COMPARAÇÃO DE MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE
Gessica villas boas dos Passos Braga1, Mariana de Jesus Souza Ribeiro1, Paula Mayara
Martins Ferreira1, Rafaela Oliveira Guimarães1, Thiago Lopes dos Santos1, Paulo Márcio
Fernandes Viana2
1
Voluntário PVIC/UEG, graduandos do Curso de Engenharia, UnUCET Anápolis- UEG.
2
Orientador, docente do Curso de Engenharia, UnUCET Anápolis – UEG.
RESUMO
O controle de compactação de aterros é realizado mediante a determinação em campo
de parâmetros/índices físicos do solo, tais como, densidade e teor de umidade. A
determinação correta do teor de umidade é de fundamental importância para garantir a
perfeita funcionalidade do aterro para resistir às solicitações definidas em projeto. O teor de
umidade pode ser determinado através de diversos métodos tais como estufa, speedy,
microondas, frigideira, álcool e pelo método nuclear. Neste artigo serão enfocados os métodos
da estufa, speedy, microondas e álcool. O principal objetivo deste artigo é comparar os
métodos de determinação de umidade baseado na análise de cada método utilizado e nos
resultados obtidos através de experimentos em laboratório para a determinação de umidades
de diferentes tipos de solo.
Palavras-chave: umidade, métodos de determinação, ensaios de laboratório.
Introdução
O teor de umidade é a relação entre a massa de água e a massa de sólidos presentes na
amostra em questão (Nogueira, 1988):
w=
Mw
x100% .
Ms
(1)
O teor de umidade pode ser determinado através de diversos métodos tais como estufa,
speedy, microondas, frigideira, álcool e pelo método nuclear. Neste projeto serão enfocados
os métodos da estufa, speedy, microondas e álcool, pois o método da frigideira carece de
1
especificação normativa e o nuclear de certificação específica que ainda não foi adquirida
pelo curso.
O método da estufa consiste na secagem de uma amostra de solo em uma estufa de
laboratório, aferindo-se a massa da amostra antes e depois da secagem (DNER-ME 213/94).
O speedy é normalizado pelo DNER-ME 052/94 - Solos e agregados miúdos –
determinação de umidade com emprego do speedy. O ensaio consiste na inserção da amostra
de solo no aparelho juntamente com ampolas de aproximadamente 6,5g de carbureto de cálcio
e esferas de aço. Agita-se o aparelho até a constância da pressão interna e procede-se a leitura
da pressão manométrica no mesmo. Com este valor e o da massa da amostra, entra-se na
tabela própria do speedy, e determina-se o teor de umidade.
A utilização do forno microondas é normalizada pela ASTM D-4643 (1993) e a
determinação é feita através da secagem da amostra no forno microondas. Tal secagem é feita
na potência máxima do aparelho por um período de tempo específico, denominado tempo de
secagem, que deve ser determinado conforme calibração. A Figura 1 apresenta um gráfico
típico do resultado da determinação do tempo de secagem utilizado na pesquisa. Diversas
pesquisas apresentam a viabilidade da técnica (Van Zante 1973, Gee & Dodson 1981,
Tiedemann 1984, Gilbert, 1988, 1991)
O método do álcool é normatizado pela DNER/ME-11 e consiste basicamente na
secagem do material mediante a queima da amostra com álcool etílico para obtenção da massa
seca.
200,00
150,00
Mass
a (g) 100,00
50,00
0,00
0,00
10,00
20,00
Tempo (Min)
Figura 1. Determinação do tempo de secagem
2
Neste contexto, este artigo apresenta como objetivo específico definir através de
experimentos em laboratório qual o método de determinação do teor de umidade do solo mais
confiável e viável para controle do teor de umidade no campo.
Material e Métodos
Neste artigo serão utilizados, para determinação do teor de umidade, os métodos do
speedy, estufa, álcool e microondas, normalizados pelas especificações técnicas da ABNT,
DNER e da ASTM. Além de ampla revisão literária realizaram-se ensaios de laboratório
variando o tipo de solo e os equipamentos para determinação do teor de umidade
Foram utilizados três tipos de solos, denominados solo A, B e C. O Solo A e B consistem
de uma argila siltosa e o solo C é uma areia pura com massa específica dos sólidos ρ s ≅ 2,5
g/cm3.
Tabela 1 -. Ensaios de Caracterização e Classificação das amostras.
Solo residual maduro
Solo residual jovem
Solo A
27,78
Solo B
27,00
Pedregulho (%)
0,9
8,1
Areia (%)
37,2
46,7
Silte (%)
23,6
37,4
Argila (%)
38,3
7,8
Pedregulho (%)
0,9
8,1
Areia (%)
70,6
47,7
Silte (%)
28,5
44,2
Argila (%)
0,0
0,0
Limite de liquidez (%)
45
42
Limite de Plasticidade (%)
25
25
Índice de plasticidade (%)
20
17
0,48
Amostra
3
s/ defloculante(1) c/ defloculante(1)
Peso específico dos grãos (kN/m )
Índice de atividade
(2)
Classificação SUCS
CL
1,95
SC
Classificação TRB
A-7-6
A-7-6
Classificação MCT
LG’ - Solo Argiloso Laterítico
NS’ - Solos Siltosos
Não Lateríticos
O princípio metodológico desta pesquisa consiste em se determinar o teor de umidade de
amostras representativas dos solos A, B e C obtidas mediante normalização específica, pelos
diferentes métodos apresentados anteriormente. Serão realizadas 5 (cinco) determinações de
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umidade por cada método para cada variação do teor de umidade do solo segundo preescreve
Nogueira (1988). A variação do teor de umidade será de 5, 10 e 15%, além da umidade
natural. A Tabela 2 apresenta um resumo da metodologia aplicada.
Tabela 2. Resumo da metodologia aplicada.
Ensaios
Estufa
Speedy
Microondas
Álcool
(5)
5
5
5
5
(10)
5
5
5
5
Amostras (% umidade)
(15)
Natural
5
5
5
5
5
5
5
5
N
20
20
20
20
Total
80
Conforme apresenta a Tabela 2 serão realizadas 80 determinações de umidade, sendo 5
determinações para cada amostra, variando o teor de umidade. O valor de umidade para cada
amostra será obtido após aplicação do critério de aceitação proposto pelas normas específicas
de cada ensaio.
No método do Álcool será feita à pesagem de cinco amostras de cada solo para cada
umidade e em seguida a queima destas. Após a queima, as amostras serão novamente pesadas
e a umidade será determinada através da fórmula (1).
No método da Estufa será feita a pesagem de cinco amostras de cada solo para cada
umidade. Em seguida, as amostras serão colocadas na estufa e, após 24 horas, retiradas,
pesadas e determinadas as umidades utilizando a fórmula (1).
No método do Microondas será feita a pesagem de cinco amostras de cada solo para
cada umidade. Em seguida, as amostras serão colodas no microondas até as massas se
estabilizarem (para determinação do tempo de secagem);. Em seguida, serão novamente
pesadas e utilizar-se-á, novamente, a fórmula (1) para o cálculo da umidade.
No método do Speedy, a pesagem será feita na balança do aparelho, com a mesma
quantidade de amostras dos métodos anteriores. Para cada amostra serão usadas de uma a
duas cápsulas de carbureto, colocadas no aparelho juntamente com o solo e duas esferas de
chumbo. Agitar-se-á o aparelho, no qual estará ocorrendo uma reação entre a água contida no
solo e o carbureto, promovendo um aumento na pressão interna no speedy que será medida
através de um manômetro. Quando a pressão interna se estabiliza, compara-se o valor desta a
uma tabela contida no material, sendo que para cada pressão existe um valor de umidade já
estimado.
4
Feitas as determinações das umidades os métodos serão analisados levando em
consideração sua confiabilidade (sendo os mais confiáveis os que tiverem menor variação de
umidade por amostra, ou seja, a menor diferença entre a umidade preparada e a determinada
através dos métodos, considerando o método da estufa como referência).
Resultados e Discussão
A partir dos experimentos realizados, coletaram-se os dados que serão apresentados
em forma de figuras. Fez-se um gráfico para cada solo. Com base em Nogueira (1988).
Apresentam-se a seguir os gráficos referentes aos solos A, B e C. Não serão apresentados os
resultados do método do microondas devido a defeitos apresentados pelo aparelho durante a
execução dos ensaios.
As figuras 2, 3 e 4 apresentam os resultados das umidades médias medidas durante a
execução do experimento.
Solo A
Umidade (%) - Estufa
25
20
15
Solo A - Estufa
Solo A - Speedy
Solo A - Alcool
10
5
0
0
5
10
15
20
25
Umidade (%) - Métodos
Figura 2. Resultados das umidades médias para o solo A.
5
Solo B
Umidade (%) - Estufa
25
20
15
Solo B - Estufa
Solo B - Speedy
Solo B - Alcool
10
5
0
0
5
10
15
20
25
Umidade (%) - Métodos
Figura 3. Resultados das umidades médias para o solo B.
Solo C
Umidade (%) - Estufa
25
20
15
Solo C - Estufa
Solo C - Speedy
Solo C - Alcool
10
5
0
0
5
10
15
20
25
Umidade (%) - Métodos
Figura 4. Resultados das umidades médias para o solo C.
Como visto nos gráficos acima verificam-se divergências tanto no método do Álcool
quanto no método do Speedy. De um modo geral o método do Álcool apresentou bons
resultados, com R2 >0,98, tanto para baixas quanto para elevadas umidades. A principal
diferença entre este método e a estufa deve-se a queima da matéria orgânica, principalmente,
presente no solo A e B. Devido à presença de gases e matéria orgânica, ao realizar a queima
dos solos, bolhas são formadas acarretando explosões (figura 5).
6
Figura 5. Explosão do solo A
O método do Speedy apresentou diferenças mais significativas em relação ao método
da estufa, com R2 > 0,93. Observando os resultados dos ensaios com próxima a zero, o
método mostra-se confiável em relação aos três tipos de solo. Nos Solos A, B e C, nas
umidades em torno de 10% e 20% os resultados não foram satisfatórios, demonstrando que o
Speedy utilizado não estava devidamente calibrado.
Para a utilização do deste método viu-se a grande necessidade de calibração do
equipamento, esta que nem sempre pode ser acessível em campo. Logo, o aparelho deve ser
previamente calibrado no laboratório. O tempo de execução e coleta do teor de umidade é
curto, sendo esta uma boa qualidade do método.
Conclusões
Segundo a metodologia desta pesquisa os resultados obtidos, foi possível concluir que:
a) Dentre os métodos avaliados, o do Álcool conduz a melhores resultados desde que o
solo não apresente matéria orgânica e gases;
b) O método do Speedy poderá ser confiável desde que seja devidamente calibrado no
laboratório e a obra permita um erro superior a 1%.
Referências Bibliográficas
7
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ASTM D4643. Microwave
Method of Drying Soils, 1993, 2p.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E RODAGEM - DNER-ME 052. Solos e
agregados miúdos – Determinação da umidade com emprego do “Speedy”, Rio de Janeiro RJ: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, 1994, 4p
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E RODAGEM - DNER-ME 213. Solos e
agregados miúdos – Determinação da umidade com emprego da estufa, Rio de Janeiro - RJ:
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, 1994.
GEE, G. W. AND DODSON, M. E. Soil moisture content by microwave drying. A routine
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GILBERT, P. A. Computer Controlled Microwave Oven System for Rapid Water
Content Determination. Waterways Experiment Station, U. S. Army Corps of Engineers,
/Technical Report GL-88-21, Vicksburg, MS, 1988, 59 p.
GILBERT, P. A. Rapid water content by computer-controlled microwave drying. Journal of
Geotechnical Engineering, Vol. 117, N° 2, 1991, pp-118-138.
NOGUEIRA, J.B. Mecânica dos Solos – Ensaios de Laboratório. EESC.São Carlos, 1988,
248p.
TIEDEMANN, D. A. Use of Microwave Oven in Geotechnical Aplications. Progress
Report No. 1, U. S. Bureau of Reclamation, Denver, CO, Report GR-84-13,1984, 13 p.
VAN ZANTE, H. J. The Microwave Oven. Houghton Mifflin Company, Boston, MA, 1973,
184 p.
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