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Caracterização do solo

Definição

Quando falamos de caracterização, o que queremos saber é a composição do solo para saber se o mesmo vai proporcionar um meio seguro para a instalação a ser construída. E essa analise dos materiais do solo é realizada no campo e em laboratório, através dos seguintes ensaios normativos: granulometria (NBR 7181), umidade natural ( NBR 6457), limite de liquidez ( NBR 6459), limite de plasticidade (NBR 7180), massa especifica dos grãos (NBR 6458). O conhecimento do tipo de solo onde a instalação será construída é de fundamental importância, e como conhecer o tipo de solo, qual a sua característica? A Pedologia é a ciência que estuda a morfologia, gênese e classificação dos solos. Através do conhecimento e pesquisa e interação entre os fatores e processos que formam o solo e sua influência nos atributos morfológicos, físicos, químicos e mineralógicos do solo e de sua classificação taxonômica.

Pessoa recolhendo partes do solo
Pessoa com uma colher de obra recolhendo um cilindro com partes do solo

O solo possui uma formação heterogêneo, produto de alteração do remanejamento e da organização do material original, as rochas  e sedimentos, sob a ação da vida, da atmosfera e das trocas de energia que aí se manifestam, e constituído por uma variedade de materiais orgânicos e uma série de outros materiais vivos e de decomposição. No Brasil nos possuímos o SIBCIS – Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos, a finalidade de categorizar os solos, dar a eles nomes científicos e elaborar legendas para os mapas de solos.

COLETA E PREPARO DAS AMOSTRAS PARA ENSAIOS

A coleta dos materiais para a realização dos ensaios, deve ser feita profissional capacitado, e podem ser utilizados dois processos para a preparação de amostras para ensaios de caracterização, sendo um com secagem prévia, até próximo da umidade higroscópica, e outro sem secagem prévia da amostra. O segundo processo pode ser utilizado apenas no caso da amostra apresentar no máximo 10 % de material retido na peneira de 0,42 mm.

Ainda podem ser adotados dois outros processos de preparo das amostras que são:

a) preparação a 5 % abaixo da umidade ótima presumível;

b) preparação a 3 % acima da umidade ótima presumível

ENSAIO DE GRANULOMETRIA

O ensaio é realizado de acordo com a NBR 7181/2018 e o preparo das amostras para a realização do ensaios de caracterização deve ser de acordo com a NBR 6457/2024. Onde os ensaios podem ser realizados por peneiramento ou por sedimentação. Para tanto de se determinar a quantidade de massa de amostra seca a temperatura ambiente, de acordo com a tabela abaixo e anotar como Mt.

Tabela de dimensões dos grãos

REALIZAÇÃO DO ENSAIO GRANULOMETRIA POR PENEIRAMENTO

Passar este material na peneira de 2,0 mm, tomando-se a precaução de desmanchar no almofariz todos os torrões eventualmente ainda existentes, de modo a assegurar a retenção na peneira somente dos grãos maiores que a abertura da malha.

Lavar a parte retida na peneira de 2,0 mm a fim de eliminar o material fino aderente e secar em estufa a 105 °C ou 110 °C, até constância de massa. O material assim obtido é usado no peneiramento grosso.
Para determinação da distribuição granulométrica do material, apenas por peneiramento, proceder conforme a seguir:

  • Do material passado na peneira de 2,0 mm, tomar cerca de 120 g. Pesar esse material com resolução de 0,01 g e anotar como Mw. Tomar ainda cerca de 100 g para três determinações da umidade higroscópica (w), de acordo com a ABNT NBR 6457;
  • lavar na peneira de 0,075 mm o material assim obtido, vertendo-se água potável à baixa pressão.

Peneiramento fino

Secar o material retido na peneira de 0,075 mm em estufa, à temperatura de 105 °C a 110 °C, até constância de massa, e, utilizando-se o agitador mecânico, passar nas peneiras de 1,2 mm, 0,6 mm, 0,42 mm, 0,25 mm, 0,15 mm, 0,075 mm. Anotar com resolução de 0,01 g as massas retidas acumuladas.

Peneiramento grosso

4.5.1 Pesar o material retido na peneira de 2,0 mm, obtido conforme 4.2.3, com a resolução indicada em 4.2.1, e anotar como Mg.

REALIZAÇÃO DO ENSAIO GRANULOMETRIA POR SEDIMENTAÇÃO

Do material passado na peneira de 2,0 mm, tomar cerca de 120 g, no caso de solos arenosos, ou, no caso de solos siltosos e argilosos, 70 g; para a sedimentação e o peneiramento fino. Determinar a massa deste material com resolução de 0,01 g e anotar como Mw. Tomar ainda cerca de 100 g para três determinações da umidade higroscópica (w), de acordo com a ABNT NBR 6457.

Transferir o material assim obtido para um béquer de 250 cm3 e juntar, com auxílio de proveta, como defloculante, 125 cm3 de solução de hexametafosfato de sódio com a concentração de 45,7 g do sal por 1 000 cm3 de solução.

ENSAIO DE UMIDADE NATURAL

O que esse ensaio visa obter é a porcentagem de água existente em uma amostra do solo, para tanto se adota a NBR 16097/2012.
Para essa finalidade existem duas metodologias que podem ser adotadas que são:

Mulher realiando teste de percentagem do solo natural em um laboratório

Método Umidimetro – SPEEDY

O umidímetro, mais conhecido por Speedy, é um aparelho constituído de uma câmara e um manômetro conjugado. O teor de umidade é determinado pela pressão do gás resultante da reação da água contida na amostra com o carbureto de cálcio que se introduz no aparelho. Este método é mais recomendável para solos arenosos.

Procedimento de Ensaio

A amostra deve ser colocada no recipiente, com o auxílio da espátula, a massa de solo úmido recomendada pelo fabricante, as esferas de aço e uma ampola de carbureto de cálcio. Em certos modelos, o carbureto é colocado ao granel, na quantidade recomendada pelo fabricante, dispensando as esferas de aço.

  • Fechar o recipiente e promover alguns ciclos de agitação vigorosa e repouso até estabilizar a pressão resultante da reação exotérmica entre o carbureto e a água contida na amostra;
  • Após a estabilização, efetuar a leitura da pressão no manômetro.

Método Frigideira

O método da frigideira para a determinação do teor de umidade por secagem é uma alternativa que oferece vantagem pela sua rapidez, equipamentos simples e baixo custo, podendo ser utilizado em regiões desprovidas de recursos. A precisão e confiabilidade dos resultados dependem exclusivamente da habilidade e do conhecimento do operador.

Procedimento de Ensaio

Tomar cerca de 200 g de amostra úmida e colocar na frigideira, determinando a massa bruta úmida mbh (solo úmido mais frigideira mais espátula ou colher). Para solos contendo mais de 20% de material retido na peneira com abertura de malha de 4,75 mm, utilizar uma quantidade mínima de 300 g de amostra.

  • Para solos contendo mais de 20% de material retido na peneira com abertura de malha de 19 mm, utilizar uma quantidade mínima de 500 g de amostra.
  • Aquecer a amostra em fogo baixo, revolvendo continuamente com a espátula ou colher para facilitar a secagem e evitar a queima do material.
  • O aquecimento deve ser interrompido quando, ao colocar a placa de vidro um pouco acima da amostra, não se observar vapor de água sob o vidro.

ENSAIO LIMITE DE LIQUIDEZ

É definido como a entre os estados líquido e plástico do solo. A umidade abaixo da qual o solo se comporta como material plástico; é a umidade de transição.

Realização de Ensaio

O ensaio deve ser executado em condições ambientais que minimizem a perda de umidade do material por evaporação, preferencialmente em recintos climatizados. Após a preparação da amostra de acordo com as exigências técnicas da NBR 6457 se inicia a execução do ensaio.

  • Colocar a amostra na cápsula de porcelana, adicionar água destilada em pequenos incrementos, amassando e revolvendo, vigorosa e continuamente com auxílio da espátula, de forma a obter uma pasta homogênea, com consistência tal que sejam necessários da ordem de 35 golpes para fechar a ranhura.
  • O tempo de homogeneização deve estar compreendido entre 15 min e 30 min, sendo o maior intervalo de tempo para solos mais argilosos.
  • Transferir parte da mistura para a concha, moldando-a de forma que na parte central a espessura seja da ordem de 10 mm.
  • Realizar esta operação de maneira que não fiquem bolhas de ar no interior da mistura.
  • Retornar o excesso de solo para a cápsula.
Aparelho para realização do ensaio de liquidez

ENSAIO LIMITE DE PLASTICIDADE

O Limite de Plasticidade (wP) é tido como o teor de umidade em que o solo deixa de ser plástico, tornando-se quebradiço; é a umidade de transição entre os estados plástico e semi-sólido do solo.

Aparelho para realização do ensaio de liquidez sendo utilizado com espatula e um pouco de solo

Realização de Ensaio

O ensaio deve ser executado em condições ambientais que minimizem a perda de umidade do material por evaporação, preferencialmente em recintos climatizados.e solo para a cápsula.

  • Colocar a amostra na cápsula de porcelana, adicionar água destilada em pequenos incrementos, amassando e revolvendo, vigorosamente e continuamente, com o auxílio da espátula, de forma a obter uma pasta homogênea, de consistência plástica. O tempo ideal de homogeneização deve estar compreendido entre 15 min e 30 min, sendo o maior intervalo de tempo para solos mais argilosos.
  • Tomar cerca de 10 g da amostra preparada com secagem prévia e formar uma pequena bola, que deve ser rolada sobre a placa de vidro com pressão suficiente da palma da mão para lhe dar a forma de cilindro.

Limite de Plasticidade

Considerar satisfatórios os valores de umidade obtidos quando de pelo menos três nenhum deles diferir da respectiva média de mais que 5 % dessa média;

Índice de Plasticidade

O índice de plasticidade dos solos deve ser obtido utilizando-se a equação.

ENSAIO DE MASSA ESPECÍFICA

È definida como a associação entre a massa do agregado seco e seu volume, excluídos os vazios permeáveis.

Realização de Ensaio

De acordo com a NBR 6458/2017, as amostras para a realização desse ensaios devem ser preparadas de acordo com a NBR 6457

  • Lavar a amostra na peneira de 4,8 mm, a fim de retirar o material fino ainda aderente e, em seguida, imergir em água destilada, à temperatura ambiente, durante 24 h. Decorrido este prazo, retirar a amostra da água e enxugá-la com o tecido absorvente ligeiramente umedecido, de forma a remover somente a água superficial, ficando os grãos com o aspecto característico de material saturado.
  • Os grãos de maiores dimensões podem ser enxutos separadamente. Evitar, durante o enxugamento, que a água absorvida evapore.
  • Determinar, com as resoluções conforme a Tabela abaixo a massa da amostra saturada e superficialmente seca, e anotar como Msat.
  • Determinar, com as resoluções conforme a Tabela abaixo a massa da amostra saturada e superficialmente seca, e anotar como Msat.
Aparelho para realização do ensaio de liquidez
Aparelho para realização do ensaio de liquidez sendo utilizado com espatula e um pouco de solo
Aparelho para realização do ensaio de liquidez sendo utilizado com espatula e um pouco de solo
  • Colocar a amostra saturada no cesto de tela, determinar, com a resolução indicada em 5.2, a sua massa quando totalmente imersa em água destilada, e anotar como Mi 1.
  • Determinar, logo a seguir, com resolução de 0,1 °C, a temperatura T da água de imersão.
  • Secar em estufa a temperatura de 105 °C a 110 °C, até constância de massa, determinar, com a resolução indicada a sua massa seca, e anotar como Ms.

ENSAIO LIMITE DE ATTEBERG

Pode ser definido como a interpretação em conjunto do  limite de liquidez, limite de plasticidade e limite de contração, sendo iguais aos valores de umidades que separam um estado de consistência do solo de outro. Conhecendo-se os valores dos limites de Atterberg, é possível saber em função da umidade natural do solo o estado em que o solo se encontra, e assim determinar a sua capacidade de suporta cargas e sua vulnerabilidade a erosão.

A Importância do Ensaio

A medida que os teores de umidade aumentam, os solos argilosos e siltosos passam por quatro estados distintos de consistência: sólido, semissólido, plástico e líquido. Cada estágio exibe diferenças significativas em resistência, consistência e comportamento. Os testes de limite de Atterberg definem com precisão os limites entre esses estados usando teores de umidade nos pontos onde ocorrem as mudanças físicas.

Os valores de teste e os índices derivados têm aplicações diretas no projeto de fundação de estruturas e na previsão do comportamento de preenchimentos de solo, aterros e pavimentos. Os valores avaliam a resistência ao cisalhamento, estimam a permeabilidade, preveem o recalque e identificam solos potencialmente expansivos.

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