2. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS

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1 2. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS 2.1 Generalidades O solo tem sido estudado por diversos ramos da ciência e tecnologia como a agricultura, a geologia, a engenharia; sendo que cada uma dessas áreas tem desenvolvido classificações próprias para finalidades científicas ou pragmáticas. Na área de Engenharia civil, objetivando-se uma otimização na utilização do solo, temse aproveitado classificações que podem ser divididas em genéticas e geotécnicas. No que se refere às classificações genéticas, pedológicas e geológicas, pode-se dizer que são essencialmente científicas, preocupando-se com a origem e evolução dos solos. Entre as classificações geotécnicas, destacam-se o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (U.S.C.S. Unified Soil Classification System) e a classificação para finalidades rodoviárias, mais conhecida como HRB (Highway Research Board). No entanto, ao se utilizar esta ou aquela classificação, é importante que se conheça as suas limitações para não incorrer em interpretações e aplicações errôneas. Com essa finalidade, dar-se-á uma rápida visão de algumas dessas classificações, bem como suas limitações quando empregadas para solos tropicais. 2.2 Classificações Tradicionais Classificações Genéticas Generalidades São as classificações pedológicas e geológicas, empregadas pela geotecnia visando melhor orientar na localização de ocorrências promissoras, e no plano de sondagem e amostragem Classificações Pedológicas Os mapas e dados pedológicos tem sido utilizados sobretudo para orientar o emprego das camadas de solos superficiais (ou pedogenéticas) no estado natural. No entanto, para camadas mais profundas (horizonte C e subjacentes) de natureza transportada ou residual, muitas vezes não trazem informações suficientes. Os mapas pedológicos do Brasil ainda são insuficientes tanto na escala (menor que 1: ), como nas características dos horizontes superficiais A e B, nas quais se baseiam, pois essa camada é quase totalmente removida nas obras civis. Uma das maiores dificuldades é ressaltada por Nogami e Villibor (1988) e consiste em que um solo que integra um perfil pedologicamente laterítico pode apresentar comportamento geotécnico não laterítico e vice-versa Classificações Geológicas Os mapas geológicos existentes no Brasil são essencialmente do bedrock, o que cria dificuldade quanto a sua utilização para fins geotécnicos pois que, além de não existirem mapas com escala apropriada, muitas camadas de solos residuais ou transportados nem constam dos mapas. Há ainda a dificuldade de se identificar os solos saprolíticos, pois que uma mesma rocha matriz, sob a ação do intemperismo tropical, pode dar origem a grande variedade de tipos geotécnicos de solos que se apresentam de maneira complexa e características mecânicas e hidráulicas diversas Classificações Geotécnicas Generalidades Das classificações geotécnicas, duas são as que mais se salientam: a classificação HRB - AASHTO e o Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS), que se baseiam nos limites de Atterberg (LL e LP) e na granulometria. 1/1

2 Classificação Highway Research Board (HRB) Essa classificação tem sido mais empregada em finalidade rodoviárias, sendo ela adotada pela maioria dos órgãos públicos nacionais. Além de se basear nas propriedades índice do solo: limites de Atterberg (LL e LP) e granulometria, a classificação HRB-AASHTO utiliza o índice de grupo (IG) onde entram os valores de porcentagem passada na peneira de malha de 0,074 mm, do LL e do IP (índice de plasticidade), podendo assumir qualquer valor positivo inteiro, inclusive o zero, no que difere do proposto originalmente, quando sua amplitude ia de 0 a 20. Como o IG atribui um valor ao solo, o qual varia inversamente à capacidade de suporte do subleito, sob boas condições de drenagem e compactação, se um solo possuir IG igual a zero, será considerado bom material e, quanto mais elevado for seu valor, pior material. Os solos são divididos de A1 a A8 (solos altamente orgânicos): A-1-a, A-1-b, A-2-4, A- 2-5, A-2-6, A-2-6, A-2-7, A3, A4, A5, A6, A-7-5, A-7-6, sendo que o comportamento como camada para composição da estrutura do pavimento dos solos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5, A3 é considerado de excelente a bom, e os restantes, de regular a mau Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) ou Unified Soil Classification System (USCS) Essa classificação que se utiliza de propriedades-índice LL, LP e granulometria foi desenvolvida por Arthur Casagrande, e apresentada num simpósio (Casagrande, 1948), tendo sofrido várias revisões, sendo que a última ocorreu em 1983 (Horward, 1984). Os limites de Atterberg são determinados com a fração menor que 0,42 mm, servindo essencialmente para classificar a fração fina de solo, através da carta de plasticidade (LL x IP). Os solos são representados por duas letras, a primeira relativa à granulometria e a segunda à plasticidade. Assim, tem-se para os solos que mais de 50% da fração fina fica retida na peneira de 0,075 mm as seguintes letras: G (pedregulho), S (areia) que pode ser bem graduados e designados pela letra W e caso contrário com a letra P. Para os solos cuja fração fina passa mais que 50% na peneira de malha 0,075 mm, têm-se as letras M (silte) e C (argila) que recebem os sufixos L (baixa) e H (alta) plasticidade. Ainda a letra O representa os solos orgânicos Limitações das Classificações Geotécnicas : HRB e USCS quando aplicadas a solos tropicais Diversos autores entre eles Lumb (1962), Moh e Mazhar (1969), Lyon Associates (1971), Gidigasu (1980), Nogami e Villibor (1979(a) (b)), Mitchell e Sittar (1982), têm investigado e discutido as limitações das classificações geotécnicas comumente denominadas de ortodoxas, as quais se baseiam nas propriedades-índices, conforme foi anteriormente citado. Algumas limitações ocorrem principalmente em razão das diferenças existentes entre a natureza das frações de argila e areias, de solos de regiões tropicais e regiões temperadas, para as quais tais classificações foram desenvolvidas. A fração de argila dos solos lateríticos possuem óxidos de ferro e/ou alumínio hidratados, bem como argilos-minerais que conferem baixa expansibilidade e alta capacidade de suporte quando compactados, não sendo encontrados em solos não lateríticos. A fração arenosa dos solos lateríticos pode conter elevada porcentagem de concreções de resistência inferior à da areia tradicional (essencialmente quartzo). A presença de mica e/ou de feldspato nos solos saprolíticos reduz a densidade seca, a capacidade de suporte e o índice de plasticidade, aumentando o teor de umidade ótima e a expansão do solo. 2/2

3 As limitações quanto a essas classificações podem ser resumidas em: a) Repetibilidade dos resultados dos ensaios; b) Falta de correlação da classificação e o comportamento geotécnico (propriedades mecânicas e hidráulicas) observado. Referente a alínea a), Gidigasu (1980) já alertava para a elevada dispersão dos resultados dos limites de Atterberg e a granulometria dos solos tropicais. Na figura 2.1 observa-se o ocorrência de solos tropicais no Brasil. Figura 2.1 Ocorrência de solos lateríticos no Brasil ( Villibor et al, 2000). 2.3 Apresentação da Metodologia MCT Generalidades Conforme exposto, a metodologia tradicional apresenta uma série de limitações e deficiências para o uso de solos na pavimentação, desde os aspectos de classificação de solos até os critérios de escolha e dosagem de materiais para o emprego em bases. Tendo em vista as dificuldades e deficiências apontadas no uso das classificações tradicionais, desenvolvidas para solos de clima frio e temperado, quando empregadas em solos de ambientes tropicais, Nogami e Villibor desenvolveram uma metodologia designada MCT, específica para solos compactados tropicais. Essa metodologia baseia-se numa série de ensaios e procedimentos, que reproduzem as condições reais de camadas de solos tropicais compactadas aferindo propriedades geotécnicas que espelham o comportamento in situ dos solos tropicais. A sistemática MCT desenvolvida por Nogami e Villibor a partir da década de 70, devese principalmente aos seguintes fatores: - limitações dos procedimentos tradicionais em caracterizar e classificar os solos com base na granulometria e limites de Atterberg (LL e IP). Estes índices são incapazes e insuficientes para se distinguir os principais tipos de solos tropicais, de 3/3

4 propriedades opostas, conhecidos como lateríticos e saprolíticos, inadequadamente designados em outros países de residuais. - constatação experimental de bom desempenho, de bases constituídas por solos lateríticos de granulação fina e de solo agregado com grande porcentagem de finos (passando freqüentemente quase que integralmente na peneira de 0,42 mm de abertura) apesar de serem considerados inapropriados para base de pavimentos pelas sistemáticas tradicionais. A designação MCT (Miniatura Compactada Tropical) é proveniente da utilização de ensaios de dimensões reduzidas (corpos de prova com 50 mm de diâmetro) com solos tropicais compactados. Esta Metodologia abrange dois grupos de ensaios a saber: - Mini CBR e associados e - Mini MCV e associados. A partir dos ensaios de Mini CBR e associados pode-se obter as características dos solos apropriados para bases de pavimentos. Geralmente, após a compactação dos corpos de prova, determina-se uma série de propriedades, tais como: capacidade de suporte (Mini CBR), expansão, contração, infiltrabilidade, permeabilidade, etc. Os ensaios Mini MCV e associados fornecem parâmetros para a determinação dos coeficientes c e e, que por sua vez permitem a classificação dos solos de acordo com a classificação MCT, além de permitirem a determinação de todas as propriedades referidas nos ensaios Mini CBR e associados. As propriedades obtidas através do grupo de ensaios Mini CBR e associados são determinadas em corpos de prova compactados com energia constante (normal ou intermediária) para vários teores de umidade. Com relação ao grupo de ensaios Mini MCV e associados, com exceção do ensaio de perda de massa por imersão, as demais propriedades são obtidas na máxima densidade para vários teores de umidade (variação da energia de compactação). As Figuras 2.2 e 2.3 ilustram os diferentes grupos de ensaios da Metodologia MCT Ensaio de Compactação O ensaio de compactação é um dos principais ensaios da Metodologia MCT, pois a partir de seus parâmetros básicos (teor de umidade ótima e massa especifica aparente seca máxima) molda-se corpos de prova para a determinação de outras propriedades geotécnicas da Metodologia MCT. O ensaio de compactação integrante da sistemática MCT utiliza uma aparelhagem de dimensões reduzidas podendo ser efetuado por dois métodos distintos de compactação: mini proctor e mini MCV. A seguir serão apresentados somente os ensaios classificatórios Ensaio de compactação Mini-MCV Este ensaio foi desenvolvido para estudo de solos tropicais em dimensões reduzidas por Nogami e Villibor em 1980, denominado de Mini MCV, foi baseado no método proposto por Parsons (1976), conhecido como ensaio MCV (Moisture Condition Value). Este ensaio consiste na aplicação de energias crescentes, até se conseguir um aumento sensível de densidade para vários teores de umidade, obtendo-se uma família de curvas de compactação. Essas curvas são denominadas de curvas de deformabilidade ou de Mini MCV, pois a partir delas, pode-se determinar o Mini MCV. Através da curva de deformabilidade correspondente ao Mini MCV igual 10, obtém-se o coeficiente c, utilizado na classificação geotécnica MCT. O ensaio também pode ser utilizado no controle da compactação e na previsão da erodibilidade. 4/4

5 METODOLOGIA MCT GRUPO DE ENSAIOS GRUPO DE ENSAIOS GRUPO DE ENSAIOS Mini CBR e Associados Mini MCV e Associados Ensaios "in situ" ENSAIO DE COMPACTAÇÃO Mini Proctor ENSAIO DE COMPACTAÇÃO Mini MCV Mini CBR com Penectrômetro Mini CBR Convencional Mini MCV Controle de Umidade ENSAIO DE PERDA DE MASSA POR IMERSÃO ENSAIOS ASSOCIADOS Capacidade de Suporte Mini CBR, Expanão, Contração, Infiltrabilidade, Permeabilidade, Penetração de Imprimadura Figura Grupos de Ensaios da Metodologia MCT (Villibor et al., 2000) Figura 2.3 Principais ensaios da metodologia MCT. 5/5

6 O Quadro 2.1 ilustra o equipamento, as características e procedimentos do ensaio e suas aplicações práticas. Quadro Ensaio de Compactação. APARELHAGEM CARACTERÍSTICAS APLICAÇÕES DOS RESULTADOS RELÓGIO COMPARADOR SOQUETE MOLDE PÉ DO SOQUETE CORPO DE PROVA BASE COMPACTADOR: Soquete de pé, com área igual do molde e com dispositivo que mede a altura do corpo de prova após qualquer número de golpes do soquete. Distinguem-se: TIPO E SIGLA Mini ou M SubMini ou S MOLDE (mm) MASSA SOQUETE (g) 2270, ALTURA DE QUEDA 305 mm 200 mm PROCEDIMENTOS: MINI-PROCTOR: Umidade variável, energia constante (normal, intermediária ou modificada). MINI-MCV: Umidade e energia variáveis, massa úmida constante (200 g no MINI, 30 g no SUB- MINI); obtém-se uma família de curvas de compactação. Método de Ensaio NBR M 196/89 DER M 191/88 DNER ME 228/94 Preparo de corpos de prova para ensaios diversos. Obtenção de dados para classificação MCT de solos. Umidade ótima e massa específica aparente seca máxima para a energia de compactação escolhida Ensaio de Perda de Massa por Imersão em Água Desenvolvido para distinguir os solos tropicais com comportamento laterítico daqueles com comportamento não laterítico. É também utilizado para classificar os solos tropicais (Classificação MCT), sendo empregado para o cálculo do coeficiente e. O Quadro 2.2 ilustra a aparelhagem, características de ensaio e aplicações dos resultados. Quadro Ensaio de Perda de Massa por Imersão em Água APARELHAGEM CARACTERÍSTICAS APLICAÇÕES DOS RESULTADOS PROCEDIMENTO: O corpo de prova (solo) compactado é parcialmente extraído de seu molde, de maneira que fique saliente 10 mm (5 mm para 26 mm) e, em seguida, submerso em água, em posição horizontal. Recolhe-se a parte eventualmente desprendida e determina-se a sua massa seca. A perda de massa por imersão Pi é expressa em porcentagem relativamente à massa seca da parte primitivamente saliente do corpo de prova. Método de Ensaio DER/SP M 192 DNER ME 254/89 Classificação MCT de solos. Avaliação da erodibilidade de solos em presença de lâmina d água Ensaio para Identificação Expedita MCT Ensaio das Pastilhas Nogami e Cozzolino (1985), propuseram inicialmente um procedimento expedito para atender a necessidade da identificação expedita de solos tropicais. Fortes (1990) e Fortes & Nogami (1991) apresentaram uma proposta para o procedimento de ensaio e identificação dos grupos MCT, que corresponde a uma série de determinações rápidas e simples, baseada em índices empíricos e determinações qualitativas, utilizando aparelhagem simples, podendo ser executada no campo, identificando-se com um 6/6

7 baixo custo, os solos de comportamento laterítico, dos de comportamento nãolaterítico, conforme grupos da classificação MCT. Nogami & Villibor (1994; 1996), apresentaram simplificações do método, conseguindo obter a identificação dos grupos MCT através de um gráfico do valor da contração diametral versus penetração. Assim sendo, o método baseia-se em determinações efetuadas em pastilhas que são moldadas em anéis de inox, secadas, verificando-se a contração diametral, e submetidas a reabsorção de água, quando se observa o surgimento de trincas, expansão, e resistência a penetração de uma agulha padrão. Em 1997, Fortes apresentou uma proposta de normalização na 1ª Câmara Permanente de Desenvolvimento Tecnológico ocorrida na Universidade Mackenzie. Desde então este procedimento para investigação expedita geotécnica segundo a metodologia MCT tem sido utilizado, com sucesso, em todo o país, em locais onde ocorrem solos tropicais, tais como no estado de São Paulo pelo Departamento de Estradas de Rodagem de São Paulo (DER-SP), no projeto de duplicação de 120 km da Rodovia Raposo Tavares SP 270, trecho Assis-Prudente, EMURB, em Brasília, pela NOVACAP e que está em processo de normalização no DER-SP (Fortes, Zuppolini & Merighi (2002). Na figura 2.3 está apresentada a seqüência para execução do ensaio e na figura 2.4 algumas ilustrações do mesmo. 7/7

8 Preparação da amostra Preparação da aparelhagem Espatulação da pasta e ajustagem de sua consistência Moldagem e Secagem das Pastilhas Determinação da Plasticidade da Pasta Determinação da Contração das Pastilhas Embebição e Determinação da Penetração Valores de penetração efetuados nas pastilhas submetidas a embebição (ou reabsorção) for próximo ou igual a 2 mm? SIM Determinações Complementares NÃO CLAS SIFI- CA- ÇÃO MCT Figura 2.3 Seqüência de execução do ensaio. 8/8

9 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura Método da Pastilha. (a) aparelhagem; (b) espatulação da amostra; (c) moldagem das pastilhas; (d) medida da contração; (e) reabsorção d`água; (f) penetração 9/9

10 2.4 Aplicações Práticas da Metodologia MCT As principais aplicações desta metodologia são: Classificação dos solos; Propriedades geotécnicas; Critérios de escolha e priorização de solos para bases; Dosagem de misturas com solos lateríticos e Dosagem de imprimaduras asfálticas. 2.5 Classificação dos Solos com uso da Metodologia MCT Metodologia MCT Tradicional A classificação dos solos com uso da Metodologia MCT foi desenvolvida especialmente para o estudo de solos tropicais, baseada em propriedades mecânicas e hídricas, obtidas de corpos de prova compactados de dimensões reduzidas. Essa classificação não utiliza a granulometria, o limite de liquidez e o índice de plasticidade, como acontece no caso das classificações geotécnicas tradicionais, separando os solos tropicais em duas grandes classes, os de comportamento laterítico e os de comportamento não laterítico. Os solos lateríticos e saprolíticos, segundo a classificação MCT, podem pertencer aos seguintes grupos: Solos de comportamento laterítico, designado pela letra L, sendo subdivididos em 3 grupos: LA - areia laterítica quartzosa; LA - solo arenoso laterítico; e LG - solo argiloso laterítico. Solos de comportamento não laterítico (saprolítico), designados pela letra N, sendo subdivididos em 4 grupos: NA areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de grão de quartzo e/ou mica, não laterítico; NA misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico (solo arenoso); NS solo siltoso não laterítico e NG solo argiloso não laterítico. Para se classificar os solos lateríticos e saprolíticos, através da Metodologia MCT, utiliza-se o gráfico da Figura 2.5, onde a linha tracejada separa os solos de comportamento laterítico dos de comportamento não laterítico. 10/10

11 Figura Classificação MCT Este gráfico foi elaborado a partir do conhecimento dos coeficientes c (eixo das abscissas) e e (eixo das ordenadas). O coeficiente c, denominado de coeficiente de deformabilidade, é obtido através do ensaio mini MCV. Os resultados obtidos neste ensaio também podem ser utilizados no controle da compactação e na previsão da erodibilidade. O coeficiente c indica a argilosidade do solo, ou seja, um c elevado (acima de 1,5) caracteriza as argilas e solos argilosos, enquanto que valores baixos (abaixo de 1,0) caracterizam as areias e os siltes não plásticos ou pouco coesivos. No intervalo entre 1,0 e 1,5 se situam diversos tipos de solos, tais como: areias siltosas, areias argilosas, argilas arenosas e argilas siltosas. O coeficiente e é calculado a partir do coeficiente d (inclinação da parte retilínea do ramo seco da curva de compactação, correspondente a 12 golpes do ensaio de mini MCV) e da perda de massa por imersão P i (porcentagem da massa desagregada em relação à massa total do ensaio quando submetida à imersão em água), expresso pela expressão: 20 Pi e ' = 3 + d ' 100 Detalhes dos procedimentos de cálculo dos coeficientes c e e e ensaios associados se encontram no livro Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos dos autores Nogami e Villibor, Classificação MCT - Pastilhas Uma vez obtidos os valores da contração diametral e da penetração, locá-los na carta apresentada na Figura 2.6, obtendo-se o grupo de solo da metodologia MCT. No quadro 2.3 estão apresentadas as propriedades dos solos de acordo com a classificação MCT. 11/11

12 Figura Carta de Classificação do Método das Pastilhas (Nogami e Villibor, 1994). Quadro 2.3 Propriedades e Utilização dos Grupos de Solos da MCT (Nogami e Villibor, 1995) 12/12