Permeabilidade do solo

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CURSO TÉCNICO EM EDIFICAÇÕES 
Mecânica dos Solos
Anna Giulia Siqueira
Felipe Eder Britz Dotto Kalb
Gabriel Herculano Ariston Rodrigues da Silva
Octavio Cardoso Jesus
Vanderlei Junior
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
Permeabilidade do solo
FOZ DO IGUAÇU
2018
Anna Giulia Siqueira
Felipe Eder Britz Dotto Kalb
Gabriel Herculano Ariston Rodrigues da Silva
Octavio Cardoso Jesus
Vanderlei Junior
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
Permeabilidade do solo
Relatório de aula prática, apresentado à disciplina mecânica dos solos, do curso Técnico em Edificações do Instituto Federal do Paraná Campus Foz do Iguaçu, referente ao conceito do 3° bimestre, sob a orientação da Professora Dra. Márcia Helena Beck.
FOZ DO IGUAÇU
2018
 SUMÁRIO
	
1. INTRODUÇÃO E CONTEXTUALIZAÇÃO
Segundo Caputo (1988), a permeabilidade pode ser definida como a propriedade do solo que permite a escoamento da água pelo interior dele. Problemas relacionado com a engenharia como vazamentos em reservatórios, deformações, estabilidade, recalques, rebaixamento do nível de água, entre outros, são gerados pela percolação da água no solo (Iglesias, 1997; Pinto, 2006). Devido a isso, o conhecimento das propriedades hidráulicas do solo é fundamental sendo uma medida de grande importância, pois indica a qualidade estrutural do solo, pelo fato de estar diretamente relacionada com a geometria e a continuidade dos poros preenchidos com água (Mesquita & Moraes,2004).
De acordo com Martínez (2016), a maior totalidade dos vazios dos solos estão ocupados por água com frequência, que quando submetida a diferenças de potenciais pode fluir no interior do solo. Este fluxo de água é conhecido como percolação e se dá através dos poros interconectados ou fissuras no solo. A água que se movimenta entre os grãos do solo, tem uma grande influência no seu comportamento mecânico, daí sua grande intervenção em problemas relacionados a geotecnia. 
Dentre os fatores que influenciam a Condutividade Hidráulica, podem-se destacar a granulometria do solo, a compactação e a temperatura do fluído. Estes fatores estão interligados com o arranjo dos grãos de solo, e, consequentemente, com os vazios do mesmo (Beutler et al, 2001). Esta propriedade também depende dos vazios conectados no solo, onde a água pode fluir dos pontos de alta para baixa energia, e de porcentagem de finos que contém o solo (Lopez, 2012).
O valor do coeficiente de permeabilidade (K) pode ser obtido em campo ou em laboratório por diferentes métodos. Entre os mais utilizados em campo, é comum o uso de Matsuo, Permeâmetro de Guelph, Infiltrômetro, Permeâmetro de campo tipo Philip-Dunne, Slug Test e Poço, sendo mais utilizado os métodos em campo pela presente facilidade e praticidade. Em laboratório são utilizados o Permeâmetro de Carga Variável e o Permeâmetro de Carga Constante.
OBJETIVO
Construir um permeâmetro de carga constante;
Instrumentar o permeâmetro;
Realizar ensaio de verificação da permeabilidade do solo; 
2. DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE PRÁTICA 
2.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
Materiais:
• Amostra de solo 4;
• Água
• Geotêxtil Bidim;
Equipamentos:
• Permeâmetro de carga constante caseiro (com 12 cm de altura e 5 cm de diâmetro);
• Becker de vidro;
• Pissete de Plástico;
• Proveta de vidro;
• Funil de Buchner de porcelana.
2.2 MÉTODO 
O método que prescreve o experimento de permeabilidade é fundamentado no princípio da lei de Darcy, desenvolvida em 1856, onde o coeficiente de permeabilidade é determinado com o estudo das propriedades do fluxo de água através de uma camada de filtro de solo. 
Segundo Maragon (2009). Este experimento deu origem a uma lei que correlaciona a taxa de perda de energia da água (gradiente hidráulico) no solo com a sua velocidade de escoamento (Lei de Darcy). Os níveis de água h1 e h2 são mantidos constantes e o fluxo de água ocorre no sentido descendente através do corpo-de-prova. Medindo o valor da taxa de fluxo que passa através da amostra (vazão de água), para vários comprimentos de amostra e de diferença de potencial (∆h), Darcy descobriu que a vazão de água era proporcional à razão da amostra ∆h (ou gradiente hidráulico da água). 
A determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares à carga constante, foi calculada com o auxílio de permeâmetro de carga constante caseiro (Figura 1), confeccionado pelo o grupo que administrou o ensaio, através do corte retilíneo de duas circunferências extremas de uma garrafa pet, é obtido um molde de corpo de prova cilíndrico, ao adicionar uma fatia de manta geotêxtil bidim á uma das circunferências está rematado o permeâmetro caseiro, onde é adicionado um volume de solo deformado ao corpo cilíndrico, logo, a cima da faixa de solo é acrescentado um volume de água, essa água permeia entre os poros do solo, até umedecer a manta geotêxtil (Figura 2), quando é iniciado o processo de escoamento de um volume de água para um Becker localizado em baixo do permeâmetro, é contabilizado um tempo preciso de 5 minutos, ao fim desse determinado tempo, é mensurado o volume de água deslocado, e calculado a velocidade que o volume do liquido percolou sobre o solo, durante um determinado período de tempo. 
A vazão de água dividida pela área transversal do corpo-de-prova indica a velocidade com que a água percolada pelo solo. O valor da velocidade de fluxo da água no solo. Esta velocidade é conhecida como velocidade de descarga, sendo, portanto diferente da velocidade real da água nos vazios do solo. Aplicando-se as noções desenvolvidas em índices físicos pode-se admitir que a relação entre a área transversal de vazios e a área transversal total seja dada pela porosidade. Desse modo, a velocidade de percolação real da água no solo. Chama-se de velocidade de percolação, a velocidade com que a água escoa nos vazios do solo.
A norma que prescreve o ensaio idealizado é a ABNT NBR 13292/1995 - Solo determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares a carga constante.
Figura 1 – Permeâmetro de carga constante caseiro e Becker de vidro
Fonte: Autores, 2018
Figura 2 – Solo durante o processo de saturação
Fonte: Autores, 2018
2.3 CÁLCULOS
Terminada a realização do ensaio, foi realizado os cálculos, através da seguinte equação:
Lei de Darcy
A lei de Darcy é válida para um escoamento "laminar", tal como é possível e deve considerado o escoamento na maioria dos solos naturais. Um escoamento se define como laminar quando as trajetórias das partículas d'água se cortam. Que se dá através da seguinte relação:
Onde:
K = Coeficiente de permeabilidade (m/s);
Q = Vazão (relação entre o volume de água percolada e o tempo de percolação em m3/s);
L = Comprimento da amostra (cm); 
= Perda de carga do sistema (cm);
A = área da amostra perpendicular ao fluxo (cm2).
2.4 EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO
EPI’s utilizados, para realização dos ensaios:
• Jaleco: Proteger a pele e as roupas durante os ensaios laboratoriais;
• Calça Comprida: Proteger as pernas;
• Bota ou tênis: Proteger os pés dos estudantes.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Tabela 1 – Valores de permeabilidade do solo
	
	Repetições
	
	
	1
	2
	Média
	Coeficiente de permeabilidade em m/s (K)
	
2,65x10-6
	
2,21x10-6
	
2,43x10-6
	Vazão em m3/s (Q)
	
0,0006 m3/s
	
0,0005 m3/s
	
0,00055 m3/s
	Comprimento da amostra em cm (L)
	
6 cm
	
6 cm
	
6 cm
	Carga hidráulica em cm (H)
	
12 cm
	
12 cm
	
12 cm
	Área da amostra (A)
	
113 cm2
	
113 cm2
	
113 cm2
	Volume de água retido em ml (V)
	
0,2 ml
	
0,15 ml
	
0,175 ml
Fonte: Autores, 2018.
Tabela 2 – Valores típicos de coeficiente de permeabilidade
	Material
	Coeficiente de permeabilidade (mm/s)
	Grosseiro
	10 a 103
	Pedregulho fino, areia grossa e média
	10-2 a 10
	Areia fina, silte solto
	10-4 a 10-2
	Silte compactado, silte argiloso
	10-5 a 10-4
	Argila siltosa, argila10-8 a 10-5
Fonte: Adaptado de DAS (1997).
Tabela 3 – Classificação dos solos baseada nos valores de condutividade hidráulica
	Grau de condutividade hidráulica
	Condutividade hidráulica k (cm/s)
	Alta
	K > 10-1
	Média
	10-1 < K < 10-3
	Baixa
	10-3 < K < 10-5
	Muito baixa
	10-5 < K < 10-7
	Praticamente impermeável
	K < 10-7
Fonte: Adaptado de MITCHELL (1993).
Comparando os resultados obtidos nos os ensaios realizados com os valores de DAS (1997), percebemos que estes estão de acordo com os obtidos na bibliografia, já que o solo 4 foi determinado como uma Argila Lemo Siltosa nos ensaios de granulometria.
Na tabela de MITCHELL (1993) o solo estudado se enquadra com um grau de condutividade hidráulica muito baixa, o que condiz com a bibliografia pois as argilas são o tipo de solo com menor taxa de permeabilidade.
Porém, quando os resultados obtidos são comparados com os atingidos por CAPUTO (1988), encontra-se uma discordância, já que o solo 4 apresenta praticamente 90% de sua composição sendo argila. A divergência de resultados pode ter algumas explicações. Uma delas é a temperatura da água usada no experimento, a temperatura da água altera a viscosidade da mesma, e, segundo o mesmo autor, esta mudança altera os resultados de permeabilidade. Além disso, o permeâmetro utilizado era caseiro e as suas paredes de material flexível, fator que, segundo ALONSO e VILAR (2006), alteram os resultados obtidos.
4. CONCLUSÕES E SUGESTÕES
Na aplicação da mecânica dos solos na engenharia, a permeabilidade do solo onde uma edificação irá ser construída deve ser estudada previamente. Estes estudos podem ser realizados em campo, por métodos como o Slug Test, ou em laboratório por métodos como o permeâmetro de carga constante (Rodriguez, T. T. et al, 2015).
Solos com grande taxa de permeabilidade são um problema na engenharia. Um exemplo disso são os grãos de solos por consequência levados pela água com a ação da percolação, causando mudanças na estrutura do solo, mudanças que, em grande escala e/ou com o tempo podem causar danos a estrutura da edificação. Este fenômeno é apenas um dos problemas causados por solos com alto coeficiente de permeabilidade (Iglesias, 1997; Pinto, 2006).
Para diminuir a taxa de permeabilidade do solo, é comum nas obras que aconteça a compactação do solo, já que este processo diminui o volume de vazios do solo, dificultando assim a percolação no solo (Caputo, 1988).
O solo 4 apresenta uma taxa de permeabilidade adequada, utilizável de maneira satisfatória, e essa característica se deve a sua composição, em sua maioria de argila, tipo de solo que apresenta menor condutividade hidráulica. 
5. REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS-ABNT. NBR 13292: Solo – Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares à carga constante. Rio de Janeiro, 1993.
ARZENO, J.L. Avaliação física de diferentes manejos de solo em Lato solo Roxo-Distrófico. Piracicaba, Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, 1990.
DAS, B. M. Advanced Soil Mechanics. 2 ª ed. Washington: Taylor & Francis,
1997. 457p.
MITCHELL, J. K. Fundamentals of soil behavior. 2 ª ed. New York: John Wiley,
2005. 577p.
IGLESIAS, C.P. (1997). 8. Hidráulica del suelo. Mecánica de Suelos, Ediitorial Síntesis, S.A., Vallehermoso, pp. 247–323.
MESQUITA, M.G.B.F. & MORAES, S.O. A dependência entre a condutividade hidráulica saturada e atributos físicos do solo. Ci. Rural, 34:963-969, 2004.
LOPEZ, E. (2012). Estudio Experimental de la Permeabilidad de Materiales Depositados en Pilas de Lixiviación. Universidad de Chile. pp.150.
MARTÍNEZ, C.U. Projeto e Construção de um Permeâmetro de Parede Flexível e Carga Constante [Distrito Federal] 2016 xix,114 p., 210x297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Geotecnia, 2016) Dissertação de Mestrado - Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.
CAPUTO, H.P. Mecânica dos solos e suas aplicações: Fundamentos. 6.ed. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, 1988. v.1.
Rodriguez, T. T. et al. Permeabilidade de Solo Laterítico por Diferentes Métodos. Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 36, n. 2, p. 17-32, jul./dez. 2015.