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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – UFPRSETOR DE TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVILCURSO DE ENGENHARIA CIVIL

LABORATÓRIO de MECÂNICA dos SOLOS‐ Permeabilidade do Solo

SUMÁRIO

1. Introdução

2. Conceito

3. Importância

4. Lei de Darcy

5. Fatores que Influenciam na Permeabilidade dos Solos

6. Resultados de Permeabilidade

7. Coeficiente de Permeabilidade

8. Determinação de Permeabilidade

9. Ensaios de laboratório

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O movimento de água através de um solo éinfluenciado por uma série de fatores, devido a suanatural heterogeneidade.

Nos solos granulares, a água se movimenta livrementenos vazios, ao contrário dos solos finos, argilosos, ondea presença de cargas elétricas na superfície dosminerais e a presença de moléculas de águaadsorvidas nessa superfície dificultam essamovimentação.

1. INTRODUÇÃO

É a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de água através dele.

Todos os solos são mais ou menos permeáveis.

Propriedade física do solo.

2. CONCEITO

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2. CONCEITO

Água

Solo solto• Maior facilidade de fluxo• Permeabilidade alta

Solo denso• Dificuldade de fluxo• Permeabilidade baixa

3. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO• Barragens: Vazões infiltradas, cálculo de fluxo, dimensionamento de

filtros e drenos.

• Determinação da Pressão Neutra ou Poropressão: Análises deestabilidade em tensões efetivas (taludes naturais e de corte, aterros)e Estimativa recalques ‐ adensamento.

• Cálculo de empuxos de terra: em muros de contenção;

• Movimentação de materiais soltos e contaminantes para dentro domaciço : degradação ambiental, barreiras de contaminantes,recuperação de áreas degradadas;

• Cálculo do balanço hídrico e da quantidade de água necessária parairrigação.

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Experimento:

Percolou água através de uma amostra de solode comprimento “L” e área “A”, a partir de doisreservatórios de nível constante, sendo “h” adiferença de cota entre ambos.

4. Lei de Darcy

4. Lei de Darcy Darcy (1856), através de seus experimentos, verificou

que uma série de fatores geométricos influenciavam navazão da água, formulando a equação:

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4. Lei de Darcy

Gradiente Hidráulico (i) é a taxa de dissipação da carga total em função da distância

Caminhos tortuosos e não lineares

L

h i A i kQ ik v

Os principais fatores que influenciam no coeficiente de permeabilidade são:

Granulometria

Índice de vazios

Composição mineralógica

Estrutura do solo/ estratificação do terreno

Fluído

Macroestrutura

Temperatura

Grau de saturação


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Granulometria ‐ Forma e tamanho das partículas do solo

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

• Nos solos pedregulhosos sem finos (partículas com diâmetro superior a 2mm), porexemplo, o valor de “k” é superior a 0,01cm/s.

• Nos solos finos (partícula com diâmetro inferior a 0,074mm) os valores de “k” sãobem inferiores a este valor.


“k” esféricos > “k” angulares.

Diâmetro da

partícula

Índice de Vazios

A permeabilidade dos solos esta relacionada com o índice devazios, logo, com a sua porosidade.

Quanto mais poroso for um solo (maior a dimensão dosporos), maior será o índice de vazios, por conseguinte, maispermeável.


)e(1

e

)e(1

e

k

k

2

32

1

31

2

1

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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 montmori‐lonitas) possuem

um valor de “k” muito baixo, que varia de 10‐7 a

10‐8 cm/s.

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.


Quanto > A (atividade da argila) < o “k”

Estrutura do Solo/Estratificação do terreno

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.


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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

Viscosidade


Macroestrutura

Principalmente em solos que guardam as características do

material de origem (rocha mãe) como diaclases, fraturas,

juntas, estratificações

Estes solos constituem o horizonte C dos perfis de solo,

também denominados de solos saprolíticos.


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Temperatura

Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade d’água, portanto, maior apermeabilidade, isto significa que a água mais facilmente escoará pelos porosdo solo.

Por isso, os valores de “k” obtidos nos ensaios são geralmente referidos àtemperatura de 20°C.


vT20

TT20 C.kkk

kT – o valor de k para a temperatura do ensaio;20 ‐ é a viscosidade da água a temperatura de 200C;T ‐ é a viscosidade a temperatura do ensaio;CV – relação entre as viscosidades.

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Grau de saturação do solo

A percolação de água não remove todo o ar existente num solo não saturado.

Permanecem bolhas de ar, contidas pela tensão superficial da água

O coeficiente de permeabilidade de um solo não saturado é menor do que o

que ele apresentaria se estivesse totalmente saturado

Ensaio de carga variável: variação do grau de saturação, logo, realizar apenas

em solos na condição saturada


6. Resultados de Permeabilidade

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A determinação do coeficiente de permeabilidade de um solo

pode ser feita:

por meio de fórmulas que o relacionam com a granulometria

(Hanzen);

em laboratório através dos permeâmetros ;

in loco pelos “ensaios de bombeamento” ou pelo ensaio do

tubo aberto;

para as argilas a permeabilidade se determina a partir do

ensaio de adensameto.


Fórmula de Hanzen – Curva granulométrica

Allen Hazen, ensaiando areias com diâmetro efetivo compreendido entre 0,1 e

3,0mm, chegou a relação que fornece o coeficiente de permeabilidade para

esse solos:

K = C (d10)2onde: K – coeficiente de permeabilidade (cm/s);d10 ou de – diâmetro efetivo (cm);C – coeficiente utilizado que varia de 100 a 150, utilizando‐se geralmente 116.

Válida somente para solos arenosos (areias fofas e uniformes)


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Ordem de grandeza do coeficiente de permeabilidade:


Existem diversos tipos de equipamentos parainvestigação da condutividade hidráulica de solos

em laboratório.

São denominados de permeâmetros:

Permeâmetro de carga constante

Permeâmetro de carga variável

8. Ensaios de Laboratório

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NBR 13292

Neste ensaio a amostra é submetida a uma carga hidráulica constante durante o

ensaio (permeâmetro de nível constante).

O coeficiente de permeabilidade é determinado pela quantidade de água que

percola a amostra para um dado intervalo de tempo.

A quantidade de água é medida por uma proveta graduada, determinando‐se a

vazão (Q).

Este permeâmetro é muito utilizado para solos de granulação grossa (solos

arenosos).




Q – vazão;

A – área do corpo de prova;

h – carga dissipada na percolação;

L – comprimento do corpo de prova.

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Em se tratando de solos finos (solosargilosos e siltosos), o ensaio com cargaconstante tornasse inviável, devido àbaixa permeabilidade destes materiais,há pouca percolação de água pelaamostra, dificultando a determinação docoeficiente de permeabilidade.

Para tais solos é mais vantajoso autilização de permeâmetros com cargavariável.


• Conservação da energia: a vazão de água passando pelo solo é igual a vazão da água que passa pela bureta

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AL

hk

dt

dha

1t

0tdt

L

kA1h

0h h

dha

1h0hlog

tA

aL3,2k



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Métodos de Ensaio “in situ” (sistemas de controle)

Ensaio de bombeamento

Ensaio de permeabilidade em furos de sondagem

Ensaio de permeabilidade ‐ carga variável

Ensaio de permeabilidade ‐ carga constante

Ensaio compiezômetro

Piezômetro do tipo cravado

Piezômetro do tipo escavado

Ensaio de perda d’água sob pressão (ensaio Lugeon)

8. Ensaios de Campo

Por mais cuidadosos que sejam os ensaios de permeabilidade

em laboratório, representam somente pequenos volumes de

solo em pontos individuais de uma grande massa.

Portanto, a validade da aplicação dos valores neles obtidos

aos problemas de percolação e drenagem dependerá de

como possam ser considerados representativos da massa de

solo.

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