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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
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