PERMEABILIDADE ,CAPILARIDADE E PERCOLAÇÃO

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

PERMEABILIDADE ,CAPILARIDADE E PERCOLAÇÃO 
PERMEABILIDADE
		É a propriedade do solo que permite que a água ultrapasse o mesmo, através de poros vazios do solo. Existe uma maior e uma menor dificuldade de escoamento dessa água, isso vai variar de acordo com o solo em que a água se encontra. 
Portanto, a permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da água por meio dele, sendo o seu grau de permeabilidade 
expresso, numericamente, pelo “coeficiente de permeabilidade”.
	O conhecimento do valor da permeabilidade é muito importante em algumas obras de engenharia, principalmente, na estimativa da vazão que percolará através do maciço e da fundação de barragens de terra, em obras de drenagem, rebaixamento do nível d’água, adensamento, etc.
	Portanto, os mais graves problemas de construção estão relacionados com a presença da água. O conhecimento da permeabilidade e de sua variação é necessário para a resolução desses problemas. O coeficiente de permeabilidade pode ser determinado através de ensaios de laboratório em amostras indeformadas ou de ensaios “in situ”.
		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.
Fatores que Influenciam a Permeabilidade
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.
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).
Composição mineralógica - A predominância de alguns tipos de minerais na constituição dos solos tem grande influência na permeabilidade. 
Fluído - O tipo de fluído que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o fluído é a água com ou sem gases (ar) dissolvidos.
Estrutura - É o arranjo das partículas. 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.
Macro-estrutura - Principalmente em solos que guardam as características do material de
origem (rocha mãe) como diaclases, fraturas, juntas, estratificações. Estes solos constituem o horizonte C dos perfis de solo, também denominados de solos saprolíticos.
Temperatura - Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade d’água, portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a água mais facilmente vai percolar 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:
Valor tabelado
Lei de Darcy
	Em 1856, Darcy (Engenheiro Francês) verificou como os diversos fatores geométricos influenciavam a vazão da água, e propôs sua lei experimental do regime de escoamento dos fluidos para auxiliar nos estudos acerca da determinação da permeabilidade dos solos. 
	A lei de Darcy é amplamente difundida nos estudos (projetos geoténicos ) de barragens,  fundações, fossas séptica, construções que envolvem movimentação do solo e estabilidade.
Temperatura de Ensaio
	A velocidade de descarga da água dentro de um regime de escoamento laminar é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico.
	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.
Coeficiente de permeabilidade
Intervalos de variação de K para diversos solos
	O valor de k é comumente expresso como um produto de um número por uma potência negativa de 10.
Determinação do Coeficiente de Permeabilidade
A determinação de k pode ser através de: 
 Fórmulas: relacionam com a granulometria 
 Laboratório: utilizando-se os “permeâmetros” (de carga constante ou de carga variável) e in loco pelo chamado “ensaio de bombeamento” ou pelo ensaio de “tubo aberto”; Para as argilas, a permeabilidade se determina a partir do “ensaio de adensamento”. 
 Ensaios de campo: sondagem
Ensaio a carga constante
	Neste ensaio a amostra é submetida a uma carga hidráulica constante durante o ensaio (permeâmetro de nível constante). O coeficiente de permeabilidade é determinado pela quantidade de água que percolá a amostra para um dado intervalo de tempo. A quantidade de água é medida por uma proveta graduada, determinando-se a vazão (Q).
Este permeâmetro é muito utilizado para solos de granulação grossa (solos arenosos).
 Q = v . A v = k . i Q = k . i . A Q = k . h/L . A
k = permeabilidade
v = velocidade 
i = gradiente hidráulico
Q = vazão 
L = comprimento 
A = área da amostra 
h = diferença de nível 
V = volume
t = tempo
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); 
Ensaio a carga variável
	Em se tratando de solos finos (solos argilosos e siltosos), o ensaio com carga constante torna-se inviável, devido à baixa permeabilidade destes materiais há pouca percolação de água pela amostra, dificultando a determinação do coeficiente de permeabilidade. Para tais solos é mais vantajoso a utilização de permeâmetros com carga variável, conforme mostra a Figura.
Derivando:
dV1 = k . i . A . dt (na amostra) 
dV2 = - a . dh (na bureta)
dV1=dV2:
k . i . A . dt = - a . dh 
k . h/L . A. dt = - a . dh 
h = f (t)
 Q = V/t = k . i . A 
V = K . i . A . t 
Neste ensaio medem-se os valores h’s obtidos para diversos valores de tempo decorrido desde o início do ensaio, como mostra a Figura .
São anotados os valores da temperatura quando da efetuação de cada medida. O coeficiente de permeabilidade dos solos é então calculado fazendo-se uso da lei de Darcy.
Realizando-se a integração entre h1 e h2 e t1 e t2
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) 
Δt – intervalo de tempo para o nível d’água passar de h0 para h1 (cm) 
CAPILARIDADE
	Capilaridade é o fenômeno de atração e repulsão onde se observa o contato dos líquidos com um sólido fazendo com que esse líquido suba ou desça .A tendência dos líquidos subirem nos tubos capilares é chamada de capilaridade ou ação capilar, sendo isso consequência da tensão superficial.
	Alguns exemplos:	
	O fenômeno da capilaridade dependo do diâmetro do tubo quanto mais fino mais rápido o liquido vai subir contra as forças da gravidade,a capilaridade surge na força que existe entre o liquido e o vidro,
o movimento do liquido subindo o capilar é devido a dois fatores :Força de atração entre o liquido e o vidro e a tenção superficial.
	O liquido fica atraído para as laterais do vidro por isso forma uma curvatura pois o vidro esta atraindo as moléculas
do liquido e devido as forças do liquido chamada tenção superficial que suporta esse liquido ,ele consegue subir uma determinada altura.
Exemplos da importância do estudo de capilaridade
Construção de aterros e pavimentos: a água que sobe por capilaridade tende a comprometer a durabilidade de pavimentos.
Sinfonamento capilar em barragens: a água pode, por capilaridade, ultrapassar barreiras impermeáveis e gerar, por efeito de sinfonamento, percolação através do corpo da barragem.
PERCOLAÇÃO
Corresponde ao fluxo da água através do solo. A percolação traduz o movimento subterrâneo da água através do solo, especialmente nos solos saturados ou próximos da saturação.
Quando a quantidade de água da chuva infiltrada no solo se torna maior que a capacidade de absorção deste, podem ocorrer perdas de água por percolação.
As perdas por percolação são influenciadas pelo regime de chuva e sua distribuição, pelo escoamento do solo, pela evaporação, pelas características do solo e pela camada vegetal
Conhecer como se dá o fluxo da água no solo é muito importante pois ele é responsável por um grande número de problemas práticos de engenharia, os quais podem ser resumidos em três grupos:
A vazão da água através de maciços terrosos, drenos ou filtros.
O recalque nas fundações das obras
A estabilidade geral das massas de solo principalmente de taludes.
	Em muitos casos a água não percola através do solo em apenas uma direção, nem é uniforme ao longo de toda área perpendicular ao fluxo. Essa interação é importante, principalmente, em: 
•Quantidade (volume) de água que se perde através do maciço de uma barragem ou pelo solo aonde a obra se apóia. 
•Obras de Terra e Fundações
Movimento de Agua
O movimento de agua é afetada pela estrutura e textura do solo, sendo maior em solos porosos (poros grandes), fraturados e bem estruturados (formação de agregados). Ou seja, não depende apenas da quantidade de poros, mas também do tamanho e da geometria desses poros por onde o fluido irá ser conduzido. Por isso, em geral, solos arenosos apresentam condutividade hidráulica maior que solos argilosos quando saturados.
Em meios não saturados
Neste caso, a água tende a se deslocar dos poros onde a película tem maior espessura em direção aos poros cuja película é mais fina. Quando o solo não está saturado, alguns poros estão preenchidos também pelo ar, e a capacidade de transmitir água desse poro diminui. A medida que a quantidade de água no solo se reduz, os poros maiores começam a se esvaziar, fazendo com que a água só possa fluir pelos poros menores.
Na saturação, os poros maiores conduzem a maior parte da água. Por isso, solos de textura grossa apresentam maior condutividade hidráulica na saturação. O contrário ocorre no fluxo não saturado: os solos de textura fina tem maior quantidade de poros menores, os quais são capazes de reter e conduzir mais água que os solos de textura grossa quando submetidos à mesma tensão.
Teste de percolação
Para simplificar listamos os passos para o teste:
Cavar um buraco de 30cm x 30cm, que a profundidade seja a mesma q vai ser utilizada ou uma média
Colocar cerca de 5cm de brita no fundo do buraco
Encher o buraco com água e esperar q seja absorvida
Repetir a operação por varias vezes, até que o abaixamento do nível da água se torne o mais lento possível
Medir, com um relógio e uma escala graduada em cm, o tempo gasto em minuto para um abaixamento de 1cm. Este tempo(t) é por definição o tempo de percolação
De posse do tempo (t), pode-se determinar o coeficiente de percolação do terreno
Coeficiente de percolação
Por definição, o coeficiente de percolação (c) representa o numero de litros que 1m2 de área de infiltração do solo é capaz de absorver em um dia. Através da formula
C = 490/t + 2,5
O coeficiente de percolação varia de acordo com os tipos de solo conforme a tabela.
 
TIPOS DE SOLO
Coeficiente de Percolação
Litros/m2/dia
Absorção Relativa
Areia grossa ou cascalho
Maior que 140
Rápida
Argila
140-70
Vagarosa
Areia fina
70-32
Média
Argila arenosa
32-21
Semi-permiavel
Argila compacta ou rocha
Menor que 21
Impermeavel
Bibliografia 
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações. v. 1 e 2. Rio de , 2008. 549p. Janeiro: LTC, 1988.
CRAIG, R.F. Mecânica dos solos. Rio de Janeiro: LTC, 2011.