Permeabilidade dos solos

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ÁGUA NOS SOLOS
Introdução
Água nos solos:
água de constituição molecular
água adsorvida
NA

água capilar
água livre

franja capilar

Capilaridade
– Tensão superficial da água
Comportamento diferenciado da água na superfície em contato com o ar →
orientação das moléculas

Tensão superficial (T) - trabalho necessário
paraaumentar a superfície do líquido de
uma unidade infinitesimal de área
Tensão superficial da água a 20oC
→ 0,073 Nm/m2

– A teoria do tubo capilar
No contato com outras superfícies (líquidas ou sólidas) as forças químicas de
adesão geram uma curvatura na superfície livre da água → f(tipo de
material e grau de limpeza)

α
α
vidro limpo α ≈ 0

vidro c/ impurezas α< 40o

mercúrio α >140o



   
   

ÁGUA NOS SOLOS
Em função da superfície curva, ocorre uma diferença nas pressões externa e
interna da superfície ar-água.
A diferença de tensões é equilibrada pela resultante da tensão superficial.
curvatura ↑ → diferença de pressões ↑ → T para equilíbrio ↑

• Comportamento da água em tubos capilares:
Quando um tubo capilar écolocado em contato com a superfície da água livre
forma-se uma superfície curva a partir do contato água-tubo. A curvatura é
função das propriedades do material do tubo. A água sobe pelo tubo
capilar até que seja estabelecido o equilíbrio das pressões interna e
externa à superfície → fenômeno de ascensão capilar

Fc

uA= uD = uF = atmosférica
uB = uC = atmosférica + γw z

W

uE =atmosférica - γw hc



   
   

ÁGUA NOS SOLOS
A altura de ascensão capilar em um tubo de raio r pode ser calculada
igualando o peso da água no tubo acima do NA com a resultante da tensão
superficial responsável pelo equilíbrio.
Peso de água:
W = π ⋅ r 2 ⋅ hc ⋅ γw
Resultante da tensão superficial ao longo do perímetro: Fc = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ T
Para oequilíbrio W = Fc cos α:

hc =

2⋅T
cos α
r ⋅ γw

Quando é atingido o equilíbrio (máxima ascensão) α → 0. Logo:

hCmáx =

2⋅T
r ⋅ γw

Ex: tubo de vidro com 1 mm de diâmetro → hc = 3 cm

• O comportamento da água capilar nos solos
Os vazios no solo são muito pequenos, comparáveis aos tubos capilares,
embora muito irregulares e interconectados.
A situação da água capilar no solodepende do histórico do NA.



   
   

ÁGUA NOS SOLOS
- Quando um solo seco é colocado em contato com água livre, esta sobe
por capilaridade até uma altura que é função do diâmetro dos vazios, este
relacionado como diâmetro das partículas. Como bolhas de ar ficam
enclausuradas, o solo mantém parcial e decrescente saturação até a altura
máxima deascensão capilar.
- O mesmo fenômeno ocorre quando do rebaixamento do NA. O solo
mantém continuidade da água nos vazios até a máxima altura capilar.
Acima deste a coluna d’água se “rompe” e a água presente nos vazios é
isolada do lençol freático.
Interrompida a coluna d’água, a água pode manter-se isolada, aprisionada
entre os grãos por efeito dos meniscos capilares, desde que se
estabeleçao equilíbrio de forças
situação

situação de

sem equilíbrio

possível equilíbrio

• Seqüência de fenômenos relacionados a capilaridade a partir
do umidecimento de um solo seco
1o) A água intersticial passa a incorporar a água adsorvida;
2o) A água vai sendo “armazenada” nos pontos de contato entre as
partículas. Formam-se os vasos capilares afunilados.

Em cada contato, em funçãoda abertura do poro, tem-se certa
quantidade de água que pode ser mantida em suspensão;
3o) Adicionando mais água, chega-se a um ponto que não é mais
possível reter água por capilaridade. A água passa a ser livre
incorporando o lençol freático.

• Relações empíricas para a altura capilar
A altura de ascensão capilar está relacionada diretamente com os vazios
e diâmetro das partículas....
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