Terzaghi cap. 14.9 Migração de partículas e Erosão

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ARTIGO 14º PERMEABILIDADE DOS SOLOS 
14.9 Migração e Erosão de Partículas 
Onde quer que a infiltração cruze um limite de um 
material mais fino para mais grosso ou emerge de um 
solo para um espaço aberto, como uma margem do rio 
ou um buraco, o potencial existe para que algumas 
partículas migrem para fora do material mais fino. A 
migração pode ter sérias consequências. Pode causar o 
entupimento da embalagem ou enchimento em torno de 
poços ou de drenos (artigo 43.5) ou pode resultar na 
formação de túneis de erosão e buracos (artigo 58.4). 
Realmente. a erosão subsuperficial ou interna tem sido 
uma das causas mais prevalentes de falha catastrófica 
das barragens de terra e de enchimento de rochas (artigo 
57.2). 
A migração pode ser evitada cobrindo a superfície 
do material mais fino através do qual a infiltração 
emerge com um filtro que consiste em um material mais 
grosso devidamente classificado com vazios pequenos o 
suficiente para bloquear a passagem dos materiais finos 
através do filtro, mas grande o suficiente para não 
impedir a fuga da água. Em algumas circunstâncias, os 
tecidos de filtro são usados para servir ao mesmo 
propósito. Os filtros são usados extensivamente para 
evitar erosão interna e para controlar a infiltração em 
barragens de aterro. 
Os requisitos para filtros satisfatórios foram 
determinados por experimento (Terzaghi 1922, Bertram 
1940, Kenney et al. 1985, Sherard et al. 1984). Terzaghi 
concluiu que as partículas do material a ser protegido 
(o material base) não passam por um filtro se o tamanho 
D15 do filtro não for maior que 4 vezes o d85, tamanho 
do material base maisfina, enquanto a permeabilidade 
do filtro é adequada se o tamanho D15 do filtro for pelo 
menos 4 vezes o tamanho d15 do material base mais 
grosso. Esses requisitos, ilustrados na Fig. 14.14, têm 
sido considerados conservadores e têm sido amplamente 
utilizados na prática. De fato, os testes subseqüentes 
(Fig. 14.15) indicam que a razão D15/d85 = 5 é 
adequada. Duas precauções devem ser tomadas, no 
entanto: (1) o filtro, para minimizar os efeitos da 
segregação inevitável durante a colocação, não deve ser 
amplamente ou com nota de lacuna (artigo 5º), pois caso 
contrário, a segregação levaria a ninhos de material 
grosso para ou através dos quais as multas podem migrar 
(Ripley 1986); (2) se o material base for constituído por 
estratos ou lentes de tamanhos de grãos amplamente 
diferentes, devem ser utilizados diferentes filtros para 
proteger os diferentes materiais de base. Como o filtro 
também deve ser capaz de transportar a água sem 
desenvolver pressões excessivas, uma série de filtros 
podem ser necessários, cada um mais pervioso do que o 
anterior, e cada um projetado como se o anterior fosse o 
material base. Tal montagem é conhecida como 
gradedfiltel: Altematively, em algumas circunstâncias, 
um tubo de drenagem perfurado 
adequadamente projetado pode ser incorporado no 
filtro(Cedergren 1989). 
 
 
Figura 14.14 Diagrama ilustrando especificações 
originais de Terzaghi para o tamanho do grão do 
material adequado para o filtro. A área sombreada à 
esquerda inclui todas as curvas do tamanho de grãos 
para que o material seja protegido; a área da direita 
indica alcance dentro do qual as curvas para o material 
do filtro devem estar. 
 
Alguns materiais básicos de ocorrência natural com 
classificações muito amplas ou de lacunas podem ser 
instáveis internamente quando submetidos ao fluxo de 
infiltração; as partículas finas podem mover-se para 
dentro ou através de grandes vazios na fração grosseira 
e, assim, permitir a concentração de fluxo e até mesmo 
a formação de buracos. A suscetibilidade à instabilidade 
interna pode ser verificada (Lowe 1988) separando a 
curva do tamanho do grão em duas partes em um ponto 
arbitrariamente escolhido e comparando o tamanho dI5 
da fração mais grossa com o tamanho d15 da fração mais 
fina. Se a razão for inferior a 4 ou 5, o material pode ser 
considerado internamente estável ou autofiltrante. 
A maioria dos experimentos com filtros foram 
realizados utilizando bases granulares, e os critérios do 
filtro foram originalmente desenvolvidos para materiais 
granulares. Uma vez que é geralmente difícil definir e 
medir os tamanhos de partículas de lodo e argilas, é 
prudente basear a seleção de filtros para solos de grãos 
finos na experiência de campo. De acordo com Ripley 
(1986), uma areia limpa sem coesão não só é capaz de 
filtrar efetivamente até mesmo os melhores solos de 
lodo e argila geralmente encontrados na natureza, mas 
também resiste à segregação durante a construção. Esta 
conclusão é apoiada por outros (por exemplo, Lowe 
1988). Areias tipicamente usadas para concreto, com um 
D15 de cerca de 0,25 a 0,5 mm e um coeficiente de 
uniformidade de cerca de 1,5 a 2, podem servir como um 
filtro conservador para bloquear até mesmo as melhores 
argilas. 
 
Problemas 
 
1. Uma amostra de areia grossa, 15 cm de altura e 
5,5 cm de diâmetro, foi testada em um permeômetro de 
cabeça constante. A água percolada através do solo sob 
uma cabeça hidrostática de 40 cm por um período de 6,0 
s. A água de descarga foi coletada e encontrada pesando 
400 g. Qual foi o coeficiente de permeabilidade na razão 
de vazio e temperatura do teste? 
Ans. K = 1,05  10-2 m/s. 
2. Uma cama de areia consiste em três camadas 
horizontais de espessura igual. O valor de k para as 
camadas superior e inferior é de 1  10-6 m/s, e da 
camada média é de 1  10-4 m/s. Qual é a razão da 
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permeabilidade média da cama na direção horizontal 
para a da direção vertical? 
Dia 23. 
3. Uma amostra não perturbada de argila macia 
tem uma razão de vazio e0 de 1,62 e um coeficiente de 
permeabilidade kv0 de 2  10
-9 m/s. Estimar o valor de 
kv,para a amostra de argila macia a uma razão de vazio 
de1,20. 
Ans. Kv = 6  10
-10 m/s.