Densidade, Porosidade, Resistência à Penetração e Retenção de Água em Resposta ao Arranjo e Morfometria de Partículas da Fração Areia

Abstract

Este trabalho teve por objetivo caracterizar a morfometria de areias reconstituídas (fração areia sem a presença de agentes cimentantes) e esferas de vidro, pela utilização dos índices morfométricos arredondamento, alongamento, diâmetro de Feret e compacidade, e analisar a sua correlação com a porosidade total, resistência à penetração e curvas de retenção pelo ajuste de curvas de regressão. Outro propósito desse estudo foi avaliar a elevação da densidade em sistemas binários e ternários de esferas de vidro e sistemas binários de areias reconstituídas sujeitos à ação vibratória controlada, em função da porcentagem das classes envolvidas e das relações entre os seus diâmetros médios. Para isso, foram coletadas 14 amostras de solo/sedimento em diferentes localidades dos estados de Minas Gerais e Espírito Santo e adquiridas esferas de vidro para simulação de empacotamentos binários e ternários. As amostras de solo/sedimento foram submetidas a pré-tratamentos para obtenção da fração areia limpa e posterior peneiramento para separação em 21 classes entre os diâmetros de 2,000 e 0,053 mm. Foram avaliadas a densidade aparente, densidade de partículas, porosidade total, resistência à penetração e curvas de retenção de água das amostras de areias reconstituídas, e a análise morfométrica das esferas de vidro e das amostras de areias reconstituídas com base nos índices arredondamento, alongamento, diâmetro de Feret e compacidade. Para a aquisição das imagens foram utilizados scanner para as frações maiores que 0,250 mm e câmara digital acoplada a microscópio com objetiva 4x para as frações menores que 0,250 mm. Foram obtidas cerca de 2.000 imagens e analisadas 145.000 partículas, aproximadamente. Utilizou- se o programa Adobe® Photoshop® CS para o processamento das imagens e os programas QUANTIPORO e Microsoft® Office Excel 2003 para a geração dos índices morfométricos. A porosidade total foi explicada pelos índices arredondamento, diâmetro de Feret e compacidade. Contudo, o R2 manteve-se baixo, refletindo a variabilidade morfométrica existente, devido à dureza e ausência de clivagem do quartzo. A resistência à penetração e a microporosidade apresentaram ajuste de regressão com o diâmetro de Feret, não sendo explicados pelos demais índices. Os modelos matemáticos propostos para o ajuste das curvas de retenção apresentaram-se satisfatórios para as amostras analisadas. A elevação da densidade em sistemas binários e ternários apresentou alta dependência da relação entre os diâmetros médios das classes envolvidas e da proporção de material "fino" existente.

The aim of the present paper was to characterize the morphometry of restored sand (sand fraction free from the presence of cementing agents) and glass spheres through the application of morphometric indexes of roundness, elongation, Feret's diameter and compactness, as well as to analyze their correlation with total porosity, resistance to penetration and retention curves by the adjustment of regression curves. Besides, this study also had the objective to evaluate the increase in density in binary and ternary systems of glass spheres and binary systems of restored sand submitted to the vibratory controlled action due to the percentage of the involved classes and the relation among their average diameters. In order to do so, 14 samples of soil/sediment were collected in different areas of the states of Minas Gerais and Espírito Santo, and glass spheres were acquired for the simulation of binary and ternary packing. The samples of soil/sediment were submitted to pre-treatments for the obtainment of the clean sand fraction and posterior screening for the division into 21 classes among the diameters of 2,000 and 0,053 mm. The elements to be evaluated in the process were apparent density, density of particles, total porosity, resistance to penetration and water retention curves of the samples of restored sand as well as the morphometric analysis of the glass spheres and ixof the restored sand based on the indexes of roundness, elongation, Feret's diameter and compactness. A scanner was used for the acquisition of images for fractions larger than 0,250 mm and a digital camera connected to a microscope with objective 4x was used for fractions smaller than 0,250 mm. Around 2,000 images were obtained, and approximately 145,000 particles were analyzed. The Adobe® Photoshop® CS program was used for the image processing and the programs QUANTIPORO and Microsoft® Office Excel 2003 were employed for the creation of the morphometric indexes. The total porosity was explained through the indexes of roundness, Feret's diameter and compactness. However, R2 was kept low reflecting an existing morphometric variability due to the hardness and lack of cleavage presented by quartz. In spite of presenting regression adjustment through Feret's diameter, both resistance to penetration and microporosity could not be explained through the other indexes. The mathematical models proposed to the adjustment of the retention curves proved to be satisfactory for the analyzed samples. The increase in density in binary and ternary systems presented to be highly dependent on the relation between the average diameters of the involved classes and the proportion of the "fine" existing material.