AULA 10: A ÁGUA NO SOLO - PERCOLAÇÃO. Prof. Augusto Montor Mecânica dos Solos

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1 AULA 10: A ÁGUA NO SOLO - PERCOLAÇÃO Prof. Augusto Montor Mecânica dos Solos

2 6.1 A ÁGUA NO SOLO A água, presente nos vazios do solo, quando submetida a diferenças de potenciais, desloca-se no seu interior. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DA PERCOLÇÃO: a) Cálculo das vazões quantidade de água que infiltra no solo b) Análise de recalques relacionado a diminuição do índice de vazios (expulsão de água desses vazios) c) Estabilidade tensão efetiva depende da pressão neutra

3 6.1 A ÁGUA NO SOLO PERMEABILIDADE DOS SOLOS A presença de água no solo tem sido vista como problema em termos de engenharia geotécnica pelos seguintes fatores: - geração de pressões indesejáveis - erosão externa ou interna do solo - recalque diferido no tempo (adensamento do solo) - instabilidade em escavações e em taludes - redução da resistência ao cisalhamento dos solos

4 6.1 AÇÃO DA ÁGUA CAPILAR NO SOLO MODELOS DE FLUXO DE ÁGUA PERMEÂMETROS NÃO HÁ FLUXO!

5 LEI DE DARCY: Estudo da vazão da água em função de fatores geométricos

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7 LEI DE DARCY: Q Vazão (m³/s) A Área da seção transversal (m²) k Coeficiente de permeabilidade (variável com o tipo do solo) (m/s) h carga que se dissipa na percolação (m) L Comprimento de percolação (m)

8 LEI DE DARCY: A relação h/l da lei de Darcy também é conhecida como gradiente hidráulico (i). Q = k. i. A

9 LEI DE DARCY: A relação h/l da lei de Darcy também é conhecida como gradiente hidráulico (i). Q = k. i. A

10 LEI DE DARCY: Dividindo a vazão pela área de percolação, obtemos a velocidade v com que a água percola no solo (velocidade de percolação de Darcy). v = k. i

11 COMO DETERMINAR O COEFICIENTE k DE CADA SOLO? 1. MÉTODOS DIRETOS a) Permeâmetro de carga constante b) Permeâmetro de carga variável Bombeamento em poços Infiltração em furos de sondagem LABORATÓRIO CAMPO

12 2. MÉTODOS INDIRETOS Associados a interpretação de fenômenos que dependem do coef. de permeabilidade, como é caso do ensaio de adensamento do solo, ou o correlações empíricas (Hazen para areais, por exemplo).

13 a) Permeâmetro de carga constante É uma repetição do experimento de Darcy

14 a) Permeâmetro de carga constante A carga h é mantida constante durante um certo tempo e a água percolada é colida e seu volume medido. conhecidos o volume percolado e o tempo necessário para a percolação VAZÃO (m³/s, por exemplo) Q = k. i. A k = Q i. A

15 a) Permeâmetro de carga constante Este ensaio é indicado para solos arenosos, uma vez que apresentam maiores coeficientes de permeabilidade.

16 a) Permeâmetro de carga variável O ensaio de permeabilidade com carga variável é indicado para solos finos, quando o coeficiente de permeabilidade é muito baixo.

17 a) Permeâmetro de carga variável

18 a) Permeâmetro de carga variável Verifica-se o tempo que a água na bureta superior leva para baixar da altura inicial hi à altura final hf num instante qualquer t, a partir do início.

19 a) Permeâmetro de carga variável k coef. de percolação a área da bureta A área transversal do corpo de prova L comprimento de percolação t tempo de percolação hi altura inicial hf altura final

20 Características do fluido (peso específico e viscosidade e temperatura) bem como a natureza e o estado do solo, tais como dimensão dos vazios (granulometria, estrutura do solo), índice de vazios (e) ou porosidade (n), grau de saturação, por exemplo, são fatores que intervém na permeabilidade dos solos.

21 FORÇA DE PERCOLAÇÃO (fp) A força de percolação nada mais é do que uma força de arraste que atua sobre os sólidos na mesma direção das linhas de fluxo, tendo como unidade a mesma do peso específico, isto é, força por unidade de volume. fp = i. γ w onde i é o gradiente hidráulido (h/l) e w o peso específico da água adotado como sendo igual a 10 kn/m³.

22 VALORES TÍPICOS DE COEFICIENTES DE PERMEABILDIADE

23 EXERCÍCIOS 1. Em um permeâmetro de carga constante, adote h=28cm, z= 24cm e L=50cm. A seção transversal do perímetro é de 530cm². Mantida a carga hidráulica, mediu-se um volume de 100cm³ escoando em 18 segundos. Qual o coef. de permeabilidade k do material?

24 EXERCÍCIOS 2. Num ensaio de permeabilidade com carga variável, quando a carga h era de 65cm, acionou-se o cronômetro. Trinta segundos após, a carga h era de 35cm. Sabendo que L=20cm e A=77cm² são as dimensões do corpo de prova e a área da bureta é de 1,2cm². Qual o coeficiente de permeabilidade do solo em estudo?