Aula 02 -Capilaridade nos solos

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FACULDADE PITÁGORA – campus de JEQUIÉ
COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL
DISCIPLINA: Mecânica dos Solos Avançada
e Introdução a Obras de Terra
CAPILARIDADE NOS SOLOS
19/03/2022
PROF. UENIO SOUZA
Quem já ouviu falar de capilaridade
Capilaridade nos solos
A água é um elemento fundamental em nossa vida, trazendo consigo uma infinidade de propriedades e particularidades, sejam 
elas físicas, químicas ou biológicas.
Além disso, ela está presente em praticamente todos os processos da engenharia. 
Capilaridade nos solos
A água modifica consideravelmente as propriedades do maciço terroso e por isso influencia consideravelmente o dimensionamento das obras de terra ou as estruturas de fundação que descarregam sua carga no solo.
Capilaridade nos solos
A coesão, que é a capacidade da água se manter unida, é provocada pelo fenômeno da polaridade que mantém as moléculas de água ligadas em seu processo de subida.
Capilaridade nos solos
Os solos coesos quando secos, apresentam um aumento acentuado de resistência à penetração, e uma sensível redução dessa resistência, quando úmidos.
Capilaridade nos solos
A adesão que ocorre entre as moléculas de água e os grãos do solo, uma vez que a característica elétrica da água é atrair e/ou ser atraída por outras moléculas.
Capilaridade nos solos
Solos coesos 
Ao receber água, os argilosos tendem a tornar-se plásticos (surge a lama), por isso apresentam maior grau de estabilidade quando secos. Entretanto, uma vez que a água tenha conseguido penetrar no solo, ela também encontra dificuldade para ser extraída de seu interior.
Capilaridade nos solos
Solos coesos exemplo:
Argila acinzentada;
Argila avermelhada barro. 
Capilaridade nos solos
Solos coesos 
Ao receber água, os argilosos tendem a tornar-se plásticos (surge a lama), por isso apresentam maior grau de estabilidade quando secos.
Em razão das forças adesivas naturais (coesão) existentes entre as pequenas partículas que compõem esses tipos de solo, a compactação por vibração não é a ideal nessa situação. Essas partículas tendem a agrupar-se, dificultando uma redistribuição natural entre elas individualmente.
 
Capilaridade nos solos
Capilaridade nos solos
Capilaridade nos solos
O que causa desmoronamento em épocas chuvosas
No período chuvoso, o solo, por causa da absorção de água, fica saturado, então ele perde coesão e se desestrutura, causando os deslizamentos.
Capilaridade nos solos
06-07-2021
Três operários morreram em um deslizamento num canteiro de obras na Avenida Juracy Magalhães, em Vitória da Conquista. O acidente aconteceu às 14h50min desta terça-feira (6) próximo ao Shopping Conquista Sul. Uma quarta vítima conseguiu se salvar.
Capilaridade nos solos
Para minimizar os desmoronamentos e instabilidades causados pelos efeitos da capilaridade e da variação da umidade nos taludes de escavação podemos utilizar técnicas como o escoramento destes taludes.
Capilaridade nos solos
Capilaridade nos solos
Capilaridade nos solos
Solos não coesivos
Os solos não coesivos compreendem os solos compostos de pedras, pedregulhos, cascalhos e areias, ou seja, de partículas grandes e grossas. Essas misturas, compostas por muitas partículas individualmente soltas que, no estado seco, não se aderem umas às outras (somente se apoiam entre si), são altamente permeáveis.
Capilaridade nos solos
Solos não coesivos
Isso se deve ao fato de existirem, entre as partículas, espaços vazios relativamente grandes e intercomunicados entre si. Em um solo não coesivo em estado seco é fácil reconhecer os tamanhos dos diferentes grãos por simples observação.
Capilaridade nos solos
Solos não coesivos
Capilaridade nos solos
Tensão superficial:
É uma espécie de membrana que separa a água do ar e que também pode influenciar o comportamento dos solos, este fenômeno fica mais perceptível nas interações entre água e ar. 
Capilaridade nos solos
Tensão superficial:
Membrana é uma estrutura (ou material) fina, tipicamente plana, que separa dois ambientes. Ela faz com que a camada superficial de um líquido venha a se comportar como uma membrana elástica.
Capilaridade nos solos
Tensão superficial:
Membrana
Capilaridade nos solos
Tensão superficial:
O valor da tensão superficial da água a uma temperatura ambiente média (20 ºC) é de aproximadamente 73 N/mm²
Capilaridade nos solos
Capilaridade nos solos
O QUE É ISSO
Capilaridade nos solos
A umidade ascendente se refere às infiltrações que ocorrem por causa do efeito de capilaridade da água presente no solo subindo contra a força da gravidade no revestimento.
O que é CAPILARIDADE
Capilaridade nos solos
CAPILARIDADE É o movimento da água que ocorre de maneira ascendente, sendo ocasionada por duas forças distintas:
• A tensão superficial da água.
• A atração da água em superfícies sólidas.
Quando posicionamos um tubo na água, ela naturalmente subirá 
por ele, e quanto mais delgado ele for, maior a altura de ascensão. 
Capilaridade nos solos
A altura atingida pela ascensão capilar é inversamente 
proporcional ao raio do tubo.
Capilaridade nos solos
h é a altura da ascensão capilar (em cm).
r é o raio do tubo (em cm)
A água capilar no solo
Os vazios no solo são relativamente pequenos, porém estão 
conectados, e mesmo que isto ocorra de maneira irregular podemos considerá-los como tubos capilares.
Ao se colocar a água em contato com solo seco, esta, por capilaridade, ocupará os vazios dos solos até uma altura que varia de acordo com o diâmetro dos espaços vazios.
Capilaridade nos solos
Quanto menor for o diâmetro médio dos tubos capilares maior será a ascensão capilar, ou seja a altura atingida pela água é inversamente proporcional ao diâmetro do tubo capilar.
Menor diâmetro→ maior altura
Maior diâmetro → menor altura 
Capilaridade nos solos
O conceito de capilaridade é claro quando define que a altura atingida pela água é inversamente proporcional ao diâmetro do tubo capilar.
Apenas com esta informação é possível estimar em que tipo de solo os efeitos da capilaridade serão mais sentidos
Capilaridade nos solos
Pinto (2006) relatou que há uma altura máxima de ascensão capilar e que esta depende da ordem de grandeza dos vazios e das suas partículas. Percebe-se, portanto, que em terrenos pedregulhosos a altura não é maior que alguns centímetros, em solos arenosos de um a dois metros, e em terrenos argilosos podem chegar a dezenas de metros. 
Capilaridade nos solos
Menor diâmetro→ maior altura
Maior diâmetro → menor altura 
Capilaridade nos solos
Meniscos capilares
O menisco é a curva que se forma na superfície de um líquido perto da superfície do recipiente que o contém ou outro objeto.
Os meniscos côncavos formam-se quando as partículas do líquido são atraídas mais fortemente pelo recipiente (adesão) do qual se atraem entre si (coesão), originando o líquido suba pelas paredes do recipiente.
Capilaridade nos solos
Meniscos capilares
Quando existe um menisco capilar, a água se encontra em uma pressão inferior a atmosférica, fazendo que a tensão superficial (T) provoque uma força (P) que aproxima as partículas. Desta forma, a tensão superficial da água aumenta a tensão efetiva, conferindo ao solo o que chamamos de “coesão aparente”, que simplesmente desaparece no caso do solo se saturar ou secar.
Capilaridade nos solos
Segundo Lambe e Whitman (1969), o solo não saturado ou PARCIALMENTE SATURADO é formado por um sistema trifásico, constituído de partículas sólidas (grãos), uma fase líquida (água) e uma fase gasosa (ar).
Fredlund e Xing (1994) propuseram uma quarta fase, denominada membrana contráctil que se comporta como “capa elástica”, com a capacidade de exercer uma tensão de tração entre as partículas dos solos, influenciando seu comportamento.
Capilaridade nos solosO que faz um solo estar na condição de NÃO SATURADOS
Capilaridade nos solos
O que faz um solo estar na condição de NÃO SATURADOS:
Proximidade com a superfície do terreno
Gradiente de carga hidráulica
Posição do lençol freático
Balanço hídrico ao longo do ano
Capilaridade nos solos
O que faz um solo estar na condição de NÃO SATURADOS:
Proximidade com a superfície do terreno
Quanto mais próximo à superfície, menos saturado será o solo
Capilaridade nos solos
O que faz um solo estar na condição de NÃO SATURADOS:
Gradiente de carga hidráulica
Quanto maior a inclinação do solo mais água ele perderá
Capilaridade nos solos
O que faz um solo estar na condição de NÃO SATURADOS:
Posição do lençol freático
Quanto mais baixo o lençol freático, mais seco será o solo
Capilaridade nos solos
O que faz um solo estar na condição de NÃO SATURADOS:
Balanço hídrico ao longo do ano
 Quanto menor a incidência de chuva, menos saturado será o solo
Capilaridade nos solos
Descrição da situação-problema
Nosso país tem um clima predominantemente tropical, no 
qual alguns meses do ano são secos e outros têm grandes índices pluviométricos. Nos meses de maior incidência de chuvas, não é incomum a ocorrência de tragédias que envolvem movimentação de maciços terrosos.
O fato desta movimentação de terra ocorrer em períodos chuvosos é apenas uma coincidência? O que a incidência de chuvas modifica no solo para que este se desestruture e ocorram 
os desmoronamentos?
Capilaridade nos solos
Resolução da situação-problema
Na época de chuva, o solo, por ser poroso, absorve uma parcela 
da água e aumenta sua umidade, que além de torná-lo mais pesado interfere em sua coesão.
A teoria dos meniscos capilares nos demonstra que a tensão superficial da água faz que ocorra uma força que aproxima os grãos de solo, porém esta força diminui ou deixa de existir quando o solo está seco ou saturado. No período chuvoso, o solo, por causa da absorção de água, 
fica saturado, então ele perde coesão e se desestrutura, causando os deslizamentos.
É claro que a inclinação dos taludes, bem como o tipo de solo, 
irá potencializar, apressar ou retardar o processo de deslizamento.
Capilaridade nos solos