IV EREEC Teresina - PI 15 a 17 de agosto de 2018

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15 a 17 de agosto de 2018

CARACTERIZAÇÃO DE SOLOS NA REGIÃO NORTE DO CEARÁ

Ana Raina Carneiro Vasconcelos ([email protected]) Francisco Jones Ribeiro Lopes Filho ([email protected])

Linda Beatriz Gomes Ramos ([email protected]) Maria Erotildes Bastos Viana ([email protected])

Vanda Tereza Malveira Costa ([email protected])

Resumo: A caracterização dos solos se faz imprescindível para definição de suas propriedades físicas qualitativa e quantitativamente.

Com o objetivo de conhecer os tipos de solo em municípios que circundam a cidade de Sobral, sede da Universidade Estadual Vale do Acaraú (UVA), foram analisadas 36 amostras e realizado ensaios de peneiramento e plasticidade de acordo com normas pertinentes. Ao todo, foram coletadas amostras nos municípios de Cariré, Santana do Acaraú, Tianguá, Varjota, Meruoca, Mucambo, Coreaú, Granja, Groaíras, Hidrolândia, Itapipoca e Cruz. De acordo com recomendações normativas, os solos foram destorroados após secarem na estufa, passaram por peneiramentos e, quando necessário, foi-se realizado os limites de liquidez e de plasticidade, baseados na NBR 6459:2016 Versão Corrigida: 2017, NBR 7180:2016 Versão Corrigida: 2016 e NBR NM 248:2003. Percebe-se uma uniformidade nos resultados da classificação dos solos comprovando, na prática, que a região norte do estado do Ceará tem uma predominância de areias com pouca porcentagem de finos tendo de ser analisada pela sua graduação. Para ilustração dos resultados, foi elaborado um mapa geotécnico de solos das cidades abrangidas nas práticas a fim de conhecer as características acerca desses materiais.

Palavras-chave: Solo. Peneiramento. Limite de liquidez. Limite de plasticidade.

INTRODUÇÃO

A importância de conhecer o solo é indiscutível para qualquer obra do campo da engenharia. Para os ge- otécnicos da engenharia civil, o solo aparece como material de construção ou de fundação; para os engenheiros de minas, como material de extração; e para o engenheiro agrônomo como camada para plantação. O mapeamento dessa interação da rocha, atmosfera e hidrosfera junto com processos de intemperismos são essenciais.

Por conseguinte, de acordo com o engenheiro civil e professor Caputo (2004), em seu livro Mecânica dos So- los e suas Aplicações, o primeiro requisito para se abordar qualquer problema de Mecânica dos Solos abrange o conhecimento das condições do subsolo, o reconhecimento da disposição, natureza e espessura das suas ca- madas, assim como das suas características, com respeito ao problema em exame.

Em busca da caracterização dos solos na região norte do Ceará foi estabelecido um estudo de caso mais especificadamente com as cidades circunvizinhas do município de Sobral que são: Cariré, Santana do Aca- raú, Tianguá, Varjota, Meruoca, Mucambo, Coreaú, Granja, Groaíras, Hidrolândia, Itapipoca e Cruz¹. A cata- logação dos materiais coletados nas 12 cidades deu-se primeiramente pela classificação do tamanho dos grãos.

Apenas baseados na distribuição granulométrica é que as propriedades físicas poderão ser avaliadas. Só a partir dessa análise pode-se seguir para a próxima classificação que foi determinada pelas porcentagens que passam nas peneiras do peneiramento. Assim, um solo pode ser denominado pela sua forma de graduação e uniformidade ou pela sua quantidade de finos presente no todo.

1 A escolha de tais cidades, tendo como área nuclear o município de Sobral, ocorreu em função dos membros do Grupo de Estudos Mecânica dos Solos/Laboratório serem dessas cidades e facilitarem a coleta do material para a pesquisa ora apresentada.

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O solo pode ser definido pelos ensaios para avaliação de suas características físicas como resistência e permeabilidade. Assim, pode ser determinado se esta camada tem consistência ou coesão, aspectos positivos e negativos na fundação, empecilhos que poderão ocorrer em obras usando aquele tipo de grão, o uso ideal do material, entre outros. Dessa forma, o objetivo do trabalho é que, através de classificações de acordo com o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS), possa-se conhecer cada vez mais o solo das cidades abrangidas e resultar em outros possíveis temas de pesquisa acerca das consequências das caracterizações desses materiais.

1. CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS

Nessa seção, foram abordados os procedimentos realizados nos ensaios para obtenção de informações, juntamente com os critérios levados em consideração para caracterizar os solos, ressaltando as proximidades dos resultados. Além disso, foi apresentado o mapa estabelecido através de plataformas computacionais gráfi- cas desenvolvendo-se através de dados do Google Earth, com sistema de coordenadas UTM, com marcadores indicando os locais onde foram feitas as coletas.

1.1 Processos para a classificação dos solos

O estudo foi realizado no Laboratório de Solos do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia (CCET) da Universidade Estadual Vale do Acaraú (UVA), em Sobral/CE, com amostras de solos de cidades circunvizinhas a Sobral. Com base em dados coletados de 1982 a 2012 pelas estações meteorológicas e disponibilizadas pelo site Clima: Ceará (2018), o clima predominante desses municípios é tropical, com uma média de temperatura de 26,4 ºC e uma precipitação média anual de 1064 mm.

O estado do Ceará é constituído por 184 municípios, dentre os quais foram escolhidas as 12 cidades supracitadas. Cada amostra de solo foi referenciada através do Sistema Universal Transverso de Mercator (UTM).

De acordo com a NBR NM 26:2009, amostra de campo é a porção que representa um lote de agregados, seja na fonte de produção, armazenamento ou transporte, reunindo-se várias amostras parciais em número suficiente para os ensaios de laboratório. Deste modo, a coleta é tão importante quanto o ensaio. Por isso, de- vem ser tomadas medidas necessárias para que se obtenha amostras representativas quanto as suas naturezas e características.

Para o processo de extração do solo, inicialmente, foi feita uma análise visual procurando-se sempre um campo nativo com a mínima quantidade de matéria orgânica possível. Posteriormente, adotou-se o padrão da retirada de 50 cm de profundidade: os primeiros 10 cm foram eliminados pela possível presença de material orgânico e os 40 cm restantes foram coletados em um saco plástico, somando-se uma média de 2 kg de solo².

Com o recebimento dos solos seguiu-se a NBR NM 248:2003, onde cada amostra foi colocada em ban- dejas com 1,5 kg de massa e etiquetados com o nome de suas respectivas cidades. Foram postos na estufa por um período médio de 24 horas a uma temperatura entre 100 e 105ºC para retirada da umidade natural. Após esse processo, os solos foram apiloados e separados em 3 amostras de 400 g, que foram postas separadamente no agitador mecânico de peneiras por um tempo de 20 minutos. Em seguida, cada peneira foi agitada manual- mente por cerca de um minuto. As peneiras utilizadas no processo foram as de número: 3/8 (9,52 mm), 4 (4,75 mm), 16 (1,18 mm), 40 (0,425 mm), 100 (0,125 mm) e 200 (0,075 mm)³. A massa retida em cada peneira foi pesada e anotada para posterior classificação do solo.

A classificação foi realizada de acordo com o Sistema Unificado de Classificação de Solos, o qual foi proposto por Casagrande (1942). Esse sistema classifica os solos em duas categorias: solos grossos (pedregulhos e areias) e solos finos (siltes e argilas). Para a granulação grossa, é necessário que o material que passa pela peneira nº 200 seja menor que 50%. Quanto a sua subdivisão, se o valor passante pela peneira nº 4 for maior que 50%, o solo é arenoso e se for menor, é tido como pedregulho. No que se refere à granulação fina, o

2 O solo orgânico, pelo ponto de vista geotécnico, é considerado o pior tipo de solo, pois, por ser provido de decomposições, forma- -se um material fibroso de alta compressibilidade e baixíssima resistência.

3 Optou-se pela utilização dessas peneiras por serem as únicas disponíveis no laboratório.

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material que passa pela peneira nº 200 deve ser maior que 50% e para classificá-los, é preciso realizar o teste de sedimentação. Devido à classificação dos solos coletados constituírem apenas solos grossos, estes serão ca- racterizados pela quantidade de material fino retido na peneira nº 200. Se a massa der maior que 12% da massa total na peneira de 0,002mm, classifica-se através dos limites de liquidez e de plasticidade. Caso seja menor, irá ser nomeado pelos coeficientes de curvatura e de uniformidade.

O teste de liquidez foi baseado na NBR 6459:2016 Versão Corrigida: 2017. Para a realização desse ensaio foi umedecido 200 g de amostra de solo, como determina a NBR 6457:2016 Versão Corrigida: 2016, até que se formasse uma massa uniforme. Parte da pasta foi posta no aparelho de Casagrande⁴ e moldada em sua concha, de modo a eliminar todas as bolhas de ar no interior da mistura. Uma ranhura foi feita com o cinzel, dividindo a massa de solo em duas partes. Em seguida, a concha foi golpeada contra sua base até que a ranhura se fechasse ao longo de 13 mm de comprimento. Os testes validados foram aqueles em que a ranhura se fe- chou em um intervalo de 15 a 35 golpes, para que assim o gráfico de determinação do limite de liquidez, onde o solo se fecha com 25 galopes, fosse determinado com maior precisão. A pequena quantidade de material que se uniu junto as bordas foi transferida para um recipiente e imediatamente pesado.

A norma adotada para o limite de plasticidade foi a NBR 7180:2016. Uma pequena amostra de solo pro- veniente do limite de liquidez foi retirada para a realização desse ensaio. O material foi moldado em formato de esfera em prol de obter uma uniformidade e posteriormente comprimido sobre uma placa de vidro porosa até a formação de um bastão cilíndrico de 3 mm de diâmetro. Feito isso, o material de formato cilíndrico foi colocado em um recipiente e pesado.

As amostras úmidas pesadas para a obtenção dos limites de plasticidade e liquidez foram colocadas na estufa nas mesmas condições de temperatura e tempo utilizadas inicialmente. O material seco foi pesado, pos- sibilitando, assim, o cálculo percentual do teor de umidade das amostras para os dois limites de Atteberg⁵.

O coeficiente de uniformidade (Cu) é a razão entre os diâmetros correspondentes a 60% e 10%, tomados na curva granulométrica. Esta relação indica a falta de uniformidade, uma vez que seu valor diminui à medida que o material se torna mais uniforme. A classificação desse coeficiente é dada da seguinte forma: Cu < 5, para solos muito uniformes; 5 < Cu < 15, os que possuem uniformidade média; Cu > 15 para os não uniformes.

O coeficiente de curvatura (Cc) fornece a razão entre o quadrado do diâmetro correspondente a 30% e a multiplicação dos diâmetros correspondentes a 60% e 10%. Esta relação permite detectar descontinuidades na curva. Esse coeficiente é classificado da seguinte forma: 1 < Cc < 3 os solos serão bem graduados; Cc < 1 ou Cc > 3 configuram-se como solos mal graduados.

2. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A análise da quantidade de pedregulhos, areias, siltes e argilas se faz imprescindível para notar as vá- rias formas de classificar estes solos. Assim, a partir da curva granulométrica, é possível distinguir a tendên- cia da curva quanto a uniformidade, graduação e quantidade de finos. Em relação aos resultados obtidos pelas médias dos peneiramentos, tem-se, de acordo com o SUCS, em 41,67% de areia mal graduada presente em Cariré, Cruz, Groaíras, Hidrolândia e Meruoca; em 33,33% de areia bem graduada presente em Granja, Itapi- poca, Mucambo e Varjota; e em 25% presente em Coreaú, Santana do Acaraú e Tianguá, conforme mostrado nos gráficos.

4 O aparelho de Casagrande, instrumento utilizado para a determinação do limite de liquidez, recebe esse nome em homenagem ao seu fundador, o engenheiro Arthur Casagrande.

5 Os imites de Atteberg, testes e ensaios que permitem definir os limites de liquidez e de plasticidade, recebem tal nome em homenagem ao seu fundador, Albert Atteberg.

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Figura 1.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Cariré

Fonte: Própria, 2018.

Figura 2.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Coreaú

Figura 3.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Cruz

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Figura 4.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Granja

Figura 5.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Groaíras

Figura 6.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Hidrolândia

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Figura 7.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Itapipoca

Figura 8.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Meruoca

Figura 9.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Mucambo

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Figura 10.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Santana do Acaraú

Figura 11.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Tianguá

Figura 12.

Gráfico do ensaio de peneiramento das três amostras coletadas em Varjota

Os solos arenosos, classificação obtida pelos solos analisados em sua totalidade, são aqueles cujas di- mensões dos seus grãos estão compreendidos entre 0,075mm e 2mm. No que se refere ao uso desse material granular, quando estradas são construídas sobre estes, sua capacidade de penetração não se compromete em épocas chuvosas e não se forma poeira em épocas secas, sendo bem aplicados na região. Isto porque seus grãos são suficientemente pesados para não serem levantados quando há passagem dos veículos. Em termos de com- portamento, a argila é oposta a areia. Devido à sua plasticidade e capacidade de aglutinação, o solo argiloso é usado há anos como argamassa de assentamento, argamassa de revestimento e na preparação de tijolos, de acordo com o site Fórum da Construção (2014).

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Para os solos com porcentagem de finos menor que 12%, foram analisados os D10, D30 e D60 dos gráfi- cos de granulometria. Foram obtidos seus respectivos coeficientes de curvatura (Cc) e uniformidade (Cu). Os coeficientes de curvatura variaram de 0,74 a 1,34, enquanto os coeficientes de uniformidade variaram de 2,00 a 11,13. Os valores dos coeficientes são mostrados na tabela a seguir.

Tabela 1. Coeficientes de curvatura (Cc) e de uniformidade (Cu)

Solo D10 D30 D60 Cc Cu

Cariré 0,16 0,26 0,57 0,74 3,56

Cruz 0,16 0,21 0,32 0,86 2,00

Granja 0,072 0,17 0,3 1,34 4,17

Groaíras 0,36 0,68 1,6 0,80 4,44

Hidrolândia 0,12 0,27 1,17 0,52 9,75

Itapipoca 0,096 0,18 0,33 1,02 3,44

Meruoca 0,07 0,19 0,63 0,82 9,00

Mucambo 0,08 0,23 0,64 1,03 8,00

Varjota 0,062 0,23 0,69 1,24 11,13

Para o segundo tipo de classificação, a graduação e o fato de conterem finos acima de 12%, no caso da argila em 3 cidades, foram relevantes nesse trabalho. Em relação aos solos de Coreaú, Santana do Acaraú e Tianguá foram encontrados grande amplitude nos teores de argila. Os limites de liquidez estiveram inclu- sos entre 15 a 31,95%, e os limites de plasticidade (LP) variaram de 1,5 a 1,68% nos solos plásticos. Os solos remanescentes não possuem LP devido à sua textura mais arenosa. Assim, os índices de plasticidade (IP) variaram entre 7,9 e 30,27%. Conforme a classificação sugerida por Jenkins (CAPUTO, 1987), não há solos fracamente plásticos (1 < IP < 7), enquanto Coreaú e Tianguá são medianamente plásticos (7 < IP < 15) e San- tana do Acaraú que é altamente plástico (IP > 15). Na Tabela 2 são mostrados os resultados obtidos através dos testes de liquidez e de plasticidade.

Tabela 2. Limites físicos de liquidez (LL), de plasticidade (LP) e índices de plasticidade (IP)

Solo LL LP IP

Coreaú 15% 1,50% 13,50%

Santana do Acaraú 31,95% 1,68% 30,27%

Tianguá 9,49% 1,59% 7,90%

Nos solos avaliados não foi observada correlação entre o teor de argila e o IP. Isso pode ser devido ao predomínio de argilominerais com menor superfície específica, os quais diminuem a capacidade da fração argila de interagir com a água e reduzem o efeito lubrificante desta, não ocorrendo o deslizamento das partículas finas uma sobre as outras, o que reduz o IP do solo.

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2.1 Mapeamento dos Solos

A obtenção das coordenadas geográficas das amostras de solos foi realizada a partir da utilização do aplicativo “Google Earth”, onde buscando as localidades de coleta das amostras, foi possível adquirir suas respectivas coordenadas em latitude e longitude. Em seguida, utilizando um conversor, proporcionou a transfor- mação para coordenadas em “UTM”, usando a zona 24, referente ao Ceará, conforme a tabela 3. Dessa forma, ao utilizar a Universal Transversa de Mercator, a projeção mais utilizada no mundo, há uma maior facilidade na interpolação de coordenadas, medidas de distâncias, cálculo de ângulos e cálculo de áreas, de acordo com o site MundoGeo (2013).

Tabela 3. Coordenadas UTM dos pontos de coleta

Local Longitude Latitude

Cariré 336989.00 m E 9563890.00 m S

Coreaú 298823.38 m E 9602228.78 m S

Cruz 366268.37 m E 9675529.69 m S

Granja 297638.50 m E 9654917.39 m S

Groaíras 345629.32 m E 9567112.88 m S

Hidrolândia 344304.00 m E 9512181.00 m S

Itapipoca 433190.72 m E 9619218.89 m S

Meruoca 336499.92 m E 9602881.02 m S

Mucambo 307819.71 m E 9575418.81 m S

Santana do Acaraú 366048.00 m E 9624531.00 m S

Tianguá 277918.53 m E 9587128.49 m S

Fonte: Google Earth, 2018.

A partir da utilização de plataforma de análise e geoprocessamento, foi possível a construção de um mapeamento da região em estudo. Segundo o site Brasil Escola, um mapa temático é utilizado para a represen- tação gráfica da superfície terrestre, podendo ser ilustrada com diversos tipos de critérios, utilizando legendas e símbolos para designar diferentes aspectos do espaço geográfico. Na Figura 13, o critério utilizado para sua representação foram as localizações das coletas realizadas nas cidades supracitadas.

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Figura 13. Mapa temático do Ceará

Dessa forma, foi representado o estado do Ceará, com seus respectivos pontos de coletas de solos utilizadas na pesquisa. Assim, analisa-se mais proporcionalmente a localização, proximidade e zoneamento dos pontos em relação a suas próprias cidades e em relação ao estado.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

Analisar o solo é conhecer suas utilidades e proposições, facilitando os meios de trabalho de engenheiros e outros profissionais ligados à área. A caracterização que abrange o tipo de material, seu nível de gradu- ação e presença de finos definem os pormenores de todas as obras e ressaltam a necessidade de estudos de consequências, aspectos positivos e negativos e soluções para problemas presentes e futuros.

Pode-se concluir que os solos coletados, apesar de localizarem-se com significante distância, apresen- tam uma regularidade em relação as suas denominações. Assim, como em materiais mal graduados há seme- lhança de tamanhos de grãos, em bem graduados há uma gradação de dimensões e a presença de argila com grande coesão, o solo cearense atribuído a estes pontos isolados configura-se de grande utilidade. Demonstra- do em mapa geotécnico, a análise dos solos caracteriza as coordenadas das 12 cidades selecionadas na região norte do Ceará.

Recomenda-se, para trabalhos futuros a complementação de dados para consolidar o mapa de solos da região.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Associação de Normas Técnicas (ABNT). NBR 6457:2016 Versão Corrigida: 2016 – Amostras de Solo – Pre- paração para ensaios de compactação e ensaios de caracterização.

Associação de Normas Técnicas (ABNT). NBR 6459:2016 Versão Corrigida: 2017 – Solo – Determinação do limite de liquidez.

Associação de Normas Técnicas (ABNT). NBR 7180:2016 – Solo – Determinação do limite de plasticidade.

Associação de Normas Técnicas (ABNT). NBR NM 248:2003 – Agregados – Determinação da composição granulométrica.

Associação de Normas Técnicas (ABNT). NBR NM 26:2009 – Agregados – Amostragem.

CAMPOS, Arq. Iberê M. “Conheça os três tipos de solo”; Fórum da Construção. Disponível em: <http://www.

forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=9&Cod=59>. Acesso em: 05 de maio de 2018.

CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6. ed. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, 1987. 219 p.

MERKEL, Alexander. “Clima: Ceará”; Dados Climáticos Para Cidades Mundiais. Disponível em: <https://

pt.climate-data.org/region/212/>. Acesso em 06 de junho de 2018.

PENA, Rodolfo F. Alves. “Mapas temáticos”; Brasil Escola. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/

geografia/mapas-tematicos.htm>. Acesso em: 03 de maio de 2018.

SILVA, Célio Henrique Souza. Coordenadas Topográficas x Coordenadas UTM. Disponível em: <http://mundogeo.com/blog/2013/06/05/coordenadas-topograficas-x-coordenadas-utm/>. Acesso em: 05 de junho de 2018.

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

212 p. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA - EMBRAPA. Centro Nacional de Pes- quisa de Solos. Sistema brasileiro de classificação de solos. 2. ed. Rio de Janeiro, Embrapa Solos, 2006. 306 p.