Permeabilidade Do Solo

A ÁGUA NO SOLO

1. INTRODUÇÃO

A água ocupa a maior parte dos vazios do solo. E quando é submetida a diferenças de potenciais, ela se desloca no seu interior. As leis que regem os fenômenos de fluxo de água em solos são aplicadas nas mais diversas situações da engenharia como:

a) No cálculo das vazões, na estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação ou a perda de água do reservatório da barragem.

b) Na análise de recalques, porque, freqüentemente, recalque está relacionado com diminuição do índice de vazios, que ocorre pela expulsão de água destes vazios e;

c) Nos estudos de estabilidade geral da massa de solo, porque a tensão efetiva (que comanda a resistência do solo) depende da pressão neutra, que por sua vez, depende das tensões provocadas pela percolação da água.

d) Possibilidades da água de infiltração produzir erosão, e conseqüentemente, o araste de material sólido no interior do maciço “ piping”.

O estudo dos fenômenos de fluxo de água em solos é realizado apoiando-se em três conceitos básicos: Conservação da energia (Bernoulli), Permeabilidade dos solos (Lei de Darcy) e Conservação de massa.

2. CONSERVAÇÃO DA ENERGIA

O conceito de energia total de um fluido, formulado por Bernoulli é expresso em relação ao peso de um fluido de acordo com a equação abaixo:

Onde:

htotal - é a energia total do fluido;

z - é a cota do ponto considerado com relação a um dado referencial padrão;

u - é o valor da pressão neutra;

v - é a velocidade de fluxo da partícula de água;

g - é o valor da aceleração da gravidade terrestre.

Para a grande maioria do problemas envolvendo fluxo de água nos solos, a parcela da energia total da água no solo referente a energia cinética, termo , pode ser desprezada, desta forma:

2. LEI DE DARCY

Experimentalmente, Darcy, em 1850, verificou como os diversos fatores geométricos, indicados na Figura 1, influenciavam a vazão da água, expressando a equação de Darcy:

onde:

Q – vazão;

A - área do permeâmetro;

k - o coeficiente de permeabilidade;

h – carga dissipada na percolação;

L – distância na qual a carga é dissipada.

A relação L é chamada de gradiente hidráulico, expresso pela letra i.

Então:

Figura 1: Água percolando num permeâmetro

A vazão dividida pela área indica a velocidade com que a água sai da areia. Esta velocidade, v, é chamada de velocidade de percolação. A lei de Darcy é válida somente para os casos de fluxo laminar.

Então: v = ki

3. PERMEABILIDADE

Permeabilidade é a propriedade que os solos tem de permitir o escoamento de água através dos seus vazios. A sua avaliação é feita através do coeficiente de permeabilidade.

3.1. MÉTODOS PARA A DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE DOS SOLOS

O coeficiente de permeabilidade e pode ser determinado diretamente através de ensaios de campo e laboratório ou indiretamente, utilizando-se correlações empíricas. O mesmo pode ser obtido utilizando-se amostras deformadas ou indeformadas.

3.1.1 INDIRETAMENTE

a) Através da Curva Granulométrica

Utilizando a equação de Hazen para o caso de areias e pedregulho, com pouca ou nenhuma quantidade de finos.

Onde:

k é a permeabilidade expressa em cm/s

d10 é o diâmetro efetivo em cm

90  C  120, sendo C= 100, muito usado.

Para uso da equação recomenda-se que Cu seja menor que 5.

b) Através do Ensaio de Adensamento

Será apresentado posteriormente.

c) Através do uso de Permeâmetros

São os ensaios de laboratório mais utilizados.

D) Através de ensaios de campo

Os ensaios de campo podem ser realizados em furos de sondagens, em poços ou em cavas, sendo mais utilizados em sondagens. E pode ser feita pelo ensaio de infiltração e o de bombeamento.

3.1.2 DIRETAMENTE

a) Permeâmetro de Carga Constante

O permeâmetro de carga constante é utilizado toda vez que temos que medir a permeabilidade dos solos granulares (solos com razoável quantidade de areia e/ou pedregulho), os quais apresentam valores de permeabilidade elevados. O permeâmetro pode ser visto na Figura 2.

Este ensaio consta de dois reservatórios onde os níveis de água são mantidos constantes, como mostra a Figura 2. Mantida a carga h, durante um certo tempo, a água percolada é colhida e o seu volume é medido. Conhecidas a vazão e as dimensões do corpo de prova (comprimento L e a área da seção transversal A), calcula-se o valor da permeabilidade, k, através da equação:

Figura 2: Permeâmetro de Carga Constante

Onde:

q - é a quantidade de água medida na proveta (cm3);

L - é o comprimento da amostra medido no sentido do fluxo (cm);

A - área da seção transversal da amostra (cm2);

h - diferença do nível entre o reservatório superior e o inferior (cm);