AULA 8 (2)

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Aula 8 
Permeabilidade do Solo
Roteiro para aula de mecânica de solos
Definição de Permeabilidade do Solo
• A permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o
escoamento de água através dele. Todos os solos são mais ou menos
permeáveis.
• Segundo Neves (1987), pode–se determinar o coeficiente de
permeabilidade por diferentes maneiras: fórmulas empíricas; ensaios
de laboratório (com o uso de permeâmetros), ou ensaios de campo.
• Permeabilidade está diretamente relacionada com a Porosidade.
O que é Permeabilidade?
Permeabilidade está diretamente relacionada com 
a Porosidade.
Quanto de água se move no subsolo e sua velocidade depende de vários fatores. Dois importantes são a 
porosidade e a permeabilidade dos solos
Porque estudar 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”. (PINHEIRO, 2012).
Porque estudar Permeabilidade?
Fatores que influenciam na permeabilidade
• Os principais fatores que influenciam no coeficiente de permeabilidade são:
granulometria, índice de vazios, composição mineralógica, estrutura, fluído,
macroestrutura e a temperatura.
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.
Permeabilidade Tipos de solo k (cm/s)
Solos permeáveis
Alta Pedregulhoso > 10 -3
Alta Areia 10-3 a 10-5
Baixa Siltes e argila 10-5 a 10-7
Solos impermeáveis
Muito baixa Argila 10-7 a 10-9
Baixíssima Argila < 10-9
Permeabilidade relacionada a granulometria
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, isto não se verifica).
Composição Mineralógica
• A predominância de alguns tipos de minerais na constituição dos
solos tem grande influência na permeabilidade. Por exemplo, argilas
moles que são constituídas, predominantemente, de argilo-minerais
(caulinitas, ilitas e montmorilonitas) possuem um valor de “k” muito
baixo, que varia de 10-7 a 10-8 cm/s. Já nos solos arenosos,
cascalhentos sem finos, que são constituídos, principalmente, de
minerais silicosos (quartzo) o valor de “k” é da ordem de 1,0 a
0,01cm/s.
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.
Fluido
• O tipo de fluído que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o fluído é a água com ou sem
gases (ar) dissolvidos. O coeficiente de permeabilidade também pode ser representado pela
equação:
• k =
γ𝑎
Ƞ𝑎
𝐾
• em que γa é o peso específico da água, ηa é a viscosidade da mesma, e K (unidade m
2) é um
coeficiente absoluto que depende apenas das características do esqueleto do solo.
Temperatura
• Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade d’água, portanto, maior a permeabilidade, isto
significa que a água mais facilmente escoará pelos poros do solo.
• Se o valor de k medido a 20°C for considerado como 100%, então, os valores a uma temperatura
de 10°C e 0°C serão 77% e 56%, respectivamente.
Lei de Darcy
• A determinação do coeficiente de permeabilidade é feita tendo em
vista a lei experimental de Henry Darcy (proposta em 1856 por esse
engenheiro francês), de acordo com a qual a velocidade de
percolação é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico;
• A lei de Darcy é válida para um escoamento "laminar", tal como é
possível e deve ser considerado o escoamento na maioria dos solos
naturais. Um escoamento se define como laminar quando as
trajetórias das partículas d'água não se cortam; em caso contrário,
denomina-se turbulento;
Lei de Darcy
• Equação da Lei de Darcy
Q = K.(h/L).A
Onde:
Q = vazão (m³/s)
K = coeficiente de permeabilidade (m/s)
h = carga hidráulica que dissipa na percolação (m)
L = distância a percorrer (m)
A = área (m²)
A
Gradiente Hidráulico
• Declive do lençol freático medido em ângulo ou em porcentagem
entre dois pontos dados a localização e a altimetria desses pontos, ou
simplesmente é a diferença entre dois pontos, divididos pela distância
lateral dos pontos.
Lei de Darcy
Gradiente Hidráulico = i
i = (h/L) (perda de carga por espaço percorrido)
Então:
Q = K.i.A
Coeficiente de Permeabilidade
Velocidade de Percolação
• A vazão ou velocidade de percolação é uma razão entre volume x tempo:
Q = L/s ou m³/s
• Pode ser também a relação entre a área de água que passa com uma velocidade:
Q = V.A
Então V = Q/A
• Voltando na equação de Darcy temos:
V = K.i
Escoamento da água em solo saturado
• O escoamento de água nos
meios saturados é regido pela
lei de Darcy. Segundo Porto
(2012) a água em meios
saturados apresenta baixas
velocidades de circulação, mas
sempre em movimento. Este
movimento está condicionado
por vários fatores, como:
posição relativa entre as zonas
de recarga e descarga, clima e
características do material
geológico.
Experimento de Darcy
Escoamento da água em solo saturado
• Na lei de Darcy, (Porto, 2012) a constante de proporcionalidade é a condutividade
hidráulica (K). A condutividade hidráulica não é o mesmo que permeabilidade,
dada às características dos vários fluídos que percolam o material dos solos.
Assim, a permeabilidade intrínseca depende apenas do material geológico e a
condutividade hidráulica tanto do material como do fluido.
Escoamento 
da água em 
solo não 
saturado
• Segundo Villela e Mattos (1975), sempre água
entrar em contato com solos insaturados,
haverá um movimento da água em direção a
pontos secos deste solo, mesmo contra as leis
da gravidade. São forças capilares que
promovem este movimento e quanto menores
os capilares, maiores serão as ascensões das
franjas capilares.
Ensaio de Bombeamento
• Esse método é mais apropriado para uso em estratos de solos grossos
homogêneos;
• O procedimento consiste em bombear, de forma contínua e a uma
razão constante, de um poço de, normalmente, 300 mm de diâmetro
no mínimo, que penetra até o fundo do estrato que está sendo
testado.
Ensaio de Bombeamento
Ensaio de Bombeamento - Precauções
Exercício
• Estime a vazão de água através da camada de areia do terreno de fundação da barragem
apresentada na figura a seguir. O coeficiente de permeabilidade da areia é de 5 x 10−2 cm/s e o
comprimento da seção da barragem é de 100m. O solo utilizado na construção da barragem
possui um coeficiente de permeabilidade muito inferior ao coeficiente de permeabilidade da
areia, de modo que a parcela de fluxo através do maciço da barragem pode ser desprezada.
(Considere o permeâmetro um Retângulo). Resposta em cm3/s.
Pesquisa Permeabilidade
• O que é permeabilidade do solo? Qual é sua definição?
• Qual arelação entre Porosidade e Permeabilidade? Um solo poroso pode apresentar baixa
permeabilidade? Porque?
** Utilizar a imagem Porosidade x Permeabilidade que está na área do aluno para responder a
questão.
• Em uma cidade onde não há muitas áreas verdes, ou seja, áreas que permitem a infiltração da
água no solo, quais são as consequências quando ocorre uma chuva torrencial?
• https://www.youtube.com/watch?v=rBQ6YZbWjz8&index=6&list=PLf1lowbdbFICJv73-
WfXXQa2CijpfvBeE - Tensões no solo
• https://www.youtube.com/watch?v=3Yzv00AM38Y – Água no solo
• https://www.youtube.com/watch?v=A9B86mBWf3E - Permeabilidade