A Mecânica dos Solos

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- Água de Constituição

É a água presente na própria composição química das partículas sólidas.

- Vapor

O vapor existe nos poros que contem ar. Ele pode passar para fase líquida e vice-versa, conforme varie a temperatura.

- Água higroscópica/adsorvida

É a quantidade máxima de água, em percentagem, que o solo é capaz de absorver da atmosfera, em forma de vapor, e mater em equilíbrio com o ambiente. Não se movem, nem por capilaridade e nem por gravidade, somente se movimentam sob a forma de vapor d’água.

Esta água, forma uma camada muito fina e que fica tão aderida ao grão, que para sua retirada é necessário o aquecimento acima de 100 graus centígrados. O solo que possui apenas água higroscópica é um solo aparentemente seco.

A água adsorvida adera às particulas dos solos finos devido a ação de forças elétricas desbalanceadas na superfície argilo-minerais. Está submentida a grande pressões, comportando-se como sólido na vizinhança da partícula de solo.

- Fatores que influenciam no valor de “K”

- Indice de Vazios

A equação de Taylor correlaciona o coeficiente de permeabilidade com o índice de vazios do solo. Quanto mais fofo o solo, mais permeável ele é. Quanto maior for o indice de vazios, maior é o K.

- Temperatura

Quanto maior for a temperatura, menor a viscosidade da água e, portanto, mais facilmente ela escoa pelos vazios do solo com correspondente aumento do coeficiente de permeabilidade. Logo, k é inversamente proporcional à viscosidade da água.

- Estrutura do Solo

A combinação de forças de atração e repulsão entre as partículas resulta a estruturas dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e as forças entre elas. A amostra com estrutura dispersa terá uma permeabilidade menor que a floculada.

- Grau de Saturação

O coeficiente de permeabilidade de um solo não saturado é menor do que o que ele apresentaria se estivesse totalmente saturado. Essa diferença não pode, entretanto ser atribuída exclusivamente ao menor índice de vazios disponível, pois as bolhas de ar existentes, contidas pela tensão superficial da água, são um obstáculo para o fluxo. Entretanto, essa diferença não é muito grande.

- Estratificação do Terreno

Em virtude da estratificação do solo, os valores de k são diferentes nas direções horizontal e vertical. A permeabilidade média do maciço depende da direção do fluxo em relação à orientação das camadas.

- Composição mineralógica

Ex: Argilas moles que são constituídas, predominantemente, de argilo-minerais (caulinitas, ilitas e montmorilonitas) possuem um valor de “k” muito baixo, que varia de 10-7 a 10-8 cm/s.

Solos arenosos constituído principalmente, de minerais silicosos (quartzo) o valor de “k” é da ordem de 1,0 a 0,01cm/s.

- Granulometria

Ex: Solos pedregulhosos sem finos (diâmetro > 2mm), k>0,01cm/s; Solos finos (diâmetro

- Relações empíricas de Terzaghi e Hazen para conhecimento de “K”

Fazendo-se o uso da teoria de adensamento e da teoria da consolidação unidirecional de Terzaghi, pode-se estimar o coeficiente de permeabilidade do solo por meio da equação de número (1). Nesta equação, av é o coeficiente de compressibilidade do solo (expresso em termos de m2 /kN), Cv é o seu coeficiente de adensamento (expresso em termos de m2 /s), γw é o peso específico da água, (expresso em termos de kN/m3 ) e eo é o índice de vazios inicial da amostra. Neste caso, k é expresso em m/s.

Os solos granulares podem ter o seu coeficiente de permeabilidade estimado utilizando-se os resultados de ensaios para a determinação de sua granulometria. Para estes solos, uma boa indicação do coeficiente de permeabilidade é dada pela equação de Hazen (2), a qual correlaciona o coeficiente de permeabilidade do solo com o diâmetro efetivo (d10) de sua curva granulométrica. Esta equação, proposta por Hazen (1911), deve ser usada somente para os casos de areia e pedregulho, com pouca ou nenhuma quantidade de finos. Para k expresso em cm/s e o diâmetro efetivo expresso em cm, temos 90

1.7 Lei de Bernoulli

A água ocupa a maior parte ou a totalidade dos vazios do solo e quando submetidas a diferenças de potenciais, ela se desloca no seu interior. Para tal estudo, foi desenvolvido por Bernoulli o conceito de energia total de um fluido.

A equação (3) apresenta a proposta de Bernoulli para representar a energia total em um ponto do fluido, expressa em termos da razão energia/peso. A energia total ou carga total é igual à soma de três parcelas: (carga total = carga altimétrica + carga piezométrica + carga cinética). Onde, htotal é a energia total do fluido; z é a cota do ponto considerado com relação a um dado referencial padrão (DATUM); u é o valor da pressão neutra; v é a velocidade de fluxo da partícula de água e g é o valor da aceleração da gravidade terrestre, geralmente admitido como sendo igual a 10 m/s2.

1.8 Cargas Hidráulicas

Para a determinação da permeabilidade, métodos de ensaio de condutividade hidráulica são nomeados em função do sistema de aplicação de carga hidráulica, que podem ser do tipo: carga constante, carga variável e vazão constante.

A energia mecânica total por unidade do peso do fluido h (também designada por carga hidráulica ou carga total) é expressa pela equação de Bernoulli, citada no item anterior.

1.9 Força de Percolação

Ocorrendo movimento de água através de um solo, ocorre uma transferência de energia da água para as partículas do solo, devido ao atrito viscoso que se desenvolve. A energia transferida é medida pela perda de carga e a força correspondente a essa energia é chamada de força de percolação. A força de percolação atua nas partículas tendendo a carregá-las, consequentemente, é uma força efetiva de arraste hidráulico que