ensaios de permeabilidade em solos

ENSAIOSDE PERMEABILIDADE

EM SOLOSORIENTAES PARA SUA EXECUO NO CAMPO

3a EDIO

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BOLETIM 04JUNHO DE 1996

ASSOCIAO BRASILEIRA DE GEOLOGIA DE ENGENHARIA

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ENSAIOS DE PERMEABILIDADE EM SOLOSORIENTAES PARA SUA EXECUO NO CAMPO

3-edio

ElaboraoAntnio Manoel dos Santos Oliveira

Diogo Corra Filho

RevisoEduardo Soares de Macedo

ColaboraoOswaJdo Augusto Filho

Vera Cristina Rocha da SilvaSolange de Oliveira Pereira Pierr

BJisabeth Macerou

1996

ENSAIOS DE PERMEABILIDADE EM SOLOS

Orientaes para sua Execuo

Antnio Manoel dos Santos OliveiraDiogo Corra Filho

Ficha Catalogrfica

ENSAIOS DE PERMEABlLIDAD-f EM SOLOS - Orientaes para suaExecuo/Coordenao Antnio Manoel dos Santos Oliveira e Diogo Corra Filho -Associao Brasileira de Geologia de Engenharia, So Paulo, 1996 - Boletim n 04,(3a Edio Revisada)7 - Introduo, 2 - Os Tipos de Ensaios e sua Programao, 3 - A prtica dos Ensaios,4 - Clculos do Coeficiente de Permeabilidade '."

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sS U M A R I O ~

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APRESENTAO i A^^A

INTRODUO l w

OS ENSAIOS I

OBJETIVO DAS ORIENTAES 2 ">

AS ORIENTAES 2 A5^^

PRIMEIRA PARTE - OS TIPOS DE ENSAIOS E SUA PROGRAMAO 3 J

CLASSIFICAO DOS ENSAIOS 3 ^P

PROGRAMAO DOS ENSAIOS , 4

PROPRIEDADES DOS SOLOS DE INTERESSE A UMA PROGRAMAO 6 f

VALIDADE DOS ENSAIOS 7 _ ^^S'

SEGUNDA PARTE - A PRTICA DOS ENSAIOS 8 ^

ENSAIOS EM SONDAGENS 9 t

ENSAIOS EM POOS 13

ENSAIOS EM CAVAS 5 ^

TERCEIRA PARTE - CLCULO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE 17 ^

BIBLIOGRAFIA 23

A N E X O l : 24

A N E X O 2 -. ;.. 30 ^

APRESENTAO

Em janeiro de 1981 foram editadas, pela primeira vez, estas orientaes paraexecuo de ensaios de permeabilidade em solos no campo, Na poca, a edio tinha um carterde primeira tentativa, esperando-se que sugestes e crticas viessem a ser feitas, visandoaprimor-la.

'Hoje, um prazer verificar que duas edies j foram esgotadas, como reflexo desua aceitao e utilizao pelo meio tcnico,

Pode-se dizer portanto, que os objetivos inicialmente propostos, de difundir euniformizar a metodologia de execuo e clculo, foram atingidos.

Esperamos assim que, num futuro pfximo, seja dado o passo da padronizao enormatizao destes ensaios de permeabilidade pontuais em solo.

OS AUTORES

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Ensaios de Permeabilidade em Solos 1

ENSAIOS DE PERMEABILIDADE EM SOLOS

ORIENTAES PARA SUA EXECUO NO CAMPO

INTRODUO

OS ENSAIOSOs ensaios de permeabilidade em solos vSfio correntemente realizados em Geologia,

de Engenharia com a finalidade de se determinar os coeficientes de permeabilidade dos terrenosobjeto de estudos para implantao ou consolidao de obras civis. Tm sido realizados commaior frequncia nos"~lcals de projeto de barragens, durante as etapas de investigao, Emmenor escala so usados em outros tipos de obras, como canais e estradas. Frequentemente soexecutados em furos de sondagens a percusso, onde so conhecidos, de forma genrica, como"ensaios de' infiltrao" Com menor frequncia tm sido aplicados em poos de .inspefio ecavas abertas em solos,

Estes ensaios no utilizam sistema de observao da variao das cargaspiezomtricas nas imediaes do furo onde se realiza o ensaio, Por esta razo os ensaios objetodestas diretrizes tambm so conhecidos por "ensaios pontuais"

Neste aspecto, assemelham-se ;ios "ensaios de perda d'agua sob presso", tambmpontuais, Estes "ensaios de perdas d'agua sub presso" apl iqadus em geral nos macios rochosos(OLIVEIRA et ai . , 1975), j un tamen te com os "ensaios de i n f i l t r a o " , completam o con jun to deensaios de permeabilidade comumente usados, pela Geologia de Engenharia, para acaracterizao hidrogeotcnca cios terrenos na tu ra i s .

-PUBLICAO ABGE

2 Orientaes para sua Execuo no Campo

OBJETIVO DAS ORIENTAES

Por ser de uso corrente em Geologia de Engenharia, os ensaios exigem umapadronizao para sua realizao e interpretao, . :

O objetivo deste trabalho uniformizar a metodologia de execuo e clculo dos.ensaios de permeabilidade pontuais em solos, o que se constitui num passo fundamental para sua.padronizao e normalizao num futuro prximo. - : ' < / ?

Estas "orientaes" foram editadas pela primeira vez em 1981, e na poca, tinhamum carter de l- tentativa. A aceitao dessas "orientaes" pelo meio tcnico foi muito grande,de tai forma que hoje esto sendo reeditadas pela terceira vez devido ao esgotamento dasanteriores, Nesta reedio foram mantidos a forma c o contedo bsico da primeira edio.

AS ORIENTAES ' ' ' ; . . :

Para alcanar o objetivo acima proposto, realizou-se um amplo levantamentobibliogrfico dos vrios mtodos e formulaes; seguindo-se como critrios de seleao:

a fundamentao terica a comprovao prtica que deixassem menor margem advida; e . "

a simplicidade da aplicao da frmula, . ;-

Esta seleao foi apoiada por uma srie de ensaios-programados e realizados de formaa permitir objetivamente a comparao entre os diversos mtodos.

A anlise dos diversos mtodos no se limitou, portanto, s frmulas de clculo dos.coeficientes de permeabilidade mas se estendeu definio do modo mais indicado realizaodos ensaios.

Neste sentido, julgou-se ser de maior interesse para o meio tcnico, nopropriamente a fixao de diretrizes, mas o estabelecimento de orientaes que, ao servirem parao uso adequado da tcnica, tambm permitam seu contnuo aperfeioamento. Assim, a fixaode diretrizes caberia como passo seguinte ao tcnico responsvel por uma dada programao deensaios, cuja elaborao seria dirigida ao problema hidrogeotcnico especfico. - ;';

As orientaes foram redigidas da forma mais simplificada possvel de maneira aalcanar uma ampla divulgao. .

PUBLICAO ABGE


Assim, este trabalho foi dividido em trs partes. Na l- parte so abordadas asquestes que envolvem os ensaios, ou seja, seus tipos, sua programao, tanto em nvel geral deum projeto quanto de alguns condicionantes locais (propriedades dos solos) e sua validade. A 2-parte corresponde a uma descrio detalhada dos vrios itens relativos execuo dos ensaios naprtica: escolha e preparao dos ensaios, equipamentos usados e realizao. Na 3- parte soapresentadas as frmulas selecionadas e as orientaes necessrias ao clculo do coeficiente depermeabilidade. De maneira a facilitar este c lcu lo so tambm -apresentados bacos.

PRIMEIRA PARTE - OS TIPOS DE ENSAIOS K SUA PROGRAMAO

- CLASSIFICAO DOS ENSAIOS

Embora os ensaios de permeabi l idade em solos estejam na prtica intimamenteassociados ao mtodo de prospeco empregado (sondagens a trado e a percusso, poos rasos etrincheiras), do ponto de vista hidrogeotcnico, tais ensaios podem ser classificados conforme amaneira de realizao (ensaios a nvel c o n s t a n t e e a nvel va r i ve l ) e o diferencial de pressopositivo (carga) ou negativo (descarga) aplicado ao aqufero. Deve-se considerar que os ensaiosrealizados nas pores no saturadas dos solos (acima do lenol fretico) admitem obviamenteapenas sua realizao por injeo de gua (ensaios de "carga"). O quadro a seguir apresenta aclassificao proposta.

MANEIRA DEREALIZAO

Nvel constante

Nvel varivel

PRESSOAPLICADA

carga

descarga

cargadescarga

DENOMINAODOS ENSAIOS

infiltrao

bombeamento

rebaixamentorecuperao

MTODO DEPROSPECO

sondagens, poos e cavas

poos e sondagens

sondagens e poospoos e sondagens

Os ensaios a nvel constante so realizados atravs da manuteno do nvel d'gua,num furo de sondagem, poo ou trincheira, numa posio constante ao longo de toda durao doensaio. Este nvel d'gua pode ser estabelecido de duas formas:

-PUBLICAO ABGE


atravs da introduo de guy (ensaios de infiltrao): neste caso aplicada umacarga (constante), medindo-se a vazo injetada necessria para manter tal nvelconstante; e

atravs de retirada de gua (ensaios de bombeamento): neste caso, o aqufero descarregado, medindo-se a vazo bombeada, necessria para manter constante onvel rebaixado,

Nos ensaios a nvel varivel, o nvel cTgua natural alterado para uma posio quese pode denominar nvel inicial do ensaio, A tendncia do nvel d'gua voltar posio original acompanhada ao longo do tempo de ensaio, O nvel inicial pode ser estabelecido tambm porduas formas;

atravs da introduo de gua (ensaios de rebaixamento) e medindo-se em seguidasua velocidade de rebaixamento; e

atravs de retirada de gua (ensaios de recuperao) e medindo-se em seguida avelocidade de recuperao,

OBS. O ensaio,conhecido como slug test um ensaio a nvel varivel onde aplicada uma cargaou descarga instantnea e se acompanha a estabilizao, que devido sua rapidez, efetuadaatravs de transdutores de presso (COOPER et aL, 1967).

- PROGRAMAO DOS ENSAIOS

conveniente, antes de se entrar em detalhes quanto execuo dos ensaios,identific-los no contexto de uma programao geral.

Considerando-se assim, a realizao dos ensaios no mbito de um estudohidrogeotcnico, aplicado num dado local, sua programao obedece s orientaes gerais de talestudo. Em geral essas orientaes visam caracterizar os comportamentos hidrulicos de cadauma das unidades geotcnicas presentes, ou em. outras palavras, os compartimentoshidrogeotcnicos do macio objeto do estudo,

A definio destas . unidades .resulta da identificao prvia das caractersticasgeolgicas de cada uma das lentes escamadas presentes que implicariam numa primeiraaproximao, em compartimentos hidrogeotcnicos relevantes, frente s solicitaes impostaspela obra.

Cada unidade cons t i t u i o re fe renc ia l bsico para todas as operaes de anlise dosresultados dos ensaios assim programados; interpolaes e extrapolaes dos resultados, anlisesestatsticas, correlaes com outros parmetros geotcnicos, etc..

PUBLICAO ABGE


medida que os ensaios so realizados e outras observaes so feitas(acompanhamento piezomtrio, por exemplo) os compartimentos hidrogeotcnicos soaferidos, e eventualmente reformulados, ale que os dados obtidos sejam compatveis com oplano de estudo inicialmente proposto,

O fluxograma 'a seguir sintetiza a metodologia proposta.

CaractersticasGeolgicas eGeotcnicas

Solicitaesimpostas pela

obra

Unidadeshidrogeotcnicas(1-aproxima c o)

Ajustes Eventuais U

Programao dosensaios

Caracterizao decada unidade

hidrogeotcnica

Por outro lado, nos estudos de projeto de obras (em especial de barragens, onde osensaios so normalmente realizados de fornia sistemtica nas sondagens a percusso), aprogramao dos ensaios fica na dependncia da programao gerai dos estudos que no tm,como nico objetivo, a caracterizao hidrogeotcnica. Compete aos responsveis por taisestudos gerais, compatibilizar todos os meios de prospeco usados,, atravs de um roteirometodolgico adequado, que cumpra da melhor forma possvel todos os objetivos visados, Porexemplo: sondagens a percusso para obteno concomitante de dados geolgicos, de valores deSPT, de coeficientes de permeabilidade, poos para retirada cie amostras indeformadas e ensaiosde permeabilidade, etc..

-PUBLICAO ABGE


PROPRIEDADES DOS SOLOS DE INTERESSE A UMA PROGRAMAO

- Permeabilidade dcxs solos; a estimativa prvia desta propriedade pode ser deinteresse programao dos ensaios (escolha dos tipos de ensaios, tamanho dostrechos a ensaiar, ele,), Esta cs l fna l iva pode ser efetuada com base em suagranulometr ia , seja airavs de f r m u l a s como a de Hazen (MELLO, TEIXEIRA,1967) ou sobretudo atravs da .experincia do tcnico. Segundo Hazen apermeabilidade (K) pode ser estimada com base no dimetro efetivo d jo (dimetrotal que o peso de todos os gros menores constitua 10% do peso total da amostra);

K - 100d2 I ( )

Embora esta frmula teiha'sido determinada empiricamente com gros de areiauniforme, cujo d i o variava entre 0.01 e 0,3 cm, esta estimativa de K (em cm/s) pode ser usadacomo ordem de grandeza, A exper incia cio [cnico pode .ser traduzida por tabelas como aapresentada a seguir (MELLO, TEIXEIRA, 1967);

K(cm/s)}!

SOLO

;0 -^ tq? W . -

pedregulhos

'10'2

areias

? 10;" 1?"" io-6 ''\s finas siltosas e ar-

gilosas, siltes argilosos

IO'8

arglas

- Coeso do solo: esla propriedade pode ser condicionante na programao dosensaios, por cons t i t u i r uma l imi t ao abertura de poos e trincheiras, e preparao de trechos de ensaios em furos de sondagens. Com efeito, problemas dedesmoronamentos poclem influir significativamente nos resultados dos ensaios, emesmo impedir sua realizao, Sc tais problemas podem ser facilmente constatadosem poos e trincheiras, o mesmo no ncontece em furos de sondagens a percusso.Contudo, a coeso-cio material pode ser estimada por anlise tctil-visual deamostras, e a experincia tem mostrado que os problemas maiores tm ocorridosomente com areias puras, aluvionares, tambm conhecidas por "lavadas".

PUBLICAO A B GE


- VALIDADE DOS ENSAIOS

Dentre os vrios fatores condicionantes da validade dos ensaios destaca-se o regimede escoamento que deve, teoricamente, sor permanente de maneira a permitir o uso da maioriadas frmulas adotadas.

Este regime de escoamento pode ser controlado no campo atravs das medidas devazo durante a execuo dos ensaios. Quando estas vazes perjnanecem constantes ao longo dotempo pode-se dizer que foi atingido um regime permanente de escoamento.

O regime de escoamento permanente atingido mais rapidamente em trechos deensaio situados abako do nvel d'gua natural, pois o s^olo j se encontra saturado. Em trechos deensaio situados acima do nvel d'gua, deve-se dar mais ateno ao tempo envolvido no ensaio.

Os tempos recomendados para a execuo dos ensaios, na 2- Parte destasOrientaes, no so suficientes para atingir plenamente o regime de escoamento permanente(vazes constantes). Contudo a experincia tem mostrado que estes tempos parecem sersuficientes para se atingir-resultados satisfatrios, compatveis com os erros inerentes prpriaexecuo dos ensaios. Portanto, estes tempos devem ser considerados como orientativos,cabendo ao tcnico responsvel o seu redimensionamento, caso necessrio. As "Diretrizes paraExecuo de Sondagens" (ABGE, 1990) consideram vazes estabilizadas quando:

a) no observada uma variao progressiva nos valores lidos;b) a diferena ente leituras isojadas e seu valor mdio no supera 20% do valor

mdio.

Deve-se tambm considerar, sob o mesmo aspecto de validade, a aplicao daslrmulas alm de suas limitaes, apresentadas na 3- Parte. Ou seja, cabe ao responsvel pelosensaios adotar ou no as frmulas fora de seus limites de validade, tendo em vista, por um lado,a preciso requerida na definio da permeabilidade e, por outro lado, a convenincia em seexecutar ensaios diferentes num mesmo furo ou poo, para melhor controle dos valores obtidos.Por exemplo, um ensaio de infiltrao pode ser imediatamente sucedido por um derebaixamento. Ainda sob o aspecto da aplicabilidade das frmulas, merece ateno o fato desempre se considerai* o solo ensaiado como homogneo, istropo e onde permanece vlida a leide Darcy.

Cabe finalmente considerai* a eventual ocorrncia de "surpresas" durante a execuodos ens&ios, ou seja, por exemplo, variaes bruscas do nvel d1 gua, alterao das medidas devazo aps- ter sido atingida uma certa constncia, etc. Tais "surpresas" devem ser consideradascomo ocorrncias naturais que merecem a devida ateno, e serem elucidadas pois, caso no

PUBLICAO ABGE


tenham sido provocadas poi; erros do ensaio (vedao entre revestimento e terreno naturalprejudicada, erros de medida, etc.) podem estar revelando comportamentos que podem ter certaimportncia geotcnica (suscetibilidade a "piping", colmataao, ocorrncia de estruturas ^orgnicas como formigueiros, etc.). ^

Em resumo, pode-se considerai" que a questo da validade do ensaio pode ser A^^^observada segundo os dois aspectos abaixo apresentados.

No que se refere ao ensaio, considerado como um todo, isto , no s como um meio 0restrito determinao do K, mas tambm como uma forma de se testar o comportamento g|hidrogeotcnico do terreno, sua validade repousa no acompanhamento detalhado de sua 1^realizao e na elucidao dos fenmenos que porventura venham a ocorrer. Somente aps a elucidao de tais fenmenos, deve-se entrar em consideraes a respeito da validade do clculo 1^de K. fl

No que se refere a este segundo aspecto, da determinao do valor de K, a validade wrelativa preciso requerida pelo problema geotcnico e limitada pela margem de erro impostapela prpria execuo dos ensaios.

Tanto um aspecto quanto o outro exigem uma ateno especial do tcnicoresponsvel pela realizao dos ensaios. v"

SEGUNDA PARTE-A PRATICA DOS ENSAIOS Q

Considerando-se que os ensaios se encontram, na prtica, bastante vinculados ao . mtodo de prospeco, optou-se por apresentar este captulo segundo tais mtodos, ou seja, "" ensaios em furos de sondagens a trado e a percusso, em poos e em trincheiras,

A prtica dos ensaios envolve todas as etapas, desde a preparao do trecho de 2ensaio, at sua execuo propriamente dita, incluindo a escolha do tipo mais adequado s ^condies existentes no local. ^

ti


- ENSAIOS EM SONDAGENS

Alm das orientaes aqui formuladas no que se refere aos ensaios de infiltrao erebaixamento, julga-se de interesse tambm considerar as "Diretrizes para a Execuo, deSondagens" reeditadas pela ABGE (1990).

.1) Definio do trecho a ser ensaiado

Em sondagens revestidas, o trecho de ensaio corresponde ao intervalo entre o finaldo revestimento e o fundo do furo. Em sondagens no revestidas, nos ensaios a nvel constante,o trecho de ensaio corresponde ao intervalo entre a posio do nvel d'gua e o fundo do furo, enos ensaios a nvel varivel o trecho de ensaio varia com a carga. Neste caso, recomenda-se paraclculo, considerar o trecho de ensaio como sendo aquele compreendido entre a posio do nveld'gua, na metade do tempo necessrio para o rebaixamento considerado no clculo, e o fundodo furo.

conveniente a escolha de trechos tanto maiores quanto menor for a permeabilidadeestimada, de maneira permitir uma medida mais fcil da vazo. O grfico orientativo da figuraa seguir apresenta a grandeza da vazo em funo da permeabilidade (K) esperada e da cargaatuante (h), para trecho de ensaio de l m e dimetro de 6,35 cm (2 1/2").

k(cm/s)

15H

10 -

10-~~T Ji 1l l J l

'0,3 0,4 0V6 0,8 1TTOVETA t

1 T4

TAMBORMENTC

ENSAIO

1 T~20 40

' HIDRMETRO

~l 1 1 I I I *60 80 100 .

Q(l/mn)

^JPUBUCAO ABGE

1 0 Orientaes para sua Execuo no Campo

A escolha de trechos tanto menores quanto menos coesivo for o solo a ser ensaiado, pode eliminar, ou minimizai; problemas de desmoronamento. O limite desta orientao a êxecuo do ensaio no fundo do furo (paredes totalmente revestidas). Contudo, os resultados ^destes ensaios esto sujeitos a erros importantes devido pequena rea ensaiada (influncia de ^pequenas estruturas locais) e decantao de finos no fundo. ^

Deve-se considerar ainda que, no caso de sondagens revestidas, a escolha de um ^trecho longo tende a minimizai' o erro advindo de eventuais fugas d'gua entre o revestimento e âs paredes do furo. . A

2) Preparao do trecho a ser ensaiado 1Durante a perfurao do trecho a ser ensaiado, recomenda-se o uso de gua sem ^

material em suspenso visvel a olho nu. Âo se atingir a cota de ensaio, deve-se levantar um pouco a composio de ^

perfurao e manter a circulao d'gua at que se observe a gua de retorno sem detritos. Em furos revestidos recomenda-se no girar o revestimento ao ser aprofundado, de jfc

maneira a diminuir a possibilidade de fugas d'gua entre o revestimento e as paredes do furo. Especialmente em solos poucos coesivos, e abaixo do nvel d'gua local, deve-se f|

procurar manter a coluna d'gua na boca do furo para evitar desmoronamento das paredes. 0

3) Escolha do tipo de ensaioA escolha de ensaios do tipo bombeamento ou recuperao (descarga) exige, de M

incio, a disponibilidade de dispositivos que normalmente no so necessrios nos ensaios de f|infiltrao ou rebaixamento (carga). Tais dispositivos so basicamente filtros que impeam o 9eventual carreamento 'de partculas do solo no trecho ensaiado e bombas. Devido a estes ^requisitos, que exigem inclusive melhor infra-estrutura no local, raramente so executados estes &tipos de ensaios. Contudo, vale lembrar que a ocorrncia de artesianismo pode ser assemelhada a Wum ensaio de 'bombeamento, onde a diferena de altura entre os nveis esttico e dinmico equivale descarga, e a vazo da surgncia equivale vazo bombeada.

Portanto, dada a maior simplicidade de execuo, a escolha frequentemente recainos ensaios de carga. Para estes ensaios as "Diretrizes para Execuo de Sondagens" da ABGE(1990) sugerem o seguinte critrio de opo entre se realizar um ensaio a nvel constante(infiltrao) ou a nvel varivel (rebaixamento): "Ser feito ensaio de rebaixamento quando acarga hidrulica do trecho ensaiado for superior a 0,02 MPa ( 2 metros) e, por avaliao visual,o rebaixamento da gua no tubo de revestimento for inferior a 10 cm/min".

__ _ _ Ensaios de Permeabilidade em Solos 1 1

tm 4) Equipamentos

^ As "Diretrizes para Execuo de Sondagens" da ABGE (1990) recomendam, para osA ensaios de carga, os seguintes equipamentos:m^ a) Bomba de gua com capacidade mnima de 40 litros por minuto;F b) hidrmetro, em boas condies, com divises de escala em litros, testado no^ incio de cada furo e sempre que houver suspeita de mau funcionamento. O^ ' hidrmetro no deve apreseiitar desvio superior a 10% do valor real da faixa de

' ^ vazo entre 10 e 40 l/min. E vedado o uso de curvas de calibrao;j* c) tambor graduado em litros com capacidade de aproximadamente 200 litros; d) provetas ou latas graduadas a cada 50 centmetros cbicos, com capacidadem ' mnima de l litro;0 e) funil com rosca para acoplamento no revestimento, com reduo mnima de 2,54 cm ( l") e dimetro maior que 20 centmetros;% f) escarificador constitudo por uma haste decimtrica de madeira com numerosos$ pregos sem cabea semi-cravados; ew g) medidor de nvel d'gua.

f Nesta listagem deve-se- incluir, para os ensaios que requerem bombeamento:j^ a) bombas do tipo injetora, bomba de suco ou bomba submersa; e0 b) tubos de PVC, tela e filtro.t^ 5) Execuo e acompanhamento dos ensaios% Para o acompanhamento adequado dos ensaios recomenda-se que os dados de campo sejam lanados em um modelo de tabela, como a sugerida no ANEXO 2. a) Ensaio de infiltrao

^ ' Enche-se o furo de gua at a boca, tomando-se este instante como tempo zero.^ *O nvel de gua no furo deve ser mantido constante, alimentado por uma fonteA apropriada, medindo-se o. volume de gua introduzido durante um certo intervalo deA . - tempo (vazo). aconselhvel a elaborao de um grfico onde sejam lanados. na abscissa o

tempo, e na ordenada o volume acumulado ou vazo. Tal grfico possibilita a observao daestabilizao da vazo, que caracterizada por um reta. Essa a vazo que ser utilizada noclculo da permeabilidade (vazo constante).'

PUBLICAO ABGE"


Pode-se estimai* um tempo mdio de 20 minutos por ensaio.

b) Ensaio pontual de bombeamento

Comea-se a bombeai' a gua do furo, tomando-se este instante como tempo zero.Anota-se, na folha do ensaio, o tempo, a variao do N!A. e o volume d'guaretirado do furo, at se estabelecer um rebaixamento constante (nvel d'gua no faro,praticamente estvel). aconselhvel a elaborao de dois grficos. No primeiro solanados os valores de vazo x tempo. No segundo, rebaixamento x tempo. Essesgrficos possibilitam a observao da estabilizao do nvel cTgua no furo e a vazocorrespondente, necessria para manter o rebaixamento constante, a qual ser usadano clculo da permeabilidade juntamente com o rebaixamento atingido.

c) Ensaio de rebaixamento

Enche-se o furo at a boca, tomando-se este instante como tempo zero. Em ensaiosrealizados acima do nvel d'gua do terreno, o nvel d'gua do furo deve ser mantidona boca, estvel por cerca de 10 minutos para "saturao"Interrompe-se o fornecimento d'gua, tomando-se este instante como zero, e aintervalos curtos no incio e mais longos em seguida, por exemplo 15", 30", l1, 2', 3',4', 5', etc. acompanha-se o rebaixamento do nvel d'gua no furo. Recomenda-se queo ensaio seja dado por concludo quando o rebaixamento atingir 20% da carga inicial.aplicada ou 30 minutos de ensaio.

d) Ensaio de recuperao

Bombeia-se a gua do furo at se obter um rebaixamento de pelo menos l m abaixodo nvel d'gua do terreno, at se atingir condies de fluxo permanente, ouprximas (vazes constantes).

Interrompe-se o bombeamento, e em intervalos de tempo semelhantes ao ensaio derebaixamento, controla-se a recuperao do nvel d'gua. Para o trmino do ensaio, recomenda-se seguir as mesmas orientaes anteriormente apresentadas para os ensaios de rebaixamento.

mm


*

*

*

*

*

- ENSAIOS EM POOS

1) Definio do trecho a ser ensaiadoGeralmente em cada poo de prospeco no so definidos mais do que l ou 2

trechos de ensaio. Tais trechos so delimitados pelo nvel d'gua de ensaio e o fundo do poo.

2) Preparao do trecho a ser ensaiadoAlm dos cuidados necessrios para se evitar desmoronamentos, recomenda-se

escarificar as paredes do trecho para evitar qualquer vedao provocada pela escavao. aconselhvel efetuar um mapeamento ou inspeo visual para identificao de possveisestruturas que possam influir significativamente nos resultados.

3) Escolha do tipo de ensaioOs poos de inspeo geotcnica, quando no ultrapassam o nvel d'gua do terreno,

permitem apenas a execuo de ensaios do tipo infiltrao e rebaixamento (carga). Abaixo,admitem tambm ensaios de bombeamento recuperao.

4) Equipamentos

A lista relacionada como necessria para os ensaios em furos de sondagem,permanece vlida para os ensaios em poos. Contudo, dada a possibilidade de ensaios em poosenvolverem vazes muito 'superiores quelas dos furos de sondagem, ressalta-se a necessidadede se prever, antes dos ensaios, sua ordem de grandeza. Esta previso dever permitir a escolhado equipamento mais adequado. No caso de ensaios de carga, deve tambm possibilitar averificao da fonte de gua disponvel, se ou no suficiente para realizao do ensaio. Nestesentido, veja o item 5 a seguir

PUBLICAO ABGE


5) Execuo e acompanhamento do ensaio

Preenche-se a Tabela apresentada no ANEXO 2. A quantidade de gua necessriapara a realizao do ensaio de carga envolve o volume necessrio para encher o poo, o volumenecessrio para "saturai"" o terreno no entorno do poo (para se atingir uma vazo constante) e ovolume usado no ensaio propriamente dito (medidas de vazo constante). Na figura a seguirapresentam-se indicaes para a avaliao do volume correspondente vazo constante doensaio, que pode ser estimada adotando-se um valor de permeabilidade compatvel com asobservaes feitas no terreno a ser ensaiado, para ensaios de infiltrao com carga de um metroem poos de l e 2 m de dimetro.

K(cm/s)

10 -

10

10 -l l l l

B W 20 40l T '"']' .1 H | l J l"

200 400 600 8001000Q(l/m)n)

Analisando-se o grfico, verifica-se contudo que, excetuando-se o caso de solosmuito permeveis, a questo da previso de volumes reside predominantemente no volumenecessrio para encher o poo at o nvel desejado. Por exemplo:

Dimetro do poo (m)]2

Altura d'gua11

Volume785

3.140

A maneira de execuo destes ensaios semelhante. descrita para os ensaioscorrespondentes em furos de sondagens.

PUBLIC*'


*t

- ENSAIOS EM CAVAS

MATSUO (1953) desenvolveu este tipo de ensaio para cavas regulares,estabelecendo uma metodologia simples para sua realizao. As cavas utilizadas segundo estemtodo so rasas, de forma regular e de seao trapezoidal. Dada a divulgao que este ensaioteve, passou a ser conhecido, no meio tcnico, por ensaio Matsuo. As orientaes apresentadas aseguir dizem respeito a este tipo de ensaio.

1) Preparao do local e da cava a ser ensaiada

No local do ensaio, o terreno deve ser escavado at o horizonte do solo a serensaiado. A escavao deve prever uma rea de dimenses apropriadas, nivelada e protegida pordrenagem superficial.

Nesta rea ento delimitada, e em seguida, aberta a cava. Recomenda-se, como nocaso dos poos, escarifcar suas paredes e fundo.

Para a determinao e controle do nvel do lenol fretico na rea do ensaio, sugere-se a execuo de um furo a trado nas proximidades da cava (a cerca de 5,0m, por exemplo).

2) Equipamentos

Podem ser usados os mesmos descritos para os ensaios em furos de sondagens.

3) Execuo e acompanhamento do ensaio

A evaporao d'gua durante o ensaio, pode alcanar taxas suficientemente elevadaspara influir nos resultados. necessrio, portanto, medi-la durante a realizao do ensaio, o quepode ser feito atravs de um simples recipiente de seo conhecida. Para se obter a medida deevaporao^ coloca-se no incio do ensaio, um volume d'gua conhecido no recipiente e aoterminar o ensaio mede-se, o volume d'gua remanescente. A diferena do volume drgua iniciale o final, d o volume d'gua evaporado. A partir do volume d'gua evaporado, o tempo deensaio e a rea de evaporao (do recipiente), pode-se calcular a evaporao por unidade derea, em Sano do tempo.

A taxa de evaporao permite calcular a quantidade de gua evaporada da cavadurante o ensaio. Este valor deve ser descontado das vazes medidas.

O ensaio executado em duas etapas: . -

PUBLICAO ABGE


Primeira etapa

Preenche-se os dados da TABELA.3 apresentada no ANEXO 2.Sugere-se encher cuidadosamente a cava, at os pontos de referncia, por meio demangueira acoplada a um hidrmetro. A cava deve ser preenchida com gua atatingir o nvel d'gua do ensaio. Este nvel d'gua deve ser mantido constantedurante o transcorrer do ensaio.Durante o ensaio sugere-se a escarificao cuidadosa da cava de tempos em tempos(10 minutos por exemplo), evitando que a decantao de elementos finos venha aimpermeabilizar o fundo da cava.Durante o ensaio necessrio o acompanhamento das vazes infiltradas por meio deum grfico de vazo ou volumes acumulados x tempo, para se decidir pelo trminodo ensaio. Sugere-se, para as primeiras leituras, que o intervalo seja da ordem de 5minutos e que tal intervalo seja adaptado s variaes de vazes encontradas nodecorrer do ensaio. O ensaio terminar quando se observar que a vazo se mantmaproximadamente constante, encerrando-se dessa forma a l- etapa do ensaio.

Segunda etapa

Com a cava seca deve-se proceder a ampliao da mesma, tomando-se os mesmoscuidados que foram tomados quando da abertura inicial da mesma.Realiza-se novamente o ensaio, com a cava ampliada, conforme descritoanteriormente.

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TERCEIRA PARTE - CLCULO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE

Aqui so apresentadas as diversas frmulas selecionadas para o clculo docoeficiente de permeabilidade, organizadas em pranchas, por mtodo de prospeco (sondagens,poos e cavas). Com esta finalidade so tambm apresentados os esquemas dos ensaios quedefinem as variveis envolvidas nas frmulas.

Cumpre relembrar as consideraes feitas na l- 'parte destas orientaes, no itemsobre a validade dos ensaios, acerca das limitaes da aplicao das frmulas.

As pranchas com o esquema dos ensaios e as frmulas de clculo so a seguirapresentadas:

ENSAIOS EM SONDAGENS

FIGURA l - Ensaios de infiltrao e rebaixamento;FIGURA 2 - Ensaios de infiltrao e bombeamento; eFIGURA 3 - Ensaios de rebaixamento e recuperao.

ENSAIOS EM POOS

FIGURA 4 - Esquemas para ensaios em poos.

ENSAIOS EM CAVAS

FIGURA 5 - Esquemas para ensaios em cavas.

De maneira a facilitar a determinao do valor de K, apresentam-se no ANEXO l,bacos para os casos de ensaios mais frequentes (Figuras 6a 10). /

No ANEXO 2, so apresentadas planilhas para acompanhamento da execuo dosensaios mo campo.

-PUBLICAO ABGE

**

18 Orientaes para sua EX&. .-...yo ' ; .: " : : ~^ ' ~ " T"'

BIBLIOGRAFIA 0

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- ^^^

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ZANGAR, C.N. Theory and problems of water percolation. Denver: USBR, 1953. ^(Engineering Monographs, 8.) W

PUBLICAO ABGEt


FIGURAS DE ENSAIOS

^UBUCAO ABGE

ENSAIOS EM SONDAGENS

ACIMA DO NVEL tGUA.*. ** *

-ENSAIO DE INFILTRAO

K - -K " h cu.r

Tu

N. A. i

TL

1K r^H

Tu > 3L e L/r 10

bacos: -para o clculo Cu: Figura 6-A-para o ca lcu lo K! Figura 7-A

ZANGAR ,C.N. (1953)

*

*

*tt

*tt

K = Ah8 h o

ho

L/2

Ah

TL

i

-ENSAIO .DE REBAIXAMENTO

N.A

baco: para a clculo de K: Figura 8GILG7B. 4 GAVARD,M. (1957)

f

N.A

OndeR + R - h = 0 ( e m metros)

O b s : A r e l a o e n t r e R e h foi o b t i d a supondoque o escoamento se faz segundo uma parbolacujo vrtice esta no centro do furo, na altura donvel d'a'gua inicial (t=0),

- E e v i d e n t e que quan to menor for o rebaixamento 7menor ser a variao de R e mais vlida ser

' a aplicao da formula..

ROD10 S.A. (1960)

f*i*t

FIGURA l - Ensaios de infi l trao e rebaixamento.

ENSAIOS EM SONDAGENSABAIXO DO NVEL DAGUA


v Q **= ~ ' ~ "

N.A.

bacos: - para o clculo Cs: Figura 6-B- para o calculo K: Figura 7-B

Obs.: "1. Quando L - 0 - * C s = 5o62. Quando c fundo for impermevel:

K= Q. .^2^.5L. h 21TL h.L

ZANGAR, G.N (1953)

-ENSAIO DE BOMBEAMENTOu- -JL. i* " h Cs.r

LENOL LIVRE

N.A.

LENOL CONFINADO\P

O b s Es f a c o n d i o d e ca l c u l opode ser a p l i c a d a quando

Ti ouve r a rt.jes j a n s mo comsur^nci.a d* gua' na Sper f j ci e

Aboco: para o clculo de Cs: Figura 6-B

ZANGAR ,C.N.( 1953)

2- Ensaios de infiltrao e

ABAIXO DO NVEL D AGUA

ENSAIO DE REBAIXAMENTO, - . ;.,-.'.

Ah4hm(|^+d)

Ah/2Ah "

baco: para o clculo de K:Figura 9OBS.: 1.Quando L = 0 (ensaio de fundo)

K- Ah . dK" AT 8hm

2. Quando o fundo do furo forimpermevel

Ah 6,2.d!2* " At" ' 8 L hm

GILG, B * GAVARD, M. (1957)

r O,

-ENSAIO DE RECUPERAO 6 ,T

v H r2 In h/hzK = S At

Ah O,617.rA t S, P.

iI h 2

T

2r

rhz

Ah

i

N.A

S = coe f i c ien te determinado por analogia e le'tr ica . Veja tabela abaixo:

L / r l l 2 3 4 T 5 l 6 7 T B1 J i_ j 1

S/r 9 12 15 17 19 21 c [25

A t = tempo decorrido entreln= logaritimo neperiano

S = coe fiei ente determinado por Giialogia elrca ob f i do a par t i r do g r f i c o abaixo.

Or/P .

3

10

15

20

furo vazio (H=0emt = 0)

furo meie cheio(H = P/2em t=0)

12 20 28 36 44 S/r

LUTHIN , J.N. (1 967)FIGURA 3-Ensaios de rebaixamento e recuperao.

t= tempo

At= tempo decorrido

entre h^ e h2

ENSAIOS EM POOS,ACIMA DO NVEL DGUA


K =

ENSAIO DE REBAIXAMENTOAh 1

L=h

ELETR1CIT DE FRANGE (1970)

P a r a h de 0,2 a 0,3m-* i = 3 a 5

RODIO S.A. (1960)

ABAIXO DO NVEL D'GUA

-ENSAIO DE RECUPERAO -ENSAIO DE BOMBEAMENTO

K =2,3 r S(2P+r)At

' log Jh.

N.A.

-2r-

LENOL LIVRE

x-Q

- 2 r

K = Q l

\L CONFINADO\"

-2r-

S = - (em metrosj)

At = tempo decorrido en/re KT e hz

Obs. : Quando o fundo do poo forimpermevel

K =2,3 r S log2 P At "' H2/

LUTH1N,J.'N. (1367)

h = 2P Obs.: Esta cond io de calculo p o d e ser a p l i c a d a quando

houver a r f e s a n s m o coms urge n cia d* gua na super f c i e .

Aboc-o: para o cJculo de Cs: Figura 6-B

Z A N G A R , C. N. (1953)

FIGURA 4-Esquemas para ensaios em poos.

ENSAIOS EM CAVAS

-ACIMA DO N.A.-* . . . , * * , * '


Q lK = (B ZH)C a v a l

C a v a Z

k\A

*

*

*t**

****

SEO A

TOPO IMPERMEVEL OU LENOL FREATICO

Q = Qe - Q]

O = vazo na cava l

Q = vazo na cava 2

OBS, : 1. Quando! T/H > 10, ut i l iza-se - na formulo! B + 2H

T/H < 10, ut i l iza-se na frmula! B - 2 H

Z. Maior preciso (HARR - 196Z)- Para T/ H > 10

K= ~ ~ '

~L~' (R -f AH)

- Para T/H < 10, somente no caso de

C Iculo de K! Figura 10C

Calculo de A! Figura 10 B

~ 34 ( ta lude 1,5!1)

*0

t

*M A T S U O / S. (1953)

FIGURA 5 - Esquemas para ensaios em cavas.


A N E X O l

BACOS

-PUBLICAO ABGE

Cu

4OOO

2000

1000

700

400

200

100

70

40

20

108

6

4

2

11

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/h/h/h/h/h/h/h/h

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1,0

0,9

0,8

0,4

0>Z

0=6,35cm (Z>

0 = 10,16cm (4")

K = PE.FC (cm /s) f

L. h m.kg/cmz

L ( m )

P A R A TRECHOS DE E N S A I O SITUADOS ACIMA DO N. A.

Fig. 7A

ULZr

N. A.

F.C( x W4)

UO-

0,7-

0,6

0,4

0= 6,35cm (zVz.1

- 0 = 10,16cm (4")

K= PE. FC ( cm/s )

pr. Q / l /min .r C. - ~ : \ 0 j

L.h m. kg/cm2

L ( r )

RA

2 r

PA?f8A TRECHOS DE ENSAIO SITUADOS A B A I X O DO N.A.

' - " Fig. 78 .

FIGURA 7-Ensaios de infiltrao - bacos para conversode perda- d'gua especfica (PE) em permeabilidade {K..

1 ?xA ^VENT0P0R

T.EMP0

41At

(cm/s)

2

4

68

-l6

2

P 4

6E 8

R 10M 2EA 4

6

8 ^|

L 2-1n 4'D

6-A 8;

4 -

K 6j

2-cm/s ) .

4-

2

4G8

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2-

4 -

6 8';

2

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8 -1 -

2-

6 -R-

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4 g.

2-

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-fd = 6j35cm/ p T/p " )

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4 -

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d= 635cm

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ABAIXO DO N.A

4hm(-^-+

ensaios de permeabilidade em solos

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