4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.8.6. Técnica do Papel Filtro
A técnica do Papel Filtro consiste na medida da sucção a partir do equilíbrio entre o teor de umidade presente na amostra de solo e o papel filtro. Esta técnica de ensaio é muito
Funil
Reservatório de água
difundida e utilizada no meio técnico por ser relativamente simples e de baixo custo. O uso desta técnica possibilita medir a sucção total ou matricial por meio das trajetórias de umedecimento ou secagem. A Figura 4.11 ilustra as duas configurações de ensaio com o papel filtro onde em (a) permite o fluxo de vapor pois não ocorre o contato do papel filtro com a amostra de solo, determinando a sucção total e em (b) o contato entre o papel filtro e a amostra de solo permite o fluxo capilar, dessa forma, determinando a sucção matricial para esta configuração de ensaio.
(a) (b)
Figura 4.11 - Configuração de ensaio para determinação da (a) sucção total e (b) sucção matricial. Fonte: Fernandes (2011).
Nesta pesquisa foi empregado o papel filtro Whatman nº42 para determinação da sucção matricial do solo feita por meio das equações de correlações propostas por Chandler, Crilly e Montgomerysmith (1992):
'*'|} ≤ 47% → G'*'|}= 10(8,á8w9,9â)).$ãäãåæ) (48)
'*'|} > 47% → G'*'|} = 10(â,9:w),8á.}y,$ãäãåæ) (49)
em que G'*'|} é a sucção do papel filtro, em [ML-1T-2]; '*'|} é o teor de umidade gravimétrica do papel filtro, em [MM-1].
O ajuste da curva de retenção foi feito segundo a equação empírica de Van Genuchten (1980), representada pela equação (50), a partir do teor de umidade gravimétrico:
= 5+ ( B− 5). è[1 + (K1
0. G)z¡]+¡é
(50)
em que é o teor de umidade gravimétrico desejado, em [MM-1]; 5 é o teor de umidade gravimétrico residual, em [MM-1]; B é o teor de umidade gravimétrico de saturação, em
[MM-1]; G é a sucção, em [ML-1T-2]; K0, O0, Q0 são parâmetros de forma da curva de retenção,
em [M-1LT2, adimensional, adimensional].
Os corpos de prova foram moldados do bloco de amostra indeformada do pé do talude (AP-1) em anéis de PVC com dimensão média de 5,0 cm de diâmetro e 1,0 cm de altura; totalizando vinte e oito corpos de prova. Os procedimentos para determinação dos pontos experimentais para a trajetória de secagem e de umedecimento encontram-se descritos a seguir.
4.8.6.1.Trajetória de Secagem
A trajetória de secagem consiste basicamente em retirar água do corpo de prova saturado até que este atinja a umidade desejada, feito por meio de controle da massa do solo. A determinação da trajetória de secagem foi feita utilizando dezessete corpos de prova, cujas características de moldagem foram descritas anteriormente (item 4.8.6). A Figura 4.12a ilustra como foi feita essa moldagem na amostra indeformada do pé do talude. Todos os corpos de prova foram saturados em um recipiente contendo água destilada e uma placa porosa comum por um período mínimo de 24 horas (Figura 4.12b).
(a) (b)
Figura 4.12 - Trajetória de secagem (a) moldagem do corpo de prova e (b) saturação dos corpos de prova.
Após a saturação, esses corpos de prova foram deixados secar ao ar livre (temperatura ambiente, como ilustra a Figura 4.13a) até os mesmos atingirem uma massa pré-estabelecida. A massa do conjunto, formada pelo anel e amostra de solo, foi controlada mediante pesagem periódica na balança eletrônica com precisão de 0,0001 g (Figura 4.13b). Portanto, a partir do momento em que a amostra de solo atingiu a massa pré-estabelecida, esta foi preparada e embalada com papel filtro. No caso desses ensaios, cada uma das faces da amostra de solo foi colocada em contato direto com o papel filtro (Figura 4.13c), sendo utilizado um disco de
PVC para assegurar o contato entre eles. Dessa maneira, cada conjunto composto por anel, amostra de solo, papel filtro e disco de PVC foi envolvido por plástico filme, lacrado com fita adesiva e identificado com uma etiqueta. Por fim, os conjuntos foram armazenados no interior de uma caixa de isopor (Figura 4.13d).
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.13 - Trajetória de secagem (a) secagem dos corpos de prova, (b) controle da massa, (c) embalagem dos corpos de prova com papel filtro e (d) armazenamento do conjunto.
O período de armazenamento variou em função do teor de umidade da amostra de solo e do tempo necessário para ocorrer o equilíbrio do fluxo de água entre o papel filtro e a amostra de solo. Nesta pesquisa, os tempos de equilíbrio foram de sete dias para as amostras de solo mais úmidas e de vinte e um dias para as amostras de solo mais secas.
Transcorrido o tempo de equilíbrio, os conjuntos foram desembalados cuidadosamente um a um. Os papéis filtro colocados no topo e na base da amostra de solo foram removidos e pesados individualmente na balança eletrônica com precisão de 0,0001 g. Imediatamente a esse procedimento, o teor de umidade gravimétrico foi determinado com uso de três cápsulas metálicas. Em seguida, os papéis filtro foram deixados em uma estufa com temperatura
máxima de 100 °C por um período máximo de 4 horas. Esses papéis filtro foram novamente pesados na mesma balança eletrônica.
Os pontos experimentais foram determinados a partir do cálculo da sucção matricial usando as equações (48) e (49) proposta por Chandler, Crilly e Montgomerysmith (1992) e da média do teor de umidade gravimétrica.
4.8.6.2.Trajetória de umedecimento
A trajetória de umedecimento consiste basicamente em adicionar água ao corpo de prova seco ao ar livre até que este atinja a umidade desejada, feito por meio de controle da massa do solo. A determinação da trajetória de secagem foi feita utilizando onze corpos de prova, cujas características de moldagem foram descritas anteriormente (item 4.8.6).
Os corpos de prova foram deixados secar ao ar livre (temperatura ambiente) por um período de sete dias (Figura 4.14a). Após a conclusão da secagem, esses corpos de prova foram umedecidos até que os mesmos atingissem uma massa pré-estabelecida. O processo de umedecimento da amostra de solo foi feito a partir do gotejamento de água destilada por meio de uma bureta de 50 ml (Figura 4.14b).
(a) (b)
Figura 4.14 - Trajetória de umedecimento (a) corpo de prova seco ao ar livre e (b) montagem do procedimento de umedecimento da amostra de solo.
A massa do conjunto, formada pelo anel e amostra de solo, foi controlada com o uso de uma balança eletrônica com precisão de 0,0001 g (Figura 4.15a). Portanto, a partir do momento em que a amostra de solo atingiu a massa pré-estabelecida, esta foi preparada e embalada com papel filtro. Os procedimentos para embalagem do conjunto, manuseio do papel filtro, período de armazenamento, pesagem dos papéis filtro e cálculo da sucção
matricial foram semelhantes aos descritos na trajetória de secagem, apresentados no item 4.8.6.1.
(a) (b)
Figura 4.15 - Trajetória de umedecimento (a) processo de gotejamento e (b) equilíbrio da água na amostra de solo antes de embalar com papel filtro.