Mecnica dos solos

Profa Rosane Vargas

Permeabilidade dos solos

1.Permeabilidade - conceitoPropriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de gua atravs dele. Todos os solos so mais ou menos permeveis

ImportnciaO 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.

Importnciaos mais graves problemas de construo esto relacionados com a presena da gua.

Regime de escoamento nos solosReynolds (1883) verificou que o escoamento pode ser de dois tipos: laminar (sob certas condies) e turbulento.

Escoamento Laminar e turbulentoEscoamento ocorre com uma trajetria retilnea.Caso contrrio, dito turbulento.

Experincia de Reynolds (1883)

Experincia...Reynolds variou o dimetro D e o comprimento L do conduto e a diferena de nvel h entre os reservatrios, medindo a velocidade de escoamento v. Os resultados constam na Figura 6.1.b, onde esto plotados, o gradiente hidrulico i = h/l versus a velocidade de escoamento v. Verifica-se que h uma velocidade crtica vc abaixo da qual o regime laminar, havendo proporcionalidade entre o gradiente hidrulico e a velocidade de fluxo. Para velocidades acima de vc a relao no linear e o regime de escoamento turbulento.

Experincia de Reynolds (1883)Ainda segundo Reynolds, o valor de vc relacionado teoricamente com as demais grandezas intervenientes atravs da equao:Re = Vc . D . / . g

onde:Re = nmero de Reynolds, adimensional e igual a 200;vc = velocidade crtica;D = dimetro do conduto; = peso especfico do fludo; = viscosidade do fludo;g = acelerao da gravidade.

Experincia de Reynolds (1883)Substituindo na equao anterior os valores correspondentes gua a 20C, obtm-se o valor de vc (em m/s) em funo do dimetro do conduto D (em metros):

Vc = 28 x 10-4 / D

Nos solos, o dimetro dos poros pode ser tomado como inferior a 5mm. Levando este valor equao anterior, obtm-se vc = 0,56m/s, que uma velocidade muito elevada.

Experincia de Reynolds (1883)De fato, a percolao da gua nos solos se d a velocidades muito inferiores crtica, concluindo-se da que a percolao ocorre em regime laminar.

Como conseqncia imediata haver, segundo estudos de Reynolds, proporcionalidade entre velocidade de escoamento e gradiente hidrulico.

Experincia de Reynolds (1883)Como conseqncia imediata, segundo estudos de Reynolds, haver proporcionalidade entre velocidade de escoamento e gradiente hidrulico. Denominado o coeficiente de proporcionalidade entre v e i de permeabilidade ou condutibilidade hidrulica k, vem:

v = k . i (tambm conhecida como Lei de Darcy)

Fatores que influem na permeabilidade dos solosOs principais fatores que influenciam no coeficiente de permeabilidade so: granulometria, ndice de vazios, composio mineralgica, estrutura, fludo, macro-estrutura e a temperatura.

GranulometriaO 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 vaziosA 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).

ndice de vaziosA 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 mineralgicaA 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 do solo 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

Macro-estruturaPrincipalmente 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.

FludoO tipo de fludo que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o fludo a gua com ou sem gases (ar) dissolvidos.

TemperaturaQuanto maior a temperatura, menor a viscosidade dgua, portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a gua mais facilmente escoar pelos poros do solo.Por isso, os valores de k obtidos nos ensaios so geralmente referidos temperatura de 20C.

Resultados de permeabilidade

Ordem de grandeza do coeficiente de permeabilidadeConsideram-se solos permeveis, ou que apresentam drenagem livre, so aqueles que tm permeabilidade superior a 10-7 m/s. Os demais so solos impermeveis ou com drenagem impedida.

Ordem de grandeza do coeficiente de permeabilidade

Determinao da PermeabilidadeEnsaios de laboratrio (Permemetros)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.