UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

HERIBERTO PEDRO MARCELO VALDIVIARA 910122586

GUSTAVO MOREIRA DIASRA 910124609

CESAR KATSUMI URANORA 910106536

EDSON M. SETORA 910106660

ÉRICA LUDMILA DOS SANTOS CHAGAS910115416

ENSAIO DE PERMEABILIDADE

COM CARGA CONSTANTE

SÃO PAULO2013

UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

HERIBERTO PEDRO MARCELO VALDIVIARA 910122586

GUSTAVO MOREIRA DIASRA 910124609

CESAR KATSUMI URANORA 910106536

EDSON M. SETORA 910106660

ÉRICA LUDMILA DOS SANTOS CHAGAS910115416

ENSAIO DE PERMEABILIDADE

COM CARGA CONSTANTE

Relatório de pesquisa para a disciplina de Mecânica dos Solos II, Curso de Engenharia Civil, Departamento de Ciências Exatas, Universidade Nove de Julho.Professor: Carlos Williams Urbina Carrion.

SÃO PAULO2013

RESUMO

Este relatório aborda o objetivo de ensaio de permeabilidade do solo, equipamentos utilizados, métodos, roteiro de cálculo do coeficiente de permeabilidade do solo (K) e interpretação do resultado do ensaio.

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LISTA DE FIGURAS

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SUMÁRIO

RESUMO.............................................................................................................. iLISTA DE FIGURAS............................................................................................ ii1 INTRODUÇÃO.............................................................................................12 DESENVOLVIMENTO..................................................................................2

2.1 Objetivo.................................................................................................22.1.1 Métodos de Ensaio de Permeabilidade do solo com carga constate22.1.1 Equipamentos utilizados................................................................32.1.2 Descrição do ensaio......................................................................32.1.3 Roteiro de cálculo do coeficiente de permeabilidade do solo (K). .42.1.4 Interpretação e resultado do Ensaio..............................................42.1.5 Fatores que influem na permeabilidade do solo............................52.1.6 Temperatura do Ensaio..................................................................52.1.7 Estado do solo...............................................................................62.1.8 Estratificação do Terreno...............................................................62.1.9 Influência do grau de saturação.....................................................8

3 CONCLUSÃO..............................................................................................84 ReFERÊNCIAS............................................................................................8

1 INTRODUÇÃO

A Permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de água através dele, sendo o grau de permeabilidade expresso numericamente pelo coeficiente de permeabilidade. O seu conhecimento é de importância em diversos problemas práticos de engenharia tais como drenagem, rebaixamento do nível de água, recalques, etc. Os ensaios de permeabilidade à carga variável e à carga constante determinam respectivamente a permeabilidade de solos coesivos e não coesivos.

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2 DESENVOLVIMENTO

2.1 Objetivo

Proceder a realização do ensaio de permeabilidade a través dos permeâmetros de carga constante em corpos de prova deformados de solos para a obtenção do coeficiente de permeabilidade..

2.1.1 Métodos de Ensaio de Permeabilidade do solo com carga constate

É um ensaio efetuado em laboratório. O esquema montado para a realização deste ensaio se assemelha em muito com aquele elaborado por Darcy para a realização de sua experiência, sendo representado na figura a seguir. Este ensaio consta de dois reservatórios onde os níveis de água são mantidos constantes e com diferença de altura (∆M, como demonstrado na figura. Medindo-se a vazão “Q” e conhecendo-se as dimensões do corpo de prova (comprimento “L” e a área da seção “A”), calcula-se o valor da permeabilidade “K”, através da seguinte equação:

Q = k*i*A Q = vol/t vol = k*i*A*t i = h/L

Assim, temos:

K = vol*L A*∆h*t

Onde; vol = quantidade de água medida na proveta;L = comprimento da amostra medido no sentido do fluxo. ∆h = diferença de nível entre o reservatório superior e inferior;t = tempo medido entre o início e o fim do ensaio.

O permeâmetro de carga constante é sempre utilizado toda vez que temos que medir a permeabilidade em solos granulares (solos com razoável quantidade de areia e/ou pedregulho), os quais apresentam valores de permeabilidade elevados, acima de 10 -3 cm/s

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2.1.1 Equipamentos utilizados

Pemeâmetro composto de um cilindro dotado de orifício de entrada e saída; Corpo de prova já moldado e saturado; Cronômetro; Mangueira que possa ser conectada sem folgas aos orifícios do permeâmetro; Tubos manométricos dotados de escalas graduadas em milímetros; Discos em chapa metálica perfurada; Bomba d’água; Malha tipo feltro com diâmetro aproximadamente igual ao diâmetro do corpo-

deprova; Balança; Reservatório de água; Pequena quantidade de areia.

2.1.2 Descrição do ensaio

Apoiar o cilindro do permeâmetro numa superfície bem plana; Colocar a malha (feltro) sobre a base do permeâmetro; Colocar uma camada de areia; Enrolar o corpo de prova com papel filme, para que não haja percolação de

água entre o corpo e a parede do aparelho; Colocar o corpo-de-prova bem centrado no interior do permeâmetro; Colocar uma camada de areia; Fixar a tampa do permeâmetro no conjunto. Saturação do corpo-de-prova: para a realização do ensaio é importante que

o corpo de prova esteja saturado. Execução do ensaio: com todas as válvulas abertas aguardar que as

cargas se estabilizem, sem apresentar variações nos níveis de água nos tubos manométricos;

O recipiente deve ser pesado para que sua massa seja descontada durante os cálculos;

Com a vazão estabilizada na saída, deve-se cronometrar o tempo para que a água preencha certo volume do recipiente.

O recipiente então é pesado novamente para determinação do volume de água;

Esta ação deve ser repetida três vezes para a obtenção de uma vazão média;

2.1.3 Roteiro de cálculo do coeficiente de permeabilidade do solo (K)

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Quantificação do movimento da água subterrânea, através de um experimento clássico desenvolvido por Darcy (1856) dando origem a teoria do escoamento laminar e lento através de um meio poroso homogêneo.O experimento utilizou um filtro homogêneo de altura h limitado por seções planas de mesma área superficial A. Esse filtro é preenchido com um líquido incompressível. Manômetros abertos são colocados para se medir a pressão nos pontos inferior e superior do filtro, fornecendo as alturas h1 e h2, respectivamente. Pela variação das várias quantidades envolvidas, Darcy deduziu a seguinte relação:

Onde q indica fluxo O sinal negativo na expressão para Q indica que o escoamento é na direção oposta de pressão crescente.

2.1.4 Interpretação e resultado do Ensaio

De acordo com esquema de ensaio, utilizando a fórmula de Darcy, pode-se calcular o coeficiente de permeabilidade (k) como a seguir:A relação é chamada de gradiente hidráulico, expressa pela letra i.Onde:

V = Volume d’água escoado através da amostra, cm³;T = Tempo gasto para medir o volume, em segundo; Q = Vazão de água através da amostra, em cm3/s;

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A = Área da seção transversal do corpo-de-prova, em cm2; H = Carga hidráulica é a diferença da carga entre o nível superior e o nível inferior (indicados nas bureta), em cm;L = Altura do corpo-de-prova, em cm; i = Gradiente hidráulico;Dados:D (cm) 10 H1 (cm) vol (cm³) t (s)

Área (cm²) h (cm) L (cm) iCálculo da vazão:Q1 (cm³/s)Q2 (cm³/s) Q3(cm³/s) Qm (cm³/s)

2.1.5 Fatores que influem na permeabilidade do solo

Além de ser uma das propriedades do solo com maior faixa de variação de valores, o coeficiente de permeabilidade de um solo é função de diversos fatores, dentre os quais podemos citar a estrutura do solo, estratificação do terreno, o grau de saturação e o índice de vazios. E quando da realização de ensaios da temperatura do ensaio.

2.1.6 Temperatura do Ensaio

Quanto maior for a temperatura, menor a viscosidade da água e, portanto, mais facilmente ela escoa pelos vazios do solo com correspondente aumento do coeficiente de permeabilidade; k é inversamente proporcional à viscosidade da água. Por isso, os valores de k são referidos à temperatura de 200C, o que se faz pela seguinte relação:

Onde:kT – o valor de k para a temperatura do ensaio;20 - é a viscosidade da água a temperatura de 200C;T - é a viscosidade a temperatura do ensaio;CV – relação entre as viscosidades.

Segundo Helmholtz, a viscosidade da água em função da temperatura é dada pela fórmula empírica:

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T é a temperatura do ensaio em graus centígrados.

2.1.7 Estado do solo

A equação de Taylor correlaciona o coeficiente de permeabilidade com o índice de vazios do solo. Quanto mais fofo o solo, mais permeável ele é. Conhecido o k para um certo e de um solo, pode-se calcular o k para outro e pela proporcionalidade: Esta equação é boa para as areias.

A influência do índice de vazios sobre a permeabilidade, em se tratando de areias puras e graduadas, pode ser expressa pela equação de A. Casagrande:

k0,85 é o coeficiente de permeabilidade do solo quando e = 0,85

2.1.8 Estratificação do Terreno

Em virtude da estratificação do terreno, os valores do coeficiente de permeabilidade são diferentes nas diferentes direções nas direções horizontal e vertical. Sendo continuo o escoamento na vertical, a velocidade V é constante. No sentido horizontal todos os estratos têm o mesmo gradiente hidráulico.Na Figura 5, chamando-se k1, k2, k3...kn, os coeficientes de permeabilidade das diferentes camadas e1, e2, e3,... en, respectivamente as suas espessuras, deduzimos as fórmulas dos valores médios de k nas direções paralela e perpendicular aos planos de estratificação.Assim:

Como: i1 = i2 = in

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Permeabilidade perpendicular à estratificação – Na direção vertical, sendo contínuo o escoamento, a velocidade v é constante. Portanto:

Daí obtém-se sucessivamente:

Donde, finalmente:

Para camadas de mesma permeabilidade, k1 = k2 =... = kn, obtém-se pela

aplicação dessas fórmulas:

kn = kv

Demonstra-se, ainda que em todo depósito estratificado, teoricamente:

kh kv

2.1.9 Influência do grau de saturação

A percolação de água não remove todo o ar existente num solo não saturado. Permanecem bolhas de ar, contidas pela tensão superficial da água. Estas bolhas de ar constituem obstáculos ao fluxo de água. Desta forma, o coeficiente de

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permeabilidade de um solo não saturado é menor do que o que ele apresentaria se estivesse totalmente saturado. A diferença, entretanto não é muito grande.

3 CONCLUSÃO

O presente trabalho teve o objetivo de oi fenômeno da permeabilidade do solo ou

a capacidade da rocha permitir o fluxo de fluido através de seus poros, como

líquidos como água, em maior ou menor vazão por unidade de área.

4 REFERÊNCIAS

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