Permeabilidade Dos Solos

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    17-Jul-2015

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Permeabilidade dos solos

Escola Politcnica de Pernambuco POLI UPE Disciplina: Mecnica dos Solos 1 Integrantes do grupo: Jos Alberto Lopes Murilo Luiz Carlos Eduardo Pergentino Marcelo Lima Emmanuel Silva Turma: XO

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NDICE

1. Introduo 2. A permeabilidade dos solos 3. Fatores que influenciam na permeabilidade 4. A Lei de Darcy 5. O coeficiente de permeabilidade e sua determinao 6. Valores tpicos de coeficientes de permeabilidade 7. Variao do coeficiente de permeabilidade de cada solo 8. A velocidade de descarga e a velocidade real da gua 9. Cargas hidrulicas 10. A permeabilidade na Engenharia Civil 11. Concluso 12. Referncias

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1. Introduo

Entende-se por permeabilidade a capacidade de um determinado solo, sob condies normais, em permitir a passagem de gua (ou outro fluido) atravs de seus vazios. A permeabilidade dos solos varia com o nmero de vazios contidos neste. Para a construo civil o fluido considerado, quase na totalidade dos estudos, a gua. Esta, quando submetida a diferenas de potenciais, se desloca no interior dos solos causando tenses nestes. Esse estudo de grande utilidade construo civil, viabilizando clculos das vazes nos solos (Ex.: estimativa de quantidade que se infiltra numa escavao), na anlise de recalques (Ex.: diminuio dos ndices de vazios) e tambm no estudo de estabilidade (Ex.: a tenso efetiva comanda a resistncia do solo e depende da presso neutra, esta por sua vez depende das tenses provocadas pela gua).

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2. A permeabilidade dos solos A permeabilidade a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de gua atravs dele. Todos os solos so mais ou menos permeveis. O conhecimento do valor da permeabilidade muito importante em algumas obras de engenharia, principalmente, na estimativa da vazo que percolar atravs do macio e da fundao de barragens de terra, em obras de drenagem, rebaixamento do nvel dgua, adensamento, etc. Portanto, os mais graves problemas de construo esto relacionados com a presena da gua. O conhecimento da permeabilidade e de sua variao necessrio para a resoluo desses problemas. O coeficiente de permeabilidade pode ser determinado atravs de ensaios de laboratrio em amostras indeformadas ou de ensaios in situ. Como j foi visto, o solo um material natural complexo, constitudo por gros minerais e matria orgnica, constituindo uma fase slida, envolvidos por uma fase lquida: gua. H uma terceira fase, eventualmente presente; o ar, o qual preenche parte dos poros dos solos no inteiramente saturados de gua. No caso das areias o solo poderia ser visto como um material constitudo por canalculos, interconectados uns aos outros, nos quais ou h gua armazenada, em equilbrio hidrosttico, ou gua flui atravs desses canalculos, sob a ao da gravidade. Nas argilas esse modelo simples do solo perde sua validade, uma vez que devido ao pequenssimo dimetro que teriam tais canalculos e as formas exticas dos gros, intervm foras de natureza capilar e molecular de interao entre a fase slida e a lquida. Portanto, o modelo de um meio poroso, pelo qual percola gua, algo tanto precrio para as argilas, embora possa ser perfeitamente eficiente para as areias. Infelizmente a quase totalidade das teorias para percolao de gua nos solos baseada nesse modelo.

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3. Fatores que influenciam na permeabilidade Os principais fatores que influenciam no coeficiente de permeabilidade so: granulometria, ndice de vazios, composio mineralgica, estrutura, fludo, macroestrutura e a temperatura. Granulometria - O tamanho das partculas que constituem os solos influencia no valor de k. Nos solos pedregulhosos sem finos (partculas com dimetro superior a 2mm), por exemplo, o valor de k superior a 0,01cm/s; j nos solos finos (partcula com dimetro inferior a 0,074mm) os valores de k so bem inferiores a este valor. ndice de vazios - A permeabilidade dos solos esta relacionada com o ndice de vazios, logo, com a sua porosidade. Quanto mais poroso for um solo (maior a dimenso dos poros), maior ser o ndice de vazios, por conseguinte, mais permevel (para argilas moles, isto no se verifica). Composio mineralgica - A predominncia de alguns tipos de minerais na constituio dos solos tem grande influncia na permeabilidade. Por exemplo, argilas moles que so constitudas, 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. J nos solos arenosos, cascalhentos sem finos, que so constitudos, principalmente, de minerais silicosos (quartzo) o valor de k da ordem de 1,0 a 0,01cm/s. Estrutura - o arranjo das partculas. Nas argilas existem as estruturas isoladas e em grupo que atuam foras de natureza capilar e molecular, que dependem da forma das partculas. Nas areias o arranjo estrutural mais simplificado, constituindo-se por canalculos, interconectados onde a gua flui mais facilmente. Fludo - O tipo de fludo que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o fludo a gua com ou sem gases (ar) dissolvidos. Macro-estrutura - Principalmente em solos que guardam as caractersticas do material de origem (rocha me) como diaclases, fraturas, juntas, estratificaes. Estes solos constituem o horizonte C dos perfis de solo, tambm denominados de solos saprolticos. Temperatura - Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade dgua, portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a gua mais facilmente escoar pelos poros do solo.

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4. A Lei de Darcy Em 1856, Darcy (Engenheiro Francs) verificou como os diversos fatores geomtricos, indicados na figura 1, influenciavam a vazo da gua, e props sua lei experimental do regime de escoamento dos fluidos para auxiliar nos estudos acerca da determinao da permeabilidade dos solos. O princpio fundamental de sua lei diz que a velocidade de percolao diretamente proporcional ao gradiente hidrulico. O escoamento dos fluidos se apresenta basicamente em dois tipos: laminar e turbulento. O que define estes escoamentos basicamente a velocidade. O escoamento laminar, que ocorre em velocidades mais baixas e em trajetrias retas e paralelas, o que interessa na Mecnica dos Solos. A Lei de Darcy deduzida segundo a teoria de Reynolds, e determina a velocidade de descarga de um fludo em escoamento laminar. V = K x i

Figura 1: gua percolando num permemetro

onde: V = Velocidade de descarga em (cm/s ou m/s) K = Constante de permeabilidade (cm/s ou m/s) (ndice que expressa a facilidade ou a dificuldade da gua se deslocar por entre os vazios de um solo com certa velocidade) i = Gradiente hidrulico (Queda de potencial hidrulico por distncia de percolao unitria.) i = h/L, onde: L = Altura da amostra (cm) h = Carga hidrulica (cm)

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5. O coeficiente de permeabilidade e sua determinao O coeficiente de permeabilidade o grau de permeabilidade expresso numericamente. calculado para duas situaes: Carga constante e carga varivel. Determinao do coeficiente de permeabilidade carga constante de gua percolando atravs do solo, em regime de escoamento laminar com continuidade do escoamento, sem variao do volume do solo durante o ensaio. Existem diversos tipos de equipamentos para investigao da condutividade hidrulica de solos em laboratrio. Esses equipamentos so denominados de permemetros, e so classificados em permemetros de parede rgida e parede flexvel. Os ensaios de condutividade hidrulica realizados em laboratrio so mais utilizados na avaliao de solos compactados durante a fase de projeto, devido os baixos custos comparados com ensaios de campo. Os resultados destes ensaios ajudam na seleo de materiais, normalmente mais indicados como camada impermeabilizante de fundaes e aterros sanitrios. Permeabilidade de parede rgida O permemetro de parede rgida constitudo por tubo metlico, plstico ou vidro (quando o chorume for o lquido percolante), onde colocado o corpo de prova para o ensaio. Esse tipo de permemetro no se utiliza em ensaios com solos de baixa permeabilidade, pois h 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 permemetros de parede rgida mais utilizados so do tipo: molde de compactao, tubo amostrador e clula de adensamento. a) Permemetro do tipo molde de compactao O ensaio com permemetro do tipo molde de compactao realizado em corpos de prova compactados. O corpo de prova contido por um cilindro fixo entre duas placas (tampas) em suas extremidades e vedadas com anis de borracha. No topo e base so colocados materiais drenantes. Daniel (1994) apresentou uma extensa reviso sobre os principais permemetros de parede rgida utilizados para determinao da k em solos. Em geral estes permemetros utilizam corpos de prova compactados, porm a NBR 14545/00 descreve um tipo de ensaio onde so executadas uma vedao com argila plstica (bentonita) nas laterais do corpo de prova. Neste caso o corpo de prova pode ser compacto ou natural. A bentonita ter como funo o selamento anelar evitando o fluxo de gua pelas lateriais. Daniel (1994) tambm apresenta este tipo de equipamento. A figura 6.4 (a), (b) e (c) apresenta 3 tipos de permemetros de parede rgida mais utilizados.

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b) Permemetro do tipo tubo amostrador O permemetro do tipo tubo amostrador consiste de um tubo que coleta amostras indeformadas em campo. Vrias vezes o tubo cortado no laboratrio e fixo entre as placas, sendo o corpo de prova percolado com lquidos diretamente no interior do tubo. Daniel (1994), afirma h grandes possibilidades de ocorrer fluxo lateral se o ensaio for realizado com amostras de solos muito rgidos ou que tenham material granular. Alm disto, podem ocorrer danos na amostra quando na coleta, devido perturbao do solo na cravao do tubo amostrador e tambm na retirada do mesmo. c) Permemetro do tipo clula de adensamento O permemetro do tipo clula de adensamento formado por uma clula, pela qual o fluxo dgua do corpo de prova conectado ao ens