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NBR 14545 Solo - Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga variável JUL 2000
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Origem: Projeto 02:127.02-026:1997 02:127.02-026:1997 ABNT/CB-02 ABNT/CB-02 - Comitê Brasileiro de Construção Civil CE-02:127.02 CE-02:127.02 - Comissão Com issão de Estudo de Identificação e Compactação de Solos NBR 14545 - Soil - Determination of the coefficient of permeability of clay soils by a falling - Head test Descriptors: Soil. Permeability Permeability Válida a partir de 31.08.2000 Palavras-chave: Solo. Permeabilidade
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Sumário Prefácio 0 Introdução 1 Objetivo 2 Referências normativas 3 Aparelhagem 4 Água percolante 5 Preparação dos corpos-de-prova 6 Procedimentos 7 Expressão dos resultados 8 Relatório de ensaio Prefácio
A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo conteúdo é de respon responsabi sabilida lidade de dos dos Comitê Comitêss Brasile Brasileiros iros (ABNT/C (ABNT/CB) B) e dos Organism Organismos os de Normali Normalizaç zação ão Setor Setorial ial (ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros). Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pública entre os associados da ABNT e demais interessados. 0 Introdução O ensaio fundamenta-se na lei de Darcy, pressupondo, portanto, a existência de proporcionalidade direta entre as velocidades de fluxo e os gradientes hidráulicos. Admite-se adicionalmente a continuidade do escoamento, sem variações de volume do solo, durante o ensaio, ensaio, e a saturação total do corpo-de-prova corpo-de-prova.. São prescritos nesta Norma dois métodos para obtenção do coeficiente de permeabilidade. No método A, utiliza-se contrapressão, o que assegura uma efetiva saturação do corpo-de-prova, e portanto o seu uso é o mais recomendável, uma vez que o coeficiente de permeabilidade decresce com o aumento da quantidade de ar presente no material. Alternativamente Alternativamente,, caso não se disponha disponha dos equipamentos equipamentos requeridos pelo método A, pode-se utilizar utilizar o método B, o qual é conduzido em condições sensivelmente menos controladas. A realização do ensaio, de acordo com o método A, ocorre em um nível controlado de tensões efetivas. Como o coeficiente de permeabilidade varia quando ocorrem variações do índice de vazios, os quais por sua vez são dependentes das tensões efetivas, segue-se que, para a obtenção da relação entre o coeficiente de permeabilidade e o índice de vazios, o ensaio deve ser repetido para diferentes valores de tensões efetivas ou então deve ser realizado de acordo com a NBR 12007.
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NBR 14545:2000 1 Objetivo 1.1 Esta Norma prescreve os métodos para determinação do coeficiente de permeabilidade a carga variável, com a água percolando através do solo em regime de escoamento laminar. 1.2 Na aplicação destes métodos podem ser utilizados corpos-de-prova talhados ou moldados, obtidos, respectivamente, a partir de amostras indeformadas ou da compactação de amostras deformadas, cujos coeficientes de permeabilidade sejam menores do que 10-5 m/s (10-3 cm/s). NOTA - Materiais cujos coeficientes de permeabilidade sejam superiores a este valor podem ser ensaiados de acordo com a NBR13292.
2 Referências normativas
As normas relacionadas a seguir contêm disposições que, ao serem citadas neste texto, constituem prescrições para esta Norma. As edições indicadas estavam em vigor no momento desta publicação. Como toda norma está sujeita a revisão, recomenda-se àqueles que realizam acordos com base nesta que verifiquem a conveniência de se usarem as edições mais recentes das normas citadas a seguir. A ABNT possui a informação das normas em vigor em um dado momento. NBR 6457:1986 - Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização - Método de ensaio NBR 12007:1990 - Solo - Ensaio de adensamento unidimensional - Método de ensaio NBR 13292:1995 - Solo - Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares a carga constante Método de ensaio 3 Aparelhagem 3.1 Aparelhagem para o método A 3.1.1 Sistema para aplicação e medição das cargas hidráulicas
O sistema para aplicação e medição das cargas hidráulicas é constituído por um reservatório de água, bureta não necessariamente graduada - dotada de blindagem e proteção (tubo plástico transparente) - capaz de suportar as pressões aplicadas, tubos manométricos de mesmo diâmetro interno e com escala graduada em milímetros, mangueiras preferencialmente rígidas, conexões e válvulas, como indicado na figura 1. Alternativamente, podem ser utilizadas células de pressão ou outros dispositivos de precisão adequada. A montagem do sistema deve ser tal que os espaços mortos sejam reduzidos ao mínimo e deve ainda permitir uma rápida e completa remoção das bolhas de ar eventualmente presentes nas linhas de fluxo.
Figura 1 - Esquema de montagem do ensaio (Método A)
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3.1.2 Sistema de aplicação de contrapressão
O sistema de aplicação de contrapressão, por meio de ar comprimido, é necessário para a saturação do corpo-de-prova. O sistema deve ser capaz de manter a contrapressão aplicada, durante toda a duração do ensaio, e deve ser dotado de dispositivo de leitura para a sua medição e controle. 3.1.3 Sistema de medição de pressão neutra
Durante o processo de saturação do corpo-de-prova por contrapressão é necessário efetuar medidas da pressão neutra, as quais podem ser realizadas por um sistema do tipo null indicator e manômetro ou por dispositivos eletrônicos de medição. 3.1.4 Sistema de pressurização da câmara do permeâmetro
O sistema de pressurização da câmara do permeâmetro para aplicação da pressão confinante ao corpo-de-prova deve ser capaz de manter a pressão aplicada, durante toda a duração do ensaio, e deve ser dotado de dispositivo de leitura para a sua medição e controle. 3.1.5 Câmara do permeâmetro
A câmara do permeâmetro deve ser de tipo semelhante ao utilizado em ensaios de compressão triaxial, onde o corpo-deprova, com pedras porosas em suas extremidades, fica envolto por uma membrana de borracha e sujeito às pressões controladas de água, como esquematicamente indicado na figura 1. 3.1.5.1 Sistema pistão defletômetro
A câmara do permeâmetro deve permitir a monitoração da altura do corpo-de-prova, por exemplo, por meio de um sistema pistão-defletômetro, do tipo utilizado em ensaios de compressão triaxial. Este sistema deve ainda possibilitar a aplicação de cargas que compensem o empuxo atuante no pistão, em decorrência da aplicação das pressões confinantes. A extremidade inferior do pistão deve ser dotada de rosca para que se possa atarraxá-lo no cabeçote colocado no topo do corpo-de-prova. NOTA - Estão disponíveis no mercado permeâmetros que não possibilitam a monitoração da altura do corpo-de-prova. Neste caso, não se aplicam os procedimentos adiante descritos, relativos à monitoração mencionada.
3.1.5.2 Base e cabeçote
Devem ser utilizados uma base e um cabeçote, rígidos e impermeáveis, com a função de posicionar adequadamente o corpo-de-prova, auxiliar na sua vedação servindo de apoio aos o’rings , além de atuar como elementos de passagem da água percolante através do corpo-de-prova. O diâmetro da base e do cabeçote deve ser igual ao do corpo-de-prova. A base deve impedir movimentos laterais ou a inclinação do corpo-de-prova e a forma do cabeçote deve ser adequada para ajustar-se concentricamente ao pistão, ao qual ele deverá ser atarraxado. 3.1.5.3 Membrana flexível
A membrana flexível que envolve o corpo-de-prova, do tipo usado em ensaios de compressão triaxial, deve constituir-se em uma adequada proteção contra a fuga de água. Por esse motivo, a membrana deve ser cuidadosamente inspecionada antes da sua utilização e, caso se constate a ocorrência de defeitos ou perfurações, ela deve ser descartada. O diâmetro da membrana flexível deve estar compreendido entre 90% e 95% do diâmetro do corpo-de-prova. A vedação é completada com o’rings colocados na base e no cabeçote. O diâmetro interno dos o’rings , quando não tensionados, deve ser menor que 90% do diâmetro da base e do cabeçote. 3.1.5.4 Pedras porosas
As pedras porosas devem ser fabricadas com bronze sinterizado ou outro material que não seja atacado pela água percolante, devendo ser também planas, isentas de trincas, avarias e desuniformidades. O coeficiente de permeabilidade das pedras porosas deve ser significativamente maior que o do corpo-de-prova, o seu diâmetro igual ao do corpo-de-prova e a sua espessura o suficiente para evitar que se quebre. 3.1.5.5 Papel-filtro
Para evitar a intrusão de material nos poros das pedras porosas, deve ser colocado pelo menos um papel-filtro - de mesmo diâmetro que o corpo-de-prova - entre este e as pedras porosas. 3.1.5.6 Cilindro auxiliar
Para colocação da membrana no corpo-de-prova, deve ser utilizado um cilindro auxiliar, com dispositivo de aspiração para tensionar a membrana. Esse mesmo cilindro deve ser empregado para colocação dos o’rings na base e no cabeçote.
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NBR 14545:2000 3.2 Aparelhagem para o método B 3.2.1 Sistema para aplicação e medição das cargas hidráulicas
O sistema para aplicação e medição das cargas hidráulicas é constituído por uma bureta de vidro graduada em décimos de centímetro, formando com o permeâmetro o conjunto indicado na figura 2. Opcionalmente, a bureta pode ser graduada em décimos de centímetro cúbico. Neste caso, deve-se determinar o comprimento de uma unidade da bureta graduada, de forma a possibilitar que as leituras efetuadas no ensaio sejam convertidas para cargas hidráulicas. 3.2.2 Permeâmetro O permeâmetro é constituído por um cilindro metálico com aproximadamente 15 cm de diâmetro e 13 cm de altura, acoplado a duas tampas, além de um recipiente com água onde o permeâmetro fica parcialmente imerso durante o ensaio. A tampa inferior é dotada de um orifício que permite, na fase de saturação do corpo-de-prova, a entrada de água e, na fase de leituras, a sua saída. A tampa superior é dotada de um orifício central que permite a saída de ar, durante a fase de saturação, e a entrada de água, na fase de leituras. A esse orifício é acoplada a bureta de vidro graduada, para medição das cargas hidráulicas. Na sua montagem são empregados o’rings , anéis de borracha e tela metálica, conforme indicado esquematicamente na figura 3. 3.2.3 Materiais diversos 3.2.3.1 Argila plástica A argila plástica deve ser do tipo bentonítica e será empregada na vedação do espaço entre o corpo-de-prova e a parede do permeâmetro. Essa argila deve apresentar um teor de umidade situado entre os seus limites de plasticidade e liquidez, devendo ser preparada em forma de bastões, os quais devem ser mantidos em câmara úmida quando não são utilizados. 3.2.3.2 Areia grossa A areia grossa será empregada como material de filtro no topo e na base do corpo-de-prova.
Figura 2 - Esquema de montagem do ensaio (Método B)
Figura 3 - Vista e corte esquemático do permeâmetro (Método B)
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3.3 Aparelhagem de uso geral 3.3.1 Equipamento para compactação do corpo-de-prova
Constituído por compactador, molde e extrator, para compactação do corpo-de-prova nas condições e de acordo com o processo desejado (estático, pisoteamento, etc.). 3.3.2 Extrator de amostra
Se o material a ser ensaiado for do tipo indeformado e foi retirado do subsolo com auxílio de um amostrador (em geral uma camisa metálica), a amostra deve ser removida do amostrador utilizando-se um extrator. Se a extração não for realizada verticalmente, devem ser tomados os devidos cuidados para não provocar flexão na amostra. A extração deve ser efetuada no mesmo sentido em que a amostra penetrou no amostrador, com velocidade aproximadamente constante, sem impacto ou movimentos bruscos, de modo a minimizar a perturbação da amostra. 3.3.3 Equipamento para talhagem
Para a talhagem do corpo-de-prova com as dimensões desejadas, são utilizados torno, estilete, faca e uma régua metálica biselada para dar acabamento. 3.3.4 Instrumentos para medição do corpo-de-prova
Paquímetro, utilizado para medir altura e diâmetro, com resolução de 0,1 mm, sendo que essas operações devem ser realizadas de modo a não perturbar o corpo-de-prova. 3.3.5 Balanças
Balanças que permitam pesar nominalmente 200 g e 1 500 g, com resoluções de 0,01 g e 0,1 g, respectivamente, e sensibilidades compatíveis. 3.3.6 Equipamentos diversos
Outros equipamentos necessários são constituídos por termômetro com resolução de 0,1 oC, cronômetro com indicação de segundos, bomba de vácuo para auxiliar na deaeração das linhas de fluxo, etc. 4 Água percolante 4.1 A água percolante é o líquido utilizado para fluir através do corpo-de-prova e, no método A, deve ser o mesmo usado para aplicação da contrapressão. 4.2 O tipo de água a ser utilizada deve ser especificado pelo solicitante do ensaio, sendo recomendável o uso da água que percola ou irá percolar pelo material no campo.
Caso essa indicação não tenha sido efetuada, deve-se utilizar água de torneira. Em ambos os casos, a água deve ser previamente filtrada, com uso de papel-filtro, de modo que não contenha partículas sólidas em suspensão. NOTAS 1 Interações químicas entre a água percolante e o solo podem acarretar variações na permeabilidade. 2 O uso de água destilada pode provocar significativa redução da permeabilidade de solos argilosos, motivo pelo qual não é recomendável a sua utilização. Alternativamente, pode-se empregar uma solução obtida pela dissolução de CaSO 4 desidratado em água destilada, na proporção de 0,68 g/L de água. Esta solução não aumenta nem diminui expressivamente a permeabilidade de solos argilosos.
4.3 A água percolante a ser utilizada no ensaio, qualquer que seja a sua natureza, deve ser previamente deaerada.
Os processos usuais de deaeração valem-se de fervura da água, de aspersão da água em um recipiente submetido a vácuo ou pela agitação enérgica da água em um recipiente também submetido a vácuo. No processo de fervura deve-se evitar evaporação excessiva de água, o que poderia acarretar uma concentração de sais maior do que a desejada. Para minimizar a reabsorção de ar, a água deaerada não pode ficar exposta ao ar por períodos prolongados. 5 Preparação dos corpos-de-prova 5.1 Dimensões mínimas
No método A o corpo-de-prova deve ter diâmetro e altura mínimas de 3,5 cm, ao passo que no método B o diâmetro e a altura devem ser da ordem de 10 cm, medidos conforme preconizado em 3.3.4. Caso o corpo-de-prova resulte relativamente irregular, tais dimensões devem ser tomadas como médias de no mínimo três medições. No método B a superfície lateral do corpo-de-prova deve ser revestida com uma camada fina de parafina, aplicada no estado líquido com uso de pincel.
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NBR 14545:2000 5.2 Tipos de corpos-de-prova 5.2.1 Corpo-de-prova compactado
Remover da amostra todos os grãos de areia e pedregulho com diâmetro maior que 2 mm. Determinar o teor de umidade de acordo com a NBR 6457 e, se necessário, corrigi-lo adicionando água à amostra ou secando-a ao ar, de modo que a diferença entre o teor de umidade do solo e o teor de umidade de compactação desejado resulte inferior a um ponto percentual. No caso de adição de água, a qual deve ser a mesma que vai ser utilizada no ensaio, após homogeneização, a amostra deve ser mantida em cura, em recipiente vedado (saco plástico, por exemplo), por um período mínimo de 24 h. Compactar o corpo-de-prova nas condições e de acordo com o processo desejado. Com parte do material remanescente, determinar o teor de umidade ( w ), conforme a NBR 6457. Extrair o corpo-de-prova do molde e determinar as suas dimensões e a sua massa ( M ), com resolução de 0,1 g. 5.2.2 Corpo-de-prova indeformado
Talhar o corpo-de-prova com as dimensões desejadas. Com parte das aparas resultantes da talhagem, determinar o teor de umidade ( w ), conforme a NBR 6457. Determinar suas dimensões e a massa ( M ), com resolução de 0,1g. 6 Procedimento 6.1 Verificação das perdas de carga e da dilatação dos tubos manométricos (Método A) 6.1.1 Verificação das perdas de carga
As perdas de carga nos tubos, válvulas, pedras porosas e papel-filtro podem alterar significativamente os resultados do ensaio, sendo portanto necessário efetuar uma avaliação quantitativa da sua influência. Para tanto, executa-se o ensaio com o permeâmetro montado sem o corpo-de-prova, de modo a possibilitar a elaboração de uma curva correlacionando a variação das vazões com as cargas hidráulicas. Para as mesmas cargas hidráulicas aplicadas, as vazões assim medidas devem ser no mínimo 10 vezes maiores do que as vazões registradas no ensaio propriamente dito, realizado com o corpo-de-prova. 6.1.2 Verificação da dilatação dos tubos manométricos
Caso se utilizem mangueiras flexíveis, deve ser verificado se a sua dilatação influencia significativamente as medições de vazão, quando da aplicação da contrapressão. Para tanto, determina-se previamente a sua seção transversal, conectando-a a uma pipeta com água e com auxílio de uma régua graduada. Variando-se a posição da pipeta, efetuam-se medições da variação do volume de água e o correspondente desnível que ocorre na mangueira, daí resultando a área interna da mangueira. Para determinação da área interna da mangueira, quando submetida à pressão, preenche-se aproximadamente 1 m da mesma com água e veda-se hermeticamente uma das suas extremidades. Pela extremidade oposta aplicam-se pressões crescentes de ar e registram-se os correspondentes abaixamentos do nível de água na mangueira, com uso de régua graduada. Como se conhece o volume de água na mangueira (área inicial vezes a altura inicial), com os abaixamentos obtêm-se as seções internas em função da pressão aplicada. É recomendável efetuar uma verificação semelhante com a bureta blindada. Considera-se que as dilatações do sistema bureta e tubo manométrico são desprezíveis, caso os quocientes entre a área interna da bureta somada à área interna do tubo manométrico - correspondentes às situações sem e com aplicação de pressão - difiram menos que 2%, nos níveis de pressão que vão ocorrer no ensaio. Esta condição pode ser obtida com o uso de razões área do tubo manométrico pela área da bureta bastante reduzida, da ordem de 1/100, desde que a dilatação da bureta seja desprezível. 6.2 Execução do ensaio de acordo com o método A 6.2.1 Características da água
Em todas as etapas descritas a seguir deve-se utilizar a mesma água que será usada na percolação. 6.2.2 Adensamento do corpo-de-prova
Saturar as pedras porosas, os papéis-filtro e as linhas de drenagem da câmara. Posicionar sobre a base da câmara uma pedra porosa e, sobre ela, um papel-filtro. Sobre esse conjunto, colocar o corpo-de-prova e, no seu topo, um papel-filtro, a outra pedra porosa e o cabeçote já conectado a uma mangueira previamente saturada. Colocar a membrana flexível e os o’rings . Conectar a mangueira de drenagem do topo à correspondente conexão situada na base da câmara.
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Efetuar a montagem da câmara, atarraxar o pistão ao cabeçote e preencher a câmara com água de preferência deaerada. Conectar às saídas de drenagem duas buretas graduadas preenchidas com água até um nível adequado. Adensar o corpo-de-prova, aplicando para tanto uma pressão confinante de ensaio de 20 kPa (mínima para este ensaio), caso o seu valor não tenha sido especificado pelo solicitante, e abrir as válvulas de drenagem. Aplicar uma carga no pistão que compense o empuxo nele atuante, em virtude da aplicação da pressão confinante. Este mesmo procedimento deve ser adotado toda vez que essa pressão for incrementada. Efetuar leituras da variação de volume ao longo do tempo, até a sua estabilização, e da variação de altura. NOTA - Se o corpo-de-prova apresentar baixo grau de saturação, é recomendável, antes do adensamento, submetê-lo a uma percolação prévia, no sentido ascendente, impondo um gradiente hidráulico através do estabelecimento de um desnível entre as buretas. Nesse processo, o corpo-de-prova pode sofrer expansão significativa, ou até mesmo colapso, razão pela qual a sua altura deve ser periodicamente monitorada.
6.2.3 Saturação do corpo-de-prova por contrapressão
Com as válvulas fechadas, desconectar as buretas graduadas das saídas de drenagem e conectar o sistema de aplicação de contrapressão e de medição de pressão neutra. Abrir as duas válvulas. Caso a pressão confinante de ensaio seja de 20 kPa, aplicar contrapressão de 10 kPa e efetuar medidas de pressão neutra, até que ela se iguale ao valor da contrapressão. Quando isto se verificar, promover incrementos de 10 kPa na pressão confinante e em seguida na contrapressão, e efetuar medidas de pressão neutra, até que ela se iguale ao valor da contrapressão aplicada. Proceder sucessivamente dessa forma até que a resposta da pressão neutra ocorra relativamente rápida. Efetuar periodicamente medições de variação da altura do corpo-de-prova. Efetuar uma verificação da saturação, fechando-se a válvula da contrapressão e aplicando-se um incremento de 10 kPa na pressão confinante. Se o corpo-de-prova estiver saturado, a esse incremento corresponderá uma resposta de igual valor na pressão neutra. Neste caso, promover o incremento de 10 kPa na contrapressão, abrir a válvula correspondente e, em seguida, aumentar a pressão confinante desse mesmo valor. Nesta situação, os valores da contrapressão e da pressão neutra são iguais e a pressão confinante efetiva é igual a 20 kPa. Caso contrário, o corpo-de-prova ainda não está saturado. Neste caso, incrementar a contrapressão de 10 kPa, abrir a válvula correspondente e retomar o processo de saturação descrito. NOTA - No processo de saturação por contrapressão, se a pressão confinante de ensaio for maior que 20 kPa e menor ou igual a 100 kPa, tanto o valor da contrapressão inicial c omo todos os incrementos aplicados devem ser iguais à metade da pressão confinante de ensaio. A partir da pressão confinante de ensaio de 100 kPa, no entanto, o valor da contrapressão inicial e todos os incrementos aplicados devem ser de 50 kPa.
6.2.4 Ensaio
Com as válvulas fechadas, efetuar a montagem do ensaio como esquematicamente mostrada na figura 1. No ensaio, podem ser utilizados gradientes hidráulicos compreendidos entre 2 e 15, sendo tanto maior o gradiente quanto menor a permeabilidade do corpo-de-prova. A maior carga hidráulica, por outro lado, não deve ultrapassar o correspondente à metade da pressão confinante efetiva. Deve ser considerado que gradientes elevados podem provocar carreamento de finos e, principalmente, um adensamento adicional resultante das forças de percolação. Este último efeito deve ser acusado pela monitoração da altura do corpo-de-prova e pode ser significativo para os solos mais compressíveis, refletindo-se em uma distribuição não uniforme do índice de vazios ao longo do corpo-de-prova. Abrir as válvulas de entrada e saída. Efetuar medidas das cargas hidráulicas, dos tempos decorridos e de eventuais variações de altura do corpo-de-prova. Em um recipiente contendo água e colocado ao lado do permeâmetro, efetuar medidas da temperatura. Prosseguir o ensaio até a obtenção de pelo menos quatro determinações do coeficiente de permeabilidade relativamente próximos, os quais não apresentem tendências evidentes, quer de crescimento, quer de diminuição. Caso haja ocorrido indicações de um adensamento adicional provocado pelas forças de percolação, fatiar o corpo-de-prova em pelo menos cinco pedaços aproximadamente iguais, identificá-los e efetuar a determinação dos correspondentes teores de umidade, de acordo com a NBR 6457.
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NBR 14545:2000 6.3 Execução do ensaio de acordo com o método B 6.3.1 Características da água
Em todas as etapas descritas a seguir deve-se utilizar a mesma água que será utilizada na percolação. 6.3.2 Ensaio
Preparar a base do permeâmetro colocando na tampa inferior uma tela de arame com malha de abertura 2 mm e, sobre ela, uma camada de areia grossa com espessura da ordem de 1 cm, que será recoberta por um anel de borracha para evitar o seu contato com a argila plástica que envolverá o corpo-de-prova. Em seguida, acoplar o cilindro metálico à base assim preparada. Posicionar o corpo-de-prova no centro do cilindro e envolvê-lo com a argila plástica. A colocação da argila deve se processar em camadas da ordem de 2 cm de altura, compactando-se os bastões de forma a evitar o aparecimento de caminhos preferenciais entre as paredes do cilindro e o corpo-de-prova. Colocar um anel de borracha cobrindo o topo do anel formado pela argila circundante ao corpo-de-prova, preencher o restante da altura do cilindro com areia grossa e fechar o conjunto com a tampa superior. Saturar o corpo-de-prova por meio de percolação no sentido ascendente, efetuada pelo orifício localizado na tampa inferior. O processo será considerado satisfatório quando ocorrer o surgimento de água no orifício localizado na tampa superior e a percolação se processar sem a presença de bolhas de ar. Conectar o sistema de aplicação e medição de cargas hidráulicas ao orifício localizado na tampa superior e iniciar o ensaio propriamente dito, efetuando medidas das cargas hidráulicas, dos tempos decorridos e da temperatura da água que percola pelo corpo-de-prova. Prosseguir o ensaio até a obtenção de pelo menos quatro determinações do coeficiente de permeabilidade relativamente próximos, os quais não apresentem tendências evidentes, quer de crescimento, quer de diminuição. NOTAS 1 No ensaio podem ser utilizados gradientes hidráulicos compreendidos entre 2 e 15, sendo tanto maior o gradiente quanto menor a permeabilidade do corpo-de-prova. 2 Deve ser considerado que gradientes elevados podem provocar carreamento de finos e principalmente um adensamento adicional resultante das forças de percolação. 3 Este último efeito pode ser significativo para os s olos mais compressíveis, refletindo-se em uma distribuição não uniforme do índice de vazios ao longo do corpo-de-prova.
7 Expressão dos resultados 7.1 Índices físicos iniciais do corpo-de-prova 7.1.1 Calcular a massa seca (dos sólidos) do corpo-de-prova, por meio da seguinte expressão:
M 100 100 + w
M s =
...(1)
onde: M s é a massa seca (dos sólidos) do corpo-de-prova, em gramas; M é a massa do corpo-de-prova, em gramas; w é o teor de umidade inicial, em percentagem.
7.1.2 Calcular a massa específica aparente seca inicial do corpo-de-prova e, se disponível a massa específica dos grãos, os demais índices físicos iniciais, por meios das seguintes expressões: !d
e i
= =
M s V i !s
!d
-1
...(2)
...(3)
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S r
=
!s w
!w e i
...(4)
onde: !d é
a massa específica aparente seca inicial do corpo-de-prova, em gramas por centímetro cúbico;
V i é o volume inicial do corpo-de-prova determinado a
partir de suas dimensões iniciais, em centímetros cúbicos;
e i é o índice de vazios inicial do corpo-de-prova; !s
é a massa específica dos grãos, em gramas por centímetro cúbico;
S r é o grau de saturação inicial do corpo-de-prova, em percentagem; !w
é a massa específica da água, tomada igual a 1 g/cm3.
7.1 Características do corpo-de-prova após o adensamento (Método A) 7.2.1 Calcular a área do corpo-de-prova, após o adensamento, por meio da seguinte expressão: Af
=
V f H f
...(5)
onde: Af
é a área do corpo-de-prova após o adensamento, ao qual corresponde o diâmetro D f , em centímetros quadrados;
V f
é o volume do corpo-de-prova após o adensamento, em centímetros cúbicos;
H f
é a altura do corpo-de-prova após o adensamento, em centímetros.
NOTAS 1 Se o corpo-de-prova foi submetido a uma percolação prévia, por apresentar baixo grau de saturação, e a monitoração tiver indicado variações de sua altura, o valor de V f deve incorporar a variação de volume que ocorreu durante a percolação. Neste caso, os cálculos são semelhantes aos assinalados em 7.3.2. 2 Caso não se tenha monitorado a altura do corpo-de-prova, as suas dimensões, após o adensamento, devem ser calculadas por intermédio das seguintes expressões: D f
= 3 4 πD i V f H i
...(6)
H f
=
H i D f D i
...(7)
Af
2 = π D f
..(8)
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onde: D f é o diâmetro do corpo-de-prova após o adensamento, em centímetros; H i é a altura inicial do corpo-de-prova, em centímetros; D i é o diâmetro inicial do corpo-de-prova, em centímetros.
7.2.2 Com o valor de V f , calcular a massa específica aparente seca e, se disponível a massa específica dos grãos, o índice de vazios após o adensamento, respectivamente, por intermédio das expressões (2) e (3). 7.2 Características finais do corpo-de-prova (Método A) 7.3.1 Se a monitoração da altura do corpo-de-prova tiver eventualmente indicado a ocorrência de um adensamento adicional, durante a saturação do corpo-de-prova por contrapressão e a realização do ensaio, calcular as suas características finais.
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NBR 14545:2000 7.3.2 Calcular o diâmetro e o volume finais do corpo-de-prova, com as seguintes expressões: D f′
=
D f H f ′ H f
V f ′ = H f ′ Af ′
...(9)
...(10)
onde: D f ′ é
o diâmetro final do corpo-de-prova, em centímetros;
H f ′ é a altura final do corpo-de-prova, em centímetros; V f ′ é o volume final do corpo-de-prova, em centímetros cúbicos; Af ′ é a área final do corpo-de-prova, correspondente a D f ′ , em centímetros quadrados.
7.3.3 Com o valor de V f ′ , calcular a massa específica aparente seca e, se disponível a massa específica dos grãos, o índice de vazios finais, respectivamente, por intermédio das expressões (2) e (3). 7.3.4 Se o corpo-de-prova tiver sido fatiado em pedaços, pela ocorrência de indicações de um adensamento adicional provocado pelas forças de percolação, e o valor da massa específica dos grãos for disponível, calcular o índice de vazios de cada fatia por meio da expressão (4) e da hipótese de completa saturação ( S r = 100%). 7.3 Coeficiente de permeabilidade 7.4.1 Calcular os coeficientes de permeabilidade (k), de acordo com a seguinte expressão: k =
a H h 1 ln A∆t h 2
...(11)
onde: k é o coeficiente de permeabilidade, expresso de forma exponencial ( base 10 ), com dois algarismos
centímetros por segundo (por exemplo: 1,2 x 10-6 cm/s);
significativos, em
∆t é dado pela diferença entre os instantes t 2 e t 1, em segundos; h 1 é a carga hidráulica no instante t 1,
em centímetros;
h 2 é a carga hidráulica no instante t 2,
em centímetros.
No método A: a é a área interna da bureta blindada, somada à área interna do tubo manométrico, em centímetros quadrados; H é a altura do corpo-de-prova tomada igual a H f (ou H f ′ se A é a área do corpo-de-prova tomada igual a A f
for o caso), em centímetros;
(ou Af ′ se for o caso), em centímetros quadrados.
No método B: a é a área interna da bureta de vidro, em centímetros quadrados; H é a altura inicial do corpo-de-prova, em centímetros; A é a área inicial do corpo-de-prova, em centímetros quadrados.
7.4.2 Referir os coeficientes de permeabilidade calculados em 7.4.1 à temperatura de 20 oC, por intermédio da seguinte expressão: k 20 = R T k
...(12)
onde: k 20 é o coeficiente de permeabilidade referido à temperatura de 20
o
C, em centímetros por segundo;
R T é a relação entre a viscosidade da água na temperatura de ensaio e a viscosidade da água a 20 Utilizar a média das temperaturas medidas no intervalo ∆t .
o
C, obtida da tabela 1.
Cópia não autorizada
11
NBR 14545:2000 7.4 Volume de água percolado
7.5.1 Para os vários instantes em que foram efetuadas as medidas, calcular o volume de água percolado desde o início do ensaio, em centímetros cúbicos.
No método B, caso a bureta seja graduada em décimos de centímetro cúbico, esse volume é obtido por diferença das leituras. Caso contrário, esse volume é obtido por meio do produto da diferença das leituras pela área interna da bureta ( a ). No método A, o procedimento é o mesmo, ressalvando-se que o valor de ( a ) deve incluir a área interna do tubo manométrico. 7.5.2 Se disponível a massa específica dos grãos, o volume de água percolado desde o início do ensaio deve ser expresso porcentualmente, em relação ao volume de vazios do corpo-de-prova dado por: V v
= V
e 1 + e
...(13)
onde: V v é o volume de vazios do corpo-de-prova, em centímetros cúbicos; V é igual a V f (ou V f ′ ) no método A ou igual a V i no método B; e é o
índice de vazios após o adensamento (ou final) no método A ou inicial no método B.
Tabela 1 - Relação entre a viscosidade da água na temperatura de ensaio e a viscosidade da água a 20oC ( R T)
Temperatura
R T
o
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
8
1,374
1,370
1,366
1,362
1,358
1,354
1,352
1,348
1,344
1,340
9
1,336
1,332
1,328
1,325
1,321
1,318
1,314
1,310
1,306
1,302
10
1,298
1,294
1,292
1,288
1,284
1,281
1,277
1,273
1,269
1,266
11
1,262
1,259
1,256
1,252
1,249
1,245
1,241
1,238
1,234
1,231
12
1,227
1,224
1,221
1,218
1,215
1,211
1,208
1,205
1,202
1,198
13
1,195
1,192
1,189
1,186
1,183
1,180
1,177
1,174
1,170
1,167
14
1,165
1,162
1,159
1,156
1,153
1,150
1,147
1,144
1,141
1,138
15
1,135
1,132
1,129
1,126
1,123
1,121
1,118
1,115
1,112
1,109
16
1,106
1,103
1,100
1,098
1,095
1,092
1,089
1,086
1,084
1,081
17
1,078
1,075
1,073
1,070
1,067
1,064
1,062
1,059
1,056
1,054
18
1,051
1,048
1,046
1,043
1,041
1,038
1,035
1,033
1,030
1,028
19
1,025
1,023
1,020
1,018
1,015
1,013
1,010
1,008
1,005
1,003
20
1,000
0,998
0,995
0,993
0,991
0,989
0,986
0,984
0,982
0,979
21
0,975
0,973
0,971
0,968
0,966
0,964
0,961
0,959
0,957
0,954
22
0,952
0,950
0,948
0,945
0,943
0,941
0,939
0,937
0,934
0,932
23
0,930
0,928
0,926
0,923
0,921
0,919
0,917
0,915
0,912
0,910
24
0,908
0,906
0,904
0,902
0,900
0,898
0,895
0,893
0,891
0,889
25
0,887
0,885
0,883
0,881
0,879
0,877
0,875
0,873
0,871
0,869
26
0,867
0,865
0,863
0,861
0,859
0,857
0,855
0,853
0,851
0,849
27
0,847
0,845
0,843
0,841
0,839
0,838
0,836
0,834
0,832
0,830
28
0,828
0,826
0,825
0,823
0,821
0,820
0,818
0,816
0,814
0,813
29
0,811
0,809
0,807
0,806
0,804
0,802
0,800
0,798
0,797
0,795
30
0,793
0,791
0,789
0,788
0,786
0,784
0,782
0,780
0,779
0,777
31
0,776
0,775
0,773
0,772
0,770
0,768
0,767
0,765
0,763
0,762
C
Cópia não autorizada
12
NBR 14545:2000 8 Relatório de ensaio
Devem constar no relatório de ensaio as seguintes informações: a) descrição tátil-visual da amostra; b) coeficiente de permeabilidade ( k 20 ) - média de pelo menos quatro determinações relativamente próximas, as quais não apresentem tendências evidentes, seja de crescimento ou diminuição; c) processo de compactação, caso o corpo-de-prova tenha sido compactado; d) índices físicos e as dimensões iniciais do corpo-de-prova; e) natureza da água e o gradiente hidráulico médio utilizados no ensaio; f) método empregado (A ou B); g) para o método A: - qualquer anormalidade que tenha ocorrido, tais como: expansão ou retração do corpo-de-prova, adensamento adicional provocado pela percolação, etc.; - índice de vazios final ou a massa específica aparente seca final, caso a massa específica dos grãos não seja disponível; - índice de vazios (ou teor de umidade, se o valor da massa específica dos grãos não for disponível) de cada fatia, relacionando-o com a correspondente posição relativa, caso o corpo-de-prova tenha sido fatiado em pedaços, pela ocorrência de indicações de um adensamento adicional provocado pelas forças de percolação; h) variação do coeficiente de permeabilidade em função do volume de água percolado ou da relação porcentual entre o volume de água percolado e o volume de vazios do corpo-de-prova, em forma de tabela ou gráfico; i) referência a esta Norma. _________________
