Permeabilidade dos Solos

Permeabilidade dos Solos

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6.5 Ordem de grandeza do coeficiente de permeabilidade

A Tabela 6.2 apresenta valores típicos do coeficiente de permeabilidade (médios) em função dos materiais (solos arenosos e argilosos). Consideram-se solos permeáveis, ou que apresentam drenagem livre, são aqueles que têm permeabilidade superior a 10-7 m/s. Os demais são solos impermeáveis ou com drenagem impedida.

Tabela 6.2 - Valores típicos do coeficiente de permeabilidade.

Permeabilidade Tipo de solo k (cm/s)

Muito baixa Argila 10-7 a 10-9 Solos impermeáveis Baixíssima Argila < 10-9

6.6 Determinação da permeabilidade

6.6.1 Ensaios de laboratório (Permeâmetros)

Existem diversos tipos de equipamentos para investigação da condutividade hidráulica de solos em laboratório. Esses equipamentos são denominados de permeâmetros, e são classificados em permeâmetros de parede rígida e parede flexível.

Notas de Aula - Mecânica dos Solos 78

Os ensaios de condutividade hidráulica realizados em laboratório são mais utilizados na avaliação de solos compactados durante a fase de projeto, devido os baixos custos comparados com ensaios de campo. Os resultados destes ensaios ajudam na seleção de materiais, normalmente mais indicados como camada impermeabilizante de fundações e aterros sanitários.

Os ensaios de laboratório são realizados em células chamadas de permeâmetros, sendo que no seu interior é colocado o corpo de prova para execução do ensaio. Existem duas categorias de permeâmetros usados em laboratório, os permeâmetros de parede flexível e os permeâmetros de parede rígida. Em função do método de execução os ensaios podem ser denominados; ensaio de carga constante, ensaio de carga variável e ensaio com vazão constante.

6.6.1.1 Permeâmetro de parede rígida

O permeâmetro de parede rígida é constituído por tubo metálico, plástico ou vidro (quando o chorume for o líquido percolante), onde é colocado o corpo de prova para o ensaio. Esse tipo de permeâmetro não se utiliza em ensaios com solos de baixa permeabilidade, pois há a possibilidade de fluxo lateral entre o corpo de prova e molde, neste caso podem ser ensaiados de acordo com a NBR 13292/95. Os permeâmetros de parede rígida mais utilizados são do tipo: molde de compactação, tubo amostrador e célula de adensamento.

a) Permeâmetro do tipo molde de compactação

utilizados para determinação da k em solos

O ensaio com permeâmetro do tipo molde de compactação é realizado em corpos de prova compactados. O corpo de prova contido por um cilindro é fixo entre duas placas (tampas) em suas extremidades e vedadas com anéis de borracha. No topo e base são colocados materiais drenantes. Daniel (1994) apresentou uma extensa revisão sobre os principais permeãmetros de parede rígida

Em geral estes permeâmetros utilizam corpos de prova compactados, porém a NBR 14545/0 descreve um tipo de ensaio onde são executadas uma vedação com argila plástica (bentonita) nas laterais do corpo de prova. Neste caso o corpo de prova pode ser compacto ou natural. A bentonita terá como função o selamento anelar evitando o fluxo de água pelas lateriais. Daniel (1994) também apresenta este tipo de equipamento. A figura 6.4 (a), (b) e (c) apresenta 3 tipos de permeâmetros de parede rígida mais utilizados.

(a) Molde de compactação (b) Permeâmetro com selamento anelar c) Permeâmetro para solo granular

Figura 6.5 – Permeâmetros de parede rígida mais utilizados

Notas de Aula - Mecânica dos Solos 79 b) Permeâmetro do tipo tubo amostrador

O permeâmetro do tipo tubo amostrador consiste de um tubo que coleta amostras indeformadas em campo. Várias vezes o tubo é cortado no laboratório e fixo entre as placas, sendo o corpo de prova percolado com líquidos diretamente no interior do tubo. Daniel (1994), afirma há grandes possibilidades de ocorrer fluxo lateral se o ensaio for realizado com amostras de solos muito rígidos ou que tenham material granular. Além disto, podem ocorrer danos na amostra quando na coleta, devido à perturbação do solo na cravação do tubo amostrador e também na retirada do mesmo.

c) Permeâmetro do tipo célula de adensamento

O permeâmetro do tipo célula de adensamento é formado por uma célula, pela qual o fluxo d’água do corpo de prova é conectado ao ensaio figura 6.6, Tavenas et al (1983), afirma que uma das vantagens na utilização deste ensaio é a possibilidade de medir além da condutividade hidráulica a tensão vertical efetiva inicial (σ’v0), índice de vazios (e0), mas também a lei da variação de k em função do índice de vazios com o aumento da tensão vertical efetiva.

Figura 6.6 – Permeâmetro de parede rígida tipo célula de adensamento.

Em geral os permeâmetros de parede rígida apresentam como vantagens: (a) Simplicidade de construção, operação e baixo custo da célula; (b) amostras com dimensões maiores podem ser ensaiadas; (c) podem ser aplicadas as tensões verticais nulas se desejado.

As principais desvantagens que estes permeâmetro apresentam são: (a) Problemas de fluxo lateral nas amostras; (b) não há controle da tensão horizontal; (c) não é possível confirmar o grau de saturação pelo parâmetro B; (d) não é possível obter a saturação por contrapressão; (e) necessita-se de um grande tempo para ensaiar o material de baixa permeabilidade.

6.6.1.2 Permeâmetro de parede flexível

Consiste de uma câmara triaxial simplificada adaptada ao ensaio de permeabilidade. Na figura 6.7 aparece o desenho esquemático de um permeâmetro de parede flexível. Este sistema pode ser usado com água, chorume ou com outro líquido. Quando usado com líquido de origem química, necessita-se verificar a possibilidade de alteração da membrana que reveste o corpo de prova e os componentes do permeâmetro.

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Figura 6.7 – Permeâmetro de parede flexível (modificado de Daniel et. al 1994)

O corpo de prova de solo é colocado no interior da célula triaxial envolvido por uma membrana, e disposto entre a base e o pedestal, sendo confiando entre pedras porosas, na parte superior e inferior do corpo de prova. A célula triaxial é preenchida com água, aplicam-se tensões de confinamento, que comprimem a membrana flexível ao corpo de prova. Desta forma o fluxo lateral (entre a membrana e o corpo de prova) é minimizado. Uma linha de drenagem é conectada na parte inferior do corpo de prova (onde entrará o fluxo d’água), e outra na parte superior (onde sairá o fluxo). As principais vantagens do permeâmetro de parede flexível são: (a) saturação da amostra por contrapressão e tem-se a possibilidade de verificar o parâmetro B = ∆u / ∆σ; (b) possibilidade de controle das tensões principais; (c) realizar ensaios com materiais de baixa condutividade hidráulica; (d) ensaios mais rápidos; (e) a membrana que envolve a amostra reduz o risco de percolação lateral devido à tensão de confinamento aplicada; (f) as mudanças volumétricas e deformações podem ser medidas.

Citam-se como principais desvantagens: (a) os custos da célula e dos equipamentos envolvidos para realização dos ensaios são elevados; (b) problemas de compatibilidade química da membrana com líquidos utilizados na percolação; (c) dificuldades de execução do ensaio com tensões de compressão muito baixas; (d) problemas de difusão através da membrana.

6.6.2 Métodos de Ensaio (sistemas de controle)

Os métodos de ensaio de condutividade hidráulica são nomeados em função do sistema de aplicação de carga hidráulica, que podem ser do tipo: carga constante, carga variável e vazão constante (Daniel, 1994).

Ensaio de carga constante:

Corpo de

prova

Conexão da Base

Conexã

Tubo de acrílico (câmara)

Pedras Porosas

Conexão do

Tampa

PedestaBase Membrana

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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), conforme mostra a Figura 6.8. Este permeâmetro é muito utilizado para solos de granulação grossa (solos arenosos).

Q = v . A v = k . i Q = k . i . A Q = k . h/L . A

tAh LV

k = permeabilidade v = velocidade i = gradiente hidráulico Q = vazão L = comprimento A = área da amostra h = diferença de nível V = volume t = tempo Figura 6.8 - Permeâmetro de carga constante

Ensaio de carga variável:

Em se tratando de solos finos (solos argilosos e siltosos), o ensaio com carga constante tornase inviável, devido à baixa permeabilidade destes materiais há pouca percolação de água pela amostra, dificultando a determinação do coeficiente de permeabilidade. Para tais solos é mais vantajoso a utilização de permeâmetros com carga variável, conforme mostra a Figura 6.9.

dV = k . i . A . dt(na amostra) dV = - a . dh (na bureta)

h = f (t) Q = V/t = k . i . A V = K . i . A . t k . i . A . dt = - a . dh k . h/L . A. dt = - a . dh

h dhdt

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