Permeabilidade

Permeabilidade

• A Permeabilidade é a propriedade do solo em permitir o escoamento de fluidos,comumente água, através dele.Ela existe em função dos vazios conectados do solo,por onde a água flui dos pontos de alta energia para os pontos de baixa energia.

Importância do estudo da Permeabilidade

• Indispensável para o estudo de estabilidade de Barragens e de estruturas de contenção de terra submetidos a forças de percolação

• Obras de drenagem• Filtros Drenantes• Fossas sépticas• Rebaixo do Nível de Água,• Adensamento;• Etc.

Lei de Darcy• O físico francês Darcy observou experimentalmente que,para fluxos

laminares,a velocidade era proporcional ao gradiente Hidráulico h/L.

• A relação torna-se a lei d Darcy inserindo uma constante K, chamada constante de Permeabilidade.Essa constante quantifica o grau de permeabilidade do solo e representa a velocidade com que a água atravessa um corpo.

Parâmetros que influenciam o Coeficiente de Permeabilidade

• Índice de vazios( є)Naturalmente , quanto maior o índice de vazios de

vazios, mais permeável ele é.

Equação de Taylor:Permite calcular o K paraum solo com um certo índicede vazios , se conhecermoso K’ desse solo para certo є’.


• Grau de Saturação

A permeabilidade de um solo não saturado é menor do que um solo saturado.Isso ocorre porque, num solo não saturado,existem bolhas de ar contidas pela tensão superficial da água, que impedem a percolação.


• Influencia da Temperatura A permeabilidade é tanto maior quanto maior

for o peso específico do líquido e tanto menor quanto menor for sua viscosidade.

Esses parâmetros por sua vez, são função da temperatura.

Convencionou-se adotar o valor da permeabilidade a 20°C.


• GranulometriaSolos bem graduados possuem permeabilidade menores

do que solos mal graduados.

Fórmula de Hazen: método famoso para a obtenção indireta da permeabilidade de areias fofas e Uniformes,em função do Diâmetro efetivo que,por sua vez, é obtido da curva granulométrica.

K= C.d10²,


• Anisotropia em relação a permeabilidadeSolos sedimentares por exemplo, costumam ter

maiores permeabilidades na direção horizontal.

Isso ocorre por que as partículas do solo tendem a se organizar com suas maiores dimensões na direção horizontal.

Alguns Coeficientes de Permeabilidade

Modelos de Permeabilidade em Laboratório

Permeâmetro a Carga Constante

• A carga ,como diz o nome ,é constante. O Coeficiente de permeabilidade é calculado diretamente da lei de Darcy.

Permeâmetro a carga Variável

• Empregado em função da imprecisão do permeâmetro a carga constante na determinação de coeficiente muito pequenos.

• Mede-se o tempo para que a água baixe na bureta de um nivel inicial Hi a um nível final Hf.

• Nesse caso , o gradiente hidráulico varia com o tempo,em função da redução da carga. Desta maneira:

• Sendo “a” a área da bureta.sinal negativo é por que a vazão decresce com o tempo.

• Substituindo na equação de Darcy:

De onde se obtém:

Isolando o coeficiente de permeabilidade e transformando o log neperiano em um log de base 10:

Ensaios de Permeabilidade em Laboratório

PERMEABILIDADE A CARGA CONSTANTE

• O ensaio de permeabilidade através dos permeâmetros de carga constante tem como objetivo a obtenção do coeficiente de permeabilidade. A aplicação deste método é restrita a solos granulares, contendo no máximo 10%, em massa, de material que passa na peneira de 0,075 mm.

CONDIÇÕES PARA REALIZAÇÃO DO ENSAIO

• Continuidade de escoamento, sem variação de volume;

• Saturação total do corpo de prova;• Escoamento em regime permanente, sem

variação no gradiente hidráulico;• Proporcionalidade direta entre as velocidades

de fluxo e gradientes hidráulicos.

APARELHAGEM

• Permeâmetro ( tipo 1 ou 2);• Reservatório com filtro;• Funil;• Equipamento para compactação;• Bomba de vácuo;• Tubos manométricos;• Balanças;• Barra de calibração;• Peneiras;• Equipamentos diversos, como concha metálica, termômetro,

cronômetro, proveta de vidro, etc.

APARELHAGEM

Permeâmetro do tipo 1

APARELHAGEM

Permeâmetro do tipo 2

PREPARAÇÃO DA AMOSTRA

• A amostra deve ser previamente seca ao ar e conter menos que 10% de material passante na peneira de 0,075mm;

• Fazer a análise granulométrica do material e determinar a massa específica dos grãos do solo;

• Por peneiramento, separar os grãos retidos na peneira de 19,0 mm que não devem ser utilizados no ensaio de permeabilidade;


• Colocar o solo preparado em camadas uniformes, para que após a compactação a espessura resultante seja de 2 cm;

• Retira-se uma pequena porção da amostra preparada para determinação do teor de umidade h.


Esquema para saturação do corpo de prova

EXECUÇÃO DO ENSAIO

• Com todas as válvulas abertas, aguardar que as cargas se estabilizem, sem apresentar variações apreciáveis nos níveis de água dos tubos manométricos. Medir e registrar a carga H (diferenças nos níveis dos tubos manométricos), a temperatura T, o tempo t e o volume percolado neste tempo Q;

• Aumentando-se a carga de 0,5 cm em 0,5 cm, repetir o procedimento, de modo a estabelecer a região do fluxo laminar, onde a velocidade (v=Q/St) é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico (i = H/L).

EXECUÇÃO DO ENSAIO

• Quando houver indicações de que a relação entre a velocidade e o gradiente deixou de ser linear, e o regime não é mais laminar, os incrementos de carga podem ser realizados de 1 cm em 1 cm, de forma a definir a região onde o fluxo se processa em regime turbulento;

• Finalizado o ensaio, drenar o corpo-de-prova e verificar, visualmente, se ele apresenta-se homogêneo e isotrópico em suas características. É recomendável ainda efetuar uma verificação da sua altura final.

RESULTADOS

• Calcular a velocidade de fluxo (v = Q/St);• Utilizando-se as coordenadas cartesianas normais

e marcando-se em ordenadas v, e em abscissas, calcular o gradiente hidráulico (i = H/L);

• Traçar uma reta que melhor se ajuste aos pontos correspondentes ao regime laminar, sabendo que esta reta deve passar pela origem;

• Determinar o coeficiente angular desta reta, que corresponde ao coeficiente de permeabilidade, k.

RESULTADOS

• Determinar a massa específica aparente seca docorpo-de-prova, utilizando-se a expressão:

Onde:• massa específica aparente seca, em g/• massa do corpo-de-prova, em g• S = área da seção transversal do corpo-de-prova, em • altura do corpo-de-prova, em cm• h = teor de umidade do corpo-de-prova, em %.

Sumidouros

• O efluente líquido, após passar pela fossa e isento dos materiais sedimentares que ficam retidos na fossa, deve ser disposto de alguma forma no meio ambiente.

• Existe alguns processos eficientes para a disposição do efluente líquido das fossas, são eles:

• Diluição (copo d’água receptor)• Sumidouro• Vala de infiltração• Vala de infiltração e filtro de areia.

Para a escolha do método mais adequado deve ser levado em conta:

• Profundidade do lençol freático;• Natureza e utilização do solo;• Grau de permeabilidade do solo;• Utilização e localização de fontes de água para

consumo humano.

• OBS: A escolha do método tem que ser algo consciente, uma vez que o lançamento de esgoto no solo acarreta transporte vertical e horizontal das matérias poluidoras, cuja distância e direção alcançada varia com a permeabilidade.

• SUMIDOURO Conceito:Sumidouros consistem em escavações cilíndricas

ou prismáticas, tendo as paredes revestidas por tijolos, pedras ou outros materiais,com material de enchimento ou não, disposto de forma que permita facilmente a infiltração do efluente no terreno.

• O uso do Sumidouro é aconselhável quando o solo não apresenta alto índice de absorção , como em areias muito permeáveis, ou quando os lençóis freáticos não são muito perto da superfície.

• Essa medida é uma precaução para evitar contaminações.

Normatização

• Para projeção de sistemas Fossas Sépticas + Sumidouros, a NBR apresenta as normas:

NBR7229/93- Projeto, construção e operação desistemas de tanques sépticos. NBR 13969/97-Tanques sépticos - Unidades detratamento complementar e disposiçãofinal dos efluentes líquidos - Projeto,construção e operação.

Ensaios de Absorção “ In Situ” Para Sumidouros

• Mede-se a taxa de infiltração do efluente no solo e o correlaciona com a área de infiltração necessária para o Sumidouro.

• Parâmetro importante para o Dimensionamento do sumidouro.

Ensaio da Cova Cilíndrica feita a Trado

• Atualmente vem especificada no Anexo A da NBR 13969/97

Aparelhagem

• relógio;• cronômetro;• régua;• trado com 150 mm;∅• dispositivo para medição do nível d’água na cava( figura ao lado)

Procedimento

• Faz três perfurações nos locais onde os efluentes da fossa séptica passa usando o trado , em profundidades diferentes.

• Raspa-se as laterais e o fundo da cova.• Retira-se todo o material solto e cobre-se o fundo

das covas com uma camada de brita nº 1 com 5 cm de espessura.

• Dia 1- Manter as covas cheias por 4 horas.• Dia 2- Encher as covas com água e aguardar que

infiltrem totalmente.

Procedimento

• Em seguida, encher os cilindros até uma altura de 19 cm e mede-se o tempo para que ocorra o rebaixamento de 1,3 cm do nível.

• Se este tempo for inferior a 3 min, repetir o ensaio 5 vezes e adotar a última medida.

• Faz-se a média aritmética dos valores obtidos em todas as cavas.

• O valor obtido deve ser adaptado à tabela A.1. obtém-se o valor da área total necessária para área de infiltração dividindo-se o volume total diário estimado de esgoto (m3/dia) pela taxa máxima de aplicação diária .

Cova Prismática

• Essa norma vinha especificada na norma NBR 7229, mas foi retirada das novas revisões.Mas, ainda sim, é um método prático para estimar “in situ” a absorção do solo.

Aparelhagem:

• Pá;• Régua;• Relógio;• Cronômetro.

Procedimento:

• Realizar três escavações em profundidades diferentes, em cada uma abrir uma cova de seção quadrada 30 cm de lado e profundidade de 30 cm;

• Raspar as laterais e o fundo da cova.• Retirar todo o material solto e cobrir o fundo

das covas com uma camada de brita nº 1 com 5 cm de espessura.

• Dia 1- Manter as covas cheias por 4 horas.• Dia 2- Encher as covas com água e aguardar que

infiltrem totalmente.• Enche novamente até a altura de 15 cm e

cronometra o tempo para que ocorra um rebaixo de 1 cm.Se esse tempo for inferior a 3 minutos, repete-se o ensaio 5 vezes e adota o valor da última medida.

• Faz-se a média aritmética dos valores obtidos nas três escavações.

Tabela para correlação Tempo- Coeficiente de Infiltração

Dimensionamento• A área de infiltração do sumidouro será dada

pela fórmula:

Onde:A= Área de infiltraçãoV=Volume total estimado de esgoto diárioC= Taxa máxima de aplicação diária ( cava cilíndrica)Ou coeficiente de infiltração (cova prismática).

• A altura do sumidouro deve ser calculada para respeitar a distancia mínima de 1,5 m do nível máximo do lençol freático, variando, em casos de muita proximidade, o valor do diâmetro do mesmo.

Outros Métodos para medir Absorção “In Situ” do Solo

MÉTODO DE HVORSLEV

• Ensaio que determina a permeabilidade de meios saturados in situ, no qual são usados piezômetros instalados até a profundidade ensaiada. Este ensaio pode ser realizado através de adição ou remoção de água do piezômetro. A variação do nível d’água em determinado intervalo de tempo é registrada até que se atinja o estado de equilíbrio.

INFILTRÔMETRO DE ANEL DUPLO

• dois cilindros metálicos de 3mm de espessura e 30cm de altura, com

diâmetros de 30 e 50cm, com uma das bordas biseladas , são

cravados a percussão no solo. Para a realização do ensaio, coloca-se

água no cilindro interno até que se forme uma lâmina de 7,5cm de

altura e entre os cilindros interno e externo de 5cm. Com auxílio de

uma régua graduada, lê-se o posicionamento do nível d’água aos 1, 2,

3, 4, 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90 e 120 minutos e, se for preciso, continua-

se a leitura em intervalos de 1 hora até que a velocidade determinada

de entrada de água no solo seja praticamente constante.

PERMEÂMETRO DE GUELPH • O Permeâmetro Guelph é um permeâmetro de

furo e de carga constante que mede a condutividade hidráulica saturada de campo acima do lençol freático.

• É composto de uma garrafa de Mariotte que controla a carga constante de água dentro do furo, um tubo de acrílico com uma régua graduada onde a água é introduzida e um tripé que permite adaptar o aparelho a terrenos irregulares.

• Após algum tempo, o fluxo torna-se constante. Este valor de fluxo é utilizado no cálculo da permeabilidade.

ENSAIO LEFRANC

• O ensaio Lefranc é feito normalmente a

diversas profundidades. Consiste em introduzir ou bombear água numa cavidade de forma fixa, esta situada a uma determinada profundidade do terreno em relação ao qual se pretende conhecer a permeabilidade. Este ensaio pode ser feito com carga hidráulica constante ou variável.

SLUG TEST• o slug test consiste em modificar de maneira

instantânea a coluna de água no poço ou no piezômetro por introdução ou extração de um objeto sólido. Enquanto o nível de agua retorna ao nível estático, após a introdução ou extração do objeto, as variações das cargas são medidas em função do tempo. Os dados coletados são usados para determinação das propriedades hidráulicas e aquíferas

• O slug test encontra-se normatizado nos EUA pela norma ASTM D 104 de 2004.

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