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Capilaridade no solo: aprenda de uma vez!

Filipe Marinho Geotecnia Leave a Comment

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?

Pois bem, 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?

Vamos iniciar com o 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!

Porém, como já vimos, o solo apresenta espaços entre suas partículas e, por capilaridade, a água presente no solo “sobe” por esses insterstícios do solo alcançando cotas acima da cota do lençol freático.

Vale ressaltar que a altura que a água pode alcançar depende da natureza do solo, da sua granulometria e de outros fatores.

Como a capilaridade é capacidade da água de subir por pequenos tubos, 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.

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.

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

A partir da figura acima também podemos definir a zona saturada e nível freático.

Zona saturada nada mais é do que a região onde os vazios do solo encontram-se completamente preenchidos d’água.

Já nível freático é o nível abaixo do qual o solo se encontra submerso.

Agora, vamos analisar com mais calma a água capilar e sua ação no solo.
Considere 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

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}).

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 vou associar isso ao solo?

Pois bem, basta você imaginar que os vazios do solo são pequenos tubos, para a ascensão capilar da água, porém 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

Como o fluido está em equilíbrio, podemos dizer 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;

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

Há algumas estimativas grosseiras que podemos fazer para tal ascensão capilar no solo, como a fórmula 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;

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

O autor Souza Pinto, no seu livro “Curso Básico de Mecânica dos Solos” comenta que essa altura de ascensão capilar pode ser na faixa de poucos centímetros para pedregulhos, 1m a 2m para solos arenosos, 3m a 4m para siltes e podem atingir até dezenas de metros em solos argilosos.

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.

Segundo Fredlund e Rahardjo, em seu brilhante livro sobre Mecânica dos Solos não saturados, definem 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 você perceber isso, 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. Porém, 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.

E por hoje é só, pessoal!

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

Se ficou com alguma dúvida, comenta aqui embaixo, que a gente te responde.

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Até a próxima, pessoal! =)

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