Água no Solo: Considerações Iniciais e Aplicações na Engenharia

ÁGUA NO SOLO aula 1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS SOBRE A ÁGUA NO SOLO PERMEABILIDADE FLUXO UNIDIMENSIONAL TENSÕES DE PERCOLAÇÃO então vamos em frente ZONA NÃO SATURADA FRANJA CAPILAR ZONA DE UMIDADE DO SOLO ZONA INTERMEDIÁRIA NÍVEL FREÁTICO ZONA SATURADA RIO OU LAGO CONSIDERAÇÕES INICIAIS SOBRE A ÁGUA NO SOLO PERMEABILIDADE FLUXO UNIDIMENSIONAL TENSÕES DE PERCOLAÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS Muitas vezes a água ocupa a maior parte da totalidade dos vazios do solo Muitas vezes a água ocupa a maior parte da totalidade dos vazios do solo Para que a água se desloque no interior do solo o que deve ocorrer Muitas vezes a água ocupa a maior parte da totalidade dos vazios do solo Para que a água se desloque no interior do solo o que deve ocorrer DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE DOIS PONTOS Muitas vezes a água ocupa a maior parte da totalidade dos vazios do solo Para que a água se desloque no interior do solo o que deve ocorrer DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE DOIS PONTOS Passaremos a estudar a migração da água e as tensões provocadas por ela Muitas vezes a água ocupa a maior parte da totalidade dos vazios do solo Para que a água se desloque no interior do solo o que deve ocorrer DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE DOIS PONTOS Passaremos a estudar a migração da água e as tensões provocadas por ela O estudo da PERCOLAÇÃO da água nos solos aplicase em muitas situações da ENGENHARIA APLICAÇÕES NA ENGENHARIA DO ESTUDO CONSIDERAÇÕES INICIAIS APLICAÇÕES NA ENGENHARIA DO ESTUDO DA PERCOLAÇÃO OU PERMEABILIDADE No cálculo das vazões na estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação ou na perda de água do reservatório da barragem APLICAÇÕES NA ENGENHARIA DO ESTUDO DA PERCOLAÇÃO OU PERMEABILIDADE No cálculo das vazões na estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação ou na perda de água do reservatório da barragem Na análise de recalques porque frequentemente recalque está relacionado com diminuição de índice de vazios que ocorre pela expulsão de água destes vazios CONSIDERAÇÕES INICIAIS APLICAÇÕES NA ENGENHARIA DO ESTUDO DA PERCOLAÇÃO OU PERMEABILIDADE No cálculo das vazões na estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação ou na perda de água do reservatório da barragem Na análise de recalques porque frequentemente recalque está relacionado com diminuição de índice de vazios que ocorre pela expulsão de água destes vazios Nos estudos de estabilidade geral da massa de solo porque a tensão efetiva que comanda a resistência do solo depende da pressão neutra que por sua vez depende das tensões provocadas pela percolação da água CONSIDERAÇÕES INICIAIS APLICAÇÕES NA ENGENHARIA DO ESTUDO DA PERCOLAÇÃO OU PERMEABILIDADE No cálculo das vazões na estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação ou na perda de água do reservatório da barragem Na análise de recalques porque frequentemente recalque está relacionado com diminuição de índice de vazios que ocorre pela expulsão de água destes vazios Nos estudos de estabilidade geral da massa de solo porque a tensão efetiva que comanda a resistência do solo depende da pressão neutra que por sua vez depende das tensões provocadas pela percolação da água Possibilidades da água de infiltração produzir erosão e consequentemente o arraste de material sólido no interior do maciço piping CONSIDERAÇÕES INICIAIS CONSIDERAÇÕES INICIAIS Conceitos básicos que se apoia CONSIDERAÇÕES INICIAIS Conceitos básicos que se apoia O ESTUDO DOS FENÔMENOS DE FLUXO DE ÁGUA EM SOLOS CONSIDERAÇÕES INICIAIS Conceitos básicos que se apoia O ESTUDO DOS FENÔMENOS DE FLUXO DE ÁGUA EM SOLOS CONSERVAÇÃO DA ENERGIA BERNOULLI CONSIDERAÇÕES INICIAIS Conceitos básicos que se apoia O ESTUDO DOS FENÔMENOS DE FLUXO DE ÁGUA EM SOLOS CONSERVAÇÃO DA ENERGIA BERNOULLI PERMEABILIDADE DOS SOLOS LEI DE DARCY CONSERVAÇÃO DE MASSA CONSIDERAÇÕES INICIAIS Conceitos básicos que se apoia O ESTUDO DOS FENÔMENOS DE FLUXO DE ÁGUA EM SOLOS CONSERVAÇÃO DA ENERGIA BERNOULLI PERMEABILIDADE DOS SOLOS LEI DE DARCY CONSERVAÇÃO DE MASSA CONSIDERAÇÕES INICIAIS CONSIDERAÇÕES INICIAIS areía CONSIDERAÇÕES INICIAIS Olhando a figura constatase Olhando a figura constatase A areia ocupa a altura L no permeâmetro Olhando a figura constatase Olhando a figura constatase A areia ocupa a altura L no permeâmetro A areia está submetida a uma coluna z de água Há fluxo Não há fluxo pois o nível da água na bureta que alimenta a parte inferior do permeâmetro está no mesmo nível mesma cotaL da água no permeâmetro Não há fluxo pois o nível da água na bureta que alimenta a parte inferior do permeâmetro está no mesmo nível mesma cotaL da água no permeâmetro Vamos traçar o diagrama de pressões ou tensões totais e neutras ao longo da profundidade CONSIDERAÇÕES INICIAIS σ u CONSIDERAÇÕES INICIAIS CONSIDERAÇÕES INICIAIS CONSIDERAÇÕES INICIAIS CONSIDERAÇÕES INICIAIS ÁGUA NO SOLO aula 1 LEI DE DARCY Considerese que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação Considerase que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação Considerase que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação Considerase que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por continua alimentação LEI DE DARCY formulada experimentalmente em 1850 pelo Eng Henry Darcy Image of a person Image of a person LEI DE DARCY Considerase que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação A água percolará pela areia e vertirá livremente pela borda do permeâmetro LEI DE DARCY formulada experimentalmente em 1850 pelo Eng Henry Darcy LEI DE DARCY Considerase que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação A água percolará pela areia e vertirá livremente pela borda do permeâmetro LEI DE DARCY formulada experimentalmente em 1850 pelo Eng Henry Darcy Q k h L A Considerese que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação A água percolará pela areia e vertirá livremente pela borda do permeâmetro LEI DE DARCY formulada experimentalmente em 1850 pelo Eng Henry Darcy Q k h L A onde Q vazão A área do permeâmetro k uma constante para cada solo que recebe o nome de coeficiente de permeabilidade Considerese que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação A água percolará pela areia e vertirá livremente pela borda do permeâmetro LEI DE DARCY formulada experimentalmente em 1850 pelo Eng Henry Darcy A relação h a carga que dissipa na percolação por L distância de percurso onde a carga se dissipa chamase de Considerese que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação A água percolará pela areia e vertirá livremente pela borda do permeâmetro LEI DE DARCY formulada experimentalmente em 1850 pelo Eng Henry Darcy A relação h a carga que dissipa na percolação por L distância de percurso onde a carga se dissipa chamase de GRADIENTE HIDRÁULICO i Considerase que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação A água percolará pela areia e vertirá livremente pela borda do permeâmetro LEI DE DARCY formulada experimentalmente em 1850 pelo Eng Henry Darcy A relação h a carga que dissipa na percolação por L distância de percurso onde a carga se dissipa chamase de GRADIENTE HIDRÁULICO i Considerase que o nível dágua na bureta seja elevado e se mantenha na nova cota por contínua alimentação A água percolará pela areia e vertirá livremente pela borda do permeâmetro LEI DE DARCY formulada experimentalmente em 1850 pelo Eng Henry Darcy A relação h a carga que dissipa na percolação por L distância de percurso onde a carga se dissipa chamase de GRADIENTE HIDRÁULICO i Depreendese da equação ao lado que k é a velocidade de percolação quando i 1 ÁGUA NO SOLO aula 1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS SOBRE A ÁGUA NO SOLO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE Professor Carlos Alberto Simões Pires Wayhs Eng Civil Doutorando e Mestre em Geotecnia PPGECUFRGS MBA em Gestão de Negócios da Construção Civil FGV COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE Água no solo determinação de k DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE a PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE É uma repetição da experiência de Darcy porém com fluxo contrário Mantida a carga h durante um certo tempo a água percolada é colhida e seu volume é medido Conhecidas Q e as características geométricas L e A calculase o valor de k diretamente pela Lei de Darcy DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE Água no solo determinação de k DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE b PERMEÂMETRO DE CARGA VARIÁVEL Quando k é muito baixo empregase o permeâmetro de carga variável pois o de carga constante é pouco preciso Verificase o tempo que a água na bureta superior leva para baixar da altura inicial hi à altura final hf Para um instante t qualquer a partir do início do ensaio a carga é h e o gradiente hL Então a vazão Q será Q k hL A A vazão da água passando pelo solo é igual à vazão da água que passa pela bureta então Q adhdt Sendo a a área da bureta e adh o volume que escorregou no tempo dt O sinal negativo é devido ao fato de h diminuir com o tempo NORMA BRASILEIRA ABNT NBR 13292 Segunda edição 03022021 Versão corrigida 21092021 Solo Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares à carga constante Soil Determination of the coefficient of permeability from granular soils at constant head Água no solo determinação de k NORMA BRASILEIRA ABNT NBR 14545 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE Água no solo determinação de k DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE c ENSAIOS DE CAMPO Ensaio em sondagem Ao encher o tubo de revestimento de água em uma sondagem de simples reconhecimento mantendose o nível e medindose a vazão podese calcular o coeficiente de permeabilidade do solo Para isto é preciso conhecer diversos parâmetros altura livre da perfuração não envolve pelo tubo de revestimento posição do nível de água espessura das camadas etc Também é necessário o conhecimento de teorias sobre o escoamento da água através de perfurações SONDA GEM SPT Água no solo determinação de k DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE c ENSAIOS DE CAMPO Procedimento da norma NBR 139691997 Tanques Sépticos O ensaio para estimar a capacidade de percolação descrito aqui deve ser feito cuidadosamente tendo em mente que conforme o modo de execução pode resultar em valores bastante distintos para um mesmo tipo de solo A época de execução do ensaio é também fator que influencia nos resultados O ensaio deve ser precedido de uma etapa preliminar para simular a condição de solo saturado condição crítica no sistema de absorção Apesar da imprecisão este ensaio é o mais simples que se conhece e desde que seja utilizado em conjunto com os ensaios de tato e visual do solo pode ser instrumento útil para avaliação da capacidade de infiltração do solo Em virtudes dos parâmetros envolvidos os ensaios de campo são menos precisos que os de laboratório Os ensaios de laboratório são precisos no que se refere à amostra ensaiada mas muitas vezes as amostras não são bem representativas do solo Anexo A normativo Procedimento para estimar a capacidade de percolação do solo K A1 Para a vala de infiltração O ensaio para estimar a capacidade de percolação de solo deve ser feito cuidadosamente tendo em mente que conformem os elementos envolvidos os valores bastante distintos para um mesmo tipo de solo A época de execução do ensaio e também fator que influencia nos resultados do ensaio O ensaio deve ser precedido de uma etapa preliminar para simular a situação do solo saturado condição crítica no sistema de absorção Apesar do impresso este ensaio não estimativas que se conhece onde deve ser utilizado um conjunto com os ensaios de taxa de percolação pois será muito útil para avaliação de capacidade de infiltração do solo O nível máximo do aquifero na área deve ser considerado antecipadamente A11 Os instrumentos necessários para se proceder ao ensaio são os seguintes relógio cronometro régua trado com profundidade de 150 mm disposição para medir o nível dágua na cava conforme ilustrado na figura 1B6 A12 Os procedimentos a serem seguidos são os seguintes a o nível medido de água deve ser no mínimo 3 ponto ou seja 15 cm de altura na cava b com o trado de 150 mm escavar uma cavertículo na medida em que a execução do ensaio das valas NOTA Ele deve estar nivelado não como 15 mm c referir ao material solto no fundo da cava e cobrir o orifício com uma camada de 05 mm d determinar a taxa de percolação como a seguir colocar 015 m de água na cava acima cuidando para que durante o ensaio não sejam menos de 015 m e medir a taxa de percolação da cava estabelecendo o nível entre as medições necessárias f antes de prosseguir até que se obtenha o nível mínimo o que não deve ser inferior a 10 min depois obter a níveis o valor da taxa da água de 10 min dividindoos e observando o que deve ser obtido g a medida do tempo onde a água colocada se infiltra na cavidade que as medições dividindoas pelo total foi obtido Assim não menos de 30 min e que o nivelamento da taxa de percolação da área é utilizado o área necessária para o total de dias é de 50 m² dividindo o valor da taxa máxima de aplicação diária