Engenharia civil, ensaio de permeabilidade

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Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia - COPPE
Programa de Engenharia Civil - PEC
Área de Geotecnia Clássica

ENSAIO DE PERMEABILIDADE

Professor: Ian Schumann Marques Martins

Disciplina: Ensaios de Laboratório

Aluno: Magnos Baroni

Rio de Janeiro, julho de 2008
1. Definição

Permeabilidade é uma medida dacapacidade que um solo tem de permitir a passagem de água (dimensão LT-1).

2. Introdução Teórica

O coeficiente de permeabilidade é uma constante de proporcionalidade relacionada com a facilidade com que um fluido atravessa a massa de solo. A determinação apropriada do valor do coeficiente de permeabilidade é um fator de grande importância no sucesso das análises de percolação e dos projetos dedrenagem das obras de engenharia.
Nenhuma outra propriedade relativa a materiais de construção apresenta uma faixa de variação comparável a da permeabilidade, que pode variar de cerca de 30 cm/seg., para cascalhos puros, até aproximadamente 10-8 a 10-9 cm/seg., para argilas finas. Portanto, a faixa de variação é de alguns bilhões de vezes.
O coeficiente de permeabilidade pode ser definido atravésda Lei de Darcy, que é dada pela expressão:
[pic]
onde, [pic] = vazão do fluido (água) que percola através do solo, em cm3/seg.;
[pic] = coeficiente de permeabilidade do solo, em cm/seg.;
[pic] = gradiente hidráulico, definido pela razão entre a perda de carga (h) e a distância (L) de percolação;
[pic] = área da seção transversal do solo, em cm2.

O coeficiente depermeabilidade de uma massa de solo depende principalmente dos seguintes fatores:

a) Forma e arranjo das partículas: de modo geral, a permeabilidade varia com o quadrado do diâmetro das partículas de solo, conforme é indicado pela fórmula:
[pic]
Onde: [pic] = é dado em cm/seg;
[pic] = é uma constante (segundo Hazen, no caso de areias limpas, c ≈100);
[pic] = é o diâmetro efetivo dosolo, em cm, obtido a partir da curva granulométrica.
Solos com partículas esféricas ou arredondadas apresentam tendência para maiores valores de permeabilidade do que em solos com partículas angulares ou em forma de placas.

b) Índice de vazios (e): solos mais densos (ou seja, com menor índice de vazios), possuem menor permeabilidade do que solos fofos.

c) Influência da Temperatura:A temperatura causa influência nas propriedades do fluido peso específico ((w) e viscosidade ((), quando a temperatura da água aumenta, a viscosidade diminui e, consequentemente, o coeficiente de permeabilidade aumenta. Daí a necessidade de se realizar os ensaios a uma temperatura de referencia, 20º C (ou de corrigir os resultados para essa temperatura).

d) Grau de saturação: a presença de arnos vazios do solo dificulta a passagem da água, resultando, portanto, em maiores permeabilidades à medida que o solo vai aumentando o grau de saturação. Se S = 85% pode ocorrer ar em forma de bolhas bloqueando a permeabilidade. Com S < 85% a lei de Darcy não é mais válida, pois o ar não está mais sob a forma de bolhas, mas está interligado.

e) Tipo de fluxo: a água que escoa, seja em condutoslivres seja em meios porosos, pode assumir dois tipos de movimento:
• Laminar: as partículas tem propriedades definidas e não se cruzam
• Turbulento: o fluxo é desordenado e as partículas se cruzam diversas vezes
A lei de Darcy é válida para fluxo laminar.

f) Características minerais de Solo Fino: diferentes tipos de partículas atraem e mantêm aderidas diferentes espessuras deágua adsorvida em torno das partículas reduzindo assim o tamanho efetivo dos canais através dos quais a água percola.

g) Anisotropia: material anisotrópico é um material que não possui as mesmas propriedades em todas as direções, a maioria dos solos é anisotrópica com permeabilidade maior na horizontal. Pode-se citar como exemplos de solos onde ocorre anisotropia solos compactados, solos...
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