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PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA
CURSOS DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
HIDROLOGIA APLICADA
Prof: Felipe Corrêa
Água no solo
Condutividade Hidráulica em meio saturado
APLICAÇÃO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA
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Dimensionamento drenos
Filtragem
Barragem
Terraçeamento e outras praticas conservacionistas
Estudos hidrológicos
Irrigação
Construção civil
Pedologia
outros
Experimentalmente, Darcy, em 1850, na busca desoluções para melhorar o tratamento de águamunicipal, verificou como os diversos fatoresgeométricos, influenciavam a vazão da água.
Sendo:Q – vazão;A - área do permeâmetro;k - coeficiente de permeabilidade;h – carga dissipada na percolação;L – distancia na qual a carga e dissipada.
Condutividade Hidráulica do solo saturado
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É o movimento da água nointerior do solo em todos ossentidos e direções, ou seja, noespaço tridimensional, mas compotencial que tende a orientar ofluxo, geralmente em meiosaturado, ou na zona desaturação do solo, em razão deuma profundidade.
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MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO
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Equações e modelos matemáticosPermeâmetro de carga constantePermeâmetro de carga variávelMétodo do poço ou furo do trado (Auger-Hole)Método do piezômetro; Método dos dois poços;Método do poço seco;Permeâmetro de GuelphOutros
LABORATÓRIO
PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
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O permeâmetro de carga constante e utilizado para medir a permeabilidade dos solos granulares (solos com razoável quantidade de areia e/ou pedregulho), os quais apresentam valores de permeabilidade elevados, normatizado pela NBR 13292 (1995)
Z
L SOLO
h
PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
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Z
L SOLO
h
K = condutividade hidráulicas saturada( cm s-¹)V= vazão medida proveta (cm3)L = comprimento da amostra(cm)h = carga hidráulica (cm)T = tempo entre inicio e fim doensaio (s)A = Área seção transversalamostra (cm2)
tAh
LVK
..
.
PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
13
h
L SOLO
O permeâmetro de carga constante geralmente usado para solos de textura argilosa a media, tipo mais comum em laboratório e de fácil construção.
tAh
LVK
..
.
PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
14
h
L SOLO
h = 0
Atm
VÁCUO
O permeâmetro de carga constante usando Frasco de Mariotte, normalmente usado para solos de baixa a media condutividade hidráulica saturada
tAh
LVK
..
.
PERMEÂMETRO DE CARGA VARIAVEL
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O permeâmetro de cargavariável e utilizado quando ocoeficiente de
permeabilidade e muitobaixo, porem a suadeterminação inconstante epouco precisa, sofrendo maiorinfluencia da temperatura local.
Z
L SOLO
h0
h1
PERMEÂMETRO DE CARGA VARIAVEL
16
Z
L SOLO
h0
h1
a - área interna da bureta (cm2)A - seção transversal do corpo-de-prova (cm2)L - altura do corpo-de-prova (cm)h0 carga hidráulica inicial (cm), no tempo t0;h1 - carga hidráulica final (cm), no tempo tt - intervalo de tempo (t1 - t0) para o nível d água passar de h0 para h1 (cm)
MÉTODO DO POÇOO metodo do poço ou furodo trado (Auger-Hole) éutilizado para a estimativada condutividadehidráulica no campo, napresença do lençol freático.É adequado para soloshomogêneos (nãoestratificados) e solosaltamente estratificados,onde não se tem condiçõesde estimar a condutividadehidráulica em cadacamada.
MÉTODO DO POÇO1. Estabelecer a camada de
impedimento2. Abertura dos poços de observação3. Drenar e aguardar 24h para
estabilização4. Preparar os instrumentos de
medida, estaca, trena com flutuador5. Medir altura inicial do LF6. Drenar o poço7. Iniciar as leituras de nível em
relação ao tempo8. Converter as leituras em K por
gráficos e equações segundo o tipode camada de impedimentoencontrada
h
H
MÉTODO DO POÇOREGRAS PRATICAS
1. A profundidade da água no interior do poço, ou seja, do espelho
d'água até o fundo, deve ser da ordem de 5 a 10 vezes o seu
diâmetro (de 40 a 80 cm).
2. Iniciar com pequena lamina no fundo entorno de 5cm
3. Usar tempos constante como 5, 10, 15....
4. Parar as leituras quando atingir 3/4. Y0 (leitura inicial)
MÉTODO DO POÇOEQUAÇÕES EMPIRICAS
1. ERNST (1950)
Para solo homogêneo e a camada impermeável muito abaixo do fundo do poço (S0,5 H); 3 < r < 7 cm;20 < H < 200 cm; Y > 0,2 H
MÉTODO DO PIEZÔMETRO Aplicado para terrenos que têm perfis estratificados, ou seja, heterogêneos, com 2 ou 3 camadas distintas.
O procedimento é o mesmo usado no ‘furo do trado’.
Embora interessante, o método do piezômetro é pouco usado na prática por ser muito mais trabalhoso...
Não mede a condutividade média nos 2 ou 3 estratos, mas sim a condutividade em cada estrato...
PIEZÔMETRO DE CASA GRANDE
MÉTODO DO PIEZÔMETRO
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Aplicado para terrenos que têm perfis estratificados, ou seja, heterogêneos, com 2 ou 3 camadas distintas.
O procedimento é o mesmo usado no ‘furo do trado’.
Embora interessante, o método do piezômetro é pouco usado na prática por ser muito mais trabalhoso...
Não mede a condutividade média nos 2 ou 3 estratos, mas sim a condutividade em cada estrato...
MÉTODO DO POÇO SECOO método do poço Secoconsiste em acrescentar águaao poço e observar a variaçãodo nível.
PERMEÂMETRO DE GUELPHO permeâmetro deGuelph, e semelhante aopoço seco porem trabalhacom nível constante.
PERMEÂMETRO DE GUELPHK = [( 0,0041 ) ( X ) ( R2 ) – (0,0054) ( X ) ( R1 )] (1)K = [( 0,0041 ) ( Y ) ( R2 ) – (0,0054) ( Y ) ( R1 )] (2)Onde:K – Condutividade hidráulica, em cm/s;R1 e R2 – Taxas de infiltração estabilizadas correspondentes a H1 (5 cm) e H2 (10 cm)respectivamente, em cm/s;X e Y – Constantes correspondentes a área do tubo (reservatório d’água) utilizado, em cm2. X(reservatório externo) equivale a 35,36 cm2; Y (reservatório interno) equivale a 2,17 cm2. A utilização do reservatório externo é recomendada para solos mais permeáveis, oposto a isso se recomenda a utilização do reservatório interno, o que não impede o uso invertido dos mesmos, desde que na hora do cálculo seja utilizada a fórmula correta.
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO
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Curva GranulometricaUtiliza-se a equacao de Hazen para o caso de areias e pedregulho, com pouca ou nenhuma quantidade de finos.
k = C.d10onde:k e a permeabilidade, em cm/sd10 e o diametro efetivo, em cm90 < C < 120, sendo C = 100, muito usado.Para uso da equacao recomenda-se que Cu seja menor que 5.
Relações Entre Tamanho das Partículas e CondutividadeHidráulica
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MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO
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C0 = fator que reflete o formato do poro e o empacotamento na equação de Kozeny-Carmen [-]CT = fator que reflete o formato do poro e o empacotamento na equação de Kozeny, mod. por Collins [-]C = fator na equação de Hazen [T/L]d10 = diâmetro da partícula em que 10% das partículas são menores [L]dg = media geométrica do diâmetro da partícula [L] d = diâmetro representativo da partícula [L]g = aceleração gravitacional [L/T2]K = condutividade hidráulica [L/T]φ = porosidade total, responsável pela compactação [-]μ = viscosidade dinâmica [M/LT]ρ = densidade [M/L3]σg = media geométrica do desvio padrão [L]Ssa = área superficial exposta a fluidos por volume unitário de meio solido[1/L]T = tortuosidade [-]
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO
