Permeabilidade e Tensão no Solo

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ENGENHARIA CIVIL
Água e tensões no solo
Unidade 2 | Permeabilidade, poropressão e tensão efetiva
40 h • 2 aulas semanais de 60 min
Unidade 2 de 8
1/12
Inicie com a pergunta: a água deixa o solo mais pesado ou mais fraco? Mostre que as duas respostas podem ser verdadeiras, mas por mecanismos distintos.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
A água entra no problema por três caminhos
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01
Peso específico
02
Poropressão
03
Fluxo
04
Tensão efetiva
05
Rebaixamento
Apresente a progressão: primeiro hidrostática, depois tensões, por fim fluxo e consequências de obra.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
Darcy liga vazão, permeabilidade e gradiente
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Q = k · i · A
k depende do solo e do fluido; i = Δh/L representa a energia disponível para o escoamento.
Defina cada termo com unidade. Resolva Q para k = 10⁻⁵ m/s, i = 0,4 e A = 2 m². Discuta se a ordem de grandeza é compatível com areia ou argila.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
Carga hidráulica não é pressão
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Carga total
Poropressão
—
posição + pressão + velocidade
—
expressa em metros
—
governa o fluxo
—
u = γw·hw
—
expressa em kPa
—
reduz σ'
Explique que confundir metros de coluna d'água com kPa é uma fonte frequente de erro. Faça uma conversão simples no quadro.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
Terzaghi separa o que é total do que atua no esqueleto
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σ' = σ − u
A tensão efetiva controla resistência, compressibilidade e deformações do solo saturado.
Use analogia do solo como esqueleto granular preenchido por água. A carga total se distribui entre estrutura sólida e fluido.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
O diagrama deve acompanhar cada mudança de camada e de água
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N.A.
perfil
σv
u
σ′
Construa o diagrama em três colunas: σv, u e σ' para um perfil de duas camadas. Marque valores no topo, no nível d'água e na base. Não pule pontos de transição.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
Fluxo ascendente pode anular a tensão efetiva
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Quando o gradiente se aproxima do crítico, o solo perde confinamento.
força de percolação
gradiente crítico
boiling/piping
filtro e drenagem
Explique areia movediça como condição hidráulica, não como tipo de solo. Relacione a escavações e barragens.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
O gradiente crítico depende do peso submerso
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icr ≈ γ' / γw
Para muitos solos granulares, icr fica próximo de 1; a verificação deve usar dados reais.
Calcule icr para γsat = 20 e γw = 10 kN/m³. Em seguida, discuta o fator de segurança hidráulico.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
Rebaixar o lençol pode estabilizar e também recalcar
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Efeito favorável
Efeito crítico
—
reduz u
—
aumenta σ'
—
eleva resistência
—
aumenta carga efetiva
—
adensa argilas
—
pode recalcar vizinhos
Use um caso de escavação urbana. A mesma intervenção que melhora a estabilidade pode causar dano em edificações vizinhas.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
Construa os três diagramas
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PROBLEMA
Perfil: 2 m de areia γ=17; abaixo, 4 m de areia saturada γsat=20; NA a 2 m. Adote γw=10 kN/m³.
ENTREGÁVEIS
1.
Calcule σv a 2 e 6 m
2.
Calcule u
3.
Obtenha σ'
4.
Trace os diagramas
Resposta esperada a 6 m: σv = 34 + 80 = 114 kPa; u = 40 kPa; σ' = 74 kPa. Verifique a convenção de profundidade.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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MECÂNICA DOS SOLOS II • UNIDADE 2
Quatro erros que invalidam o diagrama
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✓
Usar γsat acima do NA
✓
Subtrair u duas vezes
✓
Ignorar mudança de camada
✓
Misturar m.c.a. com kPa
Faça uma correção coletiva: apresente um diagrama propositalmente errado e peça que a turma localize os quatro problemas.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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SÍNTESE DA UNIDADE
A água muda o problema mesmo sem mudar o solo
Fluxo e poropressão → tensão efetiva → resistência e deformação
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Feche conectando com a próxima unidade: se σ' aumenta em uma argila saturada, o excesso de poropressão dissipa e ocorre adensamento.
Condução sugerida: apresente o conceito, faça uma pergunta de verificação e registre no quadro a etapa crítica do raciocínio.
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