01 Permeabilidade Aula 1

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PermeabilidadePermeabilidade

PermeabilidadePermeabilidade::• Propriedade que o solo apresenta de permitir o Propriedade que o solo apresenta de permitir o

escoamento de um fluido através dele;escoamento de um fluido através dele;• Grau de permeabilidade do solo pode ser expresso Grau de permeabilidade do solo pode ser expresso

pelo coeficiente de permeabilidade (k).pelo coeficiente de permeabilidade (k).

Importância na EngenhariaImportância na Engenharia::• Cálculo de vazões;Cálculo de vazões;• Quantidade de água que infiltra numa escavação;Quantidade de água que infiltra numa escavação;• Drenagem;Drenagem;• Rebaixamento do nível d’água;Rebaixamento do nível d’água;• Análise de recalques;Análise de recalques;• Estudo de estabilidade.Estudo de estabilidade.

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Lei de DarcyLei de Darcy::• A água flui através do solo sob a ação de gradientes A água flui através do solo sob a ação de gradientes

de carga hidráulica;de carga hidráulica;• Caso ideal: fluxo permanente e líquido não viscoso; Caso ideal: fluxo permanente e líquido não viscoso;

L

h

NA

NA

tAL

hkQ wy

wy

y

hkv wy

wy

w

wuyh

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Lei de DarcyLei de Darcy (cont.): (cont.):• Q = vazão;Q = vazão;• A = área do permeâmetro;A = área do permeâmetro;• k = coeficiente de permeabilidade;k = coeficiente de permeabilidade;• h = carga hidráulica;h = carga hidráulica;• L = distância ao longo da qual se está tomando uma L = distância ao longo da qual se está tomando uma

variação de carga hidráulica.variação de carga hidráulica.

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PermeâmetroPermeâmetro::

L

z

(z + L)w

zw + Lnat

, uw

Situação sem fluxo (hidrostática)

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Valores típicos de kValores típicos de k::

GRAU DE PERMEABILIDADE

TIPO DE SOLO K A 20oC (cm/s)

Alto Pedregulho > 10-1

Médio Areia grossa 10-1

Médio Areia média 10-2

Médio Areia fina 10-3

Médio Areia argilosa 10-5

Baixo Silte 10-4 a 10-7

Baixo Argila 10-3 a 10-5

Muito Baixo Argila 10-5 a 10-7

Baixíssimo Argila < 10-7

OBS: Bentonita k = 10-11

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Fatores que interferem na permeabilidadeFatores que interferem na permeabilidade::

• Tamanho, arranjo e forma dos grãos;Tamanho, arranjo e forma dos grãos;

• Estado do solo;Estado do solo;

• Grau de saturação;Grau de saturação;

• Estrutura;Estrutura;

• Anisotropia;Anisotropia;

• Densidade, viscosidade e temperatura do fluido Densidade, viscosidade e temperatura do fluido

percolante.percolante.

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Velocidade de descarga x Velocidade real da águaVelocidade de descarga x Velocidade real da água::

A

B

D

C

A

Af

v

vf realvaziosvAAvQ

n

v

A

Avv

vaziosreal

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Métodos para medir a permeabilidadeMétodos para medir a permeabilidade::

Métodos Indiretos

Métodos Diretos

A partir da curva granulométrica

A partir do ensaio de adensamento

Permeâmetro de carga constante

Permeâmetro de carga variável

Ensaios “in situ”

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Permeâmetro de carga constantePermeâmetro de carga constante::

• Indicado para solos com elevada Indicado para solos com elevada

permeabilidade;permeabilidade;

• NBR 13292 – Solo – NBR 13292 – Solo –

Determinação do coeficiente de Determinação do coeficiente de

permeabilidade de permeabilidade de solos solos

granularesgranulares à carga constanteà carga constante..

hL

NA

NA

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Permeâmetro de carga constantePermeâmetro de carga constante (cont.): (cont.):

• Requisitos:Requisitos:

– Escoamento laminar;Escoamento laminar;

– Solos: no máximo 10%, em massa, de material passante na Solos: no máximo 10%, em massa, de material passante na

peneira de 0,075 mm (i.e., máximo de 10% de silte e argila);peneira de 0,075 mm (i.e., máximo de 10% de silte e argila);

– Saturação completa do corpo de prova (difícil);Saturação completa do corpo de prova (difícil);

– Escoamento em regime permanente;Escoamento em regime permanente;

– Existência de proporcionalidade direta entre fluxo e Existência de proporcionalidade direta entre fluxo e

gradientes hidráulicos.gradientes hidráulicos.

• Dificuldades:Dificuldades:

– Montagem do corpo de prova;Montagem do corpo de prova;

– Impermeabilização da área do CP.Impermeabilização da área do CP.

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Permeâmetro de carga constantePermeâmetro de carga constante (cont.): (cont.):• Aparelhagem:Aparelhagem:

1.1. PermeâmetroPermeâmetro– Existem 2 tipos;Existem 2 tipos;

– Diâmetro interno: 8 a 12 vezes a dimensão máxima dos grãos;Diâmetro interno: 8 a 12 vezes a dimensão máxima dos grãos;

– Altura útil: 1,5 a 2 vezes o diâmetro interno;Altura útil: 1,5 a 2 vezes o diâmetro interno;

Dimensões dos maiores grãos

presentes na amostra (mm)

Diâmetro interno mínimo do permeâmetro (mm)

Menos que 35% retidos na peneira de

Mais que 35% retidos na peneira de

2 mm 9,5 mm 2 mm 9,5 mm

Inferior a 9,5

Entre 9,5 e 19,0

80 -

- 150

120 -

- 230

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Permeâmetro Tipo 1

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Permeâmetro Tipo 2

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Permeâmetro de carga constantePermeâmetro de carga constante (cont.): (cont.):• Aparelhagem (cont.):Aparelhagem (cont.):

1.1. Permeâmetro (cont.)Permeâmetro (cont.)

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• Aparelhagem (cont.):Aparelhagem (cont.):

1.1. Permeâmetro (cont.)Permeâmetro (cont.)

– Disco perfurado ou tela colocado na base com Disco perfurado ou tela colocado na base com

permeabilidade superior a do CP e com abertura pequena permeabilidade superior a do CP e com abertura pequena

para evitar a passagem de partículas;para evitar a passagem de partículas;

– Saída para os manômetros (determinação da perda de Saída para os manômetros (determinação da perda de

carga);carga);

– Disco perfurado ou tela colocado no topo do CP.Disco perfurado ou tela colocado no topo do CP.

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2.2. Reservatório com filtroReservatório com filtro– Para manter a carga constante;Para manter a carga constante;

– Dever ter uma camada de areia fina (filtro) para retenção Dever ter uma camada de areia fina (filtro) para retenção

do ar contido na água.do ar contido na água.

3.3. FunilFunil– Usado para verter o material no permeâmetro;Usado para verter o material no permeâmetro;

– funil = 13 mm, se funil = 13 mm, se grãos > 2,0 mm; grãos > 2,0 mm;

– funil = 25 mm, se funil = 25 mm, se grãos > 9,5 mm. grãos > 9,5 mm.

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4.4. Equipamentos para compactaçãoEquipamentos para compactação

– Sapata metálica.Sapata metálica.

5.5. Bomba de vácuoBomba de vácuo

– Para remoção do ar e saturação do CP.Para remoção do ar e saturação do CP.

6.6. Tubos manométricosTubos manométricos

– Com escala graduada em mm;Com escala graduada em mm;

– Medição das cargas hidráulicas.Medição das cargas hidráulicas.

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7.7. BalançasBalanças

8.8. Barra de calibraçãoBarra de calibração

9.9. PeneirasPeneiras

– 19,0 mm, 9,5 mm, 2 mm e 0,075 mm.19,0 mm, 9,5 mm, 2 mm e 0,075 mm.

10.10. OutrosOutros

– Termômetro, cronômetro, proveta de vidro ...Termômetro, cronômetro, proveta de vidro ...

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• Preparação e formação do CP:Preparação e formação do CP:

– Material passante na peneira de 19,0 mm;Material passante na peneira de 19,0 mm;

– Medir o diâmetro do permeâmetro e com o paquímetro e calcular Medir o diâmetro do permeâmetro e com o paquímetro e calcular

a área da seção transversal interna;a área da seção transversal interna;

– Medir a altura do permeâmetro com o paquímetro;Medir a altura do permeâmetro com o paquímetro;

– Determinar a w do solo;Determinar a w do solo;

– Pesar o solo;Pesar o solo;

– Depositar o solo (funil ou concha) no permeâmetro em camadas Depositar o solo (funil ou concha) no permeâmetro em camadas

com espessura final de no máximo 2 cm;com espessura final de no máximo 2 cm;

• Cuidado com Cuidado com segregaçãosegregação (ver recomendações da norma) (ver recomendações da norma)

– Compactar o solo na condição desejada;Compactar o solo na condição desejada;

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• Tipos de compacidade relativa:Tipos de compacidade relativa:

– Próxima de zero: depositar com funil ou concha sem Próxima de zero: depositar com funil ou concha sem

compactar e sem queda;compactar e sem queda;

– Próxima de 100%: sapata vibratória, peso deslizante ou Próxima de 100%: sapata vibratória, peso deslizante ou

equipamento de vibração externo;equipamento de vibração externo;

– Entre zero e 100%: por tentativa.Entre zero e 100%: por tentativa.

(%)100minmax

max

ee

eeGC

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Permeâmetro de carga variávelPermeâmetro de carga variável::

• Indicado para solos com baixa Indicado para solos com baixa

permeabilidade;permeabilidade;

• NBR 14545 – Solo – NBR 14545 – Solo –

Determinação do coeficiente de Determinação do coeficiente de

permeabilidade de permeabilidade de solos solos

argilosos à carga variávelargilosos à carga variável..

hf

L

NA

hi

h

dh

a

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Permeâmetro de carga variávelPermeâmetro de carga variável (cont.): (cont.):

• Requisitos:Requisitos:– Escoamento laminar;Escoamento laminar;

– Solos: amostras indeformadas ou compactadas com Solos: amostras indeformadas ou compactadas com

permeabilidade inferior a 10permeabilidade inferior a 10-5-5 m/s. m/s.

– Saturação completa do corpo de prova (difícil);Saturação completa do corpo de prova (difícil);

– Escoamento em regime permanente;Escoamento em regime permanente;

– Existência de proporcionalidade direta entre fluxo e Existência de proporcionalidade direta entre fluxo e

gradientes hidráulicos.gradientes hidráulicos.

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• Aparelhagem :Aparelhagem :

1.1. Método A (trata-se de um Triaxial)Método A (trata-se de um Triaxial)

– Sistema para aplicação e medição da cargas hidráulicas:Sistema para aplicação e medição da cargas hidráulicas:

• Reservatório de água;Reservatório de água;

• Bureta;Bureta;

• Mangueiras;Mangueiras;

• Conexões;Conexões;

• Válvulas.Válvulas.

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1.1. Método A (cont.)Método A (cont.)

– Sistema de aplicação de contrapressão:Sistema de aplicação de contrapressão:

• Ar comprimido;Ar comprimido;

• Necessário para a saturação do CP (k decresce com o Necessário para a saturação do CP (k decresce com o

aumento da quantidade de ar presente no material);aumento da quantidade de ar presente no material);

• Ensaio mais controlado.Ensaio mais controlado.

– Sistema de medição de pressão neutra:Sistema de medição de pressão neutra:

• Manômetros ou medidores eletrônicos.Manômetros ou medidores eletrônicos.

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1.1. Método A (cont.)Método A (cont.)

– Sistema de pressurização da câmara:Sistema de pressurização da câmara:

• Aplicação da pressão confinante;Aplicação da pressão confinante;

• Dispositivo de leitura (medição e controle). Dispositivo de leitura (medição e controle).

– Câmara do permeâmetro:Câmara do permeâmetro:

• CP;CP;

• Pedras porosas;Pedras porosas;

• Membrana de borracha.Membrana de borracha.

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Método A

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2.2. Método BMétodo B

– Sistema para aplicação e medição das cargas hidráulicas:Sistema para aplicação e medição das cargas hidráulicas:

• Bureta de vidro graduada em centésimo de milímetro.Bureta de vidro graduada em centésimo de milímetro.

– Permeâmetro:Permeâmetro:

• Cilindro metálico (h = 13 cm e d = 15 cm);Cilindro metálico (h = 13 cm e d = 15 cm);

• Tampa inferior e superior;Tampa inferior e superior;

• Anéis de borracha;Anéis de borracha;

• Recipiente com água.Recipiente com água.

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2.2. Método B (cont.)Método B (cont.)

– Materiais diversos:Materiais diversos:

• Argila plástica: tipo bentonítica para vedação do espaço Argila plástica: tipo bentonítica para vedação do espaço

entre o CP e a parede do permeâmetro (w entre wentre o CP e a parede do permeâmetro (w entre wLL e w e wPP););

• Areia grossa: material de filtro no topo e na base.Areia grossa: material de filtro no topo e na base.

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Método B

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MÉTODO A

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MÉTODO B

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3.3. Aparelhagem de Uso GeralAparelhagem de Uso Geral– Equipamento para compactação;Equipamento para compactação;

– Extrator de amostra: para o caso de amostras Extrator de amostra: para o caso de amostras

indeformadas;indeformadas;

– Equipamentos para talhagem: torno, estilete, faca e régua Equipamentos para talhagem: torno, estilete, faca e régua

metálica;metálica;

– Instrumentos para medição do CP: paquímetro (0,02 mm);Instrumentos para medição do CP: paquímetro (0,02 mm);

– Balanças;Balanças;

– Outros: termômetros, cronômetro, bomba de vácuo ...Outros: termômetros, cronômetro, bomba de vácuo ...

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• Água Percolante:Água Percolante:– Método A: água percolante no CP = água usada na Método A: água percolante no CP = água usada na

aplicação da contrapressão;aplicação da contrapressão;

– Tipo de água: informada pelo solicitante (água da obra) Tipo de água: informada pelo solicitante (água da obra)

ou água da torneira;ou água da torneira;

– Papel filtro: para filtrar partículas sólidas que possam Papel filtro: para filtrar partículas sólidas que possam

existir na água;existir na água;

– Cuidados especiais:Cuidados especiais:

• Interações químicas;Interações químicas;

• Não usar água destilada.Não usar água destilada.

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• Água Percolante (cont.):Água Percolante (cont.):– Como obter água deaerada:Como obter água deaerada:

• Fervura;Fervura;

• Vácuo;Vácuo;

• Agitação.Agitação.

• Preparação dos CP:Preparação dos CP:– Dimensões mínimas:Dimensões mínimas:

• Método A: hmin e Método A: hmin e min = 3,5 cm;min = 3,5 cm;

• Método B: hmin e Método B: hmin e min = 10,0 cm, com lateral revestida com min = 10,0 cm, com lateral revestida com

parafina líquida;parafina líquida;

• Pode CP irregular?Pode CP irregular?

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• Tipos de CP:Tipos de CP:– Compactado:Compactado:

• Remover grãos de areia e pedregulho (maior que 2 mm);Remover grãos de areia e pedregulho (maior que 2 mm);

• Determinar w, acrescentar água ou secar (wDeterminar w, acrescentar água ou secar (wensaioensaio – w – wdesejadadesejada

≤1%);≤1%);

• Para o caso de adicionar água: cura de 24h;Para o caso de adicionar água: cura de 24h;

• Após a moldagem, determinar as dimensões do CP e sua Após a moldagem, determinar as dimensões do CP e sua massa.massa.

– Indeformado:Indeformado:• Talhar o CP nas dimensões desejadas;Talhar o CP nas dimensões desejadas;

• Determinar w;Determinar w;

• Determinar suas dimensões e sua massa.Determinar suas dimensões e sua massa.

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Permeabilidade em terrenos estratificadosPermeabilidade em terrenos estratificados::

• Devido à estratificação do solo, os valores de k são Devido à estratificação do solo, os valores de k são

diferentes nas direções horizontal e vertical;diferentes nas direções horizontal e vertical; Vertical Horizontal

k1

k2

k3

v1

v2

v3

v

e1

e2

e3

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iih e

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ii

iv

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