Capilaridade nos solos

6.897 visualizações

Publicada em

Capilaridade nos solos

Publicada em: Engenharia
0 comentários
2 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
6.897
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
3
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
162
Comentários
0
Gostaram
2
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Capilaridade nos solos

  1. 1. PERCOLAÇÃO E ADENSAMENTO NOS SOLOS 1° PERIODO DE 2014 Capilaridade nos solos e suas implicações na Engenharia Civil Cristian Yair Soriano Camelo Universidade Federal do Rio de Janeiro Departamento de Engenharia Civil cysorianoc@unal.edu.co Abstract: This document presents a brief description of the mechanism of capillarity as physical phenomenon of fluids, taken from a literature review with particular interest in the water, the object of analysis in this course. Problems and implications that can occur in civil engineering projects in terms of the consideration of negative pore pressures are then posed. Finally a mitigation measure of capillarity and the respective findings of this literature review are presented Keywords: Capillarity, Pore pressures, Civil Engineering. 1 Capilaridade nos solos Capilaridade é um exemplo do mecanismo de tensão superficial nos líquidos. Basicamente o processo de capilaridade é resumido pelo fato de que a água pode ser elevada e mantida a certa altura da linha de pressão atmosférica num tubo capilar de pequeno diâmetro. 1.1 Mecanismo da capilaridade A capilaridade é uma combinação de forças de adesão e coesão. Há substancias sólidas que têm uma superfície eletronegativa e atraem o oxigeno na parte eletropositiva das moléculas de água. Os efeitos da adesão (atração das moléculas de agua, neste caso por uma superfície sólida) são maiores do que a atração entre as moléculas de água (coesão). Por isso, é possível que a agua possa ascender ao longo da superfície sólida do tubo capilar; na interfase água, ar e superfície sólida, forma-se um angulo menor que 90° ( Figura 1) . Figura 1. Efeitos capilares da coesão e adesão ( Shames, 1995). Olhando de uma forma mais cuidadosa, há uma série de forças que actuam sobre a coluna de água capilar, conforme mostrado na Figura 2. Figura 2. Forças atuantes numa coluna de agua capilar ( Kovacs, 1981). Onde, W = peso da coluna de água T = Tensão superficial Patm = Pressão atmosférica a = angulo do menisco na interfase água, superfície sólida e ar Na figura 2 é apresentada a distribuição das pressões na coluna de agua capilar, acima do nível de pressão atmosférica, as pressões são negativas, embaixo deste nível as pressões são hidrostáticas positivas. Em consequência, as pressões de poros em qualquer elevação da coluna de água são o produto da altura medida desde o nível de agua sob pressão atmosférica ( nível freático em solos ) e seu peso específico. No caso dos solos, a capilaridade produz uma elevação da agua acima do nível freático. A altura que pode ser atingida é inversamente proporcional ao
  2. 2. 2 tamanho das aberturas dos sólidos na interface ar- água. No Quadro 1, apresentam-se resultados de ensaios de capilaridade e as faixas de alturas que podem ser atingidas por diferentes solos não coesivos. Quadro 1. Ensaios de capilaridade (Lane e Washburn, 1946). 2. Implicações na Engenharia Civil da capilaridade nos solos Em solos expansivos e colapsíveis, que estão acima do nível freático, ocorrem pressões de poros negativas e se o balanço de entrada e saída da água permanece constante, os problemas de expansão e colapso não estão presentes. No entanto, se existirem alterações no conteúdo de umidade no solo, serão produzidas mudanças nas pressões de poros, aumentos do volume nos solos expansivos e diminuição do volume nos solos colapsíveis. 2.1 Problemas de compactação Alguns solos como siltes não plásticos, areias muito finas, quando se compactam em áreas onde o nível freático é alto, atraem agua capilar à superfície e tornam-se friáveis com a perda quase total de sua resistência. 2.2 Rachaduras em aterros Em locais com forte ação climática (longas temporadas de chuvas seguidas de temporadas secas), é possível imaginar que no final da estação, os materiais do aterro tenham um alto conteudo de agua pela ação combinada dos efeitos naturais e a capilaridade, de modo que quando começar a estação seca seja produzida uma forte evaporação do solo exposto, que ocorrera principalmente nos taludes de corte do aterro gerando contrações volumétricas e rachaduras longitudinais ( Figura 3 ). Figura 3. Rachaduras longitudinais na Rodovia Apasco Irapuato (Rico y Del Castillo, 1995) 2.3 Aumento da tensão efetiva As poro-pressões negativas ocorrem na zona capilar, por tanto, aumentam as tensões efetivas, melhorando as condições de estabilidade. Não obstante, as contribuições em termos de resistência ao cisalhamento das pressões negativas acima do nível freático não são consideradas, assumindo que elas são iguais a zero. As dificuldades associadas com a medição das poro- pressões negativas e sua incorporação nos análises de estabilidade, são as principais razões para esta prática. É bastante razoável supor que as pressões negativas são zero em situações nas que a maior parte da superfície de deslizamento esta sob o nível freático. No entanto, há casos nos quais é importante ter em consideração as poro-pressões negativas, como quando o nível de água é mais profundo e não há a certeza da localização da superfície de deslizamento (Figura.4). Além disso, as poro-pressões negativas devem ser consideradas em estudos de “back analysis” quando se deseja analisar menanismos falha em encostas de solos secos ou parcialmente saturados.
  3. 3. Figura 4. Talude com nível freático profundo (Fredlund e Rahardjo, 1993). 2.4 Elevações do nível freático sob lagoas de retenção de resíduos (Mounding) Materiais residuais de operações mineiras e industriais são armazenados como líquidos em diques de baixo nível. Os locais ideais para estas estruturas são aqueles que têm solos onde o nível freático é profundo. Não obstante, os solos acima do nível freático têm poro-pressões negativas e podem estar parcialmente saturados ( figura 5). Muitas vezes tem sido assumido que, enquanto as poro-pressões, mantenham-se negativas, há pouco ou nenhum movimento de fluidos para baixo a partir da lagoa de retenção. No entanto, nos últimos anos, tem- se observado que podem ocorrer elevaçoes do nível freático embaixo da lagõa, mesmo que os solos intermédios estejam não saturados. Por tanto, grandes quantidades de residuos de contaminantes das aguas podem percolar ao longo dos solos, embora as pressões de poros negativas sejam mantidas. Figura 5. Exemplo de elevações do nível freático pela percolação ao longo de um solo não saturado. 3 Conclusões  Os exemplos mostrados acima mostram que há muitas situações práticas que envolvem solos não saturados que precisam de um conhecimento das condições de percolação, câmbios de volume e características de resistência ao cisalhamento.  Os câmbios da resistência ao cisalhamento nos solos geralmente traduzem mudanças nos fatores de segurança.  Em casos de taludes, as poro-pressões negativas produzem sucção, aumentando as tensões efetivas.  Os tipos de problemas nos quais as poro- pressões negativas têm ganhado maior atenção são aqueles que têm relação com argilas expansivas. Referências Bibliográficas [1] Shames, Irving H. Mecánica de Fluidos. ( Mc Graw Hill, 1995), pp 24. [2] Lambe William. Soil Mechanics (Jhon Wiley and Sons, 1969), pp 245, 246. [3] Fredlund D.G, Rahardjo H. Soil Mechanics for Unsaturated Soils (Jhon Wiley and Sons, 1993), pp 3, 6. [4] Charles WW, Menzies B. Advanced Soil Mechanics and Engineering (Taylor and Francis, 2007), pp 207). [5] Kovacs W.D, Holtz R. An introduction to geotechnical engineering (Prentice Hall, 1981), pp 168, 169.

×