Ensaio para determinação das curvas de retenção do solo

Foram empregadas duas técnicas para obtenção da curva de retenção à água das misturas de solo: o papel-filtro e a câmara de sucção, em um procedimento modificado inicialmente proposto por Fourie e Papageorgian (1995) e implementado por Dourado e Machado (2001).

O método do papel-filtro é uma técnica que tem sido utilizada com sucesso para obtenção dos trechos de maiores valores de sucção (acima de 500 kPa) de curvas de retenção de solos. A técnica pode ser utilizada com medidas de sucção matricial ou total. O método consiste em colocar um pedaço de papel-filtro em um recipiente hermético com uma amostra de solo até que seja estabelecido o equilíbrio de sucção entre o papel e a amostra. Caso o seja colocado em contato direto com o solo a sucção obtida é a sucção matricial, caso contrário a sucção medida será a sucção total. Neste trabalho foram realizadas medidas de sucção total. A sucção do papel-filtro e da amostra foi calculada utilizando-se as curvas de calibração do papel- filtro. O papel-filtro utilizado neste trabalho foi o Whatman nº 42 e as equações de calibração adotadas foram as propostas por Chandler et al (1992).

𝑤 > 47 → 𝑆 = 10(6,05−2,48 log(𝑤)) 𝑤 ≤ 47 → 𝑆 = 10(4,84−0,0622(𝑤))

Onde: w = é o teor de umidade gravimétrica do papel-filtro [%] e S = é a Sucção em kPa.

As amostras de solo usadas nos ensaios de sucção foram retiradas dos blocos indeformados das misturas. Foram moldados pequenos Corpos de Prova (CP) com o auxílio de um cilindro, cujas dimensões internas são aproximadamente, 4cm de diâmetro e 3,8cm de altura (Figuras 5.32 e 5.33).

[5.7] [5.8]

Cada amostra teve sua massa medida. O solo excedente do processo de talhagem foi amostrado logo após moldagem do CP para obtenção da umidade. Estas informações foram usadas para determinação dos índices físicos iniciais das amostras (teor de umidade, grau de saturação, índice de vazios, pesos específicos). Determinado o teor de umidade e o grau de saturação inicial para cada CP, foi determinada a quantidade de água a ser adicionada ou retirada das amostras para que fossem atingidos os graus de saturação que cada CP deviria ter para obtenção de oito pontos da curva de retenção do solo.

Água foi retirada, e, em alguns casos, acrescentada, para que os CPs atingissem o grau de saturação desejado (10, 20, 30, 40, 55, 70, 85 e 100%), de forma que a curva de retenção obtida segue uma trajetória mista. Cada CP foi colocado em uma vasilha plástica, acrescentando-se espaçadores de PVC e o papel-filtro; a vasilha foi fechada e lacrada com fita adesiva (Figura 5.34). O conjunto (vasilha, CP e papel-filtro) foi colocado em uma caixa de isopor numa sala com temperatura mantida em torno de 20°C, para estabilizar por um período de 30 dias. Esse processo foi realizado para cada mistura.

Figura 5. 34: O cilindro usado na talhagem da

amostra

Figura 5. 35: CP do ensaio de sucção sendo

Após alcançado o equilíbrio, os recipientes foram abertos e os papéis-filtro foram removidos rapidamente da amostra, com o auxílio de uma pinça, e colocados em uma cápsula com massa conhecida e pesadas usando uma balança com resolução de 0,001g. Em seguida a cápsula foi colocada em uma estufa com temperatura de 100ºC, permanecendo na estufa por 24 horas para efetuar a secagem.

Após 24 hora, a capsula com o papel-filtro foi retirada da estufa e colocada em um dessecador com sílica gel para esfriar sem reter água da atmosfera, e posteriormente foi pesada para determinar sua nova massa. O mesmo procedimento foi feito para os corpos de prova. Através desses dados o teor de umidade do papel-filtro foi calculado. Com o teor de umidade do papel-filtro e a correspondente equação de calibração (equações 5.2 e 5.3) foi obtida a sucção do papel-filtro, considerada igual à existente na amostra. Esse valor de sucção e o teor de umidade da amostra (ou grau de saturação) foram utilizados para a construção da curva de retenção.

Para a realização do ensaio de sucção pelo método desenvolvido por Dourado e Machado (2001) foram talhadas amostras no bloco indeformado com o auxílio de anéis metálicos (Figura 5.35).

A amostra de solo foi colocada sobre o disco cerâmico de alto valor de entrada de ar (15 BAR), contido na câmara de ensaio (Figura 5.36) e em seguida foi acrescentado água entre a câmara e o solo contido no anel para que o mesmo atingisse condições próximas à da saturação.

Figura 5. 36: As oito amostras de solos para obtenção de oito pontos

Após um período de aproximadamente cinco horas, o volume de água não absorvido pela amostra foi removido. Em seguida, a câmara foi fechada e uma pressão de ar de cerca de 600 kPa foi aplicada no topo da câmara (Figura 5.37).

Como todos os registros se encontram fechados no início do ensaio, ocorre um equilíbrio entre o valor da pressão da linha de saída de água da câmara e o valor da pressão de ar aplicada no topo da câmara, valores estes que são acompanhados pelo sistema e de aquisição de dados. Após o equilíbrio das pressões (entrada e saída) o sistema é aberto para a drenagem de uma determinada quantidade de água do corpo de prova. Após drenagem do volume estabelecido, o sistema é fechado e um novo estágio de equilíbrio é atingido. Os novos valores de pressão de Figura 5. 38: Amostra de solo para ensaio

de sucção.

Figura 5. 39: Câmara do ensaio de sucção fechada com

aplicação de ar aplicada no topo.

Figura 5. 37: Solo na câmara de ensaio de

água vão ficando gradualmente menores devido ao aumento da sucção do solo, pela perda gradual de água.

O ensaio então é composto de diversas etapas, sendo que cada etapa é iniciada após atingido o equilíbrio das pressões, decorrente da drenagem da fase anterior. Em cada etapa é conhecido o volume drenado, e a sucção, quando as pressões se estabilizam, calculada pela diferença entre as pressões de ar e água.

Ao término da última etapa a câmara é aberta, a amostra é retirada e pesada, sendo em seguida colocada em estufa, para se determinar a quantidade de água existente no último estágio de sucção. O volume de água na amostra, relativo a cada estágio de sucção, é obtido somando o volume de água da etapa posterior (iniciando com o valor obtido em estufa) com volume drenado. Calcula-se a partir daí a umidade da amostra referente a cada etapa. De posse destes resultados e dos valores de sucção é efetuada a montagem da curva de retenção de água.

O ajuste da curva de retenção de água do solo foi obtida pela aplicação da equação de Van Genutchen (1980). A relação funcional estabelecida por Van Genuchten para os parâmetros de umidade volumétrica e sucção é dada pela equação 5.9.

𝜃 = 𝜃𝑟+

𝜃_𝑠+ 𝜃_𝑟 (1 + (𝛼1𝑆)𝑛)𝑚

Onde S é a sucção [ML-1_T-2_{]; θ é teor de umidade volumétrica dos corpos de prova [-];} θr é a umidade volumétrica residual [-]; θs é a umidade de saturação [-]; n, m e α1 são parâmetros

de ajuste, sendo m=1/(n-1).

6. RESULTADOS E DISCUSSÕES