Permeabilidade e Condutividade Hidráulica do Solo

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Universidade Estácio de Sá - Campus Sulacap
Engenharia Civil - Mecânica de Solos
Prof. Marcelo Wermelinger Aguiar Lemes
Rio de Janeiro
2016.1
Fluxo de água através do solo e as 
tensões atuantes 
1 – Água no Solo
1 – Água no Solo - Permeabilidade
Propriedade que o solo apresenta de
permitir o escoamento de água
através dele. Todos os solos são
mais ou menos permeáveis
1 – Água no Solo – Importância
O conhecimento do valor da permeabilidade é
muito importante em algumas obras de
engenharia, principalmente, na estimativa da
vazão que percolará através do maciço e da
fundação de barragens de terra, em obras de
drenagem, rebaixamento do nível d’água,
adensamento, etc.
• Estimativa da vazão de água através da zona de fluxo;
• Instalação de poços de bombeamento e rebaixamento do lençol;
• Problemas de colapso e expansão em solos não saturados;
• Dimensionamento de sistemas de drenagem;
• Dimensionamento de “liners” em sistemas de contenção de rejeitos;
• Previsão de recalques diferidos no tempo (adensamento de solos
moles – baixa permeabilidade);
• Análise da influência do fluxo de água sobre a estabilidade geral da
massa de solo (estabilidade de taludes);
• Análise da possibilidade da água de infiltração produzir erosão,
arraste de material sólido no interior do maciço, “piping”, etc.
1 – Água no Solo – Aplicabilidade
2 – Potencial da Água no solo
O potencial da água do solo é composto por
diversos campos de força atuando de forma
conjunta, observa-se abaixo.
Componente de pressão (ψp)
O potencial de pressão é medido em relação à
condição padrão sendo a da água submetida
à pressão atmosférica local e nestas
condições admite-se que o potencial de
pressão seja igual a zero. O potencial de
pressão considera somente pressões
manométricas positivas (acima da pressão
atmosférica).
2 – Potencial da Água no solo
2 – Potencial da Água no solo
Componente gravitacional(ψg)
A água tem uma energia potencial
gravitacional que depende da posição na qual
ela se encontra em relação a um dado plano
referencial. Este potencial tem valor zero no
plano de referência, é positivo acima dele e
negativo abaixo. O plano de referência é o
estado padrão para a gravidade, o plano mais
comumente escolhido é a superfície do solo.
Potencial Osmótico (ψo)
Este surge em função da diferença de
composição entre a água do solo (presença de
sais minerais e substâncias orgânicas) e a
água pura. Esta diferença causará movimento
de água pura quando o sistema estiver
“separado” por uma membrana
semipermeável. De uma maneira geral,
qualquer diferença de potencial osmótico e um
movimento desprezível de água.
2 – Potencial da Água no solo
2 – Potencial da Água no solo
Potencial Matricial (m)
O potencial mátrico é resultante tanto do efeito
da capilaridade, quanto do efeito de adsorção
que surgem da interação entre as partículas
sólidas e a água do solo. Quando o solo se
encontra na condição saturada, a componente
matricial é nula. À medida que o solo vai se
tornando não saturado, o efeito da
capilaridade começa a atuar e o m torna-se
negativo.
2 – Potencial da Água no solo
ψT = Potencial Total 
ψT = ψp + ψg + ψo + ψm
Todas as forças atuando simultaneamente 
2 – Potencial da Água no solo - GMS
LEITURA (kPa) INTERPRETAÇÃO
0 a – 10
Solo próximo da saturação (capacidade de campo). Mais saturado
que este valor (valores menores) o solo passa a perder água por
drenagem, percolando para camadas mais profundas pela ação
da gravidade.
– 11 a – 30
Solo adequadamente úmido, exceto solos muito arenosos em que
acima de 15-20 cb/kPa já indica solo perdendo umidade tornando-
se seco.
– 31 a – 60
Faixa normalmente encontrada no campo em solos irrigados de
textura média a argilosa.
Menor que – 60
Solo tornando-se muito seco comprometendo desenvolvimento
das plantas.
2 – Potencial da Água no solo - Leitura
2 – Potencial da Água no solo - Resultados
2 – Potencial da Água no solo - Instrumentos
3 – Condutividade Hidráulica
Meio Saturado
A condutividade hidráulica saturada é a
velocidade com que a água passa por um solo
saturado, sendo uma das propriedades de
maior relevância para estudos de movimento
de água e solutos no solo.
Meio Saturado
Depende diretamente da permeabilidade dos
solos, da viscosidade e densidade da água, da
aceleração da gravidade e de propriedades do
solo, tais como a textura, estrutura, porosidade,
da densidade do solo e do teor de umidade.
3 – Condutividade Hidráulica
Meio não saturado
A água no solo no meio saturado é controlada
por potenciais sempre positivos. Já, num meio
não saturado, o potencial é negativo. Neste
caso, a água tende a se deslocar dos poros
onde a película tem maior espessura em direção
aos poros cuja película é mais fina.
3 – Condutividade Hidráulica
3 – Condutividade Hidráulica
Meio não saturado
3 – Condutividade Hidráulica
A umidade varia com a profundidade
a medida que a água vai
preenchendo os espaços porosos
do solo.
A medida que o tempo passa,
aumenta-se a zona de
transmissão e portanto a
profundidade da área de
umedecimento.
3 – Condutividade Hidráulica
Meio não saturado
Frente de umedecimento
3 – Condutividade Hidráulica
3 – Condutividade Hidráulica
Frente de uniforme Frente de heterogênea
3 – Condutividade Hidráulica
Frente Lateral
Poros Pequenos Poros Grandes
3 – Condutividade Hidráulica
• Considerando um solo cuja superfície está seca (condição inicial
– t0) e uma chuva cuja intensidade é constante i:
• O potencial matricial (sucção) é muito negativo na superfície
gerando gradientes de potencial total muito baixos
• A capacidade de infiltração é alta
• Toda a precipitação transforma-se em infiltração
• A medida que a água se distribui ao longo do perfil:
1 - O potencial matricial torna-se menos negativo e a taxa de
infiltração diminui
2 - Há saturação da camada superficial
3 - A precipitação em excesso origina escoamento superficial
Infiltração x Escoamento Superficial
3 – Condutividade Hidráulica
Infiltração x Escoamento Superficial
Infiltração x Escoamento Superficial
3 – Condutividade Hidráulica
Métodos de Investigação
Infiltrômetro Simples Infiltrômetro Duplo Anel
3 – Condutividade Hidráulica
Permeâmetro de GuelphMétodos de Investigação:
3 – Condutividade Hidráulica
Permeâmetro de GuelphMétodos de Investigação:
3 – Condutividade Hidráulica