Oliveira&Marinho-Nsat-2015-2

Correlações dos valores de sucções impostas na placa de pressão e
determinadas com o papel filtro com os valores de sucções
medidas com o tensiômetro de alta capacidade
Orlando Martini de Oliveira
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, oliveiraorlando@hotmail.com
Fernando A. M. Marinho
Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil, fmarinho@usp.br
RESUMO: Nos trabalhos desenvolvidos por Oliveira (2004), em sua tese de doutorado, a sucção
dos corpos de prova utilizados nos ensaios de resistência ao cisalhamento, foram impostas e
medidas por diferentes técnicas. Foi utilizado um solo residual de gnaisse compactado nas
condições do ramo seco, umidade ótima e do ramo úmido da curva de compactação obtida com a
energia do Proctor Normal. Em muitos dos ensaios realizados a sucção imposta aos corpos de prova
na placa de pressão e a sucção dos corpos de prova determinadas com o papel filtro foram também
medidas com o tensiômetro de alta capacidade o que possibilitou a obtenção das correlações entre
estes valores. Pode-se observar uma boa correlação entre os valores de sucção dos corpos de prova
impostos pela placa de pressão com os valores medidos com o tensiômetro de alta capacidade. No
entanto, a correlação entre os valores de sucção medidos com o papel filtro e com o tensiômetro de
alta capacidade apresentou um comportamento diferente. Nesta correlação os valores medidos são
praticamente iguais, para as três condições de moldagem, até a sucção da ordem de 50 KPa. Para
sucções maiores que 50 kPa o papel filtro passa a medir um valor maior de sucção, não sendo
identificada nesta correlação variações relacionadas com as estruturas dos corpos de prova
resultantes de suas diferentes condições de moldagem. O valor de sucção de ordem de 50 kPa
corresponde ao inicio da entrada de ar da curva de retenção de água das três condições de
moldagem o que sugere uma redução da continuidade hidráulica entre o papel filtro e o corpo de
prova de forma que a troca de água entre ambos também esteja ocorrendo pela fase de vapor. Neste
sentido pode-se observar uma pequena influência relacionada ao tempo de contato do corpo de
prova com o papel filtro que variou de 7 a 36 dias.
PALAVRAS-CHAVE: Tensiômetro de alta capacidade, Placa de pressão; Papel filtro.
1 INTRODUÇÃO
Existem váras técnicas para se impor e se medir
o valor de sucção de um corpo de prova. Nos
laboratórios de mecânica dos solos não
saturados a imposição de um valor de sucção é
normalmente feita com a utilização de placa de
sucção, placa de pressão e com soluções
colocadas no interior de um dessecador. Nestes
equipamentos os corpos de prova passam a
perder ou absorver água até que sua sucção se
iguale a sucção imposta.
Na placa de pressão, apresentada na
Figura 1, a sucção é imposta à pedra porosa de
alta entrada de ar através de um desnível com o
recipiente conectado a saída de água localizada
em sua base. O corpo de prova deve ser
mantido sobre a pedra porosa até o momento
em que a sua sucção se iguale à sucção imposta
pela mesma. A determinação do tempo de
equilíbrio pode ser feita pelo acompanhamento
da variação do peso do corpo de prova ou pela
observação da saída de água do reservatório
conectado a tubulação da base da pedra porosa.

Pedra porosa
0 5 10 cm
Figura 1 – Representação da placa de pressão (Oliveira,
2004)
Devido ao problema de cavitação da água no
interior da tubulação conectada à base da pedra
porosa a sucção máxima que pode ser aplicada
na placa de pressão é de aproximadamente 80
kPa.
Para se aplicar um valor maior de sucção
deve ser utilizada a placa de pressão que aplica
a técnica da translação de eixos proposta por
Hilf (1956). Neste equipamento, apresentado na
Figura 2, sobre a pedra porosa tem uma câmara
onde se impõe uma pressão de ar. Como a água
presente na pedra porosa esta conectada ao
ambiente externo, que esta submetido a pressão
atmosférica, a sucção imposta corresponde à
pressão de ar aplicada dentro da câmara.
Os corpos de prova são colocados sobre a
pedra porosa até que entre em equilíbrio com a
sucção imposta pela mesma. O tempo de
equilíbrio é determinado pela estabilização do
nível de água da bureta que esta conectada à
tubulação da base deste equipamento (Oliveira
e Marinho, 2006).
Circulação
de água na base
Pedra Porosa
0 10 cm
Bureta
Figura 2 – Representação da placa de pressão (Oliveira,
2004).
Os equipamentos apresentados
anteriormente neste item são utilizados para se
impor uma sucção aos corpos de prova, no
entanto, existem equipamentos que medem a
sucção. A técnica mais utilizada nos
laboratórios de mecânica dos solos não
saturados é o emprego do papel filtro. O papel
filtro é colocado em contato com o corpo de
prova e posteriormente envolto em filme
plástico, papel alumínio e deixado em repouso
no interior de uma caixa de isopor por por um
período mínimo de 7 dias. Após este período de
tempo é determinado o teor de umidade do
papel filtro que possui uma curva de calibração
que relaciona este valor com a sucção.
Os papéis utilizados para se medir a sucção
são quantitativos do tipo II, tais como o
Whatman n o 42, Fisherbrand 9-790A e
Scheicher & Shuel n o 586. O papel fitro
Whatman n o 42 é o mais difundido
internacionalmente e possui várias propostas de
calibração (Chandler e Gutierrez, 1986; Fawcett
e Collins, 1967; Hamblim, 1981).
Um equipamento mais avançado para se medir
a sucção, e ainda restrita a poucos centros de
pesquisa, é o tensiõmetro de alta capacidade
(TAC), apresentado na Figura 3.
Pedra Porosa
Água
Diafragma
Transdutor Tipo
Entran EPX
Figura 3 – Representação esquemática do tensiômetro de
alta capacidade.
Este equipamento consiste basicamente de um
transdutor, uma pedra porosa e água. O
transdutor é do tipo Entran EPX, acoplado a
uma cápsula de aço inox. Esta cápsula é
composta de uma câmara, com pequeno volume
de água, que está em contato com uma pedra
porosa de alta entrada de ar e um diafragma.
Para se medir o valor da sucção de um
corpo de prova com o tensiômetro de alta
capacidade deve-se garantir que a água presente
em sua estrutura apresente uma continuidade
hidráulica com a água da pedra porosa deste
equipamento. Esta continuidade é garantida
com a utilização de uma pasta preparada com o
mesmo solo e com teor de umidade próxima ao
limite de liquidez.

A pressão sa água presente na estrutura
do corpo de prova é transmitida ao diafragma
do transdutor. O valor da resistência elétrica do
diafragma varia com a sua flexão.
A variação da voltagem é transmitida
para o sistema de aquisição de dados onde é
convertida, através de sua calibração, em
unidades de pressão (kPa). Na Figura 4 é
apresentada uma foto do TAC que fornece uma
idéia de suas dimensões.
Tensiômetro de
Alta capacidade
TAC
Transdutor de
Pressão do TAC
sem a pedra
porosa
Figura 4 – Tensiômetro de alta capacidade da EPUSP
(Marinho, 2005).
2. PROPRIEDADES DO SOLO
Nesta pesquisa foi utilizado um solo residual
de gnaisse retirado do campo experimental da
USP/SP. A amostra de solo foi destorrada e
utilizada apenas a fração granulométrica
passante na peneira de malha de 2 mm. A
constituição granulométrica do solo assim
preparado é de 46% de silte, 26 % de areia fina,
20 % de argila e 6% de areia média,
apresentando limite de liquidez (wl) de 47%,
limite de plasticidade (wp) de 34% e peso
específico dos grãos (s) de 27,1 kN/m 3 .
Na carta de plasticidade de Casagrande este
solo se classifica como um silte de baixa
compressibilidade (ML).
3. PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA
E PROCEDIMENTOS DOS ENSAIOS
Os resultados experimentais abordados
neste artigo fazem parte do programa
experimental desenvolvido por Oliveira (2004).
A comparação entre os valores de sucção
impostas na placa de pressão e medidas com o
papel filtro e o TAC foi realizada com os
corpos de prova utilizados nos ensaios de
compressão simples e ensaios triaxiais
realizados na condição não saturada. Com o
intuito de se estudar a influência da estrutura do
corpo de prova nos valores de resistência ao
cisalhamento os mesmos foram moldados em
três diferentes condições da curva de
compactação, apresentadas na Tabela 1.
.
Tabela 1 – Condições de moldagem dos corpos de prova.
Moldagem w (%) d (kN/m 3 ) e S (%) w (%)
Umidade ótima 25.3 15.3 0.77 88.9 38.7
Ramo Seco 17 14.8 0.83 55.4 25.2
Ramo úmido 28.2 14.8 0.83 91.9 41.7
w- Teor de umidade, d – densidade seca, e – índice de vazios, S – Grau
de saturação, w - Teor de umidade volumétrica.
Os corpos de prova foram compactados
estaticamente em cinco camadas no interior de
um molde tripartido. Para os ensaios de
compressão simples estes corpos de prova
foram preparados por umedecimento ou
secagem para que apresentem diferentes valores
de sucção inicial. Os teores de umidade foram
definidos tomando como base a curva de
retenção de água.
Os corpos de prova moldados para os
ensaios triaxiais foram inicialmente colocados
na placa de pressão onde foi imposta aos
mesmos sucções variando entre 50 kPa e 450
kPa.
Após esta etapa de preparação, por
umedecimento, secagem ou utilização da placa
de pressão, parte dos corpos de prova tiveram a
sua sucção medida com o papel filtro. O papel
filtro foi deixado em contato com os corpos de
prova por um período de tempo variando entre
7 e 36 dias.
Nos ensaios de compressão simples e
triaixais, realizados em corpos de prova com
sucção inicial inferior a 500 kPa, foram
medidas as sucções iniciais e feito o
acompanhamento de sua variação durante a
etapa de cisalhamento com a utilização de um
TAC colocado na base dos mesmos.
Os resultados destes ensaios permitiram a
comparação entre os valores de sucção
impostas na placa de pressão, medidas com o
papel filtro e o TAC, avaliando-se a influência

Papel Filtro e Placa de Pressão (kPa)
das diferentes estruturas dos corpos de prova,
relacionadas às suas condições de moldagem, e
do tempo em que o papel filtro ficou em
contato com os mesmos.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Na Figura 5 estão todos os resultados que
correlacionam os valores de sucção medidos
com o papel filtro e impostos na placa de
pressão com os correspondentes valores
medidos com o TAC.
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Papel Filtro - Umidade Ótima
Placa de Pressão - Umidade Ótima
Papel Filtro - Ramo Seco
Placa de Pressão - Ramo Seco
Papel Filtro - Ramo Úmido
Placa de Pressão - Ramo Úmido
0 100 200 300 400 500 600
Tensiômetro (kPa)
Figura 5 – Correlão entre os valores se sucção medidos
com o papel filtro e impostos na placa de pressão e os
valores medidos com o TAC para as três condições de
moldagem.
Os simbolos vazados correspondem aos
valores de sucção impostos na placa de pressão.
A localização destes pontos experiementais
sobre a reta de 45 0 da Figura 5 indica uma boa
correlação com os valores medidos com o TAC.
Apenas para os corpos de prova que foram
compactados no ramo seco se observa uma
dispersão maior dos resultados com o TAC
medindo valores de sucção maiores que os
impostos na placa de pressão a partir de 300
kPa.
No entanto, esta boa correlação não é
observada para a relação entre os valores de
sucção medidos com o papel filtro e o TAC.
Observa-se na Figura 5 que a partir da sucção
da ordem de 50 kPa o papel filtro passa a medir
um valor maior que o TAC e a diferença entre
estes valores passa a aumentar até valores de
sucção em torno de 150 kPa. A partir de 150
kPa a diferença entre os valores medidos se
mantem aproximadamente constante variando
entre 200 e 250 kPa.
Não se observa na Figura 5 a influência das
diferentes estruturas dos corpos de prova devido
à sua condição de moldagem no ramo seco,
umidade ótima e ramo úmido.
Nas Figuras 6, 7 e 8 estão os mesmos
resultados da Figura 5 apresentados
separadamente para cada condição de
moldagem com a indicação, localizada acima
de cada ponto experimental, do tempo em que o
papel filtro ficou em contato com o corpo de
prova. Para a condição de moldagem na
umidade ótima, apresentada na Figura 6, se
observa a influência do tempo de contato do
papel com o corpo de prova. Este fato pode ser
constatado quando se observa os pontos
experiemtais que estão localizados próximos a
reta vertical correspondente à sucção de 400
kPa medida pelo TAC.
Com o aumento do tempo de contato de 7
para 8, 16 e 33 os pontos experimentais vão
gradativamente se aproximando da reta de 45 0
(ver Figura 6), indicando que o valor medido
pelo papel filtro se aproxima do valor medido
pelo TAC. O mesmo pode ser observado nas
Figruas 7 e 8 onde os valores maiores de tempo
de contato, plotados ao lado dos pontos
experimentais, estão mais próximos da reta de
45 0 , indicando que esta tendência independe
das condições de moldagem.

Papel Filtro e Placa de Pressão (kPa)
Papel Filtro e Placa de Pressão (kPa)
Papel Filtro e Placa de Pressão (kPa)
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
16
7
14
7 14
7
7
7
14 14
10 7
710
33
7
9
10
7 10
27
7
9 7 7 9
9
9
27
9
9 9
8
19
98
8
7 7
9
19
27
9
9
19
19 19 27 27 27 19 7
7
8
8
8
7
16
733 7 33
16
16
0
0 100 200 300 400 500 600
Tensiômetro (kPa)
Figura 6 – Correlação entre os valores se sucção medidos
com o papel filtro e impostos na placa de pressão e os
valores medidos com o TAC para os corpos de prova
moldados nas condições da umidade ótima.
1000
900
800
700
600
500
400
7
33
Papel Filtro - Umidade Ótima
Placa de Pressão - Umidade Ótima
Papel Filtro - Ramo Seco
Placa de Pressão - Ramo Seco
7
24
24 24
36
36 7 36
36
36 36 36
7
300
22
22
8
200 7 22 22
22
100
8 8 8 7 22
22 8 8 8 22
0
0 100 200 300 400 500 600
Tensiômetro (kPa)
Figura 7 – Correlação entre os valores se sucção medidos
com o papel filtro e impostos na placa de pressão e os
8
36
valores medidos com o TAC para os corpos de prova
moldados nas condições do ramo seco.
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
Papel Filtro - Ramo Úmido
Placa de Pressão - Ramo Úmido
7
20
12
7
7
20
100 12
71220
20
12
0
1212 0 100 200 300 400 500 600
Tensiômetro (kPa)
Figura 8 – Correlação entre os valores se sucção medidos
com o papel filtro e impostos na placa de pressão e os
valores medidos com o TAC para os corpos de prova
moldados nas condições do ramo úmido.
A boa correlação entre os entre os valores de
sucção medidos com o papel filtro e o TAC
para sucções inferiores a 50 kPa, apresentada
nas Figuras 5, 6, 7 e 8, esta provavelmente
relacionada ao fato de ainda não ter ocorrido a
entrada de ar nos corpos de prova, o que
possibilita uma boa continuidade hidráulica
com o papel flltro. As curvas de retenção
obtidas por Oliveira (2004) para as três
condições de moldagem indicam que é para
sucções da ordem de 50 kPa que se inicia a
entrada de ar dos corpos de prova para as três
condições de moldagem.
A partir do valor de sucção de 50 kPa esta
continuidade hidráulica vai diminuindo
necessitando assim de um tempo maior de
contato entre o papel flltro e o corpo de prova
para que o equilíbrio seja atingido. Pelos
resultados apresentados nas Figuras 6, 7 e 8 este
tempo deve ser superior a 30 dias.
20
7

5. CONCLUSÕES
A grande quantidade de ensaios de
resistência ao cisalhamento realizados com
medição da sucção dos corpos de prova com o
papel filtro e o TAC e aplicação de um
determinado valor de sucção com utilização da
placa de pressão possibilitou uma comparação
entre estas diferentes técnicas de laboratório.
Foi constatada uma boa concordãncia
ente os valores de sucção impostos aos corpos
de prova na placa de pressão e posteriormente
medidos com o TAC. No entanto, o mesmo não
pode ser constatado ao se comparar o valor da
sucção medida com o papel filtro e o TAC. A
partir da sucção de 50 kPa o papel filtro passa a
medir um valor de sucção maior. A boa
correlação constatada para sucções inferiores a
50 kPa esta relacionado oa fato de existir uma
boa continuidade hidráulica entre o corpo de
prova e o papel flitro, devido ao fato de os
mesmos ainda estarem saturados e com sucção
inferior a da entrada de ar.
Foi constatada a necessidade de um
tempo de permanência do papel filtro em
contato com o corpo de prova superior a 30 dias
para que o equilíbrio seja alcançado.
Não foi observada nas conclusões acima
a influência da estrutura dos corpos de prova
relacionadas à compactação no ramo seco,
umidade ótima e ramo úmido.
HAMBLIM, A. P. (1981). Filter-Paper Method for
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Oliveira, O. M. 2004. Estudo sobre a resisteˆncia ao
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saturado, PhD thesis, Escola Polite´cnica da Sa˜o Paulo,
Sa˜o Paulo, Brazil.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq e a FAPESP
pelo suporte financeiro.
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