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Notas de aula para graduao Curso Geotcnica Rodoviria e pavimentao Laura Motta abril 2008 (baseada em Thuler, 2006)

Classificao dos solos

O objetivo, na engenharia, de se classificar os solos o de poder prever os seus comportamentos mecnico e hidrulico nas obras. A seguir sero resumidamente descritas as principais classificaes adotadas no meio tcnico rodovirio.

Os solos so identificados e classificados, sobretudo nos estudos preliminares ou obras de pequeno vulto, utilizando a determinao de propriedades fsicas fceis de serem obtidas. Os solos devem ser classificados de forma que se agrupem caractersticas tpicas que permita prever o comportamento geotcnico a partir do grupo.

A classificao um meio de organizar os conhecimentos sobre determinado grupo de solos e de nome-lo de maneira padronizada.

Foram desenvolvidos vrios sistemas de classificao, cada um deles adequado a uma utilizao dos solos ou a um mtodo de projeto. As mais utilizadas no Brasil so:

- Sistema de classificao TRB (antigo HRB)

- Sistema Unificado de Classificao de Solos (SUCS ou USCS)

- Sistema de Classificao MCT

Sistema Unificado de Classificao dos Solos (SUCS)

A classificao de solos unificada (USCS Unified Soil Classification System), concebida por Casagrande em 1942, originalmente designada de Airfeild Classification, baseia-se na distribuio granulomtrica e na plasticidade dos solos. Casagrande (1947) alerta que se a arte de classificar solos est longe de ser satisfatria, a confuso ainda maior quando seus usurios desconhecem suas limitaes, aplicando-a para propsitos diferentes daqueles para os quais foi concebida. Alm disso, afirma no ser possvel classificar todos os solos em um nmero relativamente pequeno de grupos, de modo a relacionar adequadamente cada solo com os diferentes problemas de aplicao geotcnica. Os ensaios que fornecem os parmetros de classificao so os seguintes:

- Anlise granulomtrica: DNER ME051/94 e ME080/94.

- Limite de plasticidade: DNER ME082/94.

- Limite de Liquidez: DNER ME122/94.

No Brasil, j na dcada de 1950, tcnicos experientes em construo viria notaram que a aplicao dos sistemas classificatrios tradicionais (SUCS, HRB) levava a excluso de

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alguns solos de bom desempenho em estrutura de pavimentos e uma hierarquizao de qualidade de solos s vezes errnea (NOGAMI e VILLIBOR, 1981, 1995 e BERNUCCI, 1995). Estes sistemas de classificao vm sofrendo crticas pois subestimam o potencial dos solos tropicais em obras rodovirias. As figuras 2.01 e 2.02 so quadros que auxiliam na classificao dos solos pelo SUCS.

Baseada na identificao dos solos de acordo com as qualidades de textura, plasticidade, e os grupamentos so feios considerando-se: Porcentagem de pedregulhos, areias e finos; Forma da curva granulomtrica e Plasticidade/Compressibilidade.

Solos de Granulometria Grossa:G (gravel pedregulho); S (sand areia) -Solos de Granulometria fina: M (mo silte); C (clay argila)

-Solos altamente orgnicos O ou Pt (turfa). Solos bem graduados (W well), Solos mal graduados (P poor).

Figura 1 Quadro parcial de classificao do SUCS (DNER,1996)

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Figura2 Quadro de plasticidade segundo Casagrande (DNER,1996).

Classificao TRB (Transportation Research Board) (antigo HRB)

Na classificao TRB (Transportation Research Board), antigo HRB (Highway Research Board), os solos tambm so hierarquizados pela granulometria e plasticidade, as mesmas propriedades ndices utilizadas pela Unificada. Utilizando o quadro da figura 2.03 a classificao do solo ser pelo processo de eliminao da esquerda para a direita. O primeiro grupo de solos a partir da esquerda, com o qual os parmetros do solo ensaiado se enquadrar ser a classificao correta.

Exemplo: GRUPO A3 - O material tpico deste grupo areia fina de praia ou de deserto, sem silte ou argila, ou possuindo pequena quantidade de silte no plstico. Este grupo inclui tambm misturas de areia fina mal graduada e quantidades limitadas de areia grossa e pedregulhos depositados pelas correntes.

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Figura 3 Classificao dos solos (Transportation Research Board) (DNER, 1996)

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Classificao MCT (Miniatura Compactado Tropical)

Os solos tropicais sofreram processos pedogenticos que conferiram a eles propriedades mecnicas e hidrulicas no percebidas nos solos de clima temperado. Conseqentemente, os sistemas de classificao (SUCS e TRB) desenvolvidos nos Estados Unidos, que um pas de clima temperado, no iro prever adequadamente o comportamento dos solos tropicais.

As limitaes ocorrem principalmente em razo das diferenas existentes entre a natureza das fraes de argila e areias, de solos de regies tropicais e regies temperadas, para as quais tais classificaes foram desenvolvidas.

A principal falha das classificaes TRB e USCS a falta de correlao da classificao e o comportamento geotcnico (propriedades mecnicas e hidrulicas) observado.

Exemplo de falha das classificaes tradicionais aplicadas a solos tropicais

Solos de classificao A-4 laterticos vm sendo utilizados com sucesso em bases de pavimentos, outros solos saprolticos pertencentes ao mesmo grupo constituem, pssimo subleito.

Solos A-7-5 (ou MH da classificao USCS), quando laterticos possuem propriedades de argilas com excelente capacidade de suporte, ao passo que quando saprolticos so altamente expansivos e com pouca capacidade de suporte.

A sistemtica MCT desenvolvida por Nogami e Villibor a partir da dcada de 80, deve-se principalmente aos seguintes fatores:

- limitaes dos procedimentos tradicionais em caracterizar e classificar os solos com base na granulometria e limites de Atterberg (LL e IP).

- constatao experimental de bom desempenho, de bases de solos laterticos de granulao fina e de solo agregado com grande porcentagem de finos, apesar de serem considerados inapropriados para base de pavimentos pelos sistemas tradicionais.

A variao de volume, sobretudo das camadas subjacentes ou constituintes dos pavimentos, indesejvel, razo pela qual, tradicionalmente, limitam-se os valores do LL e do IP dos solos destinados a integrar as camadas do pavimento ou do subleito. Para a finalidade considerada, a maioria das normas tradicionais adota um mximo de 25% para o LL e 6% para o IP. A experincia, tanto de laboratrio como de campo, tem revelado, contudo que no caso de solos e condies ambientais tropicais, esses limites no mais se aplicam (NOGAMI e VILLIBOR, 1995).

NOGAMI e VILLIBOR (1995) do como exemplo da inaplicabilidade dos limites acima referidos, os casos de solos com LL elevados (acima de 50%), que no se expandem ou expandem muito pouco, quando compactados nas condies exigidas pelas normas rodovirias, e em seguida imersos em gua. Isso tem acontecido sobretudo nos solos que se classificam pedologicamente como latossolos ou podzlicos.

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NOGAMI e VILLIBOR (1981) provaram baseados em vasta experincia com solos tropicais, que a utilizao das classificaes (SUCS, TRB) na previso do comportamento de solos tropicais compactados apresentam vrias limitaes. Segundo eles, existem solos A-4 laterticos que so usados com sucesso em bases de pavimentos enquanto que muitos solos saprolticos pertencentes a esse mesmo grupo constituem, freqentemente, pssimo subleito. Outro exemplo refere-se a solos do grupo A-7-5 (ou MH da classificao SUCS) que, quando laterticos, apresentam propriedades de argila com excelente capacidade de suporte (utilizveis at mesmo em bases de certos pavimentos), ao passo que, quando saprolticos, podem ser altamente expansivos, resilientes e com baixa capacidade de suporte, sendo ainda afetados intensamente pela eroso hidrulica.

Diante da necessidade de melhor caracterizar e classificar os solos tropicais e das limitaes dos procedimentos tradicionais, apresentaram NOGAMI e VILLIBOR (1981), um novo sistema classificatrio denominado MCT que utiliza corpos-de-prova Miniatura, Compactados, mediante procedimento destinado especialmente para solos Tropicais.

A classificao geotcnica MCT baseia-se na determinao de algumas propriedades mecnicas e hidrulicas em corpos-de-prova (CPs) de 50mm de dimetro. Esta classificao foi desenvolvida para solos finos, que passam integralmente na peneira de 2,0mm. Para a obteno dos parmetros classificatrios do MCT so utilizados dois ensaios: o ensaio de compactao (mini-MCV) e o ensaio de perda de massa por imerso.

No ensaio de compactao utilizado o mtodo MCV (designado de Mini-MCV). O procedimento do Moisture Condition Value foi proposto por Parsons na Inglaterra (PARSONS, 1976 apud MARANGON, 2004) objetivando sobretudo o controle de compactao, com cilindros de 100mm e soquete de 7kg. A adaptao para solos tropicais com o uso de CPs de 50mm foi proposta por NOGAMI e VILLIBOR (1980, 1981) a partir da observao de muitos trechos executados com estes materiais.

Para a realizao do ensaio de compactao, executado em equipamento miniatura, utilizam-se:

- Molde cilndrico (dimetro=50mm), limitando o uso a solos que passam integralmente na peneira de 2,0mm, ou com frao retida no significativa (5 a 10%).

- Soquete de seo plena com peso varivel (tipo leve 2.270g e pesado com 4.500g) com queda livre em 30,5cm.

- Base de pisto que permite a movimentao do molde durante a compactao, distribuindo melhor a energia aplicada pelo soquete.

- Dispositivo manual que permite extrao do corpo de prova.

Da amostra seca ao ar e passada na peneira de 2mm separam-se pelo menos 5 pores, homogeneizando-as com diferentes umidades, compreendendo uma faixa um pouco mais ampla que normalmente adotada no ensaio de compactao tradicional.

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Toma-se uma poro com determinada umidade (H1) e pesam-se 200g, introduzindo-a no molde que deve ser devidamente posicionado no equipamento de compactao (figura 2.04), sendo utilizado junto do cilindro de compactao um espaador. D-se o primeiro golpe (n=1) e mede-se a altura A1. Retira-se o espaador e repetem-se as operaes de medida de altura aps o primeiro golpe, para n=2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, ..., n, ...4n, sendo finalizada a compactao quando:

- a diferena de altura entre leituras sucessivas for menor que 0,1mm

- 4n golpes atingir 256 golpes

- houver ntida expulso de gua no CP.

Repetem-se as operaes para os outros teores de umidade, H2, H3, H4,...Em relao primeira condio para finalizao da compactao, o Mtodo de Ensaio 228/94 diz que se deve interromper a compactao quando a diferena entre leituras a4n-an for menor que 2,0mm.

Figura 4 Equipamento de compactao mini-MCV (NOGAMI e VILLIBOR,1995)

a) Curvas de Deformabilidade (Mini-MCV) - Coeficiente c

Para cada teor de umidade traa-se a curva n x (a4n - an) (nmero de golpes x diferena de altura) em escala monolog (log10) para n. Estas curvas de deformabilidade so denominadas curvas Mini- MCV porque a partir delas pode-se determinar o valor da condio de umidade, tomando-se a curva correspondente a um determinado teor de umidade e procurando-se a sua interseo com a reta de equao a=2mm, que foi adotada como referncia para os CPs da metodologia (proporcional ao volume do CP de dimetro 10cm que se tem para a reta a=5mm de Parsons), determinando assim o valor

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de golpes Bi correspondente. Define-se Mini MCV para cada teor de umidade pela expresso 2.01.

2.01

Para facilitar a determinao do Mini-MCV correspondente a cada teor de umidade as folhas de ensaio podero j apresentar uma escala com os valores 10.Log10(Bi). O Coeficiente c o coeficiente angular (sem o sinal menos-) da reta assimilvel curva Mini-MCV (com o uso da escala linear no eixo das abscissas). Assim cada curva (a4n-an) x golpes de uma determinada umidade tem-se um parmetro c. Geralmente c pouco varivel ao longo de uma larga faixa de teores de umidade para as argilas e os solos argilosos. J para os solos siltosos e arenosos, c varivel, obrigando para fins classificatrios fixao de uma curva Mini-MCV x (a4n- an). Foi adotada a curva de deformabilidade correspondente a Mini-MCV igual a 10 a ser obtida diretamente ou por interpolao grfica apropriada visto que raramente se obtm uma com Mini-MCV igual a 10. Segundo NOGAMI e VILLIBOR (1995) o coeficiente c relaciona-se aproximadamente com a granulometria conforme tabela 2.01:.

Tabela1 - Valores tpicos de c para diferentes granulometrias de solos (MARANGON,2004).

Tipo de Solo Coeficiente c

Argilas e solos argilosos Acima de 1,5 - Elevado Solos de vrios tipos granulomtricos como areia

argilosa, argila siltosa, etc. 1,5 > c > 1,0

Areias e siltes no plsticos ou pouco coesivos Abaixo de 1,0 - Baixo

b) Curvas de Compactao - Coeficiente d

Com a massa de solo mido constante, a medio da variao do volume a partir da leitura padro e as leituras das alturas do corpo de prova, podem ser calculadas as massas especficas aparente secas (MEAS) e traar a famlia de curvas de compactao. O coeficiente d definido como a inclinao da parte retilnea do ramo seco da curva de compactao, correspondente a 12 golpes no ensaio Mini-MCV e o teor de umidade de compactao correspondente expresso em %. Valores tpicos de d esto apresentados na tabela 2.02.

Segundo NOGAMI e VILLIBOR (1995), desconhece-se para solos tropicais uma correlao simples entre d e as propriedades ndices tradicionais. Para solos no tropicais, contudo h indcios que existe uma razovel correlao entre d, MEASmx. e hotm..

Esses dados sugerem a importncia do coeficiente d para a classificao dos solos tropicais. Observam-se formas tpicas para as curvas de compactao. Para as areias argilosas bem graduadas as curvas de compactao tm picos bem acentuados e ramo seco retilneo, sendo mais acentuada a inclinao quando a argila latertica. Para as argilas no laterticas so similares, porm com inclinao menos acentuada. J os siltes

Mini MCV = 10.Log10 (Bi)

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saprolticos micceos e/ou caolinticos e areias pouco ou no coesivas apresentam picos pouco acentuados, com algum encurvamento que dificulta a definio de d.

Tabela 2 - Valores tpicos de d para diferentes granulometrias de solos (NOGAMI e VILLIBOR, 1995 apud MARANGON,2004).

Tipo de Solo Coeficiente d

Argilas laterticas geralmente d >20

Argilas no laterticas no atingem o valor anterior, freqentemente possuem valores d

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d) Classificao Geotcnica MCT

A determinao do grupo classificatrio se d a partir do grfico em que se tem no eixo das abscissas, o coeficiente c e no eixo das ordenadas, o coeficiente e, determinado conforme equao 2.02.

2.02

O grupo obtido diretamente da figura 2.05, exceto quando o ponto cai sobre uma das proximidades dos limites L/N (comportamento latertico no latertico), prevalecendo o seguinte critrio:

- Ser considerado L quando o Pi decrescer tendendo a zero, no intervalo Mini- MCV de 10 a 20 e a curva Mini-MCV = f (h) apresentar concavidade para cima no intervalo Mini-MCV de 1 a 15.

- Ser N quando o Pi variar de maneira diferente e a referida curva apresentar-se sensivelmente retilnea ou com concavidade para baixo.

- Ser considerado transicional, representado por smbolos dos grupos adjacentes quando as condies no corresponderem s acima especificadas.

Se o ponto cair longe dos limites, porm no satisfizer as condies descritas para a identificao do comportamento L ou N, a interpretao dos grupos da classificao pode ficar prejudicada.

Figura 5 - Grfico de classificao MCT (NOGAMI e VILLIBOR, 1995).

A designao MCT (Miniatura Compactada Tropical) proveniente da utilizao de ensaios de dimenses reduzidas (corpos de prova com 50 mm de dimetro) com solos

tropicais passantes na peneira de 2mm (n 10), compactados.

e'3 Pi

10020d'

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Atravs da curva de deformabilidade Correspondente ao Mini MCV igual 10, obtm-se o coeficiente c, utilizado na classificao geotcnica MCT.

O ensaio MCT tambm pode ser utilizado no controle da compactao e na previso da erodibilidade (PI).

O coeficiente e calculado a partir do coeficiente d (inclinao da parte retilnea do ramo seco da curva de compactao, correspondente a 12 golpes do ensaio de mini MCV) e da perda de massa por imerso Pi (porcentagem da massa desagregada em

relao massa total do ensaio quando submetida imerso em gua).

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