UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
GUSTAVO MACIEL FERREIRA
AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE DA FRAÇÃO FINA DE SOLOS DA
REGIÃO NORTE DE MATO GROSSO
Sinop – MT
2018 / 1
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
GUSTAVO MACIEL FERREIRA
AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE DA FRAÇÃO FINA DE SOLOS DA
REGIÃO NORTE DE MATO GROSSO
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil, UNEMAT, Campus Universitário de Sinop – MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador Dr. Flavio Alessandro Crispim
Sinop – MT
2018 / 1
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Classificação pedológica das amostras. ... 21 Tabela 2 – Caracterização e classificação já existentes. ... 22
II
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Ábaco para classificação MCT. ... 14
Figura 2 – Ábaco para classificação expedita MCT. ... 15
Figura 3 – Ábaco para caracterização da atividade da fração fina dos solos. ... 18
Figura 4 – Zonas para caracterização do potencial de uso para pavimentação. ... 19
Figura 5 – Localização aproximada dos pontos de coleta das amostras. ... 22
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
AASHTO – TRB – American Association of State Highway and Transportation – Transportation Research Board
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas c’ – índice de argilosidade
CA – Coeficiente de Atividade Cd – contração diametral
CTC – capacidade de troca de cátions e’ – coeficiente de laterização
IP – índice de plasticidade LL – limite de liquidez LP – limite de plasticidade
M% – percentual de montmorilonita MCT – Miniatura Compactado Tropical
MCT – M – Miniatura Compactado Tropical Modificada MCV – Moisture Condiction Value
N – índice de nocividade
P200 – percentual de fração passante na peneira #200
PF – percentual da fração
pH – potencial de hidrogênio SAFL – solo arenoso fino laterítico SE – superfície específica
SUCS – Sistema Unificado de Classificação de Solos V – volume de solução padrão de azul de metileno Va – valor de azul
IV
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Avaliação da atividade da fração fina de solos da região norte de Mato Grosso.
2. Tema: Geotécnica (30103002)
3. Delimitação do Tema: Mecânica dos Solos (30103037) e Pavimentos (30103053)
4. Proponente: Gustavo Maciel Ferreira
5. Orientador: Prof. Dr. Flavio Alessandro Crispim
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso 7. Público Alvo: Empresas Prestadoras de Serviços de Pavimentação, Docentes e Acadêmicos de Engenharia Civil e áreas afins e população em geral
8. Localização: UNEMAT – Universidade do Estado de Mato Grosso, Avenida dos Ingás, n° 3001, Jardim Imperial, Sinop, MT, CEP 78550 – 000
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... I LISTA DE FIGURAS ... II LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 8 3 JUSTIFICATIVA... 9 4 OBJETIVOS ... 10 4.1 OBJETIVO GERAL ... 10 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 11 5.1 INTRODUÇÃO ... 11 5.2 SOLOS TROPICAIS ... 12 5.2.1 Solos saprolíticos ... 12 5.2.2 Solos Lateríticos ... 13 5.3 CLASSIFICAÇÃO MCT ... 14
5.4 CARACTERIZAÇÃO DA FRAÇÃO FINA DE SOLOS ... 16
5.4.1 A atividade dos solos ... 16
5.4.2 Adsorção de azul de metileno ... 16
6 METODOLOGIA ... 21
6.1 COLETA DAS AMOSTRAS ... 21
6.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO ... 23
6.3 CLASSIFICAÇÃO MCT – MÉTODO DAS PASTILHAS ... 23
6.4 ENSAIO DE ADSORÇÃO – MÉTODO DA MANCHA ... 24
6.5 COMPARAÇÃO DOS MÉTODOS ... 25
7 CRONOGRAMA ... 26
1 INTRODUÇÃO
Já foi comprovado que as classificações tradicionais, baseadas na distribuição granulométrica e nos índices físicos (limite de liquidez e índice de plasticidade) são ineficientes para a previsão de propriedades de solos tropicais. Nogami e Villibor (1980) demonstraram que solos lateríticos e não-lateríticos, que possuem propriedades completamente diferentes, podem ocupar a mesma posição nessas classificações.
Propôs-se então a sistemática MCT (Miniatura Compactada Tropical), desenvolvida para classificação geotécnica de solos tropicais (NOGAMI e VILLIBOR, 1981). E, devido à dificuldade de reprodução em campo dos ensaios da MCT, elaborou-se o método expedito das pastilhas (NOGAMI e COZZOLINO, 1985), para simplificação dos procedimentos envolvidos na classificação, permitindo uma avaliação preliminar e geral de propriedades dos solos.
Segundo Quintans (2008), após o desenvolvimento da nova classificação, difundiram-se amplamente pesquisas sobre as características físicas, químicas e mineralógicas dos solos, considerando possíveis relações com os comportamentos mecânico e hidráulico desses materiais. Destacaram-se as metodologias que apresentam satisfatória correlação com a classificação MCT, ao exemplo do ensaio de adsorção de corante azul de metileno, proposto por Fabbri (1994), que permite caracterizar o grau de atividade da fração fina de solos, relacionando o consumo de corante com a porcentagem de fração menor que 0,005 mm, considerada a fração ativa.
Na região norte do estado de Mato Grosso, estudos como Dalla Roza e Crispim (2013), Ferreira e Crispim (2015), Rosa e Crispim (2015), Romanini e Benatti (2015), entre outros, evidenciaram a presença de grande quantidade de finos nos solos locais. Ainda, Del Paulo e Crispim (2013), Kols e Simioni (2014) e Todescatto Jr. e Crispim (2015) classificaram solos através do método expedito das pastilhas (NOGAMI e VILLIBOR, 1994), obtendo predominância de solos arenosos lateríticos.
Estudos mineralógicos, físicos e químicos também foram realizados, cabendo citar Guimarães e Benatti (2016), Vedana e Crispim (2017) e Silva e Crispim (2017). Esse último aplicou o ensaio de adsorção à solos da região e observou discrepância entre os resultados quando comparados aos da metodologia MCT.
No presente trabalho serão realizados ensaios para a classificação expedita pela MCT e para caracterização da atividade da fração fina pela técnica de adsorção de corante azul de metileno. Posteriormente será realizada a comparação dos resultados, considerando que solos com comportamento pouco ativo, geralmente, compreendem aqueles classificados como lateríticos pela MCT.
As amostras que serão estudadas compreendem solos de ocorrência na região norte do Estado de Mato Grosso e o critério de escolha partiu da possibilidade de dar continuidade aos trabalhos acadêmicos desenvolvidos junto à Universidade do Estado de Mato Grosso – UNEMAT, ou a ela relacionados.
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2 PROBLEMATIZAÇÃO
O desenvolvimento de novos critérios de caracterização e classificação geotécnica impulsionou estudos regionais e locais com o interesse de conhecer as propriedades dos solos visando à utilização desses materiais em estruturas de pavimentos econômicos. Destacam-se os métodos que demandam menor tempo de execução dos ensaios, quantidade reduzida de amostra, equipamentos mais simples e mão de obra com menor treinamento (SANTOS, 2006).
Na região norte do Estado de Mato Grosso foram realizadas diversas pesquisas utilizando o método expedito das pastilhas para classificação dos solos pela MCT em conjunto com estudos de estabilização. Também foram realizados trabalhos de caracterização físico-química e mineralógica para compreender o comportamento e composição da fração fina dos solos.
Silva e Crispim (2017) aplicaram o ensaio de adsorção de corante azul de metileno pelo método da mancha (FABBRI, 1994) a cinco amostras de solos distintos de Aripuanã – MT e encontraram discordância entre os resultados quando comparados à classificação geotécnica MCT. E, ainda não há informações suficientes sobre a aplicabilidade do método da mancha à solos da região norte de Mato Grosso.
Sendo assim, pretende-se realizar a caracterização da fração fina e a classificação geotécnica de oito solos da região e, posteriormente, comparar os resultados dos métodos a fim de se obter, caso possível, concordância entre os mesmos.
3 JUSTIFICATIVA
Durante as décadas de 1980 e 1990 difundiu-se amplamente o estudo de solos tropicais como uma alternativa econômica para utilização em estrutura de pavimentos, visto que os trechos experimentais construídos com solos arenosos finos lateríticos (SAFL) apresentaram comportamentos mecânicos e hidráulicos satisfatórios para as camadas de base e sub-base. Quintans (2008) justifica que tais comportamentos estão relacionados com a constituição mineralógica da fração fina dos solos.
A fração fina é considerada responsável pela atividade dos solos, onde o grau de atividade reflete a proporção de cada constituinte mineral, o que permite, por exemplo, avaliar a sensibilidade à água. Fabbri e Sória (1991) propuseram a utilização do coeficiente de atividade (CA), obtido do ensaio de adsorção de corante azul de metileno, para quantificar a atividade dos materiais e Pejon (1992) demonstrou que o ensaio de azul de metileno pode ser uma maneira simples e rápida de identificar solos para fins geotécnicos.
Estudos como Dalla Roza e Crispim (2013), Kols e Simioni (2014), Romanini e Benatti (2015), entre outros, desenvolvidos na Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus de Sinop, evidenciam a presença de grande quantidade de finos nos solos da região.
Assim, esta pesquisa propõe o estudo de solos da região norte de Mato Grosso através da caracterização da fração fina utilizando os resultados do ensaio de adsorção de azul de metileno, determinando a atividade média dos argilo-minerais constituintes, e a caracterização MCT pelo método expedito das pastilhas, considerando a necessidade de compreender o comportamento dos materiais e expandir o banco de dados referentes à aplicabilidade do ensaio de adsorção pelo método da mancha.
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4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Avaliar a atividade da fração fina de solos para verificação da existência de concordância entre o coeficiente de atividade (CA) e a classificação geotécnica MCT (método expedito das pastilhas), contribuindo, desta maneira, para o estudo dos solos da região.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Ensaiar oito amostras de solo, sendo sete no Estado de Mato Grosso e uma no Estado do Pará;
• Caracterizar as amostras geotecnicamente;
• Determinar o coeficiente de atividade da fração fina utilizando o ensaio de adsorção de azul de metileno pelo método da mancha;
• Classificar as amostras pelo método expedito das pastilhas da classificação MCT.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 5.1 INTRODUÇÃO
O conhecimento das propriedades de interesse geotécnico de solos é essencial para o processo de tomada de decisão quanto ao uso desses materiais em obras de pavimentação. Para isso, são realizados estudos com métodos que possibilitam caracterizá-los e classificá-los em grupos distintos. Os sistemas de classificação considerados tradicionais, AASHTO – TRB e SUCS, por exemplo, caracterizam os solos em função de sua distribuição granulométrica e dos seus índices físicos.
Nogami e Villibor (1980) apontaram a existência de limitações nos métodos tradicionais quando aplicados aos solos de regiões tropicais. Os autores verificaram que esses materiais possuem comportamentos diferentes de acordo com seu grau de evolução pedológica, em função da intensidade do intemperismo. As diferenças ocorrem desde a microestrutura típica até a natureza e quantidade dos materiais que compõem suas frações granulométricas.
Segundo Quintas (2008), com o aprimoramento da sistemática MCT, desenvolvida para classificação geotécnica de solos tropicais (NOGAMI e VILLIBOR, 1981), difundiram-se amplamente pesquisas sobre características físicas, químicas e mineralógicas, considerando possíveis relações com seus comportamentos mecânico e hidráulico.
Também, de acordo com Nogami e Villibor (1994), devido à dificuldade de reprodução em campo dos ensaios da sistemática MCT, propôs-se o método expedito das pastilhas (NOGAMI e COZZOLINO, 1985), simplificando os procedimentos envolvidos na classificação, utilizando uma quantidade menor de amostra, aparelhagem mais simples e mão de obra com menor treinamento, permitindo, desta maneira, uma avaliação preliminar e geral de propriedades dos materiais ensaiados.
Diante dessas informações, observa-se a necessidade de discutir algumas definições usuais para contribuir com a compreensão do estado da arte e da prática no estudo da atividade da fração fina de solos. Assim, encontra-se a seguir uma revisão da literatura do meio técnico sobre os solos tropicais; suas divisões do ponto de vista geotécnico e, quando couber, considerações geológicas e pedológicas; a classificação MCT pelo método expedito das pastilhas; e o estudo do
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comportamento da fração fina, com ênfase na utilização do ensaio de adsorção de corante azul de metileno pelo método da mancha (FABRI, 1994).
5.2 SOLOS TROPICAIS
A visão mais comum do solo, inicialmente proposta por Dokuchaev (1879, apud Ribeiro, 2013), é fundamentada a partir de uma perspectiva pedológica, onde o solo é entendido como um corpo natural evolutivo que tem sua gênese na interação entre o material de origem (rocha), o clima, os organismos vivos (animais e vegetais), o relevo e o tempo.
No âmbito da Geotécnica entende-se por solo todo material formado por grãos minerais e matéria orgânica decomposta, inconsolidado ou parcialmente cimentado e que pode ser escavado com equipamentos comuns de terraplenagem sem a necessidade de explosivos para fragmentá-lo (DAS, 2007).
O processo de fragmentação das rochas, geralmente mais intenso nas regiões tropicais, justifica a formação e evolução de solos que apresentam características decorrentes da atuação de fatores geológicos e pedológicos típicos. Conforme Nogami e Villibor (1995), para um solo ser considerado tropical é necessário que apresente peculiaridades de interesse geotécnico, não bastando que seus fatores de formação sejam característicos de regiões tropicais. Tais peculiaridades estão relacionadas à ocorrência dos solos; à constituição mineralógica; à fábrica, isto é, à disposição espacial dos constituintes sólidos, dos vazios e das superfícies descontínuas; às propriedades e índices e ao ambiente de formação.
Assim, devido à laterização, os solos tropicais apresentam comportamentos mecânico e hidráulico que possibilitam dividí-los em dois grandes grupos, a saber: solos saprolíticos e solos lateríticos. Vale mencionar que essa divisão se tornou efetiva no meio técnico a partir do desenvolvimento da sistemática MCT.
5.2.1 Solos saprolíticos
Os solos saprolíticos resultam da decomposição das rochas “in situ”, preservando nitidamente a fábrica (ou estrutura) original. São solos muito profundos cuja composição depende do tipo de grão e da constituição mineralógica das rochas que lhes deram origem. Em geral, constituem a camada subjacente aos solos lateríticos (NOGAMI e VILLIBOR, 1995).
Santos (2006) afirma que, esses solos são mais heterogêneos e possuem a sua fração areia e pedregulho constituída por uma mineralogia complexa contendo minerais ainda em fase de decomposição. A fração silte também apresenta constituição mineralógica variada, tendo, em geral, o quartzo como mineral predominante. Já a fração argila caracteriza-se pela presença de argilo-minerais ativos que não se apresentam recobertos por óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio e praticamente não há substâncias orgânicas.
5.2.2 Solos Lateríticos
Segundo Dias (2007), solos lateríticos são solos superficiais, típicos das partes bem drenadas das regiões de clima tropical úmido, com horizontes pedológicos A e B bem definidos, com profundidades consideráveis, além de possuírem coloração advinda da interação entre os compostos químicos e a água do solo.
A mineralogia no caso dos lateríticos é simples, visto que são solos com intemperismo avançado, compostos por uma mistura de matéria orgânica, óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio, além de constituintes minerais altamente resistentes e predominância de argilo-minerais pouco ativos. Vale mencionar que, quando hidratados, os óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio possuem propriedades cimentantes (AMARAL, 2004).
No entanto, a designação de solo laterítico apresentada não está vinculada com a classificação pedológica. Do ponto de vista geotécnico, o solo de comportamento laterítico é aquele que possui uma série de propriedades que levam a classificá-lo como tal, segundo os sistemas de classificação geotécnica. Assim, argissolos e solos hidromórficos, também podem ser de comportamento laterítico (DIAS, 2007).
Os solos lateríticos apresentam-se, na natureza, geralmente não saturados, com índice de vazios elevado, e consequentemente pequena capacidade de suporte, porém podendo ser reestruturados a partir de compactação. Por isto são muito empregados em pavimentação. Após compactados, apresentam contração se o teor de umidade diminuir, mas não apresentam expansão na presença de água (SANTOS, 2006).
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5.3 CLASSIFICAÇÃO MCT
Diante da ineficiência das classificações tradicionais quando aplicadas aos solos de regiões tropicais, Nogami e Villibor (1981) propuseram um novo sistema de classificação, denominado MCT, que, entre outras características, permite dividir os solos tropicais em duas grandes classes, de acordo com seu comportamento após compactado: solos lateríticos (L) e não-lateríticos (N). O ábaco da classificação MCT é mostrado na Figura 1.
Figura 1 – Ábaco para classificação MCT. Fonte: (VILLIBOR e NOGAMI, 2009)
A classe de solos de comportamento laterítico foi subdividida em três grupos: areias lateríticas (LA), solos arenosos lateríticos (LA') e solos argilosos lateríticos (LG'), uma vez que nos solos lateríticos não há ocorrência significativa de fração silte.
Já a classe de solos de comportamento não laterítico foi subdividida em 4 grupos: areias não lateríticas (NA), solos arenosos não lateríticos (NA'), solos siltosos não lateríticos (NS') e solos argilosos não lateríticos (NG').
A classificação requer, basicamente, os resultados de dois ensaios: o de Mini-MCV, adaptado do ensaio de compactação MCV (PARSONS, 1976), e o ensaio de Perda de Massa por Imersão (NOGAMI e VILLIBOR, 1980).
O primeiro ensaio consiste na moldagem de corpos de prova em equipamento de dimensões reduzidas para obtenção de uma família de curvas de compactação, onde, a partir dos resultados, é possível determinar o coeficiente c’, que traduz a argilosidade do solo. O segundo, proposto para a determinação do
comportamento do solo quando imerso em água, foi adaptado de um ensaio utilizado para avaliação da erodibilidade de solos e utiliza na sua execução os corpos de prova que resultam do ensaio de Mini-MCV. Com os resultados desse ensaio e com a avaliação da curva de compactação (d’) calcula-se o índice e’, que caracteriza a laterização do solo (BARROSO, 2002).
Devido à dificuldade de reprodução em campo dos ensaios da sistemática MCT, Nogami e Cozzolino (1985) desenvolveram o método expedito das pastilhas, que simplifica os procedimentos envolvidos na classificação, permitindo uma avaliação preliminar e geral dos materiais ensaiados. Nesse método avalia-se, principalmente, as propriedades de deformabilidade, permeabilidade e resistência dos solos.
Nogami e Villibor (1994) propuseram a quarta modificação no método expedito de ensaio e definiram que o coeficiente c’ seria obtido a partir da contração das pastilhas após secagem, e o coeficiente e’, através dos resultados da penetração de uma agulha padrão após a reabsorção de água. Assim, a classificação passou a ser realizada através do ábaco apresentado na Figura 2.
Figura 2 – Ábaco para classificação expedita MCT. Fonte: (NOGAMI e VILLIBOR, 1994)
Na parte superior do ábaco situam-se os valores do coeficiente c’, calculado utilizando a Equação 1, para valores de contração diametral (cd) entre 0,1 mm e 0,5
mm e a Equação 2, para valores maiores que 0,6 mm. 𝑐′ = (log10𝐶𝑑 + 1)/0,904
Equação 1
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5.4 CARACTERIZAÇÃO DA FRAÇÃO FINA DE SOLOS 5.4.1 A atividade dos solos
Dentre as propriedades dos solos, a textura é considerada a característica mais importante para aplicação em Engenharia Geotécnica. A textura diz respeito às dimensões e características das partículas primárias e é utilizada para classificar os solos qualitativamente. As dimensões das partículas possibilitam seu agrupamento em função do tamanho, sendo divididas em três frações: a areia, o silte e a argila (PINTO, 2006).
A fração argila (ou fração fina) é considerada responsável pela atividade dos solos e compreende partículas com dimensões menores que 0,002 mm (ABNT, 2016e). No entanto, para caracterização e classificação, Fabbri (1994) verificou que não existe vantagem em se utilizar fração ativa com diâmetro dos grãos menor que 0,005 mm, pois, independente do diâmetro considerado (ø < 0,005 mm ou ø < 0,002 mm), os coeficientes de atividade mantêm relações lineares entre si. Ainda conforme o autor, a fixação do diâmetro em 0,005 mm contribui para evitar erros no ensaio de sedimentação.
A mineralogia da fração fina é formada por constituintes minerais, principalmente argilo-minerais e óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio, e constituintes orgânicos. Esses últimos, geralmente, apresentados sob a forma de húmus e ácidos húmicos (NOGAMI e VILLIBOR, 1995).
5.4.2 Adsorção de azul de metileno
O azul de metileno é definido por MERCK & CO1 (1952, apud BONINI, 2005)
como um corante orgânico que em solução aquosa dissocia-se em ânions cloreto e cátions azul de metileno. Esse corante tem a nomenclatura “cloridrato de metiltiamina” ou “cloreto de 3,7-Bis (dimetilamino) fenilatianium” e, quando adsorvido pelo solo, forma uma camada mono-molecular quase que completa sobre a superfície dos argilo-minerais que constituem a fração fina, possibilitando, dessa forma, conhecidas as dimensões da sua molécula, determinar a superfície específica dos argilo-minerais.
Barroso (1996), a partir do estudo de Hang e Brindley (1970), descreveu o mecanismo de interação do azul de metileno com os argilo-minerais em duas
etapas: a troca de cátions e a adsorção; ambas correspondentes à fixação dos cátions azul de metileno à superfície dos argilo-minerais, refletindo diretamente na sua capacidade de troca catiônica (CTC) e sua superfície específica (SE).
Ao aplicar o ensaio de adsorção em solos com variadas proporções de fração argila, Lautrin (1987) observou que o consumo de corante está associado ao tipo e à quantidade do argilo-mineral presente no material. O autor elaborou um diagrama onde relacionou a nocividade (N) dos solos com sua porcentagem de montmorilonita (M%). Os argilo-minerais puros apresentaram índice de nocividade variando de 1 a 2 para as caulinitas, 4 a 5 para as ilitas e 18 a 20 para as montmorilonitas.
Fabbri (1994) relata que pesquisas realizadas com amostras de lateritas e sedimentos marinhos evidenciaram a inexistência de correlação satisfatória entre o consumo de azul de metileno e os valores de LL, LP e IP. Percebeu-se, também, que em materiais com grande quantidade de matéria orgânica o uso deste ensaio é considerado crítico, pois boa parte do corante é capturada pelo colóide orgânico. Ainda, segundo Souza e Carvalho (2014) a presença de matéria orgânica reflete na atividade dos materiais, aumentando ligeiramente a CTC, mesmo em argilas com predominância de caulinita.
Pejon (1992) utilizou o ensaio de adsorção de azul de metileno para fins de mapeamento geotécnico estudando amostras de solos em diferentes estágios de intemperismo para confrontar com o comportamento laterítico ou não-laterítico obtido pela classificação MCT e observou que há concordância entre o ensaio de adsorção e a classificação desenvolvida para os solos tropicais.
Fabbri (1994) propôs um ábaco, apresentado na Figura 3, para avaliação da atividade da fração fina presente nos solos. O ensaio de azul de metileno foi aplicado a duzentas e noventa e sete amostras e foram definidos três graus de atividade para os grupos de argilo-minerais: muito ativos (CA > 80), ativos (11 < CA < 80) e pouco ativos (CA < 11).
Para o pesquisador há uma boa probabilidade dos materiais que apresentam coeficientes de atividade pouco ativos pertencerem a classe de solos de comportamento laterítico da classificação MCT e não existe necessidade de alteração do pH para execução do ensaio, podendo ser utilizado o pH natural da suspensão.
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Figura 3 – Ábaco para caracterização da atividade da fração fina dos solos. Fonte: (FABBRI, 1994)
De posse do volume de solução padrão de azul de metileno adicionada à suspensão (V), do teor de umidade da fração do solo ensaiada (w) e da porcentagem que o solo possui passante na peneira de 0,074 mm (P200), é possível
calcular o Valor de Azul (Va) para a amostra integral, utilizando a Equação 3. 𝑉𝑎 = 𝑉 ∗𝑃200
100∗ (1 + 𝑤
100) Equação 3
Dessa forma, o valor de azul (Va) corresponde à quantidade de azul de metileno consumida por 1 g de amostra de solo integral, cuja unidade pode ser expressa em mL de solução padrão por grama de solo ou, mais apropriadamente, por 10-3 g de azul de metileno por g de solo (10-3 g / g de solo).
O coeficiente de atividade (CA) de uma fração granulométrica, abaixo de um determinado diâmetro, pode ser calculado pela Equação 4, sendo a razão entre o volume de azul de metileno consumido por 1 g de solo seco (Va) e a porcentagem que o solo contém desta fração (PF).
𝐶𝐴 = 100 ∗ (𝑉𝑎
Geralmente, o coeficiente de atividade é determinado para a fração considerada mais ativa do solo, correspondendo à fração argila (fração menor que 0,005 mm).
Barroso (2002) verificou a existência de forte concordância entre a caracterização da fração fina de solos pelo ensaio de azul de metileno com a classificação de solos MCT-M, proposta por Vertamatti (1988). A autora sugere a inclusão de três zonas (Figura 4) no ábaco de atividade de Fabbri (1994) para caracterizar o potencial de uso dos solos em pavimentação, justificando que mesmo solos considerados ativos (11 < CA < 80) podem ser empregados em sub-base, pois podem representar solos de comportamento transicional entre lateríticos e não-lateríticos.
Figura 4 – Zonas para caracterização do potencial de uso para pavimentação. Fonte: (BARROSO, 2002)
Os trabalhos de Bonini (2005), Felten (2005), Batista (2006), Santos (2006), Takeda (2006), Bastos et al. (2008), Alecrim (2009), Molinero Jr. (2010), Cunha (2014), Dutra e Vale (2016), Silva e Crispim (2017), aplicaram a técnica de adsorção de corante azul de metileno em solos tropicais utilizando o ensaio para caracterização da fração fina. Dos autores citados apenas Silva e Crispim (2017) não encontraram concordância satisfatória entre o coeficiente de atividade (CA) e a classe dos materiais determinada pela MCT, pois as amostras estudadas
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apresentaram coeficiente de atividade superior à 11, permitindo inferir comportamento ativo, e foram classificadas como lateríticas pela MCT.
No entanto, Fabbri (1994), avaliando a relação entre o coeficiente de atividade (CA) e a classificação MCT, concluiu que, praticamente, não existem solos de comportamento não laterítico com CA < 11, porém, percebeu que existem solos de comportamento laterítico cujos valores de CA se encontram acima de 11, limite para solos de comportamento pouco ativo.
O autor verificou que, em alguns casos, a discordância dos resultados estava associada à distribuição granulométrica, onde solos com granulometria bastante grosseira, curva contínua e pequena quantidade de finos podem levar a classificação MCT a não medir a nocividade dos argilominerais presentes.
Isso ocorre devido a classificação MCT estar baseada em ensaios de compactação, em que a relação entre a quantidade da fração fina e o volume de vazios é fundamental, ou ainda, a quantidade de finos não ser suficientemente grande, a ponto de implicar em comportamento não laterítico (FABBRI,1994).
Através do exposto percebe-se que o ensaio de adsorção de azul de metileno tem se mostrado eficiente para caracterização da fração fina de solos tropicais, permitindo, em alguns casos, distinguir solos de comportamento laterítico dos não lateríticos através do coeficiente de atividade.
6 METODOLOGIA
6.1 COLETA DAS AMOSTRAS
As amostras, preferencialmente, são solos já estudados em trabalhos desenvolvidos junto à Universidade do Estado de Mato Grosso – UNEMAT ou relacionados, pois, em geral, representam os materiais disponíveis na região norte do Estado de Mato Grosso.
O plano de estudo prevê a utilização de 8 amostras para realização da pesquisa. A Tabela 1 apresenta a classificação pedológica das amostras e suas situações. Na Figura 5 estão as localizações aproximadas dos pontos de coleta.
Tabela 1 – Classificação pedológica das amostras. Solo Sigla¹ 1 LVd 2 PVAd 3 Aqd 4 LEd 5 LVd 6 LEd 7 LVd
8 PVAd Todescatto Jr. e Crispim, 2015
coletado para coletar
Outras pesquisas Empresa Jr. Engenharia, 2018
Crispim, 2012 Del Paulo e Crispim, 2013 Del Paulo e Crispim, 2013
Dalla Roza, s.d. Todescatto Jr. e Crispim, 2015 Todescatto Jr. e Crispim, 2015 latossolo vermelho-amarelo distrófico
latossolo vermelho escuro distrófico latossolo vermelho-amarelo distrófico argissolo vermelho-amarelo distrófico
coletado coletado para coletar coletado para coletar coletado latossolo vermelho escuro distrófico
Classificação Pedológica¹ Situação latossolo vermelho-amarelo distrófico
argissolo vermelho-amarelo distrófico areia quartzosa distrófica
Fonte: SEPLAN (2001) e IBGE (2009)
A amostra do Solo 1 foi coletada em Nova Canaã do Norte e cedida pela Empresa Jr. Engenharia. A amostra do Solo 2 foi coletada por Crispim (2012).
O Solo 3 será coletado numa mancha de areia quartzosa entre as cidades de Vera e Feliz Natal, no trecho da MT-130. Para a amostra do Solo 4 será utilizado o material estudado por Del Paulo e Crispim (2013), coletado pelos autores nas proximidades da cidade de Santiago do Norte.
O Solo 5 será coletado na cidade de Sorriso. As amostras 6 e 7 são solos característicos da cidade de Sinop e foram cedidas de pesquisas desenvolvidas no Laboratório de Engenharia Civil da UNEMAT. O Solo 8, estudado por Todescatto Jr. e Crispim (2015), será coletado na cidade de Novo Progresso – PA.
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Figura 5 – Localização aproximada dos pontos de coleta das amostras.
Fonte: adaptado de (GOOGLE, 2018)
A quantidade de cada amostra foi estimada em 5 kg, considerando que, mesmo alguns dos solos possuindo resultados de ensaios contemplados na pesquisa, todos os dados aproveitados serão revisados e, sempre que possível, os ensaios serão executados novamente.
Na Tabela 2 encontra-se um resumo dos ensaios já existentes para os solos estudados.
Tabela 2 – Caracterização e classificação já existentes. Grossa Média Fina
1 2 3* 0,5 0,7 6,6 70,7 21,5 35 NP LA 4* 0,0 0,6 17,2 58,9 23,3 15 NP LA 5 6** 0,0 1,0 4,0 55,0 40,0 30 NP LA' 7** 0,0 1,0 6,0 32,0 61,0 36 13 LA'-LG' 8** 2,0 3,0 14,0 52,0 29,0 28 NP NS'/NP' Nota: Classificação conforme ABNT (2016e): pedregulho (2,00 ≤ φ < 60,00 mm), areia
grossa (0,60 ≤ φ < 2,00 mm), areia média (0,20 ≤ φ < 0,60 mm), areia fina (0,06 ≤ φ < 0,20 mm), silte + argila (φ ≤ 0,06 mm); *(DEL PAULO e CRISPIM, 2013);
**(TODESCATTO JR. e CRISPIM, 2015). LL (%) IP MCT % passante na peneira #200 Solo Pedregulho (%) Areia (%)
Os solos serão secos ao ar, destorroados manualmente, peneirados, homogeneizados e acondicionados em sacos plásticos devidamente identificados e armazenados no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade do Estado de Mato Grosso – UNEMAT, Campus de Sinop.
6.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO
Os ensaios e procedimentos empregados para caracterização das amostras estão elencados a seguir:
- Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização (ABNT, 2016a);
- Determinação da massa específica, da massa específica aparente e da absorção de água (ABNT, 2016b)
- Determinação do limite de liquidez (ABNT, 2016c); - Determinação do limite de plasticidade (ABNT, 2016d); - Análise granulométrica (ABNT, 2016e).
6.3 CLASSIFICAÇÃO MCT – MÉTODO DAS PASTILHAS
Para a execução do ensaio das pastilhas será utilizada a metodologia proposta por Nogami e Villibor (1994).
A amostra de solo a ser utilizada deve ser obtida por peneiramento e compreende cerca de 30 g da fração passante na peneira #40 (malha de 0,42mm). A amostra deve ser umedecida, de preferência, pelo menos 12 horas antes da realização do ensaio.
Serão moldadas 3 pastilhas de 20 mm de diâmetro e 5 mm de altura com o solo devidamente homogeneizado e na consistência ideal. Para tanto coloca-se a amostra de solo sobre uma placa de vidro esmerilhada e faz-se a espatulação até que se obtenha penetração na amostra de 1mm de uma agulha padrão. Geralmente, esse processo exige etapas de molhagem e secagem até obtenção da consistência adequada.
Após moldadas, as pastilhas serão secas em estufa a 60 ºC por no mínimo 6 horas e, depois de secas, serão medidas as contrações diametrais (Cd). Em
seguida, os anéis com as respectivas pastilhas devem ser transferidos para uma pedra porosa saturada para reabsorção de água por capilaridade.
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Durante a reabsorção devem ser observados e anotados eventuais alterações nas pastilhas, como surgimento de trincas e inchamento. Posteriormente, serão realizadas as medições de penetração nas pastilhas com o minipenetrômetro. Através dos resultados de contração diametral é possível obter o valor do coeficiente c’ e, em conjunto com os valores de penetração, o solo pode ser classificado conforme a Figura 2.
6.4 ENSAIO DE ADSORÇÃO – MÉTODO DA MANCHA
A execução do ensaio de adsorção de azul de metileno segue os procedimentos recomendados por Fabri (1994).
A amostra de solo a ser ensaiada deve ser seca ao ar, destorroada e peneirada a seco na peneira #200 (malha de 0,074 mm). Posteriormente, determina-se o teor de umidade da fração passante.
O roteiro a ser utilizado está descrito a seguir:
- pesar 1,00 g da fração passante na peneira #200 e colocá-lo em um becker juntamente com 100 ml de água destilada;
- colocar o becker contendo a suspensão solo+água destilada no agitador magnético e ligá-lo;
- adicionar 1 ml de solução padrão de azul de metileno ao becker através de uma bureta graduada e acionar o cronômetro;
- aguardar 1 minuto e, sem desligar o agitador, capturar uma gota de suspensão e pingá-la em uma folha de papel filtro;
- observar a difusão da gota no papel filtro, conforme indicado na Figura 6; o se houver, após a difusão, o surgimento de uma áurea azulada ou
esverdeada em volta da borda que circunda o núcleo escuro da mancha, aguardar 3 minutos e retirar outra gota da suspensão, observando novamente sua difusão. Caso a áurea persistir, após decorridos 3 minutos, o ponto de viragem foi atingido;
o se não houver o aparecimento da áurea ou esta desaparecer após os 3 minutos de espera, adicionar mais corante à suspensão até atingir o ponto de viragem;
- anotar o volume de solução padrão de corante azul de metileno (V) correspondente ao ponto de viragem do teste da mancha.
A Figura 6 destaca a ocorrência do ponto de viragem em uma amostra de solo, onde, após completa adsorção de corante, a mancha apresenta uma áurea ao redor do núcleo.
Figura 6 – Identificação do ponto de viragem. Fonte: (SANTOS, 2006)
6.5 COMPARAÇÃO DOS MÉTODOS
Os resultados dos ensaios de adsorção de azul de metileno, expressos em termos dos valores de azul (Va) e coeficientes de atividade (CA) serão confrontados com os obtidos da classificação MCT. Pretende-se, assim, verificar a existência de possíveis relações entre o comportamento do solo previsto pela MCT e a atividade dos argilo-minerais, inferida pelo consumo de corante no ensaio de azul de metileno, ou pelos coeficientes dele derivados.
7 CRONOGRAMA
ATIVIDADE 2018 2019
jul. ago. set. out. nov. dez. jan. fev. mar. abr. maio jun.
Revisão da bibliografia Coleta das amostras Procedimentos e ensaios preliminares Ensaio de adsorção Classificação MCT – método das pastilhas Tratamento estatístico Análise dos resultados
Revisão do texto Entrega final – TCC II
8 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
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