Lista 08 - ARTHUR HENRIQUE MOIZINHO

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<p>UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA</p><p>Faculdade de Tecnologia</p><p>Departamento de Engenharia Civil e Ambiental</p><p>Programa de Pós-Graduação em Geotecnia</p><p>PERCOLAÇÃO EM MEIOS POROSOS – 1/2024</p><p>Prof. André Brasil</p><p>Lista 08</p><p>Arthur Henrique Moizinho</p><p>232108117</p><p>Brasília – DF, julho de 2024</p><p>1. Apresente dois exemplos de obras geotécnicas onde a aplicação dos modelos</p><p>de fluxo de água em meios porosos não saturados são importantes. Apresente</p><p>detalhes construtivos de cada uma das obras. (Valor: 1,25 ponto)</p><p>A aplicação de modelos de fluxo de água em meios porosos não</p><p>saturados é fundamental em várias obras geotécnicas. Dois exemplos</p><p>significativos são:</p><p>Barragens de Terra</p><p>As barragens de terra são estruturas construídas para armazenar água,</p><p>criar reservatórios, controlar inundações ou gerar energia hidrelétrica. Essas</p><p>barragens são construídas utilizando materiais naturais, como solo compactado,</p><p>e requerem uma compreensão detalhada do fluxo de água através do corpo da</p><p>barragem e seus fundamentos.</p><p>Detalhes Construtivos:</p><p>• Núcleo Impermeável: A parte central da barragem é feita de</p><p>material argiloso compactado, projetado para minimizar a percolação de</p><p>água. O modelo de fluxo em meio não saturado é essencial para prever a</p><p>distribuição de umidade e a pressão de água no núcleo.</p><p>• Filtros e Drenos: Para controlar o fluxo de água que pode</p><p>passar pelo núcleo, são instalados filtros de areia e drenos de cascalho.</p><p>Estes ajudam a prevenir a erosão interna e a garantir a estabilidade da</p><p>barragem.</p><p>• Enrocamento: As zonas externas da barragem são</p><p>compostas de materiais mais permeáveis, como rocha e cascalho, para</p><p>proporcionar estabilidade e proteção contra erosão superficial.</p><p>• Diques de Contenção: São utilizados para desviar a água</p><p>superficial e reduzir a infiltração.</p><p>Os modelos de fluxo em meios porosos não saturados ajudam a prever a</p><p>infiltração de água no núcleo da barragem e a avaliar a estabilidade da estrutura</p><p>sob diferentes condições de saturação. Isso é crucial para evitar falhas por</p><p>percolação ou erosão interna.</p><p>Encostas e Taludes</p><p>A estabilidade de encostas e taludes é uma preocupação crucial em áreas</p><p>urbanas e rodoviárias, especialmente em regiões com chuvas intensas. A</p><p>infiltração de água pode reduzir a resistência ao cisalhamento do solo, levando</p><p>a deslizamentos de terra.</p><p>Detalhes Construtivos:</p><p>• Drenagem Superficial: Sistemas de drenagem são</p><p>implementados para controlar a água da chuva e reduzir a infiltração. Isso</p><p>pode incluir valas, canaletas e bueiros.</p><p>• Drenagem Subterrânea: Tubos de drenagem perfurados e</p><p>geotêxteis são instalados dentro do talude para capturar e direcionar a</p><p>água infiltrada para fora do sistema, reduzindo a pressão de poros e o</p><p>risco de deslizamentos.</p><p>• Mantas e Geossintéticos: Em algumas áreas, são utilizadas</p><p>mantas de proteção e geossintéticos para estabilizar o solo e reduzir a</p><p>infiltração de água.</p><p>Os modelos de fluxo em meios porosos não saturados são utilizados para</p><p>prever como a água se move através do solo durante e após eventos de chuva.</p><p>Isso permite o dimensionamento adequado dos sistemas de drenagem e a</p><p>avaliação da estabilidade do talude sob diferentes condições de saturação. A</p><p>análise ajuda a prevenir deslizamentos, garantindo a segurança das</p><p>infraestruturas adjacentes e das pessoas.</p><p>2. Deduza a equação de Richards, em um sistema cartesiano 3D, a partir da</p><p>equação da continuidade e da lei de Darcy-Buckingham. (Valor: 1,25 ponto)</p><p>3. Discorra sobre a hipótese de Fredlund sobre o uso dos coeficientes m1w e</p><p>m2w, comparando-a com a hipótese de Terzaghi sobre o uso do coeficiente mv.</p><p>(Valor: 1,25 ponto)</p><p>4. Explique matematicamente qual a relação entre o coeficiente de</p><p>armazenamento específico Ss e o coeficiente de variação volumétrica mv.</p><p>(Valor: 1,25 ponto)</p><p>5. Com base na figura a seguir, utilizando o SEEP/W ou o SLIDE, trace a rede</p><p>de fluxo estacionário para a situação saturado-não saturado e calcule a vazão</p><p>que percola através do maciço. Defina os parâmetros que estiverem faltando,</p><p>defina a curva de retenção de água em solo e função de condutividade hidráulica</p><p>não saturada. (Valor: 1,25 ponto)</p><p>a) Barragem de terra com maciço homogêneo e com isotropia (kh = kv = 3,0.10-</p><p>4 cm/s).</p><p>O modelo foi desenvolvido no software GeoStudio, levando em conta uma</p><p>barragem de maciço homogêneo compactado, com 15 metros de altura e 60</p><p>metros de comprimento. O modelo escolhido foi do tipo saturado/não saturado.</p><p>A curva característica foi definida utilizando a função de van Genuchten, com os</p><p>seguintes parâmetros adotados:</p><p>Abaixo estão representados a curva característica e a função de Condutividade</p><p>hidráulica:</p><p>A vazão média estimada foi de 6,25 x 10^-6 m³/s</p><p>6. Com base na figura a seguir, utilizando o SEEP/W ou o SLIDE, trace a rede</p><p>de fluxo transiente para a situação saturado-não saturado e calcule a vazão que</p><p>percola através do maciço. Defina os parâmetros que estiverem faltando, defina</p><p>a curva de retenção de água em solo e função de condutividade hidráulica não</p><p>saturada. (Valor: 1,25 ponto)</p><p>a) Barragem de terra com maciço homogêneo e com anisotropia (kh = 2,0.10-4</p><p>cm/s e kv = 3,0.10-5 cm/s).</p><p>O modelo foi desenvolvido no software GeoStudio, levando em conta uma</p><p>barragem de maciço homogêneo compactado, com 15 metros de altura e 60</p><p>metros de comprimento. O modelo escolhido foi do tipo saturado/não saturado.</p><p>A anisotropia foi respeitada de acordo com as condições propostas no problema.</p><p>A curva característica foi definida utilizando a função de van Genuchten. Abaixo</p><p>estão representados a curva característica e a função de Condutividade</p><p>hidráulica:</p><p>A seguir, são mostrados os resultados da análise transiente, configurada</p><p>para o enchimento do reservatório em um período de 10 dias. Foi aplicada uma</p><p>condição de contorno hidráulica de carga total de água, começando com 0</p><p>metros no dia 0 e atingindo 10 metros no dia 10. A simulação foi programada</p><p>para uma duração total de 30 dias, com incrementos diários, salvando os</p><p>resultados em cada etapa. Os resultados obtidos estão apresentados abaixo.</p><p>A seguir, é apresentado o gráfico da vazão de água ao longo do tempo</p><p>para a barragem em questão.</p><p>7. Dados os parâmetros de ajuste de uma curva de retenção de água no solo</p><p>obtidos pelo modelo de Brooks & Corey (1964), pergunta-se se é possível obter</p><p>o ajuste para a função de condutividade hidráulica não saturada do mesmo autor.</p><p>Existe algum modelo que permite que isto seja feito? (Valor:1,25 ponto)</p><p>O modelo de Brooks e Corey (1994), utilizando apenas os parâmetros de</p><p>ajuste da curva de retenção, não consegue ajustar a função de condutividade</p><p>hidráulica. Para esse ajuste, pode-se recorrer ao modelo de Cavalcante e</p><p>Zornberg (2016).</p><p>8. Diferencie a curva de retenção de água no solo da superfície de retenção de</p><p>água no solo. Apresente um esboço da curva e da superfície. Existe algum</p><p>modelo para simular uma superfície de retenção de água no solo? Se sim,</p><p>apresente-os e discorra sobre a vantagem de cada um.</p><p>A curva de retenção de água no solo (CRA) representa a relação entre o</p><p>conteúdo de água do solo (ou umidade volumétrica) e o potencial matricial (ou</p><p>tensão da água) em uma condição isotrópica e homogênea. Esta curva é obtida</p><p>a partir de experimentos laboratoriais e é crucial para entender a capacidade de</p><p>um solo reter água sob diferentes tensões. A curva geralmente tem uma forma</p><p>sigmoidal, indicando que à medida que o potencial matricial se torna mais</p><p>negativo, o solo retém menos água.</p><p>A superfície de retenção de água no solo é uma generalização</p><p>tridimensional da curva de retenção. Ela considera a variação do conteúdo de</p><p>água com relação a dois parâmetros: o potencial matricial e uma variável</p><p>adicional, que pode ser a densidade do solo,</p><p>a temperatura, ou a salinidade.</p><p>Essa superfície fornece uma visão mais completa de como diferentes fatores</p><p>afetam a retenção de água no solo.</p><p>O modelo de SWRS [modelo constitutivo desenvolvido por Costa &</p><p>Cavalcante (2020)] viabiliza essa abordagem por meio de um cálculo simples</p><p>dos valores de sucção para teores volumétricos de água conhecidos e índices</p><p>de vazios. Isso possibilita a aplicação precisa do conceito não saturado em</p><p>geotecnia, com baixo custo computacional e poucos parâmetros necessários.</p>