Conheça solos orgânicos e turfas III

Em solos com presença de matéria orgânica, os ensaios para obtenção dos limites de Atterberg, devem ser realizados em seu estado natural, sem secagem prévia das amostras (Ortigão, 1980). Os limites de liquidez (wL) e de plasticidade (wP), obtidos durante a classificação do solo, fornecem o índice de plasticidade (IP), sendo todos utilizados para análise do comportamento do solo. O limite de liquidez dependerá do tipo de vegetal presente, seu grau de humificação e, claro, da proporção de solo mineral fino.
A Figura 2 apresenta resultados dos limites de Atterberg (wL, wP e IP), de diversos solos orgânicos e turfosos no Rio de Janeiro, segundo Baroni, 2016, evidenciando dispersão na camada superficial de argilas com maiores porcentagens de matéria orgânica e valores mais próximos na camada de argila com teor orgânico médio de 10%. Ainda que, segundo Baroni, 2016, o número de ensaios disponíveis para profundidades maiores seja inferior, parece existir tendência de redução da faixa de variação dos parâmetros com o aumento da profundidade. Este fato é explicado em parte com a diminuição do teor de matéria orgânica e, consequente, diminuição da umidade à medida que a profundidade aumenta.

Figura 2 – Limites de Atterberg a)wL, b)wL e c)IP , Baroni, 2016.

Ressalta-se que, em vários depósitos e diferentes profundidades, observou-se pontos com umidade natural muito próximos ou acima do limite de liquidez. A média dos valores de w e wL, após os três primeiros metros de profundidade, e, respectivamente, de w=175% e wL=150% (ver figura 2b), ou seja, a umidade média do solo é superior ao limite de liquidez médio.

Figura 3 – Após a remoção de uma comunidade, iniciar-se-á o geoenrijecimento do solo com objetivo de construção de casas populares na região metropolitana de Recife. Presença de solos orgânicos e turfosos.

Esse fato, além de previamente indicar que os depósitos da Baixada de Jacarepaguá são normalmente adensados, evidencia a alta plasticidade da argila, justificando as dificuldades encontradas na obtenção de amostra indeformada de adequada qualidade, Baroni, 2016. Valores da umidade, próximos ou superiores ao limite de liquidez, são comumente encontrados ao longo de toda a costa brasileira e já foram relatados em Juturnaíba, por Coutinho (1986), em Santos por Aguiar (2008) e Andrade (2009), em Recife por Bello (2011), em Porto Alegrete por Hallal (2003), em Florianópolis por Oliveira (2006), etc.

Figura 4 – Nesta região, em Recife, prepara-se o aterro de conquista para início do geoenrijecimento de solos moles orgânicos para posterior construção de casas populares com dois andares.
Figura 5 – Limite de liquidez, média ±1 desvio padrão, Baroni, 2016.

É observado que a forma de análise, seja por meio da obtenção da média dos valores de wL a partir dos 3 primeiros metros de profundidade (Figura 2b, wLmed = 150%), ou a realização da média entre todos os valores encontrados (Figura 5, wLmed = 178%), não altera a classificação da plasticidade do subsolo local como extremamente alta, Baroni, 2016.

Figura 6 – Após o geoenrijecimento do solo mole, inicia-se a remoção do aterro não compactável para substituí-lo por material padronizado onde serão construídas sapatas do projeto de casas populares.

Os solos orgânicos e turfosos estudados por Baroni, 2016 apresentam índice de plasticidade superior a 80%, com valores de IP de até 300%, nas camadas de argila com elevados teores de matéria orgânica Figura 2c. Contudo, há regiões em que o índice de plasticidade foi da ordem de 39%, sensivelmente mais baixos que os demais. Na Figura 2c, é apresentado o valor médio de IP considerando apenas os dados existentes após os 3 primeiros metros de profundidade, sendo obtido o valor médio de IP próximo a 100%. Por outro lado, a Figura 7 mostra o valor médio de IP considerando todos os pontos analisados, em que foi obtido o valor médio de IP = 119%, sendo IP = 33% e IP = 204% os valores da média ±1 desvio padrão.

Figura 7 – Índice de Plasticidade, média ±1 desvio padrão, Baroni, 2016.

 

Figura 8 – Preparação do terreno, com presença de solos moles, para início do geoenrijecimento.

 

Figura 9 – Gráfico de Plasticidade de Casagrande para a Baixada de Jacarepaguá. Equação de regressão obtida. Baroni, 2016.

A Tabela 2 apresenta os valores de wL e IP compatibilizados com os valores dos teores orgânicos disponíveis. Com o intuito de verificar a influência do teor de matéria orgânica na posição dos pontos (wL vs. IP) no gráfico de plasticidade de Casagrande, elaborou-se o gráfico da figura 10, onde é possível visualizar que os pontos com maiores teores orgânicos estão situados abaixo da “Linha A” e os pontos com menores teores orgânicos estão localizados acima desta linha.

*Amostras com maiores teores de matéria orgânica, plotados com * na Figura 9.
Figura 10 – Gráfi co de Plasticidade Casagrande. Infl uência do teor de matéria orgânica. Baroni, 2016.

O índice de consistência, IC = (wL – w)/IP pode ser utilizado para classificação prévia da consistência das argilas que, na condição mole, média e rija situam-se no estado plástico; as muito moles, no estado líquido e as duras no estado semisólido. Matos Fernandes (2006) sugere a seguinte classificação:
• muito moles IC < 0;
• moles 0 < IC < 0,50;
• médias 0,50 < IC < 0,75;
• rijas 0,75 < IC < 1,00;
• duras IC > 1,00.

Densidade e peso específico

A densidade ou peso unitário, é sempre um bom parâmetro para qualquer geotécnico, definida como a massa total, M, sobre o volume total, V:


O peso unitário, γ, é o peso total, M, sobre o volume total, V . Peso (frequentemente expresso em kN) é igual a massa, em kg, vezes a aceleração da gravidade, g (g = 9, 81ms2).
O peso unitário de um solo orgânico/turfoso é baixo, ao mesmo tempo variável e inconstante, quando comparado ao solo natural, relacionando-se com o conteúdo mineral, o teor de umidade e o grau de saturação. Seu valor médio é, tipicamente, pouco superior ao da água. Solos turfosos amorfos costumam apresentar densidade maior que os fibrosos. A Tabela 3 apresentada na próxima página, disponibiliza pesos unitários típicos.


A densidade dos solos orgânicos decresce com o aumento do teor de matéria orgânica, variando entre a densidade do mineral (da ordem de 2,7) e a densidade da matéria orgânica, que é da ordem de 1,4 (Coutinho, 1986). A tendência de diminuição da densidade (média) dos grãos em função do aumento do teor de matéria orgânica é apresentada na Figura 11. A equação empírica (R2 = 0,77) obtida para a região em estudo é, segundo Baroni, 2016:

A densidade seca, ρd (peso unitário seco, γd), é a relação entre a massa Ms (peso da partícula sólida) e o seu volume total, V:

A densidade seca da turfa, usualmente 1,4kN/m3, podendo apresentar valores inferiores a 0,7kN/m3, é sua principal propriedade geotécnica pois influencia diretamente no seu comportamento sob compressão.

Figura 11 – Densidade (média) dos grãos vs. teor de matéria orgânica. Baroni, 2016.
Correlações entre parâmetros indicadores

Na geotecnia, correlações entre parâmetros indicadores são sempre úteis. Hobbs, 1986, e Edil, 2003 também sugerem que é extremamente conveniente correlacionar as propriedades geotécnicas básicas de solos orgânico/turfosos em relação aos parâmetros indicadores, como o teor de umidade, teor orgânico e limites de Atterberg.

Teor de umidade e teor orgânico

Na figura 12 está uma correlação do teor de umidade com o teor orgânico de solos orgânicos e turfosos.
O teor de umidade natural dos solos varia de 200 a 700%, com teor orgânico variando de 50 a 95%. O teor orgânico de solos turfosos aumenta com o aumento do teor de umidade natural. A figura 12 evidencia um gráfico do teor de umidade versus perda pela queima ao forno (de O’Loughlin e Lehane, 2003), para solos orgânicos e turfosos.

Figura 12 – Teor de umidade versus teor orgânico (após Kazemian et al., 2009).

 

Figura 13 – Correlação entre teor de umidade e perda ao forno (após O’Loughlin e Lehane, 2003).

O gráfico mostra que é uma relação linear, mas apenas até a perda ao forno chegar a N = 80%. Para solos com alto teor orgânico, ocorre uma grande dispersão entre a perda ao forno (N) e o teor de umidade (W0), fato atribuído ao grau de humificação da matéria orgânica.

Figura 14 – Após o melhoramento do solo, está se removendo parte do aterro (resto da construção), para substituição por material compactável, de modo a receber elementos de fundação direta.
Teor de umidade e limite de liquidez

A Figura 15, apresenta gráficos do teor de umidade versus limite de liquidez. O limite de liquidez de solos orgânicos e turfosos aumenta com o crescimento do teor de umidade. Para solos orgânicos/turfosos da Barra da Tijuca, no Rio de Janeiro, o limite de liquidez varia a 23 a 636%, ao passo que em outras regiões do Rio de Janeiro varia de 38 a 175%.

Figura 15 – Teor de umidade natural versus limite de liquidez (após Kazemian et al., 2009).
Teor orgânico e limite de liquidez

A Figura 16, a seguir, apresenta a correlação do teor orgânico com o limite de liquidez. Em geral, o limite de liquidez de solos orgânicos/turfosos aumenta com o aumento do teor orgânico.
Skempton e Petley, 1970, apresentam a equação, abaixo, que relaciona o limite de liquidez com a perda ao forno para solos orgânicos e turfosos:

wL = 0,5 + 5,0N

Onde wL é o limite de liquidez e N é a perda ao forno, ambas expressas como uma relação. Esta equação, contudo, não parece ser verdadeira para o caso de solos orgânicos/turfosos tropicais.

Figura 16 – Teor orgânico versus limite de liquidez (após Kazemian et al., 2009).
Teor de umidade e densidade seca

A figura 17, a seguir, apresenta a correlação da densidade seca (ρd) com o teor de umidade (w0). A melhor aproximação é dada pela equação:

ρd = 0, 872 • (w + 0, 317) 0,982

Figura 17 – Teor de umidade natural versus densidade seca (após Al-Raziqi et al., 2003).

Pelos gráficos, fica claro que as densidades do solo orgânico/turfoso são significativamente menores se comparadas ao solo mineral, pelo fato da presença da matéria orgânica.