A água no solo

A água, principal causa de patologias na construção

As águas subterrâneas podem causar importantes patologias nas edificações e nas obras de engenharia civil, tanto durante a construção quanto na fase de uso. A constatação é inequívoca: 70 % das patologias observadas nas edificações são devidas à água, metade das quais decorrem de uma impermeabilização insuficiente ou deficiente, ou mesmo da ausência total de drenagem.

A identificação da água no estudo de um terreno destinado à construção é fundamental: condiciona a solução construtiva e o custo da obra. A água pode alterar consideravelmente as propriedades mecânicas de certos solos e afetar a estabilidade de uma encosta ou da base de uma obra.

Os reservatórios de água na Terra

Em toda a hidrosfera, os oceanos concentram a esmagadora maioria da água; as águas subterrâneas vêm em terceiro lugar, atrás dos oceanos e das geleiras. A tabela abaixo dá uma visão geral dos reservatórios de água e do seu tempo de residência (duração média durante a qual uma molécula de água ali permanece).

O curto tempo de residência da água no solo (cerca de 1 ano) traduz seu papel de interface dinâmica entre a atmosfera, os aquíferos profundos e os cursos d'água: é um compartimento que se renova rapidamente, o que explica sua sensibilidade às chuvas e às secas.

As formas da água no solo

Na escala macroscópica

Distinguem-se várias formas de água no solo conforme sua localização e mobilidade:

• A água livre (gravitacional) — circula sob o efeito da gravidade nos poros conectados. Alimenta os aquíferos e pode ser captada por drenagem ou bombeamento.
• A água capilar — retida nos poros finos pelas forças de tensão superficial, acima do nível do lençol (franja capilar).
• A água adsorvida (ligada) — fixada à superfície dos grãos argilosos por forças eletrostáticas; não escoa mas influencia fortemente o comportamento mecânico.
• A água de constituição — quimicamente ligada aos minerais, não intervém no comportamento geotécnico.

Na escala microscópica

No interior do meio poroso, a água preenche os espaços entre os grãos. Conforme o tamanho dos poros e a pressão aplicada, ela pode estar:

• Sob pressão positiva abaixo do nível do lençol (água livre)
• Sob pressão negativa (sucção) acima do nível do lençol, na franja capilar

Capilaridade e sucção

A capilaridade é a capacidade da água de subir pelos poros finos do solo acima do nível do lençol, sob o efeito da tensão superficial. Quanto mais finos os poros, maior a altura de ascensão capilar.

Segundo Hansbo.

A sucção representa a pressão negativa que se exerce na água capilar ou sobre a água adsorvida. É um parâmetro-chave para compreender:

• a retração-expansão dos solos argilosos (ciclos de umedecimento-secagem)
• a coesão aparente dos solos parcialmente saturados
• as ascensões de água por capilaridade nos concretos enterrados

A permeabilidade

A permeabilidade de um solo caracteriza sua capacidade de deixar a água atravessá-lo. Concretamente, é a velocidade com que a água pode atravessar uma camada de solo sob um gradiente hidráulico unitário (por exemplo 1 cm/s para uma areia limpa).

A lei de Darcy relaciona a vazão Q com a permeabilidade K:

Q = K · S · (ΔH / L)

• Q: vazão (m³/s)
• K: coeficiente de permeabilidade (m/s)
• S: seção atravessada (m²)
• ΔH / L: gradiente hidráulico (adimensional)

Ordens de grandeza

O conhecimento da permeabilidade é fundamental para dimensionar os bombeamentos, as drenagens, as contenções sob lençol e para avaliar o comportamento a longo prazo de uma obra na presença de água.