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ABNT-AssociaçãoBrasileira deNormas Técnicas

Solo - Solos argilosos dispersivos -Identificação e classificação por meiodo ensaio do furo de agulha (pinholetest)

NBR 14114

Origem: Projeto 02:004.02-022:1996CB-02 - Comitê Brasileiro de Construção CivilCE-02:004.02 - Comissão de Estudo de Identificação e Compactação de SolosNBR 14114 - Soil - Dispersive clay soils - Identification and classification by thepinhole testDescriptors: Soil. Dispersive soilVálida a partir de 30.07.1998

JUN 1998

Palavras-chave: Solo. Solo dispersivo

SumárioPrefácio1 Objetivo2 Referências normativas3 Aparelhagem4 Preparação do corpo-de-prova5 Procedimento6 Relatório de ensaio

Prefácio

A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - éo Fórum Nacional de Normalização. As Normas Bra-sileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Co-mitês Brasileiros (CB) e dos Organismos de NormalizaçãoSetorial (ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo(CE), formadas por representantes dos setores envol-vidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores eneutros (universidades, laboratórios e outros).

Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbitodos CB e ONS, circulam para Votação Nacional entre osassociados da ABNT e demais interessados.

1 Objetivo

1.1 Esta Norma prescreve o método para obtenção deuma medida direta e qualitativa da dispersibilidade desolos argilosos, pelo fluxo de água destilada através deum pequeno furo feito axialmente, através do corpo-de-prova. A natureza da solução que flui do corpo-de-prova,

com imposição de uma diferença de carga hidráulicainicial de 50 mm, fornece a diferenciação básica entre ar-gilas altamente dispersivas e não dispersivas. No casode argilas altamente dispersivas, o efluente será mar-cantemente turvo e o furo feito no corpo-de-prova se alar-gará rapidamente, resultando em um aumento de vazão.Em argilas não dispersivas, o efluente será límpido e ofuro permanecerá inalterado, ao passo que em argilasleves a moderadamente dispersivas o furo e a vazãotambém não se alterarão, porém o efluente resultará le-vemente turvo.

1.2 A classificação do solo quanto à dispersibilidadebaseia-se então na aparência do efluente e na mediçãodas vazões e das dimensões finais do furo.

1.3 Esta metodologia foi proposta por Sherard et al (1976)1)

e os critérios de avaliação dos resultados baseiam-seem centenas de ensaios realizados sobre amostrascoletadas de aterros, canais e outras áreas, onde os solosargilosos apresentaram-se erodíveis ou resistentes àerosão na natureza.

1.4 Os solos argilosos podem ser classificados quanto àdispersibilidade em seis categorias:

a) não dispersivos a incipientemente dispersivos(ND1 e ND2);

b) leve a moderadamente dispersivos (ND3 e ND4);

c) dispersivos a altamente dispersivos (D2 e D1).

1) Sherard, J.L.,Dunnigan, L.P., Decker, R.S. and Steele. E.F. (1976). Pinhole Test for Identifying Dispersive Soils. Journal of theGeotechnical Engineering Division, ASCE, vol. 102, January, p.p. 69-85.

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1.5 De acordo com Sherard et al (1972)2), são deno-minados solos dispersivos as argilas muito erodíveis,mesmo quando comparadas com solos não coe-sivos como areias finas e siltes, as quais, em presençade água, sofrem erosão por um processo conhecido como dispersão ou defloculação.

1.6 Este fenômeno ocorre quando as forças de repul-são entre as partículas individuais da argila sobrepujamas forças de atração, de modo que, em contato coma água, essas partículas são progressivamente desta-cadas da massa de argila e formam uma suspensão.Caso haja fluxo de água, as partículas dispersas sãocarreadas, ensejando a ocorrência do fenôme-no conhecido como erosão interna (piping) por dispersão.

1.7 A suscetibilidade de ocorrer erosão interna por dis-persão está associada principalmente à relação entrea quantidade de cátions de sódio e a quantidade total desais dissolvidos, considerada como a soma de cátionsde sódio, potássio, cálcio e magnésio dissolvidos naágua intersticial. O sódio age no sentido de aumentar aespessura da camada dupla de água difusa, que en-volve as partículas individuais de argila, daí decorrendouma redução nas forças de atração entre partículas,possibilitando assim que as mesmas sejam destacadasda massa de argila com mais facilidade.

2 Referências normativas

As normas relacionadas a seguir contêm disposi-ções que, ao serem citadas neste texto, constituemprescrições para esta Norma. As edições indicadasestavam em vigor no momento desta publicação. Comotoda norma está sujeita a revisão, recomenda-seàqueles que realizam acordos com base nesta queverifiquem a conveniência de se usarem as ediçõesmais recentes das normas citadas a seguir. A ABNTpossui a informação das normas em vigor em um dadomomento.

NBR 6457:1986 - Amostras de solo - Preparaçãopara ensaios de compactação e ensaios de carac-terização - Método de ensaio

NBR 12007:1992 - Solo - Ensaio de adensamentounidimensional - Método de ensaio

NBR NM-ISO 2395:1997 - Peneiras de ensaio e en-saio de peneiramento - Vocabulário

NBR NM-ISO 3310-1:1997 - Peneiras de ensaio -Requisitos técnicos e verificação - Parte 1: Peneirasde ensaio com tela de tecido metálico

NBR NM-ISO 3310-2:1997 - Peneiras de ensaio -Requisitos técnicos e verificação - Parte 2: Peneirasde ensaio de chapa metálica perfurada

3 Aparelhagem

A aparelhagem necessária à execução do ensaio é aseguinte:

a) aparelho para ensaio do furo de agulha, comomostrado na figura 1-a);

b) tanque para fornecimento de água destilada acarga constante, sendo que o pH da água deve estarentre 5,5 e 7,0;

c) provetas graduadas, de 10 cm3, 25 cm3, 50 cm3 e100 cm3 de capacidade;

d) telas de arame de formato circular, com aberturade malha menor que 2 mm e diâmetro aproxi-madamente igual a 35 mm;

e) agulha hipodérmica de aço de 1 mm de diâmetroexterno por 50 mm a 75 mm de comprimento;

f) guia de centralização, com formato de troncode cone e dotado de orifício de 1,5 mm dediâmetro, como mostrado na figura 1-b), sendoque o guia pode ser de material plástico ou metá-lico;

g) molde de madeira para auxiliar a moldagem,conforme apresentado na figura 1-c);

h) areia grossa, lavada, passada na peneira de4,8 mm e retida na peneira de 2 mm;

i) cronômetro com resolução de décimos de se-gundo;

j) dispositivo para medir diferenças de cargahidráulica, como mostrado esquematicamente nafigura 2;

k) peneira de abertura de malha de 2 mm, de acordocom as NBR NM-ISO 2395, NBR NM-ISO 3310-1 eNBR NM-ISO 3310-2;

l) equipamento para compactação Harvard Mi-niatura ou estática;

m) balança que permite pesar nominalmente 200 g,com resolução de 0,01 g e sensibilidade compatível;

n) balança que permite pesar nominalmente1,5 kg, com resolução de 0,1 g e sensibilidadecompatível;

o) paquímetro.

2) Sherard,J.L., Decker, R.S. and Ryker, N.L. (1972). Piping in Earth Dams of Dispersive Clay. Proceedings of the Specialty Conferenceon Performance of Earth and Earth-Supported Structures, ASCE, vol. I, Part I, p.p. 589-626.

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NOTA - A diferença de carga hidráulica é medida tomando-se como referência o eixo do corpo-de-prova.

Figura 2 - Montagem geral esquemática do ensaio de furo de agulha

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4 Preparação do corpo-de-prova

4.1 Corpo-de-prova compactado

4.1.1 Remover da amostra todas as partículas de areia epedregulho com diâmetro maior que 2 mm.

4.1.2 Determinar o teor de umidade, segundo a NBR 6457,e corrigi-lo adicionando água destilada ou secando aoar, de modo a trazer o teor de umidade do solo a nãomais que dois pontos percentuais de diferença do teorde umidade de compactação desejado.

4.1.3 No caso de adição de água, após homogeneização,a amostra deve ser mantida em cura, isto é, em recipientevedado (saco plástico, por exemplo), por um período mí-nimo de 24 h.

4.1.4 Determinar o teor de umidade do solo a ser com-pactado.

4.1.5 Determinar a massa do cilindro de ensaio comresolução de 0,1 g e posicioná-lo sobre o molde de ma-deira. Compactar o corpo-de-prova de modo que suaaltura resulte igual a 38 mm e determinar a massa do ci-lindro mais corpo-de-prova. A massa específica aparenteseca e o teor de umidade do corpo-de-prova compactadodevem corresponder àqueles especificados para a cons-trução.

4.2 Corpo-de-prova indeformado

4.2.1 Determinar a massa do cilindro de ensaio comresolução de 0,1 g, lubrificar sua face interna e posicioná-lo sobre o molde de madeira. Talhar o corpo-de-provacom 38 mm de comprimento, de modo que este se ajusteno cilindro de ensaio. Utilizar o processo de talhagem decorpo-de-prova indeformado como prescrito naNBR 12007, ou seja, o corpo-de-prova deve ser talhadoou torneado rente ao topo do cilindro e, à medida que umsegmento do corpo-de-prova apresente um diâmetroaproximadamente igual ao interno do cilindro, deve neleser introduzido por leve pressão uniforme. Determinar amassa do cilindro com o corpo-de-prova.

4.2.2 Com as aparas, determinar o teor de umidade docorpo-de-prova de acordo com a NBR 6457.

5 Procedimento

5.1 Colocar duas telas de arame sob a base do corpo-de-prova e preencher o trecho do cilindro anteriormenteocupado pelo molde de madeira com areia grossa.Posicionar a tampa inferior, assegurando-se a estan-queidade por meio de dispositivo adequado.

5.2 Inserir o guia de centralização no centro do topo docorpo-de-prova usando pressão dos dedos, até que abase do guia fique nivelada com a superfície do topo docorpo-de-prova. Deve-se garantir que o guia seja inseridoverticalmente, de modo que o furo de agulha fique normalà superfície do corpo-de-prova. Para amostras inde-formadas rijas, a inserção do guia centralizador pode serdifícil e danificar o corpo-de-prova. Nesses casos es-peciais, pode-se não utilizar o guia; no entanto, deve-seter cuidado especial para manter o alinhamento ao fazero furo. A não utilização do guia deve ser mencionada naapresentação dos resultados.

5.3 Inserir a agulha dentro do guia e pressioná-la atravésdo corpo-de-prova. Forçar a agulha em um movimentocontínuo através do corpo-de-prova até que ela penetrena tela e na areia subjacentes cerca de 10 mm. Se ne-cessário, após atravessar o solo, dar algumas rotaçõesna agulha para ajudar a penetração através da tela e daareia.

5.4 Remover a agulha do corpo-de-prova. Girar a agulha,quatro ou cinco vezes durante a operação de extração,garante geralmente um furo aberto e limpo através docorpo-de-prova.

5.5 Colocar cuidadosamente duas telas de arame notopo do corpo-de-prova e preencher o vazio remanes-cente no topo do cilindro de ensaio com areia grossa.A areia deve ser nivelada sobre o topo do cilindro demodo que um dispositivo para garantir a estanqueidadepossa ser posicionado entre o cilindro de ensaio e a tam-pa superior.

5.6 Posicionar a tampa superior, assegurando-se aestanqueidade por meio de dispositivo adequado.Conectar a fonte de água e o manômetro. Colocar o apa-relho montado na posição horizontal, conforme mostradona figura 2, a qual apresenta esquematicamente amontagem geral do ensaio. A válvula para alimentaçãode água deve estar fechada e a válvula do manômetrodeve estar aberta. Verificar que as tubulações estejamsaturadas, sem bolhas de ar.

5.7 Começar o ensaio introduzindo-se água destiladadentro do aparelho, de modo que a carga hidráulica nonível do furo de agulha seja igual a 50 mm.

5.8 Acionar o cronômetro.

5.9 Com a proveta apropriada, começar a medir a quanti-dade de efluente que emerge do corpo-de-prova. Se nãoocorrer fluxo, parar o ensaio, desmontar o aparelho e re-fazer o furo. Nas primeiras três medidas de vazão, anotaro tempo em segundos para se coletar 10 cm3 de efluente.Nas medidas posteriores, anotar o tempo para se coletar25 cm3, 50 cm3 ou 100 cm3 de efluente. Também é acei-tável adotar um intervalo de tempo, por exemplo de 60 s,e medir o volume de efluente coletado durante esse in-tervalo.

5.10 Observar a turbidez do efluente em cada medida dedescarga, olhando tanto através do topo como atravésda superfície lateral da proveta. Anotar a turbidez doefluente como escura, levemente escura ou clara.

NOTA - Recomenda-se efetuar a troca de provetas toda vezque for realizada a observação visual do efluente.

5.11 A percolação de água sob a carga de 50 mm deveser mantida por 5 min. A principal diferenciação entresolos dispersivos e não dispersivos se dá sob a carga de50 mm.

NOTA - O fluxograma da figura 3 orienta a seqüência do ensaioe os critérios para avaliação dos resultados.

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5.12 Se o efluente sob a carga de 50 mm for escuro eassim permanecer com o tempo, trata-se de solo dis-persivo. Normalmente, no caso de argilas dispersivas,as vazões aumentam rapidamente durante o ensaio,atingindo no intervalo de 5 min a capacidade hidráulicamáxima do equipamento (cerca de 1,5 cm3/s a 2,0 cm3/s).Continuar o ensaio por mais 5 min, perfazendo um totalde 10 min. Se a turbidez do efluente não diminuir substan-cialmente, o ensaio está concluído.

5.12.1 Desmontar o aparelho, extrudar o corpo-de-provado cilindro e cortá-lo longitudinalmente pelo eixo. Mediro tamanho do furo, comparando-o com a agulha utilizada.Fazer um esboço do corpo-de-prova, indicando a formado furo e as medidas do diâmetro efetuadas com o usode paquímetro.

5.12.2 Se o tamanho do furo for maior que duas vezes odiâmetro da agulha, classificar o solo como altamentedispersivo (D1). Caso contrário, a vazão e o tamanho dofuro estão inconsistentes e o ensaio deve ser realizadonovamente.

5.13 Se o efluente com a carga de 50 mm for levementeescuro ao final de 5 min, continuar o ensaio por mais5 min, perfazendo um total de 10 min. Ao final de 10 min,se o efluente estiver ainda levemente escuro, parar oensaio e proceder como descrito em 5.12.1. Classificar osolo como D2 (dispersivo) se a vazão final for maior que1,0 cm3/s e o tamanho do furo for maior que duas vezes odiâmetro da agulha. Classificar o solo como ND4(moderadamente dispersivo) se a vazão for menor que0,8 cm3/s e o tamanho do furo não exceder 1,5 vez odiâmetro da agulha.

5.14 Se o efluente sob a carga de 50 mm for claro ou sóapresentar leves traços de coloração ao final de 5 min,aumentar a carga para 180 mm. O fluxo normalmenteestará entre 0,3 cm3/s e 0,6 cm3/s.

5.15 Sob a carga de 180 mm, se o efluente for escuro oulevemente escuro e o fluxo aumentar rapidamente, pararo ensaio e proceder como descrito em 5.12.1. Se odiâmetro do furo for maior que dois diâmetros da agulhae a vazão for maior que 2,5 cm3/s, classificar o solo comoND3 (levemente dispersivo).

5.16 Se o fluxo sob a carga de 180 mm continuar claroapós 5 min, aumentar a carga para 380 mm. A vazãonormalmente será menor que 1,8 cm3/s.

5.17 Após 5 min sob a carga de 380 mm, se o fluxo setornar escuro ou levemente escuro, ou se a vazão au-mentar para 3,5 cm3/s, parar o ensaio, proceder comodescrito em 5.12.1 e classificar o solo como ND3(levemente dispersivo).

5.18 Se após 5 min sob a carga de 380 mm o fluxocontinuar claro, aumentar a carga para 1 020 mm. A vazãoserá normalmente menor que 2,5 cm3 /s.

5.19 Se o fluxo sob a carga de 1 020 mm após 5 minapresentar uma leve turbidez, ou se a vazão exceder5,0 cm3/s, classificar o solo como ND2 (incipiente dis-persivo). Caso contrário, classificar o solo como ND1 (nãodispersivo). Proceder como descrito em 5.12.1. A vazãopara solos do tipo ND1, sob a carga de 1 020 mm, é ge-ralmente menor que 4,0 cm3/s e o tamanho do furo no fimdo ensaio não é sensivelmente superior ao diâmetro daagulha.

5.20 É importante reconhecer que as vazões, a área e aforma de seção transversal final dos furos através doscorpo-de-prova indeformados podem variar considera-velmente daquelas observadas em corpos-de-prova com-pactados. A macroestrutura dos solos (estratificação, va-zios irregulares e maior heterogeneidade) pode in-fluenciar a velocidade e a natureza da erosão ao longodo furo até mais que a presença de argilas dispersivas.Devido à não homogeneidade em perfil vertical de muitossolos, é possível que em toda a erosão coloidal (disper-siva) se desenvolva em uma ou mais pequenas áreas aolongo do furo através da amostra indeformada. Paraavaliar os resultados de ensaios de amostras indefor-madas, a turbidez do efluente pode ser mais importanteque a vazão.

6 Relatório de ensaio

A apresentação do relatório de ensaio do furo de agulhadeve incluir as seguintes informações:

a) teor de umidade da amostra anterior à preparaçãodo corpo-de-prova, no caso de corpo-de-provacompactado. Indicar se a amostra foi previamenteseca ao ar ou não;

b) tempo de cura, se for o caso;

c) teor de umidade e massa específica aparente secado corpo-de-prova;

d) curva vazão versus tempo (sendo esse tempocorrespondente à média do intervalo de medição),com informação sobre a turbidez do fluxo para cadacarga hidráulica, e curva vazão média versus loga-ritmo da carga hidráulica, com carga hidráulica emmilímetros, vazão em centímetros cúbicos por se-gundo e tempo em segundos;

e) esboço do corpo-de-prova, com a forma e medidasdo diâmetro do furo através do corpo-de-prova nofinal do ensaio;

f) classificação do corpo-de-prova em relação àdispersividade: ND1, ND2, ND3, ND4, D2 ou D1.

NOTA - Um exemplo de apresentação do relatório de ensaioestá representado na figura 4.

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Figura 3 - Fluxograma orientativo para avaliação dos resultados

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14114:1998Figura 4 - Exemplo de resultados de ensaio