3.2.2 C ARACTERÍSTICAS DE IDENTIFICAÇÃO

As características de identificação analisadas são: o teor em matéria orgânica do solo, a composição granulométrica, plasticidade e composição mineralógica. Os principais resultados são apresentados em seguida.

3.2.2.1 - Composição mineralógica

A composição mineralógica de um solo é habitualmente estabelecida por técnicas de difração por raios X, que permitem obter qualitativamente a constituição mineralógica do solo, ou através de microscópico eletrónico, o que requer equipamento caro e sofisticado (Coelho, 2000).

A identificação mineralógica das partículas constituintes do solo em estudo foi realizada num difratómetro de raios-X, PANalytical, modelo X’Pert PRO com detetor X’Celerator. A tensão de aceleração usada foi de 40kV e a intensidade de corrente de 30mA, segundo uma geometria de Bragg-Brentano, para uma gama de ângulos entre 5º < 2θ <85º.

O procedimento de preparação das amostras para esta técnica será abordado no Capítulo 4, Secção 4.3.1.

Estes ensaios não permitem mais do que uma análise qualitativa da composição mineralógica do solo. Portanto, através da análise do difratograma obtido (Figura 3.1), mineralogicamente o solo em estudo é essencialmente constituído por quartzo, micas (muscovite), gibsite e clinocloro. Foram identificadas as seguintes fases comparando o difratograma indexado com as fichas identificativas JCPDS de cada fase, sendo as fichas utilizadas as seguintes: 01-083-2465 (Quartzo); 01-077-2255 (Muscovite); 01-076-1782 (Gibsite) e 01-079-1270 (Clinocloro).

Figura 3.1 - Difratograma relativo ao solo natural

A Figura 3.2 foi obtida por microscópio ótico, onde é possível identificar no solo minerais de quartzo e mica.

Figura 3.2 - Imagens do solo natural obtidas por microscópio ótico

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

C

C

C

M

M

Q

M

Q

M

G

Int

ens

ida

de

(

C

ont

age

ns

)

2θ

Q

C - Clinocloro

G - Gibsite

M - Muscovite

Q - Quartzo

3.2.2.2 - Composição química

A composição química do solo foi avaliada recorrendo à Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM) acompanhada da técnica de Espectrometria de Dispersão de Energia (EDS). Em que a caracterização ao nível dos elementos químicos (Figura 3.3) foi obtida com a técnica de EDS e a técnica de SEM permitiu obter imagens (Figura 3.4) para a análise visual da microestrutura do solo. Para tal, foi utilizado um microscópio eletrónico de varrimento, FEI QUANTA - 400.

Relativamente a forma como foi preparada a amostra de solo, esta encontra-se descrita no Capítulo 4, Secção 4.3.2 (Figura 4.19).

Figura 3.3 - Espetro da composição química do solo natural obtido por EDS

Verifica-se que os elementos químicos predominantes no solo são o Silício (64%) e o Alumínio (26%), existindo também Potássio, Ferro e Cálcio mas em baixas percentagens relativamente aos outros.

A Figura 3.4 permite visualizar a microestrutura do solo natural, apresentando ser um solo pouco coeso, com pouca agregação.

Al Si K Ca Fe 64,52 7,17 0,27 2,05 Elemento Químco Peso molecular,Wt (%) 25,99

Figura 3.4 - Imagens SEM do solo natural obtidas por microscópio de varrimento

3.2.2.3 - Teor em matéria orgânica

Coelho (2000) classifica os diversos métodos utilizados para a determinação do teor em matéria orgânica em 3 grupos, que se distinguem pela forma como a matéria orgânica é eliminada do solo: métodos de perdas na ignição, método oxidimétrico e métodos de oxidação seca.

Para efeitos de engenharia, o método de perdas na ignição é o mais comum para determinação laboratorial do teor em matéria orgânica, embora não exista um procedimento universal normalizado que defina as condições de ensaio. O método baseia-se na eliminação da matéria orgânica a altas temperaturas (Tignição), sendo a quantidade de matéria orgânica

estimada pela perda de massa relativamente à do solo seco à temperatura de referência (Tref)

(Coelho, 2000).

Este ensaio foi realizado tendo por base o conduzido pelo autor referido, no qual aconselha a realização da ignição a uma temperatura de 400 °C, durante pelo menos, 12 horas, assim como a aplicação de uma pequena correção aos resultados obtidos para ter em conta as perdas por desidratação, as quais, independentemente do tipo de mineral argiloso presente, constituem apenas 2% em peso. Sendo assim, o autor sugere a seguinte expressão para determinação do teor em matéria orgânica, nas condições já frisadas.

𝑂𝑀 = 1 − 1,02 ×𝑃𝑆400°𝐶

𝑃_𝑆50°𝐶 (3.2)

O resultado deste ensaio confirmou que o solo não contém matéria orgânica, pois o valor obtido foi de 0%.

3.2.2.4 - Análise granulométrica

A análise granulométrica foi realizada por peneiração - para as partículas mais grosseiras (cascalho e areia), e sedimentação - para as partículas mais finas (silte e argila), segundo a Especificação E196-1966 do LNEC.

A preparação da amostra de solo para os ensaios de identificação foi feita com base na Especificação E195-1966 do LNEC.

A peneiração consiste em fazer passar o solo por uma série normalizada de peneiros de malha quadrada e de dimensões progressivamente menores, os quais promovem a separação das partículas do solo, retendo em cada um deles as partículas de dimensão superior à sua e inferior à do peneiro anterior (Figura 3.5). Este procedimento só é exequível até a uma determinada dimensão (0,075 mm), que coincide aproximadamente com a separação entre silte e areia. O material que ainda atravessa o peneiro de malha mais fina é posteriormente sujeito ao processo de sedimentação em água destilada, o qual permite estabelecer indiretamente a distribuição granulométrica das partículas mais finas (Coelho, 2000).

A amostra de solo, tal como veio do campo, foi exposta ao ar para secagem da mesma. Depois procedeu-se a desagregação dos torrões, com auxílio de um almofariz e pilão com mão revestida de borracha, com o objetivo de promover a separação das partículas, sem alteração da granulometria.

Em seguida, a amostra selecionada foi separada em duas porções por intermédio do peneiro de 2,00 mm (n.º 10), sendo que a fração que passou neste peneiro foi misturada pelo método do esquartelamento, de forma a ser dividida em duas partes aproximadamente iguais, em que uma delas foi posteriormente utilizada na análise granulométrica.

A partir do material assim obtido foi pesada uma porção com cerca de 70,254 g, à qual foi adicionado 100 cm3 de antifloculante, tendo sido depois tudo fervido durante 15 minutos. Esta mistura foi depois transferida para o recipiente do agitador por meio de um jato de água destilada. Durante todo este processo foi tida especial atenção para não se exceder os 150 cm3 de solução. Foi depois colocado em funcionamento o agitador durante 15 a 20 minutos. Após, o processo de agitação da mistura, esta foi transferida para o peneiro de 0.075 mm (n.º 200), onde se procedeu à lavagem do solo, usando novamente água destilada e tendo o cuidado de não exceder os 500 cm3. A porção que passou no peneiro estava a ser recolhida por uma proveta, que depois foi preenchida com água destilada até à marca de 1000 cm3.

A solução da proveta foi utilizada para a sedimentação seguindo todos os passos da especificação E196-1966 do LNEC, Secção 6.2.4.

Já o material que ficou retido no peneiro n.º 200 foi integralmente retirado através da devida lavagem do peneiro, para que não ficasse nenhum agregado no mesmo tendo sido posteriormente colocado na estufa a 105 °C, durante 24h, para evaporação total da água e posterior realização da análise granulométrica por via seca.

Foi obtida a seguinte curva granulométrica (Figura 3.6) e respetiva composição granulométrica (Quadro 3.1). Notar que se trata da distribuição em percentagem ponderal (isto é, em percentagem do peso total) das partículas do solo de acordo com as suas dimensões (Fernandes, 2006).

Figura 3.5 - Material retido em cada peneiro

Figura 3.6 - Curva granulométrica do solo em estudo

Quadro 3.1 - Composição granulométrica do solo em estudo

Argila Silte Areia Cascalho

% % % %

3.2.2.5 - Limites de consistência

A Norma Portuguesa NP-143 (1969) destina-se a definir os processos de determinação dos limites de consistência de solos, pelo que foi utilizada neste trabalho para a determinação do limite de liquidez e do limite de plasticidade.

A determinação dos limites de consistência foi efetuada porque o solo pareceu apresentar alguma percentagem de argila, embora à vista desarmada não fosse possível concluir, com certeza, acerca da existência de argila. Sendo assim, foi preparado solo para a realização dos limites de consistência, de modo a verificar se este apresentava alguma plasticidade.

A amostra de solo utilizada foi proveniente do solo que passou no peneiro de 2,00 mm (n.º 10), tendo esta sido posteriormente passada no peneiro de 0,425 mm (n.º 40). O material que passou neste peneiro foi utilizado para levar a cabo os ensaios, tendo o material retido sido rejeitado.

Inicialmente tentou-se a determinação do limite de liquidez a partir do ensaio da concha de Casagrande, mas o solo em estudo não apresentou plasticidade suficiente para recorrer a este método. Pode-se afirmar que estamos perante um solo com alguma facilidade de moldagem, mas com uma plasticidade tão baixa que tornou este ensaio não exequível, como é possível observar na Figura 3.7.

Figura 3.7 - Tentativa de realização do ensaio concha de Casagrande

Sendo assim, determinou-se o limite de liquidez recorrendo ao método do cone penetrómetro, obedecendo ao disposto na Norma Britânica BS 1377 (1975). Trabalhos

recentes têm proposto a utilização do cone penetrómetro para a determinação do limite de liquidez, exemplo disso é o estudo de Coelho (2000).

Este método consiste na queda de um cone com peso, dimensões e altura de queda normalizadas, sendo obtido o limite de liquidez a partir da relação linear existente entre o teor em água do solo (determinado segundo a Norma NP-84 (1965)) e a penetração do cone. O limite de liquidez é definido, como o teor em água para uma penetração do cone de 20 mm (Figura 3.8).

Figura 3.8 - Resultados do ensaio de Cone Penetrómetro para obtenção do limite de liquidez

O limite de plasticidade é definido como o teor de humidade abaixo do qual o solo passa do estado plástico para o estado semi-sólido. Ou seja, quando se pretende fazer cilindros com 3mm de diâmetro o solo perde a capacidade de ser moldável e passa a ficar quebradiço. Este método, preconizado pela NP-143 (1969), foi exequível no solo em estudo, obtendo-se assim os resultados indicados no Quadro 3.2. O solo em estudo apresenta um baixo índice de plasticidade, o que seria de esperar tendo em conta que não foi possível executar o ensaio da concha de Casagrande pela fraca plasticidade apresentada pelo solo.

y = 6,0648x - 182,63 14 16 18 20 22 24 26 28 30 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 36,0 P en et ra çã o d o co n e ( m m ) Teor em água, w (%) LL

Quadro 3.2 - Resultados obtidos para os limites de consistência do solo em estudo