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Relatório de Permeabilidade dos solos.
Tipologia: Trabalhos
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DISCILPLINA: Mecânica dos Solos Experimental PROFESSOR: Veruscka Escarião D. Monteiro
Campina Grande, 19 de abril de 2015
Entende-se por permeabilidade a capacidade de um determinado solo, sob condições normais, em permitir a passagem de água (ou outro fluido) através de seus vazios. A permeabilidade dos solos varia com o número de vazios contidos neste. O conhecimento do valor da permeabilidade é muito importante em obras de engenharia, principalmente, na estimativa da vazão que percolará através do maciço e da fundação de barragens de terra, em obras de drenagem, rebaixamento do nível d’água, adensamento, etc.
1.1 Ju stif ica tiva
O estudo da percolação da água nos solos é de extrema importância, pois a partir desse estudo é possível compreender e solucionar diversos problemas práticos tais como instabilidade de taludes, fissuramento de rodovias entre outros problemas estudados pela Engenharia Civil.
1.2 Ob je tivos
O objetivo é proceder à realização do ensaio de permeabilidade através dos permeâmetros de carga constante e carga variável em corpos de prova deformados de solos para a obtenção do coeficiente de permeabilidade e daí classificar a granulometria do solo.
influenciavam a vazão da água, expressando a equação que ficou conhecida pelo seu nome (Pinto, 2006):
Q= KiA
Onde, Q = vazão da água;
A = área do permeâmetro;
K= constante de permeabilidade, característico de cada tipo de solo.
Água percolando no permeâmetro
Ainda, temos a seguinte expressão, onde i é denominado gradiente hidráulico :
i = Δh/L
Dividindo a vazão pela área, temos a velocidade que a água percola o solo, por meio da seguinte equação: V=Ki
O coeficiente de permeabilidade k é expresso em m/s e como para solos seu valor é muito baixo, é expresso em potência de 10, no qual apenas o expoente tem importância.
2.3 De te r min aç ão d o co e f icien t e d e p e r me ab ilidad e
2.3.1. Permeâmetro a carga constante
O permeâmetro a carga constante é idêntico ao permeâmetro de Darcy, no qual a carga hidráulica h é mantida constante. É medido o tempo t e o volume de água percolado V. O coeficiente de permeabilidade é dado diretamente por:
K= Q/(ixA)
Figura 2: Permeâmetro com carga hidráulica constante
2.3.2. Permeâmetro a carga variável
2.4.2. Grau de saturação
A percolação de água não remove todo o ar existente num solo não saturado. Permanecem bolhas de ar, contidas pela tensão superficial da água. Estas bolhas de ar constituem obstáculos ao fluxo do solo. Desta forma, o coeficiente de permeabilidade de um solo não saturado é menor do que se apresentaria se estivesse totalmente saturado.
2.2.8. Estrutura
É o arranjo das partículas. Nas argilas existem as estruturas isoladas e em grupo que atuam forças de natureza capilar e molecular, que dependem da forma das partículas. Nas areias o arranjo estrutural é mais simplificado, constituindo-se por canalículos, interconectado onde a água flui mais facilmente.
2.4.3. Temperatura
A viscosidade da água é afetada pela variação da temperatura. Quando a temperatura aumenta, a viscosidade da água diminui, aumentando, assim, o coeficiente de permeabilidade do solo.
2.4.4. Índice de vazios
O índice de vazios está diretamente ligado a porosidade do solo (quantidade de poros). O que significa que quanto maior essa porosidade e índice de vazios, mais permeável será esse solo.
2.2.5. Granulometria
Solos muito finos, tais como argilas e siltes apresentam coeficiente de permeabilidade relativamente baixos (de 10 -7 a 10 -8 cm/s). Em contrapartida, solos
arenos e pedregulhosos tendem a possuir um valor de “k” mais elevado (de 1,0 a 0, cm/s). Solos bem graduados são menos permeáveis que os solos mal graduados.
2.2.6. Viscosidade do fluido
Quanto maior a viscosidade do fluido, maior será a dificuldade deste percolar pelos vazios do solo. A viscosidade é uma propriedade extremamente sensível a variações de temperatura.
2.2.7. Composição mineralógica
A predominância de alguns tipos de minerais na constituição dos solos tem grande influência na permeabilidade. Por exemplo, argilas moles que são constituídas, predominantemente, de argilo-minerais (caulinitas, ilitas e montmorilonitas) possuem um valor de “k” muito baixo, que varia de 10-7 a 10-8 cm/ s. Já nos solos arenosos, cascalhentos sem finos, que são constituídos, principalmente, de minerais silicosos (quartzo) o valor de “k” é da ordem de 1,0 a 0,01cm/s.
A NBR 13292 é que descreve sobre os matérias e métodos utilizados para a determinação do coeficiente de Permeabilidade de solos granulares à carga constante. A NBR 14545 é que descreve sobre os matérias e métodos utilizados para a determinação do coeficiente de Permeabilidade de solos argilosos à carga variável. 3.1 Mat e riais
Nesse experimento foram utilizados os seguintes itens:
3.2 Mé tod os
Preparação da amostra
Realização do ensaio de permeabilidade a carga variável
Inicialmente, foi realizada a montagem do esquema mostrado na figura abaixo. Foi conferido se havia presença de bolhas de ar no sistema, as quais devem ser retiradas. Após isso, foram abertas as válvulas de entrada e saída e foram efetuadas medidas de cargas hidráulicas, medidas em determinado intervalo de tempo. Foram realizadas algumas medições, as quais variam pouco entre si e foram relativamente próximas. Para carga variável vertical e horizontal utilizamos corpos de prova diferentes(com áreas diferentes), embora o procedimento do ensaio seja o mesmo para o solo na vertical e horizontal.
Ensaio de Permeabilidade a carga variável
Inicialmente, para a realização desse ensaio, foi feita a preparação do corpo-de- prova. Essa etapa já havia sido realizada pelo técnico e consistiu na realização do ensaio de Compactação com Proctor Normal. Por meio desse ensaio, foram
umidade ótima hótima = 12,2% e a umidade higroscopica h i= 1,27%. Foi estimado também o peso do solo seco ( Ps ) e o Peso da água ( Pa ), além do peso úmido P h =
Ps = (Ph/ (100+ hi)) x 100; Ps= (2300/ (100+1,27)) x 100= 2271,16 g
Pa = (Ps x (hótima – hi) )/ 100; Pa= (2271,16 x (12,2- 1,27)) x 100= 250 ml
4.1.2. Permeabilidade a carga variável
O ensaio de carga variável foi realizado conforme o esquema já mostrado na figura 8, no qual foram realizadas seis medições, medindo-se as cargas inicial (h o) e final (hf).
Carga Vertical:
O dados obtidos no experimento estão descrito nas tabela 1 e 2.
Tabela 1: Dados do ensaio de Permeabilidade a carga variável vertical
h ótima = 12,2%
h i= 1,27%
Molde Nº: 02 Área do Molde – A (cm 2 ): πd2/4 = 80,08 cm 2 Volume do Molde – V (cm 3 ) = A.hcorpo de prova = 993,0 cm 3 Molde + Solo Úmido – PBh (g): 4435,0 g Massa do molde – P (g): 2391,00 g Massa do solo úmido inicial – PhI (g): PBh – P = 2044,0 g Massa do solo úmido final – PhF (g): 2058,0 g Massa do solo seco final – PsF (g): 1, Massa específica aparente úmida inicial – γh = Ph/V = 2,06 g/cm 3 Massa específica aparente úmida final – γf (g/cm 3 ): - Massa específica aparente do solo seco de moldagem – γs (g/cm 3 ): 1,
A expressão utilizada para a determinação do coeficiente de permeabilidade a carga variável foi:
Tabela 2: Cálculo dos coeficientes de permeabilidade e correções
Seção do Tubo Piezométrico
- a (cm 2 ):
Seção da Amostra – A (cm 2 ): Comprimento – L (cm):
Tempo inicial – t 0 (s): 0,0 -
Tempo final – tf (s): 60
Por fim, foi realizado o cálculo do grau de saturação do solo através da seguinte expressão:
Onde h Sat=16,
Grau de saturação para carga variável vertical:
Carga horizontal:
O dados obtidos no experimento estão descrito nas tabela 3 e 4.
Tabela 3: Dados do ensaio de Permeabilidade a carga variável horizontal
h ótima = 12,2% h i= 1,27%
Molde Nº: 01 Área do Molde – A (cm 2 ): πd2/4 = 80,08 cm 2 Volume do Molde – V (cm 3 ) = A.hcorpo de prova = 905,0 cm 3
Molde + Solo Úmido – PBh (g): 3631,00 g Massa do molde – P (g): 1750,00 g Massa do solo úmido inicial – PhI (g): PBh – P = 1880,00 g Massa do solo úmido final – PhF (g): -2077, Massa do solo seco final – PsF (g): 1849, Massa específica aparente úmida inicial – γh = Ph/V = 2,077 g/cm 3 Massa específica aparente úmida final – γf (g/cm 3 ): 2,29 g/cm 3 Massa específica aparente do solo seco de moldagem – γs (g/cm 3 ): 1,
A expressão utilizada para a determinação do coeficiente de permeabilidade a carga variável foi:
Tabela 4: Determinação dos coeficientes de permeabilidade e correções.
Seção do Tubo Piezométrico – a (cm 2 ):
Seção da Amostra – A (cm 2 ): Comprimento – L (cm):
Tempo inicial – t 0 (s): (^) 0,0 -
Tempo final – t f (s): (^) 60
Carga no tempo inicial – h 0 (cm): (^) 127,9 127,9 127,9 127,9 127,
Carga no tempo final – hf (cm): (^) 92,1 91,9 84,4 90,4 89,
Coeficiente de Permeabilidade
- Kt x10 -4 (cm/s):
Temperatura da água – T (°C): (^) 2
7
Por fim, foi realizado o cálculo do grau de saturação do solo através da seguinte expressão:
Onde h Sat = 15,65%
Grau de saturação para carga variável vertical:
4.1.3. Permeabilidade a carga constante
No ensaio a carga constante, o coeficiente de permeabilidade foi obtido medindo o volume de água (cm³) que percolava no solo num intervalo de tempo t= minuto (60s), conhecendo-se a área A=41,854cm² e a altura L=10,2cm. As leituras realizadas estão descritas na tabela abaixo.
Dados do ensaio de Permeabilidade a carga constante
Repetições
Tempo em
Minutos
Leitura dos manôme tro
Diferença
entre as leitura s
Volume coletad o
Vazão Kt (cm/s)
1 2 1 e 2 1 1, 0
Pela seguinte expressão, calculamos três valores para k, sendo um valor para cada medição:
K= VL/AhT
K1= 120x10,2/(41,854x6x60) = 0,081cm/s
K2= 135x10,2/ (41,854x7,1x60)= 0,077cm/s
K3= 140X10,2/(41,854x7X60)= 0,081cm/s
K médio = 0,0797 cm/s
Efetuando as correções, que consiste em multiplicar o K pelo coeficiente da
viscosidade da água a 20°C. Obtemos o valor de K corrigido:
K= 0,0797 X 1,002= 0,0798 cm/s
