Coeficiente de Permeabilidade
A capacidade de um solo poroso (solos, rochas) permitir o fluxo de água com certas propriedades (ex.: nível freático) é denominado de percolação. A quantidade de água que fluí através de uma área pode ser representada pelo coeficiente de permeabilidade. O coeficiente de permeabilidade representa representa a inclinação da relação linear entre a velocidade do fluxo de água e o gradiente de carga total (gradiente de carga hidráulica), de acordo com a lei de Darcy:
onde: |
| - | velocidade do fluxo de água entre poros |
n | porosidade | ||
Kr | coeficiente de permeabilidade relativa | ||
| matriz de permeabilidade que engloba os coeficientes de permeabilidade de um solo totalmente saturado kx, ky, que pode variar ao longo de cada eixo de coordenadas | ||
| gradiente da carga total |
A carga total de um ponto dentro região de fluxo é definido como a soma entre a carga da pressão e a coordenada vertical, que consiste na altura da água num piezómetros:
onde: | γw | - | peso volúmico da água |
Exemplo de valores para o coeficiente de permeabilidade de vários tipos de solo (Myslivec)
Tipo de solo | Coeficiente de permeabilidade k [m/day] | Movimento das partículas de água por 1 cm para o gradiente hidráulico i = 1 por tempo |
Areia mole | 102 - 10 | 6 s - 10 min |
Areia argilosa | 10-1 - 10-2 | 100 min - 18 hrs |
Barro loesse | 10-2 - 10-4 | 18 hrs - 70 dias |
Barro | 10-4 - 10-5 | 70 dias - 2 anos |
Solo argiloso | 10-5 - 10-6 | 2 anos - 20 anos |
Argila | 10-6 - 10-7 | 20 anos - 200 anos |
Existem várias formas de determinar o coeficiente de permeabilidade k. Estas estão agrupadas da forma seguinte:
a) Ensaios laboratoriais
Estão disponíveis vários tipos para o intervalo de k 104 - 10-6m/dia.
b) Ensaios de campo
Ensaios de Dwell ou de abatimento, medição da velocidade de filtração do fluxo, para o intervalo de k 106 - 1m/day.
c) Expressões empíricas
Adequado para solos não coesivos, k 106 - 10m/day, obtêm apenas valores de referência - ex.: segundo Terzaghi:
onde: | k | - | coeficiente de permeabilidade [cm/s] |
d10 | - | diâmetro da partícula sólida efetiva [cm] | |
e | - | índice de vazios [-] |
d) Cálculo do processo de consolidação em função do tempo
É necessário conhecer o coeficiente de consolidação cv e a curva de consolidação (relação semi-logaritmica em função do tempo). Isto é apenas uma determinação indireta da expressão:
onde: | e0 | - | índice de vazios inicial |
cv | - | coeficiente de permeabilidade | |
ρw | - | peso específico da água | |
g | - | aceleração gravítica | |
av | - | coeficiente de compressibilidade |