Permeabilidade de Solos: Coeficiente, Fatores e Estrutura, Esquemas de Mecânica dos Solos

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PERMEABILIDADE DE

SOLOS COMPACTADOS

COEFICIENTE DE

PERMEABILIDADE DO SOLO

Q = k i A ou v = k i

(Lei de Darcy, 1856)

Q ... vazão k ... coeficiente de permeabilidade i ... gradiente hidráulico A ... área total da seção transversal de solo v ... velocidade aparente de fluxo

k = K g /m

k ... coeficiente de permeabilidade K ... permeabilidade intrínseca do solo g ... peso específico do fluido m ... viscosidade dinâmica do fluido

COMPOSIÇÃO DO SOLO

• tamanho dos vazios depende da proporção relativa entre partículas de diversos tamanhos
• k tende a ser baixo para solo bem graduado e para matriz argilosa
• k diminui com a porcentagem de finos até F30%
• k diminui com porcentagem de argila até C(8 a 12%)
• k é mais sensível a F e C do que a G e S
• Benson et al. (1994): Para k 10 -9^ m/s: F  30% e C  15% A  0,

COMPOSIÇÃO DO SOLO

Plasticidade está associada à quantidade e atividade das partículas de argila: maior IP, menor permeabilidade.

Solos compactados (Benson et al., 1994) : 67 aterros nos EUA, 2% IP 62%, 44%F 100%, 14% A 75%.

Para k 10 -9^ m/s: LL20% e IP7%

0 20 40 60 Tempo (dias)

0

1

2

3

4

k x 10

3

(cm/s)

solo e água estéreis

solo inicialmente estéril com percolação de água não estéril

solo e água não estéreis

Crescimento de microorganismos

Allison, 1947 apud Olson & Daniel, 1981

Fluido

• Permeabilidade é máxima para

solo saturado

• Curva de coeficiente de

permeabilidade em função da

saturação, teor de umidade ou

sucção

• Para solo já compactado:

aumento no grau de saturação

com índice de vazios constante

leva a um aumento na

permeabilidade

• Mitchell et al. (1965):

k = f (s^3 )

Grau de saturação

Estrutura

Lambe, 1958: estrutura é o fator fundamental que comanda a permeabilidade dos solos compactados

Estrutura

Argila Siburua (Lambe, 1958)

Permeabilidade no ramo seco é

de 1 a 3 ordens de magnitude

maior do que a permeabilidade

no teor de umidade ótimo ou no

ramo úmido.

Permeabilidade é semelhante no

teor de umidade ótimo e no

ramo úmido para uma dada

energia de compactação e um

dado tipo de solo.

Estrutura

Lambe (1958):

partículas individuais de argila

são as unidades predominantes

(arranjos floculado e disperso).

Olsen (1962):

modelo de “clusters”

Barden et al (1970), Garcia-

Bengochea et al. (1979):

agregados deformáveis

Modelos de Estrutura da

Argila Compactada

Processo de compactação

• estrutura é influenciada pelos esforços de cisalhamento durante a compactação
• Mitchell et al. (1965): acima de wot, k(compactação estática) = 5 k(pisoteamento); no ramo seco, resultados semelhantes
• no ramo seco: menores esforços cisa- lhantes, menor quantidade de água para lubrificação e rearranjo de partículas
• Benson et al. (1994): k=f(tipo e peso do equipamento de compactação) k(pneu-de-borracha) = 4 k(pé-de-carneiro)

Previsão de

permeabilidade de campo

Daniel (1984): permeabilidade de campo de “clay liners” era de 10 a 1000 vezes maior do que a determinada em laboratório

• trincas de secagem
• defeitos hidráulicos
• obtenção de amostra representativa (rochas, raízes, fração do solo)
• fluido diferente
• gradientes hidráulicos excessivos
• pressão confinante excessiva
• temperatura
• zonas cisalhadas no corpo-de-prova durante a moldagem
• método de compactação

Permeabilidade de solos finos: laboratório e campo

Olson & Daniel, 1981:

• Solos finos são heterogêneos: estratificados em escala maior; areia, fissuras, juntas e raízes em escala menor. O volume de solo ensaiado deveria ser grande o suficiente para conter uma distribuição estatisticamente significativa dessas feições.
• Perturbação das amostras.
• Erros experimentais.
• Tendência a selecionar amostras mais uniformes para ensaios.
• Tendência a medir k vertical no laboratório e k horizontal no campo.

Permeabilidade de solos finos: laboratório Erros experimentais (Olson & Daniel, 1981)

• Vazios formados durante a preparação dos corpos-de-prova: desbastamento das arestas, alívio de tensões.
• Zonas amolgadas (0,2 cm).
• Ar na amostra (bolhas aprisionadas na saída, bolhas formadas por decréscimo de pressão).
• Crescimento de microorganismos.
• Problemas de meniscos em tubos capilares.
• Variação volumétrica decorrente de mudança no estado de tensões.
• Direção do fluxo