Solos Aula 9 A água no solo

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Mecânica dos Solos – Aula 9 – A agua no solo.
O que é permeabilidade?
Todos solos têm a mesma permeabilidade?
O que é necessário para existir um fluxo de água em um solo?
Para que devemos entender o comportamento da água no solo?
Cálculo de vazões de infiltração.
Análise de recalques.
Resistência em solos (tensão efetiva).
Dispersão de contaminantes.
Elaboração de filtros.
A permeabilidade nos solos.
PERMEÂMETRO
A permeabilidade nos solos.
LEI DE DARCY
A permeabilidade nos solos.
LEI DE DARCY
GRADIENTE HIDRÁULICO
 i = h/L
VELOCIDADE DE PERCOLAÇÃO
 v = ki
Obtenção do coeficiente de permeabilidade.
EM LABORATÓRIO
SOLOS ARENOSOS
PERMEÂMETRO DA CARGA FIXA
Mantida a carga.
Conhecidas as dimensões da amostra.
Medido o volume percolado em um tempo.
Obtenção do coeficiente de permeabilidade.
EM LABORATÓRIO
SOLOS ARGILOSOS
PERMEÂMETRO DA CARGA VARIÁVEL
a=área da bureta
Piezômetro de Casagrande
O equipamento consta de um tubo vertical ligado a uma ponta porosa por onde a água pode livremente entrar ou sair. Mede-se a poropressão através da altura de coluna d’água no tubo. 
A leitura é realizada com um instrumento indicador de nível d’água que consiste em um torpedo contendo uma chave elétrica, um fio graduado e um carretel. Quando o torpedo atinge a água do tubo de acesso, fecha-se um circuito elétrico que toca a buzina no carretel. Com isso determina-se a profundidade do nível d água no tubo. 
Ensaios de campo
Piezômetro de Casagrande
Ensaios de campo
Piezômetro de Casagrande
Ensaios de campo
Piezômetro elétrico de corda vibrante
Os piezômetros elétricos de corda vibrante utilizam o princípio que está presente em qualquer instrumento de corda, ou seja, a freqüência de vibração depende da tensão aplicada na corda. O equipamento possui um diafragma metálico separando a pedra porosa do sistema de medição. Uma corda vibrante, conectada ao centro do diafragma, altera sua tensão quando ocorrem qualquer deflexão no diafragma. A tensão na corda é registrada em dispositivo de registro de freqüência de vibração. A poro-pressão é então determinada a partir de uma curva de calibração. 
Ensaios de campo
Piezômetro elétrico de corda vibrante
Ensaios de campo
Piezômetro elétrico de corda vibrante
Ensaios de campo
Medidor de nível de água
O indicador de nível d’água é uma variação do piezômetro Casagrande. Tem o mesmo princípio de funcionamento, mas com um bulbo de maior comprimento, situado na região de variação do NA. 
Ensaios de campo
Ensaios de carga constante – abaixo do NA
Ensaios de campo
Furo de sondagem
Piezômetro
Valores de referência do coeficiente de permeabilidade.
Influência das características dos solos.
Diâmetro das partículas.
Índice de vazios.
Grau de saturação.
Disposição dos grãos (macroporos de solos residuais)
Temperatura.
Cargas Hidráulicas
Carga total = carga altimétrica + carga piezométrica
Exemplo:
Traçar os diagramas de carga total (ht), carga de altura (ha) e carga de pressão (hp) para o corpo de prova contido no permeâmetro.
ha
hp
4 m
3 m
hp no fluxo vertical ascendente é maior que hp no caso hidrostático
Exemplo obtido de aula de Prof. Wai Y. Y. Gheling (UFRGS)
hp
ha
0,5 m
4 m
hp no fluxo vertical descendente é menor que hp no caso hidrostático
Exemplo obtido de aula de Prof. Wai Y. Y. Gheling (UFRGS)
Força de percolação.
Grandeza semelhante ao peso especifico e atua da mesma forma que a força gravitacional. 
Os efeitos das duas se soma quando eles têm o mesmo sentido e se subtraem quando elas têm sentidos opostos.
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Tensões em um solo com percolação (fluxo ascendente). 
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Tensões em um solo com percolação (fluxo descendente). 
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Gradiente crítico
Quando se tem fluxo ascendente com aumento progressivo de carga hidráulica, a tensão efetiva ao longo do solo irá diminuir até o momento que se torna nula. Nesta situação, as forças transmitidas de grão para grão são nulas. A ação do peso dos grãos (gravidade) contrapõe-se à ação de arraste por atrito da água que percola para cima (força de percolação).
Como a resistência das areias é proporcional à tensão efetiva, quando esta se anula a areia perde completamente sua resistência e fica num estado definido como areia movediça.
O gradiente crítico é dado por:
Filtros de proteção
Os critérios para projeto de filtros de proteção, propostos por Terzaghi, baseiam-se nas curvas granulométricas dos materiais e são dois:
Indica que o filtro deve ser mais permeável que o solo.
Limita o tamanho dos finos do filtro, de forma que não deixem passagem para os grãos do solo
Leitura complementar
Fluxo Bidimensional (será visto em obras de terra)