2 classificacao de_solos

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  1. 1. 2. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS2.1 GeneralidadesO solo tem sido estudado por diversos ramos da ciência e tecnologia como aagricultura, a geologia, a engenharia; sendo que cada uma dessas áreas temdesenvolvido classificações próprias para finalidades científicas ou pragmáticas.Na área de Engenharia civil, objetivando-se uma otimização na utilização do solo, tem-se aproveitado classificações que podem ser divididas em genéticas e geotécnicas.No que se refere às classificações genéticas, pedológicas e geológicas, pode-se dizerque são essencialmente científicas, preocupando-se com a origem e evolução dossolos.Entre as classificações geotécnicas, destacam-se o Sistema Unificado de Classificaçãodos Solos (U.S.C.S. – Unified Soil Classification System) e a classificação parafinalidades rodoviárias, mais conhecida como HRB (Highway Research Board).No entanto, ao se utilizar esta ou aquela classificação, é importante que se conheça assuas limitações para não incorrer em interpretações e aplicações errôneas. Com essafinalidade, dar-se-á uma rápida visão de algumas dessas classificações, bem comosuas limitações quando empregadas para solos tropicais.2.2 Classificações Tradicionais2.2.1 Classificações Genéticas2.2.1.1 GeneralidadesSão as classificações pedológicas e geológicas, empregadas pela geotecnia visandomelhor orientar na localização de ocorrências promissoras, e no plano de sondagem eamostragem.2.2.1.2 Classificações PedológicasOs mapas e dados pedológicos tem sido utilizados sobretudo para orientar o empregodas camadas de solos superficiais (ou pedogenéticas) no estado natural. No entanto,para camadas mais profundas (horizonte C e subjacentes) de natureza transportada ouresidual, muitas vezes não trazem informações suficientes.Os mapas pedológicos do Brasil ainda são insuficientes tanto na escala (menor que1:100.000), como nas características dos horizontes superficiais A e B, nas quais sebaseiam, pois essa camada é quase totalmente removida nas obras civis. Uma dasmaiores dificuldades é ressaltada por Nogami e Villibor (1988) e consiste em que umsolo que integra um perfil pedologicamente laterítico pode apresentar comportamentogeotécnico não laterítico e vice-versa.2.2.1.3 Classificações GeológicasOs mapas geológicos existentes no Brasil são essencialmente do bedrock, o que criadificuldade quanto a sua utilização para fins geotécnicos pois que, além de nãoexistirem mapas com escala apropriada, muitas camadas de solos residuais outransportados nem constam dos mapas. Há ainda a dificuldade de se identificar ossolos saprolíticos, pois que uma mesma rocha matriz, sob a ação do intemperismotropical, pode dar origem a grande variedade de tipos geotécnicos de solos que seapresentam de maneira complexa e características mecânicas e hidráulicas diversas.2.2.2 Classificações Geotécnicas2.2.2.1 GeneralidadesDas classificações geotécnicas, duas são as que mais se salientam: a classificaçãoHRB - AASHTO e o Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS), que sebaseiam nos limites de Atterberg (LL e LP) e na granulometria. Rita Moura Fortes 1/1
  2. 2. 2.2.2.2 Classificação Highway Research Board (HRB)Essa classificação tem sido mais empregada em finalidade rodoviárias, sendo elaadotada pela maioria dos órgãos públicos nacionais.Além de se basear nas propriedades índice do solo: limites de Atterberg (LL e LP) egranulometria, a classificação HRB-AASHTO utiliza o índice de grupo (IG) onde entramos 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 ozero, 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 suportedo subleito, sob boas condições de drenagem e compactação, se um solo possuir IGigual a zero, será considerado bom material e, quanto mais elevado for seu valor, piormaterial.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 comportamentocomo 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.2.2.2.3 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 foidesenvolvida 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, servindoessencialmente 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 asegunda à plasticidade. Assim, tem-se para os solos que mais de 50% da fração finafica retida na peneira de 0,075 mm as seguintes letras: G (pedregulho), S (areia) quepode 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.2.2.2.4 Limitações das Classificações Geotécnicas : HRB e USCS quando aplicadas a solos tropicaisDiversos autores entre eles Lumb (1962), Moh e Mazhar (1969), Lyon Associates(1971), Gidigasu (1980), Nogami e Villibor (1979(a) (b)), Mitchell e Sittar (1982), têminvestigado e discutido as limitações das classificações geotécnicas comumentedenominadas de ortodoxas, as quais se baseiam nas propriedades-índices, conformefoi anteriormente citado.Algumas limitações ocorrem principalmente em razão das diferenças existentes entre anatureza das frações de argila e areias, de solos de regiões tropicais e regiõestemperadas, para as quais tais classificações foram desenvolvidas.A fração de argila dos solos lateríticos possuem óxidos de ferro e/ou alumíniohidratados, bem como argilos-minerais que conferem baixa expansibilidade e altacapacidade de suporte quando compactados, não sendo encontrados em solos nãolateríticos.A fração arenosa dos solos lateríticos pode conter elevada porcentagem de concreçõesde resistência inferior à da areia tradicional (essencialmente quartzo). A presença demica e/ou de feldspato nos solos saprolíticos reduz a densidade seca, a capacidade desuporte e o índice de plasticidade, aumentando o teor de umidade ótima e a expansãodo solo. Rita Moura Fortes 2/2
  3. 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 dosresultados 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 MCT2.3.1 GeneralidadesConforme exposto, a metodologia tradicional apresenta uma série de limitações edeficiências para o uso de solos na pavimentação, desde os aspectos de classificaçãode 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 classificaçõestradicionais, desenvolvidas para solos de clima frio e temperado, quando empregadasem solos de ambientes tropicais, Nogami e Villibor desenvolveram uma metodologiadesignada MCT, específica para solos compactados tropicais. Essa metodologiabaseia-se numa série de ensaios e procedimentos, que reproduzem as condições reaisde camadas de solos tropicais compactadas aferindo propriedades geotécnicas queespelham o comportamento “in situ” dos solos tropicais.A sistemática MCT desenvolvida por Nogami e Villibor a partir da década de 70, deve-se principalmente aos seguintes fatores:- limitações dos procedimentos tradicionais em caracterizar e classificar os soloscom base na granulometria e limites de Atterberg (LL e IP). Estes índices sãoincapazes e insuficientes para se distinguir os principais tipos de solos tropicais, de Rita Moura Fortes 3/3
  4. 4. propriedades opostas, conhecidos como lateríticos e saprolíticos, inadequadamentedesignados em outros países de “residuais”.- constatação experimental de bom desempenho, de bases constituídas por soloslateríticos de granulação fina e de solo agregado com grande porcentagem de finos(passando freqüentemente quase que integralmente na peneira de 0,42 mm deabertura) apesar de serem considerados inapropriados para base de pavimentos pelassistemáticas tradicionais.A designação MCT (Miniatura Compactada Tropical) é proveniente da utilização deensaios de dimensões reduzidas (corpos de prova com 50 mm de diâmetro) com solostropicais 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 dossolos apropriados para bases de pavimentos. Geralmente, após a compactação doscorpos de prova, determina-se uma série de propriedades, tais como: capacidade desuporte (Mini CBR), expansão, contração, infiltrabilidade, permeabilidade, etc.Os ensaios Mini MCV e associados fornecem parâmetros para a determinação doscoeficientes c’ e e’, que por sua vez permitem a classificação dos solos de acordo coma classificação MCT, além de permitirem a determinação de todas as propriedadesreferidas nos ensaios Mini CBR e associados.As propriedades obtidas através do grupo de ensaios Mini CBR e associados sãodeterminadas em corpos de prova compactados com energia constante (normal ouintermediária) para vários teores de umidade.Com relação ao grupo de ensaios Mini MCV e associados, com exceção do ensaio deperda de massa por imersão, as demais propriedades são obtidas na máximadensidade 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.2.3.2 Ensaio de CompactaçãoO ensaio de compactação é um dos principais ensaios da Metodologia MCT, pois apartir de seus parâmetros básicos (teor de umidade ótima e massa especifica aparenteseca máxima) molda-se corpos de prova para a determinação de outras propriedadesgeotécnicas da Metodologia MCT.O ensaio de compactação integrante da sistemática MCT utiliza uma aparelhagem dedimensões reduzidas podendo ser efetuado por dois métodos distintos decompactação: mini proctor e mini MCV.A seguir serão apresentados somente os ensaios classificatórios.2.3.2.1 Ensaio de compactação Mini-MCVEste ensaio foi desenvolvido para estudo de solos tropicais em dimensões reduzidaspor Nogami e Villibor em 1980, denominado de Mini MCV, foi baseado no métodoproposto por Parsons (1976), conhecido como ensaio MCV (Moisture Condition Value).Este ensaio consiste na aplicação de energias crescentes, até se conseguir umaumento sensível de densidade para vários teores de umidade, obtendo-se uma famíliade curvas de compactação. Essas curvas são denominadas de curvas dedeformabilidade 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 ocoeficiente c’, utilizado na classificação geotécnica MCT.O ensaio também pode ser utilizado no controle da compactação e na previsão daerodibilidade. Rita Moura Fortes 4/4
  5. 5. METODOLOGIA MCT GRUPO DE ENSAIOS GRUPO DE ENSAIOS GRUPO DE ENSAIOS Mini CBR e Mini MCV e Ensaios Associados Associados "in situ" ENSAIO DE ENSAIO DE COMPACTAÇÃO COMPACTAÇÃO Mini CBR Mini CBR Mini MCV com Controle de Mini Proctor Mini MCV Penectrômetro Convencional Umidade ENSAIO DE PERDA DE MASSA POR IMERSÃO ENSAIOS ASSOCIADOS Capacidade de Suporte Mini CBR, Expanão, Contração, Infiltrabilidade, Permeabilidade, Penetração de Imprimadura Figura 2.2 - Grupos de Ensaios da Metodologia MCT (Villibor et al., 2000)Figura 2.3 – Principais ensaios da metodologia MCT. Rita Moura Fortes 5/5
  6. 6. O Quadro 2.1 ilustra o equipamento, as características e procedimentos do ensaio esuas aplicações práticas.Quadro 2.1 - Ensaio de Compactação. APLICAÇÕES DOS APARELHAGEM CARACTERÍSTICAS RESULTADOS RELÓGIO COMPACTADOR: Método de Ensaio COMPARADOR Soquete de pé, com área igual do molde e com NBR – M 196/89 dispositivo que mede a altura do corpo de prova após DER – M 191/88 qualquer número de golpes do soquete. DNER – ME 228/94 Distinguem-se: SOQUETE Preparo de corpos de prova MOLDE MASSA ALTURA TIPO E SIGLA ∅ (mm) para ensaios diversos. SOQUETE (g) DE QUEDA Mini ou M 50 2270,4500 305 mm MOLDE SubMini ou S 26 1000 200 mm Obtenção de dados para classificação MCT de solos. PÉ DO SOQUETE PROCEDIMENTOS: Umidade ótima e massa MINI-PROCTOR: Umidade variável, energia específica aparente seca CORPO DE PROVA constante (normal, intermediária ou modificada). máxima para a energia de MINI-MCV: Umidade e energia variáveis, massa compactação escolhida. BASE úmida constante (200 g no MINI, 30 g no SUB- MINI); obtém-se uma família de curvas de compactação.2.3.3 Ensaio de Perda de Massa por Imersão em ÁguaDesenvolvido para distinguir os solos tropicais com comportamento laterítico daquelescom comportamento não laterítico. É também utilizado para classificar os solostropicais (Classificação MCT), sendo empregado para o cálculo do coeficiente e’.O Quadro 2.2 ilustra a aparelhagem, características de ensaio e aplicações dosresultados. Quadro 2.2 - Ensaio de Perda de Massa por Imersão em Água APLICAÇÕES DOS APARELHAGEM CARACTERÍSTICAS RESULTADOS PROCEDIMENTO: Método de Ensaio DER/SP – M 192 O corpo de prova (solo) compactado é DNER ME 254/89 parcialmente extraído de seu molde, de maneira que fique saliente 10 mm (5 mm Classificação MCT de para ∅ 26 mm) e, em seguida, submerso em solos. água, em posição horizontal. Recolhe-se a parte eventualmente desprendida e Avaliação da determina-se a sua massa seca. A perda de erodibilidade de solos massa por imersão Pi é expressa em em presença de lâmina porcentagem relativamente à massa seca da d’água. parte primitivamente saliente do corpo de prova.2.3.4 Ensaio para Identificação Expedita MCT – Ensaio das PastilhasNogami e Cozzolino (1985), propuseram inicialmente um procedimento expedito paraatender a necessidade da identificação expedita de solos tropicais. Fortes (1990) eFortes & Nogami (1991) apresentaram uma proposta para o procedimento de ensaio eidentificação dos grupos MCT, que corresponde a uma série de determinações rápidase simples, baseada em índices empíricos e determinações qualitativas, utilizandoaparelhagem simples, podendo ser executada no campo, identificando-se com um Rita Moura Fortes 6/6
  7. 7. baixo custo, os solos de comportamento laterítico, dos de comportamento não-laterítico, conforme grupos da classificação MCT.Nogami & Villibor (1994; 1996), apresentaram simplificações do método, conseguindoobter a identificação dos grupos MCT através de um gráfico do valor da contraçãodiametral versus penetração. Assim sendo, o método baseia-se em determinaçõesefetuadas em pastilhas que são moldadas em anéis de inox, secadas, verificando-se acontração diametral, e submetidas a reabsorção de água, quando se observa osurgimento de trincas, expansão, e resistência a penetração de uma agulha padrão.Em 1997, Fortes apresentou uma proposta de normalização na 1ª Câmara Permanentede Desenvolvimento Tecnológico ocorrida na Universidade Mackenzie. Desde entãoeste procedimento para investigação expedita geotécnica segundo a metodologia MCTtem sido utilizado, com sucesso, em todo o país, em locais onde ocorrem solostropicais, tais como no estado de São Paulo pelo Departamento de Estradas deRodagem de São Paulo (DER-SP), no projeto de duplicação de 120 km da RodoviaRaposo Tavares – SP 270, trecho Assis-Prudente, EMURB, em Brasília, pelaNOVACAP 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 2.4algumas ilustrações do mesmo. Rita Moura Fortes 7/7
  8. 8. Preparação da amostra Preparação da aparelhagemEspatulação 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 CLAS pastilhas SIFI- submetidas a CA- embebição (ou NÃO ÇÃO reabsorção) for MCT próximo ou igual a 2 mm? SIM Determinações Complementares Figura 2.3 – Seqüência de execução do ensaio. Rita Moura Fortes 8/8
  9. 9. (a) (b) (c) (d) (e) (f)Figura 2.4 - Método da Pastilha. (a) aparelhagem; (b) espatulação da amostra; (c)moldagem das pastilhas; (d) medida da contração; (e) reabsorção d`água; (f)penetração Rita Moura Fortes 9/9
  10. 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 2.5.1 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. Rita Moura Fortes 10/10
  11. 11. Figura 2.5 - Classificação MCTEste gráfico foi elaborado a partir do conhecimento dos coeficientes c’ (eixo dasabscissas) e e’ (eixo das ordenadas). O coeficiente c’, denominado de coeficiente dedeformabilidade, é obtido através do ensaio mini MCV.Os resultados obtidos neste ensaio também podem ser utilizados no controle dacompactação 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 entre1,0 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 doramo seco da curva de compactação, correspondente a 12 golpes do ensaio de miniMCV) e da perda de massa por imersão Pi (porcentagem da massa desagregada emrelação à massa total do ensaio quando submetida à imersão em água), expresso pelaexpressão:  20   Pi  e = 3   +    d   100 Detalhes dos procedimentos de cálculo dos coeficientes c’ e e’ e ensaios associadosse encontram no livro “Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos” dosautores Nogami e Villibor, 1995.2.5.2 Classificação MCT - PastilhasUma vez obtidos os valores da contração diametral e da penetração, locá-los na cartaapresentada na Figura 2.6, obtendo-se o grupo de solo da metodologia MCT. Noquadro 2.3 estão apresentadas as propriedades dos solos de acordo com aclassificação MCT. Rita Moura Fortes 11/11
  12. 12. Figura 2.6 - 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) Rita Moura Fortes 12/12

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