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GEO5

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Fluxo de Água

O programa permite realizar a análise para o estado constante ou de fluxo transitório de água no subsolo. A análise de fluxo transitório permite a monitorização da pressão nos poros (carga hidráulica) e o grau de saturação, ao longo do tempo. O instante a partir do qual a distribuição da pressão nos poros passa a ser constante, determina o tempo necessário para alcançar as condições do estado constante. Este valor depende das características de fluxo do solo (coeficiente de permeabilidade, parâmetros dos modelos que descrevem a curva de retenção - em função do grau de saturação ou quantidade de água na carga hidráulica negativa ou sucção) e do tipo do problema analisado (ex.: fluxo confinado/não confinado). Na análise do estado de fluxo constante, cada etapa é independente das outras. No caso da análise de fluxo transitório, a análise é semelhante à análise de tensão. As diferentes etapas são dependentes entre si. A primeira etapa é independente e serve para definir as condições iniciais, isto é, para atribuir a pressão nos poros/carga hidráulica inicial e grau de saturação no inicio da análise em função do tempo, tanto para solos totalmente saturados (pressão nos poros positiva) ou solos parcialmente saturados (pressão nos poros negativa - sucção). Para as etapas seguintes, é necessário especificar a duração de cada etapa e o histórico de carregamento (condições de fronteira hidráulica no tempo). A versão atual do programa permite que o carregamento seja totalmente aplicado no início da etapa ou que assuma um comportamento de aumento linear ao longo do tempo, durante a etapa de construção.

Em ambos os casos (estado constante/fluxo transitório), o programa descreve o fluxo em meios não saturados ou parcialmente saturados. O fluxo em meios totalmente saturados verifica-se apenas abaixo do nível freático. Acima do nível freático (fluxo em meio parcialmente saturado), o fluxo é conduzido por um modelo material adequado. Para analisar problemas de fluxos não confinados, o programa apresenta três modelos materiais: o modelo logarítmico-linear, o modelo de Gardner e o modelo de van Genuchten. Ao realizar a análise de fluxo transitório, é recomendável adotar o modelo de van Genuchten, uma vez que este modelo é capaz de representar os dados de retenção do solo de forma credível. Dado que a escolha do modelo material influencia a configuração das condições iniciais (valor inicial do grau de saturação), o programa não permite alterar o modelo material para as etapas seguintes. Da mesma forma, a alteração da geometria também não é possível.

Ao realizar a análise de fluxo transitório, é necessário começar por definir, na 1ª etapa, os valores iniciais da pressão nos poros/carga hidráulica para o instante t = 0, particularmente acima do nível freático, no solo não saturado ou parcialmente saturado (região de sucção). O programa permite introduzir sucção através de três formas: executar a análise do estado; assumir uma distribuição de equilíbrio dada por p = -γwz, onde z é medido a partir da posição atual no nível freático; definir os valores iniciais de sucção diretamente. Ao realizar a análise, é recomendável não utilizar valores negativos da carga hidráulica inferiores a -10m (p > -100 kPa), especialmente no caso de solos de textura grosseira. Por exemplo, para areias, a curva de retenção é praticamente reta para valores de hp <-1m e, mesmo para grandes variações da carga hidráulica, o grau de saturação permanece praticamente constante. Isto também se verifica para o coeficiente de permeabilidade relativa Kr, que serve para reduzir a permeabilidade totalmente saturada de zonas não saturadas ou parcialmente saturadas. É difícil apresentar valores recomendáveis para a carga hidráulica negativa, dado que para solos de textura fina estes valores podem alcançar várias centenas e para argilas podem ser mesmo alcançados vários milhares de metros.

O próximo passo consiste na definição das condições de fronteira, quer para um ponto, quer ao longo da linha de fronteira, para o início de uma nova etapa.

Vigas e elementos de contacto podem ser introduzidos no interior do subsolo. Os resultados da análise são apresentados na forma de distribuições da pressão nos poros e carga total, sucção, velocidades e direções do fluxo e informação sobre o caudal afluído/escoado a partir do, ou para o, subsolo. Nos caso do fluxo transitório, também é possível visualizar a distribuição dos graus de saturação do subsolo.

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