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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2007.tde-06072007-152808
Documento
Autor
Nome completo
Jorge Eduardo da Silva Gomes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2007
Orientador
Banca examinadora
Marinho, Fernando Antônio Medeiros (Presidente)
Campos, Tácio Mauro Pereira de
Pinto, Carlos de Sousa
Título em português
Estudo sobre fatores que influenciam a acurácia do método do papel-filtro.
Palavras-chave em português
Mecânica dos solos
Método do papel-filtro
Solos não saturados
Sucção
Técnicas de medição de sucção
Resumo em português
O objetivo do presente trabalho é verificar a susceptibilidade do método do papel-filtro a variações em três parâmetros de ensaio: a rugosidade do meio poroso (estrutura da matriz porosa), a extensão do período de exposição do papel-filtro à água intersticial do solo (tempo de equilíbrio) e o grau de deficiência de contacto entre o papel-filtro e a superfície do meio poroso. Para o estudo da rugosidade do meio poroso, três materiais particulados foram empregados. Individualmente, esses materiais apresentam-se mal graduados. A diferença entre eles reside no tamanho médio dos grãos, que para cada um assume um valor característico. A pretexto de uma primeira descrição, seria possível classificá-los como argila (argila caolinítica rosa), areia fina (areia IPT 100, F = 0,15 mm) e areia média (areia IPT 30, F = 0,60 mm). Vale notar que a peculiaridade destas distribuições granulométricas desqualifica esses materiais como elementos representativos para o estudo de solos que ocorrem em problemas reais de engenharia. De fato, para os propósitos do presente trabalho, os solos são instrumentos de investigação, ao passo que o método de aferição de sucção é objeto de estudo. A fim de que o procedimento experimental abrangesse a um só tempo as observações concernentes aos três parâmetros de estudo, concebeu-se um elenco de corpos-de-prova que viabilizou o levantamento concomitante de todas as observações necessárias. Visando a subsidiar as especulações acerca do tempo de equilíbrio, criaram-se grupos de corpos-de-prova (denominados famílias) a serem avaliados periodicamente segundo três intervalos de tempo: sete dias, quatorze dias e vinte e oito dias. A fim de viabilizar a verificação concomitante da influência da rugosidade do meio poroso (ou seja, da estrutura da matriz porosa), previu-se que cada família de corpos-de-prova seria composta por três sub-grupos (designados lotes), representantes dos três materiais empregados na investigação. E, com o intuito de avaliar a influência do grau de deficiência de contacto entre o papel-filtro e o solo, definiu-se cada lote como um conjunto de três corpos-de-prova, cada qual apresentando em uma de suas bases um sulco com diâmetro e profundidade definidos. De corpo-de-prova a corpo-de-prova, para um mesmo lote de uma mesma família, o diâmetro do sulco apresenta variações. Tais variações geram deficits de contacto que valem 20%, 50% e 80% da área do papel-filtro. A profundidade do sulco é a mesma para todos os corpos-de-prova, e é igual à espessura do espaçador empregado nas medições de sucção total (esp = 2mm). Quanto à rugosidade do meio poroso (estrutura da matriz porosa), concluiu-se que o tamanho médio dos grãos, conjugado ao índice de vazios, constiui variável diretamente proporcional aos desvios percentuais de aferição. Ou seja, quanto menor o tamanho médio dos grãos e menor o índice de vazios do material, menores serão os desvios percentuais de aferição de sucção. Quanto à extensão do período de exposição do papel-filtro à água intersticial do solo (tempo de equilíbrio), concluiu-se que o aumento do tempo de interação entre o papel-filtro e o solo pode compensar eventuais dificuldades de acesso da água intersticial ao papel-filtro. Inicialmente, a água atinge o papel-filtro nas regiões onde há contacto efetivo. Então, de maneira progressiva, a água passa a migrar pelo papel-filtro, umedecendo-o uniformemente. Quanto ao grau de deficiência de contacto entre o papel-filtro e a superfície do meio poroso, concluiu-se que a relação desta variável com o desvio percentual de aferição é de proporcionalidade direta. Ou seja, quanto maior a privação de contacto a que for submetido o papel-filtro, tanto mais afastado do valor de sucção matricial plena estará o valor de sucção aferido. Graficamente, isto se observa como um destacamento da curva de retenção levantada para contacto deficiente em relação à curva de retenção levantada para sucção matricial plena. Observou-se também que o destacamento entre as curvas de retenção não ocorreu de maneira uniforme. Para baixos teores de umidade volumétrica, foram maiores os desvios percentuais de aferição. Deste modo, o afastamento entre as curvas deu-se como uma combinação de translação e distorção.
Título em inglês
Study on factors which affect the accuracy of the filter-paper method.
Palavras-chave em inglês
Filter-paper method
Soil mechanics
Suction
Suction measurement techniques
Unsaturated soils
Resumo em inglês
The purpose of this work is to verify the susceptibility of the filter-paper method to variations in three experimental parameters: roughness of porous medium (structure of porous matrix), period of exposition of the filter-paper to pore water (equilibration time) and degree of deficiency in contact between the filter-paper and the porous medium. In order to study roughness of porous medium (structure of porous matrix), three particulate materials have been used. Individually considered, they present a poorly graduated grain size distribution. They differ one from another for their average grain size, which assumes specific values for each material. As a summary description, it would be possible to classify them as kaolin, fine sand (F = 0.15 mm) and coarse sand (F = 0.60 mm). Such peculiar grain size distribution may disqualify these materials as representative of soils which normally occur in engineering problems. In fact, for the purposes of the present work, soil samples are instruments of investigation, while the method of suction measurement is the object of study. A set of samples was designed in order to make feasible simultaneous gauging of all relevant information. Thus, experimental procedure yielded at once data concerning all three parameters. Three groups of samples (each one assembling 9 elements) were created so that remarks could be made on equilibration time. Each of them is called family, being inspected according to a determined periodicity (7 days, 14 days and 28 days). On their turn, families are composed by smaller groups called branches (each branch gathers three samples, all made of the same material). Branches are intended to make possible the evaluation of the effect of average grain size on the accuracy of the filter-paper technique. Finally, in order to evaluate the role of deficient contact between the filter-paper and the soil, samples of a single branch (thus made of the same material) were designed to present a circular perforation on one of their faces. Within each single branch, from sample to sample, perforation diameter increases to generate growing lack of contact between the filter-paper and the soil sample (lack of contact may assume three different values: 20%, 50% or 80% of the filter-paper surface). Perforation depth doesn't vary from sample to sample, always being equal to the thickness of the perforated disk used in total suction measurements (which is 2 mm). As for roughness of porous medium (structure of porous matrix), it has been noticed that both average grain size and void ratio are directly proportional to percent measurement deviation. In other words, the smaller the average grain size and the void ratio, the smaller will be percent measurement deviations. As for period of exposition of the filter-paper to pore water (equilibration time), it has been noticed that extending time for interaction between filter-paper and soil may compensate difficulties interstitial water might have to access filter-paper. At first, water reaches the filter-paper on regions where there is effective contact. Then, progressively, water tends to migrate through the filter-paper, wetting it uniformly. As for degree of deficiency in contact between the filter-paper and the porous medium, it has been noticed that such variable is directly proportional to percent measurement deviations. In other words, the greater the lack of contact between the filter-paper and the soil, the further is suction measurement from its full matric suction equivalent. Graphically, it corresponds to a detachment between the retention curve associated with partial matric suction and the retention curve associated with full matric suction. Additionally, it has been noticed that detachment between retention curves hasn't occurred uniformly. For lower volumetric water contents, percent measurement deviations were greater. Hence, detachment occurred as a combination of translation and distortion.
 
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Data de Publicação
2007-08-16
 
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