’água sob pressão
Determinação da Permeabilidade – Carga Constante
		O permeâmetro de carga constante é utilizado toda vez que temos que medir a permeabilidade dos solos granulares (solos com razoável quantidade de areia e/ou pedregulho), os quais apresentam valores de permeabilidade elevados. 
Onde: 
Ksat = coeficiente de permeabilidade à água (cm/s)
V = Volume do líquido percolado (cm3)
L = Altura do corpo de prova (cm)
ΔP = Variação da Pressão (cm H20)
t = Tempo necessário para percolar o volume de 10 ml (s)
Acp = Área do Corpo de Prova (cm2)
Determinação da Permeabilidade – Carga Variável
		Quando o coeficiente de permeabilidade é muito baixo, a determinação pelo permeâmetro de carga constante é pouco precisa. Emprega-se, então, o de carga variável, como esquematizado abaixo:
Onde:
a - área interna do tubo de carga (cm2)
A - seção transversal da amostra (cm2)
L - altura do corpo de prova (cm)
h0 - distância inicial do nível d`água para o reservatório inferior (cm)
h1 - distância para o tempo 1, do nível d`água para o reservatório inferior (cm)
t - intervalo de tempo para o nível d`água passar de h0 para h1 (cm)
Determinação da Permeabilidade
		O valor de k é comumente expresso com um produto de um número por uma potência negativa de 10. Exemplo: k = 1,3 x 10-8 cm/s, valor este, aliás, característico de solos considerados como impermeáveis para todos os problemas práticos.
VALORES TÍPICOS:
	
ARGILAS - k  10-9 cm/s
SILTES - 10-9  k  10-6 m/s
AREIAS ARGILOSAS – k  10-7 m/s
AREIAS FINAS – k  10-5 m/s
AREIAS MÉDIAS – k  10-4 m/s
AREIAS GROSSAS – k  10-3 m/s
Curva característica x Condutividade Hidráulica
Figura 9: Esquema das funções de permeabilidade e curvas características para uma areia e um silte argiloso. (Fredlund, 2000).
Permeabilidade
	
	Por que a permeabilidade de um solo não saturado é menor do o solo saturado?
	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. Logo, o coeficiente de permeabilidade de um solo não saturado é menor do que o que ele apresentaria se estivesse totalmente saturado. 
	
Referências Bibliográficas
	
D.G. Fredlund & H. Rahardjo. Soil Mechanicsfor Unsaturated Soils.. Editado por John Wiley& Sons, 1993.
JUCÁ, J. F. T. Comportamiento de los suelos parcialmente saturados bajo succion controlada. Tesis Doctoral. Universidade Politecnica de Madrid. Madrid, Julio 1990.
MARINHO, F. A. M. Os Solos Não Saturados: Aspectos Teóricos, Experimentais e Aplicações. Texto apresentado para à Escola Politécnica de São Paulo para o concurso de docência na especialidade de Geomecânica. São Paulo, fevereiro de 2005.
PUC – Rio – Certificação digital n° 0611854/CA. Solos Não Saturados.
	
OBRIGADA!
	”. 
Claudenice Paulino da Silva
Mestranda em Engenharia Civil – Geotecnia/ 
Pós Graduada em Engenharia de Segurança do Trabalho/ Engenheira Ambiental
e Técnica em Edificações
E-mail: tecclaudenice@hotmail.com
Fone: 8199782868/ 99782868