Uma abordagem da granulometria da argila porosa colapsível
de Brasília utilizando o granulômetro a laser
Pedro Murrieta dos Santos Neto
Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Civil, Brasília-DF
Edison de Almeida Manso
Universidade Católica de Goiás,Departamento de Engenharia Civil, Goiânia-GO
RESUMO: Esse estudo tem como objetivo apresentar os resultados dos ensaios de
granulometria da argila porosa de Brasília, utilizando o granulômetro a laser. Com o
objetivo de formar uma opinião crítica sobre tais resultados granulométricos são
apresentados, também, os ensaios realizados com a mesma amostra utilizando-se a
metodologia tradicional da ABNT segundo a NBR 7181/84. No início do presente estudo
foi feita uma projeção em termos de expectativa da forma das curvas granulométricas,
delineando uma similitude entre as duas metodologias, mas obviamente, supondo que via
granulômetro a laser não se teria uma interrupção brusca na transição peneiramento e
sedimentação como ocorre normalmente nos ensaio s tradicionais. Entretanto, apesar dos
resultados da curva granulométrica do granulômetro não apresentarem a queda referida
acima, a trajetória da mesma para uma mesma amostra e em ambos os métodos não
apresentou a semelhança prevista e os resultados de percentual de fração do solo
apresentaram em alguns casos, grandes alterações havendo até mesmo uma inversão entre o
percentual de silte e argila obtida no granulômetro quando tomado em relação ao obtido
pela NBR 7186.
PALAVRAS-CHAVES: Granulometria, Granulômetro, Argila Porosa de Brasília.
1-INTRODUÇÃO:
A Universidade de Brasília através do programa de pós-graduação em Geotecnia
tem buscado desenvolver pesquisas que possibilitem um conhecimento mais consistente do
solo de Brasília, quer pelas suas propriedades quer pelo seu comportamento como material
suporte para alicerçar as obras de Engenharia. Esse conhecimento busca explicações dentro
do aspecto físico, químico, mineralógico, micromorfológico e pedogenético dentre todos os
outros possíveis de formar um acervo de informações sobre o referido solo.
Esse trabalho tem como objetivo principal contribuir para amealhar mais conhecimento de
forma a preencher lacunas dentro do campo de natureza física do referido solo que dependa
basicamente do aspecto granulométrico do mesmo.
Dentre esses aspectos podemos enumerar o problema verificado na análise de solos
lateríticos sob o ponto de vista de curva granulométrica, que se refere à descontinuidade
existente na mesma quando se considera o intervalo compreendido entre o peneiramento
fino para o ensaio de sedimentação. Aspecto esse que já foi abordado por Camapum de
Carvalho et al (1996), apresentando inclusive uma proposta alternativa de metodologia.
Uma consideração importante que pode explicar a referida descontinuidade se prende ao
tipo de argilomineral presente em cada fração granulométrica do solo bem como as
concreções oriundas do processo de cimentação ocasionado por óxidos e hidróxidos de
ferro e também de alumínio, que nem sempre são desagregadas totalmente pela ação do
defloculante.
O granulômetro a laser é um aparelho que vem incrementar o campo da pesquisa
das propriedades do solo no seu aspecto básico quando possibilita agilizar a determinação
do tamanho das partículas do solo, simplificando sobremaneira o trabalho e o tempo
dispendido quando se utiliza o ensaio de sedimentação tradicional para se obter as mesmas
informações; acresce-se a isto, a simplicidade de operação que o aparelho permite além da
confiabilidade dos resultados.
Figura 1 - Granulome tro
É mister relatar aqui um aspecto que tem sido amplamente abordado em outros
trabalhos de pesquisa desenvolvidos dentro e fora dos laboratórios da UnB cujo escopo
principal é o solo de Brasília, no sentido de que é um solo extremamente particularizado
conhecido como “argila porosa colapsível de cor predominantemente vermelha” onde todo
o tipo de informação se torna importante para prever e estabelecer uma linha de
comportamento do mesmo. No tocante a granulometria a que se refere esse estudo, o
enfoque maior será dado à fração fina do solo na perspectiva de estabelecer um paralelo
entre o ensaio tradicional da ABNT, ASTM, BS, a metodologia de Camapum et al. e a
tecnologia do granulômetro.
Figura 2 – Canhão de Laser do Granulometro
2 -MATERIAIS E MÉTODOS:
Foram analisadas dez amostras do solo de Brasília, retiradas no local do Campus
experimental do programa de pós-graduação de Geotecnia da UnB, em frente ao SG12. As
amostras foram retiradas utilizando-se um trado espiral com 15 centímetros de diâmetro
procurando atingir uma profundidade de 10 metros, sem a preocupação com a condição de
amolgamento do solo e retirando de cada metro escavado 10 kg de amostra.
Os ensaios granulométricos foram realizado utilizando-se amostras com e sem a presença
do defloculante obedecendo às metodologias da NBR 7181/84, ASTM D 422-63, BS
1375/1975, Camapum et al. e a do granulômetro.
Para a realização dos ensaios segundo a metodologia da ABNT, ASTM, BS e Camapum
et al., as amostras após as etapas de preparação (secagem ao ar, quarteamento, e
destorroamento) foram ensaiadas obedecendo à instrução de cada norma. A metodologia
Camapum et al foi realizada seguindo as etapas de:
- Lavagem inicialmente o solo na peneira # 100 fazendo o peneiramento grosso com o
retido na mesma.
- Colocação para decantar do material passante na peneira # 100, secagem e destorroamento
para posteriormente submetê- lo ao ensaio de sedimentação obedecendo aos mesmos
critérios e quantidade de defloculante proposto pela norma da ABNT NBR 7181/1984.
A metodologia adotada para o granulômetro foi adotada observando as exigências de
quantitativo de amostra e de critérios operacionais necessários para o funcionamento do
granulômetro.
Assim, a quantidade de amostra foi de 0,5 gramas de solo e as velo cidades de agitação e
bombeamento da amostra obedeceu ao critério estabelecido de 80% conforme tabela de
funcionamento presente no manual de funcionamento do aparelho. Todos os ensaios foram
realizados com e sem o uso do defloculante convencional especificado pela norma da
ABNT.
Figura 3 – Unidade de Área do Granulômetro- Colocação da Amostra
Figura 4 – Unidade de Leitura e detalhe do Canhão do Laser
Figura 5 – Colocação da amostra para o ensaio
3-APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS:
Câmpus UnB - 10m
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
Câmpus - ABNTc/defl.
Câmpus - ABNTs/defl.
ultrasom c/defl.
Ultrasom s/defl.
Granul. c/defl.
Granul. s/defl.
0,0
1,0000
10,0000
100,0000
Diâmetro (mm)
Figura 6- Campus UnB - 10 m
Granulometro x Ultrasom (Campus UnB - 10,0 m)
100
90
80
% passa
70
60
Gran. c/defl.
50
Gran. s/defl.
40
30
Ultrasom c/defl.
20
Ultrasom s/defl.
10
0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
diâmetro (mm)
Figura 7 – Curvas granulométricas
1,0000
10,0000
100,0000
Tabela 1 – RESULTADOS OBTIDOS NAS METODOLOGIAS TRADICIONAIS
Resultados pela ABNT segundo a Metodologia de CAMAPUM et AL.
Amostra de Solo (%)
Prof. (m)
Fração do Solo
Asa Sul
Ceilândia
Câmpus UnB
CD
SD
CD
SD
CD
SD
Pedregulho Grosso
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Pedregulho Médio
0,0
0,0
0,1
0,1
0,4
0,4
Pedregulho Fino
0,2
0,2
0,2
0,2
3,3
3,3
Areia Grossa
0,5
0,5
0,5
0,5
1,6
1,6
10
Areia Méd ia
2,3
2,3
4,9
4,9
6,8
6,8
Areia Fina
6,8
18,3
9,2
2,9
12,9
15,2
Silte
24,1
70,7
29,1
87,4
23,0
65,7
Argila
66,0
8,0
56,0
4,0
52,0
7,0
Resultados pela BRITISH STANDARD segundo a BS 1377:1975
Amostra de Solo (%)
Prof. (m)
Fração do Solo
Asa Sul
Ceilândia
Câmpus UnB
CD
SD
CD
SD
CD
SD
Pedregulho Grosso
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Pedregulho Médio
0,0
0,0
0,0
0,0
0,3
0,3
Pedregulho Fino
0,1
0,1
0,3
0,3
1,8
1,8
Areia
Grossa
0,4
0,4
0,6
0,5
3,9
3,9
10
Areia Média
2,4
2,4
2,4
2,5
5,0
5,0
Areia Fina
5,8
4,1
7,3
7,3
14,5
14,5
Silte
62,3
89,0
45,4
85,4
40,5
71,5
Argila
29,0
4,0
44,0
4,0
34,0
3,0
Resultados pela a ABNT segundo a NBR 6502/95
Amostra de Solo (%)
Prof. (m)
Fração do Solo
Asa Sul
Ceilândia
Câmpus UnB
CD
SD
CD
SD
CD
SD
Pedregulho Grosso
Pedregulho Médio
0,0
0,0
0,1
0,1
0,4
0,4
Pedregulho Fino
0,2
0,2
0,2
0,2
3,3
3,3
Areia Grossa
0,5
0,7
0,5
0,7
1,6
3,3
10
Areia Média
2,3
2,0
4,9
2,9
6,8
5,2
Areia Fina
8,1
8,0
13,5
5,1
16,9
12,7
Silte
23,8
84,1
26,3
84,0
21,0
70,1
Argila
65,0
5,0
54,5
7,0
50,0
5,0
TABELA 2 – RESULTADOS DO GRANULOMETRO X METODOLOGIAS
TRADICIONAIS
Resultados segundo a NBR 6502/95 e BRITISH STANDARD BS 1377: 1975 Test (D)
Amostra de Solo (%)
Prof. (m)
Fração do Solo
Asa Sul
Ceilândia
Câmpus UnB
CD
SD
CD
SD
CD
SD
Pedregulho Grosso
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Pedregulho Médio
0,0
0,0
0,1
0,1
0,4
0,4
Pedregulho Fino
0,2
0,2
0,2
0,2
3,3
3,3
Areia Grossa
0,0
2,5
0,0
0,0
0,0
1,6
10
Areia Média
5,4
34,9
0,0
9,4
20,7
31,0
Areia Fina
12,5
32,3
0,0
41,6
12,2
38,0
Silte
58,6
30,1
39,2
46,3
45,0
24,3
Argila
23,3
1,7
60,5
2,4
18,3
1,4
Classificação dos Resultados do Granulômetro conforme ASTM D 422 –
63 de 1990
Resultados segundo a ASTM D 422 – 63 (1990)
Amostra de Solo (%)
Prof. (m)
Fração do Solo
Asa Sul
Ceilândia
CD
SD
CD
SD
Pedregulho Grosso
Pedregulho Médio
Pedregulho Fino
0,0
0,0
0,1
0,1
Areia Grossa
0,2
0,2
0,2
0,2
10
Areia Média
0,7
11,2
0,0
0,0
Areia Fina
14,3
53,3
0,0
42,3
Silte
44,6
31,6
15,9
51,9
Argila
40,1
3,8
83,8
5,5
OBS: A ASTM não faz subdivisão do pedregulho
Câmpus UnB
CD
SD
0,5
0,5
3,2
3,2
2,4
8,1
30,4
57,1
30,0
28,0
33,5
3,2
Classificação dos Resultados do Granulômetro com Ultrasom conforme
ABNT e BS
Resultados segundo a NBR 6502/95 e BRITISH STANDARD BS 1377: 1975 Test (D)
Amostra de Solo (%)
Prof. (m)
Fração do Solo
Asa Sul
Ceilândia
Câmpus UnB
Pedregulho Grosso
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Pedregulho Médio
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Pedregulho Fino
0,0
0,0
0,7
0,7
1,1
1,1
Areia Grossa
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
10
Areia Média
0,6
1,0
3,5
1,0
5,8
3,4
Areia Fina
1,3
2,0
13,9
7,6
12,7
8,0
Silte
70,3
71,8
62,8
74,5
55,7
70,6
Argila
27,8
25,2
19,2
16,2
24,7
16,9
3.1 – CONCLUSÕES
3.1.1. CONC LUSÕES SOBRE O ASPECTO DO SOLO SOB O PONTO DE VISTA
DE SUA MICROESTRUTURA
Como já foi escrito várias vezes na literatura corrente, ocorre em Brasília uma argila
porosa, vermelha, colapsível e que tem uma constituição de microconcreções ou de
microagregados
que se interligam ou por pontes de argila ou por meio de ligações
cimentícias. O caráter poroso traz no seu interior uma intercalação de vazios que concedem
a esse solo um comportamento diferenciado tendo necessidade de se observar o fato desses
vazios estarem ou não preenchidos por ar ou água. Ao se aprofundar na camada do solo
percebe-se uma redução desses vazios e essa hipótese é medida pelo ligeiro acréscimo dos
valores do peso específico aparente dos grãos em todas as amostras ensaiadas.
A opção de se fazer todas as metodologias com e sem o defloculante se deve ao fato de
que as obtenções de parâmetros geotécnicos para análise de projetos e possíveis correlações
devem estar vinculadas com confiabilidade a fim de que não se faça previsão de
comportamento do solo de forma incoerente com o que ocorre na prática.
A granulometria pode apresentar um comportamento em termos de curva granulométrica
diferente para o mesmo solo quando com o uso ou não do defloculante. Dessa forma
poderemos ter um solo mais ou menos argiloso dependendo da metodologia utilizada e do
tipo de defloculante a ser usado e até mesmo, o tempo de repouso que a amostra permanece
em contato com o mesmo antes do início do ensaio da fração que passa na peneira 200
(0,074 mm) ou simplesme nte da sedimentação.
No caso do granulômetro, pode-se trabalhar como sedimentação com o material passante
na peneira 10 (2,0 mm), o que eqüivale dizer que um maior número de microconcreções
podem ficar em contato com o defloculante, o que não é possível com o ensaio tradicional
da norma brasileira ABNT. É necessário pesquisar para cada tipo de solo, a velocidade de
agitação e de bombeamento apropriada, para se ter resultados mais próximos do real haja
visto que no caso do granulômetro não se tem necessidade do defloculante.
Nos ensaios realizados pelas metodologias com defloculante pode-se observar um
aspecto interessante que rege o comportamento das areias. Aparentemente, o defloculante
não poderia interferir nessa fração já que é um solo não coesivo e portanto sem
microconcreções para serem desagregadas, o que significa dizer que somente com a ação
da água de lavagem o resultado seria satisfatório. Entretanto, ao se realizar os ensaios no
granulômetro utilizando-se amostras com e sem defloculante pode-se observar que o
defloculante está agindo nessa fração provocando a descontinuidade gráfica da distribuição
granulométrica do solo. Outro fator de relevância seria, considerar que nos ensaios dessas
metodologias, uma parte é feita com o peneiramento sem a ação do defloculante enquanto
que a outra é feita somente após a ação do defloculante , provocando assim uma quebra da
seqüência do ensaio e consequentemente, uma descontinuidade na curva de distribuição
granulométrica.
3.1.2- CONCLUSÕES SOBRE O COMPORTAMENTO DO SOLO SOB A ÓTICA
DA MINERALOGIA
3.1.2.1.1 SEGUNDO DADOS DA ABNT (NBR 6205/95) , ASTM 422 D-63,
BRITISH STANDARD 1377:1975 e CAMAPUM et AL.
A importância da composição mineralógica no comportamento do solo tem uma
relevância preponderante principalmente nas propriedades físicas tais como peso
específico, plasticidade e até na granulometria. No caso dos solos de Brasília estudados
nessa pesquisa, pôde-se observar que de um local para o outro ocorre alternância de
argilominerais que preponderam sobre os demais e, consequentemente, nessas transições o
comportamento do solo não pode ser generalizado quando comparado a estudos anteriores.
3.1.2.2– SEGUNDO O GRANULÔMETRO
Os ensaios desenvolvidos no granulômetro eliminaram totalmente a queda brusca na
transição entre a fração areia fina e silte (possivelmente entre 0,06 e 0,07 mm) uma vez nas
inflexões das curvas ocorre uma transição bastante suavizada quase que imperceptível.
Há divergência de resultados entre as curvas granulométricas quando se usa ou não o
defloculante, entretanto, as mesmas apresentam semelhança de comportamento geométrico
espacial ( quase que paralelas). Nos ensaios plotados nas Figuras 39 e 40, em princípio,
pode-se afirmar que para uma mesma amostra o granulômetro com ultrasom substitui o uso
do defloculante.
3.3 - CONSIDERAÇÕES SOBRE O COMPORTAMENTO DO SOLO
Ao se chegar no nível de discussão do comportamento dos solos de Brasília em
comparação com os demais solos de outros locais, estados e até mesmo de outros países,
não se pode evitar de fazer uma ponderação no sentido de se remontar à sua origem
pedológica, mineralógica e sobretudo; de manter em constante observação que se trata de
um solo com características próprias e sobretudo, é um solo do tipo tropical. No que se
refere ao granulômetro e possivelmente,
por se tratar de uma técnica diferente da
considerada tradicional (além do fato de usar o elemento do espalhamento feixe da luz para
se fazer as leituras das partículas através da absorção desse feixe pela mesma), o resultado
final dá uma curva bem suavizada. É necessário questionar até que ponto e em que nível de
atividade química o defloculante utilizado tanto na norma brasileira, americana e britânica
interfere junto aos solos, desagregando as partículas interligadas por pontes de argila ou
por cimentação.
Uma consideração feita por HEAD (1984) é de que o dispersante tem que ser apropriado
e conveniente para o tipo de solo em estudo e que por exemplo, o CALGON
(Hexamefosfato de Sódio) não é apropriado para os denominados solos lateríticos e que
talvez, nesse tipo de solo, devesse utilizar-se de Trisodio Fosfato ou Tetrasodio Fosfato,
além do que a concentração necessária é melhor determinada por tentativas para cada tipo
particular de solo. Da mesma forma que o Hexametafosfato de Sódio não é apropriado para
solos lateríticos, tropicais ou residuais; esses outros dois dispersantes mencionados
anteriormente não se aplicam a outros tipos de solos senão os lateríticos.
Prosseguindo na sua consideração HEAD (1984) estabelece que os solos tropicais do
tipo lateríticos ricos em óxido de ferro e bauxitas ricas em alumínio dão origem a particulas
argilosas que tendem a se agregarem envolvendo internamente os siltes gerando flocos que
se tornam difíceis de se dispersarem a menos que um tipo especial de dispersante seja
utilizado. Concluindo, é preciso que se continue a dar ênfase ao aspecto de determinação
dos tamanhos das partículas dos diversos tipos de solos, em especial aos solos tropicais do
tipo dos que estão presentes na faixa de domínio do Distrito Federal a fim de que a luz do
entendimento de seu comportamento físico e químico, possam ser explicadas outras
propriedades.
3.4
-
CONSIDERAÇÕES
SOBRE
O
COMPORTAMENTO
DA
CURVA
GRANULOMÉTRICA NAS DIVERSAS METODOLOGIAS
A conclusão mais importante sobre o comportamento da curva granulométrica nas
metodologias adotadas nesse trabalho se prende a aspectos mecânicos, químicos e físicos.
Nas consideradas metodologias tradicionais (ASTM, ABNT, BS e a proposta de
CAMAPUM et AL.) a interferência mecânica se dá na forma de manipulação da amostra.
Nesse sentido, após o peneiramento fazendo a separação da fração grossa com a fina, a
primeira sofre um tratamento mecânico com manipulação da amostra. Ainda nessa fração
(grossa) não ocorre a interferência química face à não exposição ao defloculante enquanto
que fatores de caráter físico praticamente não atuam na mesma. Na fração fina não se
observa o processo de manipulação mecânica da amostra em função de que o fator químico
é que prevalece em conseqüência da exposição ao defloculante e, simultâneamente, o fator
físico levando em consideração o processo de decantação que rege o processo das leituras
densimétricas em conseqüência do peso específico das partículas de diferentes diâmetros.
As metodologias tradicionais acima citadas não minimizam o problema da
descontinuidade da curva granulométrica, independentemente do critério adotado para a
separação das frações grossa e fina do solo. A metodologia da British Standard tem um
processo de separação mais rigoroso do que a metodologia de Camapum et al. em função
de se adotar como peneira de referência a 230 (63 µ) e não a peneira 100 (0,15 mm) e,
mesmo assim, o defloculante não se torna efetivo na presença dessas frações de silte e
argila uma vez que o aspecto da distribuição granulométrica dos grão apresenta a curva
com a transição brusca entre o processo mecânico de peneiramento e o físico-químico de
sedimentação. A fração grossa nesse caso, pelo fato de se ter separado toda a porcentagem
de areia (retido na peneira 230 ou 63µ) não sofre a interferência química do defloculante,
que teoricamente, seria o correto pois não se admite desagregação de frações de areia por
ação do mesmo. Da mesma forma que se tem a British Standard rigorosa no sentido de se
separar as frações grossa do solo, temos a ABNT com um critério não tão severo no que se
refere a tamanho da partícula em si, mas que também não minimiza o problema da
descontinuidade da curvas granulométrica , expondo uma parcela da fração de areia à ação
química do defloculante que é o caso do material passante na peneira 10 (2,0 mm).
Nesse sentido o granulômetro além de resolver o problema , aponta como uma
alternativa no que se refere ao tempo de execução dos ensaios e rapidez de análise dos
resultados, apresentando uma curva granulométrica contínua desde a dimensão máxima
característica da amostra até o menor diâmetro da mesma.
Amostragem de Calibração do Granulômetro (Ceilândia - 5,0 m)
100
90
80
70
% passa
60
50
40
0,5 g - E1
0,5 g - E2
30
2 g - E3
20
10 g - E4
10 g - E5
10
5 g - E6
0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
diâmetro (mm)
1,0000
10,0000
100,0000
Figura 8 – Curvas obtidas durante a calibração do aparelho
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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