Uma abordagem da granulometria da argila porosa colapsível de Brasília utilizando o granulômetro a laser

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1 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 PALAVRAS-CHAVES: Granulometria, Granulômetro, Argila Porosa de Brasília.

2 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.

3 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.

4 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 , 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.

5 - 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

6 Figura 4 Unidade de Leitura e detalhe do Canhão do Laser Figura 5 Colocação da amostra para o ensaio

7 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 Câmpus - ABNTc/defl. 20,0 Câmpus - ABNTs/defl. ultrasom c/defl. 10,0 Ultrasom s/defl. Granul. c/defl. Granul. s/defl. 0,0 0,0001 0,0010 0,0100 0,1000 1, , ,0000 Diâmetro (mm) Figura 6- Campus UnB - 10 m 100 Granulometro x Ultrasom (Campus UnB - 10,0 m) % passa Gran. c/defl. Gran. s/defl. Ultrasom c/defl. Ultrasom s/defl. 0,0001 0,0010 0,0100 0,1000 1, , ,0000 diâmetro (mm) Figura 7 Curvas granulométricas

8 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 10 Areia Grossa 0,5 0,5 0,5 0,5 1,6 1,6 Areia Média 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 10 Areia Grossa 0,4 0,4 0,6 0,5 3,9 3,9 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 10 Areia Grossa 0,5 0,7 0,5 0,7 1,6 3,3 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

9 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 10 Areia Grossa 0,0 2,5 0,0 0,0 0,0 1,6 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 de 1990 Resultados segundo a ASTM D (1990) Prof. (m) 10 Fração do Solo Amostra de Solo (%) Asa Sul Ceilândia Câmpus UnB CD SD CD SD CD SD Pedregulho Grosso Pedregulho Médio Pedregulho Fino 0,0 0,0 0,1 0,1 0,5 0,5 Areia Grossa 0,2 0,2 0,2 0,2 3,2 3,2 Areia Média 0,7 11,2 0,0 0,0 2,4 8,1 Areia Fina 14,3 53,3 0,0 42,3 30,4 57,1 Silte 44,6 31,6 15,9 51,9 30,0 28,0 Argila 40,1 3,8 83,8 5,5 33,5 3,2 OBS: A ASTM não faz subdivisão do pedregulho 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 10 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 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

10 3.1 CONCLUSÕES CONCLUSÕES 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.

11 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 CONCLUSÕES SOBRE O COMPORTAMENTO DO SOLO SOB A ÓTICA DA MINERALOGIA 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 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.

12 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 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

13 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 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

14 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) % passa ,5 g - E ,5 g - E2 2 g - E3 10 g - E4 10 g - E5 5 g - E6 0 0,0001 0,0010 0,0100 0,1000 1, , ,0000 diâmetro (mm)

15 Figura 8 Curvas obtidas durante a calibração do aparelho REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT (1984). Solo - Análise Granulométrica Norma Brasileira NBR Associação de Normas Técnicas, São Paulo, SP, 13 p. ARAKI, M.S. (1997). Aspectos Relativos às Propriedades dos Solos Porosos Colapsíveis do Distrito Federal. Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil, UnB, Brasília, DF, 121 p. ALLEN T. (1990). Particle Size Measurement. Chapman and Hall, New York, USA, pp ARÊAS, O.M. (1966). Algumas Considerações Sobre o Ensaio de Granulometria, III Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos, ABMS, Belo Horizonte, MG, I: ASTM (1958). Grain-size Analysis of Soil Designations, D422-54T. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, USA, 03 p. ASTM (1990). Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils - Designations D American Society for Testing and Materials, Philadelphia, USA, 06 p. BARDET, J.P. & YOUNG, J. (1997). Grain-Size Analysis by Buoyancy Method. Geotechnical Testing Journal, GTJODJ, 20(4): BOWLES, J.E., (1978). Engineering Properties of Soils and Their Measurements,. McGraw-Hill Book Company, New York, USA, 213 p. CAMAPUM DE CARVALHO, J.; GUIMARÃES R.C.; CARDOSO F.B.F. e PEREIRA, J.H.F. (1996). Proposta de Uma Nova Metodologia para Ensaios de Sedimentação. 30 o Reunião Anual de Pavimentação, Salvador, BA, pp CAMAPUM DE CARVALHO, J. & MORTARI, D. (1994). Caracterização Geotécnica de Solos Porosos do Distrito Federal. 3 o Simpósio Brasileiro de Escavações Subterrâneas, CBT/ABGE, Brasília, DF, pp CAMBIER, P. & PICOT, C. (1988). Nature des Liaisons Kaolinite-Oxide de Fer au Sein des Microagregats d un Sol Ferrallitique. Science du Sol, 26(4): CASTRO, G.T. (1974). Caracterização de Solos Residuais da Guanabara. Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil, PUC/Rio, Rio de janeiro, RJ, 132 p.

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