7.0 PERMEABILIDADE DOS SOLOS7.0 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

7.1 Introdu7.1 Introduçção ão

A permeabilidade A permeabilidade éé a propriedade que o solo apresenta de permitir o a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da escoamento da áágua atravgua atravéés dele.s dele.

O movimento de O movimento de áágua atravgua atravéés de um solo s de um solo éé influenciado por uma sinfluenciado por uma séérie rie de fatores, devido a sua natural heterogeneidade.de fatores, devido a sua natural heterogeneidade.

Nos solos granulares, a Nos solos granulares, a áágua se movimenta livremente nos vazios, ao gua se movimenta livremente nos vazios, ao contrcontráário dos solos finos, argilosos, onde a presenrio dos solos finos, argilosos, onde a presençça de cargas ela de cargas eléétricas na tricas na superfsuperfíície dos minerais e a presencie dos minerais e a presençça de mola de molééculas de culas de áágua adsorvidas nessa gua adsorvidas nessa superfsuperfíície dificultam essa movimentacie dificultam essa movimentaçção.ão.

O conhecimento da permeabilidade de um solo O conhecimento da permeabilidade de um solo éé de fundamental de fundamental importância em diversos problemas de engenharia, tais como : dreimportância em diversos problemas de engenharia, tais como : drenagem, nagem, rebaixamento do nrebaixamento do níível vel dd’’áágua, recalques, barragens, etc.gua, recalques, barragens, etc.

7.2 Lei de Darcy7.2 Lei de Darcy

O fluxo de O fluxo de áágua atravgua atravéés de meios porosos s de meios porosos éé explicado por uma lei descoberta explicado por uma lei descoberta experimentalmente por Henri Darcy (1856). Foi usado o equipamentexperimentalmente por Henri Darcy (1856). Foi usado o equipamento a seguir para estudar as o a seguir para estudar as propriedades do fluxo propriedades do fluxo dd’’áágua atravgua atravéés de uma camada de areia.s de uma camada de areia.

Variando o comprimento Variando o comprimento ““LL”” da amostra e a pressão da da amostra e a pressão da áágua no topo e no fundo da amostra, gua no topo e no fundo da amostra, mediumediu--se a vazão se a vazão ““QQ”” atravatravéés da areia.s da areia.

Darcy concluiu experimentalmente que a vazão Darcy concluiu experimentalmente que a vazão ““QQ”” era proporcional a relaera proporcional a relaçção :ão :(h1 (h1 -- h2) / L = i , e que :h2) / L = i , e que :Q = K i A, sendo v = K iQ = K i A, sendo v = K i

onde :onde :v = velocidade de percolav = velocidade de percolaçção;ão;Q = vazão;Q = vazão;K = constante conhecida como coeficiente de permeabilidade;K = constante conhecida como coeficiente de permeabilidade;h1 = altura, a partir da origem, que a h1 = altura, a partir da origem, que a áágua atinge no tubo piezomgua atinge no tubo piezoméétrico, instalado na entrada da trico, instalado na entrada da camada de areia.camada de areia.h2 = altura, a partir da origem, que a h2 = altura, a partir da origem, que a áágua atinge no tubo piezomgua atinge no tubo piezoméétrico, instalado na satrico, instalado na saíída da da da camada de areia;camada de areia;L = comprimento da amostra;L = comprimento da amostra;A = seA = seçção transversal da amostra de solo normal ão transversal da amostra de solo normal àà diredireçção de percolaão de percolaçção.ão.

O gradiente hidrO gradiente hidrááulico (i), ou perda de carga unitulico (i), ou perda de carga unitáária ria éé a relaa relaçção entre a perda de carga hidrão entre a perda de carga hidrááulica ulica (h1(h1--h2) e a distância de percolah2) e a distância de percolaçção ão ““LL”” onde ocorreu a perda.onde ocorreu a perda.

A Lei de Darcy A Lei de Darcy éé vváálida para um escoamento lida para um escoamento ““laminarlaminar””, tal como , tal como éé posspossíível e vel e deve ser considerado o escoamento na maioria dos solos naturais.deve ser considerado o escoamento na maioria dos solos naturais.

Escoamento laminar Escoamento laminar éé quando as trajetquando as trajetóórias das partrias das partíículas culas dd’’áágua não se cortam; gua não se cortam; em caso contrem caso contráário denominario denomina--se turbulento.se turbulento.

A figura a seguir mostra a variaA figura a seguir mostra a variaçção da velocidade com o gradiente hidrão da velocidade com o gradiente hidrááulico ulico nos escoamentos laminares ( v < nos escoamentos laminares ( v < vcrvcr ) e escoamentos turbulentos ( v > ) e escoamentos turbulentos ( v > vcrvcr ).).

7.3 Determina7.3 Determinaçção do Coeficiente de Permeabilidadeão do Coeficiente de Permeabilidade

A determinaA determinaçção do coeficiente de permeabilidade de ão do coeficiente de permeabilidade de um solo pode ser feita:um solo pode ser feita:

-- por meio de fpor meio de fóórmulas que o relacionam com a rmulas que o relacionam com a granulometriagranulometria ((HanzenHanzen););

-- em laboratem laboratóório atravrio atravéés dos s dos permeâmetrospermeâmetros ;;-- in loco pelos in loco pelos ““ensaios de bombeamentoensaios de bombeamento”” ou pelo ensaio ou pelo ensaio

do tubo aberto;do tubo aberto;-- para as argilas a permeabilidade se determina a partir do para as argilas a permeabilidade se determina a partir do

ensaio de ensaio de adensametoadensameto..

FFóórmula de rmula de HanzenHanzen

Allen Allen HazenHazen, ensaiando areias com diâmetro efetivo , ensaiando areias com diâmetro efetivo compreendido entre 0,1 e 3,0mm, chegou a relacompreendido entre 0,1 e 3,0mm, chegou a relaçção que fornece ão que fornece o coeficiente de permeabilidade para esse solos:o coeficiente de permeabilidade para esse solos:

K = C (dK = C (d1010)2)2onde: onde: K K –– coeficiente de permeabilidade (cm/s);coeficiente de permeabilidade (cm/s);dd1010 ou dou dee –– diâmetro efetivo (cm);diâmetro efetivo (cm);C C –– coeficiente utilizado que varia de 100 a 150, utilizandocoeficiente utilizado que varia de 100 a 150, utilizando--se se geralmente 116.geralmente 116.

VVáálida somente para solos arenosos (areias fofas e uniformes)lida somente para solos arenosos (areias fofas e uniformes)

PermeâmetroPermeâmetro de carga constantede carga constante

Neste ensaio a amostra Neste ensaio a amostra éé submetida a uma carga submetida a uma carga hidrhidrááulica constante durante o ensaio (ulica constante durante o ensaio (permeâmetropermeâmetro de de nníível constante). vel constante).

O coeficiente de permeabilidade O coeficiente de permeabilidade éé determinado pela determinado pela quantidade de quantidade de áágua que gua que percolapercola a amostra para um a amostra para um dado intervalo de tempo.dado intervalo de tempo.

A quantidade de A quantidade de áágua gua éé medida por uma proveta medida por uma proveta graduada, determinandograduada, determinando--se a vazão (Q).se a vazão (Q).

Este Este permeâmetropermeâmetro éé muito utilizado para solos de muito utilizado para solos de granulagranulaçção grossa (solos arenosos).ão grossa (solos arenosos).

PermeâmetroPermeâmetro de carga constantede carga constante

PermeâmetroPermeâmetro de carga constantede carga constante

PermeâmetroPermeâmetro de carga constantede carga constante

PermeâmetroPermeâmetro de carga constantede carga constante

PermeâmetroPermeâmetro de carga varide carga variáávelvel

Em se tratando de solos finos (solos argilosos e Em se tratando de solos finos (solos argilosos e siltosossiltosos), ), o ensaio com carga constante tornasse invio ensaio com carga constante tornasse inviáável, devido vel, devido àà baixa permeabilidade destes materiais hbaixa permeabilidade destes materiais háá pouca pouca percolapercolaçção de ão de áágua pela amostra, dificultando a gua pela amostra, dificultando a determinadeterminaçção do coeficiente de permeabilidade. ão do coeficiente de permeabilidade.

Para tais solos Para tais solos éé mais vantajoso a utilizamais vantajoso a utilizaçção de ão de permeâmetrospermeâmetros com carga varicom carga variáável.vel.

PermeâmetroPermeâmetro de carga varide carga variáávelvel

Ensaios de campo (in Ensaios de campo (in situsitu))

�� Por mais cuidadosos que sejam os ensaios de permeabilidade em Por mais cuidadosos que sejam os ensaios de permeabilidade em laboratlaboratóório, representam somente pequenos volumes de solo em rio, representam somente pequenos volumes de solo em pontos individuais de uma grande massa. Portanto, a validade da pontos individuais de uma grande massa. Portanto, a validade da aplicaaplicaçção dos valores neles obtidos aos problemas de percolaão dos valores neles obtidos aos problemas de percolaçção ão e drenagem dependere drenagem dependeráá de como possam ser considerados de como possam ser considerados representativos da massa de solo.representativos da massa de solo.

�� Em projetos importantes justificaEm projetos importantes justifica--se a realizase a realizaçção de ão de determinadeterminaçções ões ““in in situsitu”” da permeabilidade as quais envolvem da permeabilidade as quais envolvem grandes volumes de solo fornecendo valores mgrandes volumes de solo fornecendo valores méédios de dios de permeabilidade que levam em conta variapermeabilidade que levam em conta variaçções locais no solo. Por ões locais no solo. Por outro lado, eliminam o problema do outro lado, eliminam o problema do amolgamentoamolgamento das amostras das amostras indeformadasindeformadas e a dificuldade de amostragem oferecida por e a dificuldade de amostragem oferecida por algumas formaalgumas formaçções especialmente de solos arenosos.ões especialmente de solos arenosos.

Ensaio de BombeamentoEnsaio de Bombeamento

�� TrataTrata--se de um ensaio de grande uso para a se de um ensaio de grande uso para a determinadeterminaçção da permeabilidade ão da permeabilidade ““in in situsitu”” de camadas de camadas de areia e pedregulho. O mde areia e pedregulho. O méétodo consiste em esgotartodo consiste em esgotar--se se áágua do terreno estabelecendogua do terreno estabelecendo--se um escoamento se um escoamento uniforme, medir a descarga do pouniforme, medir a descarga do poçço (q) e observar a o (q) e observar a variavariaçção do não do níível vel dd’’áágua em piezômetros (h1 e h2) gua em piezômetros (h1 e h2) colocados nas proximidades.colocados nas proximidades.

�� O poO poçço para bombeamento deve penetrar em toda a o para bombeamento deve penetrar em toda a profundidade da camada ensaiada e com diâmetro profundidade da camada ensaiada e com diâmetro suficiente para permitir a insersuficiente para permitir a inserçção de uma bomba com ão de uma bomba com tipo e capacidade necesstipo e capacidade necessáária ao bombeamento.ria ao bombeamento.

Ensaio de permeabilidade em furos de sondagemEnsaio de permeabilidade em furos de sondagem

ÉÉ um ensaio de custo baixo quando comparado com o ensaio de um ensaio de custo baixo quando comparado com o ensaio de bombeamento. Determinabombeamento. Determina--se a permeabilidade de solos e rochas se a permeabilidade de solos e rochas injetandoinjetando--se se áágua ou bombeandogua ou bombeando--se atravse atravéés de perfuras de perfuraçções ões executadas durante a fase de investigaexecutadas durante a fase de investigaçção (furos de SPT). ão (furos de SPT).

Este mEste méétodo esttodo estáá sujeito a uma ssujeito a uma séérie de erros, tais como a falta de rie de erros, tais como a falta de precisão nas medidas dos elementos geomprecisão nas medidas dos elementos geoméétricos, o tricos, o amolgamentoamolgamento do solo devido do solo devido àà perfuraperfuraçção, etc. Alão, etc. Aléém disso, as m disso, as ffóórmulas deduzidas para o crmulas deduzidas para o cáálculo da permeabilidade são lculo da permeabilidade são aplicaplicááveis somente em casos especveis somente em casos especííficos e, por isso, ficos e, por isso, éé necessnecessáário rio muito cuidado para não aplicar fmuito cuidado para não aplicar fóórmulas a ensaios cujas rmulas a ensaios cujas condicondiçções não se enquadram nos limites estipulados para as ões não se enquadram nos limites estipulados para as mesmas.mesmas.

Os ensaios podem ser de carga variOs ensaios podem ser de carga variáável ou de carga constante.vel ou de carga constante.

Ensaio de permeabilidade Ensaio de permeabilidade -- carga varicarga variáável.vel.

No ensaio de carga variNo ensaio de carga variáável deixavel deixa--se descer ou subir se descer ou subir áágua no furo, gua no furo, medindomedindo--se o tempo necessse o tempo necessáário para uma determinada variario para uma determinada variaçção ão de carga (altura), de carga (altura), éé o mais ro mais ráápido e fpido e fáácil, scil, sóó que somente que somente éérealizado abaixo no nrealizado abaixo no níível de vel de áágua.gua.

O furo O furo éé cheio de cheio de áágua atgua atéé o zero da o zero da buretabureta. A velocidade de . A velocidade de descida da descida da áágua gua éé medida atravmedida atravéés das alturas (H2) a intervalos de s das alturas (H2) a intervalos de tempo que são funtempo que são funçção do tipo de material, em geral temos:ão do tipo de material, em geral temos:-- solos arenosos solos arenosos -- 1 a 10 mm1 a 10 mm-- solos solos siltosossiltosos -- 30 a 60 mm30 a 60 mm-- solos argilosos solos argilosos -- 1 a 24 horas1 a 24 horas

Ensaio de permeabilidade Ensaio de permeabilidade -- carga constantecarga constante

No ensaio de carga constante a No ensaio de carga constante a áágua gua éé acrescentada no acrescentada no interior do revestimento, numa quantidade suficiente interior do revestimento, numa quantidade suficiente para manter um npara manter um níível vel dd’’áágua constante, geralmente na gua constante, geralmente na boca do revestimento. boca do revestimento.

A A áágua pode ser adicionada derramandogua pode ser adicionada derramando--se de recipientes se de recipientes calibrados ou por bombeamento atravcalibrados ou por bombeamento atravéés de hidrômetro. s de hidrômetro. DeterminaDetermina--se a quantidade de se a quantidade de áágua acrescentada no gua acrescentada no revestimento a 1, 2 e 5 minutos aprevestimento a 1, 2 e 5 minutos apóós o inicio do ensaio s o inicio do ensaio e dae daíí por diante a cada 5 minutos de intervalo.por diante a cada 5 minutos de intervalo.

hhcc = depende do ensaio ser realizado acima ou abaixo do = depende do ensaio ser realizado acima ou abaixo do nníível de vel de áágua.gua.

Fatores que influenciam a permeabilidadeFatores que influenciam a permeabilidade

Os principais fatores que influenciam no coeficiente de permeabiOs principais fatores que influenciam no coeficiente de permeabilidade são: lidade são:

GranulometriaGranulometria -- O tamanho das partO tamanho das partíículas que constituem os solos influencia no valor de culas que constituem os solos influencia no valor de ““kk””. .

ÍÍndice de vazios ndice de vazios -- A permeabilidade dos solos esta relacionada com o A permeabilidade dos solos esta relacionada com o ííndice de vazios, ndice de vazios, logo, com a sua porosidade. Quanto mais poroso for um solo (maiologo, com a sua porosidade. Quanto mais poroso for um solo (maior a dimensão dos r a dimensão dos poros), maior serporos), maior seráá o o ííndice de vazios, por conseguinte, mais permendice de vazios, por conseguinte, mais permeáável (para argilas vel (para argilas moles, isto não se verifica).moles, isto não se verifica).

ComposiComposiçção mineralão mineralóógica gica -- A predominância de alguns tipos de minerais na constituiA predominância de alguns tipos de minerais na constituiçção ão dos solos tem grande influência na permeabilidade. dos solos tem grande influência na permeabilidade.

Temperatura Temperatura -- Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade dd’’áágua, portanto, maior a gua, portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a permeabilidade, isto significa que a áágua mais facilmente escoargua mais facilmente escoaráá pelos poros do solopelos poros do solo

FluFluíído do -- O tipo de fluO tipo de fluíído que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o fludo que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o fluíído do éé a a áágua gua com ou sem gases (ar) dissolvidos.com ou sem gases (ar) dissolvidos.

Grau de saturaGrau de saturaçção ão –– a presena presençça de ar, mesmo em pequena quantidade, dificulta a passagem a de ar, mesmo em pequena quantidade, dificulta a passagem da da áágua pelos vazios, resultando maiores permeabilidades `a medida egua pelos vazios, resultando maiores permeabilidades `a medida em que o solo m que o solo tende a se tornar saturado. tende a se tornar saturado.

ExercExercíícioscios

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