Cap. 4 A SUCÇÃO E A DIMENSÃO DAS PARTÍCULAS DOS MATERIAIS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO DE ATERROS 1. DIMENSÕES. Obras de Aterro.

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1 Cap. 4 A SUCÇÃO E A DIMENSÃO DAS PARTÍCULAS DOS MATERIAIS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO DE ATERROS 1. DIMENSÕES Os solos usados na construção de aterros têm uma grande amplitude de dimensões Alonso & Cardoso (2009) 1

2 Enrocamento A água concentra-se nos pequenos defeitos dos grandes blocos. Normalmente não é absorvida pois as rochas usadas no fabrico de enrocamento têm porosidade muito baixa. Ar a circular (RH%) Água (líquida) Poro da rocha Vazio entre fragmentos A água actua como um agente corrosivo pois acelera a rotura dos fragmentos, tal como será discutido posteriormente. Não se fala de sucção como para os solos mais finos (menores dimensões) Materiais granulares A presença de água nos contactos entre os grãos forma meniscos. A tensão superficial nesses meniscos é responsável por forças de capilaridade Fala-se de sucção matricial Gili & Alonso (1991) 1 mm 2

3 Diferentes geometrias de meniscos Tensão superficial Líquido não molha a superfície Líquido molha a superfície 3

4 Tensão superficial em alguns casos práticos Forças de capilaridade: Tensão superficial Raio de curvatura 2D Equilíbrio: 2Ts sin β = 2 urs sin β Ts u = R Fredlund & Rahardjo (1993) s 1 1 2Ts u = Ts + = R1 R 2 Rs Se R 1 =R 2 4

5 Nos tubos capilares, a altura de água sobe devido à tensão superficial Fredlund & Rahardjo (1993) Altura capilar: h c 2Ts = γ R w s A pressão da água do capilar (γ w h c ) é u=u a -u w. A sucção s é esta diferença logo obtém-se através da tensão superficial: 2Ts s = ua uw = u = R s Sucção total, matricial e osmótica Sistema de medida Sistema de referência Sucção E a sua relação com a humidade relativa Água do solo Água do solo Matricial u RH = u v v o Água do solo Água pura Osmótica RTρw ψ = ln( RH ) M w Lei de Kelvin ou Lei Psicrométrica Total Água do solo Água pura ψ=(u a -u w )+π Fredlund & Rahardjo (1993) R constante universal dos gases (8.314 J/(mol K)) T- temperatura absoluta Mw massa molecular da água ( kg/kmol) ρw massa volúmica da água pura (998 kg/m3 para T= 20ºC). 5

6 Materiais finos com argila São semelhantes aos materiais granulares mas os vazios têm dimensões muitíssimo menores. Diferentes dimensões de vazios existentes num solo argiloso obtidos num ensaio de porosimetria por intrusão de mercúrio As dimensões dos vazios dependem do peso volúmico do solo: 6

7 E alteram-se com a trajectória de carregamento (variação de tensão e variação de sucção) Basicamente, o comportamento dos vazios depende da trajectória de carregamento. A microestrutura pode ter alguma influência nesse mesmo comportamento: Simple Complex Volume fraction (ml/g) Void size (micrometres) Volume fraction (ml/g) Void size (micrometres) (γ d,w) 1 (γ d,w) 2 7

8 A sucção nos solos finos é maior do que a dos solos mais grossos pois os vazios são muito menores h c 2Ts = γ R w s Estas diferenças vão-se reflectir no traçado da curva de retenção dos solos, por exemplo. 2. RESUMO FINAL Em resumo, a contabilização da presença de água/ sucção depende da dimensão das partículas do solo: Alonso & Cardoso (2009) 8