4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.2. Ensaios
Os ensaios realizados in loco foram o do frasco de areia e o Speedy test. Para a realização de tais ensaios foram necessários alguns equipamentos apresentados na Figura 18.
Figura 18 - Equipamentos necessários aos ensaios realizados in loco
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Os equipamentos dispostos na figura são: Talhadeira; Marreta; Frasco de areia; Speedy test; Trena; Cone metálico; Base metálica; Espátula; Balança;
Ampolas de carbureto de cálcio; Pincel;
Recipiente de alumínio.
Frasco de areia
Todo o método de determinação segue os procedimentos prescritos da ABNT NBR 7185/2016
do frasco de areia. Em um primeiro momento foi necessário determinar a massa específica da areia padrão que preencheria os frascos. O valor foi obtido a partir do preenchimento com a areia de um recipiente qualquer de volume conhecido. O volume do recipiente, medido a partir do seu enchimento com água, foi de 2.005,0 ml e a massa de areia igual a 2.785,0 gramas. Assim:
Em um segundo momento foi preciso calcular a massa de areia que preencheria o funil do conjunto do teste. Para tanto pesou-se o conjunto (frasco, cone, areia) e a ele convencionou-se como sendo M1 (9.638,9 gramas). posteriormente foi retirada a quantidade de areia necessário para preencheu o funil (M3), como mostra a Figura 19. Ao final o conjunto foi novamente pesado (M2 = 9.112,4 gramas) e a massa de areia necessária para preencher o funil foi dada equação a seguir:
Figura 19 - Volume de areia que preenche o funil
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Antes de serem levados à campo, os frascos foram preenchidos com areia e o conjunto pesado. As massas obtidas após a pesagem foram 4.868,4 gramas e 5.754,2 gramas para os frascos 1 e 2, respectivamente. Em campo a base metálica foi colocada sobre o solo planeado e área limpa com o auxílio de uma enxada, posteriormente fez-se um furo de formato cilíndrico, como apresentado na Figura 20, de 12 centímetros de profundidade:
Figura 20 - Furo cilíndrico
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Todo o material retirado do furo foi coletado e pesado. Posteriormente o frasco foi fixado sobre o furo e esperou-se até que ele fosse completamente preenchido e após o ensaio o frasco foi pesado mais uma vez. A massa específica aparente do solo que compõe o maciço foi obtida pela relação entre a massa total extraída e o volume do frasco de areia. O procedimento explicado acima é demostrado na Figura 21:
Figura 21 - Procedimento realizado em campo para o ensaio com frasco de areia
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Por fim, determinou-se a massa específica aparente do solo, considerando a massa total de solo coletada em campo, e o volume do furo dado pela relação entre a diferença das massas e a massa específica da areia padrão, como mostram as equações a seguir:
Logo,
As massas M1, M2 e M3 são as massas do frasco antes do ensaio, depois do ensaio e a massa de areia que preenche o cone, respectivamente.
O mesmo procedimento foi realizado para o furo de número dois. Os valores obtidos estão dispostos a seguir:
Logo,
Apesar de os solos pertencerem ao mesmo maciço, os valores encontrados para a massa específica foram valores diferentes para os furos um e dois. A diferença está no volume do furo, o que pode ser considerado aceitável tendo em vista que não se trata de um valor exorbitante.
Speedy test
Para este ensaio foram utilizados material das proximidades de onde fora realizado o procedimento do frasco de areia. O objetivo do Speedy test é descobrir a umidade presente no solo. Inicialmente pesou-se seis gramas de solo e posteriormente o material foi colocado no equipamento junto a uma ampola contendo carbureto de cálcio. No interior do equipamento existem duas pequenas esferas, que quando balançado todo o conjunto, fará com que as ampolas se quebrem, permitindo o contato entre o solo e o carbureto de cálcio. A reação formada permitiu a verificação da umidade através do marcador. A figura 22, apresenta os equipamentos e o resultado do teste um.
Figura 22 - Speedy test
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
O mesmo procedimento foi realizado para o material dois. Em ambos os ensaios a umidade registrada foi de 1%. O valor obtido mostra uma baixa umidade presente no solo, o que era de se esperar levando em consideração a aridez do solo no período de estiagem vivenciado.
Por ter em campo uma balança de precisão pouco confiável para pesagem da amostra de solo necessária, foi coletado uma certa quantidade do material para que o ensaio fosse repetido em laboratório. Seguindo o mesmo procedimento, as amostras 1 e 2, apresentaram valores de umidade igual a 2,2% e 1,9%, respectivamente. Os valores obtidos evidenciam a maior precisão do equipamento utilizado em laboratório. Ainda assim, a umidade constatada foi relativamente baixa.
Granulometria
A granulometria do solo foi determinada a partir do ensaio de peneiramento, prescrito na ABNT NBR 5734/1989 Peneiras para ensaio, especificação, verificando a porcentagem de solo retido em cada uma das peneiras da série. Ao todo foram sete malhas, a começar pela de 2,4mm e concluindo com a de 0,075mm. A figura abaixo mostra a série de peneiras utilizadas para o ensaio conforme norma citada:
Figura 23 - Série de peneiras para o ensaio de peneiramento
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Inicialmente foram pesadas mil gramas de solo, e em seguida, o material foi peneirado e os valores retidos, bem como a porcentagem retida acumulada, estão dispostos na tabela a seguir:
Tabela 2 - Material retido em cada peneira
Peneira Valor retido (g) % retida % retida acumulada 2,400mm 0 0 0 1,180mm 111,6 11,30 11,30 0,600mm 222,6 22,53 33,83 0,425mm 56,50 5,72 39,55 0,300mm 142,20 14,40 53,95 0,150mm 206,50 20,91 74,86 0,075mm 178,60 18,08 92,94 Fundo 69,80 7,07 100
O uso da própria série de peneiras descrito demonstra que se trata de um solo fino, o que se comprova com os dados apresentados na tabela acima, sendo que toda a quantidade de solo utilizada na amostra foi passante na peneira de abertura igual a 2,4 mm. A maior quantidade de solo ficou retida na peneira de malha 0,600mm, enquanto que o menor valor foi observado na peneira de malha 0,425mm. Uma quantidade considerável, cerca de 7,06 gramas, atingiu ainda o fundo da série de peneiras. O gráfico a seguir apresenta a curva granulométrica encontrada da porcentagem retida acumulada em função da abertura das peneiras.
Gráfico 1 - Curva granulométrica
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
A partir da análise gráfica, e seguindo a classificação da ABNT, o solo em estudo foi classificado como areia fina e apresenta também presença de silte, como mostra a classificação disposta na Tabela 1.
Umidade
A partir do teste de granulometria feito pelo ensaio de peneiramento, pode-se determinar que o solo em estudo se trata de um material fino. Nessas condições, para o teste de umidade, de acordo com a ABNT NBR 6457:2016 Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização, foi tomado uma amostra de trinta grama de solo, pois a dimensão maior dos grãos contidos na amostra, determinada também visualmente,
é inferior a 2 mm. Ainda de acordo com a norma, foram realizadas três determinações para cada amostra de solo, logo, tomou-se seis amostras, três para cada material retirado no ensaio do frasco de areia. As amostras foram colocadas em pequenas capsulas para secagem na estufa por um período de aproximadamente 48 horas. Os valores obtidos estão dispostos nas tabelas 2 e 3, a seguir:
Tabela 3 - Valores de massa obtidos para a amostra 1
Capsula Massa 1 (g) Massa 2 (g) Massa 3 (g)
1 48,30 46,50 18,60
2 47,30 46,60 17,20
3 47,60 47,00 17,60
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Tabela 4 - Valores de massa obtidos para a amostra 2
Capsula Massa 1 (g) Massa 2 (g) Massa 3 (g)
1 48,60 48,10 18,70
2 47,40 46,70 17,80
3 47,90 47,30 17,90
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Em ambas as tabelas, a massa 1 corresponde ao conjunto, composto por solo e capsula, a massa 2 também corresponde ao conjunto, porém depois do processo de secagem na estufa, e a massa 3 corresponde a capsula. Para determinação do teor de umidade, os valores obtidos foram substituídos na seguinte equação:
Tabela 5 - Teor de umidade em cada cápsula
Cápsula Amostra 1 Amostra 2
1 6,5% 1,7%
2 2,4% 2,4%
3 2,0% 2,0%
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Os valores para as cápsulas 2 e 3 foram os mesmos em ambas as amostras e a única e grande diferença se deu na cápsula 1. Os valores obtidos demostram uniformidade no teor de umidade presente no solo em diferentes pontos do maciço. A diferença encontrada no primeiro valor pode ter sido gerada de possíveis erros durante o preparo do material e/ou execução do ensaio. Os valores também foram condizentes com a umidade encontrada pelo Speedy test.
Determinação da massa específica
Para a realização desse ensaio, a ABNT NBR 6508/1984 Determinação de massa específica, utilizou-se cinquenta gramas de solo, passante na peneira de 4,8mm, por se tratar de um solo com considerável presença de silte verificado no ensaio do peneiramento. Posteriormente 375ml de água foram postos no frasco Chapman e logo em seguida adicionada a amostra de solo pesada, como disposto na Figura 24:
Figura 24 - Frasco Chapman Determinação da massa específica
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Após a adição do solo, foi verificada a diferença no volume presente no frasco, demostrado na equação a seguir:
Logo, a massa específica foi dada por:
Limite de plasticidade
O Limite de plasticidade é o estado em que o solo passa de um estado plástico para um estado semissólido, de acordo com a umidade presente, ele perde a sua capacidade de ser moldado. O ensaio obedeceu aos procedimentos indicados na ABNT NBR 7180/1984 Determinação do limite de plasticidade. Os materiais utilizados foram: espátula, recipiente para homogeneização, placa de vidro, gabarito cilíndrico, como mostra a Figura 25:
Figura 25 - Materiais utilizados para determinação do limite de plasticidade
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Inicialmente pesou-se uma amostra de 100 gramas de solo passante na peneira de 0,425 mm. Em seguida foi-se adicionando água até que chegasse a uma homogeneização considerável, a ponto de moldar uma bolinha na mão com uma pequena porção. Após esse processo, dez gramas da amostra homogeneizada foram pesados para dar início a verificação do limite de plasticidade. De acordo com a norma, a bolinha deve ser rolada sobre a placa de vidro até que se obtenha um formato cilíndrico, como apresentado na figura 26:
Figura 26 - Formato a ser obtido no ensaio de plasticidade
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
O procedimento foi repetido ao menos três vezes, pois em todas elas não se obteve a forma final desejada, e a fragmentação ocorria por completo como disposto na Figura 27:
Figura 27 - Amostra fragmentada após ensaio
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Após todas as tentativas pôde-se concluir que se trata de um solo não plástico, pois o seu comportamento se mostrou impossível de moldar o cilindro de três milímetros
de diâmetro como especifica a norma citada anteriormente. Nesse caso, não há necessidade de se determinar o limite de liquidez.
Compactação
Como discutido anteriormente, a umidade do solo é um fator muito importante para a compactação dos solos. Assim sendo foi considerado para este ensaio uma amostra de sete quilogramas da amostra de solo coletada em campo e passante na peneira de 4,8mm. A quantidade de material utilizado foi considerada de acordo com a ABNT NBR 7182 Ensaio de compactação, para energia de compactação normal com uso de soquete grande. A justificativa é apresentada na Tabela a seguir:
Tabela 6 - Características relacionadas a energia de compactação
Fonte: ABNT NBR 7182, 1986
Para essas características o solo foi compactado em cinco camadas dentro do cilindro grande. O material utilizado é apresentado na Figura 28.
Figura 28 - Material utilizado para o ensaio de compactação
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
O procedimento foi realizado oito vezes. Na primeira vez, a quantidade de água misturada ao solo foi de 500ml, na segunda foram 200ml e a partir da terceira eram adicionados 100ml a cada repetição. O procedimento exposto na Figura 29, trata-se da colocação do solo do cilindro, dividido em cinco camadas como mencionado anteriormente, e sobre cada camada aplicada uma sequência de 12 golpes com soquete. Ao final do processo, o material como um todo, cilindro mais solo, foi pesado, e posteriormente descontada a tara do cilindro determinada inicialmente.
Figura 29 - Procedimento do ensaio de compactação
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
Até a amostra de número seis o solo se mostrou cada vez mais compacto, o que comprova que a umidade é um agente de grande influência na compactação, mas nas amostras sete e oito o solo se apresentou pouco consistente (Figura 30), ou seja, demostrando uma quantidade excessiva de água presente.
Figura 30 - Consistência do solo a partir da amostra sete
Ao final de cada etapa, foram coletadas duas amostras do solo compactado, pesadas e postas na estufa para secagem e posteriormente determinada a umidade. Os valores obtidos são apresentados na tabela 7.
Tabela 7 - Valores de massas e umidades obtidas no ensaio
Amostra M1(g) M2(g) M3(g) Umidade (%) Umidade
média (%) 1 35,2 33,8 11,7 06,33 6,90 40,2 38,2 11,4 07,46 2 43,4 40,6 12,3 09,89 9,48 48,0 45,0 11,9 09,06 3 51,3 48,2 15,3 09,42 10,14 41,7 38,8 12,1 10,86 4 48,79 45,0 12,0 11,48 11,63 52,7 48,4 11,9 11,78 5 43,1 39,7 11,2 11,93 12,12 48,0 43,9 10,6 12,31 6 45,5 41,5 11,4 13,29 13,18 7 48,4 50,4 43,0 44,9 10,8 12,0 16,77 16,71 16,74 8 56,6 49,9 11,9 17,63 17,98
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
As massas um, dois e três correspondem a massa úmida, seca e a tara da cápsula, respectivamente. Para a determinação da curva de saturação foi considerada a umidade média das amostras. A curva de compactação (Gráfico 2) é a relação entre o teor de umidade determinado e as massas específicas aparentes secas, obtidas a partir da seguinte relação:
Onde.
= Massa específica aparente seca, em g/cm3; Ph = Peso úmido do solo compactado, em g; V = Volume útil do molde cilíndrico, em cm3; h = teor de umidade do solo compactado, em %.
Para a curva de saturação considerou-se o grau de saturação de 100%, conforme recomendado em norma. A curva foi dada pela seguinte expressão:
Onde:
= Massa especifica aparente seca, em g/cm3; S = grau de saturação, igual a 100%;
h = teor de umidade, arbitrado na faixa de interesse, em %; = Massa especifica dos grãos do solo, determinada g/cm3;
= Massa especifica da água, em g/cm3 (considerar igual a 1,00 g/cm3).
Em ambos os casos foram utilizados os valores de umidade determinada em laboratório. O Gráfico 2 apresenta as curvas de compactação e saturação:
Gráfico 2 - Curvas de Compactação e Saturação
Fonte: Dados da pesquisa, 2018
A umidade ótima encontra-se no ponto da curva onde a massa específica aparente seca é máxima, ou seja, um teor de umidade de aproximadamente 13%, quando a massa específica aparente seca é igual a 1,8g/cm3. A curva de saturação atua como um coeficiente de segurança, possibilitando determinar o quanto os parâmetros ótimos estão próximos da saturação. Neste caso, para um grau de saturação de 100%, observou-se que a umidade ótima está abaixo da curva citada.
Por fim é determinado o grau de compactação, que é a relação entre o peso específico aparente seco obtido em campo com o ensaio do frasco de areia e o valor
máximo determinado em laboratório com auxílio do ensaio de compactação, como mostra a equação a seguir:
De acordo com a bibliografia o valor encontrado mostra a ineficiência do processo de compactação do maciço da barragem, tendo em vista que o valor desejado é acima de 95%. Vale lembrar que foram feitos dois ensaios com o frasco de areia e que o valor utilizado para o cálculo do grau de compactação foi o maior valor obtido, ou seja, se utilizado o outro resultado obtido em campo que é ainda menor, o grau de compactação se distanciaria ainda mais do ideal.