Relatório de Pós doutorado Orlando Martini de Oliveira
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Relatório de Pós doutorado Orlando Martini de Oliveira
ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESTUDO DOS EFEITOS CLIMÁTICOS NOS PROJETOS DE BARREIRAS CAPILARES Relatório das atividades desenvolvidas no período de fevereiro a outubro de 2005. ______________________________________________________ Bolsista: Orlando Martini de Oliveira ______________________________________________________ Supervisor: Prof .Dr. Fernando Antônio Medeiros Marinho - 2005 - SUMÁRIO Pg. 1. Introdução.......................................................................................................... 1 2.Caracterização dos solos..................................................................................... 3 3. Estudos de alguns aspectos relacionados à instrumentação das barreiras capilares.................................................................................................................. 9 3.1. Análise dos procedimentos de manutenção dos tensiômetros..................... 10 3.2 Verificação da calibração do TDR................................................................ 16 4. Ensaios utilizados para retroanálise dos parâmetros de entrada do VS2DHI.... 25 4.1. Simulação de chuva em uma coluna de solo compactado........................... 25 4.2 Medição da sucção com o tensiômetro de alta capacidade........................... 32 5. Retroanálise dos parâmetros de entrada do VS2DHI......................................... 34 6. Simulação dos tanques....................................................................................... 7. Considerações finais.......................................................................................... 8. Referências bibliográficas.................................................................................. ANEXO – Artigos submetidos a publicação......................................................... 1. Introdução O projeto de pesquisa apresentado e aprovado pela FAPESP (processo: 04/01846-1) tem como principal objetivo a ampliação dos conhecimentos referentes às barreiras capilares, utilizando para isto análises numéricas e um modelo físico de campo. As barreiras capilares são um sistema de cobertura artificial, que visam até certo ponto controlar a interação entre o solo e a atmosfera. Esse controle dá-se por intermédio de camadas constituídas de materiais porosos que apresentam características geotécnicas pré-determinadas na fase de projeto. Essas camadas diminuem o fluxo de água na superfície do solo, limitam a infiltração e reduzem a evaporação. Desta forma as barreiras capilares amenizam a variabilidade das interações solo-atmosfera. Isso possibilita um melhor controle do meio, resultando em maior segurança e economia nos projetos de engenharia. As preocupações ambientais e os perigos causados pela crescente produção de resíduos dos grandes centros industriais, fizeram com que surgisse a necessidade de desenvolvimento de técnicas de projeto mais apuradas e economicamente viáveis para o controle da lixiviação dos contaminantes. Atualmente esse controle parcial é desempenhado pelas coberturas de solo que muitas vezes funcionam como barreiras capilares. Recentemente as barreiras capilares têm sido utilizadas como cobertura de aterro de resíduos sólidos, tendo como principal objetivo evitar que este material entre em contato com a água de chuva, reduzindo assim a produção de contaminantes [e.g. Blight (1997), Kampf e Von Der Hude (1995), Nicholson et al. (1989), Cabral et al. (1999)]. Depois de decorrido 9 meses do início desta pesquisa, período de fevereiro a outubro de 2005, foram cumpridas as etapas propostas no cronograma inicial apresentado a FAPESP que são: caracterização geotécnica dos solos e simulações numéricas para a definição da geometria e condições de moldagem da barreira capilar que será compactada na área experimental. Inicialmente foi feita a caracterização dos solos que serão utilizados do desenvolvimento desta pesquisa, com determinação de seus índices físicos, granulometria, permeabilidade saturada e curva de retenção. Em relação aos 1 instrumentos que serão instalados na barreira capilar foram investigados os seguintes aspectos: Nos procedimentos de manutenção dos tensiômetros foi verifica a sua eficiência na medição da sucção, ao serem preenchidos com água preparada de diversas formas. Para os TDR foi verificada a aplicabilidade da calibração proposta por Topp et al (1980). O TDR foi instalado no interior do solo residual de gnaisse compactado na umidade ótima sendo a sua calibração obtida durante a secagem e umedecimento. Neste projeto de pesquisa serão utilizados uma areia, denominada de Osasco, e um solo residual de gnaisse . Na área experimental do laboratório de mecânica dos solos da USP/SP, estes solos serão compactados no interior de tanques que apresentam diâmetro de 1.7 m e altura de 2.1 m. Uma estação meteorológica, já em funcionamento, monitora as condições ambientais, tais como, velocidade do vento, variação da temperatura e da altura de chuva em função do tempo. Os tensiômetros e TDR, que serão instalados no interior da barreira capilar, permitem o monitoramento do perfil de sucção e de umidade volumétrica em função do tempo. Desta forma é possível se determinar, após cada evento de chuva, a quantidade de água que escoou superficialmente, a parcela de água que infiltrou e que passou pela base da barreira. Com estes resultados pretende-se determinar, para fins de projeto, a densidade e a espessura que possibilita o melhor desempenho destas barreiras para o clima da cidade de São Paulo ao se utilizar um solo residual de gnaisse. Para a definição da densidade seca e espessura de solo que será compactado no interior do tanque do campo experimental, foi utilizado o programa VS2DHI desenvolvido pelo United State Geological Survey (USGS) para a resolução de equações de fluxo e escoamento em meios porosos não saturados. Este programa utiliza como dados de entrada os parâmetros da curva de retenção e a permeabilidade do solo na condição saturada. Quando se deseja simular a evaporação de água do solo devem ser fornecidos o potencial de pressão atmosférica e o potencial de evaporação. Após a definição do domínio do problema devem ser definidas as condições de contorno. 2 Antes da simulação que servirá como base para a definição das características da barreira capilar da área experimental, os parâmetros de entrada do programa VS2DHI foram retroanalizados com base nos seguintes ensaios de laboatório: Ensaio de evaporação de água do solo residual de gnaisse. Ensaio da simulação de uma chuva de 30 mm/h e duração de 2 horas em uma coluna de solo compactada no laboratório e instrumentada com tensiômetros e TDR. Ensaios da medição da sucção da sucção de corpos de prova com utilização de tensiômetro de alta capacidade. As atividades desenvolvidas no período de fevereiro a outubro de 2005 são apresentadas neste relatório na seguinte seqüência: caracterização dos solos; ensaios relacionados à manutenção do tensiômetro e a calibração do TDR; retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DHI; simulação da barreira capilar a ser compactado na área experimental e definição de sua geometria e condições de compactação. Em anexo estão as cópias de três dos artigos relacionados aos resultados desta pesquisa e aprovados para publicação. 2.Caracterização dos solos Para esta pesquisa serão utilizados a areia Osasco e o solo residual de gnaisse do campo experimental da USP/SP. Nos experimentos utilizados para a retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DHI, citados no item anterior, foi utilizado o solo residual de gnaisse que passa na peneira n o 10 ( < 2 mm) e no 4 ( < 4.76 mm). Parte das pesquisas de pós-graduação desenvolvidas na área de solos da USP/SP têm sido realizadas com a utilização destas duas frações de solo. As curvas granulométricas do gnaisse e da areia Osasco estão apresentadas na Figura 2.1. Os resultados obtidos para as duas frações de gnaisse são semelhantes diferindo apenas nas quantidades de areia grossa, que evidentemente não está presente no solo que passa na peneira n o 10. Observa-se na Figura 2.1 que a areia Osasco é constituída praticamente de areia média e fina. 3 #200 #100 #50#40#30 #16 #10 #4 100 90 Porcentagem que passa 80 70 60 50 40 30 20 Residual de Gnaisse (Diâmetro < 2mm) Residual de Gnaisse (Diâmetro < 4.76 mm) Areia 10 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100 Diâmetro dos Grãos (mm) Argila Silte Areia Fina Areia média grossa Pedregulho Figura 2.1 – Curvas granulométricas do solo residual de gnaisse e da areia de Osasco. Os resultados dos ensaios de caracterização estão apresentadas na Tabela 2.1. Na carta de plasticidade de Casa Grande as duas frações de solo residuais de gnaisse classificamse como silte de baixa compressibilidade (Ml). Tabela 2.1 – Resultados dos ensaios de caracterização e da granulometria do solo residual de gnaisse e da areia de Osasco. Tipo de solo d (g/cm3) wL ( %) wP (%) IP (%) Gnaisse Gnaisse (<2 mm) (<4,75 mm) 2.71 2.75 47 47 34 34 13 13 Areia Osasco 2.65 NL NP 0 A entrada de dados do programa VS2DHI utiliza os parâmetros dos ajustes das curvas de retenção do solo, obtidos nas mesmas condições do ensaio que se deseja simular. Para estes resultados experimentais foi aplicado o modelo de ajuste proposto por van Genutchen (1980), de onde se obtém o parâmetro n s e r. Os parâmetros e n estão relacionados respectivamente com a sucção de entrada de ar e com a inclinação da curva de retenção no trecho posterior a este valor de sucção. Os valores de s e r 4 correspondem a umidade volumétrica do solo na condição saturada e residual. Na Tabela 2.2 estão apresentados, para cada curva de retenção, o tipo de solo utilizado, as condições de moldagem e o objetivo de sua determinação. Tabela 2.2 – Definição das condições em que foram definidas as curvas de retenção utilizadas nas simulações do programa VS2DHI. Ensaio Tipo de solo Curva de retenção Calibração do TDR Residual de Solo compactado com gnaisse d=1.53 g/cm3 e w=25.3% (<2mm) (umidade ótima) Chuva na coluna de solo compactada no laboratório Residual de gnaisse Solo compactado com (< 4.76 d=1.21 g/cm3 e w=24.3% mm) Medição da sucção com tensiômetro Solo compactado na umidade ótima (d=1.53 Residual de g/cm3, w=25.3%) gnaisse (<2mm) Solo preparado com a consistência de pasta Residual de Simulação do gnaisse tanque a ser (< 4.76 compactado na mm) e areia área experimental Osasco Solo de gnaisse compactado com d=1.55 g/cm3 e w=24.3% (umidade ótima) Areia de Osasco moldada no seu índice de vazios mínimo (emín.= 0.57) Objetivo Utilização na retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DI Utilização na retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DI Utilização na retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DI Utilização na retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DI Definição das espessuras do solo residual de gnaisse e da areia Nas Figuras 2.2 e 2.3 estão as curvas de retenção do solo residual de gnaisse que passa na peneira no 10 (<2mm). Na Figura 2.2 o solo foi compactado na umidade ótima, sendo posteriormente saturado por aspersão de água destilada, e utilizado para a determinação da curva de retenção por secagem do corpo de prova. Foi utilizada a placa de sucção, para sucções de 1 a 30 kPa, a placa de pressão, para sucções de 50 a 400 kPa e o papel filtro para valores de sucções superiores a 500 kPa. Para a obtenção da curva de retenção da pasta de solo, apresentada na Figura 2.3, foi utilizado na moldagem dos corpos de prova um recipiente de cerâmica e uma espátula. 5 Utilizando uma pequena quantidade de solo ( em torno de 100 g) e a espátula para homogeneização, foi sendo adicionada água até o momento em que a pasta formada apresente teor de umidade superior ao limite de liquidez ( 1.5wl ). A pasta assim preparada foi colocada em moldes de PVC sendo a curva de retenção determinada com a utilização da placa de sucção e placa de pressão. Maiores detalhes da obtenção das curvas de retenção apresentadas nas Figuras 2.2 e 2.3 podem ser obtidos em Oliveira e Marinho (2005). 55 Solo residual gnaisse compactado na umidade ótima (d=1,53 g/cm3, w = 25,3 %) Umidade Volumétrica (%) 50 45 40 35 30 Resultados experientais van Genuchten - Ajuste aos resultados experimentais 25 1 10 100 1000 Sucção (kPa) Figura 2.2 – Curva de retenção do solo residual de gnaisse ( < 2mm) moldado nas condições da umidade ótima. 6 60 Pasta de solo Umidade Volumétrica (%) 55 50 45 40 35 30 Resultados experimentais 25 van Genuchten - Ajuste aos resultados experimentais 20 1 10 100 1000 Sucção (kPa) Figura 2.3 – Curva de retenção do solo residual de gnaisse ( < 2mm) moldado com a consistência de lama. A areia Osasco foi moldada com o seu índice de vazios mínimo, no interior de moldes de PVC (3.8 cm e h=3.8 cm) colocados sobre a placa de sucção. Após moldagem os corpos de prova foram saturados por aspersão de água destilada. Para cada nível de sucção foi feita a retirada de um corpo de prova para a determinação de seu teor de umidade gravimétrica. A curva foi obtida apenas com a utilização da placa de sucção para valores de até 30 kPa, estando os resultados experimentais apresentados na Figura 2.4. As curvas de retenção da Figura 2.5 foram obtidas por Vieira (2005) ao utilizar o solo residual de gnaisse que passa na peneira no 4 (< 4.76 mm). Estas curvas foram determinadas para o solo compactado com teor de umidade de 24.3% e densidade seca de 1.21 g/cm3 e 1.55 e g/cm3 (umidade ótima). Em todas as curvas de retenção apresentadas nas Figuras 2.2 a 2.5 estão os ajustes obtidos com o modelo proposto por van Genutchen (1980). As condições de moldagem de cada curva de retenção e os respectivos parâmetros de ajuste estão apresentados na Tabela 2.3. 7 35 Resultados experimentais - e mínimo Umidade Volumétrica (%) 30 van Genutchen - Ajuste aos resultados experimentais 25 20 15 10 Areia de Osasco 5 (e mín. = 0.57) 0 0 1 10 100 1000 Sucção (kPa) Figura 2.4 - Curva de retenção da areia de Osasco moldada com o seu índice de vazios mínimo (emín.=0.57). 55 Solo residual de gnaisse (<4.76 mm) Umidade Volumétrica (%) 50 45 40 35 30 25 Dens.seca=1.21 g/cm3, w = 24.3 % Dens. seca=1.55 g/cm3, w = 24.3% 20 1 10 Sucção (kPa) 100 1000 Figura 2.5 - Curva de retenção do solo residual de gnaisse ( < 4.76 mm) moldado nas condições da umidade ótima (d=1.55 g/cm3) e com densidade seca de 1.21 g/cm3. 8 Tabela 2.3 – Condições de moldagem e parâmetros dos ajustes das curvas de retenção utilizando o modelo proposto por van Genutchen (1980). Solos (1) Gnaisse ( < 2 mm) d (g/cm3)* 1.53 w (%) * 25.3 0.028 (1/kPa) n 1.15 3.4 r (%) 46 s (%) k sat. (cm/s) 8.70E-7 * Condições de moldagem (2) (3) (4) Gnaisse Gnaisse Gnaisse ( < 2 mm) (< 4.75 mm) (< 4.75 mm) reia de Osasco Pasta 1.59 1.21 1.69 1.5 wl 0.008 1.58 3.4 58 2.2E-5 24.3 0.0025 1.7 1 43 7.0E-7 24.3 0.0635 1.25 1 50 5.0E-5 -0.0044 5.00 3 33 3.00E-2 3. Estudos de alguns aspectos relacionados à instrumentação das barreiras capilares Antes da compactação do solo no interior dos tanques instalados no campo experimental, foram analisados, em relação à instrumentação que será utilizada, dois aspectos julgados relevantes para a obtenção de resultados confiáveis. Conforme citado no projeto de pesquisa enviado a FAPESP, estas instrumentações consistem de tensiômetros, utilizados para a obtenção do perfil de sucção do solo, e de TDR, utilizado para a definição do perfil de umidade volumétrica. Para os tensiômetros foi verificada, em relação aos valores da medição da sucção em função do tempo, a eficiência do seu preenchimento com água destilada, água destilada e deaerada e água destilada fervida e mantida quente. Quanto à utilização do TDR, foi obtida a sua calibração utilizando uma amostra de solo compactada na umidade ótima. O objetivo deste ultimo ensaio foi o de verificar se a calibração obtida é semelhante à calibração proposta por Topp et al (1980), bastante difundida no meio científico. Os procedimentos e os resultados destes ensaios são apresentados neste item. 9 3.1. Análise dos procedimentos de manutenção dos tensiômetros O tensiômetro do tipo 2100F acrescido de jet fill e transdutor elétrico, apresentado na foto da Figura 3.1, faz parte dos equipamentos que serão utilizados na instrumentação das colunas de solo que serão compactadas no campo experimental. Neste equipamento foram realizados alguns testes para se verificar a eficiência de diferentes procedimentos de manutenção nas medições da sucção por um longo período de tempo. Figura 3.1 – Detalhes do tensiômetro 2100F montado com jet fill e transdutor elétrico Para estes testes os tensiômetros foram preenchidos com água destilada, água destilada e deaerada e água fervida e mantida quente preparadas da seguinte forma: Água destilada – Utilizada diretamente do destilador. Água destilada e deaerada – A água retirada do destilador foi colocada em um dessecador e submetida a vácuo até o momento em que não se percebe mais a formação de bolhas de ar na parede interna do dessecador. Foi aplicado um vácuo de 70 mm Hg por um período de aproximadamente 3 horas. Água destilada fervida e mantida quentea – A água destilada é fervida, colocada no dessecador e mantida quente com temperatura em torno de 35 oC. Os tensiômetros utilizados nestes testes já foram utilizados em outros ensaios. No entanto há a necessidade periódica de manutenção para garantir que funcione de forma adequada. Para a manutenção destes tensiômetros segui-se as seguintes etapas: A) Retirada da água do tensiômetro – Para esta etapa foi retirado o jet fill e a tubulação com a pedra porosa (ver Figura 3.1). Após a retirada de toda a água o tensiômetro foi novamente montado. 10 B) Circulação de água no interior do tensiômetro – Foi feita a retirada do parafuso que veda o tubo interno conectado à pedra porosa (Figura 3.1b) e colocada a bomba de vácuo no topo do tensiômetro. O tensiômetro é colocado na água de forma que a entrada do parafuso e a pedra porosa fiquem submersas. Ao se aplicar vácuo, com utilização da bomba manual, a água começa a circular no interior do tensiômetro, entrando pelo tubo interno, entrada do parafuso, passando pelo interior da pedra porosa (Figura 3.1a) e em seguida pelo tubo externo. É importante interromper com o dedo a entrada de água e em seguida liberar esta passagem até o momento em que se percebe que o vácuo aplicado diminui rapidamente. Tal procedimento ajuda na liberação do ar aprisionada na parede interna das tubulações. Na Figura 3.2 estão apresentadas duas fotos que ilustram estes procedimentos. A aplicação de diversos ciclos de vácuo é realizada por um período de 10 minutos. Figura 3.2 – Procedimento de circulação de água no interior do tensiômetro. (A) Submersão da entrada do parafuso e da pedra porosa (B) Aplicação de vácuo no topo do tensiômetro. C) Circulação de água pela pedra porosa – Para esta etapa é colocado o parafuso de forma a vedar a entrada de água pela tubulação interna conectada à pedra porosa, que é mantida submersa. Após a aplicação de vácuo, por um período de 15 minutos, a água passa a entrar apenas pela pedra porosa. D) Aplicação de vácuo na pedra porosa - Com a pedra porosa fora da água é aplicado vácuo por um período de 30 minutos, para a retirada de eventuais bolhas de ar que se formam no interior das tubulações. A foto da Figura 3.3 ilustra esta etapa. Figura 3.3 – Aplicação de sucção na pedra porosa E) Aplicação de vácuo no transdutor – Após o preenchimento do transdutor elétrico com água, é feita a aplicação de vácuo por um período de 5 minutos. A saída de ar do interior do transdutor pode ser visualizada na Figura 3.4. 11 Figura 3.4 – Retirada do ar presente no interior do transdutor de pressão F) Aplicação de vácuo no tensiômetro com o transdutor – O transdutor é colocado no tensiômetro que deve ser preenchido com água e em seguida feita a aplicação de vácuo por um período de 5 minutos. A bomba de vácuo manual é capaz de atingir valores da ordem de 85 kPa. Em todas as etapas de aplicação de vácuo foi constatada a formação de bolhas de ar. Por vibração do tensiômetro estas bolhas de ar se desprendem da parede das tubulações, devendo ser direcionadas para a saída superior conectada à bomba de vácuo. Na Figura 3.5 observase a formação de bolhas de ar no interior do tensiômetro. Figura 3.5 – Detalhe da formação de bolhas de ar no interior do tensiômetro 12 Procedimentos do ensaio Para o teste da eficiência dos três diferentes procedimentos de manutenção dos tensiômetros foi utilizado um solo residual de gnaisse, passado na peneira n o 10, compactado nas condições da umidade ótima (w=25%, d=1,53 g/cm3). Após a compactação o corpo de prova foi envolto com filme plástico e coberto em seguida com uma camada de parafina. Na metade da altura do corpo de prova foram abertos três furos com diâmetro igual ao da pedra porosa do tensiômetro. Para garantir o contato da pedra porosa com o corpo de prova foi preparada uma pasta do mesmo solo. Esta pasta é colocada em volta da pedra porosa, que em seguida é cravada no furo aberto no corpo de prova. Para se evitar a evaporação pelo furo foi utilizada massa de calafetar. A Figura 3.6 apresenta alguns detalhes destes ensaios. (A) (B) Figura 3.6 – (A) Aspecto geral do ensaio mostrando o corpo de prova e os tensiômetros ao fundo, (B) Detalhe do corpo de prova com os tensiômetros. Após um período de dois dias da inserção dos tensiômetros o topo do corpo de prova foi aberto de forma a permitir a evaporação da água do corpo de prova. Ao final do terceiro dia o ensaio foi encerrado. Os valores das variações das sucções em função do tempo, obtidos para os três tensiômetros, estão apresentados na Figura 3.7. 13 90 80 70 Sucção (kPa) 60 50 40 30 20 T4 - Água Fervida T5 - Água destilada e deaerada T8 - Água destilada 10 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Tempo (dias) Figura 3.7 – Monitoramento da variação da sucção de um corpo de prova utilizando três tensiômetros submetidos a diferentes procedimentos de manutenção. Durante o ensaio foi utilizada a válvula do Jet fill para a retirada de ar que se acumulou no topo do tensiômetro. Na Figura 3.7 este procedimento corresponde às bruscas reduções dos valores de sucção, observadas para 0.1 e 2.25 dias. O aumento do valor da sucção após o período de 2 dias está relacionado à abertura do topo do corpo de prova. Antes da retirada de ar, correspondente a 2.25 dias, observa-se que o tensiômetro saturado apenas com água destilada não acompanha mais os valores de sucções medidos pelos os outros dois tensiômetros. Esta perda de eficiência se deu após 2.2 dias do início do ensaio, correspondendo à sucção da ordem de 75 kPa. Após a retirada de ar, realizada no tempo 2.3 dias do início do ensaio, verifica-se na Figura 3.7 que, em relação ao tensiômetro preparado com água fervida, o tensiômetro preparado com água destilada e deaerada já não apresenta o mesmo tempo de resposta. Este tensiômetro só passa a ler o mesmo valor de sucção do tensiômetro preparado com água fervida após um período de tempo superior a 12 horas. Para se poder visualizar o tempo necessário para a medição da sucção do corpo de prova, os resultados da Figura 3.7 estão plotados na Figura 3.8 para o tempo de até 5 14 horas. Após as duas retiradas de ar, executadas entre 2 a 3 horas de ensaio, observa-se na Figura 3.8 que a recuperação dos valores das sucções medidas são iguais para os três tensiômetros. Este fato é um indicativo de que até este momento os tensiômetros apresentam comportamento semelhante. Na Figura 3.8 tem-se que após a inserção dos tensiômetros as leituras da sucção aumentam até o valor de 65 kPa e em seguida este valor se reduz gradativamente até 62 kPa (5 horas) que corresponde à sucção do corpo de prova. Portanto pode-se admitir que, com razoável precisão (3 kPa), a sucção do corpo de prova pode ser determinada após 30 minutos de ensaio. 80 Retirada de ar 70 Sucção (kPa) 60 50 40 30 20 T4 - Água Fervida T5 - Água destilada e deaerada T8 - Água destilada 10 0 0 1 2 3 4 5 Tempo (h) Figura 3.8 – Resultados da medição da sucção do corpo de prova utilizando três tensiômetros submetidos a diferentes procedimentos de manutenção. Conclusões Os três procedimentos de manutenção dos tensiômetros apresentam a mesma eficiência para a medição da sucção de um solo. No entanto, para medição por um tempo mais prolongado, o preparo de água utilizada para preenchimento do tensiômetro passa a ser importante. Neste caso os mesmos devem ser preenchidos com água fervida e mantida quente com temperatura em torno de 35oC. 15 3.2. Verificação da calibração do TDR O TDR (Time Domain Reflectometry), utilizado nesta pesquisa, é uma equipamento capaz de fornecer o teor de umidade volumétrica de solos e outros meios porosos. O princípio de funcionamento deste equipamento consiste na emissão de pulsos eletromagnéticos através de linhas de transmissão. Estes pulsos eletromagnéticos percorrem um cabo coaxial até alcançar as guias de onda inseridas no solo. Neste instante parte deste pulso é refletido de volta devido à diferença das propriedades elétricas entre o cabo e o início das guias de onda. A outra parte atinge o final das guias de onda e é refletida de volta, devido a uma nova diferença na impedância. Vários pulsos são gerados pelo TDR na quantidade necessária para produzir um gráfico que relaciona as variações da voltagem efetiva com o tempo. Deste gráfico obtêm-se o tempo entre a chegada dos sinais refletidos no início e no final das guias de ondas. A velocidade com que um pulso eletromagnético atravessa uma guia de onde é função da constante dielétrica do material com o qual está em contato, sendo dada por: Vp 2L t c a K a (3.1) onde: t - tempo que a onda leva para ir e voltar na haste dentro do solo; L - comprimento das hastes; c velocidade da luz no ar (3x108 m/s) e a - permeabilidade magnética do material (igual a 1 para os solos e rochas). Devido à grande diferença da constante dielétrica da água (Ka=80) em relação às partículas de solo (Ka=2 a 4) e o ar (Ka=1), a velocidade de propagação dos pulsos das ondas eletromagnéticas está intimamente relacionada à quantidade de água presente no interior do solo e conseqüentemente ao seu teor de umidade volumétrica. Topp et al (1980) apresentaram uma curva de calibração, praticamente independente do tipo de solo, que correlaciona a umidade volumétrica e a constante dielétrica. No entanto, diversos autores têm verificado a dependência da constante dielétrica com o teor de argila, densidade seca e estrutura dos solos (e.g. Wang e Schmugge, 1980; Dobson et al., 1985; Dirksen e Dasberg, 1993; Skierucha e Malicki, 2002; Yu e Drnevich, 2004; Tommaselli e Bacchi, 2001). Souza et al (2001), Tommaselli e Bachi (2001), Teixeira et al (2003) e Andrade et al (2003) verificaram que a equação proposta por Topp et al (1980), em geral, não se aplica aos solos tropicais. O teste aqui 16 apresentado tem como objetivo verificar se a equação proposta por Topp et al (1980) pode ser aplicada para o solo residual de gnaisse utilizado nos experimentos. Descrição dos Equipamentos Para a determinação da constante dielétrica do solo foi utilizado o TDR Trase System, fabricado pela SOIL MOISTURE CORP, conectado a um multiplexador. Para este teste foram utilizadas guias de onda de três hastes e com comprimentos de 14 cm (WG14). Estas guias são de aço inoxidável, com espessura de 0.3 cm e espaçamento de 2.5 cm, conectadas a um cabo de resina acrílica. Os equipamentos utilizados estão apresentados na Figura 3.9. (a) (c) Guias de onda Sistema de aquisição Gerador e receptor de ondas (b) Multiplexador WG14 WG20 Figura3.9 – (a) Sistema de aquisição, geração e recepção de ondas; (b) Multiplexador; (c) Guias de onda WG14 e WG20 (Vieira, 2005). Descrição do procedimento de calibração Para este ensaio o solo residual de gnaisse, passado na peneira n o 4, foi compactado estaticamente nas condições da umidade ótima (Proctor Normal), que corresponde ao teor de umidade de 23.4% e densidade seca de 1.59 g/cm 3. A compactação foi realizada em quatro camadas no interior de um molde de PVC com diâmetro de 14.5 cm e altura de 5 cm. O tubo de PVC foi perfurado na altura de 2.5 cm para permitir a passagem das guias de onda. Para se atingir a altura destes furos, após a 17 compactação de uma camada de solo com espessura de 1.6 cm, foi compactada uma segunda camada com espessura de 0.8 cm. A seguir as guias de ondas são inseridas nos furos laterais ficando apoiadas no topo desta segunda camada. Para o preenchimento do molde de PVC, foram compactadas mais duas camadas de solo com espessuras respectivamente iguais a 0.8 cm e 1.8 cm. A Figura 3.10 apresenta uma foto do molde com o solo compactado e as guias de onda. Figura 3.10 – Obtenção da curva de calibração do TDR inserido no interior do solo Após a moldagem o corpo de prova foi mantido aberto, permitindo assim a evaporação da água presente em seu interior. A constante dielétrica foi obtida continuamente durante a secagem. Para se obter os valores de umidade volumétrica correspondente a um determinado valor de constante dielétrica o corpo de prova foi pesado a intervalos de tempo pré-determinado. Como o volume do corpo de prova se manteve constante, a umidade volumétrica é obtida pelo valor do volume de água do solo dividido pelo volume do molde de PVC. Foi permitida a secagem do corpo de prova por um período de 16 dias. Neste período de tempo a umidade volumétrica variou de 36.2 % a 5.5%. Após o período de secagem o corpo de prova foi umedecido em 5 etapas até atingir novamente a umidade volumétrica de moldagem. Nesta etapa, após a aspersão de um determinado volume de água, o corpo de prova foi envolto em filme plástico por um período superior a 2 dias de forma a permitir a estabilização da umidade em todo o seu volume. 18 Resultados A variação da voltagem efetiva em função do tempo e a respectiva constante dielétrica para as condições de moldagem estão apresentadas na Figura 3.11. Acima do gráfico desta figura tem-se que a constante dielétrica para estas condições tem o valor de 21.6 sendo necessário 2.32 nanosegundos para o pulso eletromagnético percorrer as guias de ondas. Figura 3.11 – Variação da voltagem efetiva em função do tempo utilizada na definição da constante dielétrica do solo residual de gnaisse compactado na umidade ótima. Na Figura 3.12 está apresentada a variação do peso do corpo de prova durante o período de secagem. Até o tempo de 10 dias a taxa de evaporação é constante e em seguida passa a reduzir-se gradativamente tornando-se praticamente nula a partir de 15 dias. Para este tempo a umidade volumétrica é de 5.5% e o potencial de evaporação, correspondente às condições ambientes, apresenta uma pequena capacidade para retirar água do solo. 19 Evaporação da água do solo (ml) 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Tempo (dias) Figura 3.12 – Evaporação da água do solo em função do tempo. Os pontos experimentais da umidade volumétrica, obtida da pesagem do corpo de prova durante a secagem e umedecimento, e os respectivos valores da constante dielétrica estão apresentados nas Figuras 3.13 e 3.14. Durante a secagem existe a possibilidade de se formar ao longo da altura do corpo de prova um perfil de umidade volumétrica. Desta forma tem-se como hipótese que a umidade volumétrica obtida após pesagem corresponda ao valor da constante dielétrica medida pelo TDR no centro do corpo de prova. Para os ciclos de umedecimento observa-se na Figura 3.14 que, logo após a aspersão de água e isolamento do corpo de prova com filme plástico, a constante dielétrica aumenta instantaneamente de valor e se mantém praticamente constante até a nova etapa de umedecimento. Como o corpo de prova é fechado para se permitir a estabilização da umidade em todo o seu volume, certamente o valor da constante dielétrica corresponde a umidade volumétrica calculada após a pesagem. 20 Ka (const. dielétrica) e Umid. Volumétrica (%) 40 Condições de moldagem Umid. volumétrica Ka (Cte dielétrica) 35 Secagem 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Tempo (dias) Figura 3.13 – Variação da constante dielétrica e da umidade volumétrica do solo durante Ka (const. dielétrica) e Umid. Volumétrica (%) a etapa de secagem. 40 Umid. volumétrica Ka (constante dielétrica) 35 30 Umedecimento 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Tempo (dias) Figura 3.14 – Variação da constante dielétrica e da umidade volumétrica do solo durante a etapa de umedecimento. 21 Os dados das umidades volumétricas e as respectivas constantes dielétricas para a fase de secagem e umedecimento estão plotados na Figura 3.15 juntamente com a calibração proposta por Topp et al (1980). Observa-se nesta figura que a calibração encontrada por Topp et al (1980) só fornece valores coerentes aos resultados experimentais a partir da umidade volumétrica superior a 30%. Para valores menores que 30% esta calibração passa gradativamente a sobreestimar a umidade volumétrica calculada, podendo chegar a erros superiores a 5%. Um aspecto importante observado na Figura 3.15 é que praticamente não ocorre diferença na relação entre Ka e a umidade volumétrica ao se submeter o corpo de prova a secagem e umedecimento, indicando assim a inexistência de histerese. [Uma análise conjunta com outros pontos de calibração levou a obtenção da seguinte equação de calibração (Vieira et al, 2006):] log K a 1 0.7 d 0.133 d 2 log1.09 0.03 d (3.2) Na Figura 3.16 estão apresentados os resultados experimentais obtidos para a secagem e umedecimento do corpo de prova e a equação proposta por Vieira et al (2006) para a densidade seca de 1.60 g/cm3. Em relação a calibração proposta por Topp et al (1980) a equação apresentada por Vieira et al (2006) se ajuste melhor aos resultados experimentais para valores de umidade volumétrica próximas de 5%. 25 Calibração Topp et al (1980) Secagem Umedecimento Ka (Constante dielétrica) 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Umidade volumétrica (%) 22 Figura 3.15 – Comparação dos valores da constante dielétrica do solo compactado na umidade ótima, obtida durante a secagem e umedecimento, com a calibração encontrada por Topp et al (1980). 25 Secagem Umedecimento Vieira (2005) Ka (Constante dielétrica) 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Umidade volumétrica (%) Figura 3.16 – Comparação dos valores da constante dielétrica do solo compactado na umidade ótima, obtida durante a secagem e umedecimento, com a calibração encontrada por Vieira et al (2006). Conclusões Foi observado que, para o solo residual de gnaisse compactado na umidade ótima, não ocorre histerese nos valores da constante dielétrica medida para a secagem seguida de umedecimento. A calibração proposta por Topp et al (1980) não se ajusta satisfatoriamente aos resultados experimentais obtidos, sobreestimando de forma gradativa os valores da umidade volumétrica na medida em que o corpo de prova vai secando. Um melhor ajuste foi obtido ao se utilizar a equação proposta por Vieira et al (2006). No entanto, para se utilizar o TDR se faz necessário a obtenção de pelo menos dois pontos de calibração, para teores de umidade volumétrica baixa e próxima da saturação, com o objetivo de confrontar estes resultados com as calibrações propostas no meio técnico. 23 4. Ensaios utilizados para retroanálise dos parâmetros de entrada do VS2DHI Neste item são apresentados os resultados dos ensaios experimentais, descritos no item 1, que serão utilizados para o estudo de retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DHI. Comparando-se os resultados das simulações deste programa com estes resultados experimentais, pretende-se verificar se existe a necessidade de modificação dos parâmetros de entrada determinados em laboratório. Todos os três testes utilizados para retroanálise foram realizados com o solo residual de gnaisse que será utilizado na compactação da barreira capilar da área experimental do laboratório de mecânica dos solos da USP/SP. 4.1 Simulação de chuva em uma coluna de solo compactado Este ensaio consiste na simulação da infiltração e evaporação de água do solo após a ocorrência de um evento de chuva. Para a realização deste ensaio foi utilizada a coluna de solo residual de gnaisse compactado em laboratório por Vieira (2005) durante seus trabalhos de doutoramento. Esta coluna é formada por cinco segmentos de PVC com 30 cm (cm) de altura e mais dois segmentos de 10 cm de altura, totalizando 170 cm. Inicialmente a coluna foi preenchida, até a altura de 50 cm, com dois tipos de areia preparadas pelo IPT (Instituto de Pesquisa Tecnológica). O interior dos 4 últimos segmentos de PVC (comprimento=120 cm) foi preenchido com o solo residual de gnaisse, compactado dinamicamente de forma a apresentar densidade seca de 1.21 g/cm3. Após a compactação do solo a coluna foi instrumentada com tensiômetros, sensores de temperatura e TDR. Na Figura 4.1 está a representação esquemática da instrumentação e dos tipos de solos utilizados. Maiores detalhes da montagem, compactação e instrumentação podem ser encontrados em Vieira (2005). 24 Figura 4.1 - Representação esquemática dos tipos de solos e da localização das instrumentações ao longo da altura da coluna de PVC (Vieira, 2005) Procedimentos e resultados do ensaio Utilizando o chuvímetro, desenvolvido por Vieira (2005), foi simulada uma chuva de 30 mm/h com duração de 2 horas. Para a cidade de São Paulo esta chuva tem período de recorrência de 5 anos. Nas posições 1, 2, 3, 5 e 6, apresentadas na Figura 4.1, foram acompanhadas as variações das sucções e das umidades volumétricas respectivamente com os tensiômetros T2, T4, T9, T10 e T11 e os TDR14, TDR15, TDR16, TDR18, TDR19 e TDR21. Após a ocorrência da chuva as leituras destes equipamentos foram monitoradas até a reestabilização do perfil de sucção do solo anterior à sua ocorrência. Antes do início deste ensaio foi feita, conforme os resultados das análises apresentadas no item 3.1, a manutenção dos tensiômetros com água destilada fervida e mantida com temperatura superior a 35 oC. Para a obtenção das umidades volumétricas foi utilizada a equação 3.2 apresentada no item 3.2. As leituras das variações da sucção e da umidade volumétrica em função do tempo, medidos no gnaisse, estão apresentadas nas Figuras 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5. Em função de problemas ocorridos no sistema de armazenamento de dados do TDR os valores da variação da umidade volumétrica inicial só foram obtidos a partir do tempo de 4 horas. Desta forma 25 não ficou definida, nas Figuras 4.2 e 4.3 (10cm e 35 cm), o aumento da umidade volumétrica ocorrido no instante em que a água da chuva infiltrada atingiu estas profundidades. Para a profundidade de 10 cm, Figura 4.2, o aumento do teor de umidade volumétrica foi de aproximadamente 5%, correspondendo a uma redução de sucção em torno de 23 kPa. Estas variações ocorreram para valores inferiores a 2 horas, ou seja, antes do final da chuva simulada. Dos resultados obtidos para a profundidade de 35 cm, observa-se que a redução da sucção foi de 15 kPa, ocorrida para o tempo de 4 horas. Os valores máximos das reduções das sucções e conseqüentes aumentos dos teores de umidade volumétricas, com o aumento da profundidade, passam a ser menores e corresponder a um tempo maior. Para a profundidade de 115 cm, base do gnaisse, a variação da sucção foi de apenas 2 kPa, ocorrido para um tempo superior a 50 horas. Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) 45 Prof. 10 cm 40 35 30 25 20 15 T2 TDR14 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (h) Figura 4.2 – Variação da sucção e do teor umidade volumétrica do gnaisse na profundidade de 10 cm. 26 Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) 45 Prof. 35 cm 40 35 30 25 20 15 T7 TDR15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (h) Figura 4.3 – Variação da sucção e do teor umidade volumétrica do gnaisse na profundidade de 35 cm. Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) 45 Prof. 65 cm 40 35 30 25 20 15 10 T9 TDR16 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (h) Figura 4.4 – Variação da sucção e do teor umidade volumétrica do gnaisse na profundidade de 65 cm. 27 Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) 45 Prof. 115 cm 40 35 30 25 T10 TDR18 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (h) Figura 4.5 – Variação da sucção e do teor umidade volumétrica do gnaisse na profundidade de 115 cm. O teor de umidade volumétrica da areia, apresentada na Figura 4.6, permanece praticamente constante com o tempo, indicando que a água não passa pela base da coluna de gnaisse. As oscilações dos valores das sucções medidas com o tensiômetro inserido na areia (aproximadamente 3 kPa) devem-se provavelmente a problemas de contato com a pedra porosa ou, conforme citado por Vieira (2005), à variação da temperatura no ambiente externo da coluna de solo. Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) 45 Prof. 125 cm (Areia) 40 35 30 25 T11 TDR19 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (h) Figura 4.6 – Variação da sucção e do teor umidade volumétrica da areia na profundidade de 125 cm. 28 Na Figura 4.7 está a representação da porcentagem de chuva infiltrada em função do seu tempo de ocorrência. Observa-se que até o tempo de 0,87 h (52 minutos) a chuva infiltra totalmente no gnaisse. A partir deste valor começa a ocorrer escoamento superficial (run off). Do volume total de chuva observa-se, na Figura 3.23, que 64 % infiltrou no gnaisse e 36 % escoou superficialmente. 0.87 h 100 Chuva infiltrada (%) 80 60 40 20 Chuva de 30 mm/h durante 2 horas 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Tempo (h) Figura 4.7 – Valor da porcentagem de chuva infiltrada em função do tempo. A variação do perfil de sucção e do teor de umidade volumétrica da coluna de solo está representada na Figura 4.8. Nesta figura pode-se visualizar que as variações de sucção e de umidade volumétrica diminuem com o aumento da profundidade, tornando-se praticamente nula na base da coluna de gnaisse. A reestabilização do perfil de sucção foi constatada após o período de 450 horas (19 dias). 29 0 Coluna de solo 30 Gnaisse 60 Gnaisse 120 Areia Areia 120 0h 4h 20 h 100 h 450 h 90 Gnaisse 0h 0.5 h 2h 3h 4h 20 h 100 h 250 h 450 h 90 60 Gnaisse Profundidade (cm) Gnaisse 30 Gnaisse Profundidade (cm) Coluna de solo Gnaisse Gnaisse 0 150 150 0 5 10 15 20 Sucção (kPa) 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Umidade volumétrica (%) Figura 4.8 – Variação dos perfis de sucção e umidade volumétrica em função do tempo. Conclusões A instrumentação da coluna de solo residual de gnaisse compactada em laboratório mostrou-se eficiente no acompanhamento da variação dos perfis de sucção e do teor de umidade volumétrica. Para uma chuva de 30 mm/h por um período de 2 horas, pode-se observar que 64 % do volume total de água infiltrou no solo, ocorrendo run off a partir de 52 minutos de seu início. O restabelecimento do perfil de sucção foi constatado após 19 dias do início da chuva. A possibilidade de se poder acompanhar todos estes aspectos indicam o grande potencial destes ensaios no desenvolvimento dos projetos de barreiras capilares. 4.2 Medição da sucção com o tensiômetro de alta capacidade Estes ensaios fazem parte dos trabalhos realizados durante o desenvolvimento da minha tese de doutorado e serão utilizados apenas para a retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DHI. 30 45 Procedimentos e resultados dos ensaios Utilizando a fração do solo residual de gnaisse que passa na peneira no 10 (2 mm), foram moldados alguns corpos de prova nas condições da umidade ótima. Os corpos de prova (cm, h=8cm) foram compactados estaticamente em cinco camadas, apresentando ao final deste procedimento teor de umidade gravimétrico de 25.3% e densidade seca de 1.53 g/cm3. Após moldagem foram submetidos a secagem ou umedecimento, sendo em seguida utilizados em ensaios triaxiais CW não saturados realizados com acompanhamento da variação da sucção. A sucção do corpo de prova foi obtida com um tensiômetro de alta capacidade instalado na base da célula de cisalhamento. Sobre a pedra porosa deste equipamento é colocada uma pasta de solo de forma a proporcionar a continuidade hidráulica entre o tensiômetro e a água presente no interior do corpo de prova. Na Figura 4.9 está uma representação esquemática do corpo de prova colocado sobre o tensiômetro. Maiores detalhes destes ensaios podem ser encontrados em Oliveira (2004). Antes da aplicação da pressão confinante e posterior cisalhamento foi medida a sucção inicial do corpo de prova. O resultado desta medição será utilizado na retroanálise dos parâmetros de entrada do programa VS2DHI. Corpo de prova Pasta de solo Tensiômetro 0 10 cm Figura 4.9 – Representação da base da célula de cisalhamento com o tensiômetro durante a medição da sucção inicial do corpo de prova. 31 Foram escolhidos os resultados de três corpos de prova cujas diferenças entre seus valores de sucção são superiores a 100 kPa. Os resultados destes ensaios estão apresentados na Figura 4.10. Sucção medida com o tensiômetro (kPa) 450 400 350 300 250 200 150 100 50 Umidade Ótima 0 0 10 20 30 40 50 Tempo (min.) Figura 4.10 – Resultados da medição da sucção de três corpos de prova moldados nas condições da umidade ótima e submetidos a secagem. 5. Retroanálise dos parâmetros de entrada do VS2DHI Exemplo 1) Ensaio da verificação da calibração do TDR (item 3.2) Do ensaio realizado para calibração do TDR, apresentado no item 3.2, foi simulado no VS2DHI a evaporação da água do solo representada pelos resultados experimentais da Figura 3.12. Para a simulação da evaporação, deve-se conhecer, além dos parâmetros da curva de retenção e da permeabilidade do solo na condição saturada, indicados na coluna (1) da Tabela 2.3, o valor da evaporação potencial e do potencial atmosférica. O valor da evaporação potencial, obtida em laboratório pela medição da 32 evaporação da água livre contida no interior de um recipiente com diâmetro de 15 cm, é igual a 1.65E-6 cm/seg. O valor do potencial atmosférico foi definido pela equação de Kelvin dada pela seguinte expressão: HA RT ln ha M wg (5.1) Onde: HA- Potencial atmosférica, R – constante universal dos gases, M w – massa específica da água, g – aceleração da gravidade, ha – umidade relativa Substituindo na equação 5.1 os valores médios da umidade relativa e da temperatura do ensaio o potencial atmosférico é igual a –680000 cm. As condições de contorno estão representadas na Figura 5.1a. O símbolo EP indica que a evaporação ocorre no topo do corpo de prova e o valor de q=0 indica que não ocorre fluxo pela sua superfície lateral. Os losangos, dispostos verticalmente, são pontos de observação onde são fornecidos, nos dados de saída da simulação, a variação da umidade volumétrica e da sucção em função do tempo. O retângulo que contorna o domínio do problema com o valor de 0.37 representa a umidade volumétrica inicial do corpo de prova. Na Figura 5.1b pode-se visualizar o perfil de evaporação da água do solo em um determinado intervalo de tempo. Com a escala de cores desta figura pode-se identificar os valores das umidades volumétricas ao longo da altura do corpo de prova. Condições de contorno (A) (B) 33 Figura 5.1 –(A) representa o domínio do problema com as condições de contorno e (B) o perfil de umidade volumétrica em um determinado intervalo de tempo. Na Figura 5.2 estão os resultados das simulações realizadas com os parâmetros iniciais de entrada e com diferentes combinações, objetivando um melhor ajuste aos resultados obtidos experimentalmente. Observa-se nesta figura que ao se utilizar os parâmetros iniciais o volume de água evaporado (40 ml) é bem inferior ao valor observado no ensaio (240 ml). Nas simulações (1) e (2) o valor do parâmetro e nforam igualmente modificados. A diferença entre estas duas simulações está no menor valor da evaporação potencial da simulação (1) o que faz com que o trecho retilíneo inicial fique, em relação a simulação (2), com uma inclinação menor. As simulações seguintes foram se aproximando dos resultados experimentais na medida em que se reduz o valor do parâmetro e se aumenta o valor do parâmetro nPara as simulações de (1) a (6) o valor da permeabilidade saturada foi multiplicada por 10. As mudanças nos parâmetros e nforam feitas de forma que a curva de retenção resultante fique o mais próxima possível da curva obtida experimentalmente. A curva de retenção obtida no laboratório e após a retroanálise dos parâmetros estão apresentadas na Figura 5.3. Observa-se nesta figura que a redução do parâmetro aumenta o valor da sucção de entrada de ar e o aumento do parâmetro n aumenta a inclinação da curva de retenção. Os parâmetros iniciais e determinados nas simulações para um melhor ajuste aos resultados experimentais estão apresentados na Tabela 5.1. 34 300 Resultados Experimentais (1) - EP=1.56E-6/Alfa=8E-4/beta=1.35 Volume de água evaporada (ml) 250 (2) - EP=1.7E-6/alfa=8E0-4/beta=1.35 (5) (6) (3) - EP=1.7E-6/alfa=4.5E-4/beta=1.5 (4) (3) (4) - EP=1.6E-6/alfa=4E-4/beta=1.6 200 (5) - EP=1.6E-6/alfa=3.2E-4/beta=1.7 (2) (6) - EP=1.65E-6/alfa=3E-4/beta=1.75 (1) Dados iniciais de entrada 150 100 Dados iniciais de entrada 50 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (h) Figura 5.2 – Resultados das simulações realizadas no programa VS2DHI para os valores experimentais da evaporação do corpo de prova em função do tempo. 55 Solo residual gnaisse compactado na umidade ótima (d=1,53 g/cm3, w = 25,3 %) Umidade Volumétrica (%) 50 45 40 35 Resultados experientais van Genuchten - Ajuste aos resultados experimentais van Genutchen - Após retro análise (TDR) 30 25 1 10 100 1000 Sucção (kPa) Figura 5.3 – Valores experimentais e ajustes das curvas de retenção determinada experimentalmente e obtida após retroanálise do ensaio de evaporação. 35 Tabela 5.1 – Parâmetros iniciais de entrada e determinados após retroanálise no programa VS2DHI. Descrição Evap. Potencial (cm/seg) Potencial atmosf. (cm) Ksat (cm/seg) 1/kPa) n sat (%) res (%) Solo (Umidade Ótima) dados iniciais 1.65E-6 -6.8E5 8.7E-7 0.028 1.15 46 3.4 Solo (Umidade Ótima) Após retroanálise 1.65E-6 -6.8E5 9E-6 0.0032 1.7 46 3.4 Exemplo 2) Simulação de chuva em coluna de solo compactado Na Figura 5.4a está a representação, no programa VS2DHI, das condições de contorno da coluna de solo compactada no laboratório (ver Figura 4.1). O valor de q v=3 e o termo seep indicam respectivamente que no topo da coluna ocorre inicialmente um fluxo vertical de 3 cm/h e que na base da coluna pode ocorrer fluxo da água que se acumula na areia. Na Figura 3.30b esta a representação do perfil de sucção do solo obtido na simulação depois de decorrido 63 horas do início da chuva. Após a simulação da chuva (30 mm/h por um período de 2 horas) passa a ocorrer apenas evaporação de água na superfície do topo da coluna. Para esta etapa foram utilizados os valores da evaporação potencial e potencial atmosférico encontrados na retroanálise do exemplo 1. Na Figura 5.4a, os valores indicados no interior dos retângulos, obtidos experimentalmente das leituras dos tensiômetros, representam a sucção em termos de coluna de água (ex.: -263 cm = 26.3 kPa). Os losangos indicados ao longo da altura da coluna de solo são pontos de observação de onde se obtém, nos dados de saída do VS2DHI, as variações de sucção e da umidade volumétrica em função do tempo. Com o objetivo de se comparar a variação destes valores com os resultados obtidos experimentalmente, a posição destes losangos coincidem com a posição da instrumentação indicada na Figura 4.1. Os resultados obtidos experimentalmente (item 4.1) e os resultados das simulações estão apresentados nas Figuras 5.5 a 5.8. Para não sobrecarregar estas figuras os resultados das simulações estão plotados apenas para os dados iniciais e para o ajuste final da retroanálise dos parâmetros de entrada. 36 Condições de contorno (A) (B) Figura 5.4 - (A) representa o domínio do problema com as condições de contorno e (B) o perfil de sucção da coluna de solo em um determinado intervalo de tempo. A simulação com os dados de entrada iniciais, dados pela coluna (4) da Tabela 2.3, está representada, nas Figuras 5.5 a 5.8, pela linha pontilhada. Observa-se nestas figuras que para estes valores o resultado das simulações em termos de umidade volumétrica não se ajustam bem aos resultados experimentais. Para se obter um melhor ajuste a estes resultados o valor da umidade gravimétrica de saturação (sat) deve ser reduzido de 9%. Provavelmente as condições em que foi determinada a curva de retenção em laboratório não corresponde às condições deste solo compactado no interior da coluna de PVC. O melhor ajuste, dado pela linha contínua das Figuras 5.5 a 5.8, foi obtido com a redução do parâmetro e da umidade volumétrica de saturação e aumento da permeabilidade saturada e do parâmetro n A diferença entre a curva de retenção do solo determinada experimentalmente e definida pelo ajuste final da simulação pode ser observada na Figura 5.9. Os parâmetros iniciais de entrada, determinado experimentalmente, e os parâmetros finais obtidos pela retroanálise no VS2DHI estão apresentados na Tabela 5.2. 37 Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) 50 Prof. 10 cm 40 30 20 Tensiômetro 2 - Resultados experimentais TDR14 - Resultados experimentais Simulação - dados iniciais Simulação - Após retroanálise 10 0 0 100 200 300 400 Tempo (h) Figura 5.5 – Resultados experimentais e obtidos das simulações no VS2DHI para a Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) profundidade de 10 cm da coluna de solo. Prof. 35 cm 40 30 20 Tensiômetro 7 - Resultados experimentais TDR15 - Resultados experimentais Simulação - dados iniciais Simulação - Após retroanálise 10 0 0 100 200 300 400 Tempo (h) Figura 5.6 - Resultados experimentais e obtidos das simulações no VS2DHI para a profundidade de 35 cm da coluna de solo. 38 Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) 50 Prof. 65 cm 40 30 Tensiômetro 9 - Resultados experimentais TDR16 - Resultados experimentais Simulação - dados iniciais Simulação - Após retroanálise 20 10 0 0 100 200 300 400 Tempo (h) Figura 5.7 – Resultados experimentais e obtidos das simulações no VS2DHI para a profundidade de 65 cm da coluna de solo. Sucção (kPa) e Umid. Volumétrica (%) 50 Prof. 115 cm 40 30 Tensiômetro 10 - Resultados experimentais TDR18 - Resultados experimentais Simulação - dados iniciais Simulação - Após retroanálise 20 10 0 0 100 200 300 400 Tempo (h) Figura 5.8 – Resultados experimentais e obtidos das simulações no VS2DHI para a profundidade de 115 cm da coluna de solo. 39 55 Solo residual de gnaisse (<4.76 mm) 50 45 Umidade Volumétrica (%) 40 35 30 25 20 15 Resultados experimentais 10 van Genutchen - ajuste aos resultados experimentais 5 van Genutchen - após retroanálise 0 1 10 100 Sucção (kPa) 1000 Figura 5.9 - Valores experimentais e ajustes das curvas de retenção determinadas experimentalmente e obtidas após retroanálises do ensaio de evaporação. Tabela 5.2 - Parâmetros iniciais de entrada e determinados após retroanálise do ensaio da chuva na coluna de solo compactada no laboratório. Solos Gnaisse (< 4.75 mm) (dados iniciais) 1.21 d (g/cm3)* w (%) * 24.3 0.0635 (1/kPa) n 1.25 0.1 r (%) 50 s (%) k sat. (cm/s) 5.0E-5 * Condições de moldagem Gnaisse (< 4.75 mm) (após retroanálise) 1.21 24.3 0.03 1.9 1 41 5E-4 40 Exemplo 3) Medição da sucção com o tensiômetro de alta capacidade As condições de contorno da simulação da medição da sucção de corpos de prova moldados nas condições da umidade ótima (ver item 4.2) estão representadas na Figura 5.10a. O domínio do problema está representado em coordenadas polares de forma que a face esquerda do corpo de prova é o eixo de simetria. Dos dois pontos de observação, representados pelos losangos abaixo do corpo de prova, obtêm-se nos dados de saída da simulação, os valores da variação da sucção e da umidade volumétrica em função do tempo. O valor de –4000 e 0, representados no interior dos retângulos da Figura 5.10a, indicam que a sucção inicial do corpo de prova é de 400 kPa e que a pasta de solo e a pedra porosa estão saturadas. O valor de q=0, em todo o contorno do domínio, implica que não está ocorrendo perda de água por evaporação. O perfil de sucção para um determinado instante da simulação pode ser visualizado na Figura 5.10b. Observa-se nesta figura que a pasta de solo passa a perder água para o corpo de prova aumentando assim o seu valor de sucção. Condições de contorno (A) (B) Figura 5.10 - (A) representa o domínio do problema com as condições de contorno e (B) o perfil de sucção do corpo de prova um determinado intervalo de tempo. 41 Para a simulação desta medição de sucção deve-se fornecer a permeabilidade saturada e os parâmetros dos ajustes das curvas de retenção do corpo de prova (coluna (1) da Tabela 2.3), da pasta de solo (colunas (2) da Tabela 2.3) e da pedra porosa do tensiômetro. A permeabilidade saturada da pedra porosa e os parâmetros de ajuste de sua curva de retenção estão apresentados na Tabela 5.3. A simulação utilizada para retroanálise dos parâmetros de entrada foi realizada para um corpo de prova que apresenta sucção de 400 kPa. Nas Figuras 5.11 e 5.12 estão representados os resultados obtidos experimentalmente e os resultados das simulações com os dados iniciais de entrada e com modificações respectivamente nos valores dos parâmetros da curva de retenção do corpo de prova e da pasta de solo. Sobre a curva obtida com os dados iniciais de entrada estão indicadas por setas o que acontece com o resultado da simulação com o aumento ou a diminuição destes parâmetros. Observa-se na Figura 5.11 e 5.12 que a diminuição de faz com o resultado da simulação se aproxime dos resultados experimentais. Tabela 5.3 – Parâmetros de entrada da pedra porosa do tensiômetro. Descrição Ksat (cm/seg) 1/cm) sat res Pedra Porosa (5 bar) 2.1E-7 0.00001 2 0.31 0.034 Comparando-se os resultados das simulações apresentadas nas Figuras 5.11 e 5.12 observa-se que são mais sensíveis às modificações no valor de da curva de retenção do corpo de prova. Este fato pode ser observado quando se diminui o valor deste parâmetro de 0.002. Quando o valor de da Figura 5.11 passa de 0.0028 para 0.001 o resultado da simulação, quando comparado com a variação de 0.008 para 0.006 no valor de da pasta de solo, fica bem mais próximo dos resultados experimentais. 42 450 Resultado experimental Dado de entrada inicial - alfa=0,0028 alfa=0,004 - Corpo de prova 400 350 alfa=0,005 - corpo de prova alfa=0,001 - corpo de prova Sucção (kPa) 300 250 200 diminuir 150 100 aumentar 50 0 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (min.) Figura 5.11 – Verificação da variação do parâmetro da curva de retenção do corpo de prova nos resultados da simulação da medição de sua sucção com o tensiômetro de alta capacidade. 450 400 Resultado experimental 350 Sucção (kPa) Dado de entrada inicial - alfapasta=0,0008 300 alfa=0,0006 - pasta 250 alfa=0,0007 - pasta 200 diminuir 150 100 aumentar 50 0 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (min.) Figura 5.12 - Verificação da variação do parâmetro da curva de retenção da pasta de solo nos resultados da simulação da medição da sucção do corpo de prova com o tensiômetro de alta capacidade 43 Na Figura 5.13 foi testada a sensibilidade da simulação à combinação do aumento da permeabilidade saturada do corpo de prova, da pasta e da pedra porosa. A seta desta figura está sobre a simulação com os dados inicias de entrada. Observa-se que um aumento no valor da permeabilidade saturada do corpo de prova de dez vezes faz com que o resultado da simulação se aproxime do resultado experimental. O aumento combinado da permeabilidade saturada do corpo de prova e da pasta de solo, e do corpo de prova, pasta de solo e pedra porosa de dez vezes, praticamente não proporciona mais nenhuma alteração adicional. Mais uma vez foi constatado que as simulações são sensíveis apenas às modificações dos parâmetros de entrada do corpo de prova. Pode-se concluir que, para as condições de contorno deste ensaio, o tempo de equilíbrio da medição da sucção está condicionado às características do corpo de prova. 450 Resultado experimental 400 Dado de entrada inicial, ksolo=8.72E-7cm/seg ksolox10 350 KsoloX10 e KpastaX10 Ksolo, kpata e Kpedra x 10 Sucção (kPa) 300 250 200 aumentar 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (min.) Figura 5.13 - Verificação da variação da permeabilidade saturada do corpo de prova, da pasta de solo e da pedra porosa do tensiômetro nos resultados da simulação da medição da sucção de um corpo de prova. A análise da modificação do parâmetro n do corpo de prova está apresentada na Figura 5.14. Conforme o que foi observado nos exemplos anteriores (exemplos 1e 2) deve-se aumentar o valor de npara que a simulação de aproxime dos resultados experimentais. De acordo com os resultados anteriores desta simulação, o ajuste aos resultados da medição da sucção foi obtido apenas com alteração dos dados de entrada do corpo de 44 prova. Foram feitas alterações nos valores dos parâmetros ne na permeabilidade saturada. Os dados iniciais de entrada e os dados finais, definidos por retroanálise, estão inseridos na Tabela 5.4. Na Figura 5.15 estão apresentados os valores experimentais da medição da sucção do corpo de prova e as simulações com os dados inicias de entrada e finais. Os resultados experimentais da curva de retenção, obtida em laboratório, os ajustes a estes resultados e os ajustes definidos com os parâmetros finais das simulações estão apresentados na Figura 5.16. 450 Resultado experimental Dado de entrada inicial, Beta=1.15 beta=1.1 - corpo de prova 400 350 beta=1.2 - corpo de prova Beta=1.3 - corpo de prova Sucção (kPa) 300 250 aumentar 200 150 100 diminuir 50 0 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (min.) Figura 5.14 - Verificação da variação do parâmetro da curva de retenção do corpo de prova nos resultados da simulação da medição de sua sucção com o tensiômetro de alta capacidade. Tabela 5.4 – Dados de entrada inicias e definidos após retroanálise do ensaio de medição da sucção de um corpo de prova. Descrição Ksat (cm/s) 1/kPa) n sat res Gnaisse ( < 2 m) Gnaisse ( < 2 m) Dados iniciais 8.70E-7 0.028 1.15 46 3.4 Após retroanálise 8.7E-6 0.008 1.3 46 3.4 Obs.: Os dados modificados estão em negrito 45 400 Resultado experimental 350 Simulação após retro análise Sucção (kPa) 300 simulação com os dados iniciais 250 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (min.) Figura 5.15 – Resultado experimental da medição da sucção de um corpo de prova e das simulações no programa VS2DHI com os dados iniciais e definidos por retroanálise. 50 Solo compactado na umidade ótima Umidade Volumétrica (%) 45 40 35 30 25 Resultados experientais van Genuchten - Ajuste aos resultados experimentais van Genuchten - Após retroanálise 20 1 10 100 1000 Sucção (kPa) Figura 5.16 – Comparação entre o ajuste da curva de retenção definida em laboratório com o resultado obtido da retroanálise. Utilizando os parâmetros de entrada definidos por retroanálise, dados na Tabela 5.4, foram realizadas duas simulações para resultados experimentais de outros corpos de prova. Os resultados destas simulações estão apresentados nas Figuras 5.17 e 5.18. 46 Observa-se nestas figuras que as simulações ficaram muito próximas dos resultados experimentais. 300 250 Sucção (kPa) 200 150 100 Resultado experimental Simulação 50 0 0 5 10 15 20 25 30 Temo (min.) Figura 5.17 – Comparação entre o resultado experimental da medição da sucção de um corpo de prova ( 265 kPa) com a simulação no programa VS2DHI utilizando os parâmetros definidos por retroanálise. 160 140 Sucção (kPa) 120 100 80 60 40 Resultados experimentais Simulação 20 0 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (min.) Figura 5.18 - Comparação entre o resultado experimental da medição da sucção de um corpo de prova ( 135 kPa) com a simulação no programa VS2DHI utilizando os parâmetros definidos por retroanálise. 47 Conclusões Neste item pode-se constatar que, para os três resultados experimentais utilizados para a retroanálise no programa VS2DHI, houve a necessidade de se alterar alguns dos parâmetros de entrada. Em relação à curva de retenção, deve-se aumentar o valor da sucção correspondente a entrada de ar e aumentar a sua declividade após este valor de sucção. No ensaio da simulação da chuva na coluna de solo compactada no laboratório (exemplo 2), o valor da umidade volumétrica de saturação foi diminuido. No entanto, em função da ordem de grandeza desta redução ( 10%), é provável que a curva de retenção obtida em laboratório não represente satisfatoriamente as condições do solo compactado no interior da coluna de PVC. Ao se utilizar o ajuste proposto por van Genutchen (1980), o aumento da sucção de entrada de ar é obtido com a redução do parâmetro e o aumento da declividade da curva de retenção, definida após este valor de sucção, é obtido com o aumento do parâmetro n ordem de grandeza destas modificações mostraram-se dependentes do tipo de ensaio a ser simulado. No ensaio medição da sucção de um corpo de prova (exemplo 3), pode-se constatar que ao se utilizar os parâmetros obtidos por retroanálise, a simulação no programa VS2DHI foi capaz de prever com grande precisão os resultados da medição da sucção de diferentes corpos de prova. Este fato comprova o grande potencial do programa VS2DHI em se prever os resultados de problemas que envolvem fluxo de água ao se utilizar de forma criteriosa os parâmetros de entrada. 6. Simulação dos tanques A determinação das condições de moldagem do tanque na área experimental foi definida a partir dos resultados de diversas simulações no programa VS2DHI. Nestas simulações os parâmetros de entrada obtidos experimentalmente foram alterados de foram semelhante aos resultados da retroanálise da simulação da chuva na coluna de solo compactada em laboratório (item 5 - exemplo 2). Nestas simulações procurou-se investigar o comportamento de várias configurações da barreira capilar. Mantendo-se constantes os valores dos dados de entrada da curva de retenção e o valor da 48 permeabilidade saturada, após alteração definida por retroanálise, foram analisados os seguintes aspectos: Condições de moldagem – Foi simulada as condições de compactação com teor de umidade gravimétrica de 24.3% e densidade seca de 1.55 g/cm3 e 1.21 g/cm3, correspondendo na Tabela 2.3 respectivamente aos dados das colunas 3 e 4. Espessura do gnaisse – Para o gnaisse compactado nas condições da coluna 3 da Tabela 2.3 foi simulado o seu comportamento para espessura de 1m, 70 cm, 50 cm e 30 cm. Espessura da areia – A areia, utilizada na base da coluna de gnaisse, foi utilizada nas simulações com espessura de 70cm, 50 cm e 30 cm. Umidade volumétrica inicial – As barreiras capilares de gnaisse, compactadas nas condições da coluna 3 da Tabela 2.3, foram simuladas para a umidade gravimétrica inicial de 38%, 30% e 20%. Para estas simulações foram utilizados os dados da estação meteorológica do posto da cidade universitária (CTH - LATITUDE: 23° 33', LONGITUDE:46° 43'). Com os resultados das chuvas de fevereiro de 2000 foi construída uma nova distribuição de chuva para o período de um mês. Adotou-se como critério que a intensidade de cada chuva e a somatória de suas alturas tenha tempo de recorrência inferior a 1 ano. A intensidade das chuvas, o seu tempo de ocorrência e a distribuição ao longo do mês estão apresentadas na Tabela 6.1. As representações gráficas das alturas e intensidades destas chuvas estão representadas respectivamente nas Figuras 6.1 e 6.2. O critério inicial a ser adotado para as condições de compactação da barreira da área experimental é que, para uma distribuição de chuva, possível de se ocorrer em São Paulo dentro do período de 1 ano, exista a possibilidade de que a água infiltrada possa percolar pelo gnaisse e passar para a areia. Desta forma, com as leituras da instrumentação, poderá ser verificado em que condições se dão esta transferência de água. Um outro aspecto importante é conhecer como a areia retêm a água em seu interior e saber com que intensidade esta água retorna para o gnaisse. O conhecimento 49 do comportamento da interface entre a areia e o gnaisse é importante para o dimensionamento de barreiras capilares eficientes. Tabela 6.1 – Distribuição da chuva que será utilizada nas simulações do VS2DHI. Altura de chuva (mm) 2.95 3.4 23.15 12.9 43.85 9.55 5.9 21 10.75 12.35 6.1 2.9 19.1 Dia 1 2 5 6 10 11 12 13 14 17 18 23 29 Tempo (min.) 2.4 2.5 30.4 8.3 418.9 5.4 3.4 23.2 6.3 7.8 3.5 2.3 18.2 Intens. Chuva (mm/h) 73.8 81.6 45.7 93.3 6.3 106.1 104.1 54.3 102.4 95.0 104.6 75.7 63.0 50 45 Altura de chuva (mm) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Tempo (dias) Figura 6.1 – Distribuição das alturas de chuva utilizada na simulação do VS2DHI. 50 120 Intensidade de chuva (mm/h) 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Tempo (dias) Figura 6.2 - Distribuição das intensidades de chuva utilizada na simulação do VS2DHI. Com a distribuição da chuva apresentada na Figura 6.2, foram realizadas 9 simulações cujas espessuras do gnaisse e da areia e condições de moldagem estão indicadas na Tabela 6.2. Estas simulações não esgotam todas as possíveis combinações das condições inicias da barreira capilar a ser compactada na área experimental, no entanto, os seus resultados, em função do que se deseja pesquisar, servem para uma estimativa inicial. Com os resultados reais será feita a retroanálise dos parâmetros de entrada e a definição das condições ideais que otimizaria o seu funcionamento. Tabela 6.2 – Dados de moldagem e da espessura do gnaisse e da areia utilizados nas simulações do VS2DHI. Solo Gnaisse Areia Gnaisse Areia Gnaisse Areia Gnaisse Areia Gnaisse Areia Gnaisse Areia Gnaisse Espessura inicial (m) (%) 1 38* 0.5 3 0.7 38 0.5 3 0.5 38 0.5 3 0.3 38 0.5 3 1 37* 0.5 3 1 37 0.7 3 1 37 d (g/cm3) 1.59 1.69 1.59 1.69 1.59 1.69 1.59 1.69 1.21 1.69 1.21 1.69 1.21 Simulação Obs. 1 2 3 Estudo da variação da espessura do gnaisse 4 5 6 Estudo da espessura da areia 7 51 Areia 0.3 3 Gnaisse 1 30 Areia 0.5 3 Gnaisse 1 20 Areia 0.5 3 *- grau de saturação de 90% 1.69 1.59 1.69 1.59 1.69 8 9 Variação da umidade volumétrica As condições de inicias de moldagem e as condições de contorno da simulação do tanque estão apresentadas na Figura 6.3a. O símbolo ET indica que a superfície da barreira capilar está, neste instante da simulação, sujeita a evaporação. Conforme citado anteriormente no item 5, o valor de q=0 representa uma superfície onde não ocorre fluxo de água e o termo seep, na base da coluna, representa uma possível superfície de fluxo. As chuvas indicadas na Figura 6.2 ocorrem sempre as 12 hs de cada dia, de forma que entre cada chuva ocorre um período de evaporação de no mínimo 24 horas. Os losangos da Figura 6.3a são pontos de observação de onde se obtêm a variação da umidade volumétrica e da sucção em função do tempo. Na Figura 6.3b está a representação do perfil de umidade volumétrica no instante em que está ocorrendo infiltração da água de uma determinada chuva. Neste momento a condição de contorno do topo da coluna corresponde a um fluxo vertical com intensidade igual à chuva que se deseja simular. 52 (A) (B) Figura 6.3 – (A) Condições de contorno, (B) Perfil de umidade volumétrica para um determinado momento da simulação no VS2DHI Simulações com diferentes espessuras de gnaisse Conforme os dados da Tabela 6.2, para o gnaisse compactado nas condições da umidade ótima, foi investigado o seu comportamento na barreira capilar para espessuras de 1m, 70 cm, 50 cm e 30 cm. Os resultados destas simulações estão apresentados nas Figuras 6.4 a 6.7. Em cada uma destas figuras está a representação em função do tempo, do volume total de chuva precipitada, com as parcelas que infiltrou, escoou superficialmente e evaporou, e as variações do grau de saturação e da sucção. Para as Figura 6.4 a 6.7 não ficarem sobrecarregadas, nos gráficos do grau de saturação e da sucção em função do tempo, estão apresentados apenas os resultados dos pontos de observação do topo de da base do gnaisse e da areia. Observa-se na legenda da Figura 6.4a que do volume total de chuva (em torno de 270 l), 37 5% infiltrou no gnaisse e 62.5% escoou superficialmente. Da parcela que infiltrou (em torno de 70 l) evaporou 70% ao final de 31 dias. A umidade volumétrica de moldagem de 38% corresponde a um grau de saturação superior a 90%. Partindo deste 53 valor de grau de saturação tem-se que, do dia 10 até o dia 20, a coluna de gnaisse passa a funcionar praticamente na condição saturada. Desta forma, as oscilações da sucção, observadas na Figura 6.4c para o tempo de 10 a 20 dias, se dão para valores inferiores á sucção de entrada de ar. Neste período todo o volume de chuva precipitada se converte em run off . O valor constante da sucção medida no topo da coluna de areia indica que a água não ultrapassa a coluna de gnaisse. Em todas as simulações com o gnaisse compactado nas condições da umidade ótima não ocorre infiltração de água na coluna de areia. As variações da sucção no topo e na base da areia, observadas nas Figuras 6.4c a 6.7c, correspondem a redistribuição da água ao longo da altura da areia, já que na condição de contorno da simulação foi adotado que a umidade volumétrica era constante e igual a 3%. 54 1 metro de Gnaisse e 50 cm de Areia (Dens.Seca=1,59 g/cm3, inic.=38%) 300000 250000 Infiltrou Saída pela base Evaporação Chuva total RUN OFF Em relação ao Vol. Total de Chuva: Infiltrou= 36.8 % RUN OFF = 63.2 % 3 Volume (cm ) 200000 150000 100000 50000 0 100 0 1 metro de Gnaisse e 50 cm de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, inic.=38%) 5 10 15 20 25 30 35 A) Tempo (dias) 90 80 70 S (%) 60 50 2.5 cm (Topo - Gnaisse) 40 98 cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 30 147 ( Base da areia) 20 10 0 1000 0 1 metro de Gnaisse e 50 cm de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, =38%) 5 10 15 20 Tempo (dias) 900 25 30 B) 35 2,5 cm (Topo - Gnaisse) 98cm (Base - Gnaisse) 800 102 cm (Topo - Areia) Sucção (kPa) 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Tempo (dias) C) Figura 6.4 – Resultado da simulação do gnaisse compactado com 1 m de espessura nas condições da umidade ótima (simulação 1) 55 70 cm de Gnaisse e 50 cm de Areia (Dens.Seca=1,59 g/cm3, inic.=38%) 300000 Infiltrou Saída pela base Evaporação Chuva total RUN OFF 250000 Em relação ao vol. Total de chuva: Infiltrou= 33,1 % RUN OFF = 66.9 % 3 Volume (cm ) 200000 150000 100000 50000 0 0 70 cm de Gnaisse e 50 cm de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, inic.=38%) 5 10 100 15 20 25 30 35 A) Tempo (dias) 90 80 70 S (%) 60 50 2.5 cm (Topo - Gnaisse) 40 98 cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 30 118 cm ( Base da areia) 20 10 0 1000 0 70 cm de Gnaisse e 50 cm de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, =38%) 5 10 15 20 25 30 B) 35 2 cm (Topo - Gnaisse) Tempo (dias) 900 68cm (Base - Gnaisse) 72 cm (Topo - Areia) 800 Sucção (kPa) 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 Tempo (dias) 25 30 35 C) Figura 6.5 -– Resultado da simulação do gnaisse compactado com 70 cm de espessura nas condições da umidade ótima (simulação 2) 56 50 cm de Gnaisse e 50 cm de Areia (Dens.Seca=1,59 g/cm3, inic.=38%) 300000 Infiltrou Em relação ao vol. Total de chuva: Saída pela base Infiltrou = 31,1 % RUN OFF = 69,9% Evaporação Chuva total RUN OFF 250000 3 Volume (cm ) 200000 150000 100000 50000 50 cm de Gnaisse e 50 cm de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, inic.=38%) 0 100 0 5 10 15 20 25 30 A) 35 Tempo (dias) 90 80 2 cm (Topo - Gnaisse) 70 48 cm (Base - Gnaisse) 52 cm (Topo - Areia) 60 S (%) 98 cm (Base da areia) 50 40 30 20 10 0 1000 0 50 cm de Gnaisse e 50 cm de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, =38%) 5 10 15 20 25 30 B) 35 Tempo (dias) 900 800 Sucção (kPa) 700 600 500 400 300 2 cm (Topo - Gnaisse) 48cm (Base - Gnaisse) 52 cm (Topo - Areia) 200 100 0 0 5 10 15 20 Tempo (dias) 25 30 35 c) Figura 6.6 – Resultado da simulação do gnaisse compactado com 50 cm de espessura nas condições da umidade ótima (simulação 3) 57 30 cm de Gnaisse e 50 cm de Areia (Dens.Seca=1,59 g/cm3, inic.=38%) 300000 Infiltrou Em relação ao Vol. Total de chuva: Saída pela base Infiltrou =28.4 % RUN OFF = 71.6 % Evaporação Chuva total RUN OFF 250000 3 Volume (cm ) 200000 150000 100000 50000 30 cm de Gnaisse e 50 cm de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, inic.=38%) 0 100 0 5 10 15 20 25 30 A) 35 Tempo (dias) 90 80 70 S (%) 60 50 2 cm (Topo - Gnaisse) 40 28 cm (Base - Gnaisse) 32 cm (Topo - Areia) 30 78 cm (Base da areia) 20 10 30 cm de Gnaisse e 50 cm de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, =38%) 0 1200 0 5 10 2 cm (Topo - Gnaisse) 15 20 B) 25 30 35 25 30 35 Tempo (dias) 28cm (Base - Gnaisse) 1000 32 cm (Topo - Areia) Sucção (kPa) 800 600 400 200 0 0 5 10 15 20 Tempo (dias) C) Figura 6.7 - Resultado da simulação do gnaisse compactado com 30 cm de espessura nas condições da umidade ótima (simulação4)1 58 Os resultados dos valores das porcentagens de chuva infiltrada e de run off obtidos das simulações das barreiras capilares, apresentados nas Figuras 6.4 a 6.7, estão na Tabela 6.3. Na Figura 6.8 está a representação gráfica destes resultados. Observa-se que, com o aumento da espessura do gnaisse, passa a ocorrer aumento do volume de água infiltrada e redução do run off. Tabela 6.3 – Resultados das simulações da barreira capilar compactada com diferentes espessuras de gnaisse compactado nas condições da umidade ótima. Nome do arquivo Espessura do Gnaisse (m) Espessura da Areia (m) Chuva Infiltrada (%) RUN OFF (%) Simulação Simulação Simulação Simulação 1 2 3 4 1 0.7 0.5 0.3 0.5 0.5 0.5 0.5 36.8 33.1 31.1 28.4 63.2 66.9 68.9 71.6 100 Chuva infiltrada RUN OFF 90 Chuva infiltrada e RUN OFF (%) 80 70 60 50 40 30 Dados do Gnaisse inic.= 38 % Sinic. = 90% 20 10 d = 1,59 g/cm3 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 Espessura do Gnaisse (m) Figura 6.8 – Relação entre a chuva infiltrada e o run off em função da espessura do gnaisse compactado nas condições da umidade ótima. Simulações com diferentes espessuras de areia A análise de como a água se distribui ao longo da coluna de areia só foi possível com o gnaisse compactado com densidade seca de 1.21 g/cm 3, correspondendo às condições da coluna (4) da Tabela 2.3. Observa-se na Figura 6.9a, que em relação à simulação da 59 Figura 6.4a, compactada com mesma espessura e com densidade seca igual 1.59 g/cm 3, o run off se reduz praticamente a metade, duplicando assim o volume de água infiltrada. No entanto a água infiltrada também se distribui no interior da coluna de areia. Na Figura 6.9b tem-se que o grau de saturação da base do gnaisse aumenta gradativamente, permanecendo saturada do décimo quinto dia até o final da simulação.O topo do gnaisse mantém-se com grau de saturação acima de 90%, atingindo momentaneamente valores de 100% após cada evento de chuva. O início da passagem da água do gnaisse para a areia ocorre a partir do décimo dia (er Figura 6.9b). Este fato é observado pelo súbito aumento do grau de saturação da base da areia de 18% para 70%, seguido de um aumento gradativo até atingir a saturação no décimo quinto dia. No centro da areia, a partir do décimo dia, o grau de saturação aumenta gradativamente de 18% até 30%, com o topo da coluna de areia permanecendo com grau de saturação constante (Estas observações indicam que, ao passar para a areia, a água migra instantaneamente para a base da coluna e em seguida passa a se distribuir ao longo da coluna de areia. O resultado da simulação da coluna de areia com espessura de 70 cm, apresentado na Figura 6.10, é muito semelhante ao que foi observado para a espessura de 50 cm. De fato, o perfil de umidade volumétrica de água no interior da areia é dado pela sua curva de retenção. O valor de 50 cm e 70 cm, correspondem, na curva de retenção da Figura 2.4, respectivamente a sucções de 5 e 7 kPa e à umidade volumétrica residual de 3%. Desta forma o aumento da espessura da areia de 50 cm para 70 cm, implica em uma acréscimo de 20 cm com umidade volumétrica máxima de 3%, ou seja com pequena capacidade de retenção de água. A simulação da coluna de areia com espessura de 30 cm está apresentada na Figura 6.11. De acordo com a curva de retenção da Figura 2.4, esta espessura corresponde ao trecho que vai da umidade volumétrica de 33% (condição saturada) até 10%. Esta observação justifica, em relação às outras duas espessuras de areia, o grau de saturação maior encontrado no centro desta camada (Figura 6.11b) após o décimo dia. Pelos resultados das Figuras 6.9a, 6.10a e 6.11a, constata-se que não ocorre a saída de água pela base da coluna de areia. 60 1 metro de Gnaisse e 50 cm de Areia (Dens.Seca=1,21 g/cm3, inic.=38%) 300000 Infiltrou Saída pela base Evaporação Chuva total RUN OFF Volume (cm3) 250000 Em relação ao vol. Total de chuva: Infiltrou Gnaisse=32,2% Infiltrou Areia=39.9% RUN OFF=27.9 % 200000 150000 100000 50000 0 0 20 25g/cm3, inic. 30=37%) 1 metro5de Gnaisse10e 50 cm de15areia (Dens.Seca=1.21 A) 35 Tempo (dias) 100 90 80 70 S (%) 60 50 2.5 cm (Topo - Gnaisse) 40 98 cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 30 125 cm (centro da areia) 148 cm (base da areia) 20 10 B) 0 0 5 de Gnaisse 10 e 50 cm15de areia (Dens.Seca=1.21 20 25 g/cm3, 30 1 metro =37%) 35 Tempo (dias) 25 2.5 cm (Topo - Gnaisse) 98cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 20 148 cm (base da areia) Sucção (kPa) 125 cm (centro da areia) 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Tempo (dias) C) Figura 6.9 – Resultado da simulação da coluna da barreira capilar compactada com 1m de solo residual de gnaisse e 50 cm de areia (simulação 5). 61 1 metro de Gnaisse e 70 cm de Areia (Dens.Seca=1,21 g/cm3, inic.=37%) 300000 Infiltrou Saída pela base Evaporação Chuva total RUN OFF 250000 3 Volume (cm ) 200000 150000 Em relação ao vol. Total de chuva: Infiltrou no gnaisse=29.7% Infiltrou na areia = 43.2 % RUN OFF=27.2 % 100000 50000 0 A) 0 5 10 15 20 25 30 1 metro de Gnaisse e 70 cm de areia (Dens.Seca=1.21 g/cm3, inic.=37%) 35 Tempo (dias) 100 90 80 2.5 cm (Topo - Gnaisse) 70 98 cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) S (%) 60 125 cm (centro da areia) 168 cm (base da areia) 50 40 30 20 10 B) 0 0 5 de Gnaisse 10 e 70 cm15de areia (Dens.Seca=1.21 20 25 g/cm3, 30 1 metro =37%) 35 Tempo (dias) 25 2.5 cm (Topo - Gnaisse) 98cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 168 cm (base da areia) 20 Sucção (kPa) 125 cm (centro da areia) 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Tempo (dias) C) Figura 6.10 - Resultado da simulação da coluna da barreira capilar compactada com 1m de solo residual de gnaisse e 70 cm de areia (simulação 6). 62 1 metro de Gnaisse e 30 cm de Areia (Dens.Seca=1,21 g/cm3, inic.=37%) 300000 Infiltrou Saída pela base Evaporação Chuva total RUN OFF 250000 3 Volume (cm ) 200000 150000 Em relação ao vol. Total de chuva: Infiltrou no gnaisse=34.5% Infiltrou na areia = 34.6 % RUN OFF=30.9 % 100000 50000 0 0 100 A) 5 10 20 25 35 1 metro de Gnaisse e 30 cm 15 de areia (Dens.Seca=1.21 g/cm3, 30 inic.=37%) Tempo (dias) 90 2 cm (Topo - Gnaisse) 98 cm (Base - Gnaisse) 80 102 cm (Topo - Areia) 115 cm (centro da areia) 70 127 cm (base da areia) S (%) 60 50 40 30 20 10 B) 0 0 5 de Gnaisse 10 e 30 cm15 20 25 g/cm3, 30 1 metro de areia (Dens.Seca=1.21 =37%) 35 Tempo (dias) 25 2 cm (Topo - Gnaisse) 98cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 20 115 cm (base da areia) Sucção (kPa) 128 cm (centro da areia) 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 C) Tempo (dias) Figura 6.11 - Resultado da simulação da coluna da barreira capilar compactada com 1m de solo residual de gnaisse e 30 cm de areia (simulação 7). 63 Na Tabela 6.4 estão apresentadas, em relação ao volume total de água da chuva, as porcentagens do que se acumulou em cada camada da barreira capilar simulada com diferentes espessuras de areia. Estes dados estão representados graficamente na Figura 6.12. Observa-se nesta figura que o aumento da espessura da areia, aumenta a sua capacidade de retenção de água, reduzindo assim a quantidade da água que escoa superficialmente e da água que fica retida no gnaisse. Tabela 6.4 – Porcentagem de água retida em cada camada da barreira capilar simulada com diferentes espessuras de areia. Nome do arquivo Espessura do Gnaisse (m) Espessura da Areia (m) Chuva Infiltrada gnaisse (%) Chuva Infiltrada Areia (%) RUN OFF (%) Simulação Simulação Simulação 7 5 6 1 1 1 0.3 0.5 0.7 34.5 32.2 29.7 34.6 39.9 43.2 30.9 27.9 27.2 Chuva infiltrada no gnaisse, na areia e RUN OFF (%) 60 50 40 30 20 Chuva infiltrada gnaisse Chuva infiltrada areia RUN OFF 10 0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Espessura da areia (cm) Figura 6.12 – Variações das porcentagens de água retidas na barreira capilares em função da variação da espessura da areia. 64 Simulações com diferentes umidades volumétricas iniciais Com o intuito de verificar a influência da umidade volumétrica inicial do gnaisse, a simulação 1 (Figura 6.4) foi repetida para o gnaisse apresentando umidade volumétrica inicial igual a 30% e 20%. As condições de moldagem destas três simulações são iguais. O que se pretende simular é que antes do início do período de chuva tenha ocorrido redução da umidade volumétrica inicial por evaporação. O resultado destas simulações está apresentado nas Figuras 6.13 e 6.14. Como era de se esperar, observa-se que com a redução da umidade volumétrica inicial ocorre aumento da quantidade de água retida no gnaisse e redução do escoamento superficial. De acordo com os dados da Figura 6.14a, o gnaisse retém todo o volume de água precipitado, fazendo com que, ao longo da coluna do gnaisse o grau de saturação aumente de 50% para 80%. Para as simulações das Figuras 6.13 e 6.14, não ocorre a passagem de água do gnaisse para a areia. 65 1 metro de Gnaisse e 50 cm de Areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, inic.=30%) 300000 Infiltrou Saída pela base Evaporação Chuva total RUN OFF 250000 Em relação ao vol. Total de chuva: Infiltrou=80.7% RUN OFF=19.3% 3 Volume (cm ) 200000 150000 100000 50000 0 0 A) 10 e 50 cm de 15 areia (Dens.Seca=1.59 20 25 g/cm3, 30 35 1 metro5 de Gnaisse inic.=38%) Tempo (dias) 100 90 2.5 cm (Topo - Gnaisse) 80 98 cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 70 148 cm (Base da areia) S (%) 60 50 40 30 20 10 0 0 1 metro 5 de Gnaisse 10 e 50 cm de 15 areia (Dens.Seca=1.59 20 25 g/cm3, =38%) 30 B) 35 Tempo (dias) 1800 2,0 cm (Topo - Gnaisse) 1600 98cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 148 cm (Base da areia) 1400 Sucção (kPa) 1200 1000 800 600 400 200 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Tempo (dias) C) Figura 6.13 - Resultado da simulação do gnaisse compactado com 1 m de espessura nas condições da umidade ótima e com umidade volumétrica inicial de 30% (simulação 8) 66 1 metro de Gnaisse e 50 cm de Areia (Dens.Seca=1,59 g/cm , inic.=20%) 3 300000 Infiltrou Saída pela base Evaporação Chuva total RUN OFF 250000 Em relação ao vol. Total de chuva: Chuva infiltrada = 100 % RUN OFF = 0 % 3 Volume (cm ) 200000 150000 100000 50000 0 0 3 1 metro de areia (Dens.Seca=1.59 5 de Gnaisse 10 e 50 cm 15 20 25 g/cm , 30 inic.=20%) 35 A) Tempo (dias) 100 90 80 70 S (%) 60 50 2.5 cm (Topo - Gnaisse) 40 98 cm (Base - Gnaisse) 102 cm (Topo - Areia) 30 148 cm (Base da areia) 20 10 0 0 1 metro de Gnaisse e 50 cm 15 de areia (Dens.Seca=1.59 g/cm3, =20%) 5 10 20 25 30 2500 B) 35 Tempo (dias) 2,0 cm (Topo - Gnaisse) 98cm (Base - Gnaisse) Sucção (kPa) 2000 102 cm (Topo - Areia) 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 Tempo (dias) 25 30 35 C) Figura 6.14 - Resultado da simulação do gnaisse compactado com 1 m de espessura nas condições da umidade ótima e com umidade volumétrica inicial de 20% (simulação 9) 67 As porcentagens de água retida no interior da barreira capilar em função da variação da umidade volumétrica inicial da coluna de gnaisse estão apresentadas na Tabela 6.5. Na Figura 6.15 está a representação gráfica destes resultados. Observa-se nesta figura que a infiltração de água passa a ser de 100% para umidade volumétrica inicial do gnaisse inferior a 20%. Com o aumento do teor de umidade volumétrica inicial, ocorre diminuição da quantidade de água infiltrada e conseqüentemente um aumento da quantidade de água que escoa superficialmente. Provavelmente a realização de simulações de chuva por um período de tempo cada vez maior (1mes, 1ano, 2 anos), deve reduzir gradativamente a influência da umidade volumétrica inicial. Tabela 6.5 – Valores das porcentagens de água infiltrada na barreira capilar em função da variação da umidade volumétrica inicial do gnaisse. Nome do arquivo Tanque 1 Espessura do Gnaisse (m) 1 Espessura da Areia (m) 0.5 Chuva Infiltrada no gnaisse(%) 36.8 Chuva infiltrada na areia (%) 0 RUN OFF (%) 63.2 38 inic. (%) Tanque 10 Tanque 11 1 1 0.5 0.5 80.7 100 0 0 19.3 0 30 20 100 Chuva Infiltrada RUN OFF Chuva infltrada e RUN OFF (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Umid. Volumétrica inicial (%) Figura 6.15 – Porcentagem do volume de chuva infiltrada e de run off em função para simulações realizadas com diferentes umidades volumétricas inicial. 68 Conclusões Após as modificações dos dados de entrada do programa VS2DHI obtidos experimentalmente, fundamentado em ensaios de retroanálise, pode-se simular o comportamento de diferentes configurações da barreira capilar a ser compactada na área experimental. Foi simulada a ocorrência de chuva de um mês, cuja intensidade de cada chuva e o somatório de suas alturas tenha a possibilidade de ocorrer em São Paulo co um período de recorrência inferior a 1 ano. Pode-se constatar que, para as condições de compactação do gnaisse na umidade ótima (d=1.59 g/cm3, w=24.3%), a barreira capilar funcionou em todo o período de simulação com grau de saturação praticamente constante e superior a 90%. Quanto maior a espessura desta barreira maior a quantidade de água retida no interior da barreira. Para esta condição de moldagem não foi observada a passagem de água para a coluna de areia. Para o gnaisse compactado com densidade seca de 1.21 g/cm 3 e com 1 metro de espessura, a porcentagem de água que passa para a areia foi superior a 35%, independentemente de sua espessura. A passagem de água do gnaisse para a areia se deu de forma brusca após o período de simulação de 10 dias. A água que passa vai para a base da areia que, ao atingir a saturação, passa a se distribuir ao longo de sua altura. A forma com que a água se mantém no interior da areia está relacionada com a sua curva de retenção. Em função da considerável parcela de água que passa para a areia e da possibilidade de ocorrer períodos de chuva com intensidades bem superiores as que foram simuladas, optou-se por se compactar o gnaisse nas condições da umidade ótima. Como para as condições de compactação na umidade ótima a coluna de gnaisse com 1 metro de espessura permaneceu com grau de saturação superior a 90%, existe uma grande possibilidade da passagem de água da chuva para a areia quando as mesmas ocorrerem com maior intensidade e por um período de tempo mais prolongado. Utilizando os resultados da curva de retenção da areia optou-se por sua utilização com espessura de 30 cm..Para esta altura a água está presente no interior da areia com sucção de 3 kPa e umidade volumétrica próximo do valor residual. 69 Tomando como base as considerações citadas acima, a barreira capilar será inicialmente compactada na área experimental do laboratório de mecâmica dos solos da USP/SP com as seguintes características: O solo residual de gnaisse será compactado com espessura de 1 metro, densidade seca de 1.59 g/cm3 e teor de umidade de 24.3% (umidade ótima). A areia será moldada com espessura de 30 cm e com o seu índice de vazios mínimo (emín.=0.57). 7. Considerações finais Procurou-se, durante o período de fevereiro a outubro de 2005, elucidar inicialmente alguns aspectos relacionados à instrumentação que será utilizada no monitoramento da barreira capilar a ser compactada na área experimental. Foi visto que, para se obter uma melhor eficiência nas leituras de sucção do tensiômetro, nos procedimentos de sua manutenção deve-se utilizar a água fervida e mantida quente com temperatura superior a 35oC. Um outro aspecto importante desta investigação inicial está relacionada a calibração do TDR. A calibração proposta por Topp et al (1980) não se aplica satisfatoriamente para o solo residual de gnaisse compactado na umidade ótima. O uso da equação encontrada por Viera et al (2005) se ajuste melhor aos resultados obtidos experimentalmente. Foi verificado pela retroanálise de três ensaios de laboratório, que os parâmetros de entrada do programa VS2DHI devem ser modificados para que a simulação de aproxime dos resultados experimentais. Com os conhecimentos adquiridos das retroanálises, os resultados da caracterização dos solos e a realização de novas simulações, pode-se definir as dimensões iniciais da barreira capilar a ser compactada na área experimental. Optou-se pela compactação de uma coluna de gnaisse de 1 m, compactada nas condições da umidade ótima, sobreposta a uma coluna de areia de 30 cm moldada como o seu índice de vazios mínimo. 70 Para a continuidade da pesquisa pretende-se fazer, no tanque da área experimental, as adaptações para obtenção do volume de água que percola pela base da areia e que escoa superficialmente (run off) no topo da coluna de gnaisse. A saída de água pela base da areia será controlada por quatro sistemas independentes que monitoram o fluxo de água em toda a base do tanque. Um ensaio piloto será realizado com o preenchimento de todo o tanque com a areia Osasco compactada com o seu índice de vazios mínimo. Após a compactação a coluna de areia será saturada, mantendo-se a saída de água pela base fechada. Com a abertura desta saída será testada a eficiência do sistema de medição do volume de água percolado. Com os quatro sistemas independentes de medição de vazão é possível a verificação da ocorrência de um caminho preferencial de saída de água na área da base da areia. Os dados da medição do tensiômetro e da umidade volumétrica serão confrontados com a curva de retenção obtida em laboratório. Os valores da umidade volumétrica ao longo da coluna de areia, obtidos com o TDR, serão comparados com os valores determinados com o GPR. Este ensaio piloto será realizado em conjunto com as atividades de pesquisa do projeto da FAPESP (processo:05/557365) intitulado “Estudo das propriedades geotécnicas de solos não saturados e suas correlações com métodos geofísicos”. Este ensaio será realizado no período de novembro e dezembro de 2005. Após o ensaio da coluna de areia será compactada e instrumentada, na área experimental, a barreira capilar definida nos estudos apresentados neste relatório. Pretende-se que sua compactação e instrumentação estejam concluídas no final de janeiro de 2006. Durante o ano letivo de 2006 serão acompanhados e analisados os dados da instrumentação e feita a retroanálise dos parâmetros de entrada para as condições reais de campo. Pretendendo-se no final deste projeto determinar, para as condições climáticas de São Paulo, com que densidade seca e espessura dever ser compactada uma barreira capilar de gnaisse. 8. Referências bibliográficas ALBRECHT, B. A.; BENSON, C. H. (2001)- Effect of Desiccation on Compacted Natural Clays. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, v. 127, n. 1, p. 67-75. 71 ANDERSLAND, O. B. E MATHEW, J. (1973)- Consolidation of high ash paper mill sludges. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, vol. 99, n. SM5, p. 365-374. BACHE, D. 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