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[pt] DESENVOLVIMENTO DE MEDIDOR DE SUCÇÃO UTILIZANDO TÉCNICAS DE IMPRESSÃO 3D: UM ESTUDO DE VIABILIDADE / [en] DEVELOPMENT OF A SUCTION METER USING 3D PRINTING TECHNIQUES: A VIABILITY STUDY

VITOR FERREIRA MORALES DE OLIVEIRA 07 November 2024 (has links)
[pt] A curva característica de água no solo é uma ferramenta importante na análise mecânica e hidráulica de solos não saturados, uma vez que expressa a relação entre a saturação e a sucção do solo. O objetivo principal dessa pesquisa foi, através da curva de retenção, analisar a viabilidade da utilização de uma estrutura porosa, criada com impressão 3D, como medidor de sucção. Além da curva de retenção, também se estudou a acurácia e precisão da metodologia de confecção com análise de imagem e pesagem das amostras. Empregou-se duas técnicas de manufatura aditiva. Com a primeira, Fused Deposition Modelling, não foi possível imprimir poros com diâmetro inferior a 1 mm, tendo essa técnica sido descartada. A segunda técnica foi a Vat Photopolymerization, tendo se atingido diâmetro mínimo do furo de 0,6 mm. Foram confeccionados nove corpos de prova (CP) cilíndricos, com furos idênticos de 0,6 mm de diâmetro e mesmo espaçamento entre si. Cinco CPs foram impressos com 30 mm de raio e 20 mm de altura, os demais com 20 mm de raio e 10 mm de altura. O método utilizado para a medição da sucção foi o do papel filtro. Como o objetivo da pesquisa não era obter a curva exata do corpo impresso, mas sim observar uma tendência de comportamento, optou-se por um período de equalização de apenas 7 dias. Posicionando um papel no topo e outro na base do CP foi possível analisar a equalização. A diferença entre topo e base constatada foi aproximadamente constante para todo o intervalo da curva, com exceção apenas no trecho de inflexão, no qual essa diferença foi significativamente maior. Observou-se dois trechos lineares (na escala semi-log) conectados por uma descontinuidade. Assim, um modelo bi-modal, como os utilizados no papel filtro, descreveram melhor os resultados obtidos. A curva de calibração obtida resultou em um erro na leitura de sucção de 13,7 por cento no primeiro trecho e 27,5 por cento no segundo. No entanto, considerou-se que o medidor ainda não é adequado devido a região de descontinuidade, que inviabilizou leituras entre 10 e 1500 kPa. Em relação ao método de confecção, entendeu-se que a impressora possui precisão adequada, tendo sido observado comportamento homogêneo entre os diferentes CPs, mesmo com geometrias distintas. A resolução da impressora utilizada impediu a confecção de CPs com vazios menores para a otimização das curvas. No entanto, o comportamento da curva e a precisão do equipamento sugerem que a manufatura aditiva pode ser capaz de contribuir para a mecânica dos solos com a criação de um novo tipo de medidor de sucção, desde que se utilize uma melhor configuração/geometria de vazios para otimizar o comportamento da curva de retenção. / [en] The soil water characteristic curve is an important tool in the mechanical and hydraulic analysis of unsaturated soils as it expresses the relationship between soil saturation and suction. The main objective of this research was to analyze, through the retention curve, the feasibility of using a porous structure created with 3D printing as a suction meter. In addition to the retention curve, the accuracy and precision of the manufacturing methodology were also studied through image analysis and sample weighing. Two additive manufacturing techniques were employed. With the first, Fused Deposition Modelling, it was not possible to print pores with a diameter smaller than 1 mm, and, because of this, the technique was discarded. The second technique was Vat Photopolymerization, a minimum pore diameter of 0.6 mm was achieved. Nine cylindrical specimens (CPs) were produced, with identical 0.6 mm diameter pores and the same spacing between them. Five CPs were printed with a radius of 30 mm and a height of 20 mm, and the remaining ones with a radius of 20 mm and a height of 10 mm. The suction measurement method used was the filter paper method. Since the research s goal was not to obtain the exact curve of the printed body but to observe a behavioral trend, an equilibration period of only 7 days was chosen. Placing a paper at the top and another at the base of the CP allowed the analysis of the equilibrium. The difference between the top and base was approximately constant throughout the curve interval, except for the inflection section, where this difference was significantly higher. Two linear sections (on a semi-log scale) connected by a discontinuity were observed. Therefore, a bi-modal model, like those used in filter paper experiments, better described the obtained results. The calibration curve resulted in a suction reading error of 13.7 percent in the first section and 27.5 percent in the second. However, it was considered that the meter is not yet suitable due to the discontinuity region, which made readings between 10 and 1500 kPa unfeasible. Regarding the manufacturing method, it was understood that the printer has adequate precision, with a homogeneous behavior observed among different CPs, even with distinct geometries. The printer s resolution prevented the production of CPs with smaller voids to optimize the curves. However, the curve behavior and equipment precision suggest that additive manufacturing may be capable of contributing to soil mechanics with the creation of a new type of suction gauge, provided a better void configuration/geometry is used to optimize the retention curve behavior.

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