Introdução

A permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de água através dele. Todos os solos são mais ou menos permeáveis.

O conhecimento do valor da permeabilidade é muito importante em algumas obras de engenharia, principalmente, na estimativa da vazão que percorrerá através do maciço e da fundação de barragens de terra, em obras de drenagem, rebaixamento do nível d’água, adensamento, etc.

Portanto, os mais graves problemas de construção estão relacionados com a presença da água. O conhecimento da permeabilidade e de sua variação é necessário para a resolução desses problemas. O coeficiente de permeabilidade pode ser determinado através de ensaios de laboratório em amostras indeformadas ou de ensaios “in Loco”.

Como já foi visto, o solo é um material natural complexo, constituído por grãos minerais e matéria orgânica, constituindo uma fase sólida, envolvidos por uma fase líquida: água. Há uma terceira fase, eventualmente presente; o ar, o qual preenche parte dos poros dos solos não inteiramente saturados de água.

No caso das areias o solo poderia ser visto como um material constituído por canalículos, interconectados uns aos outros, nos quais ou há água armazenada, em equilíbrio hidrostático, ou água flui através desses canalículos, sob a ação da gravidade. Nas argilas esse modelo simples do solo perde sua validade, uma vez que devido ao pequeníssimo diâmetro que teriam tais canalículos e as formas exóticas dos grãos, intervêm forças de natureza capilar e molecular de interação entre a fase sólida e a líquida. Portanto, o modelo de um meio poroso, pelo qual percola à água, é algo tanto precário para as argilas, embora possa ser perfeitamente eficiente para as areias. Infelizmente a quase totalidade das teorias para percolação de água nos solos é baseada nesse modelo.

OBJETIVOS DO ENSAIO

Determinação do coeficiente de permeabilidade - carga variável, com água percolando através do solo em regime de escoamento laminar que pressupõe o cumprimento de condições de escoamento com carga hidráulica variável, sem variações de volume de solo durante o ensaio.

Permeabilidade de um Solo: É a propriedade do solo que indica a maior ou menor facilidade

que o mesmo oferece à passagem de água através de seus vazios;

Coeficiente de Permeabilidade: Índice que expressa a facilidade ou a dificuldade da água se

deslocar por entre os vazios de um solo com certa velocidade, geralmente expresso, em cm/s;

Gradiente Hidráulico: Queda de potencial hidráulico por distância de percolação unitária;

Equipamentos Utilizados

Para o experimento são utilizados os seguintes materiais:

Pemeâmetro composto de um cilindro dotado de orifício de entrada e saída;

Um permeâmetro é um dispositivo de

medição utilizado nos casos em que a quantidade de permeabilidade eletromagnética de

substâncias naturais, como o ferro, pode ser identificada para determinar se as substâncias são

ou não adequadas para uso comercial. Dispositivos permeâmetros também servem para

determinar se o conteúdo do solo de uma área específica de terra pode ser adequada ou não

para um sistema de tratamento de águas residuais, por meio de testes de permeabilidade do

solo ao redor de onde o sistema seria instalado. Há uma série de usos para os diferentes tipos

de permeâmetros, no entanto as duas principais funções são: medir a quantidade

de permeabilidade eletromagnética em diferentes componentes do solo e determinar a

compactação do solo para a adequação com a finalidade de construção.

Permeâmetro; Corpo de prova já moldado e saturado;

Painel vertical de madeira para fixação da bureta de vidro;

Bureta de vidro, graduada em décimo de centímetros;

Malha tipo feltro com diâmetro aproximadamente igual ao diâmetro do corpo-de-prova;

Pequena quantidade de areia;

Mangueira que possa ser conectada sem folgas aos orifícios do permeâmetro;

Alimentação de água; Cronômetro;

Método de Ensaio

Montagem do corpo-de-prova no cilindro do permeâmetro

Apoiar o cilindro do permeâmetro numa superfície bem plana; Colocar a malha (feltro) sobre a

base do permeâmetro;

Colocar uma camada de areia;

Enrolar o corpo de prova com papel filme, para que não haja percolação de água entre o corpo

e a parede do aparelho;

Colocar o corpo-de-prova bem centrado no interior do permeâmetro;

Colocar uma camada de areia;

Fixar a tampa do permeâmetro no conjunto.

Saturação do corpo-de-prova Para a realização do ensaio é importante que o corpo de prova

esteja saturado.

Execução do ensaio

Verificar as leituras do nível d’ água na bureta do ensaio, em intervalos de tempo compatíveis

com a velocidade do fluxo;

Deve-se medir a altura do solo até a saída de água e até marcação zero da bureta para o

cálculo da dissipação de água;

Roteiro de Calculo do coeficiente de permeabilidade

Permeâmetro de Carga Variável

Quando o coeficiente de permeabilidade é muito baixo, a determinação pelo

permeâmetro de carga constante é pouco precisa. Emprega-se, então, o de carga variável,

como esquematizado na Figura 3.

No ensaio de permeabilidade a carga variável, medem-se os valores h obtidos para

diversos valores de tempo decorrido desde o início do ensaio. São anotados os valores da

temperatura quando da efetuação de cada medida. O coeficiente de permeabilidade do solos é

então calculado fazendo-se uso da lei de Darcy: q=k h

LA

e levando-se em conta que a vazão

de água passando pelo solo é igual a vazão da água que passa pela bureta, que pode ser

expressa como: q=−adh

dt (conservação da energia).

Igualando-se as duas expressões de vazão tem-se: −a dh

dt=k h

LA

que integrada da

condição inicial (h = hi, t = 0) à condição final (h = h f, t = tf):

−a∫h0

h1dhh

= kAL∫t0

t1

dt conduz a:

a lnh0

h1=kALΔt

, explicitando-se o valor de k:

k= aLAΔt

lnh0

h1

ou

k=2,3 aLAΔt

logh0

h1

Permeâmetro de Carga Variável

Onde:

a - área interna do tubo de carga (cm2)

A - seção transversal da amostra (cm2)

L - altura do corpo de prova (cm)

h0 - distância inicial do nível d`água para o reservatório inferior (cm)

h1 - distância para o tempo 1, do nível d`água para o reservatório inferior (cm)

t - intervalo de tempo para o nível d`água passar de h0 para h1 (cm)

Interpretação do Resultado do Ensaio

A interpretação dos ensaios baseia-se em certas hipóteses simplificativas, nomeadamente, que o escoamento é laminar (campo de aplicação da lei de Darcy), que o meio é isotrópico e homogéneo e que o regime de escoamento é permanente. Nestas condições, o caudal Q é proporcional à permeabilidade, caracterizada pelo coeficiente k , e à carga hidráulica h :

Q = k.C.h

em que C é um coeficiente característico da forma da cavidade.

A carga hidráulica é dada pela altura de água no furo acima do nível freático (a carga é considerada nula antes do ensaio). A posição do nível freático, no entanto, nem sempre é de fácil determinação o que dificulta a obtenção razoavelmente correta do coeficiente de permeabilidade.

Para minimizar os erros no cálculo do coeficiente de permeabilidade é conveniente que se possa garantir com boa aproximação a forma da cavidade, preferencialmente cilíndrica, quer utilizando tubagem crepinada no trecho a ensaiar que simultaneamente mantém estáveis as paredes do furo e permite o afluxo de água ao maciço sem grandes perdas de carga, quer previamente introduzindo seixo grosso no trecho final do furo levantando depois a tubagem na altura respectiva. Com frequência o trecho de ensaio tem comprimento entre 0,5 e 1 m.

Na fórmula apresentam-se algumas expressões para a determinação do valor de C . No caso da cavidade cilíndrica, sempre que a relação L/D (comprimento/diâmetro) do trecho ensaiado é superior a 2, aceita-se como razoável o valor do coeficiente C determinado pela fórmula simplificada:

No ensaio com carga hidráulica variável introduz-se ou bombeia-se um dado volume de água na cavidade e registam-se as variações de nível piezométrico no furo de sondagem ao longo do tempo.

Este tipo de ensaio é, em geral, realizado em solos pouco permeáveis ( k <10-4 cm/s). Na Figura representa-se, em esquema, o dispositivo de Brillant com o qual é possível fazer a determinação do coeficiente de permeabilidade quando a carga h é variável ao longo do tempo t e apresenta-se a fórmula teórica geralmente utilizada para a determinação do coeficiente de permeabilidade quando se realizam este tipo de ensaios em furos de sondagem cuja área transversal é representada por S.

Em termos comparativos, é de referir que os ensaios realizados com carga hidráulica constante são de realização trabalhosa mas dão resultados fáceis de interpretar. Os ensaios com carga variável são de realização muito simples mas a interpretação dos resultados não é, em regra, fácil.

Uma das dificuldades na interpretação dos resultados dos ensaios Lefranc resulta de que, em regra, não se determina separadamente o coeficiente de permeabilidade vertical e horizontal, já que, quer no caso de cavidade cilíndrica, quer no caso de cavidade esférica, o coeficiente de permeabilidade que se determina é um coeficiente misto, afetado pela permeabilidade vertical e horizontal. Esta circunstância tem tanto mais importância quanto menos isotrópico e homogéneo for o terreno onde se pretende determinar a permeabilidade.