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PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CURSOS DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL HIDROLOGIA APLICADA Prof: Dr. Felipe Corrêa V. dos Santos Água no solo

PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS …professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17297... · pela NBR 13292 (1995) Z L SOLO h. PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE

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PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

CURSOS DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

HIDROLOGIA APLICADA

Prof: Dr. Felipe Corrêa V. dos Santos

Água no solo

INFILTRAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO

• Importante:

– Determina o balanço de água na região do sistema

radicular => crescimento da vegetação;

– Escolha e dimensionamento de sistemas de irrigação;

– abastecimento dos aquíferos; e

(mantém vazão dos rios durante as estiagens)

– Influencia o escoamento superficial.

• Passagem da água através da superfície do

solo, ocupando os poros existentes no solo.

FATORES QUE INTERVÊM NA INFILTRAÇÃO

- Tipo de solo

Textura e a estrutura => K0 => Taxa de infiltração

- Macroporos - Arenosos X Argilosos

- Argilosos – Estrutura - Dispersa

Estrutura granular estável

Estrutura instável

- Solos mais intemperizados – Al, Fe

Equação de Horton

• f = taxa de infiltração (mm/hora)

• fc = taxa de infiltração em condição de saturação (mm/hora)

• fo = taxa de infiltração inicial (mm/hora)

• t = tempo (minutos)

• k = parâmetro que deve ser determinado a partir de medições

no campo (1/minuto)

tk

c0c effff

f(mm/h)

t(h)

K1 (arenoso)

K2(argiloso)k

Hora Tempo Tacum. Leituras DLeituras Iacum TI------------------ minutos -------------- ---------------------- cm ---------------- cm h-1

12:44 0 10,8 - -12:45 1 10,312:47 2 9,812:49 2 9,312:54 5 8,712:59 5 8,013:09 10 7.1/12.413:19 10 11,513:34 15 10,413:49 15 9,414:19 30 8.1/11.714:49 30 10,415:19 30 9,1

Tabela . Dados de um ensaio de infiltração em solo bem estruturado.

TI= Taxa de infiltração; Iacum = infiltração acumulada e Tacum. =

tempo acumulado.

Condutividade Hidráulica em meio saturado

APLICAÇÃO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA

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Dimensionamento drenos

Filtragem

Barragem

Terraçeamento e outras praticas conservacionistas

Estudos hidrológicos

Irrigação

Construção civil

Pedologia

outros

Experimentalmente, Darcy, em 1850, na busca desoluções para melhorar o tratamento de águamunicipal, verificou como os diversos fatoresgeométricos, influenciavam a vazão da água.

Sendo:Q – vazão;A - área do permeâmetro;k - coeficiente de permeabilidade;h – carga dissipada na percolação;L – distancia na qual a carga e dissipada.

Condutividade Hidráulica do solo saturado

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É o movimento da água nointerior do solo em todos ossentidos e direções, ou seja, noespaço tridimensional, mas compotencial que tende a orientar ofluxo, geralmente em meiosaturado, ou na zona desaturação do solo, em razão deuma profundidade.

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MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO

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Equações e modelos matemáticosPermeâmetro de carga constantePermeâmetro de carga variávelMétodo do poço ou furo do trado (Auger-Hole)Método do piezômetro; Método dos dois poços;Método do poço seco;Permeâmetro de GuelphOutros

LABORATÓRIO

PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE

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O permeâmetro de carga constante e utilizado para medir a permeabilidade dos solos granulares (solos com razoável quantidade de areia e/ou pedregulho), os quais apresentam valores de permeabilidade elevados, normatizado pela NBR 13292 (1995)

Z

L SOLO

h

PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE

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Z

L SOLO

h

K = condutividade hidráulicas saturada( cm s-¹)V= vazão medida proveta (cm3)L = comprimento da amostra(cm)h = carga hidráulica (cm)T = tempo entre inicio e fim doensaio (s)A = Área seção transversalamostra (cm2)

tAh

LVK

..

.

PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE

50

h

L SOLO

O permeâmetro de carga constante geralmente usado para solos de textura argilosa a media, tipo mais comum em laboratório e de fácil construção.

tAh

LVK

..

.

PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE

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h

L SOLO

h = 0

Atm

VÁCUO

O permeâmetro de carga constante usando Frasco de Mariotte, normalmente usado para solos de baixa a media condutividade hidráulica saturada

tAh

LVK

..

.

PERMEÂMETRO DE CARGA VARIAVEL

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O permeâmetro de cargavariável e utilizado quando ocoeficiente de

permeabilidade e muitobaixo, porem a suadeterminação inconstante epouco precisa, sofrendo maiorinfluencia da temperatura local.

Z

L SOLO

h0

h1

PERMEÂMETRO DE CARGA VARIAVEL

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Z

L SOLO

h0

h1

a - área interna da bureta (cm2)A - seção transversal do corpo-de-prova (cm2)L - altura do corpo-de-prova (cm)h0 carga hidráulica inicial (cm), no tempo t0;h1 - carga hidráulica final (cm), no tempo tt - intervalo de tempo (t1 - t0) para o nível d água passar de h0 para h1 (cm)

MÉTODO DO POÇOO metodo do poço ou furodo trado (Auger-Hole) éutilizado para a estimativada condutividadehidráulica no campo, napresença do lençol freático.É adequado para soloshomogêneos (nãoestratificados) e solosaltamente estratificados,onde não se tem condiçõesde estimar a condutividadehidráulica em cadacamada.

MÉTODO DO POÇO1. Estabelecer a camada de

impedimento2. Abertura dos poços de observação3. Drenar e aguardar 24h para

estabilização4. Preparar os instrumentos de

medida, estaca, trena com flutuador5. Medir altura inicial do LF6. Drenar o poço7. Iniciar as leituras de nível em

relação ao tempo8. Converter as leituras em K por

gráficos e equações segundo o tipode camada de impedimentoencontrada

h

H

MÉTODO DO POÇOREGRAS PRATICAS

1. A profundidade da água no interior do poço, ou seja, do espelho

d'água até o fundo, deve ser da ordem de 5 a 10 vezes o seu

diâmetro (de 40 a 80 cm).

2. Iniciar com pequena lamina no fundo entorno de 5cm

3. Usar tempos constante como 5, 10, 15....

4. Parar as leituras quando atingir 3/4. Y0 (leitura inicial)

MÉTODO DO POÇOEQUAÇÕES EMPIRICAS

1. ERNST (1950)

Para solo homogêneo e a camada impermeável muito abaixo do fundo do poço (S0,5 H); 3 < r < 7 cm;20 < H < 200 cm; Y > 0,2 H

MÉTODO DO PIEZÔMETRO Aplicado para terrenos que têm perfis estratificados, ou seja, heterogêneos, com 2 ou 3 camadas distintas.

O procedimento é o mesmo usado no ‘furo do trado’.

Embora interessante, o método do piezômetro é pouco usado na prática por ser muito mais trabalhoso...

Não mede a condutividade média nos 2 ou 3 estratos, mas sim a condutividade em cada estrato...

PIEZÔMETRO DE CASA GRANDE

MÉTODO DO PIEZÔMETRO

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Aplicado para terrenos que têm perfis estratificados, ou seja, heterogêneos, com 2 ou 3 camadas distintas.

O procedimento é o mesmo usado no ‘furo do trado’.

Embora interessante, o método do piezômetro é pouco usado na prática por ser muito mais trabalhoso...

Não mede a condutividade média nos 2 ou 3 estratos, mas sim a condutividade em cada estrato...

MÉTODO DO POÇO SECOO método do poço Secoconsiste em acrescentar águaao poço e observar a variaçãodo nível.

PERMEÂMETRO DE GUELPHO permeâmetro deGuelph, e semelhante aopoço seco porem trabalhacom nível constante.

PERMEÂMETRO DE GUELPHK = [( 0,0041 ) ( X ) ( R2 ) – (0,0054) ( X ) ( R1 )] (1)K = [( 0,0041 ) ( Y ) ( R2 ) – (0,0054) ( Y ) ( R1 )] (2)Onde:K – Condutividade hidráulica, em cm/s;R1 e R2 – Taxas de infiltração estabilizadas correspondentes a H1 (5 cm) e H2 (10 cm)respectivamente, em cm/s;X e Y – Constantes correspondentes a área do tubo (reservatório d’água) utilizado, em cm2. X(reservatório externo) equivale a 35,36 cm2; Y (reservatório interno) equivale a 2,17 cm2. A utilização do reservatório externo é recomendada para solos mais permeáveis, oposto a isso se recomenda a utilização do reservatório interno, o que não impede o uso invertido dos mesmos, desde que na hora do cálculo seja utilizada a fórmula correta.

MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO

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Curva GranulometricaUtiliza-se a equacao de Hazen para o caso de areias e pedregulho, com pouca ou nenhuma quantidade de finos.

k = C.d10onde:k e a permeabilidade, em cm/sd10 e o diametro efetivo, em cm90 < C < 120, sendo C = 100, muito usado.Para uso da equacao recomenda-se que Cu seja menor que 5.

Relações Entre Tamanho das Partículas e CondutividadeHidráulica

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MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO

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C0 = fator que reflete o formato do poro e o empacotamento na equação de Kozeny-Carmen [-]CT = fator que reflete o formato do poro e o empacotamento na equação de Kozeny, mod. por Collins [-]C = fator na equação de Hazen [T/L]d10 = diâmetro da partícula em que 10% das partículas são menores [L]dg = media geométrica do diâmetro da partícula [L] d = diâmetro representativo da partícula [L]g = aceleração gravitacional [L/T2]K = condutividade hidráulica [L/T]φ = porosidade total, responsável pela compactação [-]μ = viscosidade dinâmica [M/LT]ρ = densidade [M/L3]σg = media geométrica do desvio padrão [L]Ssa = área superficial exposta a fluidos por volume unitário de meio solido[1/L]T = tortuosidade [-]

MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO

GRATO PELA ATENÇÃO

Felipe Corrêa

[email protected]