5. Métodos de caracterização do solo das bacias de contenção
5.1 Procedimento de coleta de amostras indeformadas
Para avaliar a eficiência da impermeabilização de bacias de contenção e modelar o fluxo de líquidos na zona não saturada, é essencial compreender as propriedades do solo. Este capítulo aborda os procedimentos de coleta de amostras de solo e as metodologias para determinar essas propriedades.
As amostras de solo indeformadas são comumente usadas para caracterizar a massa específica aparente, a porosidade total e o coeficiente de permeabilidade em ensaios de permeâmetros. É crucial coletar essas amostras de forma a preservar as características in situ do solo, adaptando a coleta às condições do solo, profundidade do lençol freático e consistência do solo. Além disso, é recomendável coletar amostras indeformadas para ensaios laboratoriais de permeabilidade aos combustíveis, a fim de evitar a contaminação da área de interesse.
- Método convencional de coleta de amostras indeformadas
Os principais métodos de coleta de amostras indeformadas são a amostragem em blocos (DNER-PRO 002/94) e a amostragem tubular (NBR 9820:1997). A amostragem em blocos envolve a extração cuidadosa de um bloco de solo de 30 cm, protegido com parafina dentro de uma caixa de madeira. Esse método é limitado em profundidades maiores e áreas com nível d’água. A amostragem tubular utiliza amostradores metálicos cravados no solo, com as amostras seladas com parafina. Ambas as metodologias exigem a identificação detalhada das amostras, incluindo numeração, profundidade, e características gerais.
Obtenção de amostras indeformadas do solo. A) Escavação da trincheira; B) Colocação da caixa de madeira; C) Processo de proteção do bloco com parafina; D) Corte da face inferior do bloco.
- Método alternativo de coleta de amostras indeformadas
O Núcleo Ressacada de Pesquisas em Meio Ambiente (REMA) da UFSC desenvolveu um método de coleta de amostras indeformadas de solo chamado “coleta a frio”. Esse método é uma alternativa ao convencional apresentado anteriormente. Adaptado da NBR 9820:1997, o método utiliza um amostrador cilíndrico de aço inox de 7,4 cm de diâmetro e 20 cm de comprimento. O procedimento envolve a remoção da camada superficial do solo, a inserção do amostrador a 15 cm de profundidade usando um macaco mecânico e a coleta de amostras deformadas para análises adicionais.
Após a coleta, a amostra é retirada do cilindro, cortada nas extremidades, medida em altura e massa, e colocada em um copo plástico untado com vaselina. Os espaços são preenchidos com resina, formando o corpo da célula do permeâmetro. Esse método, denominado “coleta a frio”, evita o uso de parafina aquecida, que não é permitida em áreas com risco de explosividade. A resina, transparente, mantém a integridade da amostra e facilita a visualização da percolação de líquidos, além de evitar a expansividade dos argilominerais.
Procedimento de coleta de amostra indeformada de solo. A) Sistema de coleta com macaco mecânico sobre o amostrador, apoiado em hastes metálicas; B) Amostrador preenchido de solo e região; C) Retirada da amostra do amostrador com um pistão; D) Determinação da altura e massa da amostra coletada; E) Derramamento da resina sobre a amostra de solo; F) Detalhe da transparência da resina e da completa aderência da parede da amostra à resina.
5.2 Características do solo e dos grãos
- Conteúdo de água no solo
O teor de umidade (h) de um solo é a relação percentual entre o peso da água (Pw) contido em certo volume de solo e o peso da parte sólida (Ps) existente nesse mesmo volume. Os valores típicos variam entre 10 e 40%, podendo até ultrapassar 100% em solos argilosos. Os métodos de determinação incluem o gravimétrico, usando processos como estufa, frigideira, álcool etílico e Speedy. O conteúdo volumétrico de água do solo (θ) é o volume de água (Vw) presente em um dado volume de solo (Vt) e pode ser calculado indiretamente a partir do teor de umidade e do peso específico aparente seco do solo.
- Peso específico aparente natural e seco do solo
O peso específico aparente natural do solo (γa) é a relação entre o peso do solo (Pa) pelo seu volume total (Vt) e varia de 16 a 21 kN/m³. O peso específico aparente seco do solo (γd) é a relação entre o peso do solo seco (Ps) pelo seu volume total (Vt) e varia de 13 a 19 kN/m³. Os métodos de determinação incluem amostras indeformadas e ensaios de campo como cilindro de cravação e frasco de areia.
- Peso específico real dos grãos
O peso específico real dos grãos (γs) é o peso das partículas sólidas que formam o solo por unidade de volume e varia entre 25 e 28 kN/m³. A determinação desse valor pode ser realizada através de métodos como o Picnômetro, que foi substituído por normas mais atualizadas.
- Porosidade total do solo
A porosidade total do solo (n) é a razão entre o volume de vazios (Vv) e o volume total de uma amostra (Vt). Pode ser calculada a partir do peso específico aparente seco do solo e do peso específico real dos grãos.
- Granulometria e textura do solo
A granulometria permite avaliar a variação do tamanho dos grãos e a quantidade de partículas em cada intervalo de tamanhos. A textura do solo influencia na taxa de infiltração e aeração no solo e pode ser inferida a partir da curva granulométrica. Os solos podem ser classificados em leves, médios e pesados, de acordo com sua textura.
- Identificação dos Argilominerais do Solo
- Método de Difratometria de Raios X: Utiliza raios X para identificar minerais na fração argilosa do solo. A estrutura cristalina dos argilominerais difrata os raios X, gerando padrões detectáveis.
- Método de Absorção de Infravermelho: Determina a composição química e a cristalinidade das argilas. A absorção de radiação infravermelha revela assinaturas características dos elementos presentes.
- Curva Característica do Solo
- Métodos Diretos: Medições experimentais de umidade em amostras de solo submetidas a diferentes potenciais mátricos, usando técnicas como funil de Haines ou tensiômetros. Os modelos matemáticos como o de van Genuchten ou Brooks e Corey são aplicados para ajustar os dados.
- Métodos Indiretos: Inferem a curva característica a partir de propriedades do solo, como granulometria e densidade. Os modelos estatísticos, como o de Arya e Paris, são utilizados para correlacionar essas propriedades com a umidade e o potencial mátrico.
- Coeficiente de Permeabilidade em Solos da Zona Não Saturada
- Métodos Indiretos: Utilizam equações matemáticas para relacionar o coeficiente de permeabilidade (K) com a granulometria do solo. Exemplos incluem as fórmulas de Hazen, Carman e Breyer.
- Ensaios de Campo: Métodos como o permeâmetro Guelph e o infiltrômetro de anel são usados para determinar o K. O permeâmetro Guelph utiliza um tubo de Mariotte para manter uma carga constante, enquanto o infiltrômetro de anel emprega dois anéis concêntricos.
Esquema do Permeâmetro Guelph.
3. Ensaios de Laboratório: Realizados utilizando permeâmetros de nível variável ou constante. No método de nível variável, a quantidade de líquido que atravessa a amostra é medida em função do tempo. No método de nível constante, a quantidade de líquido é mantida constante e o K é calculado com base na taxa de fluxo.
Esquema de permeâmetros utilizados nos ensaios de laboratório.
Experimento para determinação dos coeficientes de permeabilidade realizado na UFSC.