Tem-se notado, que para quase todos os tipos de solo, que a relação índice de vazios (e) e o logaritmo de K (ou log K) se aproxima bastante de uma reta; Onde, K é o coeficiente de permeabilidade do solo. A Figura 2.1 mostra para vários tipos de solos, que o coeficiente de permeabilidade do solo (K) varia linearmente com o índice de vazios do solo (e); Ainda, a Figura 2.1, também mostra que o coeficiente de permeabilidade do solo tende a diminuir com a diminuição do índice de vazios. OBS. e = Volume de vazios do solo (VV) / Volume de sólidos do solo (VS); Se o solo é compactado o índice de vazios do solo (e) diminui. c) Influência do grau de saturação (Sr) na permeabilidade dos solos Quanto maior o grau de saturação do solo, que está sendo ensaiado, maior será a sua permeabilidade: Pois, a presença de ar nos vazios do solo tende a impedir a passagem da água. A Figura 2.2 ilustra a variação do coeficiente de permeabilidade do solo com o grau de saturação para 2 (dois) solos arenosos. Observe, na Figura 2.2, que quanto maior o grau de saturação do solo maior é seu coeficiente de permeabilidade. d) Influência da estrutura do solo na permeabilidade do solo Amostras de um mesmo tipo de solo, com o mesmo índice de vazios (e) tenderão a apresentar permeabilidade diferentes, em função da estrutura dos solos. OBS. Estrutura dos solos é a forma como estão dispostas as partículas do solo. Uma amostra de solo com uma estrutura dispersa terá uma permeabilidade menor que uma amostra de solo com uma estrutura floculada. A Figura 2.3 ilustra algumas estruturas de solo possíveis de ocorrer em solos argilosos, onde estão presentes as estruturas dispersa e floculada. Observe, na Figura 2.3, que a estrutura dispersa e a estrutura floculada ocorrem em argilas. Além disso, destaca-se que, também é possível de encontrar partículas de silte em estruturas de solos argilosos, como é o caso da estrutura de argila natural (Figura 2.3 e). OBS. Embora, a literatura pesquisada não registre, possivelmente as estruturas de solo descritas por Craig (2007), somente são observadas por meio de microscópios. Figura 2.1 - Variação do coeficiente de permeabilidade do solo com o índice de vazios, para vários tipos de solo (Fonte: Modificada de Lambe e Whitman, 1979) Figura 2.2 - Variação do coeficiente de permeabilidade do solo com o grau de saturação para 2 (dois) solos arenosos (Fonte: Modificada de Wallace, 1948) Figura 2.3 - Estruturas de solo possíveis de ocorrer em solos argilosos (Fonte: Craig, 2007) A influência da estrutura do solo na permeabilidade do solo fica evidente em maciços compactados de barragens de terra; Onde, o arranjo das partículas de solo na horizontal é diferente do arranjo das partículas de solo na vertical. Assim sendo, verifica-se que a permeabilidade, nas barragens de terra, é maior na direção horizontal do que na direção vertical. OBS. O arranjo das partículas de solo pode ser compreendido como sedo a estrutura do solo 3 Força de percolação i) Origem e direção da força de percolação Havendo movimento de água através de um solo, ocorre uma transferência de carga (ou energia) da água para as partículas de solo, por causa do atrito entre a água e as partículas de solo. A energia transferida pelo movimento da água para as partículas de solo é medida pela perda de carga (ou energia) durante a percolação (movimentação) da água pelo solo. Assim sendo, a força correspondente a perda de carga (ou de energia) da água durante sua percolação (ou movimentação) pelo solo é chamada FORÇA DE PERCOLAÇÃO. A FORÇA DE PERCOLAÇÃO tem o mesmo sentido do fluxo de água, e transfere-se de grão a grão de solo. ii) Importância do conhecimento da força de percolação da água A determinação da força de percolação da água é de fundamental importância para a Engenharia Civil, pelos seguintes motivos: a) A força de percolação é responsável pela instabilidade de cortes; b) A força de percolação é responsável pela instabilidade de aterros de barragens; c) A força de percolação é responsável pelo fenômeno areia movediça; d) A força de percolação é responsável pela instabilidade do fundo das escavações em areia; e) Etc. iii) Dedução da fórmula da força de percolação que atua no solo Considerando-se o esquema, de um sistema em um equilíbrio hidrodinâmico, que é apresentado na Figura 3.1, onde um corpo-de-prova de solo é submetido a uma força de percolação. Então, é possível calcular a força de percolação da água que atua no solo, e na direção do escoamento da água. Figura 3.1 - Esquema de um sistema em equilíbrio hidrodinâmico, que é utilizado para dedução da força de percolação, que atua na direção do fluxo de água Bem, com base na Figura 3.1, tem-se que a força de percolação (Fp), que é resultante da percolação (ou movimentação) da água no solo do corpo-de-prova, corresponde à seguinte equação: (3.1) em que: Fp = força de percolação da água atuante no solo do corpo-de-prova; P1 = força hidrostática atuante no corpo-de-prova devido à carga de água h1; e P2 = força hidrostática atuante no corpo-de-prova devido à carga de água h2. sendo: (3.2) e (3.3) em que: P1 = força hidrostática atuante no corpo-de-prova devido à carga de água h1; e P2 = força hidrostática atuante no corpo-de-prova devido à carga de água h2; h1 = carga de água do reservatório da esquerda; h2 = carga de água do reservatório da direita; gW = peso específico da água; e A = seção transversal do corpo-de-prova. OBS. O símbolo g é a letra grega “gama”. Substituindo-se as eq.(3.2) e eq.(3.3) na eq.(3.1), tem-se que: (3.4) em que: Fp = força de percolação da água atuante no solo do corpo-de-prova na direção do escoamento; P1 = força hidrostática atuante no corpo-de-prova devido à carga de água h1; P2 = força hidrostática atuante no corpo-de-prova devido à carga de água h2; h1 = carga de água do reservatório da esquerda; h2 = carga de água do reservatório da direita; gW = peso específico da água A = seção transversal do corpo-de-prova; e h = perda de carga devido à percolação da água pelo corpo-de-prova. Sabe-se que o gradiente hidráulico atuante no solo é definido pela seguinte equação: (3.5) em que: i = gradiente hidráulico atuante no solo do corpo-de-prova; h = perda de carga devido à percolação da água pelo corpo-de-prova; e L = comprimento do corpo-de-prova. Bem, da eq.(3.5) e da eq.(3.4), mostradas anteriormente, pode-se obter a seguinte equação para o cálculo da força de percolação da água atuante no solo do corpo-de-prova. (3.6) em que: Fp = força de percolação atuante no solo do corpo-de-prova na direção do escoamento; gW = peso específico da água;