Construção de um edômetro osmótico

Foi projetado e confeccionado um edômetro que permite o controle da sucção matricial do solo utilizando o princípio osmótico, similar ao desenvolvido por DINEEN e BURLAND (1995).

É constituído por componentes semelhantes a um edômetro convencional, no entanto para a imposição da sucção algumas modificações foram realizadas. Basicamente consta de uma base, um disco fixador da membrana semipermeável, um colar fixador do anel porta amostra, porta amostra e um cabeçote. Todas as peças foram confeccionadas em aço inoxidável exceto o colar fixador do anel porta amostra (dura-alumínio). Na Figura 3.03, são mostrados os componentes deste equipamento.

Figura 3.03. Componentes do edômetro com controle de sucção, baseado na técnica osmótica.

A base que tem como finalidade absorver a energia aplicada bem como as deformações produzidas pela compressão durante o ensaio, ganha neste projeto uma pequena câmara interna que se comunica com a superfície da base mediante furos verticais. A câmara tem como função colocar a solução de Polietileno Glicol (PEG) nela contida em contato com o solo através da membrana semipermeável (Vide Figura 3.04).

Para evitar deformações na base devido à compressão da câmara durante o carregamento levou-se em consideração no projeto da câmara:

- Dimensões reduzidas, as necessárias para evitar deflexões indesejáveis;

- Adição de quatro reforços (Figura 3.04), que permitem transmitir os esforços desde a superfície até a base da câmara através deles;

- Espessura considerável (de seis milímetros) na parte superior da câmara.

Por outro lado, o aparecimento de bolhas de ar dentro da câmara poderia comprometer o contato entre a solução e o solo através da membrana semipermeável, visto que as bolhas tenderiam a depositar-se na parte superficial da câmara, ou seja, na face inferior da membrana. Para evitar esse inconveniente, no projeto da câmara foram realizadas considerações adicionais como:

- Um sistema para um fluxo adequado da solução. A entrada da solução na câmara ocorre numa cota inferior (Cota A na Figura 3.04) e a saída da mesma por um tubo localizado na cota correspondente à superfície da base (Cota B na Figura 3.04) gerando o diferencial “h”. Dessa forma as eventuais bolhas na câmara são succionadas da parte mais superficial (conduzidas para o reservatório onde são eliminadas) mediante o fluxo contínuo fornecido por uma bomba peristáltica descrita mais adiante.

- Nervuras horizontais na superfície da base: permitem a comunicação entre os furos verticais na parte superficial da base, assim, as bolhas de ar poderão ser conduzidas para o duto de saída da solução da câmara (Figura 3.04).

O disco fixador da membrana semipermeável é provido de um anel de borracha (o ring), necessário para evitar vazamentos da solução pela superfície da base. Ele é fixado mediante três porcas como é mostrado na Figura 3.04.

O anel porta amostra, o colar fixador do anel porta amostra e o cabeçote são similares aos convencionais.

No Apêndice 1, encontra-se um esquema deste edômetro com a finalidade de poder ser reproduzido.

a) Testes de Deformabilidade

Foram realizados ensaios de deformabilidade no equipamento, principalmente com o intuito de avaliar a adequabilidade da câmara frente às solicitações.

O ensaio foi realizado de forma similar a um ensaio de consolidação convencional sem utilização de solução na câmara, no entanto, foi colocando no edômetro um corpo de prova de aço suposto indeformável. O tarugo foi submetido a esforços verticais de 0 a 1600 kPa. As deformações relativas à câmara são mostradas no capítulo 4.

3.3.2 Arranjo utilizado para realização dos ensaios com o edômetro baseado na técnica

osmótica

Para realização dos ensaios de adensamento com controle de sucção nesta técnica, o edômetro conta adicionalmente com uma bomba peristáltica, mangueiras para circulação da solução, reservatório e uma balança eletrônica. A Figura 3.05 mostra um esquema utilizado para execução dos ensaios.

Figura 3.05. Esquema do sistema montado para execução dos ensaios.

A bomba peristáltica é utilizada devido a sua principal característica que é evitar que o ar seja incorporado na solução o que resultaria prejudicial para o contato entre a solução e a amostra de solo através da membrana semipermeável, como foi mencionado anteriormente. Ela tem como finalidade a circulação da solução na câmara desde o reservatório. Assim, pode-se garantir que durante o processo osmótico a troca de água entre o solo e a solução não afetará a concentração da última, sendo esta renovada constantemente.

A variação de umidade sofrida pela amostra de solo durante o processo osmótico é equivalente ao ganho ou perda de peso de água da solução no reservatório que é registrado pela balança eletrônica. Para que isto seja possível, vazões tanto de saída como de entrada da solução no reservatório devem ser constantes. Dessa forma as variações de peso na solução (pelo processo osmótico) contida no reservatório serão registradas fielmente, sem alterações.

Alguns fatores como velocidade irregular da bomba e variação da viscosidade da solução com a temperatura poderiam alterar a vazão no sistema. Estes fatores foram avaliados mediante testes que são descritos a seguir.

a) Testes de Fluxo da Solução Para o Edômetro

Foi realizado um teste para verificar se a bomba fornece uma vazão constante. Para o teste, utilizou-se um corpo de prova de aço ao invés de uma amostra de solo para evitar ganho ou perda de água na solução. A partir do reservatório e com auxilio da bomba se fez circular, à velocidade constante, uma solução de polietileno glicol (Figura 3.05), com o intuito de observar o diferencial nas vazões de entrada e saída do reservatório registradas em peso pela pesagem sucessiva do mesmo.

O mesmo procedimento acima citado foi realizado para diferentes velocidades de fluxo da solução (de menor para maior) através da variação de velocidade (rpm) da bomba peristáltica.

A solução no reservatório poderia mudar sua viscosidade e conseqüentemente sua vazão em função da sua temperatura durante a circulação, por essa razão o teste foi conduzido numa sala climatizada onde a variação da temperatura do ambiente foi da ordem de 25 ± 2,5 oC. Os resultados destes testes são apresentados no capítulo 4.

3.3.3. Calibração da solução PEG para correção da sucção matricial por modificação da