Determinação da taxa de infiltração da água através de sensores termopares e de capacitância (FDR) em um solo areno-siltoso remoldado em laboratório

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Almeida, Jessica Leindorf de
• Orientador(a): Izzo, Ronaldo Luis dos Santos
• Banca de defesa: Domingos, Matheus David Inocente , Izzo, Ronaldo Luis dos Santos , Teixeira, Sidnei Helder Cardoso , Torres, Vanessa Correa de Andrade
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Infiltração; Sensores; Arduino (Controlador programável); Solos - Umidade; Solos argilosos; Seepage; Sensors; Arduino (Programmable controller); Soil moisture; Clay soils
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27960

Os sistemas de medição de infiltração não são padronizados, sendo que os equipamentos tradicionais são fortemente influenciados por fatores que não podem ser controlados, além de demandarem mobilização do canteiro de obra e terem sua utilização em laboratório limitada. Já os equipamentos modernos de medição possuem custos elevados e normalmente fornecem dados indiretos que precisam ser interpretados para se obter a taxa de infiltração. Nesse contexto, a presente pesquisa tem como objetivo a determinação da taxa de infiltração da água em um solo areno-siltoso remoldado em laboratório através de sensores termopares e de capacitância (FDR) compatíveis com o Arduino. O equipamento desenvolvido visa aprimorar a medição da infiltração para que ela seja obtida de forma direta, rápida e econômica. Para isso, utilizou-se um solo desenvolvido para essa pesquisa composto por 70% de areia média e 30% de um solo siltoso da Formação Guabirotuba, ambos secos, em que os finos foram excluídos a fim de se evitar a expansão. Foram conduzidos ensaios de granulometria, densidade real dos grãos (Gs), limites de Atterberg, Espectrometria de Fluorescência de Raios-X (FRX), Difratometria de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e compactação Proctor nas energias normal, intermediária e modificada para os materiais. Os ensaios de infiltração foram realizados em triplicata para cada ponto de umidade da curva Proctor com o solo areno-siltoso na energia modificada. Os cilindros utilizados para a moldagem dos corpos de prova (Cps) eram de acrílico, permitindo a visualização da frente de umedecimento. A infiltração no interior do CP foi determinada por um equipamento composto por um microcontrolador (Arduino), um dispositivo de conexão à internet (ESP 8266) e sensores de temperatura (termopar) e umidade (FDR) embarcados em uma placa de fibra de vidro. Com os dados do equipamento, foram traçadas as curvas de infiltração versus tempo para o solo areno-siltoso e foram encontradas equações capazes de determinar a taxa de infiltração deste solo em diferentes umidades de moldagem. Dos resultados encontrados, é possível destacar que o tempo para a água infiltrar no solo mais seco foi aproximadamente duas vezes menor que no solo mais úmido, levando 7,1 minutos e 14,1 minutos, respectivamente. Entretanto, a partir de uma certa umidade, pelo fato de o solo encontrar-se muito encharcado, sua capacidade de reter a água ficou comprometida, fazendo a infiltração voltar a ficar mais rápida mesmo com o solo estando mais úmido. Esse comportamento pode ser observado nos Cps moldados com 13,8% e 10,3% de umidade inicial. Os Cps mais úmidos tiveram taxa de infiltração mais alta (81,16 mm.h-1) que os Cps com 10,3% (71,31 mm.h-1). As equações encontradas empiricamente para a taxa de infiltração são de potenciação, tendo como base o tempo que a água leva para infiltrar. Ao compará-las com os demais métodos empíricos de determinação da taxa de infiltração já consolidados na literatura (Kostiakov, Kostiakov-Lewis e Horton), o que melhor se ajustou aos ensaios realizados foi o modelo de Horton. Por fim, o equipamento foi validado através do sensor de capacitância (FDR) e de ensaio visual da frente de umedecimento.