Ensaio de Permeabilidade

Esses ensaios foram realizados com o objetivo de medir a permeabilidade saturada de cada tipo de material e estimar a permeabilidade não saturada. Para realização de ensaio de permeabilidade retirou-se de cada camada 3 amostras, uma delas nas proximidades dos infiltrômetros, em moldes de PVC de 0,10 m de diâmetro e 0,15 m de altura. Os moldes foram previamente besuntados internamente com

vaselina para facilitar a extração. Na Figura 43 observa-se a retirada das amostras da cobertura da célula experimental.

Figura 43: Coleta de amostras para ensaio de permeabilidade (a) Limpeza do terreno (b) cravação (c) e (d) amostra da camada convencional (e) e (f) amostra da camada MET01

(g) e (h) amostra da camada MET02

Depois de retirada do solo, as amostras foram envolvidas com filme plástico e papel alumínio para preservação das características até a execução o ensaio. Os

corpos foram regularizados e medidas as dimensões com paquímetro digital, como pode ser visto na Figura 44.

Figura 44: Preparação do corpo de prova para ensaio de permeabilidade (a) amostra acondicionada (b) retirada do corpo de prova do molde (c) corpo de prova da camada

convencional (d) medidas do corpo de prova

O ensaio foi feito segundo a norma ASTM D5084-10 (ASTM, 2010), em permeâmetro de parede flexível modelo Tri-flex 2 da Soil Test – ELE, seguindo-se os procedimentos adotados por Maciel (2003) e Mariano (2008), e mostrado na Figura 45:

 colocação tanto na base quanto no topo do corpo de prova um conjunto de pedras porosas e papel filtro em contato como solo, com posicionamento na parte superior de uma tampa de acrílico denominado “top cap” onde são conectadas as mangueiras de drenagem;

 encamisamento do corpo de prova, com uma membrana e ligas de borracha, para melhorar a fixação e oferecer segurança lateral do corpo de prova, evitando seu contato lateral com a água;

 conexão da célula de acrílico ao aparelho através das tubulações, e posterior abertura da válvula lateral, permitindo a entrada de água até encher a célula, verificando se no final não existem bolhas de ar na superfície.

 aplicação de uma pressão confinante de 50 kPa e remoção de ar das pedras porosas e das linhas das tubulações, drenando o sistema com água destilada até que todas as bolhas de ar desapareçam das tubulações;

 preenchimento de água o canal da bureta até que as três buretas estejam com o nível desejado;

 procede-se a desaeração da bureta removendo a entrada de ar, estando o canal desaerado quando não houver bolhas de ar perceptíveis;

 aumento da pressão confinante para 108 kPa até a saturação;

 fechamento das válvulas de entrada de pressão no topo e na base do corpo de prova, e em seguida posicionam-se as válvulas de comando em “pressure” (no equipamento) para então serem aplicadas as pressões de base e de topo.

 abrem-se todas as válvulas de entrada de pressão e em 24 horas verifica se o corpo de prova está saturado, considerando o critério de saturação quando o volume de água que entra pela base da amostra é igual ao volume que sai pelo topo, na aplicação de um gradiente de pressão constante de 30 kPa (geralmente a saturação se dá em média de 1 a 2 dias);

 após ser constatado que o corpo de prova encontra-se saturado, realiza-se o ensaio de permeabilidade propriamente dito;

 inicialmente fecham-se as válvulas de pressão de topo e de base;

 coloca-se um gradiente de fluxo ascendente de 30 kPa;

 abrem-se as válvulas de topo e de base da célula e mede-se o tempo necessário para percolar 5 cm3 pela amostra;

 repete-se o procedimento até que se tenha pelo menos três leituras de tempo com variação de até ± 5%

A partir dos resultados do ensaio determina-se o coeficiente de permeabilidade saturada (Ksat) utilizando-se a Equação 23:

ΔP

Eq. 23

Onde:

Ksat = coeficiente de permeabilidade à água (m/s)

V = Volume do líquido percolado (m3) L = Altura do corpo de prova (m) ΔP = Variação da Pressão (m)

t = Tempo necessário para percolar o volume de 5 ml (s) Acp = Área do Corpo de Prova (m2)

Figura 45: Ensaio de permeabilidade à água: (a) montagem do corpo de prova (b) colocação de membrana (c) colocação de corpo de prova na célula (d) entrada de água

para aplicação de pressão confinante (e) realização do ensaio (f) corpo de prova após ensaio

Posteriormente colocou-se a amostra para perder umidade e em seguida secar em estufa a 65º.C até peso constante, para se determinar a permeabilidade máxima ao ar. A metodologia de montagem do corpo de prova no equipamento seguiu os mesmos procedimentos adotados para a determinação da permeabilidade saturada, trocando-se o fluido confinante e percolante por ar atmosférico. As pressões aplicadas pelo permeâmetro foram oriundas de um compressor de ar e são reguladas no quadro de comando do equipamento. Para cada amostra foram feitas 3 leituras de vazão de ar, adotando-se a média dos resultados para a determinação da permeabilidade ao ar. A leitura da vazão de ar percolada através da amostra, para cada gradiente de pressão aplicado, foi feita diretamente em um rotâmetro modelo série 1900 da AplliTech, tubo 2300, com faixa de leitura 0 a 10 Nl/h e erro de 5%.

Para determinação da permeabilidade ao ar utilizou-se a Equação 13 e a equação formulada a partir da Lei de Darcy que considera o efeito da compressibilidade do fluido.

Eq. 24

Onde:

Kint= Permeabilidade intrínseca do fluido (m2) v = Velocidade de percolação do fluido (m/s) µ = viscosidade dinâmica do ar (Pa.s) L = comprimento da amostra (m) Pe = Pressão de entrada (Pa) Ps= Pressão de saída (Pa)

Igualando-se as equações 13 e 24 se determinou a permeabilidade ao ar máxima, referente à amostra seca, e a partir dos parâmetros de ajustes obtido na curva de retenção de água, a partir do modelo de van Genuchten (1980), determinou- se a curva teórica de permeabilidade ao ar. A Figura 46 mostra o ensaio de permeabilidade ao ar realizado na amostra da camada convencional com o medidor de vazão ao lado do permeâmetro.

Figura 46: Ensaio de permeabilidade ao ar com amostra CONV