Engenharia Civil Mecânica dos Solos

Complementos de Mecânica dos Solos e Fundações–Material de Apoio 2Hidráulicas do Solo:Revisão: capilaridade e permeabilidade da água nos solosFluxos unidimensional, bidimensional, tridimensional da água no soloEstudo da percolação de água nos solos com redes de fluxoCálculo de vazão, gradiente hidráulico e perda de carga em redes de fluxoTraçados de redes de fluxoInterpretação das redes de fluxoCondição anisotrópica de permeabilidade e redes de fluxo1.Revisão: Capilaridade e Permeabilidade da Água nos SolosO estudo da água nos solos é importante porque nos permite reconhecer uma série de influências queela exerce no comportamento mecânico dos solos.CapilaridadePor exemplo, ao se analisar o comportamento capilar da água presente entre as partículas sólidas do solo, tem-se uma melhor compreensão das tensões que essa água exerce nos maciços terrosos (pressão neutra).O estudo da capilaridade da água nos solos também nos permite reconhecer diferenças entre os índices físicos do solo quando de sua presença ou ausência (por exemplo, os valores do peso específico natural e do peso específico submerso do solo, ou de sua umidade natural), bem como reconhecer fenômenos tais como o dos meniscos capilares, que provocam a coesão aparente das areias.PermeabilidadeJá quando se analisa a água através de sua movimentação dentro do maciço terroso, ou seja, quando se trata da permeabilidade da água nos solos, é possível, por meio da Lei de Darcy, que se defina uma série de parâmetros importantes, tais como:-A vazão de percolação da água nos solos:푄=푘.ℎ퐿.퐴(1)

Onde: Q = vazão de percolação da água no solos; k = coeficiente de permeabilidade(uma constante, definida para cada tipo de solo); h = carga que se dissipa durante a percolação da água no solo; L = distância nas camadas de solo ao longo da qual a carga se dissipa; A = área do solo considerada para o estudo da percolação.Vimos, anteriormente, que em terrenos estratificados o coeficiente de permeabilidade dos solos pode se modificar, sendo necessário que cada coeficiente de permeabilidade diferente (tanto com a variação lateral quanto com a variação vertical) seja devidamente considerado.-O gradiente hidráulico de percolação da água nos solos:푖=ℎ퐿(2)Onde: i = gradiente hidráulico (a relação linear que expressa a diferença de potencial entre dois pontos divididos pela distância entre esses dois pontos, ou seja, a taxa de dissipação da carga total em função da distância percorridapela água); h = carga que se dissipa durante a percolação da água no solo; L = distância nas camadas de solo ao longo da qual a carga se dissipou.Tem-se também que:푣=푘.푖(3)Onde: v = velocidade de percolação da água no solo; k = coeficiente de permeabilidade do solo; i = gradiente hidráulico do soloDas duas primeiras equações anteriores (1 e 2), obtém-se que:푄=푘.푖.퐴(4)Onde: Q = vazão de percolação da água nos solos; k = coeficiente de permeabilidade (uma constante, definida para cada tipo de solo); i = gradiente hidráulico; A = área do solo considerada para o estudo da percolação.-Velocidade de percolação da água nos solos:푣=푘.푖(5)Onde: v = velocidade de percolação da água nos solos; k = coeficiente de permeabilidade do solo; i = gradiente hidráulico.

-Força de percolação da água nos solos:퐹=∆ℎ.훾푤.퐴(6)Onde: F = força de percolação da água no solo (a força de arraste que a água exerce sobre as partículas sólidas do solo ao percolar o maciço terroso); Δh = perda de carga; ɣw= peso específico da água; A = área da seção transversal do solo.Essa força de percolação pode ser reescrita como uma força unitária (força de percolação por unidade de volume do solo), quando o fluxo de água no solo é considerado uniforme. A fórmula acima (6), ganha então o seguinte aspecto:푗=∆ℎ.훾푤퐿=푖.훾푤(7)Onde: j = força de percolação da água no solo por unidade de volume; Δh = perda de carga; ɣw= peso específico da água; L = espessura da camada de solo considerada; i = gradiente hidráulico.A partir do estudo da força de percolação da água no solo, também é possível se reconhecer as noções de gradiente crítico (icrít.), que é o gradiente a partir do qual a força de percolação da água no solo se torna maior que a tensão efetiva do solo (a capacidade que os grãos do solo possuem em permanecer juntos). Essa situação, quando ocorre em solos arenosos, provoca fenômenos de grande importância para a engenharia civil no que tange ao comportamento mecânico dos solos, tais como a areia movediça, o pippinge o levantamento de fundo (também denominado levantamento hidráulico ou ruptura hidráulica), fenômenos estes que precisam ser evitados.Para que se evitem fenômenos como estes, é comum o uso de filtros de proteção, que são camadas de solo de granulação mais grosseira (areias, pedregulho), que servem para diminuir o gradiente hidráulico de forma que ele deixe de ser considerado crítico (em outras palavras, filtros de proteção drenam a água dos solos com maior facilidade, ao mesmo tempo em que confinam as partículas sólidas do solo que poderiam ser carreadas pela ação dessa água).Como vimos anteriormente, esses filtros de proteção devem obedecer duas condições básicas, conhecidas como critérios de Terzaghi, que correspondem aos fatos de que o solo utilizado como filtro