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Modelagem do fluxo de água e ar em solos não saturados 277
3 Modelagem das propriedades do solo
O valor da sucção em um solo (e consequentemente da carga hidráulica) está diretamente
relacionado com a quantidade de água presente nos seus vazios. Quanto menor o volume
de água presente, maior será o valor da sucção, e vice-versa. A partir de valores de sucção
com os seus correspondentes valores de saturação ou umidade volumétrica da massa de solo,
plota-se uma curva chamada curva característica solo-água (CCSA). Esta é uma relação constitutiva
importante para descrever o fluxo em solos não saturados e é definida como a relação
entre o conteúdo de água e a sucção no solo (WILLIAMS, 1982 apud FREDLUND e XING,
1994). O conteúdo de água pode ser expresso em termos de umidade volumétrica (θ), umidade
gravimétrica (w) ou saturação (S), e a sucção em termos de sucção matricial (u a
-u w
) ou
sucção total (ψ). Para valores altos de sucção, a sucção matricial e a total podem, geralmente,
ser assumidas como equivalentes (FREDLUND e XING, 1994).
A Figura 3 apresenta um exemplo de curva característica para um solo unimodal, em
que são indicados parâmetros importantes que definem a curva: valor de entrada de ar e conteúdo
residual de água. A curva é representada na escala logarítmica no eixo das abscissas,
devido ao valor de sucção variar exponencialmente com o conteúdo de água, o que demanda
uma escala logarítmica para representar toda a gama de valores.
O valor de entrada de ar é o valor de sucção para o qual, durante o processo de secagem,
o ar começa a entrar nos maiores poros do solo, sendo assim uma medida do tamanho desses
poros (FREDLUND e RAHARDJO, 1993). A umidade residual é o conteúdo de água a partir
do qual uma grande mudança na sucção é necessária para remover mais água do solo. Pelo
fato de ambas as definições serem subjetivas, a determinação rigorosa dos dois valores é feita
a partir do cruzamento de linhas tangentes aos pontos de inflexão da curva (FREDLUND e
XING, 1994), como pode ser visto na Figura 3. Para solos bimodais, ou seja, solos com uma
distribuição granulométrica que apresenta um patamar intermediário, têm-se dois valores de
entrada de ar e dois valores de umidade residual (GITIRANA JR. e FREDLUND, 2004).
O valor da sucção para conteúdo de água igual a zero corresponde a cerca de 10 6 kPa, observado
experimentalmente e deduzido a partir de considerações termodinâmicas (RICHAR-
DS, 1965 apud FREDLUND e XING, 1994). Isso significa que, em qualquer meio poroso,
existe um valor máximo de sucção, que corresponde à umidade relativa nula.
A curva característica exibe histerese entre as curvas de molhagem e secagem do solo,
como pode ser visto nas duas curvas da Figura 3. Isso se deve ao aprisionamento do ar no
Figura 3. Curva característica unimodal.