Nota de segurança importante: Este é um texto profissional de arquivo, não um manual atual de laboratório ou de campo. Os procedimentos descritos incluem mercúrio, chamas abertas, aquecimento, parafina e outros equipamentos e materiais que podem ser perigosos ou inaceitáveis atualmente. Não os aplique sem normas válidas, avaliação de riscos, fichas de dados de segurança, laboratório adequado e supervisão profissional. O texto não faz parte da oferta atual de produtos e serviços de Savo Kusić.
Determinação do peso volumétrico do solo
Existem vários métodos de determinação do peso volumétrico do solo, dos quais descreveremos os mais utilizados: o método do cilindro, o método com imersão da amostra em água, o método com imersão da amostra em mercúrio e o método com areia.
Procedimento com cilindro
Este procedimento é o mais utilizado e é realizado em campo e em laboratório. É aplicado em solo ligado e não ligado.
Um cilindro metálico de volume conhecido, com borda inferior afiada, é pressionado no solo ou em uma amostra não perturbada ou compactada artificialmente, de modo que fique completamente preenchido com massa de solo. Em seguida, a superfície da amostra é nivelada com uma faca nas bordas superior e inferior do cilindro e imediatamente fechada com tampas metálicas e pesada em balança.
Se W é o peso da amostra com cilindro e tampas, W0 é o peso do próprio cilindro com tampas, V é o volume do cilindro
densidade do solo γ é:
γ = (W - WP)/V
O procedimento com imersão da amostra em água
Este procedimento é baseado na propriedade física de que o volume de um corpo imerso em água é igual ao volume de água deslocada. É usado apenas para solo ligado, quando uma amostra de forma geométrica regular não pode ser obtida.
Do solo não perturbado ou de uma amostra maior, um pedaço de amostra em forma de macaco é retirado e seu peso W em seu estado natural é medido em uma balança. Em seguida, a amostra é coberta com parafina derretida, que não deve estar muito quente, mas apenas o suficiente para derreter. Uma fina camada de parafina 1-2 mm deve cobrir completamente toda a amostra. Em seguida, a amostra com parafina é pesada em uma balança e obtém-se o peso W’. O peso da parafina é W’ – W.
O volume de parafina VP, obtido da forma: VP * γP = W’ – W,
onde γP é o peso volumétrico da parafina, que é conhecido e equivale a γP = 0,892 p/cm3.
Da equação acima temos: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Fig. 1. Determinação do peso volumétrico do solo submergindo a amostra em água
Em seguida, a amostra embrulhada em parafina é pendurada em uma balança com um fio de seda fino (fig. 1), a balança é equilibrada e imediatamente um recipiente com água destilada é colocado sob a amostra, de modo que toda a amostra fique submersa em água. Como, devido à aparente perda de peso da amostra na água, o equilíbrio da balança é perturbado, este é restabelecido retirando os pesos, para que se obtenha o peso da amostra com parafina imersa na água W. A diferença no peso da amostra com parafina no estado não submerso e submerso dá o peso da água deslocada, ou seja, se o peso volumétrico da água YW = 1,00, o volume de água deslocada Vw
Do volume Vw, subtraímos o volume da parafina VP e obtemos o volume da amostra.
A densidade do solo é: γ = W/(Vw – VP)*m
onde m é o coeficiente de correção devido à diferença na temperatura da água, já que Y = 1,0 para a temperatura da água em 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Procedimento com imersão de amostra em mercúrio
Este procedimento é aplicado para solos ligados, também nos casos em que é necessário abrir mão da coleta de uma amostra de formato geométrico regular, como é o caso, por exemplo, na determinação dos limites de retração do solo.
Fig. 2. Determinação do peso volumétrico do solo por imersão da amostra em mercúrio
A amostra é imersa em um recipiente totalmente preenchido com mercúrio (fig. 2) e com o auxílio de uma placa de vidro com finas pontas de metal é prensada para que fique completamente imersa em mercúrio. O mercúrio prensado é despejado em um recipiente maior, de onde seu peso é retirado e medido. Se W é o peso da amostra, Wz é o peso do mercúrio deslocado, γz é o peso volumétrico do mercúrio, Vz=V é o volume de mercúrio deslocado que é igual ao volume da amostra;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
então o peso volumétrico do solo é:
γ =W*γz /Wz.
Procedimento de areia
Este teste é realizado em campo e é mais frequentemente aplicado em solos não ligados, cascalho, areia de cascalho, material de morena e em outros casos, quando a extração de amostras não perturbadas com cilindros não é possível. O princípio deste procedimento consiste em cavar um buraco no solo e depois preenchê-lo com areia normal de peso volumétrico conhecido, a partir da qual se determina o volume do buraco. O peso volumétrico do solo é determinado a partir do peso da massa escavada e do volume do furo.
A superfície do solo, cujo peso volumétrico precisa ser determinado, é nivelada de modo que fique horizontal, então uma placa de flandres de tamanho aproximado de 40 x 40 cm (fig. 3) é colocada sobre ela, com um modelo cortado no meio do diâmetro Ø = 20 cm, espessura 5 mm, para cavar um buraco no chão. A folha de flandres é colocada no chão e fixada com estacas. Um buraco com diâmetro de 20 cm e profundidade de cerca de 20 cm é cavado com uma ferramenta manual (faca, espátula, colher, cinzel) através da abertura do gabarito, de preferência com paredes verticais, mas não fora do gabarito e bem limpo. Todo o material escavado é colocado na placa e logo após a escavação, ainda com sua umidade natural, é pesado em uma balança e determinado seu peso W. Para posterior determinação da umidade natural, a amostra é colocada em uma caixa de lata com tampa, para ser levada à sala de secagem após a conclusão do trabalho de campo. Em seguida, despeja-se areia normal seca no furo escavado, cujo peso volumétrico γd é determinado por medição, ou seja, a partir do teste de laboratório realizado anteriormente, despejando areia pelo mesmo funil e da mesma altura, h cai como no teste de campo.
Fig. 3. Determinação do peso volumétrico do solo utilizando o teste de areia
Antes de iniciar o teste, meça o peso da areia normal no copo, depois de preencher o buraco no chão com essa areia até a superfície superior da folha-de-flandres, que é nivelada com uma régua de aço de comprimento 40 cm, meça o resto da areia no copo, para que seja obtido o peso exato Wd da areia normal seca no buraco até a superfície superior da folha-de-flandres. O volume Vd do furo escavado até a superfície superior da folha-de-flandres é determinado com base na fórmula Vd = Wd/γd.
O volume V do buraco no solo é obtido subtraindo o volume v da abertura do molde de lata:
Peso volumétrico do solo γ é: γ = W/V, onde W é o peso do solo escavado do buraco medido imediatamente após a escavação. Observa-se que em vez de areia é utilizado gesso, óleo ou asfalto frio, que são menos sensíveis em tempo chuvoso. Além disso, também existem dispositivos especiais para um trabalho mais fácil e rápido no teste com areia.
Os valores aproximados dos pesos volumétricos do solo são fornecidos na tabela 1, com uma observação de que em análises geomecânicas em cada caso, o peso volumétrico do solo deve ser determinado por experimento em laboratório ou em campo.
Determinação da umidade do solo
O ensaio de determinação da humidade do solo é realizado de diversas formas, nomeadamente o método de laboratório com secador eléctrico, métodos de campo com secagem em fogo aberto, com carboneto, medição debaixo de água e com picnómetro de ar. Descreveremos aqui apenas os dois primeiros métodos, que são mais frequentemente aplicados em nosso país.
Método laboratorial usando secador elétrico
Este método é o mais confiável e mais amplamente aplicado para todos os tipos de solo. Um pedaço de solo de uma amostra indeformada é colocado entre dois vidros côncavos, chamados de ampulhetas, que são presos com uma pinça de metal e pesados juntos em uma balança analítica e, em seguida, colocados em um secador elétrico onde são secos a 105°C até que o peso seja constante (fig. 4). A diferença de temperatura durante a secagem não deve ser superior a ±2°C, pois a uma temperatura mais baixa não é realizada a secagem completa e a uma temperatura mais elevada os ingredientes orgânicos da amostra podem queimar. A duração aproximada da secagem da amostra com uma ampulheta no secador é de cerca de 6 horas para areia e cerca de 12 horas para argila. Após a secagem, a amostra fechada em ampulhetas com pinça é colocada em um dessecador para esfriar até a temperatura ambiente, após o que é medida novamente.
Fig. 4. Secagem da amostra em ampulhetas com pinça
Se W é o peso da amostra no estado natural de umidade com a ampulheta e a pinça, Ws o peso da amostra no estado seco com a ampulheta e a pinça, Wt o peso da ampulheta e a pinça, a umidade do solo w de acordo com a definição de Atterberg é o peso da água dividido pelo peso do solo no estado seco, ou seja: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Determinação da porosidade do solo e coeficiente de porosidade
O teste é realizado em uma amostra não perturbada, desde que seu volume possa ser determinado em um estado não perturbado.
Pressionamos um cilindro metálico de volume conhecido em solo não perturbado ou em uma amostra de dimensões maiores, nivelamos a superfície superior da amostra com as bordas do cilindro e colocamos para secar em 105°C até que o peso seja constante, depois deixamos esfriar em temperatura ambiente e pesamos novamente na balança junto com o cilindro.
Se V é o volume interno do cilindro, Vm é o volume de sólidos não porosos do solo, Wd é o peso seco da amostra, γs é o peso volumétrico das partículas sólidas, a porosidade do solo n é
O volume Vm é determinado com base no peso seco da amostra Wd:
ou seja, em porcentagem do volume total do solo
Como γd = Wd/V, ou seja, peso volumétrico seco do solo, pode ser colocado
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
O coeficiente de porosidade é obtido a partir da fórmula e = n/(1-n).
Para projeto, controle de qualidade ou execução de obras, utilize regulamentos vigentes, métodos de teste padronizados e um laboratório autorizado. Este texto é preservado como um recurso educacional histórico.