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2014.1 CURSO DE ENGENHARIA CIVIL NOTA DE AULA DE MECÂNICA DOS SOLOS – PERMEABILIDADE ISABELLY CÍCERA DIAS VASCONCELOS isabelly.vasconcelos@unipe.br 1 SUMÁRIO 2 INTRODUÇÃO ... 03 IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DA PERMEABILIDADE ... 04 COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE ... 05 FATORES QUE INFLUEM NA PERMEABILIDADE ... 07 PERMEABILIDADE EM TERRENOS ESTRATIFICADOS ... 09 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE ... 11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 15 INTRODUÇÃO Com muita frequência, a água ocupa a maior parte ou a totalidade dos vazios do solo. 3 A permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da água através dele, sendo seu grau de permeabilidade expresso numericamente pelo “coeficiente de permeabilidade”. Submetida a diferença de potenciais, a água se desloca no seu interior. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DA PERMEABILIDADE O conhecimento da permeabilidade de um solo é de grande importância em diversos problemas práticos de engenharia: • No cálculo das vazões, através da estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação; • Na análise de recalques, porque, frequentemente, recalque está relacionado com diminuição de índice de vazios, que ocorre pela expulsão de água destes vazios; e • Nos estudos de estabilidade. 4 COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE Experimentalmente, Darcy, em 1850, verificou como os diversos fatores geométricos, influenciavam a vazão da água, expressando a equação que ficou conhecida pelo seu nome: Gradiente hidráulico (i) A l h kQ Sendo: Q = vazão k = uma constante para cada solo, que recebe o nome de coeficiente de permeabilidade h = diferença entre os níveis de água l = espessura da camada de solo A = área do permeâmetro 5 COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE AikQ ik A Q ikvp 6 A l h kQ Gradiente hidráulico (i) FATORES QUE INFLUEM NA PERMEABILIDADE O coeficiente de permeabilidade varia para diferentes solos e, para um mesmo solo, dependendo essencialmente do índice de vazios e da temperatura. • Índice de vazios: quanto mais fofo o solo, mais permeável ele é. Maior índice de vazios (e) Maior o coeficiente de permeabilidade (k) 7 • Temperatura: Quanto maior for a temperatura, menor a viscosidade da água e, portanto, mais facilmente ela escoa pelos vazios do solo com correspondente aumento do coeficiente de permeabilidade . Logo, k é inversamente proporcional à viscosidade da água e diretamente proporcional à temperatura. FATORES QUE INFLUEM NA PERMEABILIDADE Conhecido o k para um certo tipo de solo, pode- se calcular o k para o outro solo pela proporcionalidade da equação apresentada (mais utilizada para areias): 2 3 2 1 3 1 2 1 1 1 e e e e k k Sendo: k1 = coeficiente de permeabilidade do solo 1 k2 = coeficiente de permeabilidade do solo 2 e1 = índice de vazios do solo 1 e1 = índice de vazios do solo 2 8 PERMEABILIDADE EM TERRENOS ESTRATIFICADOS Em virtude da estratificação do solo, os valores de k são diferentes nas direções horizontal e vertical. 9 Chamando-se de k1, k2, k3, ... os coeficientes de permeabilidade das diferentes camadas e de e1, e2, e3, ... respectivamente as suas espessuras, deduzamos as fórmulas dos valores médios de k nas direções paralela e perpendicular aos planos de estratificação. PERMEABILIDADE EM TERRENOS ESTRATIFICADOS a) Permeabilidade paralela à estratificação Na direção horizontal, todos os estratos têm o mesmo gradiente hidráulico (i). i ii h e ek k b) Permeabilidade perpendicular à estratificação Na direção vertical, sendo contínuo o escoamento, a velocidade v é constante. i i i v k e e k Sendo: ki = coeficiente de permeabilidade do solo ei = espessura da camada do solo 10 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE Para a determinação do coeficiente de permeabilidade dos solos, são empregados os seguintes procedimentos: a) Permeâmetro de carga constante b) Permeâmetro de carga variável 11 a) Permeâmetro de carga constante Mantida a carga h, durante um certo tempo, a água percolada é colhida e seu volume é mantido. L h Pedra porosa Amostra de solo Pedra porosa h = constante 12 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE É a representação da experiência de Darcy. ik A Q Lei de Darcy iA Q k 13 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE b) Permeâmetro de 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 mostrado no esquema a seguir: 14 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE b) Permeâmetro de carga variável h h2 h1 Pedra porosa Pedra porosa Amostra de solo Anota-se o tempo necessário para o nível d`água percolar do tubo de área a de h1 para h2. 2 1log. . . .3,2 h h tA La k Sendo: a = área do tubo L = espessura da camada de solo A = área do permeâmetro h = diferença entre os níveis de água t = tempo que a água sai do nível h1 para h2 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Caputo, H. P. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações, Vol. 1, 2 e 3. Livros Técnicos Científicos. Editora S. A. Craig, R.F. (1974) – Mecânica dos Solos, Editora LTC. Das, B.M. (2011) – Fundamentos de Engenharia Geotécnica. Editora Thompson. Lambe, T.W. & Whitman, R.V. (1969) Soil Mechanics. John Wiley & Sons, Inc. Pinto, C.S. (2006) – Curso Básico de Mecânica dos Solos. Editora Oficina. Vargas, M.(1977) – Introdução à Mecânica dos Solos. MacGraw Hill. 15
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