Determinação “in situ” da permeabilidade de solos

Ensaio de bombeamento

Trata-se de um ensaio muito usado na determinação da permeabilidade de camadas de areia

e pedregulhos

Princípio do método

-Consiste em bombear água do terreno com caudal constante estabelecendo-se um

escoamento uniforme;

-Medir a descarga do poço;

-Observar a variação do nível da água em piezometros colocados nas proximidades.

Instalação

O poço para bombeamento deve penetrar em toda a

profundidade da camada ensaiada e com diametro

suficiente para permitir a inserção de uma bomba

com capacidade necessária ao bombeamento

Nas proximidades e situados radialmente são

instalados poços de observção do nivel da água ou

piezometros. Recomenda-se a intalação de 4 poços

de observação e um minimo de dois levados até

profundidades abaixo do nivel mais baixo que a água

deve atingir durante o ensaio

Execução e cálculo

Quando se inicia o esgotamento determina-se o nivel

da água no poço e depois periodicamente enquanto

aquele progride. Ao manter-se constante o nivel da

água no poço admite-se o estabelecimento de um

escoamento uniforme e são efectuadas as

determinações das alturas da água em cada um dos

piezómetros instalados.

Para o cálculo do coeficiente de permeabilidade admite-se que o ensaio satisfaça as

seguintes hipótese:

-O poço de bombeamento penetra em toda a espessura da camada permeável;

-Existe um escoamento uniforme;

-Trata-se de uma formação homogénea e isotrópica ;

-São válidas a lei de Darcy e a hipótese de Dupuit

KiAV

Lei de Darcy

em que

V=velocidade de escoamento;

A= secção através da qual a água escoa

i= gradiente hidráulico

Hipótese de Dupuit

i= dh/dr, gradiente hidráulico, é constante

em toda a altura da camada e igual à

inclinação da superficie da água

A uma distância r do poço a área através

da qual se dá o escoamento é 2πrh. Então,

aplicando a lei de Darcy:

dr

dhrhKq 2

2

1

2

2

12

2

1

2

2

12

2

1

2

2

1

2

ln

log3.2

ln

hh

rrqK

ou

hh

rrqK

hhKr

rq

2

1

2

1

2

2

r

r

h

h

hdhKr

drq

dr

dhrhKq

dh/dr – declive da curva de

rebaixamento que dá a

variação do nivel da água

h1 e h2 são os niveis piezométricos

rebaixados devido ao efeito de

bombagem

Ensaios de permeabilidade em furos de sondagem

Os ensaios mais comuns são os ensaios de

carga e vazão constante

e

ensaios de carga variável

Nos ensaios de carga e vazão constante é necessário manter constante a vazão do furo

para o solo ou do solo para o furo até que as condições de escoamento se estabilizem e

a carga se torne constante. Nessas condições medem-se a vazão e a carga para

aplicação na formula apropriada

Nos ensaios de carga variável deixa-se subir ou descer a água no furo medindo-se o

tempo necessário para uma determinada variação de carga. Estes têm a vantagem de

ser de execução simples e rápida porém só podem ser usados para solos que se situem

abaixo do nivel freático.

Instalação

A execução dos ensaios de vazão constante como os de carga variável é precedida das

seguintes operações:

-Perfuração e cravação do revestimento até à profundidade pretendida para o ensaio

utilizando-se água limpa como fluido de perfuração

-Limpeza cuidadosa da perfuração até que se obtenha no fundo do furo uma superficie

limpa de solo indeformado

-Enchimento com água até á borda do furo

-Alguns ensaios que pretendem a determinação do coeficiente de permeabilidade

predominantemente horizontal, é levantado cuidadosamente cerca de 0.25 a 1.0 m do tubo

de revestimento evitando girá-lo.

Qualquer que seja o tipo de ensaio devem

ser determinados os seguintes valores:

(1) Profundidade do nível da água em

relação à superfície do terreno (HA)

(2) O diâmetro interno do revestimento (D)

(3) Altura do revestimento acima do nível do

terreno

(4) A distância do fundo do furo à

extremidade do revestimento (L)

(5) A altura da referência “zero” do tubo de

vidro graduado adaptado ao topo do

revestimento (h1)

(6) Descrição do material ensaiado

Ensaios de carga variável

Na realização deste ensaio o furo é cheio com água até o “zero” da bureta, estabelecendo-se

um fluxo daquele para o interior do solo

A velocidade de descida da água no furo é medida através da determinação das alturas H2 a

intervalos de tempo que variam com a natureza do solo ensaiado

-solos arenosos: 1 a 10 minutos

-Solos siltosos: 30 a 60 minutos

-Solos argilosos: 1 a 24 horas

Segundo Hvorslev, a descarga que se estabelece do furo para o solo pode ser expressa

como se segue:

q=FKh

Onde

F=factor de forma que depende da forma e dimensões do dispositivo de entrada

de água no terreno;

h= carga hidráulica h=H1-H2 ou a distância do nivel de referência ao nível

piezométrico no instante considerado

K=coeficiente de permeabilidade

Admitindo-se o atrito desprezível, o volume escoado (caudal) durante o tempo dt pode ser

representado por

Sendo A a secção transversal da bureta

Levando-se em conta a equação q=FKh vem

Integrando

Adhqdt

dt

dhAq

12

21

12

2

1

)ln(

ln

ttF

HHAK

ttFKH

HA

FKdth

dhA

FKhdt

dhA

Para os dois casos de ensaio descritos e admitindo-se Kh=Kv (isotrópico), tem-se

para o factor de forma F as seguintes expressões

Caso a)

Caso b)

4

11DF

4

2dA

2

1

12

2

ln1

11 H

H

ttD

dK

D

L

LF

2ln

2

4

2dA

12

21

2 ln2ln

8 tt

HH

D

L

L

dK

Ensaio de carga constante

Neste método, a água é acrescentada no interior do revestimento, numa quantidade suficiente para manter

um nivel de água constante, geralmente na boca do revestimento.

A água pode ser adicionada a partir de recipientes calibrados ou por bombeamento através de hidrometro.

A folha de ensaio deverá conter a quantidade de água acrescentada no revestimento a 1, 2 e 5 minutos

após o inicio do ensaio e daí por diante a cada 5 minutos de intervalo.

A permeabilidade é determinada por

K=Q/F.hc

Os valores de hc dependem de tratar-se de um ensaio realizado acima ou abaixo do nível da água

Ensaio de Lefranc

O princípio do ensaio consiste em criar uma variação de carga hidráulica por injecção ou

por bombagem, numa cavidade de dimensão conhecida aberta, previamente, no fundo do

furo.

Pelo interior da tubagem de revestimento introduz-se uma outra tubagem até à profundidade

máxima da sondagem e através dela injecta-se ou bomba-se um determinado volume de

água num tempo bem definido

A permeabilidade da zona do furo em avanço é

dada pela formula:

Em que

d=diâmetro interno do tubo de revestimento

F=πd2/4

h1=nivel da água no inicio do ensaio (em cm)

h2=nível da água no fim do ensaio (em cm)

Δt=intervalo de tempo que decorre desde que

se determinam h1 e h2 (segundos)

hm=nível médio da água (em cm)

l=comprimento do troço ensaiado ou da zona

filtrante (em cm)

C=factor de forma dependente dos valores de l

e de D

K=coeficiente de permeabilidade (em cm/s)

C pode ser calculado por:

(a) C=2.85D no caso do revestimento assentar

no fundo do furo (escoamento esférico, l=0)

(b) Cl (escoamento cilindrico) avanço

comprido

2

1lnh

h

tC

FK

Se a variação de níveis Δh=h1-h2 for relativamente pequena (Δh/hm)(1/10), o termo ln(h1/h2)

pode ser substituído por Δh/hm, pelo que

em que

mm ht

h

ht

h

C

FK

11

teConsC

Ftan

Para se obter o valor de K é indispensável fazer muitos ensaios seguidos, por

abaixamento, seguido de elevação, determinando-se Ka (coeficiente de permeabilidade

por abaixamento) e Ke (coeficiente de permeabilidade por elevação). O valor de K é igual

à média

O ensaio pode ser realizado acima ou abaixo do nível freático