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AULA 10: A ÁGUA NO SOLO - PERCOLAÇÃO Prof. Augusto Montor | Mecânica dos Solos

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AULA 10: A ÁGUA NO SOLO -

PERCOLAÇÃO

Prof. Augusto Montor | Mecânica dos Solos

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Percolação

• A água, presente nos vazios do solo, quando submetida a diferenças de potenciais, desloca-se no seu interior.

IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DA PERCOLÇÃO:

a) Cálculo das vazões quantidade de água que infiltra

no solob) Análise de recalques relacionado a diminuição do

índice de vazios (expulsão de água desses vazios)c) Estabilidade tensão efetiva depende da pressão

neutra

6.1 A ÁGUA NO SOLO

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Percolação

• PERMEABILIDADE DOS SOLOS

A presença de água no solo tem sido vista como problema em termos de engenharia geotécnica pelos seguintes fatores:

- geração de pressões indesejáveis- erosão externa ou interna do solo- recalque diferido no tempo (adensamento do solo)- instabilidade em escavações e em taludes- redução da resistência ao cisalhamento dos solos

6.1 A ÁGUA NO SOLO

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Percolação

MODELOS DE FLUXO DE ÁGUA PERMEÂMETROS

6.1 AÇÃO DA ÁGUA CAPILAR NO SOLO

NÃO HÁ

FLUXO!

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Percolação

LEI DE DARCY:

“Estudo da vazão da água em função de fatores geométricos”

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

LEI DE DARCY:

Q Vazão (m³/s)A Área da seção transversal (m²)k Coeficiente de permeabilidade (variável com o tipo do

solo) (m/s)h carga que se dissipa na percolação (m)L Comprimento de percolação (m)

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

LEI DE DARCY:

A relação h/L da lei de Darcy também é conhecida como gradiente hidráulico (i).

𝑄 = 𝑘. 𝑖. 𝐴

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

LEI DE DARCY:

A relação h/L da lei de Darcy também é conhecida como gradiente hidráulico (i).

𝑄 = 𝑘. 𝑖. 𝐴

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

LEI DE DARCY:

Dividindo a vazão pela área de percolação, obtemos a velocidade v com que a água percola no solo (velocidade de percolação de Darcy).

𝑣 = 𝑘. 𝑖

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

COMO DETERMINAR O COEFICIENTE k DE CADA SOLO?

1. MÉTODOS DIRETOSa) Permeâmetro de carga constante

b) Permeâmetro de carga variável

Bombeamento em poçosInfiltração em furos de sondagem

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

LABORATÓRIO

CAMPO

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Percolação

2. MÉTODOS INDIRETOS

Associados a interpretação de fenômenos que dependem docoef. de permeabilidade, como é caso do ensaio deadensamento do solo, ou o correlações empíricas (Hazenpara areais, por exemplo).

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

a) Permeâmetro de carga constante

É uma repetição do experimento de Darcy

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

a) Permeâmetro de carga constante

A carga h é mantida constante durante um certo tempo e

a água percolada é colida e seu volume medido.

conhecidos o volume percolado e o tempo necessário para a percolação VAZÃO (m³/s, por exemplo)

𝑄 = 𝑘. 𝑖. 𝐴

𝑘 =𝑄

𝑖. 𝐴

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

a) Permeâmetro de carga constante

Este ensaio é indicado para solos arenosos, uma

vez que apresentam maiores coeficientes de permeabilidade.

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

a) Permeâmetro de carga variável

O ensaio de permeabilidade com carga variável é

indicado para solos finos, quando o coeficiente de permeabilidade é muito baixo.

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

a) Permeâmetro de carga variável

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

a) Permeâmetro de carga variável

Verifica-se o tempo que a água na bureta superior

leva para baixar da altura inicial hi à altura final hfnum instante qualquer t, a partir do início.

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

a) Permeâmetro de carga variável

k coef. de percolaçãoa área da buretaA área transversal do corpo de prova L comprimento de percolação t tempo de percolaçãohi altura inicialhf altura final

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

• Características do fluido (peso específico e viscosidade etemperatura) bem como a natureza e o estado do solo,tais como dimensão dos vazios (granulometria, estruturado solo), índice de vazios (e) ou porosidade (n), grau desaturação, por exemplo, são fatores que intervém napermeabilidade dos solos.

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

FORÇA DE PERCOLAÇÃO (fp)

A força de percolação nada mais é do que uma força dearraste que atua sobre os sólidos na mesma direção daslinhas de fluxo, tendo como unidade a mesma do pesoespecífico, isto é, força por unidade de volume.

𝑓𝑝 = 𝑖. 𝛾𝑤

onde i é o gradiente hidráulido (h/L) e w o peso específico daágua adotado como sendo igual a 10 kN/m³.

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

VALORES TÍPICOS DE COEFICIENTES DE PERMEABILDIADE

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

EXERCÍCIOS

1. Em um permeâmetro de carga constante, adote h=28cm,z= 24cm e L=50cm. A seção transversal do perímetro é de530cm². Mantida a carga hidráulica, mediu-se um volume de100cm³ escoando em 18 segundos. Qual o coef. depermeabilidade k do material?

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS

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Percolação

EXERCÍCIOS

2. Num ensaio de permeabilidade com carga variável,quando a carga h era de 65cm, acionou-se o cronômetro.Trinta segundos após, a carga h era de 35cm. Sabendo queL=20cm e A=77cm² são as dimensões do corpo de prova ea área da bureta é de 1,2cm². Qual o coeficiente depermeabilidade do solo em estudo?

6.1 PERMEABILIDADE DOS SOLOS