Aula 5 Solos II Uniceub 2018 pdf

Prévia do material em texto

AULA 5 – MECÂNICA DOS SOLOS II
Percolação da água atraves dos solos
Professor:
Ivonne A. Gutiérrez Góngora
Brasília, D.F. 
A água no solo
A água intersticial influencia o comportamento
do solo de duas formas:
-Modificando a forma em que as partículas do
solo se associam para formar o arranjo da
estrutura mineral (interação química);
-influindo sobre a magnitude das forças
transmitidas através da estrutura (Interação
física).
A água no solo
A água no solo
A água no solo
Os solos na natureza nunca esta totalmente
saturados ou totalmente secos, o estado natural
dos solos, é parcialmente saturado (mecânica dos
solos não saturados).
Percolação
• Quando o fluxo de água ocorre sempre na mesma
direção, como no caso dos permeâmetros, diz-se
que o fluxo é unidirecional;
• Quando as partículas de água se deslocam
segundo qualquer direção, o fluxo é tridimensional.
A migração de água para um poço é um exemplo
de fluxo tridimensional;
• Quando as partículas de água seguem caminhos
curvos, mas contidos em planos paralelos, o fluxo é
bidimensional. É o caso da percolação pelas
fundações de uma barragem.
Lei de Darcy (Q= k * i * A)
A lei de Darcy é valida para a maioria dos tipos de fluxo de
fluidos nos solos. Para a percolação de fluidos a velocidades
muito altas e gases a lei de Darcy deixa de ser válida
- Se não há gradiente de pressão ao longo de uma distância
não ocorre o fluxo (Isto é uma condição hidrostática);
- Se existe um gradiente de pressão, o fluxo vai ocorrer na
direção de maior pressão para a menor pressão;
- Quanto maior o gradiente de pressão (para um mesmo solo),
maior a taxa de descarga.
Percolação
Permeabilidade nos solos
Tipos de escoamento
• Regime Permanente: não há influência do tempo.
A descarga é constante em qualquer tempo.
Ex.:
Regime Transiente: varia com o tempo.
Permeabilidade nos solos
• Regime Laminar: a
trajetória das partículas é
suave. As trajetórias não
se cruzam.
• Regime Turbulento: as
trajetórias das partículas
se interceptam.
Fluxo Bidimensional
•O estudo do fluxo bidimensional é facilitado pela representação
gráfica dos caminhos percorridos pela água e da
correspondente dissipação da carga. Esta representação é
conhecida como Rede de Fluxo.
•O conceito de rede de fluxo baseia-se na Equação da
Continuidade, que rege as condições de fluxo uniforme para
um dado ponto do maciço terroso.
Solução Gráfica - Redes de Fluxo
Sintetizando:
Rede de fluxo: representação gráfica dos caminhos percorridos pela
água. É constituída por linhas de fluxo (trajetórias das partículas) e por
linhas equipotenciais (linhas de igual carga total).
Canal de Fluxo: região entre duas linhas de fluxo.
Perda de Carga: na rede de fluxo, a perda de carga entre duas linhas
equipotenciais é igual a uma certa quantidade “Δh” da perda de carga
total “h”.
Conceitos básicos
Equação diferencial de fluxo
A equação diferencial do fluxo é a base
para o estudo da percolação bi ou
tridimensional.
Esta é a equação geral do fluxo ou
Equação de Laplace, para o plano,
segundo a qual se rege o movimento dos
líquidos em meios porosos.
Equação diferencial de fluxo
Equação diferencial de fluxo
Equação diferencial de fluxo
Equação diferencial de fluxo
Equação diferencial de fluxo
Resolução da equação de Laplace
Os métodos para a determinação das redes de fluxo são:
Métodos Analíticos: resultantes da integração da equação
diferencial do fluxo. Somente aplicável em alguns casos simples,
devido a complexidade do tratamento matemático.
Solução Numérica: aplicação de métodos numéricos para a
solução da Equação de Laplace através de programas de
computador. Ex.: Método dos Elementos Finitos: criada uma rede de
elementos finitos, pode-se calcular com razoável precisão a carga
total em cada ponto.
Modelos Reduzidos: consiste em construir num tanque com
paredes transparentes um modelo reduzido do meio que vai sofrer
percolação.
Solução Gráfica: é o mais comum dos métodos (Rede de Fluxo).
Solução numérica 
•As aplicações de soluções numéricas através de PC’s
ficaram tão eficientes que tornaram todos os outros
métodos coisa do passado.
•Os programas de computados são cada vez mais fáceis de
usar e fornecem soluções em pouco segundos com
gráficos de excelente qualidade.
•Os métodos mais usados são diferenças finitas, ou de
elementos finitos (MEF), sendo este cada vez mais
aplicado.
Solução Numérica 
Exemplo:
A figura mostrada foi gerada pelo Plaxis Flow, indica os níveis
d'água de montante e jusante.
Geometria de um dique de material siltoso para análise de
percolação pelo MEF
Solução Numérica 
Poropressões calculadas
Métodos numéricos
Métodos numéricos
Modelos Físicos
Em casos especiais podem ser empregados modelos de
areia em escala de laboratório, medindo-se poropressões
com pequenos piezômetros instalados em vários locais do
modelo.
Modelos Físicos
Fluxo Bidimensional sob
condições controladas de
Laboratório.