02 capitulo 7b - fluxo nao saturado (1)

7/23/2019 02 Capitulo 7B - Fluxo Nao Saturado (1)

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Mecânica dos Solos II

Prof. Gilson Gitirana Jr.

Fluxo em Solos Não Saturados

Bibliografia em português: pouca Em inglês: FREDLUND & RAHARDJO (1993)

Esta aula deve ser seguida com atenção e notasdevem ser tomadas

Questionário sobre o assunto desta aula serádisponibilizado

A próxima aula servirá para revisão de todo o

assunto da prova, incluindo o conteúdo desta aula

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Definição de Solos Não Saturados

Associação entre os raios dos meniscos capilares com a sucçãoem um solo não saturado

Definição

Solos com grau de saturaçãoabaixo de 100%

Solos com presença de ar nosporos

Presença de ar e água no solo: formação demeniscos

Quanto menores as partículas e quanto menora quantidade de água no solo, menor o raiodos meniscos

Raios menores indicam maior diferença entre apressão interna e externa ao menisco

Esta diferença é a sucção matricial

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A água em Solos Não Saturados

Condição das fases de um solo

Definição

Solos com grau de saturaçãoabaixo de 100%

Solos com presença de ar nosporos

Condição das fase no solo

S = 100%: fase água contínua

S > 85%: fase água contínua efase ar descontínua (bolha de aroclusas)

Sres < S < 85%: fases ar e águacontínuas: fluxo independentes de

ambas as fases S < Sres: fase ar contínua e faseágua descontínua (água imóvel)

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Perfil de poropressão de água

Influência das condições atmosféricas no perfil de poro-pressão

Perfil de poro-pressão

Linha freática:

Função das condiçõesatmosféricas, geológicas, tipode solo

Flutuações ao longo do ano

Poro-pressão negativa:

Ausência de fluxos nasuperfície: condiçãohidrostática

Infiltração: redução dasucção na superfície

Evaporação: aumento dasucção na superfície

Transpiração das plantas:verificar profundidade dasraízes

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Curva característica solo-água

Perfil de umidade

Perfil de umidade

Curva característica:

Relação entre a umidade e asucção do solo

Histerese: diferenças entre atrajetória de molhagem e de

secagem

Curva característica solo-agua

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Curva característica solo-água

Curvas características solo-agua para vários tipos de solos

É a mais importante propriedade deum solo não saturado

Pode ser expressa em termos de:

Grau de saturação

Umidade (gravimétrica)

Umidade volumétrica Função da distribuição de tamanhode poros e do tipo de mineral

Pontos interessantes:

Umidade de saturação

Valor de entrada de ar

Condição residual

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Variáveis de tensão paraSolos Não Saturados

Variáveis de tensão do solo

Solos saturados

Tensões efetivas

Solos não saturados

Duas variáveis independentes

1- Tensão total líquida

2- Sucção matricial Essas duas variáveis detensão de reduzem à tensãoefetiva quando a sucção tende àzero

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A sucção causa fluxo?

Gradientes de pressão e de sucção através de um elemento de solo

Resposta: NÃO Quem causa fluxo de água,mesmo no solo não saturado, é ogradiente de carga hidráulica

O fluxo de água podeacontecer de forma independente

ao fluxo de ar Os exemplos ao lado ilustramcomo os fluxos de ar e água sãoindependentes

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Carga hidráulica

Conceito de carga hidráulica para solos saturados e não saturdados

Piezômetro: mede cargahidráulica quandoporopressão é positiva

Tensiômetro: mede cargahidráulica quandoporopressão é negativa

A definição original de cargahidráulica permanece válida para solos saturados.

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Lei de D’arcy para Solos Não Saturados

A Lei de D’arcy permanece válida

A permeabilidade, no entanto, passa à ser função da quantidade de águaarmazenada no solo

vy é a velocidade de fluxo de D’arcy

k( ) é a função de condutividade hidráulica

h é a carga hidráulica

y

hk v w

y

w

y

)(q

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Função de permeabilidade

Relação entre a permeabilidade e a quantidade deágua no solo

Função de permeabilidade é a relaçãoentre a permeabilidade do solo e a sucção

A água só passa por onde tem água.Ou seja: a secção de fluxo é reduzidacom o aumento da sucção

A tortuosidade do fluxo aumenta com

o aumento da sucção Escala bi-log é comumente adotada

A permeabilidade começa a diminuirapenas a partir do ponto em que aquantidade de água começa a diminuir

Este ponto é conhecido como valor

de entrada de ar A taxa de diminuição da permeabilidade éproporcional à taxa com que o solo seca

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Função de permeabilidade

Relação entre a permeabilidade e a quantidade deágua no solo

A curva característica de areia e argilassão distintas

A areia tem geralmente um valor deentrada de ar muito menor e perde água deforma mais vertiginosa com o aumento dasucção

Apesar a permeabilidade da arei saturadaser maior que a da argila, para baixosvalores de sucção a argila ainda mantém suapermeabilidade, enquanto que a areia perdede forma considerável

Sucção

Sucção

P e r m e a b i l i d a d e

G

r a u d e s a t u r a ç ã o

Argila

Argila

Areia

Areia

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