Avaliação do impacto de fissuras na condutividade hidráulica em aplicações de camada fina por meio de análise de imagens

Abstract

Todos materiais sujeito a esforços mecânicos são passivos de fissuração e ruptura, e a avaliação da mudança de parâmetros como resistência mecânica e condutividade hidráulica após essa condição é de interesse à engenharia como um todo. Materiais porosos que permitem a passagem de água através de sua estrutura sofrem mudanças sensíveis no fluxo de fluidos através dos mesmos quando fissurados. Camadas finas apresentam espessuras tal que as fissuras possam atravessar inteiramente o meio em suas iterações mais severas, modificando o próprio regime do fluxo por meio da intensa alteração do meio. Em diversas obras da geotecnia, essas fissuras manifestam-se nas superfícies, sejam elas geossintéticos, pavimentos, faces de barragem ou especificamente camadas de cobertura de aterros. A manifestação dessas fissuras nas suas respectivas superfícies permite a avaliação de situações que refletem comportamentos internos que não são facilmente acessíveis. As diferentes técnicas de análise de imagem permitem a extração de dados complexos das fissuras, da distribuição das aberturas, área fissurada e comprimento das mesmas. Estes dados de difícil extração sem uso da computação permitem avaliar várias propriedades de interesse ao correlacionar esses parâmetros geométricos com as propriedades do meio fissurado. A partir de algumas correlações de abertura das fissuras e geometria tridimensional pode-se entender o modo de ruptura do material e também simular o comportamento das trincas em níveis profundos. Com os dados da geometria superficial correlacionados aos valores de profundidade ao longo do meio pode-se determinar o meio fissurado pelo qual um fluido deve percolar. Definindo-se as condições de contorno, avalia-se como ocorrerá a infiltração por um modelo análogo ao de um tanque, no qual a lâmina de água altera-se proporcionalmente ao valor do volume percolado. Para avaliar e calibrar os métodos da etapa computacional foi produzida uma camada de mistura de solo e bentonita compactada em uma caixa que permitissem a fissuração do solo. O material foi selecionado como resultado de ensaios de fissuração em pequena escala e avaliações de parâmetros relevantes para que manifestasse propriedades avaliadas na dissertação, em especial a fissuração após ciclos de ressecamento. O solo foi submetido a uma saturação na condição de fissuração estável e foi avaliada a infiltração da água através do mesmo. Com os dados das fissuras superficiais nesse estado e os dados experimentais da infiltração, foram feitas comparações entre os modelos de calibração e os resultados experimentais. Com os valores experimentais verificou-se que o modelo de tanque em meio fissurado previu bem os resultados, quando as condições de contorno eram definidas com rigor e que as fissuras aumentaram a vazão 42 vezes em relação ao resultado para o meio intacto.