Metodologia do Ensaio de Coluna de Umedecimento e Secagem

Na simulação e na avaliação de barreiras capilares, foi utilizada uma coluna de PVC cilíndrica de 12 mm de espessura monitorada com sensores de umidade, temperatura e sucção. Os sensores de umidade foram inseridos na camada capilar e na camada de fundação, os demais sensores foram introduzidos apenas na camada capilar. A coluna possuía diâmetro interno aproximado de 254 mm e altura de 415 mm. Como camada de suporte e drenagem, foram utilizados 7,650 kg de pedrisco e a camada capilar foi composta por 19,000 kg de solo residual de Sabará, homogeneizado com a adição de 2850 l de água, o suficiente para

aproximar o solo à umidade ótima (15%). Durante a compactação se verificou os teores de umidade gravimétricos atingidos (14,2% a 16,5%).

Na confecção das colunas de umedecimento e secagem foi posto da base para o topo; o pedrisco, o GTN desejado (realizou-se ensaio sem GTN também), sobre o geotêxtil foi posto o solo residual, sendo este fracionado em seis porções. Cada porção foi inserida separadamente e receberam 46 golpes com o soquete California Bearing Ratio – CBR – de 4,536 kg e altura de queda de 457 mm, o número de golpes foi calculado de forma a fornecer a mesma energia de compactação do ensaio Proctor normal. Ao término da compactação de cada camada de solo, ela foi escarificada para melhor entrosamento com a camada adjacente. Em camadas alternadas, durante sua compactação, foram inseridos os sensores de umidade EC-5. A última camada compactada de solo não foi escarificada sendo apenas nivelada com auxílio de martelo de borracha. A camada de topo foi composta por 2,000 kg de brita zero dispersa sobre o solo. Tanto o nivelamento do solo quanto a brita zero dispersa evitaram o fluxo hidráulico preferencial. No topo da coluna foi acoplado um reservatório de água que possuía em seu fundo, um orifício, feito por um alfinete, que viabilizou o gotejamento dessa água sobre a brita. O reservatório de água foi tampado para evitar a evaporação da água, mas uma pequena comunicação com o meio externo foi permitida para manter a água do reservatório sob pressão atmosférica. Após a montagem da coluna, a mesma foi posta sobre uma balança digital que foi utilizada para aferir o peso da coluna de umedecimento e secagem durante os ensaios. O peso inicial da coluna sem e com o reservatório foram medidos e, em seguida, iniciou-se o ensaio pela trajetória de umedecimento com a infiltração de água no solo. Ao término da trajetória de umedecimento iniciou-se a trajetória de secagem, que foi acelerada com a retirada do reservatório e a incidência do calor gerado por duas lâmpadas halógenas, Figura 37.

A configuração final da coluna de umedecimento e secagem apresentou o bloco capilar e camada capilar em cotas aproximadas de 100 mm e 100 a 300 mm, respectivamente. Os quatros sensores de umidade EC-5 foram dispostos nas cotas de 70 mm, 140 mm, 200 mm e 260 mm. Os sensores de sucção e temperatura foram dispostos em 140 mm, 200 mm e 260 mm. A inserção desses sensores ocorreu após a compactação do solo, com auxílio de uma furadeira. Na cota de 10 mm acima da base da coluna, foi feito um orifício drenante de diâmetro de 10 mm, Figura 38. + / - 1 00 m m

Figura 37 – Coluna de umedecimento e secagem, suas etapas construtivas e trajetórias. a) Colocação do pedrisco; b) Colocação do GTN; c) Solo compactado e escarificado e a inserção do sensor EC-5; d) Colocação da camada de topo de brita zero; e) Ensaio em trajetória de umedecimento e f) Ensaio em trajetória de secagem em detalhe o posicionamento das lâmpadas halógenas.

Figura 38 – Esquerda, preparo da lama de solo para inserção dos sensores. Direita, vista frontal da coluna de umedecimento e secagem detalhando a disposição dos locais de inserção dos sensores e o orifício drenante.

A inserção dos sensores de temperatura e sucção acontecia depois de aproximadamente 24 horas da compactação das camadas capilares. Logo em seguida, as trajetórias de umedecimento eram impostas pelo gotejamento de 1,2 l a 1,4 l de água de torneira (até verificar o rompimento da barreira capilar). Com exceção do ensaio de coluna de umedecimento e secagem associado ao GTA, que utilizou inicialmente apenas uma lâmpada halógena para desidratar a camada capilar, todos os ensaios tiveram as trajetórias de secagem potencializadas por duas lâmpadas halógenas desde o início delas. Após a realização da infiltração de água da torneira nas camadas capilares e suas posteriores secagens, os dataloggers foram descarregados e os dados salvos em formato Excel. A partir do programa Excel, foram plotados os gráficos correlacionando a temperatura (°C) com o tempo (hora), a sucção matricial (kPa) com o tempo (hora), o teor de umidade volumétrico com o tempo (hora), o teor de umidade volumétrico com a sucção matricial (kPa) para cada coluna montada e a variação do teor de umidade com o tempo (hora) entre as diferentes colunas ensaiadas.

Esquemática e resumidamente, as colunas de umedecimento e secagem possuíram como constituição básica do topo para a base: reservatório de água crivado com tampa; camada composta por brita zero amortecedora do impacto da água; camada capilar, composta pelo solo residual de Sabará; bloco capilar composto por um dos dois tipos de geotêxteis em condição de primeiro uso e na base como fundação-dreno o pedrisco, que na ausência do geotêxtil assumia o papel do bloco capilar. Para avaliação do comportamento das barreiras capilares foram montadas 3 colunas de umedecimento e secagem, duas com GTN diferentes e uma sem GTN, que foram submetidas a um ou mais umedecimento e secagem, conforme, Tabela 15 e Figura 39.

Tabela 15 – Composição dos ensaios de coluna de umedecimento e secagem e quantidade de umedecimento e secagem que cada coluna sofreu

Coluna de

umedecimento e secagem Umedecimento Secagem

Com GTA 1 1

Com GTB 3 2

Sem GTN 2 2

Ar Água Ar Água Ar Solo residual de Sabará Brita zero Solo residual de Sabará Brita zero Solo residual de Sabará GTA GTB

Pedrisco Pedrisco Pedrisco

Figura 39 – A cima modelos da composição da barreira capilar no ensaio de coluna de umedecimento e secagem. A baixo modelo geral.