PERMEABILIDADE FINAL

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ENSAIOS DE CAMPO PARA DETERMINAÇÃO DE PERMEABILIDADE DOS SOLOS
Disciplina: Percolação e Adensamento – 2018.1
Professor: J.F.T.Jucá
Discente: Bruno Diego de Morais
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
Centro de Tecnologia e Geociência (CTG)
Introdução;
Classificação dos ensaios;
Definição e execução dos ensaios;
Questões;
Outros ensaios;
Referências.
SUMÁRIO
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1. INTRODUÇÃO
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Definição:
O ensaio de permeabilidade em furos de sondagens consiste na medida da vazão, representada pelo volume de água absorvido ou retirado, durante um intervalo de tempo, em função da aplicação de diferenciais de pressão induzida por colunas d’água, resultante da injeção ou da retirada de água do furo.
Manual de Sondagens 5ª Edição. ABGE (2013).
INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
Aplicação:
Eles são aplicados em terrenos objeto de estudos para implantação de obras civis e/ou projetos ambientais. 
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ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013
FIGURA 1
INTRODUÇÃO
Vantagens e Desvantagens:
Porém, de acordo com Pinto (2000):
Os ensaios de campo são menos precisos do que os de laboratório;
Os ensaios de laboratório são precisos no que se refere à amostra ensaiada, mas muitas vezes as amostras não representam bem o solo.
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FIGURA 2
INTRODUÇÃO
Vantagens e Desvantagens:
Entretanto, segundo Massad (2010):
Os ensaios in situ são indispensáveis quando as amostragens indeformadas são difíceis de obter;
É necessário a execução de Sondagens de Simples Reconhecimento. Para conhecer a compacidade ou consistência e a posição do lençol freático antes dos ensaios. 
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FIGURA 3
A interpretação dos ensaios baseia-se em certas hipóteses simplificativas:
O escoamento é laminar (para aplicação da lei de Darcy); 
O meio é isotrópico e homogêneo;
O regime de escoamento é permanente. 
INTRODUÇÃO
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2. CLASSIFICAÇÃO DOS ENSAIOS
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MANEIRA DE UTILIZAÇÃO
PRESSÃO APLICADA
DENOMINAÇÃO DOS ENSAIOS
MÉTODO DE PROSPECÇÃO
RECOMENDAÇÃO
NÍVEL CONSTANTE
Carga (positivo - injeção)
Infiltração
Sondagens,poços e cavas
Solos permeáveis
Descarga (negativo - retirada)
Bombeamento
Sondagens
e poços
Solos permeáveis
NÍVELVARIÁVEL
Carga (positivo - injeção)
Rebaixamento
Sondagens
e poços
Solos de baixa permeabilidade
Descarga (negativo - retirada)
Ensaiode Recuperação
Sondagens
e poços
Solos de baixa permeabilidade
CLASSIFICAÇÃO DOS ENSAIOS
QUADRO 1 - ADAPTADO
ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013.
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CARGA HIDRÁULICA CONSTANTE
Nos ensaios a nível constante mede-se a vazão necessária (por injeção ou bombeamento) para o nível d’água ficar numa posição constante no interior do furo de sondagem ao longo de toda duração do ensaio.
 
NÍVEL CONSTANTE 
Infiltração
Bombeamento (abaixo do lençol freático)
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CARGA HIDRÁULICA VARIÁVEL
Nos ensaios a nível variável o nível d’água natural é alterado para uma posição que se pode denominar nível d’água inicial do ensaio. 
A tendência do nível d’água voltar à posição original é acompanhada ao longo do tempo de realização do ensaio.
 
NÍVEL VARIÁVEL 
Rebaixamento
Recuperação (abaixo do lençol freático)
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3. DEFINIÇÃO E EXECUÇÃO DOS ENSAIOS
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PROGRAMAÇÃO DOS ENSAIOS
Pode ser efetuada através de fórmulas como a de Hazen ou com o auxílio do quadro abaixo (MELLO, TEIXEIRA, 1967):
QUADRO 2 
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Estimativa da Permeabilidade
tipos de ensaios
tamanho dos trechos a ensaiar
vazões esperadas
PROGRAMAÇÃO DOS ENSAIOS
Coesão do solo:
Determinante devido a problemas de desmoronamento que podem impedir a realização dos ensaios.
Geralmente em poços e trincheiras. 
Os maiores problemas têm ocorrido com areias puras, aluviares, também conhecidas como “areias lavadas”.
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FIGURA 4
VALIDADE DOS ENSAIOS
Regime de escoamento permanente:
Atingido quando as vazões permanecem constantes ao longo do tempo.
Acima do nível d’água: o regime de escoamento permanente é atingido mais lentamente, sendo necessário a prévia saturação do solo.
Abaixo do nível d’água: o regime de escoamento permanente é atingido mais rapidamente, pois o solo já se encontra saturado. 
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VALIDADE DOS ENSAIOS
O “Manual de Sondagens” (ABGE, 2013) considera vazões estabilizadas quando:
não é observada uma variação progressiva nos valores lidos;
a diferença entre leituras isoladas e seu valor médio não supera 20%.
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TRECHOS DE ENSAIO
Trecho do ensaio: 
intervalo entre o final do revestimento e o fundo do furo.
É conveniente a escolha de trechos tanto maiores quanto menor for a permeabilidade estimada, de maneira a permitir uma medida mais fácil da vazão.
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FIGURA 5
ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013
FIGURA 6
ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013.
O gráfico orientativo apresenta a grandeza da vazão em função da permeabilidade (K) esperada e da carga atuante (h), para trecho de ensaio de 1 m em furos com diâmetro de 6,35 cm (2 1/2”).
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ESCOLHA DO TIPO DE ENSAIO
Dada a maior simplicidade de execução, a escolha recai no ensaio de infiltração ou rebaixamento.
O “Manual de Sondagens” (ABGE, 2013) sugere o seguinte critério de opção: Será feito ensaio de rebaixamento quando:
A carga hidráulica do trecho ensaiado for superior a 0,02 MPa (> 2 metros);
E quando, por avaliação, o rebaixamento da água no interior do revestimento for inferior a 10 cm/min.
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EQUIPAMENTOS E FERRAMENTAS
Bomba d’água: com capacidade mínima de 40 L/min;
Hidrômetro: em boas condições, com divisões de escala em litros;
Tambor: graduado em litros, com capacidade de aproximadamente 200 L;
Provetas: graduadas a cada 50 mL, com capacidade mínima de 1 L;
Funil: com rosca com orifício inferior de 2,54cm (1”) e diâmetro maior de, no mínimo, 20cm;
Escarificador: constituído por uma haste com ponteira decimétrica de madeira ou de metal;
Medidor de nível d’água;
Bombas do tipo injetora, bomba de sucção ou bomba submersa, tubos do PVC e tela (para os ensaios que requerem bombeamento).
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INFILTRAÇÃO
Aplica-se uma carga (constante);
E mede-se a vazão injetada necessária para manutenção do nível d’água constante.
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FIGURA 7
ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013
ENSAIO DE INFILTRAÇÃO
Tempo final
Tempo zero
tempo médio de 20 minutos 
X - Tempo
Vazão - Y
Vazão estabilizada
Utilizada em cálculo
N.A
Injeção d’água
100 cm
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REBAIXAMENTO
Injeta-se uma coluna d’água inicial no furo;
Interrompe-se a introdução da água e acompanha-se o rebaixamento do nível d’água com o tempo.
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FIGURA 8
ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013
ENSAIO DE REBAIXAMENTO
Tempo zero
N.A
Injeção d’água por 10 min
Saturação do Solo
100 cm
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ENSAIO DE REBAIXAMENTO
Tempo final
Tempo zero
O tempo de ensaio é 30 minutos ou quando rebaixamento atingir 20% da carga inicial 
N.A
Injeção d’água por 10 min
Saturação do Solo
15” 30” 1’ 2’ 3’ 4’ 5’
100 cm
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O aquífero é descarregado;
Em seguida, mede-se a vazão bombeada necessária para manter constante o nível d’água rebaixado, sempre na mesma posição.
BOMBEAMENTO 
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FIGURA 9
ENSAIOS IN SITU . In: GEOLOGIA DE ENGENHARIA (20--).
ENSAIO DE BOMBEAMENTO
N.A
Tempo zero
Retirada d’água
100 cm
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ENSAIO DE BOMBEAMENTO
Tempo final
Tempo zero
X - Tempo
Vazão - Y
Vazão estabilizada
Utilizada em cálculo
N.A
Retirada d’água
100 cm
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RECUPERAÇÃO
Bombeia-se a água até que o seu nível esteja rebaixado o suficiente em relação ao nível freático;
E mede-se, em seguida, a velocidade de recuperação.
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ENSAIO DE RECUPERAÇÃO
N.A
Retiradad’água
100 cm
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ENSAIO DE RECUPERAÇÃO
Tempo zero
N.A
Retirada d’água
1m
100 cm
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ENSAIO DE RECUPERAÇÃO
N.A
Retirada d’água
Tempo final
Tempo zero
15” 30” 1’ 2’ 3’ 4’ 5’
100 cm
O tempo de ensaio é 30 minutos ou quando rebaixamento atingir 20% da carga inicial 
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4. QUESTÕES
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QUESTÃO 1
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QUESTÃO 1
MANEIRA DE UTILIZAÇÃO
PRESSÃO APLICADA
DENOMINAÇÃO DOS ENSAIOS
MÉTODO DE PROSPECÇÃO
RECOMENDAÇÃO
NÍVEL CONSTANTE
Carga (positivo - injeção)
Infiltração
Sondagens,poços e cavas
Solos permeáveis
Descarga (negativo - retirada)
Bombeamento
Sondagens
e poços
Solos permeáveis
NÍVELVARIÁVEL
Carga (positivo - injeção)
Rebaixamento
Sondagens
e poços
Solos de baixa permeabilidade
Descarga (negativo - retirada)
Ensaiode Recuperação
Sondagens
e poços
Solos de baixa permeabilidade
R: Ensaio de Infiltração
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QUESTÃO 1
R: A vazão esperada é de aproximadamente 45 (l/min) e a carga hidráulica necessária é de 2m.
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QUESTÃO 2
Calcule o coeficiente de permeabilidade K, dada as condições apresentadas na figura abaixo, sabendo que trata-se de um ensaio de infiltração realizado acima do nível d’água:
Q= 40cm³/s;
Tu= 800cm;
h= 600cm;
L=100cm;
d=12cm;
r= 6cm.
Cu= coeficiente tabelado
ENSAIO DE INFILTRAÇÃO
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FIGURA 10
COEFICIENTE DE CONDUTIVIDADE EM MEIOS NÃO SATURADOS (Cu) - ANEXO
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FIGURA 11
QUESTÃO 2
Calcule o coeficiente de permeabilidade K, dada as condições apresentadas na figura abaixo, sabendo que trata-se de um ensaio de infiltração realizado acima do nível d’água:
RESPOSTA:
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5. OUTROS ENSAIOS
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ENSAIOS EM POÇOS
Acima do nível d’água: realizar ensaios de infiltração e rebaixamento. 
Abaixo do nível d'água: bombeamento e recuperação.
A lista para furos de sondagem permanece válida para os ensaios em poços. 
A maneira de execução destes ensaios é semelhante aos ensaios de furos de sondagem.
Além dos cuidados necessários para se evitar desmoronamentos, recomenda-se escarificar as paredes do trecho para evitar qualquer vedação provocada pela escavação. 
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FIGURA 12
ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013
ENSAIOS EM CAVAS
As cavas utilizadas segundo este método são rasas, com forma regular e seção trapezoidal.
No local do ensaio, o terreno deve ser escavado até o horizonte do solo a ser ensaiado. Essa área é então delimitada, e em seguida, aberta a cava.
A lista para furos de sondagem permanece válida para os ensaios em poços. 
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FIGURA 13
ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013
ENSAIOS EM CAVAS
A evaporação d’água durante o ensaio pode influenciar os resultados.
É necessário medi-la por meio de um recipiente de seção conhecida. 
A taxa de evaporação permite calcular a quantidade de água evaporada da cava durante o ensaio. 
Este valor deve ser descontado das vazão de infiltração medidas.
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ENSAIOS EM CAVAS
Execução
Parte I
Sugere-se encher cuidadosamente a cava até o nível d'água de referência; durante todo o transcorrer do ensaio. 
Sugere-se a escarificação cuidadosa da cava, de tempos em tempos (10 minutos, por exemplo).
A 1ª etapa do ensaio será concluída quando a vazão se mantiver aproximadamente constante durante certo intervalo de tempo.
Parte II
Com a cava novamente seca, deve-se proceder à ampliação da mesma e realiza-se novamente o ensaio da mesma maneira como descrito anteriormente.
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SLUG TEST
O Slug Test é uma técnica de ensaio, geralmente executado em poços de pequeno diâmetro, piezômetros ou trechos de sondagem isolados por obturadores. 
O ensaio é realizado pela variação instantânea do nível d’água no interior de um poço.
O método mais frequentemente utilizado para provocar tal variação é pela inserção, ou retirada, de um cilindro rígido, conhecido, popularmente, como “tarugo”. 
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SLUG TEST
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FIGURA 15
ABGE. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013
SLUG TEST
Equipamentos:
Cilindro de PVC rígido, ou outro material, com volume conhecido, preenchido com areia, argamassa, etc., para que não flutue, e hermeticamente fechado (tarugo). 
Cabo resistente (corda de náilon, cabo de aço fino, etc.) para introdução e retirada do tarugo do poço;
Conjunto de ferramentas usuais para ensaios de campo (chaves de grifo, chaves de fenda; canivete; lanternas, dentre outros);
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SLUG TEST
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Para a interpretação dos ensaios existem dois métodos:
Método de Hvorslev;
Método de Hvorslev e Rice;
6. REFERÊNCIAS
ABGE-ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE GEOLOGIA DE ENGENHARIA E AMBIENTAL. Ensaios de permeabilidade em solos: orientações para sua execução no campo. Boletim, n. 4, 2013.
ENSAIOS IN SITU . In: GEOLOGIA DE ENGENHARIA. Portugal: Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, [20--]. cap. 7, p. 7.1-7.17. Disponível em: <https://paginas.fe.up.pt/~geng/ge/apontamentos/Cap_7_GE.pdf>. Acesso em: 17 mar. 2018.
FANTINATTI, Patricia Helena Azevedo et al. Ensaios de Permeabilidade In Situ em Solos Saturados.
Manual de Sondagens 5ª Edição. Associação Brasileira de Geologia de Engenharia (ABGE), São Paulo, Brasil, 2013.
MASSAD, Faiçal. Obras de terra: curso básico de geotecnia. Oficina de textos, 2010.
MELLO, V., TEIXEIRA, A.M. (1967). Mecânica dos solos. São Carlos: Escola de Engenharia de São Carlos - USP, Publicação nº 137.
PINTO, Carlos de Souza. Curso básico de mecânica dos solos. São Paulo: Oficina de Textos, 2000.
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