7.0 PERMEABILIDADE DOS SOLOS7.0 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

7.1 Introdução 7.1 Introdução

A permeabilidade é a propriedade que o solo A permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da água através dele.apresenta de permitir o escoamento da água através dele.

O movimento de água através de um solo é O movimento de água através de um solo é influenciado por uma série de fatores, devido a sua natural influenciado por uma série de fatores, devido a sua natural heterogeneidade.heterogeneidade.

Nos solos granulares, a água se movimenta livremente Nos solos granulares, a água se movimenta livremente nos vazios, ao contrário dos solos finos, argilosos, onde a nos vazios, ao contrário dos solos finos, argilosos, onde a presença de cargas elétricas na superfície dos minerais e a presença de cargas elétricas na superfície dos minerais e a presença de moléculas de água adsorvidas nessa superfície presença de moléculas de água adsorvidas nessa superfície dificultam essa movimentação.dificultam essa movimentação.

O conhecimento da permeabilidade de um solo é de O conhecimento da permeabilidade de um solo é de fundamental importância em diversos problemas de fundamental importância em diversos problemas de engenharia, tais como : drenagem, rebaixamento do nível engenharia, tais como : drenagem, rebaixamento do nível d’água, recalques, barragens, etc.d’água, recalques, barragens, etc.

7.2 Lei de Darcy7.2 Lei de Darcy

O fluxo de água através de meios porosos é explicado por uma lei O fluxo de água através de meios porosos é explicado por uma lei descoberta experimentalmente por Henri Darcy (1856). Foi usado o descoberta experimentalmente por Henri Darcy (1856). Foi usado o equipamento a seguir para estudar as propriedades do fluxo d’água equipamento a seguir para estudar as propriedades do fluxo d’água através de uma camada de areia.através de uma camada de areia.

Variando o comprimento “L” da amostra e a pressão da água no topo e no Variando o comprimento “L” da amostra e a pressão da água no topo e no fundo da amostra, mediu-se a vazão “Q” através da areia.fundo da amostra, mediu-se a vazão “Q” através da areia.

Darcy concluiu experimentalmente que a vazão “Q” era proporcional a Darcy concluiu experimentalmente que a vazão “Q” era proporcional a relação :relação :

(h1 - h2) / L = i , e que :(h1 - 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 percolação;v = velocidade de percolação;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 água atinge no tubo piezométrico, h1 = altura, a partir da origem, que a água atinge no tubo piezométrico, instalado na entrada da camada de areia.instalado na entrada da camada de areia.h2 = altura, a partir da origem, que a água atinge no tubo piezométrico, h2 = altura, a partir da origem, que a água atinge no tubo piezométrico, instalado na saída da camada de areia;instalado na saída da camada de areia;L = comprimento da amostra;L = comprimento da amostra;A = seção transversal da amostra de solo normal à direção de percolação.A = seção transversal da amostra de solo normal à direção de percolação.

O gradiente hidráulico (i), ou perda de carga unitária é a relação entre a O gradiente hidráulico (i), ou perda de carga unitária é a relação entre a perda de carga hidráulica (h1-h2) e a distância de percolação “L” onde perda de carga hidráulica (h1-h2) e a distância de percolação “L” onde ocorreu a perda.ocorreu a perda.

A Lei de Darcy é válida para um escoamento “laminar”, tal como A Lei de Darcy é válida para um escoamento “laminar”, tal como é possível e deve ser considerado o escoamento na maioria dos é possível e deve ser considerado o escoamento na maioria dos solos naturais.solos naturais.

Escoamento laminar é quando as trajetórias das partículas Escoamento laminar é quando as trajetórias das partículas d’água não se cortam; em caso contrário denomina-se d’água não se cortam; em caso contrário denomina-se turbulento.turbulento.

A figura a seguir mostra a variação da velocidade com o A figura a seguir mostra a variação da velocidade com o gradiente hidráulico nos escoamentos laminares ( v < vcr ) e gradiente hidráulico nos escoamentos laminares ( v < vcr ) e escoamentos turbulentos ( v > vcr ).escoamentos turbulentos ( v > vcr ).

7.3 Determinação do Coeficiente de 7.3 Determinação do Coeficiente de PermeabilidadePermeabilidade

A determinação do coeficiente de A determinação do coeficiente de permeabilidade de um solo pode ser feita:permeabilidade de um solo pode ser feita:

- por meio de fórmulas que o relacionam com a - por meio de fórmulas que o relacionam com a granulometria (Hanzen);granulometria (Hanzen);

- em laboratório através dos permeâmetros ;- em laboratório através dos permeâmetros ;- in loco pelos “ensaios de bombeamento” ou - in loco pelos “ensaios de bombeamento” ou

pelo ensaio do tubo aberto;pelo ensaio do tubo aberto;- para as argilas a permeabilidade se - para as argilas a permeabilidade se

determina a partir do ensaio de determina a partir do ensaio de adensameto.adensameto.

Fórmula de HanzenFórmula de Hanzen

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

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

Válida somente para solos arenosos (areias fofas e Válida somente para solos arenosos (areias fofas e uniformes)uniformes)

Permeâmetro de carga Permeâmetro de carga constanteconstante

Neste ensaio a amostra é submetida a uma Neste ensaio a amostra é submetida a uma carga hidráulica constante durante o ensaio carga hidráulica constante durante o ensaio (permeâmetro de nível constante). (permeâmetro de nível constante).

O coeficiente de permeabilidade é determinado O coeficiente de permeabilidade é determinado pela quantidade de água que percola a pela quantidade de água que percola a amostra para um dado intervalo de tempo.amostra para um dado intervalo de tempo.

A quantidade de água é medida por uma A quantidade de água é medida por uma proveta graduada, determinando-se a vazão proveta graduada, determinando-se a vazão (Q).(Q).

Este permeâmetro é muito utilizado para solos Este permeâmetro é muito utilizado para solos de granulação grossa (solos arenosos).de granulação grossa (solos arenosos).

Permeâmetro de carga Permeâmetro de carga constanteconstante

Permeâmetro de carga Permeâmetro de carga constanteconstante

Permeâmetro de carga Permeâmetro de carga constanteconstante

Permeâmetro de carga Permeâmetro de carga constanteconstante

Permeâmetro de carga Permeâmetro de carga variávelvariável

Em se tratando de solos finos (solos argilosos e Em se tratando de solos finos (solos argilosos e siltosos), o ensaio com carga constante siltosos), o ensaio com carga constante tornasse inviável, devido à baixa tornasse inviável, devido à baixa permeabilidade destes materiais há pouca permeabilidade destes materiais há pouca percolação de água pela amostra, dificultando percolação de água pela amostra, dificultando a determinação do coeficiente de a determinação do coeficiente de permeabilidade. permeabilidade.

Para tais solos é mais vantajoso a utilização de Para tais solos é mais vantajoso a utilização de permeâmetros com carga variável.permeâmetros com carga variável.

Permeâmetro de carga Permeâmetro de carga variávelvariável

Ensaios de campo (in situ)Ensaios de campo (in situ)

Por mais cuidadosos que sejam os ensaios de Por mais cuidadosos que sejam os ensaios de permeabilidade em laboratório, representam somente permeabilidade em laboratório, representam somente pequenos volumes de solo em pontos individuais de pequenos volumes de solo em pontos individuais de uma grande massa. Portanto, a validade da aplicação uma grande massa. Portanto, a validade da aplicação dos valores neles obtidos aos problemas de percolação dos valores neles obtidos aos problemas de percolação e drenagem dependerá de como possam ser e drenagem dependerá de como possam ser considerados representativos da massa de solo.considerados representativos da massa de solo.

Em projetos importantes justifica-se a realização de Em projetos importantes justifica-se a realização de determinações “in situ” da permeabilidade as quais determinações “in situ” da permeabilidade as quais envolvem grandes volumes de solo fornecendo valores envolvem grandes volumes de solo fornecendo valores médios de permeabilidade que levam em conta médios de permeabilidade que levam em conta variações locais no solo. Por outro lado, eliminam o variações locais no solo. Por outro lado, eliminam o problema do amolgamento das amostras indeformadas problema do amolgamento das amostras indeformadas e a dificuldade de amostragem oferecida por algumas e a dificuldade de amostragem oferecida por algumas formações especialmente de solos arenosos.formações especialmente de solos arenosos.

Ensaio de BombeamentoEnsaio de Bombeamento

Trata-se de um ensaio de grande uso para a Trata-se de um ensaio de grande uso para a determinação da permeabilidade “in situ” de determinação da permeabilidade “in situ” de camadas de areia e pedregulho. O método camadas de areia e pedregulho. O método consiste em esgotar-se água do terreno consiste em esgotar-se água do terreno estabelecendo-se um escoamento uniforme, estabelecendo-se um escoamento uniforme, medir a descarga do poço (q) e observar a medir a descarga do poço (q) e observar a variação do nível d’água em piezômetros (h1 e variação do nível d’água em piezômetros (h1 e h2) colocados nas proximidades.h2) colocados nas proximidades.

O poço para bombeamento deve penetrar em O poço para bombeamento deve penetrar em toda a profundidade da camada ensaiada e com toda a profundidade da camada ensaiada e com diâmetro suficiente para permitir a inserção de diâmetro suficiente para permitir a inserção de uma bomba com tipo e capacidade necessária uma bomba com tipo e capacidade necessária ao bombeamento.ao bombeamento.

Ensaio de permeabilidade em furos de Ensaio de permeabilidade em furos de sondagemsondagem

É um ensaio de custo baixo quando comparado com o É um ensaio de custo baixo quando comparado com o ensaio de bombeamento. Determina-se a ensaio de bombeamento. Determina-se a permeabilidade de solos e rochas injetando-se água ou permeabilidade de solos e rochas injetando-se água ou bombeando-se através de perfurações executadas bombeando-se através de perfurações executadas durante a fase de investigação (furos de SPT). durante a fase de investigação (furos de SPT).

Este método está sujeito a uma série de erros, tais como Este método está sujeito a uma série de erros, tais como a falta de precisão nas medidas dos elementos a falta de precisão nas medidas dos elementos geométricos, o amolgamento do solo devido à geométricos, o amolgamento do solo devido à perfuração, etc. Além disso, as fórmulas deduzidas perfuração, etc. Além disso, as fórmulas deduzidas para o cálculo da permeabilidade são aplicáveis para o cálculo da permeabilidade são aplicáveis somente em casos específicos e, por isso, é necessário somente em casos específicos e, por isso, é necessário muito cuidado para não aplicar fórmulas a ensaios muito cuidado para não aplicar fórmulas a ensaios cujas condições não se enquadram nos limites cujas condições não se enquadram nos limites estipulados para as mesmas.estipulados para as mesmas.

Os ensaios podem ser de carga variável ou de carga Os ensaios podem ser de carga variável ou de carga constante.constante.

Ensaio de permeabilidade - carga Ensaio de permeabilidade - carga variável.variável.

No ensaio de carga variável deixa-se descer ou subir No ensaio de carga variável deixa-se descer ou subir água no furo, medindo-se o tempo necessário para água no furo, medindo-se o tempo necessário para uma determinada variação de carga (altura), é o uma determinada variação de carga (altura), é o mais rápido e fácil, só que somente é realizado mais rápido e fácil, só que somente é realizado abaixo no nível de água.abaixo no nível de água.

O furo é cheio de água até o zero da bureta. A O furo é cheio de água até o zero da bureta. A velocidade de descida da água é medida através velocidade de descida da água é medida através das alturas (H2) a intervalos de tempo que são das alturas (H2) a intervalos de tempo que são função do tipo de material, em geral temos:função do tipo de material, em geral temos:- solos arenosos - 1 a 10 mm- solos arenosos - 1 a 10 mm- solos siltosos - 30 a 60 mm- solos siltosos - 30 a 60 mm- solos argilosos - 1 a 24 horas- solos argilosos - 1 a 24 horas

Ensaio de permeabilidade - carga Ensaio de permeabilidade - carga constanteconstante

No ensaio de carga constante a água é No ensaio de carga constante a água é acrescentada no interior do revestimento, acrescentada no interior do revestimento, numa quantidade suficiente para manter um numa quantidade suficiente para manter um nível d’água constante, geralmente na boca do nível d’água constante, geralmente na boca do revestimento. revestimento.

A água pode ser adicionada derramando-se de A água pode ser adicionada derramando-se de recipientes calibrados ou por bombeamento recipientes calibrados ou por bombeamento através de hidrômetro. Determina-se a através de hidrômetro. Determina-se a quantidade de água acrescentada no quantidade de água acrescentada no revestimento a 1, 2 e 5 minutos após o inicio revestimento a 1, 2 e 5 minutos após o inicio do ensaio e daí por diante a cada 5 minutos de do ensaio e daí por diante a cada 5 minutos de intervalo.intervalo.

hhc c = depende do ensaio ser realizado acima ou = depende do ensaio ser realizado acima ou abaixo do nível de água.abaixo do nível de água.

Fatores que influenciam a Fatores que influenciam a permeabilidadepermeabilidade

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

Granulometria - O tamanho das partículas que constituem os solos Granulometria - O tamanho das partículas que constituem os solos influencia no valor de “k”. influencia no valor de “k”.

Índice de vazios - A permeabilidade dos solos esta relacionada com o Índice de vazios - A permeabilidade dos solos esta relacionada com o índice de vazios, logo, com a sua porosidade. Quanto mais poroso for 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, um solo (maior a dimensão dos poros), maior será o índice de vazios, por conseguinte, mais permeável (para argilas moles, isto não se por conseguinte, mais permeável (para argilas moles, isto não se verifica).verifica).

Composição mineralógica - A predominância de alguns tipos de minerais Composição mineralógica - A predominância de alguns tipos de minerais na constituição dos solos tem grande influência na permeabilidade. na constituição dos solos tem grande influência na permeabilidade.

Temperatura - Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade d’água, Temperatura - Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade d’água, portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a água mais portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a água mais facilmente escoará pelos poros do solofacilmente escoará pelos poros do solo

Fluído - O tipo de fluído que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o 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.fluído é a água com ou sem gases (ar) dissolvidos.

Grau de saturação – a presença de ar, mesmo em pequena quantidade, Grau de saturação – a presença de ar, mesmo em pequena quantidade, dificulta a passagem da água pelos vazios, resultando maiores dificulta a passagem da água pelos vazios, resultando maiores permeabilidades `a medida em que o solo tende a se tornar saturado. permeabilidades `a medida em que o solo tende a se tornar saturado.

ExercíciosExercícios

ExercíciosExercícios

ExercíciosExercícios

ExercíciosExercícios