12148_5

4 Ensaios de Laboratrio

apresentada neste captulo a metodologia utilizada para as anlises fsicas, qumicas e mineralgicas do solo proveniente da rocha alcalina em estudo. Os procedimentos utilizados para os outros ensaios, citados posteriormente, tambm sero apresentados aqui.

O objetivo da realizao desses ensaios a caracterizao do solo evidenciando os parmetros que possam ser correlacionados com o grau de intemperismo e dessa forma contribuir para o melhor conhecimento sobre o comportamento do solo. Os trabalhos de amostragem do material esto descritos no captulo 03 desta dissertao.

A seguir so apresentados os ensaios realizados em laboratrio para caracterizao do solo.

Propriedades fsicas Anlise granulomtrica; Limites de Atterberg; Massa especfica dos gros; Porosimetria de mercrio.

Propriedades qumicas Anlise qumica total; Anlise qumica parcial; Determinao de matria orgnica, pH e condutividade eltrica.

Propriedades mineralgicas e micromorfolgicas Microscopia ptica (lupa binocular) na frao areia; Difrao de raios-X; Microscopia eletrnica de varredura MEV; Microscopia ptica em lminas de solo (micromorfologia).

Alm dos ensaios citados acima foram ainda realizados: ensaio de curva caracterstica de suco, pelo mtodo do

papel filtro, para determinao da suco matricial do solo; ensaio de compresso diametral (trao a diferentes

umidades) - Mtodo Brasileiro;

DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 0521513/CA

41

ensaio de desagregabilidade, com o objetivo de analisar o comportamento do solo sob a influncia da gua.

4.1. Caracterizao fsica

Para determinar as propriedades-ndice das amostras de solo foram executados os ensaios de caracterizao fsica. O material proveniente de amostras deformadas foi preparado conforme o procedimento da Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) e os ensaios foram realizados no Laboratrio de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. As normas utilizadas so citadas a seguir:

NBR 6457/1986 Amostras de Solos Preparao para Ensaios de Compactao e Caracterizao;

NBR 6457/1986 Teor de Umidade Natural; NBR 7181/1984 Solo Anlise Granulomtrica; NBR 6508/1984 Massa Especfica Real dos Gros; NBR 6459/1984 Solo Determinao do Limite de Liquidez; NBR 7180/1984 Solo Determinao do Limite de Plasticidade.

Atravs das amostras indeformadas foram obtidas as seguintes propriedades ndices:

Peso especfico real dos gros (s), s = s.g. Sendo s a massa especfica dos gros e g a acelerao da gravidade, onde g = 9,81 m/s2;

Peso especfico natural (nat), nat = nat.g. Onde a nat a massa especfica natural e g a acelerao da gravidade, sendo g = 9,81 m/s2;

Peso especfico seco (d), d = nat (1 + wnat). Sendo wnat a umidade natural do solo;

ndice de vazios (e), determinado pela correlao dos ndices, e = (s/d) 1;

Porosidade (n, %), determinada pela correlao dos ndices, n = e/(1 + e);

Grau de saturao (S, %), obtido atravs da correlao, S = s.wnat/e.w. Onde w a massa especfica da gua a uma temperatura de 4C (w=1g/cm3).


42

4.1.1. Anlise granulomtrica

A anlise granulomtrica foi realizada conforme a NBR 7181/1984. Como o solo em estudo constitudo de frao grossa e fina realizou-se esse ensaio por meio da granulometria conjunta, isto , peneiramento e sedimentao. Para a etapa correspondente sedimentao foram realizados ensaios com defloculante (hexametafosfato de sdio) e sem defloculante (gua destilada).

O ensaio de sedimentao foi executado com 50 g de solo passante na peneira 0,42mm (#40) colocado em 125ml de defloculante (hexametafosfato de sdio). Esse material ficou em repouso por 24 horas e ento foi submetido a disperso mecnica. Em seguida foi colocado em uma proveta de 1000ml onde o restante do volume foi completado com gua destilada para ento serem realizadas as devidas leituras. Aps as leituras o material foi colocado na peneira 0,075mm (#200) e submetido ao processo de lavagem com movimentos circulares e suaves. Por ltimo, foi levado estufa para secagem e pesagem. O processo de sedimentao utilizado para o solo sem defloculante, ou seja, com gua destilada, foi o mesmo apresentado anteriormente para os solos com defloculante, hexametafosfato de sdio.

4.1.2. Limites de Atterberg

Visando caracterizar a interao do solo com a gua, os ensaios de limite de liquidez e de plasticidade foram realizados segundo a NBR 6459/1984 Solo Determinao do Limite de Liquidez e a NBR 7180/1984 Solo Determinao do Limite de Plasticidade.

Atravs dos dados obtidos por meio desses ensaios e tambm de anlise granulomtrica foram determinados:

ndice de plasticidade (IP, %), obtido atravs da diferena entre o limite de liquidez (LL, %) e o limite de plasticidade (LP, %): IP = LL - LP

ndice de atividade das argilas (Ia), proposto por Skempton:

m

IPIa2% 1,25 ativo

4.1.3. Massa especfica dos gros

Para a determinao da massa especifica dos gros foi realizado o ensaio segundo a NBR 6508/1984 Massa Especfica Real dos Gros, utilizando amostras deformadas do solo. Foi misturado com gua destilada 25g do material destorroado e passado na peneira 0,42mm (#40) e deixado em repouso por 24 horas. Em seguida foi realizada a deaerao da mistura atravs da aplicao de vcuo at que no fossem mais detectadas bolhas de ar.

4.2. Porosimetria de mercrio

Quando um lquido colocado em contato com uma superfcie slida e no ocorrerem reaes qumicas ou dissoluo do slido pelo lquido, esse lquido ir penetrar no slido conforme o seu ngulo de contato. Quando esse ngulo entre o slido e o lquido superior a 90, como o caso do mercrio, o lquido no molha o slido, ou seja, no h formao de superfcie slido-lquido ficando o mesmo na forma de uma gota. Isso significa que, caso o mercrio seja colocado em contato com um material poroso, no haver intruso se no houver uma fora externa com intensidade superior a do mercrio (Gouvea, 2007).

Dessa forma, o mercrio utilizado para a determinao da porosidade de um material, pois um lquido no molhante para a maioria das substncias slidas e seu ngulo de contato elevado para os diferentes materiais. Possui uma tenso superficial alta (485 mN/m2) e tambm baixa reatividade qumica, em temperatura ambiente, com a maioria dos materiais.

De acordo com Diamond (1969), a base do mtodo de intruso de mercrio foi inicialmente introduzida por Washburn (1921) e subsequentemente aplicada por Ritter e Drake (1945), entre outros pesquisadores. Admitindo os poros de forma cilndrica, a relao entre a presso e o menor dimetro de poro que pode ser intrudido pelo mercrio foi proposta por Washburn (1921) pela equao (4-1):


44

onde: D, , e P so respectivamente dimetro do poro, tenso superficial do mercrio, ngulo de contato (mercrio e superfcie) e fora externa aplicada.

Atravs da equao (4-1) tem-se a relao entre o tamanho do poro e a presso necessria para que o mercrio seja introduzido, portanto quanto menor o poro maior ser a presso necessria para que o mercrio penetre no solo.

Dessa forma, se uma amostra de um slido poroso for colocada num recipiente provido de um capilar e for aplicado vcuo sobre a mesma, com o recipiente e capilar preenchidos com mercrio, medida que a presso aumenta sobre o mercrio esse ir penetrar nos poros da amostra reduzindo ento o nvel capilar.

Ao se registrar a reduo do nvel capilar, assim como o da presso aplicada no lquido, obtem-se uma curva porosimtrica que apresenta o volume dos poros do material, que foi penetrado pelo mercrio, a uma determinada presso. A representao tpica de uma curva de porosimetria de mercrio pode ser dada atravs da curva volume dV/dlogD x dimetro dos poros, que apresenta os intervalos de dimetros dos poros que esto presentes com maior freqncia na estrutura do solo. Outras curvas semelhantes tambm podem ser obtidas relacionando-se as presses aplicadas.

Ritter e Drake (1945), afirmam que o conhecimento do volume total de poros menos importante que o conhecimento da frao representativa do volume total de poros, isto , da distribuio dos tamanhos de poros significativos.

Para a execuo do ensaio foram encaminhadas trs amostras de solo ao Laboratrio da Fundao de Apoio Fsica e Qumica da Universidade de So Carlos. Essas amostras foram devidamente embaladas e protegidas de impactos mecnicos.

No laboratrio da Universidade de So Carlos as amostras foram cortadas, por meio de uma serra de ao, em formato cilndrico com dimenses de 15 mm de dimetro e 25 mm de altura. Em seguida ocorreu o processo de secagem das mesmas submetendo-as a uma temperatura de 40C, por 24 horas, eliminando assim todo o excesso de gua. Aps essa etapa as amostras foram colocadas no porosmetro e submetidas ao ensaio. A tenso superficial e ngulo de contato utilizados foram respectivamente 485 mN/m2 e 130 para todas as amostras ensaiadas.

PD cos4= , (4-1)


45

O equipamento utilizado foi o Micromeritics Poresizer 9320, Figura 4-1. Este equipamento investiga poros de dimetro a partir de 0,7mm a uma presso aplicada de aproximadamente 0,0017 MPa (0,17 atm) at poros de 0,000006mm ou 60 Angstrm de dimetro a uma presso aplicada de 212 MPa (2000 atm).

O ensaio consistiu em submeter cada amostra, disposta num porta-amostra e pesada em seguida, a uma aplicao de vcuo em uma cmara de baixa presso para que todo o espao vazio presente na microestrutura do solo fosse ocupado pelo mercrio, quando aplicado. Em seguida foram aplicadas manualmente presses pneumticas que variavam de 0,5 psi a 25 psi. Novamente o conjunto (amostra + porta-amostra + mercrio) foi pesado e submetido etapa de intruso do mercrio atravs da aplicao de presses, na cmara hidrulica e automtica de alta presso, que variavam de 25psi a 30000psi. Por timo, as presses foram reduzidas automaticamente at a presso de 25 psi ocorrendo ento a etapa denominada extruso.

Aps o processamento das informaes, foram adquiridos os dados relacionados s presses aplicadas, dimetro dos poros e volume de mercrio intrudido e, com base nesses valores, foram plotadas as curvas.

Figura 4-1 Micromeritics Pore Sizer 9320 - Laboratrio de Fundao de Apoio Fsica e Qumica da Universidade de So Carlos.


46

4.3. Caracterizao qumica

Nesse trabalho foram realizadas as anlises qumica total e qumica parcial que envolve o ataque sulfrico e complexo sortivo, assim como a condutividade eltrica, determinao de pH e matria orgnica. Esses dados contribuiro para uma anlise mais consistente do material correlacionando-os entre si e tambm com outras propriedades investigadas.

4.3.1. Anlise qumica total

Este ensaio tem o propsito de quantificar o teor dos compostos qumicos do solo abrangendo tanto os minerais primrios quanto os secundrios. Ele foi realizado no Laboratrio de Fluorescncia de Raios-X do Departamento de Geologia da UFRJ utilizando o mtodo da pastilha fundida com fluxo (tetra/metaborato de ltio) em um equipamento (espectrmetro de FRX) modelo PW 2400, marca Philips. Atravs desta anlise foram obtidos os teores de alumnio (Al2O3), slica (SiO2), potssio (K2O), titnio (TiO2), ferro (Fe2O3) e zircnio (ZrO2) nas amostras ensaiadas (solo e rocha).

Nessa anlise tambm foi especificado nas amostras de solo e rocha o ndice de perda ao fogo que, acredita-se, poder estar diretamente relacionado com o grau de intemperismo do solo, ou seja, quanto maior o ndice de perda ao fogo maior ser o grau de intemperismo do material estudado. Para a execuo desse ensaio, solo (destorroado passante na peneira 0,42mm - #40) e rocha (pulverizada) foram pesados e em seguida levados a mufla a uma temperatura de 950C por 30 minutos. Aps esse processo foram pesados novamente calculando assim a perda de massa denominada perda ao fogo.

4.3.2. Anlise qumica parcial

Atravs das anlises qumicas parciais foram realizados os ensaios de ataque sulfrico e complexo sortivo. Esses ensaios foram executados no Centro Nacional de Pesquisas de Solos (CNPS / EMBRAPA) de acordo com o Manual de Mtodos de Anlises de Solo (CNPS/ EMBRAPA 1997).

Como a frao argila que torna o solo mais ou menos ativo, foi realizado o ensaio de ataque sulfrico que decompe somente os minerais secundrios (argilominerais, oxi- hidrxidos de ferro e alumnio) e assim foram determinados,


47

em porcentagem, os teores de xido de silcio (SiO2), alumnio (Al2O3), ferro (Fe2O3) e titnio (TiO2). Dessa forma, foram calculados os ndices de intemperismo, Ki e Kr, que correlacionam a composio qumica presente no solo contribuindo para caracterizar o grau de intemperizao do mesmo. Esses ndices so obtidos atravs das equaes (4-2) e (4-3), respectivamente:

Como esses ndices esto diretamente relacionados ao grau de alterao do solo, quanto maiores os seus valores, menor ser o grau de intemperizao e para valores menores, maior o grau.

Os ctions trocveis presentes nas amostras de solo so determinados pelo ensaio de complexo sortivo, onde foram obtidas as quantidades de Ca2+, Mg2+, K+ e Na+ que quando somadas entre si obtm-se a soma de bases de cada amostra de solo. Atravs desses resultados possvel encontrar a capacidade de troca catinica do solo T (CTC), quando o valor encontrado na soma de bases acrescido do valor do Al3+ e H+. O valor T (CTC) indica qual a atividade das partculas, j que as mesmas apresentam cargas eltricas positivas e/ou negativas induzindo a reteno de ctions e/ou nions dependendo da diferena entre elas. A substituio isomrfica, que a substituio de um ction por outro na estrutura do argilomineral nas folhas de tetraedro de silcio e octaedro de alumnio, responsvel pelas cargas negativas no solo que, em geral, esto mais presentes que as positivas.

4.3.3. pH, matria orgnica e condutividade eltrica

Os ensaios para a determinao do pH e condutividade eltrica tambm colaboram na anlise comportamental do material de origem alcalina em estudo, pois indicam, respectivamente, o ndice de acidez do solo e a capacidade do mesmo em conduzir corrente eltrica. Esses ensaios foram realizados no Centro Nacional de Pesquisas de Solos (CNPS / EMBRAPA) conforme o Manual de Mtodos de Anlises de Solo (CNPS/ EMBRAPA, 1997).

Para especificar a quantidade de matria orgnica presente no solo foi determinado o teor de carbono orgnico por oxidao da matria orgnica com bicromato de potssio 0,4N. O valor obtido por meio desse processo foi

32

2

OAlSiO

Ki = (4-2)

)( 32322

OFeOAlSiO

Kr+

= (4-3)


48

multiplicado por 1,7 resultando na porcentagem de matria orgnica de cada amostra de solo. Esse procedimento foi executado no Centro Nacional de Pesquisas de Solos (CNPS / EMBRAPA) conforme o Manual de Mtodos de Anlises de Solo (CNPS/ EMBRAPA, 1997).

O teor de matria orgnica tambm foi obtido no Laboratrio de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. O procedimento consistiu em determinar a umidade inicial do material, eliminando a gua livre presente no solo, deixando-o na estufa por um perodo de 24 horas ou at peso constante a uma temperatura de 110C. Em seguida,o solo foi colocado na mufla a uma temperatura de 400C por um perodo de 04 horas. Com a diferena de peso do material, antes e depois de submetido temperatura de 400C, foi determinada a porcentagem de matria orgnica presente no material.

4.4. Caracterizao mineralgica

O estudo da mineralogia colabora significativamente para a classificao dos solos, pois possibilita a discriminao dos minerais presentes que indicaro as diferenas no comportamento do material devido ao grau de alterabilidade. A interao entre as anlises mineralgicas e outros ensaios muito importante, j que a caracterizao do material se torna difcil quando so executados ensaios que focam uma mesma anlise, isto , que no abrangem o comportamento do material em termos fsicos, qumicos, mineralgicos, entre outros. Essas anlises proporcionam uma identificao mais concreta dos constituintes do solo, pois evidenciam o seu comportamento.

4.4.1. Observao em lupa binocular

A anlise atravs da lupa binocular auxilia na identificao da composio dos constituintes do material, assim como na forma e grau de alterao dos gros. Essa anlise indica o grau de intemperismo do solo pela presena dos minerais intemperizveis, ou seja, quanto mais alterado estiver o material maior a quantidade de minerais pouco resistentes.

O material das trs amostras de solo (02, 03 e 04) submetido ao peneiramento foi preparado utilizando a classificao MIT. De acordo com esse critrio o material retido na peneira #200 composto por pedregulhos e areias (grossa, mdia e fina). As imagens foram adquiridas no Laboratrio de


49

Geocincias da UERJ FFP e a preparao e anlise dessas amostras foram realizadas no Laboratrio de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio.

4.4.2. Difrao de raios-X

A difrao de raios-X uma anlise essencial para a identificao dos argilominerais. Segundo Mitchell (1993), o tipo de argilomineral presente no solo um parmetro importante, pois controla as caractersticas superficiais da partcula, assim como o seu tamanho, forma, resistncia, expansibilidade e plasticidade.

Esse ensaio consiste na utilizao de um aparelho (difratmetro) onde h incidncia de raios-X sobre uma amostra de rocha ou solo. Atravs desse processo so obtidos os registros grficos (difratogramas) onde so apresentados os picos que representam as distncias interplanares entre as bases formadas pelos planos cristalinos do mineral. Esses picos correspondem a vrios ngulos de um gonimetro, onde atravs desses ngulos o espaamento cristalogrfico dos minerais pode ser calculado por meio da Lei de Bragg, equao (4-4):

onde: n um nmero inteiro, positivo e diferente de zero; o comprimento de onda do feixe de raios-X; d a distncia interplanar basal do mineral; e o ngulo de incidncia do feixe de raios-X

Na preparao das amostras foi procedida a secagem ao ar do solo e depois realizou-se o destorroamento e o peneiramento do mesmo na peneira 0,42mm (#40). Aps a preparao as amostras foram encaminhadas ao DCMM Departamento de Cincia dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio onde foram submetidas s anlises.

Com o objetivo de uma melhor determinao dos constituintes da frao argila foi realizado o ensaio em lminas orientadas pelo mtodo do gotejo. Esse ensaio consistiu em misturar o material proveniente do peneiramento na peneira 0,42mm (#40) ao defloculante (hexametafosfato de sdio) e deix-lo em repouso por 24 horas. A soluo ento foi colocada no dispersor e agitada por um perodo de 10 minutos e em seguida colocada numa proveta com capacidade de 1000 ml que foi completada com gua destilada. O material ficou em repouso por 24 horas e aps esse perodo foram retirados os primeiros 20 cm de lquido de

n. = 2.d.sen () (4-4)


50

cada proveta. Essas provetas foram completadas novamente com gua destilada at 1000 ml e agitadas manualmente para melhor disperso das partculas permanecendo em repouso por mais 24 horas.

Esse processo foi realizado repetidas vezes at que a gua estivesse completamente lmpida sem suspenso de partculas. Toda gua proveniente dos primeiros 20 cm de lquido, retirados das provetas, foi colocada em beckers que foram levados a estufa onde permaneceram at completa evaporao. Do material resultante de todo o processo foram confeccionadas as lminas atravs do mtodo do gotejo para a realizao das anlises posteriores.

O mtodo em si relativamente simples, pois consiste em preparar uma pasta bem diluda com o material proveniente da sedimentao e disp-lo em uma lmina de vidro gotejando-o com o auxlio de uma pipeta. Esse mtodo provm um melhor resultado, pois na sua realizao no foi imposta uma orientao das partculas. Como as argilas so formadas por partculas lamelares, com a evaporao da gua essas partculas sedimentam orientadamente, isto , tem uma orientao preferencial paralelas umas as outras intensificando seus picos diagnsticos.

Foram preparadas trs lminas de cada amostra, sendo elas, natural, aquecida e glicolada, para uma melhor anlise do comportamento do mineral presente no solo. As lminas naturais aps a secagem ao ar foram submetidas diretamente difrao de raios-X sem nenhum tratamento especfico. As lminas aquecidas foram colocadas na mufla a uma temperatura de 550C por um perodo de 04 horas e em seguida foi realizado o ensaio. As lminas glicoladas foram submeitdas a uma atmosfera de etilenoglicol por um perodo de 24 horas e em seguida levadas para a realizao do ensaio. Os tratamentos por meio de aquecimento e glicolagem foram realizados nas lminas, pois alguns minerais comportam-se de forma diferenciada quando submetidos ao tratamento trmico e outros so identificados por adsorverem entre as camadas basais o etilenoglicol que promove a expanso das mesmas. Todo esse processo de preparao das lminas foi realizado no Laboratrio de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio.

As anlises foram realizadas em um difratmetro da Siemens, modelo D-5000, Figura 4-2, com as seguintes caractersticas:

tubo de raios-X de cobre (1=1,5406 Angstrm); filtro monocromado de grafite; passo: 0,02 2 theta/1seg.; detector de cintilao;


51

corrente eltrica de 30mA; tenso de 40kV.

4.4.3. MEV Microscpio eletrnico de varredura

A tcnica da microscopia eletrnica de varredura (MEV) permite uma observao das amostras ampliadas em muitas vezes com boa resoluo de imagens, proporcionando a caracterizao morfolgica dos constituintes da rocha. Essa tcnica acoplada ao analisador de energia dispersiva (EDS) contribui significativamente na identificao da constituio qumica do mineral, pois permite a anlise detalhada do mesmo, assim como suas alteraes.

O uso em conjunto do EDS com o MEV de grande importncia na caracterizao petrogrfica e estudo petrolgico na geocincias. Enquanto o MEV proporciona ntidas imagens, o EDS permite sua imediata identificao. Alm da identificao mineral, o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuio de elementos qumicos por minerais gerando mapas composicionais dos elementos desejados (Alves, 2006).

O princpio de funcionamento do MEV consiste na incidncia de um feixe de eltrons de alta energia na superfcie da amostras onde ocorre uma interao e parte do feixe refletido e coletado pelo detector. As imagens so normalmente obtidas por eltrons secundrios (ES) que provm de interaes inelsticas entre os eltrons e a amostra ou podem ser adquiridas por eltrons retroespalhados (BSE) que provm de interaes elsticas entre os eltrons. As imagens obtidas por eltrons secundrios so mais utilizadas no MEV, pois fornecem imagem de maior resoluo com impresso tridimensional e fcil

Figura 4-2 Difratmetro de raios-X.


52

interpretao. J as imagens por BSE apresentam contraste de composio presente nas amostras analisadas.

Para a realizao do ensaio, pequenos torres de cada amostra de solo (02, 03 e 04) foram colocados na estufa a 40C por um perodo mnimo de 72 horas, tempo suficiente para secar as amostras com temperatura que no comprometesse as caractersticas dos argilominerais presentes nas amostras.

Em seguida as amostras foram encaminhadas ao laboratrio do DCMM Departamento de Cincias dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio e fixadas sobre um porta amostra metlico onde foram metalizadas com uma fina camada de ouro de forma a torn-las condutoras. As amostras foram dispostas num equipamento da marca Zeiss DSM 960, Figura 4-3, e ento foram realizadas as anlises.

Ressalta-se aqui, que as amostras foram preparadas em torres e no em lminas, como ocorre normalmente, pois a forma de torres permite uma viso espacial da disposio dos argilominerais presentes na amostra.

4.4.4. Micromorfologia dos solos

A micromorfologia dos solos destina-se a anlise microscpica de materiais provenientes de amostras indeformadas em lminas delgadas. Ela estuda as microorganizaes pedolgicas, pois permite detalhar o arranjo dos constituintes (esqueleto, plasma e fundo matricial) dos agregados, presentes nos horizontes de solo, suas relaes e grau de preservao face as adies ou perdas. Isso gera uma contribuio importante nas dedues dos processos pedolgicos envolvidos (Bertolino, 2004).

Figura 4-3 Microscpio Eletrnico de Varredura.


53

De acordo com Castro (2002), em resumo, os objetivos fundamentais da micromorfologia dos solos so:

identificar, nas diferentes fraes, os constituintes dos solos; definir as relaes existentes entre os constituintes (tipos de

organizao, hierarquia e cronologia das organizaes); formular hipteses ou demonstraes com relao dinmica

gentica e evolutiva dos solos, buscando esclarecer controvrsias sobre origem, evoluo e comportamento do mesmo.

Esses estudos so realizados atravs de equipamentos pticos e vm avanando expressivamente na anlise qualitativa e quantitativa da estrutura do solo e de sua porosidade, principalmente com o surgimento da anlise de imagens por meio digital.

O ensaio consiste na anlise de lminas delgadas de solo de amostras indeformadas. Para a confeco dessas lminas foram moldados cuidadosamente blocos em dimenses de 11 x 5,5 x 3,5 cm (caixa tipo Kubiena) e transportados para o Laboratrio de Laminao do Departamento de Geologia da UFRJ. No laboratrio os blocos foram secos ao ar e impregnados a vcuo com uma mistura de resina do tipo epxi, solvente (lcool etlico) na proporo de 5:2:1 e endurecedor. A essa mistura de impregnao foi adicionado o azul de metileno (corante) que colabora significativamente na caracterizao e estimativa da porosidade, pois penetra nos poros do solo identificando-os. As amostras quando necessrio foram re-impregnadas. Aps esse processo as lminas delgadas, dimenses de 6 x 2,5 cm, foram confeccionadas e depois analisadas atravs do microscpio petrogrfico no Laboratrio de Microscopia ptica do Centro Brasileiro de Pesquisas Fsicas CBPF, Rio de Janeiro, com o objetivo de examinar o arranjo espacial dos constituintes do solo, assim como a sua porosidade.

4.5. Ensaio de curva caracterstica de suco

A curva caracterstica de suco representa a relao entre a variao do teor de umidade e a suco do solo. De acordo com Marinho (1997) a presso isotrpica da gua intersticial, fruto de condies fsico-qumicas, que faz com que o sistema gua/solo absorva ou perca gua, dependendo das condies ambientais, aumentando ou reduzindo o grau de saturao pode ser definida como suco. Normalmente ela dividida em matricial e osmtica, sendo esta


54

dependente da concentrao qumica do solo e aquela dependente da estrutura e da composio. A suco matricial definida como a diferena entre a presso de ar e a presso de gua nos vazios e desaparece com a saturao do material. A soma da suco matricial com a osmtica denominada suco total e pode ser expressa atravs da equao (4-5):

onde, =tS suco total, =mS suco matricial e =omS suco osmtica

De Campos et al. (1992) diz que a suco mtrica pode ser composta por duas parcelas: suco capilar e suco de adsoro, conforme a equao (4-6):

onde, =mS suco matricial, =cS suco capilar e =adS suco adsorvida

De acordo com De Campos et al. (1997) a suco capilar est diretamente ligada com o nvel macroestrutural do solo, isto , est relacionada com os poros interligados por onde a gua flui devido ao gradiente de presso capilar. J a suco de adsoro est ligada hidratao dos argilominerais, ou seja, possui relao direta com o nvel microestrutural.

Dentre as diferentes tcnicas e equipamentos utilizados para a determinao da suco do solo, foi utilizada nessa pesquisa o mtodo do papel filtro (De Campos et al., 1992; Marinho, 1997; Villar 2002, Ramidan, 2003). Nesse mtodo, de acordo com Marinho (1994), o princpio utilizado se baseia em colocar um solo em contato com um material poroso que tenha capacidade de absorver gua, isto , a gua do solo passa para o material poroso at o equilbrio total do conjunto. Nesse estado de equilbrio tanto o material poroso quanto o solo tero a mesma suco, mas as umidades sero diferentes. Atravs da relao entre a umidade e a suco do material poroso possvel determinar a suco do solo, a mesma do material poroso (papel filtro), por meio da curva de calibrao que definida por equaes de acordo com o papel filtro utilizado.

O ensaio de curva caracterstica de suco pelo mtodo do papel filtro foi realizado no Laboratrio de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. A moldagem foi realizada por meio da cravao, nos blocos de solo, de anis de metal com dimenses mdias de 4,7 cm de dimetro e 2,0 cm de altura e massa aproximada de 13 g. Paralelamente a esse procedimento, o material proveniente da moldagem foi disposto em cpsulas para a determinao da umidade.

ommt SSS += , (4-5)

adcm SSS += , (4-6)


55

O conjunto (anel + solo) foi envolvido com filme plstico e disposto em uma caixa de isopor para manter a umidade natural do solo at que fossem obtidos os valores das umidades correspondente a cada anel. Com base nesses resultados foram estimadas as quantidades de gua, considerando uma faixa de teor de umidade entre o valor residual e de saturao, que deveriam ser acrescidas ou retiradas da amostra.

Aps a adio ou retirada de gua, sendo esta ltima pela secagem ao ar, o material foi novamente envolvido em filme plstico e disposto na caixa de isopor para que a umidade fosse totalmente distribuda no interior do corpo de prova de maneira uniforme. Essa etapa foi executada em trs dias.

Em seguida, o papel filtro proveniente diretamente da caixa foi colocado cuidadosamente em cada anel (topo e base) e mais uma vez os anis foram vedados e dispostos em repouso por 08 dias para que assim ocorresse a equalizao da suco nas amostras. Aps esse perodo os papis-filtro midos de cada amostra foram pesados em uma balana com preciso de 0,0001 g e dispostos na estufa por no mnimo 02 horas a uma temperatura entre 100 e 110C. Logo aps, eles foram retirados da estufa e pesados novamente para que fosse determinada a suco do solo. Os corpos de prova utilizados em todo o processo do ensaio tambm foram colocados na estufa para a determinao da umidade final do solo.

Com a obteno dos dados, provenientes desse ensaio, foram plotadas as curvas caractersticas de suco de cada amostra de solo. Com base nos pontos dessas curvas foi observada a necessidade de refazer o ensaio outras vezes para que as curvas obtidas se tornassem mais adequadas.

4.6. Ensaio de trao Mtodo Brasileiro

O ensaio de compresso diametral ou Mtodo Brasileiro foi desenvolvido em 1950 para analisar a resistncia trao do concreto. Mais tarde, o mesmo mtodo foi utilizado para solos e rochas (Krishnayya & Eisenstein,1974; Maciel, 1991; Aluko & Koolen, 2000; Favaretti, 1995; Vilar, 2002; Ramidan, 2003).

De acordo com Krishnayya e Eisenstein (1974), o ensaio brasileiro j foi utilizado para a determinao da resistncia trao em diferentes tipos de materiais. Eles afirmam que esse ensaio tem muitas vantagens em relao a outros mtodos utilizados para a avaliao do mesmo parmetro, tais vantagens so: facilidade na preparao e manuseio da amostra, o equipamento


56

necessrio para a execuo do ensaio semelhante ao utilizado para o ensaio da compresso simples, a ruptura relativamente insensvel s condies de superfcie e planos de compactao da amostra e tem incio na regio de trao considerada relativamente uniforme, os resultados so mais consistentes do que os obtidos em outros tipos de ensaio e, para materiais frgeis, o ensaio est apto a fornecer boas medidas de resistncia uniaxial.

Teoricamente, o mtodo consiste na aplicao da carga em corpos cilndricos, perpendicular aos eixos verticais de simetria, na qual a tenso exercida a resistncia trao e pode ser expressa utilizando-se a relao expressa pela equao (4-7):

onde: P = carga mxima do ensaio de compresso diametral; d = o dimetro da amostra; h = altura ou espessura da amostra.

Segundo Krishnayya & Eisenstein (1974), a relao citada acima no rigorosamente adequada para materiais que possuem mdulos de elasticidade diferentes, na trao e na compresso, como o caso dos solos.

Nesse caso no h diferenas significativas, pois o objetivo principal desse trabalho no a determinao precisa do valor da resistncia trao, mas uma avaliao qualitativa dos resultados de forma a correlacionar a resistncia trao do solo obtida aqui, com o teor de umidade das amostras de solo e, consequentemente, a suco correspondente obtida nas curvas caractersticas de suco.

Dessa forma, os ensaios foram realizados em amostras de dimetro de 7,15 cm e espessura/altura de 2,0 cm, adotando o mesmo procedimento utilizado por Maciel (1991). Destaca-se aqui, que na amostra 02 a maioria dos corpos de prova foi moldada com dimenses inferiores as demais amostras (dimetro de 5,05 cm e espessura/altura de 2,0 cm) devido a pouca quantidade de material. Os corpos de prova foram moldados cuidadosamente nos blocos indeformados e do material proveniente da moldagem foram determinadas suas respectivas umidades. Em seguida, as amostras foram colocadas na prensa e ento aplicada a carga com velocidade controlada de 2 mm/min (Maciel, 1991) onde as leituras da carga aplicada foram realizadas por uma clula de carga acoplada a um sistema de aquisio de dados. Aps o rompimento da amostra a mesma foi pesada e levada estufa por um perodo de 24 horas para que a umidade fosse determinada.

dhP

t pi

2= , (4-7)


57

4.7. Ensaio de desagregabilidade

Este ensaio tem por objetivo a anlise do comportamento das amostras de solo sob a influncia da gua. A metodologia aqui adotada a mesma utilizada por Ramidan (2003), Brant (2005), Oliveira (2006), entre outros.

O ensaio consistiu na moldagem de corpos de prova de forma cbica com dimenses de 6,0 cm de lado, provenientes de blocos indeformados, correspondentes as amostras de solo 02, 03 e 04. Aps a moldagem eles foram dispostos em duas bandejas com gua, cada uma com um corpo de prova de cada amostra, onde foi aplicado o seguinte procedimento:

Na primeira bandeja, cada corpo de prova foi colocado sobre uma pedra porosa com papel filtro sobreposto, inicialmente sob o mesmo nvel dgua correspondente altura da base das amostras. O conjunto permaneceu nessas condies por um perodo de 30 minutos e em seguida o nvel dgua foi elevado at atingir 1/3 da altura total da amostra onde foi mantido por 15 minutos.

Aps isso, a amostra foi imersa por mais 1/3 de sua altura total de forma que 2/3 de sua altura estivessem submersos e ento mantidos por mais 15 minutos. Por ltimo, o nvel dgua foi aumentado de mais 1/3 totalizando 3/3 da altura da amostra, isto , imerso total da mesma. Os corpos de prova ficaram submetidos a essas condies at 24 horas aps o incio do ensaio.

Na segunda badeja, as trs amostras tambm foram dispostas sobre suas respectivas pedras porosas cobertas por papel filtro e em seguida submersas totalmente por um perodo de 24 horas, onde foram registrados os comportamentos das amostras nos perodos correspondentes a 15, 30 e 60 minutos.


12148_5

Documents