Avaliação das técnicas de laboratório e campo para realização de ensaios de permeabilidade de solos

Abstract

Determinar o valor do coeficiente de permeabilidade (K) é uma das grandes premissas de diversos projetos e análises envolvendo o fluxo de água no solo, portando esse parâmetro deve ser bem caracterizado, pois este fluxo influencia no processo de infiltração em diversas obras da engenharia geotécnica. O objetivo deste trabalho foi avaliar qual técnica de ensaio reporta melhor esta propriedade do solo, as premissas de execução de cada uma, comparar os resultados dos ensaios executados em campo com os de laboratório e discutir a discrepância entre eles. Para desenvolver este estudo foram realizados ensaios em três áreas com solos distintos, todas situadas no município de Viçosa-MG; a primeira área estudada está localizada próxima à estação de tratamento de água na rua Saae, sendo esta constituída por um solo classificado como argiloso; a segunda se situa próximo ao Aeroporto, ao lado da BR 356, saída do município de Viçosa em direção a Ubá, sendo o solo presente no local considerado um silte argiloso; e a terceira área está situada dentro da Universidade Federal de Viçosa em um local conhecido como Vila Secundino e é constituída por uma areia siltosa. Nestas áreas foram executados ensaios de campo com o permeâmetro de carga constante Guelph, permeâmetro de tubo sob carga variável e infiltrômetro de anéis concêntricos, sendo todos os ensaios feitos na camada superficial do solo a 15 cm de profundidade, e também, ensaios em laboratório com o permeâmetro de parede rígida e permeâmetro de parede flexível utilizando-se a célula triaxial, em amostras indeformadas e compactadas. Foram ainda verificadas algumas correlações para coeficiente de permeabilidade em solo granular para a área do Vila Secundino. Nos ensaios com o infiltrômetro, o modelo que melhor representou a curva de velocidade de infiltração foi o de Kostiakov e Lewis, embora os demais modelos demonstrassem boa resposta; a velocidade de infiltração básica (VIB) encontrada no ensaio tendeu a ser maior do que a obtida pela equação de Kostiakov (1932) e houve uma boa aproximação do modelo de Massad (1986) com a VIB do ensaio. Com os ensaios no permeâmetro de tubo, foi possível verificar que o fator forma empregado no cálculo varia com o tipo de solo, mostrando-se menor ou maior dependendo do solo. Com o permeâmetro Guelph notou-se que a utilização do método de uma carga reporta valores similares ao de duas cargas para (K), e que a escolha do fator (α*) influencia diretamente no cálculo. Ao analisar as equações para o cálculo de (K) em solo granular verificou-se que a elaborada por Amer e Award (1974) demonstrou melhor desempenho dentre as equações analisadas. Nos ensaios de laboratório não houve uma diferença significativa dos valores de (K) encontrados com o permeâmetro de parede rígida e parede flexível, o que pode ser notado é uma tendência a redução do coeficiente de permeabilidade no solo do ETA nos ensaios executados no permeâmetro de parede flexível. Dos ensaios de campo realizados observou-se que todos reportaram valores maiores do que os de laboratório, sendo o permeâmetro Guelph o que demonstrou melhor desempenho em todas as áreas estudadas, quando comparado com os ensaios de laboratório. Notou-se ao final das análises que tratamentos estatísticos envolvendo ensaios de permeabilidade são muito difíceis devido ao alto coeficiente de variação encontrado nos ensaios, resultando apenas em uma noção de ordem de grandeza entre os valores obtidos, e que a escolha de qual ensaio utilizar, dependerá da finalidade a que o mesmo se destina.

Determining the value of the permeability coefficient (K) is one of the main assumptions of several projects and analyzes involving the flow of water in the soil, it should be well characterized, as this flow influences the infiltration process, drainage projects, check of barriers for contaminants, among other works of geotechnical engineering. The objective of this work was to evaluate which test technique reports this property of the soil better and the premises of execution of each one, comparing the results of the tests performed in the field with those of the laboratory, exemplifying the discrepancy between them. In order to develop this study, tests were carried out in three regions with distinct soils, all located in the municipality of Viçosa-MG; The first region studied is located near the water treatment plant in Saae street, which is made up of a soil classified as clayey, the second is located near the Airport, next to the BR 356, leaving the municipality of Viçosa in the direction of Ubá. The soil present in the site being considered clay silt, and the third area is present within the Federal University of Viçosa in a place known as Vila Secundino, consisting of silty sand. In these areas, field tests were carried out with the Guelph constant load permeameter, tube permeate under variable load and concentric ring infiltrator, all the tests described being done in the soil surface layer at 15 cm depth, as well as laboratory tests with the rigid wall permeameter and flexible wall permeability using the triaxial cell, in undisturbed and compacted samples, besides verifying some relations for the permeability coefficient in granular soil. In the tests with the infiltrator, the model that best represented the infiltration speed curve was that of Kostiakov and Lewis, although the other models showed good response; The VIB found in the assay tended to be greater than that of the Kostiakov equation (1932) and there was a good approximation of the Massad (1986) method with the VIB of the assay. With the test tube permeameter, we can see that the form factor used in the calculation, varies with the type of soil, showing lesser or greater depending upon the soil. With the Guelph permeameter it was observed that the use of the one- charge method reports values similar to those of two loads for (K), and that the choice of factor (α *) directly influences the calculation. When analyzing the equations for the calculation of (K) in granular soil it was verified that the one elaborated by Amer and Award (1974) demonstrated better performance among the equations analyzed. In the laboratory tests there was not a significant difference of the values of (K) found with the rigid wall permeability and flexible wall, what can be noticed is a tendency to reduce the permeability coefficient in the soil of the ETA in the tests executed in the permeameter of Flexible wall. From the field tests performed, it was observed that all reported higher values than those from the laboratory, the Guelph permeameter being the closest to the laboratory tests. It was notable at the end of the analyzes that statistical treatments involving permeability tests are very difficult due to the high coefficient of variation found in the tests, and can only have a notion of order of magnitude between the values obtained, and that the choice of which assay to use, will depend on the purpose for which it is intended.