Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 8)

Transcrição

1 1 Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 8) Helio Marcos Fernandes Viana Tema: Classificação dos solos Conteúdo da parte 8 1 Introdução 2 Sistemas de classificação de solos para a Geotecnia ou Mecânica dos Solos 3 Considerações finais

2 2 1 Introdução 1.1 Principais objetivos de um sistema de classificação de solos Para a Geotecnia ou Mecânica dos Solos, os principais objetivos dos sistemas de classificação de solos são os seguintes: a) O sistema de classificação deve facilitar a caracterização das classes de solos; e b) O sistema de classificação deve prever o comportamento das classes de solos diante das solicitações, que os solos são submetidos. 1.2 O tipo de classificação de solos que interessa a Mecânica dos Solos O sistema de classificação de solo que interessa a Mecânica dos Solos é o sistema de classificação que considera o comportamento físico do solo. 1.3 Motivo da existência de vários sistemas de classificação de solos na Mecânica dos Solos Bem, é necessário haver vários sistemas de classificação na geotecnia (ou Mecânica dos Solos), pois na geotecnia existem vários campos (estradas, fundações, barragens, etc.); Assim sendo, tem-se que: Um sistema de classificação que é mais eficiente para área de estradas, pode não ser tão eficiente para área de fundações. 1.4 É necessário ter cautela, quando se utiliza um sistema de classificação de solos A maioria dos sistemas de classificação de solos existentes, com exceção do sistema de classificação MCT, são oriundos de países de climas temperados; Assim sendo, tem-se que: os sistemas HRB, atual TRB, e USCS oriundos de regiões de climas temperados, quando usados para solos das regiões de climas tropicas devem ser usados com uma certa cautela. OBS(s). a) O clima tropical é o clima que prevalece nas regiões sudoeste, nordeste e centrooeste do Brasil; b) A região tropical sul é a região compreendida entre a linha do equador e o trópico de capricórnio; e c) TRB significa Transportation Research Board. A Figura 1.1 ilustra a distribuição dos principais climas tropicais brasileiros. Observa-se, na Figura 1.1, que, apenas, uma parte da região sul do Brasil possui clima temperado.

3 3 Figura Distribuição dos principais climas tropicais brasileiros 1.5 Requisitos básicos de um sistema de classificação Um sistema de classificação de solos deve apresentar os seguintes requisitos básicos: i) Deve ser simples e facilmente memorizável; ii) Deve permitir uma rápida determinação do grupo que o solo pertence; iii) Deve permitir a classificação do solo por meio de processos simples de análise visual e táctil; iv) Deve ser flexível, para torna-se geral ou particular, quando o caso exigir, ou seja: a) O sistema de classificação deve possuir informações gerais dos grupos de solos; Por exemplo; informações gerais relacionadas à granulometria dos grupos de solos (grupo dos solos grossos ou grupo dos solos finos); e b) O sistema de classificação deve possuir informações particulares de cada grupo de solo; Por exemplo: informações particulares relacionadas à capacidade suporte ou CBR de cada grupo de solo (grupo de solo com CBR: muito elevado, elevado, médio ou baixo). v) Um sistema de classificação deve ser capaz de permitir novas expansões a posteriori, ou seja, deve ser capaz de incorporar novos solos descobertos.

4 4 2 Sistemas de classificação de solos para a Geotecnia ou Mecânica dos Solos 2.1 Principais sistemas de classificação de solos para a Geotecnia ou Mecânica dos Solos Dentre os vários sistemas de classificação de solos existentes merece destaque os seguintes sistemas de classificação: a) Sistema de classificação por tipo de solo; b) Sistema de classificação genético geral; c) Sistema de classificação granulométrica pelo triângulo de FERET; d) Sistema de classificação unificado ou USCS (Unified Soil Classification System); e) Sistema de classificação HRB (Highway Research Board), atual TRB (Transportation Research Board); e f) Sistema de Classificação MCT (Miniatura Compactado Tropical). OBS. Até então, sabe-se que o único sistema de classificação originalmente desenvolvido em uma região de clima tropical foi o sistema de classificação MCT. 2.2 Sistema de classificação por tipo de solo O sistema de classificação por tipo de solo faz o reconhecimento do grupo, que o solo pertence, baseado na análise visual e táctil do solo. O sistema de classificação por tipo de solo, que é baseado na análise visual e táctil do solo, classifica os solos conforme a quantidade de partículas predominantes no solo, em 3 (três) grupos principais, que são: a) Areia; b) Silte; e c) Argila. O critério de classificação do solo por meio da análise visual e táctil já foi apresentado em aula anterior. Sabe-se que os principais testes para identificação visual e táctil dos solos são: a) Teste da sensação ao tato; b) Teste da plasticidade com rolinhos de 3 mm; c) Teste da resistência do solo seco; d) Teste da desagregação do solo submerso; e) Teste da mobilidade da água intersticial (ou da água presente entre as partículas de solo); e f) Etc.

5 5 2.3 Sistema de classificação genético geral O sistema de classificação genético geral foi proposto para ser usado em problemas relacionados à construção de estradas. O sistema de classificação genético geral divide os solos em 3 (três) categorias, as quais são: a) Solo superficial a) Solo superficial; b) Solo de alteração; e c) Solo transportado ou sedimentar. Solo superficial é o solo que constitui o horizonte superficial do perfil de solo, normalmente, contendo matéria orgânica. O solo superficial ou horizonte superficial é onde se concentra o estudo da pedologia ou edafologia. OBS. Pedologia ou edafologia é a parte da ciência que estuda o solo para fins agrícolas. O solo do horizonte superficial possui: estrutura, cor, e constituição mineralógica diferente das camadas inferiores. O solo superficial ou horizonte superficial varia de alguns decímetros a alguns metros. b) Solo de alteração Solo de alteração é o solo proveniente da decomposição da rocha graças ao processo de intemperismo. Em condições normais, o solo de alteração acha-se subjacente ao solo superficial ou abaixo do horizonte superficial. O solo de alteração, no Brasil, frequentemente, pode atingir até dezenas de metros. Solos de alteração são solos que a granulometria cresce com a profundidade, ou seja, quanto mais profundo o solo de alteração mais grosso é o solo de alteração (o solo tende a areia ou a pedregulho). OBS. Os indícios apontam que o solo de alteração é um solo residual. Solos residuais são solos que resultam da decomposição da rocha, in situ (no local), e que permanece sobre ela; por exemplo: solo saprolítico (O prefixo sapro vem da palavra grega saprós que significa podre; O sufixo lítico vem da palavra grega líthos que significa pedra).

6 6 c) Solos transportados ou solos sedimentares Os solos transportados ou sedimentares são originados do processo de transporte e decomposição de solos, que são causados pelos processos geológicos de superfície. Os elementos dos processos geológicos de superfície, os quais são formadores dos solos transportados ou sedimentares são os seguintes: a) A água (que forma os solos aluvionares); b) A gravidade (que forma os solos coluvionares); c) O vento (que forma os solos eólicos); e e) O gelo (que forma os solos glaciares). A granulometria dos solos transportados é mais ou menos uniforme, de acordo com o agente transportador. Os solos transportados podem está aflorastes na superfície da terra, ou então, podem está subjacentes à camada superficial ou horizonte superficial. Os solos transportados, por vezes, podem atingir centenas de metros. 2.4 Sistema de classificação granulométrica pelo triângulo de FERET i) Considerações iniciais Sabe-se que as características granulométricas do solo determinam o seu comportamento, como enfatizado nos testes visuais e tácteis. Sabe-se que a curva granulométrica do solo é fácil de ser obtida, e que ela possui uma exatidão razoável. A calcificação triangular usa termos diretos usualmente relacionados à classificação dos solos; por exemplo: termos como: argila, silte, areia, areia argilosa, etc., o que facilita o uso desta classificação nos trabalhos de sondagens geotécnicas. Atualmente, não existe uma concordância entre os geotécnicos, quanto ao intervalo de variação dos diâmetros de cada uma das frações (ou porcentagens) de partículas que compõe os solos. Como estamos no Brasil, adotamos a escala granulométrica da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) que é apresentada na Figura 2.1. Observe, na Figura 2.1, que a fração areia do solo corresponde à fração (ou porcentagem) do solo com diâmetros variando de 0,05 mm até 4,8 mm.

7 7 Figura Escala granulométrica da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ii) Classificação granulométrica com base no triângulo de FERET Os principais passos para a classificação granulométrica do solo com base no triângulo de FERET são os que se seguem: a) Inicialmente, deve-se definir, no gráfico da curva granulométrica, os intervalos de porcentagem, em peso, correspondentes à argila, silte e areia; OBS. Para definir os intervalos das porcentagens, em peso, correspondentes à argila, silte e areia, na curva granulométrica, é necessário ter como referência a escala granulométrica da ABNT da Figura 2.1. b) Em seguida, deve-se calcular as percentagens, em peso, correspondentes à argila, silte e areia do solo; c) Então, para classificar o solo, deve-se fazer uso do diagrama triangular de FERET, que indica em cada um dos seus lados a porcentagem, em peso, de argila, silte e areia, que o solo possui; d) Realiza-se o cruzamento das porcentagens de argila, silte e areia do solo no triângulo de FERET; e) A soma das porcentagens (ou frações), em peso, de argila, silte e areia do solo deverá ser 100%, e conduzem a um ponto no interior do triângulo de FERET; e f) Finalmente, a área em que o ponto do cruzamento das porcentagens (ou frações) de argila, silte e areia cair (ou se localizar) no interior do triângulo de FERET fornece a classificação do solo. A Figura 2.2 ilustra uma curva granulométrica de um solo, e a definição dos intervalos das porcentagens (ou frações), em peso, de argila, silte e areia do solo de acordo com a escala da ABNT.

8 8 Figura Exemplo de uma curva granulométrica de um solo, e a definição dos intervalos das porcentagens (frações), em peso, de argila, silte e areia do solo de acordo com a escala granulométrica da ABNT Com base na curva granulométrica da Figura 2.2, e na escala granulométrica da ABNT, tem-se as seguintes frações (porcentagens) para argila, silte e areia do solo em questão: a) % de Argila (ou % partículas, em peso, com < 0,005 mm) = 48% b) % de Silte (ou % partículas, em peso, com 0,005 < 0,05 mm) = = 64% - 48% = 16% c) % Areia (ou % partículas, em peso, com 0,05 < 4,8 mm) = = 100% - 64% = 36% OBS. = diâmetro das partículas de solo em mm. Finalmente, a Figura 2.3 ilustra um triângulo de FERET, inclusive com um pequeno ponto preto correspondente à classificação do solo da curva granulométrica da Figura 2.2, o qual foi classificado como argila arenosa.

9 9 Figura Triângulo de FERET, inclusive com um pequeno ponto preto correspondente à classificação do solo da curva granulométrica da Figura Classificação do solo unificada ou classificação USCS (Unified Soil Classification System), ou classificação de Casagrande Introdução à classificação unificada A classificação unificada foi apresentada por Artur Casagrande, em 1942, com o objetivo de classificar os solos para utilizá-los na construção de aeroportos. Os elementos classificatórios utilizados na classificação unificada são: a) A granulometria do solo; e b) Os limites dos estados de consistência do solo: LL e LP. OBS. LL = limite de liquidez; e LP = limite de plasticidade.

10 Critério de classificação do solo pela classificação unificada i) Representação do tipo de solo Na classificação unificada, cada solo é representado por 2 (duas) letras: por um PREFIXO, e por um SUFIXO. Bem, O PREFIXO da classificação unificada se relaciona ao tipo de solo (Por exemplo: pedregulho, areia, silte, argila). Já O SUFIXO da classificação unificada se relaciona às características granulométricas e à plasticidade do solo. ii) As duas grandes classes de solo da classificação unificada Na classificação unificada, os solos são inicialmente divididos em duas grandes classes, as quais são: a) Classe dos solos grossos, ou seja, classe dos solos com mais de 50% de solo, em peso, retidos na peneira número 200, ou na malha (#) 200 (ou na peneira de malha de diâmetro correspondente à 0,075 mm); e OBS. O símbolo # indica malha da peneira, ou o número da peneira. b) Classe dos solos finos, ou seja, classe dos solos com mais de 50% de solo, em peso, passando na peneira número 200. iii) Grupos e subgrupos da classe dos solos grossos da classificação unificada A classe dos solos grossos da classificação unificada foi dividida em 2 (dois) grupos, os quais são indicados pelos seguintes PREFIXOS: -> G (gravel), que indica o grupo dos pedregulhos; e -> S (sand), que indica o grupo das areias. OBS. Os PREFIXOS são as iniciais dos nomes pedregulho e areia em inglês, que significam gravel e sand respectivamente. Cada um dos 2 (dois) grupos dos solos grossos, G (gravel) e S (sand), possuem 4 (quatro) subgrupos, os quais são representados pelos seguintes SUFIXOS: -> W (well), que significa material limpo e bem graduado; -> P (poor), que significa material limpo e mal graduado; -> C (clay), que significa material bem graduado com bom aglutinante argiloso; e -> F (fine), que significa material com excesso de finos. OBS(s). a) Os materiais do subgrupo W (well), bem graduado, possuem: Coeficientes de não uniformidade (Cu), para areias Cu > 6 e para pedregulhos Cu > 4; e ainda Coeficiente de curvatura do solo (Cc) no seguinte intervalo: 1 < Cc < 3. b) Os materiais do subgrupo P (poor), mal graduado, geralmente possuem coeficiente de não uniformidade (Cu) inferiores a 5; e c) Os temas: coeficiente de não uniformidade (Cu) e coeficiente de curvatura do solo (Cc) serão abordados em aula futura.

11 11 Por meio da combinação dos prefixos e sufixos, podem ser obtidos os seguintes subgrupos para os solos grossos pela classificação unificada: -> Solo GW (gravel well) = pedregulho limpo bem graduado; -> Solo GP (gravel poor) = pedregulho limpo mal graduado; -> Solo GC (gravel clay) = pedregulho bem graduado com bom aglutinante argiloso; -> Solo GF (gravel fine) = pedregulho com excesso de finos; -> Solo SW (sand well) = areia limpa bem graduada; -> Solo SP (sand poor) = areia limpa mal graduada; -> Solo SC (sand clay) = areia bem graduada com bom aglutinante argiloso; e -> Solo SF (sand fine) = areia com excesso de finos. iv) Grupos e subgrupos da classe dos solos finos da classificação unificada A classe dos solos finos da classificação unificada foi dividida em 3 (três) grupos, os quais são indicados pelos seguintes PREFIXOS: -> M (mo), que indica silte e areia muito fina; -> C (clay), que indica silte e argila inorgânica; e -> O (organic), que indica argilas orgânicas. OBS. O PREFIXO M significa mo, que é uma palavra sueca que se refere ao silte; E clay significa argila em inglês. Cada um dos 3 (três) grupos dos solos finos, M (mo) e C (clay) e O (organic), possuem 2 (dois) subgrupos, os quais são representados pelos seguintes SUFIXOS: -> H (high), que indica solos com alta compressibilidade com LL 50%; e -> L (low), que indica solos com baixa compressibilidade com LL < 50%. Por meio da combinação dos prefixos e sufixos, podem ser obtidos os seguintes subgrupos para os solos finos pela classificação unificada: -> Solo ML (mo low) = silte e areia muito fina de baixa compressibilidade; -> Solo MH (mo high) = silte e areia muito fina de alta compressibilidade; -> Solo CL (clay low) = silte e argila inorgânica de baixa compressibilidade; -> Solo CH (clay high) = silte e argila inorgânica de alta compressibilidade; -> Solo OL (organic low) = argila orgânica de baixa compressibilidade; e -> Solo OH (organic high) = argila orgânica de alta compressibilidade. OBS(s). a) Na classificação unificada existe um subgrupo de solos que não se enquadra em nenhum dos subgrupos citados, o qual é o subgrupo Pt (peat), que apresenta as seguintes características: -> São solos turfosos com alto teor de matéria orgânica; e -> São solos com elevada compressibilidade. b) Peat em inglês significa turfa; e

12 12 c) Turfa é uma matéria esponjosa formada por restos vegetais, e possui cor mais ou menos escura. OBS. Ainda, pode ocorrer na classificação a combinação de dois prefixos, tais como: GM (gravel mo) = pedregulho siltoso; GC (gravel clay) = pedregulho argiloso; SM (sand mo) = areia siltosa; e SC (sand clay) = areia argilosa. A Figura 2.4 ilustra um fluxograma que resume a classificação do solo unificada ou USCS (Unified Soil Classification System). Figura Fluxograma da classificação do solo unificada ou USCS OBS(s). a) Malha 200 (ou # 200) indica a peneira número 200; que é a peneira de malha de diâmetro correspondente à 0,075 mm; b) Malha 4 (ou # 4) indica a peneira número 4; que é a peneira de malha de diâmetro correspondente à 4,76 mm; c) O símbolo # indica a malha da peneira, ou o número da peneira; e d) Para usar o fluxograma da classificação unificada (Figura 2.4) para classificar solos finos, também é necessário utilizar a carta de plasticidade. A Figura 2.5 apresenta a carta de plasticidade, a qual é usada juntamente com o fluxograma da classificação unificada da Figura 2.4. para classificar os solos finos.

13 13 Pode-se observar, na Figura 2.5, que a carta de plasticidade do solo é função do limite de liquidez (LL) e do índice de plasticidade (IP) do solo. Figura Carta de plasticidade da classificação unificada ou USCS v) Previsão de comportamento dos solos da classificação unificada ou USCS (Unified Soil Classification System) Para os solos grossos da classificação USCS, a Tabela 2.1 mostra previsão de comportamento para algumas importantes propriedades do solo. Tabela Previsão de comportamento dos solos grossos da USCS para importantes propriedades dos solos Quando compactado Comportamento como Solo Compressibilidade Resistência fundação GW Bom a excelente Despresível Excelente GP Bom a excelente Despresível Boa GM Bom a excelente Despresível Boa GC Bom a excelente Muito pequena Regular a boa SW Bom a excelente Despresível Excelente SP Bom a mau Muito pequena Boa SM --- Pequena Boa SC Bom a mau Pequena Regular a boa

14 14 Para os solos finos da classificação USCS, a Tabela 2.2 mostra a previsão de comportamento para algumas importantes propriedades do solo. Tabela Previsão de comportamento dos solos finos da USCS para importantes propriedades dos solos Quando compactado Comportamento como Solo Compressibilidade Resistência fundação ML Muito mau Média Regular CL Bom a mau Média Regular OL Mau Média Baixa MH Mau Alta Baixa a regular CH Regular a mau Alta Baixa OH Muito mau Alta Baixa OBS. Solos tipo Pt apresentam compactação extremamente difícil, não devem ser usados em aterros, devem ser removidos das fundações, pois apresentam recalques excessivos. A Tabela 2.3 mostra a previsão do valor do CBR (California Bearing Ratio) do solo, em função do grupo da classificação USCS que o solo pertence. Tabela Previsão do valor do CBR (California Bearing Ratio) do solo, em função do grupo da classificação USCS que o solo pertence (Fonte: Manual de Pavimentação - DNIT, 2006) Solos da USCS CBR GW 40 a mais de 80 GP 30 a mais de 60 GM 20 a mais de 60 GC e SW 20 a 40 SP e SM 10 a 40 SC 5 a 20 ML, CL e CH 15 a menos de 2 MH 10 a menos de 2 OL e OH 5 a menos de 2 A classificação USCS fornece inúmeras informações sobre o solo. As Tabelas 2.4 e 2.5 apresentam valiosas informações dos grupos de solos da classificação USCS, as quais são muito importantes nas fases preliminares dos projetos.

15 15 Observações: a) Mesmo quando for utilizada a Tabela 1.2, é importante realizar o ensaio de permeabilidade do solo antes da construção da barragem para confirmação dos dados da Tabela 1.2. b) De acordo com BORDEAUX (1982), para maciços de barragem de solos coesivos dos tipos: areias siltosas pouco argilosas até argilas silto-arenosas o processo de compactação é o de Proctor na energia normal (Pag , capítulo 18). Assim sendo, esta faixa considerada por BORDEAUX (1982) cobre ou considera uma grande variedade de solos, que vão desde os solos mais grossos até os solos mais finos. c) Talude de montante é o talude que está em contato direto com a água do reservatório da barragem. Tabela Permeabilidade dos solos e trabalhabilidade dos solos com base na classificação USCS ou unificada (Fonte: Modificada de Bueno e Villar, 1980) Solo (pela classificassão USCS) (g/cm 3 ) GW Permeável Variação de 2,00 a 2,20 Excelente GP Muito despresível Variação de 1,80 a 2,00 Boa GM De semipermeável a impermeável Variação de 1,92 a 2,20 Boa GC Impermeável Variação de 1,84 a 2,10 Boa SW Permeável Variação de 1,76 a 2,10 Excelente SP Permeável Variação de de 1,60 a 1,92 Regular SM De semipermeável a impermeável Variação de 1,76 a 2,00 Regular SC Impermeável Variação de 1,68 a 2,00 Boa ML De semipermeável a impermeável Variação 1,52 a 1,92 Regular CL Impermeável Variação 1,52 a 1,92 De regular a boa OL De semipermeável a impermeável Variação de 1,28 a 1,60 Regular MH De semipermeável a impermeável Variação de 1,12 a 1,52 Má CH Impermeável Variação de 1,20 a 1,68 Má OH Impermeável Variação de 1,10 a 1,60 Má Pt Permeabilidade (quando compactado) Não recomendado para aterros e fundações g d (peso específico seco máximo) na umidade ótima (W ot ), quando compactado no Proctor normal. Não recomendado para aterros e fundações Trabalhabilidade como material de costrução de barragens e estradas Não recomendado para aterros e fundações

16 16 Tabela Diversas características dos solos da classificação USCS, quanto à resistência, ao comportamento como fundação e às características drenantes (Fonte: Modificada de Bueno e Villar, 1980) Solo (pela classificassão USCS) Resistência (quando compactado e saturado) Comportamento como fundação, mas é importante verificar o N(SPT) Carracterísticas, quando usado como dreno GW Excelente Excelente a boa Excelente GP Boa Excelente a boa Excelente GM Boa Excelente a boa Regular a má GC Regular a boa Excelente a boa Má SW Excelente Excelente a boa Excelente SP Boa Boa a má (depende do peso específico) Excelente SM Boa -- Regular a má SC Regular a boa Boa a má Má ML Regular Muito má (pode ocorrer liquefação) Regular a má CL Regular Boa a má Má OL Baixa Má Má MH Regular a baixa Má Regular a má CH Baixa Regular a má Má OH Baixa Muito má Má Pt Não recomendado para aterros e fundações, deve ser removido Não recomendado para aterros e fundações, deve ser removido Não recomendado para aterros e fundações, deve ser removido A Tabela 2.6 mostra as inclinações recomendadas para os taludes de barragens de terra, com altura máxima de 15 m do leito do rio, com aterros homogêneos (ou com o mesmo tipo de solo) localizados sobre fundações estáveis. Tais inclinações são recomendadas pelo BUREAU OF RECLAMATION (apud BORDEAUX, 1982, capítulo 19). Tabela Inclinações recomendadas para os taludes de barragens de terra, com altura máxima de 15 m do leito do rio, com aterros homogêneos localizados sobre fundações estáveis (BUREAU OF RECLAMATION apud BORDEAUX, 1982, capítulo 19) Tipo de Material Pela classificação Unificada GC, GM, SC, SM CL, ML Talude Montante Jusante 1V : 3H 1V : 2H 1V : 3,5H 1V : 2,5H CH, MH 1V : 4H 1V : 2,5H Onde: V = inclinação vertical, e H = inclinação horizontal.

17 Classificação HRB (Highway Research Board), atual TRB (Transportation Research Board) Introdução à classificação HRB (atual TRB) A Classificação HRB (atual TRB) também é adotada pela AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials). A Classificação HRB (Highway Research Board) foi inicialmente proposta para ser usada na área de estradas. A classificação HRB é fundamentada nos seguintes elementos classificatórios: OBS. IP = LL LP. a) Granulometria; b) Limite de liquidez (LL); e c) Índice de plasticidade (IP) Índice de grupo da classificação HRB i) Introdução ao índice de grupo (IG) da HRB Antes de apresentar os grupos de solos da classificação HRB, é conveniente explicar o que vem a ser o índice de grupo da classificação HRB. O índice de grupo (IG) é um índice que estabelece uma ordem de qualidade para solos, dentro de um mesmo grupo de solos da classificação HRB. Assim sendo, tem-se que um mesmo solo, da classificação HRB, pode ser melhor ou pior dependendo do seu índice de grupo, pois quanto maior o índice de grupo pior é o solo. Por exemplo: um solo do grupo A-5 da HRB com IG = 3, é melhor que um solo A-5 da HRB com IG = 11; sendo IG = índice de grupo. ii) Determinação do índice de grupo (IG) da HRB a) Determinação do índice de grupo da HRB por meio de gráfico A Figura 2.6, apresentada a seguir, mostra os gráficos utilizados na determinação do índice de grupo (IG) da classificação HRB (Highway Research Board). OBS. O valor do índice de grupo é dado pela soma de IG 1 e de IG 2 obtida, a partir dos 2 (dois) gráficos da Figura 2.6, ou seja: IG = IG 1 + IG 2

18 18 Figura Gráficos utilizados na determinação do índice de grupo (IG) Observe na Figura 2.6 que o índice de grupo (IG) é função dos seguintes elementos: a) % que passa na # (malha) 200, ou peneira n. o 200 ; b) IP = índice de plasticidade; e c) LL = limite de liquidez. OBS. O símbolo # indica a malha, ou o número da peneira. b) Determinação do índice de grupo com base em equação O índice de grupo dos solos da HRB pode ser obtido com base na seguinte equação: IG 0,2.a 0,005.a.c 0,01.b.d (2.1)

19 19 Determinação do a da eq. (2.1) a % passa # (2.2) em que: % passa # 200 = porcentagem de solo, em peso, que passa na peneira n. o 200. OBS(s). Se % passa # %, então adotar a = 0; e Se % passa # %, então adotar a = 40. Determinação do b da eq. (2.1) b % passa # (2.3) em que: % passa # 200 = porcentagem de solo, em peso, que passa na peneira n. o 200. OBS(s). Se % passa # %, então adotar b = 0; e Se % passa # %, então adotar b = 40. Determinação do c da eq. (2.1) c LL 40 (2.4) em que: LL = limite de liquidez (%); OBS(s). Se LL 60%, então adotar c = 20; e Se LL 40%, então adotar c = 0. Determinação do d da eq. (2.1) d IP 10 (2.5) em que: IP = índice de plasticidade (%); OBS(s). Se IP 10%, então adotar d = 0; e Se IP 30%, então adotar d = 20.

20 Os grupos de solos da classificação HRB, e a previsão do comportamento dos solos como subleito de pavimento i) Elementos classificatórios dos solos pelo sistema HRB são: Os elementos classificatórios dos solos pelo sistema de classificação HRB, a) % (porcentagem) de solo, em peso, que passa na # 10; b) % (porcentagem) de solo, em peso, que passa na # 40; c) % (porcentagem) de solo, em peso, que passa na # 200; d) Limite de liquidez (LL); e) Índice de plasticidade (IP); e f) Índice de grupo (IG). OBS. O símbolo # indica a malha da peneira, ou número da peneira. A Tabela 2.7 indica as principais peneiras usadas na classificação da HRB, e os seus respectivos diâmetros correspondentes. Tabela Principais peneiras usadas na classificação da HRB e seus respectivos diâmetros correspondentes Peneira da HRB Diâmetro correspondente (mm) N. o 10 ou # 10 2,00 N. o 40 ou # 40 0,42 N. o 200 ou # 200 0,075 ii) Descrição dos grupos de solos do sistema HRB Os solos GROSSOS do sistema HRB, são os solos com menos de 35% de solo passando na # (malha ou peneira) 200; Estes solos formam os seguintes grupos: Grupo A-1 = grupo dos pedregulhos e areias grossas bem graduadas, com nenhuma ou pouca plasticidade; Grupo A-2 = grupo dos pedregulhos e areias grossas, com material cimentante de natureza friável ou plástica; e OBS(s). a) Material friável é um material semelhante a pó; e b) Plasticidade é a propriedade que o solo tem de experimentar deformações rápidas sem ocorrer variações volumétricas apreciáveis, e sem ocorrer ruptura do solo.

21 21 Grupo A-3 = grupo das areias finas não plásticas. Os solos FINOS do sistema HRB, são os solos com mais de 35% passando na # (malha ou peneira) 200; Estes solos formam os seguintes grupos: Grupo A-4 = grupo dos solos siltosos, com pequena quantidade de material grosso e pequena quantidade de argila; Grupo A-5 = grupo dos solos siltosos, com pequena quantidade de material grosso e pequena quantidade de argila, mas solo rico em mineral mica; Grupo A-6 = grupo das argilas siltosoas medianamente plásticas, com pouco ou nenhum material grosso; e Grupo A-7 = grupo das argilas plásticas com presença de matéria orgânica. OBS. O grupo A-7 da HRB se divide em dois subgrupos, os quais são: a) Grupo A-7-5 O grupo A-7-5 ocorre se: a) O solo for do grupo A-7, e b) IP LL OBS. IP = índice de plasticidade do solo; e LL = limite de liquidez do solo. b) Grupo A-7-6 O grupo A-7-6 ocorre se: a) O solo for do grupo A-7, e b) IP > LL A Figura 2.7 mostra, em detalhes, o quadro do sistema de classificação HRB, pode-se observar que o sistema de classificação HRB prevê o comportamento do tipo de solo como subleito de pavimento de estrada.

22 22 Figura Quadro do sistema de classificação de solos da HRB (Highway Research Board), atual TRB (transportation Research Board)

23 23 OBS. É importante lembrar que de acordo Nogami (1985), solos tropicais lateríticos tipo A-4 podem ser usados como base de pavimento, e solos tropicais lateríticos tipo A-7 podem ser usados como subbase de pavimentos. A Tabela 2.8 mostra a previsão do valor do CBR (California Bearing Ratio) do solo, em função do grupo da classificação HRB que o solo pertence. Tabela Previsão do valor do CBR (California Bearing Ratio) do solo, em função do grupo da classificação HRB que o solo pertence (Fonte: Manual de Pavimentação - DNIT, 2006) Solos da HRB CBR A-1-a 40 a mais de 80 A-1-b 20 a mais de 80 A-2-4 e A a mais de 80 A-2-6 e A a 30 A-3 15 a 40 A-4 4 a 25 A-5 10 a menos de 2 A-6 e A-7 15 a menos de Sistema de classificação MCT (Miniatura Compactado Tropical) Introdução ao sistema de classificação MCT O sistema de classificação MCT é um sistema de classificação desenvolvido com solos das regiões de climas tropicais. O sistema de classificação MCT existe, no Brasil, desde 1981, e tem-se demonstrado muito eficiente para classificar os solos das regiões de clima tropical. De acordo com Nogami e Villibor (1983), os sistemas de classificação HRB (atual TRB) e USCS, tem-se apresentado inadequados para classificação dos solos lateríticos e saprolíticos, os quais ocorrem com frequência no Brasil. Para Barroso e Fabbri (1997), os sistemas HRB (atual TRB) e USCS podem classificar os solos lateríticos e saprolíticos como sendo de uma mesma classe; Assim sendo, pode ser conferido aos solos de comportamento laterítico um desempenho inferior ao que é observado na prática.

24 Características da classificação MCT A classificação MCT possui 7 (sete) grupos de solos, os quais são: Grupo LA = grupo das areias lateríticas; Grupo LA = grupo dos solos lateríticos arenosos; Grupo NA = grupo das areias não lateríticas; Grupo NA = grupo dos solos não lateríticos arenosos; Grupo LG = grupo dos solos lateríticos argilosos; Grupo NG = grupo dos solos não lateríticos argilosos; e Grupo NS = grupo dos solos não lateríticos siltosos. A classificação MCT se baseia no índice e e no coeficiente c, que expressam respectivamente o caráter laterítico e a argilosidade do solo. A Figura 2.8 mostra o ábaco da classificação MCT, onde os grupos de solos são função de e e c. Figura Ábaco da classificação MCT, onde os grupos de solos são função de e e c

25 Previsão do desempenho dos solos da classificação MCT, quanto às finalidades rodoviárias A Tabela 2.9 mostra a previsão do desempenho dos solos da MCT, quanto às finalidades rodoviárias, em termos da qualidade do solo. OBS. O revestimento primário, citado na Tabela 2.9, é uma camada de solo sobreposta ao leito natural da estrada, para permitir uma melhor superfície de rolamento. Observa-se na Tabela 2.9 que, para os casos de utilização em questão, a qualidade dos solos variam de 1.º (primeira) qualidade, até a 7.º (sétima) qualidade; Além disso, existem casos que o material não é recomendado (n). Tabela Previsão do desempenho dos solos da MCT, quanto às finalidades rodoviárias, em termos da qualidade do solo Utilização NA NA' NS' NG' LA LA' LG' Base de pavimento n 4. o n n 2. o 1. o 3. o Reforço do subleito compactado Subleito compactado 4. o 5. o 7. o 6. o 2. o 1. o 3. o Aterro compactado 4. o 5. o 6. o 7. o 2. o 1. o 3. o Proteção à erosão n 3. o n n n 2. o 1. o Revestimento primário 5. o 3. o n n 4. o 1. o 2. o OBS. n significa material não recomendado 4. o 5. o n Grupo do Solo da MCT n 2. o 1. o 3. o OBS. Geralmente, no Brasil, a escala de valores em termos de palavras costuma variar do seguinte modo: Excelente (1. o ), Bom (2. o ), Regular (3. o ), Ruim (4. o ) e Péssimo (5. o ) Previsão do comportamento de algumas propriedades dos solos da MCT A Tabela 2.10 mostra a previsão do comportamento de algumas propriedades dos solos da classificação MCT.

26 26 Tabela Previsão do comportamento de algumas propriedades dos solos da MCT Propriedades do solo NA NA' NS' NG' LA LA' LG' Mine-CBR (sem imersão) M, E E M, E E E E, EE E Perda de Mine-CBR devido à imersão em água B, M B E Grupo do Solo da MCT E B B B Expansão do solo B B E M, E B B B Contração do solo B B, M M M, E B B, M M, E Coeficiente de permeabilidade M, E B B, M B, M B, M B B Sibologia para descrição do desempenho do solo EE = Muito elevado E = Elevado M = Médio B = Baixo Considerações finais quanto à classificação MCT A metodologia para determinação do índice e e do coeficiente c do solo, para que o solo seja classificado pelo sistema MCT, deverá ser apresentada detalhadamente na disciplina Mecânica dos Solos II. 3 Considerações finais A Tabela 3.1 mostra a incidência de grupos de solos das classificações: USCS, TRB e Triângulo de Feret, para diversos bairros de Vitória da Conquista - BA. Estes dados são fruto de pesquisas realizadas, pelos alunos de Mecânica dos Solos I da FTC, e apresentados no III Simpósio de Engenharia Civil em Os dados para construção da Tabela 3.1 levou em conta apenas uma amostra de cada Bairro; Contudo, em uma visão geral, percebe-se na Tabela 3.1 que há certa repetição dos grupos dos solos encontrados. Além disso, o solo tido como o melhor da Tabela 3.1, que é o solo A-2-4, está situado nos bairros mais altos da cidade, ou mais próximos ao topo da Serra do Periperi (Bairro Guarani e Bairro Ibirapuera).

27 27 Tabela Incidência de grupos de solos das classificações: USCS, TRB e Triângulo de Feret, para diversos bairros de Vitória da Conquista - BA Bairro Classificação % que passa na peneira HRB (ou TRB) USCS Triâgulo de Feret 200 (0,075 mm) 4 (4,76 mm) (%) (%) Alto Marom A-4 SC Argila arenosa 45,04 100, Zabelê A-4 SC Areia argilosa 39,15 100, Patagônia A-4 ML Argila arenosa 61,20 100, Candeias A-6 SC Argila arenosa 46,65 100, Guarani A-2-4 SC Areia argilosa 34,79 100, Felícia A-6 CL Argila arenosa 58,55 100, Alto da Boa Vista A-4 CL Argila arenosa 37,60 100, Ibirapuera A-2-4 SM Areia argilosa 33,45 100, LL LP Finalmente, quando nos referimos aos sistemas de classificação de solos, vale lembra as palavras do Prof. Nogami apud Bueno e Vilar (1980). Segundo Nogami, nos países do Hemisfério Norte com climas temperados, a fração areia e silte dos solos é quase totalmente composta por quartzo; Enquanto, nos solos tropicais podem ocorrer, na fração areia e silte, minerais como: feldspatos, micas, limonitas, magnetita, fragmentos de rochas, concreções lateríticas e etc.. Além disso, por vezes, o mineral quartzo pode está ausente da fração areia em muitos solos. Referências Bibliográficas ALMANAQUE ABRIL São Paulo: Abril, BARROSO, S. H. A.; FABBRI, G. T. P. Comparação entre as classes dos solos obtidas pelos sistemas de classificação HRB, USCS e MCT. In: XI CONGRESSO DE ENSINO E PESQUISA EM TRANSPORTE, 11., 1997, Rio de Janeiro, RJ. Anais... Rio de Janeiro, RJ: [s.n], p BORDEAUX, G. Barragens - Extensão Universitária. FEFUMEC Paginação personalizada. (Bibliografia depositada na Biblioteca da Escola de Engenharia de São Carlos) BUENO, B. S.; VILAR, O. M. Mecânica dos solos. Apostila 69. Viçosa - MG: Universidade Federal de Viçosa, p. CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações (fundamentos). Vol ed., Rio de Janeiro - RJ: Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., p. (Bibliografia Principal) DEPATAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA EM TRANSPORTES DNIT Manual de pavimentação. Rio de Janeiro - RJ p.

28 28 LEINZ, V.; LEONARDOS, O. H. Glossário geológico. 3. ed., São Paulo - SP: Companhia Editora Nacional, p (mais adenda) NOGAMI, J. S. Características dos solos tropicais. In REUNIÃO ABERTA DA INDÚSTRIA DE SOLO CAL: O USO DA CAL NA ENGENHARIA CIVIL, 5., 1985, São Paulo. Anais... São Paulo: EPUSP/Abpc, p NOGAMI, J. S.; VILLIBOR, D. F. Estudos geotécnicos e de drenagem aplicados à pavimentação. In: REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, 18., 1983, Porto Alegre. Anais... Porto Alegre, RS: ABPv (Associação Brasileira de Pavimentação), v. 2, p NOGAMI, J. S.; VILLIBOR, D. F. Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos. São Paulo - SP: Villibor, p. PINTO, C. S. Curso básico de mecânica dos solos. 3. ed., São Paulo - SP: Oficina de Textos, p. SENÇO, W. Manual de técnicas de pavimentação. Vol 1. São Paulo - SP: Pini, p. VIANA, H. M. F. Estudo do comportamento resiliente dos solos tropicais grossos do interior do Estado de São Paulo. 320f. Tese (Doutorado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2007.