Avaliação da granulometria de materiais de filtros para obras de terra

Abstract

A granulometria de um material diz muito sobre seu comportamento e consequente previsões de seus parâmetros característicos. No dimensionamento do intervalo de aceitação granulométrica para um material filtro de uma obra de terra, dados granulométricos do material base são exigidos para certificação dos critérios de permeabilidade e retenção. O quanto um solo permite a percolação de um fluído está relacionado a sua capacidade de aliviar as tensões de uma obra de terra. A análise do carreamento de partículas para o interior do filtro permite a compreensão do surgimento ou não de uma zona de auto filtragem, colmatação dos finos, e infiltração de partículas. O presente trabalho estuda a diferença do comportamento de percolação em quatro diferentes materiais base para dois tipos de material filtro. Os resultados de caracterização indicam que o Solo 1 tem mais de 60% da sua constituição da fração argilosa, o Solo 2 tem grande porcentagem de areia com predominância de silte como porção fina, o Solo 3 tem quase 70% de sua granulometria de areia, e o Rejeito utilizado tem alta porcentagem constituinte de silte. Já as areias utilizadas como material filtro, uma denominada Areia Natural tem mais de 90% de fração arenosa, enquanto a outra apresenta quase 60% de areia e o restante de pedregulho e é chamada de Areia Grossa. A discussão principal deste estudo foi dada através da realização de um ensaio de percolação do material base em contato com material filtro onde além dos dados de vazão recolhidos, o fluido de saída é ensaiado para medir as partículas em suspensão carreadas com o escoamento. Com as situações de combinação observou-se que a granulometria mais aberta da Areia grossa não foi satisfatória para o critério de retenção quando ensaiadas com os materiais com características siltosas, mas no caso do Solo 1 com alta fração argilosas a utilização da Areia Grossa não favoreceu o carreamento de partículas. Esses comportamentos além de serem observados pela análise dos sólidos em suspensão, foram condizentes com os resultados ensaio de sólidos totais presentes no interior do material filtro realizado após o final do ensaio de percolação. A utilização da Areia Natural como material considerado adequado pelo dimensionamento de material filtro foi indicada como a melhor opção geral na concepção de um filtro para uma obra de terra. Por fim, as análises das vazões de percolação, e dos sólidos em suspensão e totais contribuíram para compreensão da influência da granulometria do material filtro diante das práticas ideais de concepção.

Palavras-chave: Granulometria. Filtro. Material filtro. Material base. Areia. Drenagem. Filtragem. Percolação de água. Obras de Terra. Barragem. Pilhas. Carreamento de partículas. Escoamento interno de água.The particle size of a material says a lot about its behavior and the consequent predictions of its characteristic parameters. In the sizing of the particle size acceptance range for an earthworks filter material, particle size data of the base material are required for the certification of the permeability and retention criteria. How much a soil allows the percolation of a fluid is related to its ability to relieve the stresses of an earthworks. The analysis of the transport of particles to the inside of the filter allows the understanding of the emergence or not of a zone of self-filtering, clogging of fines, and infiltration of particles. This paper studies the difference in percolation behavior in four different base materials for two types of filter material. The characterization results indicate that Soil 1 has more than 60% of its composition from the clay fraction, Soil 2 has a large percentage of sand with a predominance of silt as fine portion, Soil 3 has almost 70% of its granulometry from sand, and Tailing used has a high percentage of silt constituents. As for the sands used as filter material, one called Natural Sand has more than 90% sandy fraction, while the other presents almost 60% sand and the rest gravel, and is called Coarse Sand. The main discussion of this study was given by performing a percolation test of each base material in contact with filter material where, in addition to the flow data collected, the outlet fluid is tested to measure the suspended particles carried with the flow. With the combination situations, it was observed that the more open granulometry of Coarse Sand was not satisfactory for the retention criterion when tested with materials with silty characteristics, but in the case of Soil 1 with a high clay fraction, the use of Coarse Sand did not favor the transport of particles. These behaviors, besides being observed by the analysis of suspended solids, were consistent with the results test of total solids present inside the filter material performed after the end of the percolation test. The use of Natural Sand as a material considered suitable for filter material sizing was indicated as the best general option in the design of a filter for an earthwork. Finally, the analysis of percolation flows, suspended solids and total solids contributed to the understanding of the influence of filter material particle size on optimal design practices.

Keywords:

Granulometry. Filter. Filter material. Base material. Sand. Drainage. Filtering. Water percolation. Earthworks. Dams. Piles. Particle transportation. Internal water drainage.