Coeficiente de Permeabilidade em Solos: Análise e Métodos de Ensaios

GEO 015 Mecânica dos Solos II Profa Adinele Gomes Guimarães 1 Determinar o coeficiente de permeabilidade do solo k cms Parâmetro relacionado com a facilidade com que um fluido atravessa uma massa de solo Grande faixa de variação pedregulhos 30 cms argilas finas 108 ou 109 cms 2 Análise de percolação e dos projetos de drenagem das obras de engenharia Ensaio de adensamento indireto Uso de permeâmetros Permeâmetros são cilindros no interior do qual é colocada a amostra de solo de modo que só passe água pela sua seção transversal Método de Carga Constante Método de Carga Variável 3 Viscosidade do fluido quando a temperatura da água aumenta a viscosidade diminui e conseqüentemente o k aumenta Tamanho dos grãos em geral a permeabilidade varia com o quadrado do diâmetro das partículas de solo Forma dos grãos solos com partículas esféricas ou arredondadas apresentam tendência para maiores valores de permeabilidade do que os com partículas angulares ou em formas de placas Arranjo das partículas estrutura do solo solos apresentam uma série de camadas em geral horizontais formadas por deposição natural ou por aterros compactados mecanicamente apresentam maior permeabilidade na direção horizontal do que na vertical ou no sentido de estratificação Densidade dos solos solos mais densos menos índice de vazios possui menor permeabilidade que solos fofos Grau de saturação a presença de ar nos vazios do solo dificulta a passagem de água resultando em permeabilidade maiores à medida que o grau de saturação vai aumentando Em geral as permeabilidades medidas no campo são maiores que as medidas em laboratório em amostras pequenas e não representativas da camada 4 Material para talhagem de amostras Permeâmetro de carga Cronômetro Termômetro com precisão de 01ºC Reservatório de água Bomba de vácuo para deairar a água Balança com precisão mínima de 01g 6 NBR 13292 Solo Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares à carga constante Método de ensaio TIPO I Obter a área do permeâmetro ou espaço reservado para amostra caso esta não for ocupar toda a seção Pesar o permeâmetro vazio com a base colocada pedras porosas eou peneiras ou filtros Colocar o solo seco com uma densidade uniforme dentro do permeâmetro Colocar o filtro ou peneira de topo e fechar o permeâmetro Pesar o permeâmetro cheio Saturar a amostra preferencialmente de baixo para cima o que garantirá um aprisionamento mínimo do ar Conectar o permeâmetro ao tubo de carga constante Saturar todas as tubulações de ligação Esperar atingir a condição de regime permanente e então anotar o tempo necessário para coletar de 500 a 1000 cm3 em recipiente graduado será o valor de Q Anotar a temperatura da água durante o ensaio Calcular o valor de kT e k20º Determinar o índice de vazios da amostra durante o ensaio e wGs Repetir o ensaio para diferentes valores de índice de vazios inicial Resultados são usualmente apresentados sob a forma de um gráfico índice de vazio e versus logaritmo de k log k ou outra relação e e k 7 Preparado por Paulo Sérgio de Almeida Barbosa h z L Solo Q vazão Vt A área do permeâmetro k o coeficiente de permeabilidade h carga dissipada na percolação L distância na qual a carga é dissipada Experimentalmente Darcy em 1850 verificou como os diversos fatores geométricos influenciavam a vazão da água Concluindo que A L k h Q 8 Coeficiente de permeabilidade na temperatura T kT coeficiente de permeabilidade cms V volume do fluido que percola através do solo cm3 L distância de percolação na amostra cm A área da seção transversal da amostra cm2 h perda de carga total cm t tempo para coleta de Q s 11 h t A V L kT D Coeficiente de permeabilidade na temperatura de 20º k20º coeficiente de permeabilidade na temperatura de 20ºC cms kT coeficiente de permeabilidade na temperatura da água durante o ensaio cms m T viscosidade da água na temperatura do ensaio m 20º viscosidade da água na temperatura de 20ºC 12 º 20 20º m mT kT k Temperatura T ºC m T m 20º Temperatura T ºC m T m 20º 15 1135 23 0931 16 1106 24 0910 17 1077 25 0889 18 1051 26 0869 19 1025 27 0850 20 1000 28 0832 21 0976 29 0814 22 0953 30 0797 Índice de vazios e índice de vazios e Vv Vs w teor de umidade da amostra saturada w Mw Ms Gs densidade relativa Gs γs γw Velocidade de percolação vs velocidade de percolação v velocidade aparente v ki i gradiente hidráulico i h L n porosidade nVvV e índice de vazios e Vv Vs 13 wGs e e e n n v vs 1 Permeâmetro ligada a uma carga variável Cronômetro Termômetro com precisão de 01ºC Bureta graduada para a coluna de carga variável Bomba de vácuo para deairar a água Balança com precisão mínima de 01g 15 NBR 14545 Solo Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos à carga variável MÉTODO B Obter a área do permeâmetro ou espaço resvado para a amostr caso esta não for ocupar toda a seção Pesar o permeâmetro vazio com a base colocada pedras porosas eou peneiras ou filtros Colocar o solo seco com uma densidade uniforme dentro do permeâmetro Colocar o filtro ou peneira de topo e fechar o permeâmetro Pesar o permeâmetro cheio Saturar a amostra preferencialmente de baixo para cima o que garantirá um aprisionamento mínimo do ar Fechar tubo de saída e conectálo à base da bureta graduada Encher a bureta de água deairada Permitir o fluxo de água pela amostra após medir a altura de água e preparar o cronômetro para acompanhar o ensaio Deixar fluir água até baixar bem a coluna de água da bureta então fechar a coluna e registrar o tempo de final de ensaio Calcular a área da seção transversal da bureta Calcular o valor de kT e k20º Determinar o índice de vazios para a amostra e w Gs Repetir o ensaio para outros valores de índice de vazios 16 Coeficiente de permeabilidade na temperatura T kT coeficiente de permeabilidade cms a área da seção transversal da bureta cm2 L distância de percolação na amostra cm A área da seção transversal da amostra cm2 t variação do tempo na variação da carga s h1 perda de carga inicial cm h2 perda de carga final cm 21 2 log 1 2 3 h h t A a L kT D Coeficiente de permeabilidade na temperatura de 20º k20º coeficiente de permeabilidade na temperatura de 20ºC cms kT coeficiente de permeabilidade na temperatura da água durante o ensaio cms m T viscosidade da água na temperatura do ensaio m 20º viscosidade da água na temperatura de 20ºC 22 º 20 20º m mT kT k Temperatura T ºC m T m 20º Temperatura T ºC m T m 20º 15 1135 23 0931 16 1106 24 0910 17 1077 25 0889 18 1051 26 0869 19 1025 27 0850 20 1000 28 0832 21 0976 29 0814 22 0953 30 0797 Índice de vazios e índice de vazios e Vv Vs w teor de umidade da amostra saturada w Mw Ms Gs densidade relativa Gs γs γw Velocidade de percolação vs velocidade de percolação v velocidade aparente v ki i gradiente hidráulico i h L n porosidade nVvV e índice de vazios e Vv Vs 23 wGs e e e n n v vs 1 𝑘𝑇 Δ𝑉 𝐿 Δ𝑡 ℎ 𝐴 25 1 Calcular o valor do coeficiente de permeabilidade de uma areia medido em um ensaio de carga constante dados os seguintes resultados Comprimento da amostra 30 cm Área da amostra 175 cm2 Diferença da carga constante 50 cm Água coletada em 3 min 620 cm3 Teor de umidade 22 Densidade relativa 26 Temperatura 19ºC 𝑘19 620 30 3 60 50 175 𝑘19 18600 1575000 𝑘19 00118 𝑐𝑚𝑠 𝑘20 𝑘𝑇 𝜇𝑇 𝜇20 26 1 Calcular o valor do coeficiente de permeabilidade de uma areia medido em um ensaio de carga constante dados os seguintes resultados 𝑘19 00118 𝑐𝑚𝑠 Comprimento da amostra 30 cm Área da amostra 175 cm2 Diferença da carga constante 50 cm Água coletada em 3 min 620 cm3 Teor de umidade 22 Densidade relativa 26 Temperatura 19ºC Temperatura T ºC m T m 20º Temperatura T ºC m T m 20º 15 1135 23 0931 16 1106 24 0910 17 1077 25 0889 18 1051 26 0869 19 1025 27 0850 20 1000 28 0832 21 0976 29 0814 22 0953 30 0797 𝑘20 𝑘19 𝜇19 𝜇20 𝑘20 00118 1025 𝑘20 00121 𝑐𝑚𝑠 Expresso em potência de 10 Ex 10 x 102 cms 27 1 Calcular o valor do coeficiente de permeabilidade de uma areia medido em um ensaio de carga constante dados os seguintes resultados Comprimento da amostra 30 cm Área da amostra 175 cm2 Diferença da carga constante 50 cm Água coletada em 3 min 620 cm3 Teor de umidade 22 Densidade relativa 26 Temperatura 19ºC 𝑘20 121 102 𝑐𝑚𝑠 𝑘20 𝑘𝑇 𝜇𝑇 𝜇20 𝑘19 00118 𝑐𝑚𝑠 𝑘20 𝑘19 𝜇19 𝜇20 𝑘20 00118 1025 𝑘20 00121 𝑐𝑚𝑠 Comprimento da amostra 203 cm Área da amostra de solo 103 cm2 Área do piezômetro 039 cm2 Diferença de carga no tempo t 0 s 508 cm Diferença de carga no tempo t 180 s 305 cm Temperatura 22ºC 28 𝑘𝑇 𝑎 𝐿 Δ𝑡 𝐴 ln ℎ1 ℎ2 2 Calcular o valor do coeficiente de permeabilidade de um silte medido em um ensaio de carga variável dados os seguintes resultados 𝑘22 039 203 180 103 ln 508 305 𝑘22 7917 1854 051017 𝑘22 0002179 𝑐𝑚𝑠 Comprimento da amostra 203 cm Área da amostra de solo 103 cm2 Área do piezômetro 039 cm2 Diferença de carga no tempo t 0 s 508 cm Diferença de carga no tempo t 180 s 305 cm Temperatura 22ºC 29 𝑘22 0002179 𝑐𝑚𝑠 𝑘20 𝑘𝑇 𝜇𝑇 𝜇20 Temperatura T ºC m T m 20º Temperatura T ºC m T m 20º 15 1135 23 0931 16 1106 24 0910 17 1077 25 0889 18 1051 26 0869 19 1025 27 0850 20 1000 28 0832 21 0976 29 0814 22 0953 30 0797 𝑘20 𝑘22 𝜇22 𝜇20 𝑘20 0002179 0953 𝑘20 0002076 𝑐𝑚𝑠 2 Calcular o valor do coeficiente de permeabilidade de um silte medido em um ensaio de carga variável dados os seguintes resultados Comprimento da amostra 203 cm Área da amostra de solo 103 cm2 Área do piezômetro 039 cm2 Diferença de carga no tempo t 0 s 508 cm Diferença de carga no tempo t 180 s 305 cm Temperatura 22ºC 30 𝑘22 0002179 𝑐𝑚𝑠 𝑘20 𝑘𝑇 𝜇𝑇 𝜇20 𝑘20 𝑘22 𝜇22 𝜇20 𝑘20 0002179 0953 𝑘20 0002076 𝑐𝑚𝑠 Expresso em potência de 10 Ex 10 x 102 cms 𝑘20 208 103 𝑐𝑚𝑠 2 Calcular o valor do coeficiente de permeabilidade de um silte medido em um ensaio de carga variável dados os seguintes resultados