Aula 11 Capilaridade

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA CIVIL
CAPILARIDADE
Aula 11.2
RENATO CABRAL GUIMARÃES
MECÂNICA DOS SOLOS I
1. Introdução
� A capilaridade/sucção pode ser definida como a deficiência de
pressão, em relação à pressão atmosférica, que aparece nos poros
de material como conseqüência das ligações entre moléculas de
água e o esqueleto sólido.
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� Para os solos granulares as forças de ligação são função da tensão
superficial no fluido e o termo apropriado é capilaridade. Já para as
argilas intervêm forças de natureza adsorvida e o termo adequado é
sucção.
� No primeiro caso, o fenômeno é mais físico e estas forças de
ligação serão tanto maiores quanto menores forem os diâmetros
dos poros.
� No segundo caso ele é físico-químico, pois embora a capilaridade
exista, a força de ligação entre as partículas de argilas dependerá
preponderantemente de sua capacidade de retenção de água e de
suas forças eletromagnéticas.
1. Introdução
� A capilaridade/sucção foi durante muito tempo interesse quase que
unicamente dos agrônomos, até que Bishop apresentou os
primeiros estudos mostrando a influência deste parâmetro no
comportamento mecânico dos solos.
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� A grande diversidade dos solos faz com que se tomem modelos
simples tais como o tubo capilar de vidro para explicar a parte física
do fenômeno da capilaridade.
� Quanto ao estudo da parte química, referente a capacidade de
retenção de água das argilas, a interferência de muitas variáveis
(tipo de íon, concentração, temperatura, tipo e quantidade de argilo-
mineral, etc) dificultam a realização de um estudo teórico
abrangente.
� Experimentalmente o estudo de capilaridade é possível para
diferentes tipos de solo.
2. Ascensão capilar
� Considerando um tubo de pequeno diâmetro mergulhado em um
liquido, no contato superfície do tubo-líquido surge uma tensão
superficial cuja resultante de forças é a força capilar (Fc) .
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cwww hrVPa ×××=×=
2piγγ
rTperímetroTF ssc 2coscos ×××=××= piαα
w
s
r
Thc
γ
α
×
××
=
cos2
3. Capilaridade nos Solos
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� Na natureza, no entanto, a variação do diâmetro dos poros e de
outros fatores tais como tipo de solo e nível do lençol freático,
limita a validade da analogia que acabou-se de fazer.
� Apresenta-se na Tabela a seguir valores típicos de ascensão
capilar, para diferentes tipos de solos.
Tipo de solo Altura capilar (cm)
Areia grossa 2 a 5
Areia média 12 a 35
Areia Fina 35 a 70
Silte 70 a 150
Argila 200 a 400
3. Capilaridade nos Solos
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� A tensão superficial da água tende a aproximar as partículas,
aumentando a tensão efetiva (coesão aparente).
3. Capilaridade nos Solos
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� Importância do Efeito Capilar.
a) construção de pavimentos e aterros rodoviários.
b) Sifonamento
capilar.
4. Determinação da Capilaridade dos Solos
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Método Realizado 
em: 
Tipo de 
sucção 
Faixa de 
medida (kPa) 
Tipo de 
medida Observação 
Funil de pedra 
porosa Laboratório Matricial 0 - 70 Direta 
Para baixas sucções. Sucção 
aplicada diretamente à amostra. 
Tensiômetros Laboratório e Campo Matricial 0 - 70 Direta 
Tempo de resposta em função 
da condutividade da pedra 
porosa. 
Blocos Porosos Laboratório e Campo Matricial 10 - 1000 Indireta 
Histerese pronunciada, mais 
sensível às altas sucções. Longo 
tempo de resposta. Fácil 
deterioração do material. 
Placa de 
Pressão Laboratório Matricial 20 – 1500 Direta 
A capacidade depende da pedra 
porosa (pressão de entrada de 
ar). Utiliza a técnica de 
translação de eixos. 
Psicrômetro Laboratório e Campo 
Total e 
osmótica 100 - 8000 Direta 
Mais recomendado para 
laboratório. Depende de 
rigoroso controle de 
temperatura. 
Membrana de 
Pressão Laboratório Matricial Até 10000 Direta 
Emprega a técnica de translação 
de eixos. Emprega membrana 
de celulose. 
Papel Filtro Laboratório Matricial e total 
Todos os 
valores Indireta 
Necessita de máxima precisão 
na pesagem. 
 
4. Determinação da Capilaridade dos Solos
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� A determinação da capilaridade/sucção dos solos em
laboratório pode ser realizada por diferentes métodos. Os
métodos mais comuns no laboratório são a Câmara de Richard e
a técnica do papel filtro.
Solo Solo
Fluxo de vapor
Fluxo capilar
Papel Filtro
4. Determinação da Capilaridade dos Solos
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� Em todos os métodos o objetivo é obter a curva característica
(sucção x umidade ou saturação).
4. Determinação da Capilaridade dos Solos
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� A sucção do solo depende de vários fatores, podendo-se
destacar:
a) grau de saturação;
b) índice de vazios;
c) Estrutura e tipo de solo.
4. Determinação da Capilaridade dos Solos
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Exemplo: Considerando-se o perfil estratificado de areias
uniformes de diferentes diâmetros apresentado na Figura a
seguir, pede-se determinar a altura da ascensão capilar para os
níveis do lençol freático Na1, Na2, Na3 e Na4. Qual será a altura de
ascensão capilar se após atingir o nível 4 o lençol freático for
rebaixado para o nível 5. Embora de validade limitada, será feita
analogia deste perfil de solo com tubos de vidro. Considerar
Ts=0,075 gf/cm e αααα = 0.
OBS: Considerar os alinhamentos A e B.
4. Determinação da Capilaridade dos Solos
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Camada 1 - Areia Muito Fina 
d = 0,002 cm
Camada 2 - Areia Média 
d = 0,02 cm
Camada 3 - Areia Muito Fina 
d = 0,002 cm
230 cm
40 cm
10 cm
70 cm
80 cm
40 cm
50 cm
40 cm NA 1
NA 2
NA 5
NA 3
NA 4
A B