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Laboratório de Mecânica dos Solos

Primeiro Semestre de 2017

1. A água no solo

Problemas práticos envolvendo percolação:

• Barragens: Vazões infiltradas, piping, dimensionamento de filtros e drenos.

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

• Arraste de materiais soltos e contaminantes para dentro do maciço (degradação ambiental, barreiras de contaminantes, recuperação de áreas degradadas).

Aula 8 – Permeabilidade

2. Permeabilidade dos solos

Definição

• É a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da água através de seus vazios de um ponto de mais alta energia para um ponto de mais baixa energia.

• A permeabilidade é medida pelo coeficiente de permeabilidade, K, dado em [L.T-1].

• Todos os solos, por serem meios porosos, são permeáveis, uns mais, outros menos.

• E a velocidade desta percolação é pesquisada, pois ela será importante para a definição de projetos. (Condição com fluxo)

2. Permeabilidade dos solos

Condição com fluxo

LEI DE DARCY

Experimentalmente, Darcy, em 1850, verificou como os diversos fatores geométricos influenciavam a vazão da água, expressando a equação de Darcy:

Q = vazão h = carga hidráulico

A= área da seção transversal amostra

L=comprimento amostra

k = coeficiente de permeabilidade do solo

2. Permeabilidade dos solos

A lei de Darcy é válida para fluxos laminares através dos vazios do solo. O critério será o número de Reynolds: Re≤1

onde:

2. Permeabilidade dos solos

Equação de Darcy:

Gradiente hidráulico = relação entre carga hidráulica por unidade de comprimento:

A velocidade de percolação em função da Lei de Darcy:

2. Permeabilidade dos solos

Coeficiente de permeabilidade do solo (k)

Valores típicos de coeficiente de permeabilidade

2. Permeabilidade dos solos

Coeficiente de permeabilidade do solo (k)

Valores típicos de coeficiente de permeabilidade

2. Permeabilidade dos solos

FATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE

a) Forma e tamanho das partículas do solo.

b) Índice de vazios - a permeabilidade aumenta como aumento do índice de vazios.

c) Grau de saturação - k aumenta com S.

d) Composição das partículas do solo - importante para as argilas (mineralogia)

2. Permeabilidade dos solos

FATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE

e) Estrutura do solo - solos finos com estrutura floculada têm coeficientes de permeabilidade mais altos do que os que têm estrutura dispersa.

f) Temperatura aumenta e a Viscosidade do fluido (água) diminui aumentando a facilidade de escoamento pelos vazios do solo, aumentando o k.

g) Peso específico e concentração do fluido (as características dos fluidos percolantes).

2. Permeabilidade dos solos

FATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE

2. Permeabilidade dos solos

FATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE

2. Permeabilidade dos solos

FATORES QUE AFETAM O COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo INDIRETAMENTE • Através da Curva Granulométrica • Através do Ensaio de Adensamento (ensaios será abordado em aulas futuras) • Através de ensaios de campo DIRETAMENTE • Ensaios de Laboratório (PERMEÂMETROS DE CARGA

CONSTANTE OU VARIÁVEL – FLUXO UNIDIMENSIONAL)

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo

LABORATÓRIO: A permeabilidade pode ser determinada por permeâmetros com duas configurações de carga hidráulica:

1) Carga constante: a perda de carga é mantida constante durante o ensaio, sendo que se mede a vazão para determinação da condutividade hidráulica;

2) Carga variável: a perda de carga decresce com o tempo, sendo que se mede as alturas inicial e final do nível de água.

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo

LABORATÓRIO:

Permeâmetro de carga constante:

Solos granulares

Carga hidráulica não varia no ensaio

A água percolada é colhida

(vídeo de carga constante – fluxo ascendente)

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo

LABORATÓRIO:

Permeâmetro de carga variável:

Solos com cond. hidráulica baixa

Carga hidráulica varia com o ensaio

(vídeo de carga constante e carga variável – fluxo descendente)

(vídeo de carga constante e carga variável – fluxo ascendente)

)log().

.(3,2

hf

hi

tA

Lak

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo

LABORATÓRIO:

REALIZADO EM UM

SOLO ARGILOSO

(PERMEABILIDADE

MUITO BAIXA).

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo

LABORATÓRIO:

PERMEÂMETRO DE

CARGA VARIÁVEL

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo

LABORATÓRIO: Os permeâmetros de parede rígida, geralmente, são utilizados para ensaio de materiais granulares (solos não coesivos), que apresentam alta condutividade. São constituídos por um tubo de material rígido, que pode ser metal, plástico ou ainda de vidro, no qual a amostra fica confinada lateralmente.

LABORATÓRIO:

O permeâmetros de parede flexível consiste de uma câmara triaxial (será abordado em aulas futuras) simplificada adaptada ao ensaio de condutividade hidráulica. Na figura, aparece o desenho esquemático de um permeâmetro de parede flexível. Este sistema pode ser usado com água, chorume ou com outro líquido.

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo

LABORATÓRIO:

O permeâmetros de parede flexível: adequado para materiais com baixa permeabilidade, pois quando utilizado para materiais granulares enfrenta -se diversos problemas, como: necessita-se grandes volumes de água; tem -se grandes perdas de carga nos tubos, válvulas e conexões; são necessários cuidados para medição da vazão e pressão, pois podem ocorrer grandes variações e tem- se risco de ocorrência de regime turbulento.

2. Permeabilidade dos solos

Determinação do k = coeficiente de permeabilidade do solo

2. Permeabilidade dos solos

Erros possíveis de ocorrer na determinação do Coeficiente de Permeabilidade

Segregação das partículas dos solos ensaiados. Cuidados com a direção do fluxo para evitar a segregação.

Admissão de ar com a água – repetição de ensaio coma mesma amostra – usar água destilada (com temperatura superior a ambiente). Retirar o ar com vácuo.

Anisotropia dos solos: kv diferente de kh, kh é maior do que kv – permeâmetros medem a vertical. Solos compactados kv ≅kh.

Forma das camadas iônicas – redução do teor iônico utilizando água do local.

Amostras não representativas – resultado médio de diversas amostras. Procurar fazer uma boa amostragem.

2. Permeabilidade dos solos

Erros possíveis de ocorrer na determinação do Coeficiente de Permeabilidade

Deformação das amostras nos permeâmetros – quebra da estrutura (para

amostras indeformadas).

Temperatura muda a viscosidade da água. Correção da temperatura.

Erros de medição (operação).

Vedação total da cápsula do permeâmetro.

Evitar a turbulência do fluxo.

3. Exercícios

6.1 livro CSP pg 119 - Permeâmetro de carga constante

6.3 livro CSP pg 119 - Permeâmetro de carga variável