Com base no conteúdo ministrados durante as aulas, analise os fatores que interferem no coeficiente de permeabilidade dos solos. Em seguida:
a) Utilizando a equação de Taylor (1948), estime o coeficiente de permeabilidade
de uma areia fina com os seguintes parâmetros:
- Diâmetro médio dos grãos:
- Índice de vazios: e=0,6;
- Coeficiente de forma:
.
b) Reflita, com base em pelo menos duas fontes científicas (artigo científico), sobre como a estratificação do solo e o grau de saturação podem interferir na drenagem e na estabilidade de obras de engenharia geotécnica.
a) Utilizando a equação de Taylor (1948), estime o coeficiente de permeabilidade
b) Reflita, com base em pelo menos duas fontes científicas (artigo científico), sobre como a estratificação do solo e o grau de saturação podem interferir na drenagem e na estabilidade de obras de engenharia geotécnica.
Passo 1
O enunciado pede para primeiro identificarmos os principais fatores que influenciam o coeficiente de permeabilidade
de um solo e, em seguida, estimarmos
para uma areia fina usando a equação de Taylor (1948) com os parâmetros
,
e
. Por fim, devemos refletir sobre como a estratificação do solo e o grau de saturação interferem na drenagem e na estabilidade de obras, citando pelo menos duas fontes científicas.
Passo 2
Os fatores mais relevantes que interferem em
são:
– Tamanho e distribuição dos grãos: solos mais grosseiros (maior diâmetro) têm canais de fluxo maiores e, portanto, maior permeabilidade.
– Índice de vazios : quanto maior
, maior o espaço poroso e, em geral, maior
.
– Forma e aspereza dos grãos: grãos angulosos ou rugosos criam trajetórias de fluxo mais tortuosas, reduzindo ; é por isso que entra o coeficiente de forma
.
– Viscosidade do fluido e peso específico do fluido: águas mais viscosas ou de densidade diferente alteram a velocidade de escoamento.
– Grau de saturação: em solos não saturados, a presença de ar diminui drasticamente a permeabilidade.
– Estrutura e estratificação: camadas distintas podem criar anisotropia do fluxo, com caminhos preferenciais.
– Tamanho e distribuição dos grãos: solos mais grosseiros (maior diâmetro) têm canais de fluxo maiores e, portanto, maior permeabilidade.
– Índice de vazios
– Forma e aspereza dos grãos: grãos angulosos ou rugosos criam trajetórias de fluxo mais tortuosas, reduzindo
– Viscosidade do fluido e peso específico do fluido: águas mais viscosas ou de densidade diferente alteram a velocidade de escoamento.
– Grau de saturação: em solos não saturados, a presença de ar diminui drasticamente a permeabilidade.
– Estrutura e estratificação: camadas distintas podem criar anisotropia do fluxo, com caminhos preferenciais.
Passo 3
A equação de Taylor (1948) simplificada para fluxo em meio poroso saturado é dado por
onde assumimos água a
com
e
. Substituindo:
Logo,
Passo 4
A estratificação do solo cria camadas com permeabilidades diferentes, gerando anisotropia hidráulica e fluxos preferenciais ao longo de camadas mais permeáveis. Bear (1972) em “Dynamics of Fluids in Porous Media” mostra que em meios estratificados o escoamento tende a ocorrer majoritariamente nas camadas de maior
, reduzindo uniformidade na drenagem e podendo causar concentrações de pressão de poro. Freeze & Cherry (1979) em “Groundwater” reforçam que descontinuidades entre camadas podem produzir bolsões de água confinada, afetando o comportamento global de estabilidade em obras como taludes e barragens.
Passo 5
O grau de saturação controla a permeabilidade efetiva em solos parcialmente saturados. Fredlund & Xing (1994) no “Canadian Geotechnical Journal” estabelecem relações entre curva de retenção de água e condutividade hidráulica não saturada, mostrando que
decresce exponencialmente à medida que a saturação diminui. Lu & Likos (2004) em “Unsaturated Soil Mechanics” detalham que a sucção matricial aumenta a coesão aparente, alterando não só a drenagem mas também os parâmetros de resistência ao cisalhamento, fundamentais para a estabilidade de obras geotécnicas.
Resposta
a)
b) A estratificação gera anisotropia hidráulica e concentrações de pressão de poro ao longo de camadas mais permeáveis (Bear, 1972; Freeze & Cherry, 1979). Já o grau de saturação reduz drasticamente a condutividade em solos não saturados, afetando tanto a drenagem quanto a resistência ao cisalhamento e a estabilidade de taludes e fundações (Fredlund & Xing, 1994; Lu & Likos, 2004).
b) A estratificação gera anisotropia hidráulica e concentrações de pressão de poro ao longo de camadas mais permeáveis (Bear, 1972; Freeze & Cherry, 1979). Já o grau de saturação reduz drasticamente a condutividade em solos não saturados, afetando tanto a drenagem quanto a resistência ao cisalhamento e a estabilidade de taludes e fundações (Fredlund & Xing, 1994; Lu & Likos, 2004).