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Capilaridade: o que é e sua importância no solo!

Tenho certeza que você já leu nosso post anterior, sobre a presença de água no solo e seus efeitos.

E agora você deve estar se perguntando: o que é capilaridade? Por que ela ocorre? Como podemos calcular esse fenômeno?

Então, nesse post você terá a resposta para essas perguntas!

Te garanto que ao final da leitura você terá domínio sobre esse assunto.

Agora, vamos logo ao conteúdo!

Capilaridade: o que é?

Inicialmente, vamos direto ao conceito de capilaridade.

De maneira bem simplificada, a capilaridade é definida como a propriedade dos fluidos de “subir”  ou “descer” por tubos muito finos.

Ou seja, a capilaridade é uma propriedade do fluido (água) e não do solo!

Então, você me pergunta: se a capilaridade é uma propriedade da água, por que ela é importante para o solo?

É simples! Como já vimos, o solo apresenta pequenos espaços entre suas partículas.

Logo, a água presente no solo consegue, por capilaridade, “subir” por esses insterstícios do solo alcançando cotas acima da cota do lençol freático, e esse fenômeno precisa assim ser considerado!

Vale ainda ressaltar que a altura que a água pode alcançar além do lençol freático, devido a capilaridade depende:

Como a capilaridade é capacidade da água de subir por pequenos tubos, então de maneira geral, em solos com granulometria mais fina, como argilas e siltes a ascensão capilar tem valores mais elevados do que em solos arenosos.

O autor Souza Pinto no seu livro “Curso Básico de Mecânica dos Solos” comenta que a ascensão capilar da água no solo podem atingir as seguintes ordens de grandeza:

Solohc
PedregulhosPoucos centímetros
Areias1m a 2m
Siltes3m a 4m
ArgilasDezenas de metros

Entretanto, de maneira geral, não podemos afirmar que existe uma determinada altura de ascensão capilar para determinado tipo de solo, pois outros diversos autores mencionam dados diferentes dos expostos por Souza Pinto.

A seguir, vamos aprender como calcular essa altura de ascensão capilar da água no solo!

Altura da ascensão capilar (hc)

Considere a figura a seguir.

Esquema de ascensão capilar e grau de saturação do solo
Esquema de ascensão capilar e grau de saturação do solo

A figura mostra o corte de um perfil do solo, com o nível do lençol freático, nível de solo saturado e nível que a água alcança por capilaridade.

Então, prestando atenção, você vai perceber que o solo não está saturado ao longo de toda a ascensão capilar.

Perceba, pela figura acima, que ainda temos destacados os termos: zona saturada e nível freático:

  • Zona saturada: é a região onde os vazios do solo encontram-se completamente preenchidos d’água.
  • Nível freático: é o nível abaixo do qual o solo se encontra submerso.

Então, agora que você já sabe esses conceitos, vamos analisar com mais calma a água capilar e sua ação no solo.

Considere então que vamos inserir um tubo bem fino em um recipiente com água.

Por capilaridade a água vai “subir” pela parede do tubo até a altura hc.

Formação do menisco em tubo capilar
Formação do menisco em tubo capilar

Então, podemos perceber, na prática, a formação de um “menisco” na extremidade da água no interior do tubo.

Esse menisco apresenta concavidade voltada para cima e, no ponto de contato com o tubo forma um “ângulo de tensão capilar” (\mathrm{\alpha}).

Nesse sentido, é preciso notar também que esse “menisco” é ocasionado pela tensão superficial do fluido, que aqui iremos retratar como T.

Bem, agora você deve estar se perguntando:como posso associar isso ao solo?

Então, basta você imaginar que os vazios do solo são pequenos tubos para a ascensão capilar da água, entretanto, são tubos irregulares.

Estimativa da altura de ascensão capilar

Vamos analisar o seguinte esquema:

Equilíbrio do fluido no tubo capilar
Equilíbrio do fluido no tubo capilar

O fluido está em equilíbrio, então podemos afirmar que a força de ascensão capilar é igual ao peso do fluido no tubo.

\mathrm{F=P}

Pela análise da figura acima, podemos deduzir que:

\mathrm{T\cdot cos \alpha\cdot d \cdot \pi=\gamma_a\cdot h_c \cdot\dfrac{\pi d^2}{4}}

Logo:

\mathrm{h_c=\dfrac{4T cos\alpha}{d \gamma_a}}

Onde:

  • T: tensão superficial, que varia de acordo com o líquido e o material do tubo.
  • d: diâmetro do tubo;
  • \mathrm{\gamma_a}: peso específico da água;

Então, como você pode perceber, é muito difícil determinar com precisão a altura de ascensão capilar para o solo, visto que a fórmula deduzida acima é de difícil aplicação para os solos.

Logo, existem algumas fórmular que podemos utilizar para estimar grosseiramente o valor ascensão capilar no solo.

Uma dessas formulações é a de Hazen, apresentada abaixo:

\mathrm{h_c=\dfrac{C}{e\cdot d_{10}}}

Onde:

  • C: coeficiente com valores geralmente na faixa de 0,1cm² a 0,5cm²;
  • e: índice de vazios do solo;
  • \mathrm{d_{10}: diâmetro efetivo do solo;

Então, de maneira geral, podemos dizer que as literaturas apresentam diversos valores de base para essa ascensão capilar.

Efeitos da capilaridade no solo

Agora, vou te falar um pouco sobre os efeitos da capilaridade no solo, para que você entenda a importância de conhecer bem esse fenômeno.

Inicialmente vou falar da “coesão aparente” em solos arenosos não saturados.

Fredlund e Rahardjo, em seu brilhante livro sobre Mecânica dos Solos não saturados, definem a coesão aparente como resultado da tensão superficial da água nos capilares do solo, formando meniscos de água entre as partículas dos solos parcialmente saturados, que tendem a aproximá-las entre si.

É fácil perceber a coesão aparente, por exemplo, com a areia da praia.

Se você tenta fazer um castelo de areia com areia seca você não vai conseguir, justamente pela falta de coesão entre os grãos.

Entretanto, se você umidificar, sem saturar a areia, você consegue fazer seu castelo, justamente por essa coesão aparente, ocasionada pela tensão superficial!

Coesão aparente da areia
Coesão aparente da areia

Outros efeitos da capilaridade no solo que podemos comentar é o que ocorre em barragens de terra, como a zona adicional de saturação e o sinfonamento capilar da crista, como mostrado nas figuras abaixo.

Efeitos da capilaridade em barragens
Efeitos da capilaridade em barragens

É preciso ter cuidado com esses efeitos, pois eles podem prejudicar as condições previstas em projetos.

 

Então, por hoje é isso, pessoal!

Espero que você tenha gostado da leitura e tenha aprendido muito sobre a capilaridade no solo e seus efeitos!

Porém, se ficou com alguma dúvida, não se acanhe! Deixe seu comentário aqui embaixo que a gente responde!

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Até a próxima, pessoal! =)

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