CORRELAÇÃO ENTRE O VALOR DE AZUL (Va) E OS PARÂMETROS DE
COMPACTAÇÃO
Paulo Cesar Burgos 1 e Orencio Monje Vilar 2
Resumo: O ensaio de azul de metileno tem sido aplicado para a caracterização de solos, inclusive os de gênese tropical,
no que concerne a diversos aspectos, como a atividade da fração fina, por exemplo. Neste trabalho, investiga-se uma
possível relação entre os resultados de ensaios de adsorção azul de metileno e os resultados de ensaios de compactação,
na energia do ensaio de Proctor Normal, para doze amostras de solos do grupo A-7 da classificação HRB.
Abstract: The adsorption of methylene blue has been used to characterize soils, including the tropical ones. Aspects
such as soil activity have been found to correlate with the results of the test. In this paper, it is studied a possible
relationship between adsorption of methylene blue and compaction parameters (Standard Proctor) of twelve soils
classified as A – 7 in the HRB classification system.
Palavras-Chave: Azul de metileno, valor de azul, compactação.
INTRODUÇÃO
O ensaio de adsorção de azul de metileno com aplicabilidade na caracterização e classificação de solos foi
introduzido na França em 1977, contudo a literatura comenta a utilização de corantes desde a década de 30 com
finalidade de se determinar a capacidade de troca de cátions e superfície específica dos solos.
Embora de aplicação ainda incipiente, a técnica de azul de metileno tem se revelada promissora na caracterização
de solos, incluindo os desenvolvidos em clima tropical e cuja formação fica condicionada por fatores genéticos típicos
desse tipo de clima.
O estudo de jazidas de solo para uso como material de construção envolve a realização de uma grande quantidade
de ensaios de caracterização e compactação, num procedimento laborioso, principalmente com relação aos ensaios de
compactação. Alternativas mais expeditas de avaliação dessas características são sempre bem-vindas tendo em vista a
redução de prazos e custos.
No Brasil, vários pesquisadores vêm utilizando o ensaio de adsorção de azul de metileno para avaliar algumas
propriedades geotécnicas de solos, destacando-se os trabalhos de Fabbri e Sória [1], Pejon [2], Fabbri [3], Barison [4],
Barroso e Fabbri [5], Costa [6] e Burgos [7]. Merecem destaques também, os estudos iniciais desenvolvidos por Chen et
al. [8] tratando da determinação da capacidade de troca de cátions e superfície específica de algumas argilas e caulins
brasileiros e Casanova [9] no estudo voltado para a caracterização de solos lateríticos.
Descrevem-se neste trabalho, estudos preliminares para estimar a massa específica seca máxima e o teor ótimo
de umidade de compactação na energia do Proctor Normal, para um determinado grupo de solos, através do ensaio de
adsorção de azul de metileno, utilizando o parâmetro valor de azul (Va). Aspectos da técnica experimental são
discutidos, e mostra-se que a massa específica seca máxima decresce com o parâmetro Va, enquanto a umidade ótima
cresce com o citado parâmetro para solos do grupo A-7 da classificação HRB (Highway Research Board).
CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS
São analisadas doze amostras de solos da cidade de Salvador - BA, envolvendo aspectos pedológicos e
geológicos distintos, porém pertencentes ao grupo A-7 da classificação HRB.
Para se obter a caracterização dos solos em estudo, realizaram-se os ensaios convencionais de caracterização
(granulometria conjunta, massa específica dos sólidos, limite de liquidez e limite de plasticidade), complementados
pelos ensaios de compactação, na energia do Proctor Normal, em conformidade com as normas da ABNT. A
caracterização alternativa se deu através do ensaio de adsorção de azul de metileno, seguindo o procedimento de Fabbri
[3]. Com o propósito de auxiliar na caracterização dos solos, determinou-se o potencial hidrogeniônico em água e em
solução de cloreto de potássio 1N, seguido o procedimento do Instituto Agronômico de Campinas, relatado por
Camargo et al. [10].
1
Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, DCTM, Laboratório de Geotecnia
Rua Aristides Novis, 2, Federação, Salvador-BA, 40210-630
E-mail: [email protected]
2
Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, Departamento de Geotecnia
Av. Dr. Carlos Botelho, 1465, Vila Pureza, São Carlos-SP, 13560-250
E-mail: [email protected]
Caracterização Convencional
A Tabela 1 apresenta um resumo dos resultados de caracterização convencional e a classificação dos materiais
pelo Sistema HRB. Nota-se que os solos em sua quase totalidade não possuem a fração pedregulho, tendo considerável
percentagem inferior a 0,074 mm (#200). Os limites de consistência indicam média plasticidade (30<wL<50) para os
solos 6 e 10, respectivamente. Os restantes dos materiais possuem limite de liquidez com valor igual ou superior a 50 %
e elevada plasticidade.
Em termos de índice de grupo (IG), definidor da capacidade de suporte do terreno de fundação de um pavimento,
o menor valor encontrado foi igual a 5 (solo 10), que possui 52 % passando na peneira de abertura nominal de 0,074
mm (#200), possuindo limite de liquidez igual a 46 % e índice de plasticidade de 13 %. O maior IG foi igual a 19 (solo
26) que possui 70 % passando na # 200, com limite de liquidez de 97 %, enquanto o seu índice de plasticidade é igual a
49 %. O solo 10 apresenta apenas 26 % de partículas inferiores a 0,005 mm, enquanto o solo 26 apresenta 41 %.
Tabela 1. Resumo dos dados de caracterização convencional e classificação dos solos pelo Sistema HRB.
Solo 4,76 mm 2,00 mm 0,42 mm 0,074 mm 0,005 mm
wL
IP
Classificação
ρS
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
HRB
(g/cm3)
1
98
97
91
61
41
52
19
2,793
A-7-5 (11)
2
94
93
89
61
42
53
21
2,813
A-7-5 (11)
3
99
98
77
53
37
50
19
2,762
A-7-5 (8)
6
99
98
89
70
29
48
14
2,711
A-7-5 (10)
7
100
99
95
80
41
51
17
2,773
A-7-5 (13)
8
98
93
72
54
21
67
16
2,844
A-7-5 (8)
10
100
99
71
52
26
46
13
2,701
A-7-5 (5)
20
100
99
89
68
32
61
23
2,742
A-7-5 (15)
21
100
99
96
84
50
71
27
2,762
A-7-5 (19)
26
95
90
84
70
41
97
49
2,671
A-7-5 (19)
27
100
97
94
71
30
67
23
2,701
A-7-5 (16)
30
100
99
94
85
29
68
18
2,691
A-7-5 (15)
Obs.: os valores percentuais das frações de solos são referentes à percentagem que passa.
Encontra-se na Figura 1, o posicionamento dos solos estudados na Carta de Plasticidade. Pode-se notar que os
materiais situaram-se abaixo da linha A (região pertinente aos solos siltosos) e, em sua maioria à direita da linha de
wL=50, indicando elevada plasticidade.
Índice de Plasticidade (%)
60
50
26
40
30
21
20
20
3
10
10
2
1
7
27
30
8
6
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Limite de Liquidez (%)
Figura 1. Carta de Plasticidade.
De acordo com a proposta de Skempton [11], os solos 1, 2, 3, 6, 7 e 21 foram classificados como inativos
(AC<0,75); como de atividade normal (0,75<AC<1,25) os solos 8, 10, 20, 27 e 30 e, como ativo (AC>1,25) apenas o
solo 26.
Caracterização Alternativa
Para a caracterização alternativa dos materiais em questão, fez-se uso do ensaio de adsorção de azul de metileno,
procedimento de Fabbri [3], que faz uso da fração de solo inferior a #200 (1 grama), tendo a solução padrão de azul de
metileno a concentração de 1 grama por litro de água destilada. O referido procedimento possibilita determinar
parâmetros acerca da atividade da fração fina dos solos.
Segundo Merck & Co. [12], o corante denominado azul de metileno tem a nomenclatura cloridrato de
metiltiamina, de composição química C16H18N3SCl.3H2O. Caracteriza-se como um corante catiônico, ou seja, em
solução aquosa apresenta-se dissociado em ânions cloreto e cátions azul de metileno.
A aparelhagem necessária para a execução do ensaio é muito simples, envolvendo um agitador magnético, uma
bureta graduada, um becker, um baguete de vidro, papel de filtro para cristais finos e cronômetro.
O ensaio consiste na determinação do máximo consumo de adsorção da solução padrão de azul de metileno
(concentração 1g/l) para 1 grama da fração de solo inferior a 0,074 mm (#200), através da adição, por titulação, de
volumes conhecidos dessa solução padrão. Isto pode ser verificado pelo surgimento de uma aura azulada ou esverdeada,
em torno da borda que envolve o núcleo da mancha, quando se pinga uma gota da suspensão (água+solo+corante) em
um papel de filtro. Maiores detalhes em Fabbri [3].
O citado procedimento permite determinar o coeficiente de atividade (CA), avaliador do grau de atividade dos
argilo-minerais presentes nos solos. Esse coeficiente é definido por Fabbri e Sória [1] conforme a expressão 1:
CA = 100 * Va / Pf
(1)
Onde:
CA = coeficiente de atividade (10-3 g/g/%);
Va = valor de azul, quantidade de azul de metileno consumida em mg por 1 grama de amostra de solo integral
(10-3 g/g);
Pf = percentagem em massa que o solo contém da fração cujo grau de atividade se quer avaliar, usualmente definido
como a fração argila (neste caso, partículas com diâmetro inferior a 0,005 mm).
Fabbri [3] definiu três graus de atividade para os principais grupos de argilo-minerais, de acordo com os seus
coeficientes de atividade (CA), a saber:
a) muito ativos: CA>80 (abrangem os argilo-minerais dos grupos das montmorilonitas, vermiculitas etc);
b) ativos: 11<CA<80 (abrangem os argilo-minerais dos grupos das caulinitas e/ou ilitas ou ainda combinações
desses com os de grupos mais ativos e de grupos menos ativos);
c) pouco ativos: CA<11 (abrangem desde materiais inertes até argilo-minerais laterizados ou ainda combinações
entre esses e os de grupos mais ativos).
O valor de azul (Va) é definido por Fabbri [3] como sendo a quantidade de azul de metileno consumida em mg
por 1 grama de solo integral, dependendo basicamente da natureza mineralógica de sua fração fina e, determinado pela
equação que se segue:
Va = V * P200 / 100 * (1 + w / 100)
(2)
Onde:
Va = valor de azul, quantidade de azul de metileno consumida em mg por 1 grama de amostra de solo integral
(10-3 g/g);
V = volume de solução padrão de azul de metileno consumida (ml);
P200 = percentagem do solo que passa na #200;
w = teor de umidade do solo ensaiado (%).
A Tabela 2 mostra um resumo dos dados obtidos do ensaio de adsorção de azul de metileno, envolvendo o valor
de azul (Va), o coeficiente de atividade (CA) e o respectivo grau de atividade, parâmetro importante para a previsão de
comportamento dos materiais.
Tabela 2. Resumo dos dados do ensaio de adsorção de azul de metileno.
CA
Grau de atividade
Solo
Va
(10 -3 g/g/%)
(10 -3 g/g)
1
9,665
23,57
Ativo
2
8,232
19,60
Ativo
3
6,660
18,00
Ativo
6
12,701
43,80
Ativo
7
15,578
37,99
Ativo
8
20,675
98,45
Muito ativo
10
7,083
27,24
Ativo
20
17,626
55,08
Ativo
21
16,437
32,87
Ativo
26
14,727
35,92
Ativo
27
18,591
61,97
Ativo
30
16,809
57,96
Ativo
Observa-se na Carta de Atividade de Fabbri [3], Figura 2, que os materiais estudados foram caracterizados como
ativos (11<CA<80), a exceção do solo 8, material esse que apresentou coeficiente de atividade (CA) igual a 98,45, ou
seja, muito ativo. Comparativamente, o solo 8 é o que possui menor percentagem de argila (<0,005), 21%. Já o solo 3,
caracterizado como de menor atividade em termos de CA, apresenta 37 % de argila, evidenciando a importância de se
qualificar o tipo de mineral predominante na fração fina em relação a sua percentagem de ocorrência. Os materiais
classificados como ativos, são aqueles que possuem predominantemente argila do tipo 2:1, grupo da ilita. Os muito
ativos envolvem o grupo da montmorilonita.
CA = 11
CA = 80
40
30
Va (10
-3
g/g)
Argilo - Minerais Muito Ativos
Argilo - Minerais Ativos
8
20
27
30
7
20
21
26
6
1
10
10
3
2
Argilo - Minerais Pouco Ativos
0
0
10
20
30
40
50
60
Percentagem de Argila (< 0,005 mm)
Figura 2. Carta de Atividade (Fabbri).
A Figura 3 mostra a atividade dos materiais estudados pelas propostas de Skempton [11] e Fabbri [3]. Observa-se
que elas não se correlacionaram, apresentando uma nuvem de pontos dispersos.
120
100
CA
80
60
40
20
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
AC
Figura 3. Atividade Coloidal de Skempton versus Coeficiente de Atividade de Fabbri.
Pela classificação geotécnica MCT (Nogami e Villibor [13]) os materiais foram classificados como de
comportamento não lateritico, envolvendo o grupo dos solos siltosos não lateríticos - NS’ (solos 2, 8, 10, 20 e 30) e o
grupo dos solos argilosos não lateríticos - NG’ (solos 1, 3, 6, 7, 21, 26 e 27).
Compactação
A Tabela 3 apresenta os parâmetros de compactação, na energia do Proctor Normal, para os solos em análise.
Observa-se que a massa específica seca máxima variou no intervalo compreendido entre 1,375 e 1,675, enquanto o teor
ótimo de umidade ficou entre 19,75 e 29,60. Os valores encontrados são característicos para solos predominantemente
finos, logo, de acordo com a classificação geotécnica encontrada.
Tabela 3. Parâmetros de compactação.
wot (%)
Solo
ρd máx (g/cm3)
1
2
3
6
7
8
10
20
21
26
27
30
1,640
1,648
1,675
1,510
1,475
1,375
1,605
1,470
1,447
1,490
1,395
1,450
22,20
21,30
20,20
24,80
27,70
29,50
19,75
26,50
28,50
27,20
29,60
27,20
Potencial Hidrogeniônico
Com o objetivo de auxiliar na caracterização dos solos, realizaram-se ensaios de potencial hidrogeniônico em
água e em solução de cloreto de potássio 1N, obedecendo as orientações do método do Instituto Agronômico de
Campinas, conforme Camargo et al. [10].
Segundo Moniz [14] em qualquer solução aquosa a 25o C, o produto da concentração dos íons hidrogênio (H+)
pela dos íons hidroxila (OH-) é igual a 10-14. Numa solução neutra, essas concentrações são iguais, ou seja: a
concentração H+ é igual a concentração OH- que é igual a pH 7. Portanto, pH menor que 7 representa acidez, ou
predominância de íons H+ . Valores de pH acima de 7 expressam alcalinidade, ou predominância de íons OH-.
Conforme ilustra a Tabela 4, os solos se mostram com pH levemente ácido. Como se pode observar o ∆pH,
definido como a diferença entre o pH em KCl e o pH em água, é negativo, indicado que o balanço de cargas do sistema
de troca iônica possui capacidade de troca catiônica (CTC).
Tabela 4. Resultados de pH.
Solo
pH
1
2
3
6
7
8
10
20
21
26
27
30
pH
∆pH
em H2O
em KCl
(KCl - H2O)
4,85
4,61
5,01
4,49
4,61
4,61
4,45
5,13
4,54
5,35
4,90
5,06
4,30
4,10
4,58
3,78
3,90
3,75
3,95
4,40
3,93
5,15
3,91
4,48
-0,55
-0,51
-0,43
-0,71
-0,71
-0,86
-0,50
-0,73
-0,61
-0,20
-0,99
-0,58
ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS.
Tendo em vista o exposto anteriormente, buscou-se estudar e conhecer a relação entre os parâmetros de
compactação, na energia do Proctor Normal e o valor de azul, com a finalidade de se obter um procedimento expedito
e/ou alternativo de se avaliar as propriedades de solos no que se refere a obras com solo compactado. As relações
analisadas entre o valor de azul e os parâmetros de compactação foram identificadas através do uso da técnica de
regressão, de modo a se obter equações que permitam estimar os citados parâmetros, a partir dos valores conhecidos de
azul. Obteve-se também, o módulo do erro relativo (ER) em termos percentuais para a massa específica seca máxima e
o teor de umidade ótimo, dos solos em estudo, fazendo uso da expressão que se segue:
|ER| = |(valor teórico – valor real)| / |(valor real)| * 100
(3)
Onde o valor teórico, é aquele obtido a partir das equações de regressão e, o valor real é aquele obtido diretamente a
partir dos ensaios de laboratório.
Valor de azul x Massa específica seca máxima
A variação do valor de azul (Va) em função da massa específica seca máxima é apresentada na Figura 4.
Constata-se que a massa específica seca máxima decresce com o valor de azul e, vê-se a significativa relação obtida,
acompanhada da equação de regressão e o seu respectivo coeficiente de correlação.
A Tabela 5 ilustra de forma comparativa os resultados estimados (teóricos) e os obtidos diretamente em
laboratório para a massa específica seca máxima, adicionada pelo valor do módulo do erro relativo para os solos
estudados. Nota-se que o maior erro relativo (2,958 %) se deu para o solo 10, enquanto, o menor erro relativo (0,080 %)
ocorreu para o solo 30.
O solo 10 que apresentou o maior erro relativo, foi caracterizado dentre todos os outros materiais analisados,
como aquele que se manifestou com menor valor de limite de liquidez (wL = 46 %) e índice de plasticidade (IP= 13 %),
portanto, sendo o menos plástico. Em termos granulométricos, esse solo, também se expressou em relação aos demais,
com as menores percentagens que passam nas peneiras de abertura nominal de 0,042 mm e 0,074 mm.
Tratando-se do solo 30, que teve o menor erro relativo, pode-se notar que é o material que apresenta maior
percentagem que passa na peneira de abertura nominal de 0,074 mm.
No que se refere ao coeficiente de atividade (CA), obtido do ensaio adsorção de azul de metileno, o solo 10
apresentou CA igual a 27,24, enquanto o solo 30 teve CA igual a 57,96. A partir desses resultados, conclui-se que o
solo 30 tem maior atividade.
Coincidentemente, ou não, o solo 10 foi aquele que se manifestou com o menor valor de potencial
hidrogeniônico em água, 4,45.
1,800
3
ρ d max (g/cm )
1,700
1,600
1,500
1,400
ρd max = -0,0207Va + 1,7991
1,300
R2 = 0,9386
1,200
0
4
8
12
16
20
24
-3
Va (10 g/g)
Figura 4. Relação entre o valor de azul (Va) e a massa específica seca máxima.
Tabela 5. Resultados estimados e reais para a massa específica seca
máxima e valor do erro relativo em módulo.
Erro Relativo
Solo
ρd máx (g/cm3)
ρd máx (g/cm3)
(%)
(teórico)
(real)
1
1,599
1,640
2,498
2
1,629
1,648
1,171
3
1,661
1,675
0,822
6
1,536
1,510
1,734
7
1,477
1,475
0,111
8
1,371
1,375
0,282
10
1,652
1,605
2,958
20
1,434
1,470
2,433
21
1,459
1,447
0,819
26
1,494
1,490
0,285
27
1,414
1,395
1,381
30
1,451
1,450
0,080
Valor de azul x Teor de umidade ótimo
A Figura 5 mostra a significativa relação encontrada entre o valor de azul (Va) e o teor de umidade ótimo para os
solos estudados, com a respectiva equação de regressão e o seu coeficiente de correlação. Observa-se que a umidade
ótima de compactação cresce com o valor de azul.
Apresenta-se na Tabela 6, de forma comparativa, os resultados estimados (teóricos) e os obtidos diretamente em
laboratório para o teor de umidade ótimo com o valor do módulo do erro relativo para os solos em questão. Percebe-se
que o maior erro relativo (6,523 %) se deu para o solo 20, ao tempo que o menor erro relativo (0,095 %) ocorreu para o
solo 3.
Analisando-se de forma comparativa os solos 3 e 20, que se expressaram respectivamente, como o de menor e
maior erro relativo, nota-se que o solo 3 (menor erro) foi caracterizado como o menos plástico em termos de limite de
liquidez e índice de plasticidade, possuindo menor percentagem que passa na #200. Porém, a sua fração inferior a 0,005
mm (37 %) é maior que a encontrada para o solo 20 (32 %).
Quanto ao aspecto da atividade, o solo 20 teve CA igual a 55,08 e o solo 3 apresentou CA igual a 18,00.
Portanto, o maior grau de atividade pertence ao solo 20.
Os resultados aqui encontrados, em relação a variação do valor de azul (Va) e os parâmetros de compactação,
foram semelhantes àqueles obtidos por Barroso e Fabbri [5].
35
w ot (%)
30
25
20
w ot = 0,7339Va + 15,293
15
2
R = 0,9398
10
0
5
10
15
20
25
-3
Va (10 g/g)
Figura 5. Relação entre o valor de azul (Va) e o teor de umidade ótimo.
Tabela 6. Resultados estimados e reais para o teor de umidade ótimo e
valor do erro relativo em módulo.
wot (%)
Erro Relativo
Solo
wot (%)
(teórico)
(real)
(%)
1
22,39
22,20
0,838
2
21,33
21,30
0,162
3
20,18
20,20
0,095
6
24,61
24,80
0,749
7
26,73
27,70
3,517
8
30,47
29,50
3,276
10
20,49
19,75
3,753
20
28,23
26,50
6,523
21
27,36
28,50
4,014
26
26,10
27,20
4,040
27
28,94
29,60
2,240
30
27,63
27,20
1,578
CONCLUSÕES
Para o universo de solos estudados, pertencentes ao grupo A-7 da classificação HRB, pode-se constatar que:
- os solos foram classificados como de comportamento não lateritico pelo sistema MCT;
- pela técnica de adsorção de azul de metileno, em sua quase totalidade, os solos analisados se manifestaram
como ativos, à exceção do solo 8, caracterizado como muito ativo;
- não houve correlação entre os graus de atividade de Skempton e Fabbri, o que talvez possa ser explicado pela
maior capacidade de penetração no solo do corante orgânico que a água;
- o consumo de azul de metileno está relacionado a natureza da fração fina dos solos e não a quantidade de
material fino presente;
- em relação aos parâmetros de compactação, pode-se notar que a massa específica seca máxima decresce com o
valor de azul (Va), enquanto, o teor de umidade ótimo cresce. Foram obtidas relações significativas para estimar os
referidos parâmetros;
- e, finalmente pretende-se prosseguir com os estudos envolvendo um universo maior de solos, inclusive para
outros grupos da classificação HRB.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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