7.0 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

7.1 Introduo A permeabilidade a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da gua atravs dele.O movimento de gua atravs de um solo influenciado por uma srie de fatores, devido a sua natural heterogeneidade.Nos solos granulares, a gua se movimenta livremente nos vazios, ao contrrio dos solos finos, argilosos, onde a presena de cargas eltricas na superfcie dos minerais e a presena de molculas de gua adsorvidas nessa superfcie dificultam essa movimentao.O conhecimento da permeabilidade de um solo de fundamental importncia em diversos problemas de engenharia, tais como : drenagem, rebaixamento do nvel dgua, recalques, barragens, etc.

7.2 Lei de DarcyO fluxo de gua atravs de meios porosos explicado por uma lei descoberta experimentalmente por Henri Darcy (1856). Foi usado o equipamento a seguir para estudar as propriedades do fluxo dgua atravs de uma camada de areia.Variando o comprimento L da amostra e a presso da gua no topo e no fundo da amostra, mediu-se a vazo Q atravs da areia.Darcy concluiu experimentalmente que a vazo Q era proporcional a relao : (h1 - h2) / L = i , e que :Q = K i A, sendo v = K ionde :v = velocidade de percolao;Q = vazo;K = constante conhecida como coeficiente de permeabilidade;h1 = altura, a partir da origem, que a gua atinge no tubo piezomtrico, instalado na entrada da camada de areia.h2 = altura, a partir da origem, que a gua atinge no tubo piezomtrico, instalado na sada da camada de areia;L = comprimento da amostra;A = seo transversal da amostra de solo normal direo de percolao.O gradiente hidrulico (i), ou perda de carga unitria a relao entre a perda de carga hidrulica (h1-h2) e a distncia de percolao L onde ocorreu a perda.

A Lei de Darcy vlida para um escoamento laminar, tal como possvel e deve ser considerado o escoamento na maioria dos solos naturais.Escoamento laminar quando as trajetrias das partculas dgua no se cortam; em caso contrrio denomina-se turbulento.A figura a seguir mostra a variao da velocidade com o gradiente hidrulico nos escoamentos laminares ( v < vcr ) e escoamentos turbulentos ( v > vcr ).

7.3 Determinao do Coeficiente de Permeabilidade

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

- por meio de frmulas que o relacionam com a granulometria (Hanzen);- em laboratrio atravs dos permemetros ;- 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.

Frmula de Hanzen

Allen Hazen, ensaiando areias com dimetro efetivo compreendido entre 0,1 e 3,0mm, chegou a relao que fornece o coeficiente de permeabilidade para esse solos:K = C (d10)2onde: K coeficiente de permeabilidade (cm/s);d10 ou de dimetro efetivo (cm);C coeficiente utilizado que varia de 100 a 150, utilizando-se geralmente 116.

Vlida somente para solos arenosos (areias fofas e uniformes)

Permemetro de carga constanteNeste ensaio a amostra submetida a uma carga hidrulica constante durante o ensaio (permemetro de nvel constante). O coeficiente de permeabilidade determinado pela quantidade de gua que percola a amostra para um dado intervalo de tempo.A quantidade de gua medida por uma proveta graduada, determinando-se a vazo (Q).Este permemetro muito utilizado para solos de granulao grossa (solos arenosos).

Permemetro de carga constante

Permemetro de carga constante

Permemetro de carga constante

Permemetro de carga constante

Permemetro de carga varivel

Em se tratando de solos finos (solos argilosos e siltosos), o ensaio com carga constante tornasse invivel, devido baixa permeabilidade destes materiais h pouca percolao de gua pela amostra, dificultando a determinao do coeficiente de permeabilidade.

Para tais solos mais vantajoso a utilizao de permemetros com carga varivel.

Permemetro de carga varivel

Ensaios de campo (in situ)

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

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

Ensaio de BombeamentoTrata-se de um ensaio de grande uso para a determinao da permeabilidade in situ de camadas de areia e pedregulho. O mtodo consiste em esgotar-se gua do terreno estabelecendo-se um escoamento uniforme, medir a descarga do poo (q) e observar a variao do nvel dgua em piezmetros (h1 e h2) colocados nas proximidades.

O poo para bombeamento deve penetrar em toda a profundidade da camada ensaiada e com dimetro suficiente para permitir a insero de uma bomba com tipo e capacidade necessria ao bombeamento.

Ensaio de permeabilidade em furos de sondagem um ensaio de custo baixo quando comparado com o ensaio de bombeamento. Determina-se a permeabilidade de solos e rochas injetando-se gua ou bombeando-se atravs de perfuraes executadas durante a fase de investigao (furos de SPT).

Este mtodo est sujeito a uma srie de erros, tais como a falta de preciso nas medidas dos elementos geomtricos, o amolgamento do solo devido perfurao, etc. Alm disso, as frmulas deduzidas para o clculo da permeabilidade so aplicveis somente em casos especficos e, por isso, necessrio muito cuidado para no aplicar frmulas a ensaios cujas condies no se enquadram nos limites estipulados para as mesmas.

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

Ensaio de permeabilidade - carga varivel.

No ensaio de carga varivel deixa-se descer ou subir gua no furo, medindo-se o tempo necessrio para uma determinada variao de carga (altura), o mais rpido e fcil, s que somente realizado abaixo no nvel de gua.

O furo cheio de gua at o zero da bureta. A velocidade de descida da gua medida atravs das alturas (H2) a intervalos de tempo que so funo do tipo de material, em geral temos:- solos arenosos - 1 a 10 mm- solos siltosos - 30 a 60 mm- solos argilosos - 1 a 24 horas

Ensaio de permeabilidade - carga constante

No ensaio de carga constante a gua acrescentada no interior do revestimento, numa quantidade suficiente para manter um nvel dgua constante, geralmente na boca do revestimento.

A gua pode ser adicionada derramando-se de recipientes calibrados ou por bombeamento atravs de hidrmetro. Determina-se a quantidade de gua acrescentada no revestimento a 1, 2 e 5 minutos aps o inicio do ensaio e da por diante a cada 5 minutos de intervalo.

hc = depende do ensaio ser realizado acima ou abaixo do nvel de gua.

Fatores que influenciam a permeabilidade

Os principais fatores que influenciam no coeficiente de permeabilidade so:

Granulometria - O tamanho das partculas que constituem os solos influencia no valor de k.

ndice de vazios - A permeabilidade dos solos esta relacionada com o ndice de vazios, logo, com a sua porosidade. Quanto mais poroso for um solo (maior a dimenso dos poros), maior ser o ndice de vazios, por conseguinte, mais permevel (para argilas moles, isto no se verifica).

Composio mineralgica - A predominncia de alguns tipos de minerais na constituio dos solos tem grande influncia na permeabilidade.

Temperatura - Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade dgua, portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a gua mais facilmente escoar pelos poros do solo

Fludo - O tipo de fludo que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o fludo a gua com ou sem gases (ar) dissolvidos.

Grau de saturao a presena de ar, mesmo em pequena quantidade, dificulta a passagem da gua pelos vazios, resultando maiores permeabilidades `a medida em que o solo tende a se tornar saturado.

Exerccios

Exerccios

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