Quando um corpo de prova rompe e sofre liquefação estática durante um ensaio triaxial, uma pergunta simples pode se tornar extremamente difícil de responder: qual era, de fato, o índice de vazios daquele solo no momento da ruptura?
Parece um detalhe, mas não é. Em solos de comportamento contrátil — justamente os mais suscetíveis à liquefação — pequenas variações no índice de vazios final podem mudar completamente a leitura do ensaio e, por consequência, as decisões de projeto que dependem dele. É por isso que o Laboratório de Ensaios Especiais da Suporte Infra adota técnicas de congelamento pós-ensaio em seus ensaios triaxiais, garantindo que o dado usado em projeto reflita, com a maior fidelidade possível, o estado real do solo no momento da ruptura.
Figura 1 – Amostra que sofreu instabilização por liquefação durante a ruptura.
Todo projeto de barragem de rejeitos, pilha de rejeito filtrado ou aterro sobre solo contrátil depende, em algum nível, da Linha de Estado Crítico (LEC ou CSL). É essa linha que separa, no gráfico de tensão x índice de vazios, o comportamento contrátil (potencialmente instável) do comportamento dilatante (mais seguro) de um solo ou geomaterial.
O parâmetro de estado (ψ), calculado a partir da distância entre o índice de vazios do solo e a CSL, é hoje uma das ferramentas usadas para avaliar o risco de liquefação estática. O problema é que essa distância costuma ser pequena — e é justamente aí que mora o risco: se o índice de vazios final do ensaio estiver errado, a CSL sai do lugar, e o parâmetro de estado calculado a partir dela deixa de representar a realidade do material.
Figura 2 – Representação das regiões no espaço e : log p' e seus estados.
O controle tecnológico moderno de pilhas de rejeitos filtrados não pode se apoiar apenas em parâmetros convencionais de compactação: ele precisa ser ancorado no índice de vazios e no parâmetro de estado (ψ). Paes (2024) reforça esse ponto ao defender que o índice de vazios ideal de compactação deve ser definido a partir de uma extensa campanha de ensaios triaxiais e acompanhado em campo por ensaios de piezocone, garantindo que ψ permaneça negativo ao longo de toda a construção. O problema é que essa cadeia inteira depende de uma referência confiável: a Linha de Estado Crítico. Se o índice de vazios final for mal determinado em laboratório, a CSL sai do lugar — e todo o controle tecnológico de campo, mesmo tecnicamente correto, passa a validar uma referência errada.
A forma mais tradicional de estimar o índice de vazios final é acompanhar as variações volumétricas da amostra ao longo de todo o ensaio — saturação, adensamento e cisalhamento. Na teoria, funciona. Na prática, acumula erro em cada etapa.
Durante a saturação, por exemplo, o volume de água que entra na amostra não corresponde exatamente ao volume de vazios preenchido, porque sempre há um pouco de ar retido nas linhas de drenagem e nas pedras porosas, além de deformações volumétricas ao longo do processo.
Há ainda o problema físico da desmoldagem: a penetração da membrana e a perda de água por drenagem imediata podem subestimar o índice de vazios real em até 20%, segundo Sladen & Handford (1987). Para um parâmetro que já é sensível por natureza, esse tipo de erro é inaceitável.
O método de congelamento ao final do ensaio — conhecido como EOTSF (End-of-Test Soil Freezing) — resolve o problema pela raiz: em vez de tentar calcular o índice de vazios acompanhando variações ao longo do ensaio, ele preserva fisicamente a água presente nos poros do solo no instante em que o ensaio termina.
A lógica é simples e elegante. Como a amostra está saturada, basta impedir que a água escape antes da desmontagem. Ao congelá-la, a água se transforma em gelo e fica “presa” na estrutura do solo. Depois, mede-se apenas o teor de umidade final da amostra — e, a partir dele, calcula-se o índice de vazios de forma direta, sem depender de nenhuma medição volumétrica acumulada ao longo do ensaio, por meio da seguinte relação fundamental, onde S = 1:
O método clássico do EOTSF consiste em isolar as válvulas de drenagem e levar toda a base da célula triaxial para dentro de um freezer. Funciona, mas tem custos práticos relevantes.
As baixas temperaturas provocam variações dimensionais em válvulas, conexões e tubulações, gerando vazamentos e manutenção frequente. O resfriamento em freezers domésticos costuma levar a noite inteira, chegando a temperaturas bem abaixo do necessário (algo em torno de -18ºC). O excesso de frio faz o solo colar fortemente nas pedras porosas e na membrana, dificultando — e às vezes danificando — a desmoldagem. Na prática, o ideal seria chegar a apenas -3ºC, temperatura suficiente para imobilizar a água livre sem gerar esses efeitos colaterais.
A alternativa empregada pelo Laboratório de Ensaios Especiais da Suporte Infra é o congelamento com dióxido de carbono sólido (gelo seco) triturado, posicionado ao redor da amostra com o auxílio de uma capa metálica. Essa técnica, descrita por Marinho et al. (2025), elimina a dependência de um freezer dedicado e ainda protege a câmara triaxial durante o processo.
Figura 3 – Procedimento de Congelamento de amostra com gelo seco.
Figura 4 – Retirada da proteção cilíndrica e do gelo seco após congelamento.
A diferença de velocidade é grande: em amostras de 38x80mm, a temperatura chega a 0ºC em cerca de 3 minutos e a -10ºC em menos de 12 minutos, com congelamento completo em menos de 15 minutos. Com controle adequado do tempo de exposição, evita-se o supercongelamento — o que facilita bastante a retirada dos o-rings e da membrana de látex na sequência.
Figura 5 – Corpo de prova congelado.
Na prática, o procedimento consiste em fechar os drenos após o fim do ensaio (sem aliviar a contrapressão), esvaziar a câmara triaxial e posicionar um cilindro de alumínio ao redor da amostra, deixando espaço para o gelo seco entre o cilindro e o corpo de prova. À medida que o gelo seco sublima, complementa-se conforme necessário até garantir o congelamento completo — em geral, menos de 20 minutos para amostras de 50x100mm.
Depois de congelada e removida intacta, a amostra é pesada e segue para a estufa. Como o material estava saturado (S = 100%) no momento do congelamento, o índice de vazios final pode ser calculado diretamente a partir do teor de umidade e da densidade dos grãos, sem margem para os erros acumulados dos métodos convencionais.
Para quem trabalha com projetos de pilhas de rejeito filtrado, barragens alteadas ou qualquer estrutura apoiada em solo com potencial contrátil, a precisão do índice de vazios final não é um detalhe de laboratório — é um dado que impacta diretamente a definição da CSL, o cálculo do parâmetro de estado e, no fim das contas, a segurança da estrutura.
O Laboratório da Suporte Infra implementa processos especiais para a determinação da Linha de Estado Crítico, e o congelamento de amostras é um deles. Técnicas como o EOTSF com gelo seco mostram como pequenos avanços de procedimento em laboratório podem ter um efeito grande nas decisões de engenharia lá na frente — e é esse rigor que a Suporte Infra leva para cada ensaio especial que realiza.
Suporte Infra | Infraestrutura orientada por dados, desde 2011.
Mais SEGURANÇA para a sua obra!
Contrate a SUPORTE e conheça o diferencial de nosso fluxo de trabalho que inclui a coleta de DADOS diretamente do campo com sondadores utilizando o aplicativo SOND na execução das Sondagens. A transformação digital do mercado, com entrega dos resultados em formato CSV e AGS, extensão de arquivo compatível com os softwares de modelagem BIM.
Powered by Sond