Determinação da condutividade hidráulica de solos não saturados

Abstract

Resumo: Na quantificação do fluxo em meio poroso a condutividade hidráulica aparece como variável essencial. As dificuldades impostas para determinação da condutividade hidráulica de solos não saturados, relacionadas ao tempo, custo e complexidade de ensaios laboratoriais, levam os engenheiros a utilizar simplificações para estimativa desta variável através de modelos matemáticos, os quais requerem validação, ou, de propriedades saturadas do solo. O presente estudo teve como objetivo avaliar diferentes métodos de determinação da condutividade hidráulica não saturada. Foram executados ensaios através de um método em centrífuga de pequena escala e de um método em permeâmetro com pressurização de ar no topo da amostra de solo para acelerar o fluxo de água, ambos transientes. Três solos foram testados em permeâmetro, sendo um grosso (areia) e dois finos (siltes). Os dois solos finos foram testados simultaneamente em centrífuga apresentando resultados satisfatórios para curva de retenção de umidade e função de condutividade hidráulica. Através dos ensaios em permeâmetro, verificou-se que a magnitude da condutividade hidráulica não varia significativamente com as diferentes formas de contabilização do gradiente hidráulico. Durante ensaio em permeâmetro, os perfis de umidade volumétrica e sucção ao longo do tempo indicaram que é válida a simplificação de gradiente hidráulico unitário na porção superior da amostra. A estimativa de condutividade hidráulica não saturada baseada nos ensaios em permeâmetro resultou em valores maiores de condutividade hidráulica quando comparados aos valores finais dos ensaios em centrífuga. Assim, conclui-se que a atuação de força centrípeta ou de pressão de ar para aceleração do fluxo induz comportamentos distintos no solo, levando a estimativas diferentes da condutividade hidráulica não saturada. Os resultados experimentais obtidos através de ensaio em centrífuga apresentaram comportamento mais próximo ao esperado e melhor ajuste aos modelos matemáticos analisados de Mualem-van Genuchten e de Gardner, além de tempo de ensaio significativamente menor.

Abstract: In the quantification of the flux in porous media the hydraulic conductivity is an essential variable. The difficulties imposed for the determination of the hydraulic conductivity of unsaturated soils, related to time, costs and complexity of laboratory tests cause engineers to simplify the estimate of this variable through mathematical models, that require validation, or saturated properties of the soil. This project's goal was to evaluate different methods of determination of unsaturated hydraulic conductivity. The tests consisted in the use of a smallscale centrifuge and a permeameter, with air pressurization on top of the soil specimen, to speed up the water flux. Both the tests were transients. Three kinds of soils were tested in permeameter, a granular soil (sand) and two fine grain soils (silts). The fine grain soils were simutaneously tested in centrifuge and showed satisfatory results for the soil water retention curve (SWRC) and hydraulic conductivity function. The permeameter tests proved that the magnitude of the hydraulic condictivity does not vary significantly with the different ways of hydraulic gradient evaluation. During the permeameter tests the volumetric moisture and suction profiles proved to be valid the simplification of unit hydraulic gradient in the upper portion of the soil specimen. The estimate of unsaturated hydraulic conductivity based on the permeameter tests resulted in higher values of hydraulic conductivity if compared to the final values presented in the centrifuge tests. Therefore, it is concluded that the centripetal force or the air pressure for the accelaration of the flux induces different behaviors in the soil, leading to different estimates of the unsaturated hydraulic conductivity. The experimental results obtained through the centrifuge tests seemed closer to the expected and better adjusted to the mathematical models of Mualem-van Genuchten and Gardner, and also the testing time was significantly shorter.