Determinação das curvas de retenção hídrica e de condutividade hidráulica

Para modelar o fluxo de água em solos não saturados, que é a situação que ocorre em sistemas de cobertura seca, mais dois parâmetros são necessários o conhecimento: a curva de retenção hídrica e a curva de permeabilidade não saturada.

Para a determinação da curva de retenção hídrica (curva característica), realizou-se o ensaio de papel filtro, segundo as recomendações de Marinho (1994) e da norma americana D5298-16 (ASTM, 2016). Os ensaios foram realizados em duplicata para cada materiais. Em casa ensaio, utilizou-se sete ou oito pontos experimentais.

O papel filtro utilizado foi o Whatman Nº 42, cuja curvas de calibração são descritas por Marinho (1994). Durante todo o processo, o manuseio do papel se deu com o uso de luvas e pinça, respeitando os tempos máximos de contato com o ambiente externo à caixa do material. Os corpos de prova foram moldados em anéis de aço inoxidável, com dimensões, massas e volumes conhecidos. Para a moldagem dos corpos de prova, utilizou-secompactação dinâmica, através de golpes com martelo sobre um tarugo cilíndrico de nylon, com energia suficiente para a acomodação de três camadas de material, até que o corpo de prova atingisse a altura desejada. Todos os materiais utilizados no ensaio de papel filtro são apresentados na figura 31.

Para a moldagem dos corpos de prova, considerou-se os pesos específicos secos máximos e umidade ótima obtidos nos ensaios de compactação realizados por Elias (2018), para as misturas de solo e cinza e para a cinza composta. Enquanto para o solo natural, considerou-se a umidade natural do material e um peso específico seco médio medidos em campo por Barbosa (2016), através do ensaio de frasco de areia, realizado em diferentes pontos da cobertura do Aterro Sanitário do Município de Caucaia/CE.

Figura 31 – Materiais utilizados na execução do ensaio de papel filtro 1 Amostra de material 2 Tarugo de nylon 3 Plástico filme 4 Papel alumínio 5 Luvas 6 Pinça 7 Anéis metálicos 8 Papel filtro 9 Balança

Fonte: Elaborada pelo autor

Inicialmente, os materiais, no estado solto, foram levados até seu teor de umidade definido, através da adição de água e sua homogeneização em todo o volume de material. Posteriormente, conhecendo-se o peso específico final para cada material, calculou-se a massa necessária para ocupar o volume de cada anel. Em seguida, dividiu-se a massa total para três camadas de alturas iguais e realizou-se, com o uso do tarugo de nylon e o martelo para aplicação de energia, a compactação das camadas até a altura desejada (Figura 32).

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Figura 32 – Corpo de prova compactado

A) Controle da altura das camadas B) Configuração final do corpo de prova Fonte: Elaborada pelo autor

Como mencionado anteriormente, os ensaios foram realizados com sete ou oito pontos experimentais, cada um correspondendo à um corpo de prova distinto, todos, inicialmente, em seu teor de umidade de compactação. Para o primeiro ponto, adotou-se o valor de umidade inicial (compactação), enquanto os outros tiveram seus teores de umidade reduzidos através do processo de secagem ao ar, de modo que todos os pontos ficassem com valores distintos.

Os tempos de secagem foram definidos de modo que os pontos apresentassem valores decrescentes de umidade em relação ao primeiro ponto. Para que a perda de umidade ocorresse de forma homogênea, os corpos de prova foram virados à cada 30 min, alternando-se a superfície exposta ao ambiente, e a perda de massa foi acompanhada através da pesagem. Os tempos de secagem apresentaram valores crescentes, pois, por serem utilizados materiais de textura fina, a evaporação da água tende a ser mais lenta quando atingidos valores de umidade mais baixos.

Ao se verificar a perda de massa esperada para cada ponto (evaporação de massa de água),colocou-se em contato direto com o solo duas unidades circulares de papel filtro, de diâmetro próximo ao diâmetro interno do anel metálico, sobre a superfície do corpo de prova, sendo um em contato direto com o material e outro depositado sobre o primeiro. Deste modo, utilizou-se o primeiro papel para evitar a adesão de partículas sobre o segundo, utilizado para a obtenção do valor de sucção.

Os corpos de prova associados ao papel foram então embalados em plástico filme e papel-alumínio, respectivamente (Figura 33). O acondicionamento foi feito no interior de uma caixa térmica de isopor, colocado, posteriormente, em local adequado. Como todos os materiais estudados eram compostos predominantemente por partículas finas, conferindo maiores valores

de sucção, seguiu-se a recomendação de Marinho (1994) e adotou-se um tempo total de sete dias para o equilíbrio.

Figura 33 – Embalagem dos corpos de prova

1) Embalagem em plástico filme 2) Embalagem em papel-alumínio Fonte: Elaborada pelo autor

Ao final do período, os papéis filtro, para cada pontos experimental, foram pesados, em balança com precisão de 0,0001g (Figura 34), no seu estado úmido e colocados para secar em estufa por 24h, à temperatura de 100ºC. Quando secos, os papéis foram novamente pesados e, com os resultados finais, tiveram seu teor de umidade calculados. Os materiais contidos em cada um dos anéis também tiveram seus teores de umidades obtidos da mesma forma. Com os teores de umidades do papel filtro, pôde-se obter os valores de sucção correspondentes através das equações 3.1 e 3.2 (CHANDLER et al, 1992).

𝑙𝑜𝑔𝑆 = 4,84 − 0,0622𝑤; 𝑠𝑒 𝑤 ≤ 47% (3.1) 𝑙𝑜𝑔𝑆 = 6,05 − 2,48𝑙𝑜𝑔𝑤; 𝑠𝑒 𝑤 > 47% (3.2) Para o ajuste da curva característica, adotou-se o software RETC (VAN GENUCHTEN, LEIJ E YATES, 1991) (Figura 35), que utiliza a equação de van Genuchten (1987) para ajustar uma curva que relaciona a umidade volumétrica do material com os valores de sucção, a partir dos pontos experimentais obtidos nos ensaios de papel filtro. Além disso, foi necessária atribuir valores iniciais aos parâmetros m, n e α da equação, a fim de se obter o melhor ajuste da curva aos pontos experimentais.

Figura 34 - Balança de precisão

Fonte: Elaborado pelo autor

Figura 35 – Interface do software RETC

Fonte: RETC, 2018

Outro parâmetro de entrada utilizado no programa RETC foi o coeficiente de permeabilidade saturada dos materiais, obtidos por Elias (2018) no ensaio de permeabilidade à carga variável (NBR-14545/00), necessário para a obtenção da curva de condutividade hidráulica não-saturada, segundo a equação de Van Genuchten (1987). Após o ajuste para ambos os tipos de curvas, que utiliza o Método de Regressão Linear, considerou-se como aceitável um valor de R² igual ou superior a 0.9000, a fim de se obter relações consideravelmente explicativas para os parâmetros medidos.