Pavimentação de Baixo Custo em Regiões Tropicais by Alan Germano

Douglas Fadul Villibor Driely Mariane Lancarovici Alves

1ª Ediç ão | São Paul o | 2019

FICHA TÃ&#x2030;CNICA

SUMÁRIO Carta ao Leitor ........................................................................................................................x Prefácio.....................................................................................................................................x

PA RTE I

FUNDAMENTOS

1 Evolução dos Estudos Geotécnicos de Solos Tropicais na Pavimentação............................x 2 Identificação dos Solos Tropicais..........................................................................................x 2.1 Considerações Iniciais...................................................................................................x 2.2 Terminologia Básica.......................................................................................................x 2.2.1 Solos.....................................................................................................................x 2.2.2 Solos Tropicais......................................................................................................x 2.2.3 Solos Transportados.............................................................................................x 2.2.4 Ocorrência de Solos Tropicais..............................................................................x 3 Sistemática MCT...................................................................................................................x 3.1 Considerações Iniciais...................................................................................................x 3.2 Ensaios da Sistemática MCT..........................................................................................x 3.3 Ensaios Tradicionais.......................................................................................................x 3.4 Aplicações Práticas da Sistemática MCT........................................................................x 3.4.1 Classificação Geotécnica MCT.............................................................................x 3.4.2 Estudos Geotécnicos de Subleitos e Jazidas.........................................................x 3.4.3 Tecnologia do Uso de Solo Laterítico-Agregado de Granulação Fina e Grossa para Bases e Sub-Bases..........................................................................................x 3.4.4 Imprimadura Asfáltica em Bases de Solo Laterítico-Agregado.............................x 3.4.5 Controle da Erosão de Bordo de Pavimentos e Cortes........................................x 4 Classificação de Solos Tropicais............................................................................................x 4.1 Introdução.....................................................................................................................x

4.2 Significado de uma Classificação de Solos.....................................................................x 4.3 Limitações e Deficiências das Classificações Tradicionais.............................................x 4.4 Classificação MCT para Solos Tropicais de Granulação Fina........................................x 4.4.1 Considerações Iniciais..........................................................................................x 4.4.2 Programa de Ensaios............................................................................................x 4.4.3 Considerações sobre os Elementos para Classificação MCT................................x 4.4.4 Gráfico Classificatório e Propriedades dos Grupos MCT.....................................x 4.5 Proposta de uma Nova Classificação para Solos Tropicais de Granulação Grossa: G-MCT...........................................................................................................................x 4.5.1 Considerações Iniciais..........................................................................................x 4.5.2 Programa de Ensaios............................................................................................x 4.5.3 Procedimento para a Classificação G-MCT..........................................................x 4.5.4 Classes e Grupos da Classificação G-MCT...........................................................x 4.5.5 Consideração dos Fatores que Influem nas Propriedades de uma Camada Compactada com Solos dos Grupos G-MCT........................................................x 4.6 Situação Atual da Classificação MCT e G-MCT no Meio Rodoviário............................x 4.6.1 Quanto à MCT.....................................................................................................x 4.6.2 Quanto à G-MCT .................................................................................................x 4.7 Exemplos das Classificações de Solos Tropicais MCT e G-MCT....................................x 4.7.1 Classificação MCT com Uso da Série Simplificada..............................................x 4.7.2 Classificação G-MCT............................................................................................x

PA RTE II

ENSAIOS DA SISvTEMÁTICA MCT

5 Ensaio de Compactação Mini-Proctor (M1).........................................................................x 5.1 Considerações Iniciais...................................................................................................x 5.2 Objetivo do Ensaio........................................................................................................x 5.3 Definições e Convenções...............................................................................................x 5.3.1 Compactação .......................................................................................................x 5.3.2 Curva de Compactação Mini-Proctor..................................................................x 5.3.3 Massa Específica Aparente Seca Máxima (MEASmáx).........................................x 5.3.4 Umidade Ótima (ho)............................................................................................x 5.3.5 Coeficiente d’.......................................................................................................x 5.3.6 Curva de Saturação (S=100%)..............................................................................x 5.4 Aparelhagem..................................................................................................................x 5.5 Execução do Ensaio.......................................................................................................x 5.6 Exemplo de Aplicação....................................................................................................x 5.7 Peculiaridades da Compactação dos Solos Tropicais Compactados..............................x 5.7.1 Variação da MEASmáx, ho e d’ em Função da Constituição dos Solos de

Classe L e N..........................................................................................................x 5.7.2 Variação da MEASmáx, ho e d’ em Função da Energia de Compactação em Solos LA’ e LG’.....................................................................................................x 5.7.3 Variação da MEASmáx e ho em Solos Naturais Utilizados em Bases de Pavimento............................................................................................................x 5.7.4 Compactação no Campo.....................................................................................x 5.7.5 Considerações sobre a Compactação da Camada................................................x

6 Ensaio Mini-CBR e Expansão (M2)......................................................................................x 6.1 Considerações Iniciais...................................................................................................x 6.2 Objetivo do Ensaio........................................................................................................x 6.3 Definições e Convenções ..............................................................................................x 6.3.1 Vantagens do Índice de Suporte Mini-CBR..........................................................x 6.3.2 Índice de Suporte Mini-CBR................................................................................x 6.3.3 Expansão (E) ........................................................................................................x 6.3.4 Relação Índice de Suporte (RIS)...........................................................................x 6.4 Aparelhagem..................................................................................................................x 6.5 Execução do Ensaio.......................................................................................................x 6.6 Exemplo de Aplicação................................................................................................... x 6.7 Peculiaridades do Mini-CBR e Expansão dos Solos Tropicais Compactados................x 7 Ensaio de Contração Axial (M3)..........................................................................................x 7.1 Considerações Iniciais...................................................................................................x 7.2 Objetivo do Ensaio........................................................................................................x 7.3 Definições e Convenções...............................................................................................x 7.3.3 Contração Axial (Ct)............................................................................................x 7.3.4 Gráfico da Contração Axial (Ct) em Função do Teor de Umidade de Compactação (hc)................................................................................................x 7.4 Aparelhagem..................................................................................................................x 7.5 Execução do Ensaio.......................................................................................................x 7.6 Exemplo de Aplicação....................................................................................................x 7.7 Peculiaridades da Contração Axial dos Solos Tropicais Compactados..........................x 7.7.1 Variação da Contração Axial em Função da Constituição dos Solos de Classe L e N.....................................................................................................................x 7.7.2 Influência da Energia de Compactação na Contração Axial...............................x 7.7.3 Associação dos Resultados de Laboratório e Campo...........................................x

8 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO Mini-MCV (M5)...................................................................x 8.1 Considerações Iniciais...................................................................................................x 8.2 Objetivo do Ensaio........................................................................................................x 8.3 Definições e Convenções...............................................................................................x 8.3.1 Compactação........................................................................................................x

8.3.2 Série de Golpes.....................................................................................................x 8.3.3 Afundamento (Δan).............................................................................................x 8.3.4 Curva de deformabilidade....................................................................................x 8.3.5 Mini-MCV............................................................................................................x 8.3.6 Coeficiente c’........................................................................................................x 8.3.7 Curva de Variação Mini-MCV com a Umidade de Compactação.......................x 8.3.8 Curva de Variação da Altura Final do Corpo de Prova com o Mini-MCV...........x 8.3.9 Curva de Compactação........................................................................................x 8.3.10 Coeficiente d’.....................................................................................................x 8.4 Aparelhagem..................................................................................................................x 8.5 Execução do Ensaio.......................................................................................................x 8.6 Exemplo de Aplicação....................................................................................................x 8.7 Peculiaridades da Compactação Mini-MCV dos Solos Tropicais Compactados...........x 8.7.1 Interpretação das Curvas de Deformabilidade: Procedimentos Parsons e Simplificada..........................................................................................................x 8.7.2 Peculiaridades do Solo Ligadas à Curva de Deformabilidade..............................x 8.7.3 Uso da Família de Curvas Mini-MCV Correlacionadas com o Teor de Umidade de Compactação de Solos Tropicais Finos............................................................x

9 Ensaio de Penetração da Imprimadura Asfáltica (M6).........................................................x 9.1 Considerações Iniciais...................................................................................................x 9.2 Objetivo do Ensaio........................................................................................................x 9.3 Definições e Convenções...............................................................................................x 9.3.1 Penetração da Imprimadura Asfáltica (P).............................................................x 9.3.2 Gráfico da Penetração da Imprimadura Asfáltica (P) em Função do Teor de Umidade (hc).......................................................................................................x 9.4 Aparelhagem..................................................................................................................x 9.5 Execução do Ensaio.......................................................................................................x 9.6 Exemplo de Aplicação....................................................................................................x 9.7 Peculiaridades da Penetração da Imprimadura Asfáltica dos Solos Tropicais Compactados.................................................................................................................x

10 Ensaio Mini-CBR de Campo por Penetração Dinâmica (M7)........................................... x 10.1 Considerações Iniciais................................................................................................. x 10.2 Objetivo do Ensaio...................................................................................................... x 10.3 Definições e Convenções............................................................................................. x 10.3.1 Índice de Suporte Mini-CBR Dinâmico (Mini-CBRd)........................................ x 10.4 Aparelhagem................................................................................................................ x 10.5 Execução do Ensaio..................................................................................................... x 10.6 Exemplo de Aplicação.................................................................................................. x 10.7 Peculiaridades do Mini-CBRd em Camadas de Solos Tropicais Compactados............ x

11 Ensaio de Perda de Massa por Imersão (M8)..................................................................... x 11.1 Considerações Iniciais................................................................................................. x 11.2 Objetivo do Ensaio...................................................................................................... x 11.3 Definições e Convenções............................................................................................. x 11.3.1 Coeficiente de Perda de Massa por Imersão (Pi)................................................ x 11.4 Aparelhagem................................................................................................................ x 11.5 Execução do Ensaio .................................................................................................... x 11.6 Exemplo de Aplicação.................................................................................................. x 11.7 Peculiaridades da Perda de Massa por Imersão dos Solos Tropicais Compactados..... x 12 Método Expedito das Pastilhas (M10)............................................................................... x 12.1 Considerações Iniciais................................................................................................. x 12.2 Objetivo do Ensaio...................................................................................................... x 12.3 Definições e Convenções............................................................................................. x 12.3.1 Contração Diametral (Cd) e Coeficiente c’........................................................ x 12.3.2 Penetração (P)..................................................................................................... x 12.3.3 Carta de Classificação do Método da Pastilha................................................... x 12.4 Aparelhagem................................................................................................................ x 12.5 Execução do Ensaio..................................................................................................... x 12.6 Exemplo de Aplicação.................................................................................................. x 12.7 Peculiaridades dos Solos Tropicais Verificadas nos Ensaio da Pastilha....................... x

13 Referências Bibliográficas.................................................................................................. x

CARTA AO LEITOR Este Boletim Técnico da Egis Brasil tem como objetivo divulgar inovações tecnológicas usadas em projetos de rodovias desenvolvidos pela empresa, que permitem impulsionar o desenvolvimento da infraestrutura do País, em especial em sua rede de vicinais, com a consequente melhora da qualidade de vida dos cidadãos. Projetar e supervisionar obras, em diversos campos da engenharia, é uma das áreas prioritárias de atuação da Egis. Poucos, todavia, conhecem a outra face da Egis Brasil: o desenvolvimento de pesquisas nas áreas de ocorrências de solos tropicais, que têm resultado em novos métodos de projeto e de processos construtivos com materiais tropicais, conseguindo melhores soluções de engenharia na construção de estradas. É essa outra face que está sendo revelada nesta publicação, fruto de longos anos de pesquisa em laboratório e em experimentação no campo, com os principais resultados práticos: • Peculiaridades e identificação dos solos tropicais de diferentes origens genéticas; • Apresentação da Sistemática MCT, seus fundamentos e suas aplicações; • Desenvolvimento dos ensaios da Sistemática MCT, com exercícios; • Classificação geotécnica de solos tropicais. A finalidade deste Boletim é colocar ao alcance dos países tropicais alguns conceitos necessários para o desenvolvimento, em especial, de pavimentos de baixo custo, conforme o já ocorrido no estado de São Paulo e em diversos outros estados brasileiros, trazendo substancial economia na área da construção de estradas. Boa leitura.

Jean Emmanuel Seixas Diretor-Presidente da Egis Brasil

PREFÁCIO O conteúdo deste Boletim Técnico é resultado do desenvolvimento de novos ensaios de laboratório e de procedimentos executivos na área de construção de rodovias, adaptados às peculiaridades dos solos tropicais. Esta publicação não tem a pretensão de ser uma obra inédita, mas sim de apresentar alguns dos principais fundamentos da Sistemática MCT de forma simples e objetiva, a fim de ser acessível a estudantes e profissionais iniciantes na área. Destaca-se a necessidade de que os engenheiros tenham uma visão mais crítica ao adotar ou a adaptar as normas tradicionais vigentes. Este Boletim será apresentado em duas partes. Na Parte I, serão apresentados os fundamentos sobre os solos tropicais, divididos em quatro capítulos, conforme abaixo: • Capítulo 1: Evolução dos estudos de solos tropicais na pavimentação rodoviária; • Capítulo 2: Principais peculiaridades da formação dos solos tropicais, aspecto pouco considerado na maioria dos livros tradicionais de Mecânicas dos Solos. Ainda neste capítulo, são ilustradas as ocorrências dos principais tipos de solos tropicais; • Capítulo 3: Sistemática MCT, noções de seus ensaios envolvidos para caracterização dos solos tropicais e suas aplicações práticas na área rodoviária; • Capítulo 4: Classificação MCT de solos tropicais de granulação fina, uma das mais importantes aplicações práticas da Sistemática MCT, além das principais dificuldades e deficiências do uso das classificações tradicionais quando usadas para estudo desses solos. Por fim, os autores apresentam a Classificação G-MCT, uma proposta inédita para estudo de solos tropicais de granulação grossa.

Na Parte II, nos Capítulos 5 a 12, serão abordados os principais ensaios da Sistemática MCT, passo a passo, com exercícios de aplicação, assim como algumas peculiaridades dos solos com base nos resultados desses ensaios. Almeja-se que o conteúdo deste Boletim contribua para a formação de profissionais com visão técnica e crítica para resolver problemas na área rodoviária, utilizando-se de tecnologias locais. Também espera-se que muitos dos órgãos rodoviários utilizem as aplicações práticas da Sistemática MCT para atualização de suas normas técnicas de pavimentação, como realizado, em especial, pelo Departamento de Estradas de Rodagem de São Paulo (DER-SP) e pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), que utilizam a MCT como forma de classificação dos solos.

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PARTE I

FUNDAMENTOS 1 Evolução dos Estudos Geotécnicos de Solos Tropicais na Pavimentação 2 Identificação dos Solos Tropicais 2.1 Considerações Iniciais 2.2 Terminologia Básica

3 Sistemática MCT 3.1 Considerações Iniciais 3.2 Ensaios da Sistemática MCT 3.3 Aplicações Práticas da Sistemática MCT 4 Classificação de Solos Tropicais 4.1 Introdução 4.2 Significado de uma Classificação de Solos 4.3 Limitações e Deficiências das Classificações Tradicionais 4.4 Classificação MCT para Solos Tropicais de Granulação Fina 4.5 Proposta de uma Nova Classificação para Solos Tropicais de Granulação Grossa: G-MCT 4.6 Situação Atual da Classificação MCT e G-MCT no Meio Rodoviário 4.7 Exemplos das Classificações de Solos Tropicais MCT e G-MCT

EVOLUÇÃO DOS ESTUDOS GEOTÉCNICOS DE SOLOS TROPICAIS NA PAVIMENTAÇÃO

ENFOQUE Apresenta-se a evolução dos estudos de solos tropicais desde procedimentos tradicionais até os atuais que culminaram no desenvolvimento de uma tecnologia própria para uso de solos lateríticos em Pavimentação de Baixo Custo, conforme apresentada nesse livro.

No início da década de 1940, após a introdução dos princípios da Mecânica dos Solos, as investigações geotécnicas, na área rodoviária, eram baseadas em procedimentos norte-americanos. Já naquela época, foram constatadas dificuldades na utilização dos mesmos para a construção de aterros e para camadas nobres de pavimento com solos tropicais. No fim da década de 1960 e no início da de 1970, os engenheiros rodoviários já tinham conhecimento das limitações dos procedimentos tradicionais para o estudo geotécnico, visando à construção de aterros e à pavimentação. Estes procedimentos, por exemplo, não permitiam a utilização de muitos solos tropicais para a execução de camadas de pavimentos, que comprovadamente apresentavam comportamento adequado para esse fim. Outro exemplo dessas limitações é a recomendação do Engº Lobo Carneiro (1966), que propõe o uso de uma camada de argila arenosa laterítica como forma de melhorar as características do subleito de um aterro com solo siltoso, contrariamente às recomendações geotécnicas tradicionais. Nogami e Villibor (1988) destacam que uma das limitações dos procedimentos tradicionais para estudo geotécnico deve-se ao fato de que eles não consideram as diferenças de propriedades

geotécnicas entre os vários tipos de solos que ocorrem nas regiões tropicais, em especial os solos LATERÍTICOS e os solos SAPROLÍTICOS, além das condições climáticas a que estão submetidos. Diante do exposto, frequentemente, muitos solos das regiões tropicais são utilizados de maneira inadequada, trazendo consequências, como: • Classificação geotécnica inadequada para estudos de solos de subleito e camadas de pavimento; • Adoção de procedimentos para projeto e construção de pavimentos geralmente incompatíveis com o desempenho de alguns solos tropicais. Na década de 1970, foram realizadas inúmeras tentativas de adaptar os procedimentos tradicionais, suplementando os seus resultados para estudo adequado dos solos tropicais, que não obtiveram o sucesso esperado. Villibor, em 1981, propôs uma sistemática para aplicação em estudo geotécnico de bases de pavimento, norteado pelas propriedades mecânicas e hídricas, a partir de ensaios desenvolvidos por Nogami. O grande impulso nos estudos geotécnicos de solos tropicais foram os conceitos apresentados no livro “Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos” de Nogami e Villibor (1995). Este livro apresenta os fundamentos para o estudo de solos tropicais, com a adoção da Sistemática MCT, que engloba desde ensaios específicos até procedimentos para aplicações práticas na área rodoviária. Dentre as aplicações dessa Sistemática destacam-se a classificação MCT e os procedimentos para o desenvolvimento de uma tecnologia do uso de solos lateríticos em Pavimentação de Baixo Custo. Nacionalmente, a divulgação da Sistemática MCT decorreu dos inúmeros trabalhos científicos apresentados, em especial, nas reuniões anuais da Associação Brasileira de Pavimentação (ABPv). Ressaltam-se, ainda, os inúmeros mestrados e doutorados de escolas de engenharia que contribuíram para o desenvolvimento do estudo de solos tropicais, entre elas a Universidade de São Paulo (USP - São Carlos e Politécnica), o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e o Instituto Alberto Luiz

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Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (Coppe), da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). No âmbito internacional, a grande divulgação da Sistemática MCT ocorreu a partir do “Tropicals’85” em Brasília/DF, em 1985. Nesse congresso internacional, muitos pesquisadores contribuíram com trabalhos sobre as peculiaridades e as propriedades dos solos tropicais. Dos trabalhos apresentados, destacam-se a nova proposta de classificação de solos e a utilização dos solos finos lateríticos estabilizados para camadas de pavimento, de Nogami e Villibor (1985). Na iniciativa privada, na divulgação da Sistemática MCT, destaca-se a empresa Lenc – Laboratório de Engenharia e Consultoria (atual Egis Engenharia e Consultoria). A Lenc foi pioneira entre as empresas de engenharia na aplicação das novas tecnologias para o uso de solos tropicais em camadas de pavimento de rodovias vicinais, desde a década de 1975. Em 1988, a Sistemática MCT foi oficializada pelo DER-SP, alavancando o estudo geotécnico dos solos tropicais e acelerando a implantação de pavimentos econômicos no país. Posteriormente, a MCT foi adotada por outros organismos rodoviários estaduais. No âmbito nacional, a classificação MCT é utilizada pelo DNIT em suas especificações.

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IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS TROPICAIS

ENFOQUE Aborda alguns conceitos de forma simples, sobre a formação dos solos tropicais e sua ocorrência no Brasil, um aspecto pouco divulgado na maioria dos livros tradicionais de pavimentação.

2.1

Considerações Iniciais

No Brasil, no fim da década de 1940, o uso da Mecânica dos Solos foi introduzido na solução de problemas ligados à construção rodoviária. Foram encontradas várias discrepâncias entre as previsões efetuadas com a aplicação dos princípios desenvolvidos por essa especialidade e o real comportamento dos solos nas obras. Essas discrepâncias foram atribuídas, em grande parte, às peculiaridades dos solos tropicais, do ponto de vista de suas propriedades mecânicas e hídricas, bem como daquelas que influem nos estudos geotécnicos de campo. A seguir, apresentam-se a Terminologia Básica para a identificação dos solos tropicais e as considerações sobre sua formação e ocorrências no Brasil. Para maior entendimento, aprofundamento nesse assunto e verificação de mais detalhes sobre as peculiaridades dos solos tropicais, recomenda-se a leitura de Nogami e Villibor (1995).

2.2

Terminologia Básica

Uma das dificuldades em abordar as peculiaridades dos solos tropicais reside na ausência de uma terminologia consagrada. Disso resulta que termos iguais são, frequentemente, usados para designar materiais bastante diferentes. Em contrapartida, materiais iguais acabam recebendo várias designações. Além disso, o fato de que as terminologias tradicionais foram desenvolvidas para solos de regiões de clima frio e temperado, portanto não tropicais, tem contribuído para aumentar ainda mais a problemática da terminologia.

2.2.1 Solos Solo é o material natural não consolidado, isto é, constituído de grãos separáveis por processos mecânicos e hidráulicos relativamente suaves, como a dispersão em água com o uso de aparelho dispersor de laboratório, e que pode ser escavado com equipamentos comuns de terraplenagem. Constitui a parte mais superficial da crosta terrestre. De maneira geral, os materiais constituintes da crosta terrestre que não satisfazem a condição de solo serão considerados rocha, mesmo que isso contrarie as conceituações geralmente adotadas em geologia e em pedologia. O conceito de solo aqui adotado pode apresentar-se como estrutura natural ou artificial. O solo terá estrutura artificial quando transportado ou compactado, como em aterros, barragens de terra, reforços do subleito de pavimentos, entre outras, e estrutura natural quando não alterado por trabalho do homem.

2.2.2 Solos Tropicais Solos tropicais são os que apresentam peculiaridades – de propriedades e de comportamento geotécnico – resultantes do processo geológico e/ou pedológico em sua formação, típicos das regiões tropicais úmidas, que os diferenciam dos solos formados em outras regiões (Committee on Tropical Soils of ISSMFE, 1985), sendo essa definição essencialmente tecnológica. Para tanto, tendo em vista as dificuldades de classificar e de identificar os solos tropicais, por meio de conhecimentos geológicos e pedológicos, optou-se pelo uso de uma classificação tecnológica,

identificação dos solos tropicais

designada como MCT, desenvolvida por Nogami e Villibor para esse fim. Essa classificação engloba os solos em duas classes, uma de solos de comportamento laterítico e outra de não laterítico, apresentadas no Capítulo 4. Geneticamente destacam-se, dentre eles, os solos lateríticos, os saprolíticos e os transportados. Os últimos são os menos utilizados na construção de estradas. Na Figura 2.1 está apresentada, de forma esquemática, a localização esperada, em condições naturais, desses solos. A camada de solo laterítico ocupa a parte superior do perfil. A camada de solo saprolítico encontra-se subjacente a uma camada de solo laterítico (ou transportado) e sobre o substrato rochoso.

Figura 2.1

Designação genética geral das camadas de solos, nas regiões tropicais. Fonte: Nogami e Villibor (1995).

Dada a importância dos solos tropicais, em especial os lateríticos, na construção de estradas no Brasil e em países tropicais, apresentam-se noções do processo pedogenético de sua formação, nas condições de clima tropical úmido com temperaturas elevadas (T), ação mais intensa de chuva (C) e evaporação (E). Na Figura 2.2, está ilustrada a evolução dos fenômenos de intemperismo físico e químico, responsáveis pela formação dos solos tropicais, ressaltando-se que esses processos ocorrem simultâneamente. • Inicialmente, ocorre o intemperismo físico, com fratura da superfície da rocha. Com o passar do tempo geológico,

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Figura 2.2

Esquema simplificado da formação pedogenética de solos tropicais

ocorre o surgimento da vegetação na camada superficial (A), com a formação de húmus; • Nas condições ambientais tropicais (alta temperatura, muita chuva), ocorre mais intensamente o intemperismo químico, com a formação do ácido húmico (B); • Com a infiltração do ácido húmico na rocha fragmentada, depois um determinado tempo geológico, ocorre a laterização peculiar às partes bem drenadas do subsolo, cujo resultado final é um manto superficial de solo laterítico, descrito no item 2.2.2.1; Entre o manto de solo laterítico e o substrato rochoso, tem-se um solo designado como saprolítico que, tendo sofrido o processo de intemperismo físico e, em algumas partes em fase, de intemperismo químico, ainda apresenta resquícios da rocha que lhe deu origem, cujas peculiaridades serão descritas no item 2.2.2.2. Na Figura 2.3, está apresentado um perfil de solo, mostrando as camadas de solo laterítico e saprolítico.

identificação dos solos tropicais

Figura 2.3

Corte rodoviário, com camada laterítica sobrejacente à camada saprolítica de origem sedimentar, com as correspondentes microestruturas.

Cabe, aqui, observar que o conceito de laterização empregado não coincide, integralmente, com aqueles em geral adotados em pedologia (uma ciência natural que estuda a parte superficial do sub-solo, influenciada pela ação simultânea das intempéries e de organismos vegetais e animais). Portanto, a conceituação de laterização, adotada neste trabalho, tem objetivo essencialmente tecnológico e definido segundo peculiaridades mineralógicas e de microestrutura, conforme já referidos.

2.2.2.1 Solos Lateríticos As ocorrências de solos lateríticos (later, do latim: cor de tijolo) são resultantes da atuação dos processos de laterização, de partes bem drenadas em regiões tropicais úmidas. Esses solos, considerados maduros, associam-se a diversas peculiaridades. Do ponto de vista tecnológico, as mais importantes são o enriquecimento da parte fina, em especial a argila, por óxidos e hidróxidos de ferro e/ou alumínio e a permanência do argilo-mineral caulinita, quase exclusivo. As placas de caulinita (Ø < 2,00 mícrons) são cimentadas pelos óxidos e pelos hidróxidos, produzindo uma microestrutura com aspecto de “pipoca”. Sua fração areia, fina e grossa, é constituída, geralmente, de quartzo, sendo a porcentagem dessa fração responsável pela ocorrência de solos, desde arenosos até argilosos.

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Possuem aspecto uniforme, uma estrutura porosa e colorações típicas em razão dos óxidos presentes, como vermelho, amarelo, marrom e alaranjado. Na Figura 2.4, é apresentada a microestrutura típica de um solo laterítico.

Figura 2.4

Fotografia de microscopia eletrônica de varredura da microestrutura de um solo laterítico.

2.2.2.2 Solos Saprolíticos Os solos saprolíticos (sapro, do grego: podre) resultam da desagregação/ decomposição in situ da rocha matriz, mantendo a estrutura herdada. Constituem a parte subjacente à camada de solo superficial. Apresentam, em geral, uma mineralogia complexa, ao contrário dos solos lateríticos. Esses solos têm sido designados como solos residuais jovens.

Figura 2.5

Fotografia de microscopia eletrônica de varredura da microestrutura de um solo saprolítico.

identificação dos solos tropicais

Geralmente, esses solos apresentam uma microestrutura com uma constituição mineralógica muito variada, com argilo-minerais individualizados, que apresentam coloração variada, de cores cinzentas ou esbranquiçadas. As frações silte e areia apresentam uma constituição mineralógica muito variada, sendo o quartzo um mineral muito comum nessas frações. Na Figura 2.5, é apresentado um exemplo de microestrutura da parte fina de um solo saprolítico.

2.2.3 Solos Transportados Solos transportados resultam da deposição de material, nas regiões de baixada, previamente transportados pela água, pelo vento ou pela gravidade. Entretanto, dependendo do período de formação, por exemplo, se for antiga, podem ser encontrados até mesmo no alto de morros. A sua granulometria é bastante variada e muito influenciada pelo tipo do agente transportador. Quando localizados abaixo do lençol freático, a influência climática tropical é insignificante. Nessas condições, não são considerados solos tropicais. Um exemplo de solos transportados, que não foram submetidos ao processo de laterização por tempo suficientemente prolongado, é o caso de areias de origem fluvial e marinha.

2.2.4 Ocorrência de Solos Tropicais 2.2.4.1 Considerações Iniciais O conceito “ocorrência de solos” é frequentemente utilizado para designar um volume de solo em seu estado natural (objeto deste estudo) e depois de operações construtivas (aterros, subleito de pavimentos etc.). A área e o volume de uma ocorrência são fixados de acordo com as necessidades de projeto. Em uma estrutura de ocorrência de solos, o corte vertical é designado como perfil de subsolo e qualquer parte constituinte da ocorrência será designada como camada. Um exemplo de ocorrência de solos tropicais está mostrado na Figura 2.3. Essas ocorrências caracterizam-se, sinteticamente, pelo seguinte: • grande espessura do horizonte superficial que, no caso de ser laterítico, pode variar de 1,0 m até ultrapassar uma

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dezena de metros, acompanhando a superfície do terreno; • grande espessura do horizonte saprolítico que, frequentemente, atinge várias dezenas de metros e ocorre, em geral, subjacente ao laterítico; e • presença frequente de solos transportados, ocupando posições topográficas diferentes das prevalecentes na ocasião da deposição. Essas ocorrências atualmente ocupam, com frequência, posições elevadas.

2.2.4.2 Ocorrência de Solos Lateríticos no Brasil Os solos lateríticos podem ser constituídos segundo a sua granulometria em: • solos finos lateríticos, que passam 100% na peneira de 2,0mm; • solos lateríticos concrecionados, que passam < 50% na peneira referida, denominados como lateritas. Tendo em vista considerações geológicas e pedológicas, estima-se que as ocorrências desses solos cubram cerca de 65% do território nacional. No estado de São Paulo, os solos arenosos finos lateríticos ocorrem em cerca de 60% de sua área. Pelo exame de mapas geológicos e pedológicos disponíveis, foi possível prever a potencialidade da ocorrência desses solos, em grandes áreas fora do estado de São Paulo, tais como nos Estados do Paraná, de Mato Grosso do Sul, de Mato Grosso, de Goiás, da Bahia, entre outros. Na Figura 2.6, estão ilustradas as áreas de solos lateríticos arenosos e argilosos no território brasileiro. Nessas áreas, ocorrem jazidas promissoras de solos para execução de bases de solo arenoso fino laterítico (SAFL), tanto in natura como artificial, proveniente de material obtido por mistura. Os solos arenosos finos lateríticos são caracterizados por apresentarem mais de 50% de fração areia. Estes solos ocorrem em mantos de espessura da ordem de 5 m, que acompanham, aproximadamente, a superfície do terreno. Na Figura 2.7, é apresentada uma jazida de SAFL explorada para a execução de bases. Segundo dados acumulados no DER-SP, os SAFLs associam-se, obrigatoriamente, às áreas de ocorrência e de formações geológicas, constituídas, de maneira predominante, por rochas sedimentares. No entanto, isso não implica a obrigatoriedade de o solo arenoso fino ser residual (formado in situ).

identificação dos solos tropicais

Figura 2.6

Ocorrências de solos finos arenosos e argilosos lateríticos, no Brasil.

Fonte: Villibor e Nogami (2009).

Figura 2.7

Aspecto de uma jazida de solo arenoso fino laterítico (SAFL).

Fonte: Villibor e Nogami (2009).

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Esse fato pode ser constatado, com bastante frequência, na inexistência de uma relação genética direta, da camada de solo arenoso fino laterítico com a rocha subjacente. Muitas vezes, abaixo dessa camada encontram-se folhelhos e/ou argilitos, rochas que não têm condições de fornecer solos de textura arenosa ou, ainda, linha de seixos que indica a existência de movimentação coluvial da camada a ela sobreposta. Nesse caso, a ocorrência desses solos teria origem tipicamente sedimentar ou transportada. As ocorrências naturais de SAFL apresentam uma série de peculiaridades, de interesse direto da engenharia rodoviária, das quais se destacam: Grande espessura: a camada ou o horizonte correspondente à parte laterizada apresenta, geralmente, espessuras superiores a 5,0 m. O limite inferior da camada de solo arenoso fino é, na maioria das vezes, bastante nítido, devido, principalmente, à mudança de cor (aparecimento de cores amareladas claras, esbranquiçadas, róseas claras). Às vezes, uma linha de seixos de constituição laterítica (concreções, canga ou tapiocanga) ou de quartzo delimita a parte inferior da camada de solo arenoso fino; Uniformidade: a camada de SAFL é, comumente, de aspecto bastante homogêneo e uniforme, apresentando pouca anisotropia vertical, resultante do processo pedológico de sua formação. As variações verticais são, geralmente, mais nítidas quando estão próximas da camada ou horizonte de capeamento vegetal sobrejacente. As variações em sentido horizontal são pequenas nas partes altas e planas. Em condições normais, não ocorre o lençol freático dentro da camada de solo arenoso fino. O que pode haver é lençol suspenso, logo abaixo do solo vegetal ou orgânico e anisotropia de umidade, inerente aos horizontes influenciados pelos processos pedológicos. Já as ocorrências de solos lateríticos concrecionados são localizadas isoladamente capeando áreas algumas vezes extensas, geralmente com pequenas espessuras, em espacial nas regiões norte, nodeste e centro-oeste. Na Figura 2.8 é ilustrada uma ocorrência de solo laterítico concrecionado. Essas ocorrências foram muito utilizadas em nosso país para camadas de base e sub-base de pavimentos e atualmente muitas delas ainda são usadas para esse fim, quando apresentam pedregulhos resistentes e fração fina com características lateríticas

identificação dos solos tropicais

similares às dos SAFL. Maiores esclarecimentos sobre essas ocorrências acham-se no item 5.2. Ressalta-se que mesmo em regiões do território nacional onde não são indicadas as ocorrências de solos de comportamento lateríticos, podem ainda ocorrer em pequenas áreas isoladas, aumentando assim as áreas promissoras para o uso desses materiais.

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SISTEMÁTICA MCT

ENFOQUE Este capítulo apresenta conceitos e ensaios sobre a Sistemática MCT (miniatura compactado tropical) para estudo geotécnico sobre solos tropicais para uso na área rodoviária. A sistemática proposta foi desenvolvida por Nogami e Villibor, sendo inicialmente apresentado resumidamente seus ensaios e suas aplicações práticas na área como, por exemplo, uso de bases e sub-bases de solos lateríticos finos.

3.1

Considerações Iniciais

Neste capítulo serão tecidas considerações sobre a Sistemática MCT, seus ensaios e suas principais aplicações práticas utilizadas na área rodoviária. Tendo em vista as dificuldades e as limitações da sistemática tradicional apresentadas no Capítulo 4, quando aplicadas ao estudo dos solos tropicais finos, Nogami e Villibor (1981, 1985) propuseram uma sistemática denominada MCT. Sendo M de Miniatura, por utilizar corpos de prova de dimensões reduzidas, C por utilizar corpos de prova compactados e T de tropical, desenvolvida para um melhor aproveitamento das peculiaridades dos solos tropicais. A Sistemática MCT foi a ferramenta que permitiu o desenvolvimento de uma série de procedimentos para aplicações práticas e, desde sua introdução até o presente, desenvolvidos graças ao apoio fundamental, em especial, do DER-SP, dos Laboratórios da Escola de Engenharia de São Carlos e da Escola Politécnica, da Universidade de São Paulo.

Primeiramente, foi desenvolvida para ser aplicada no estudo de solos arenosos finos lateríticos para bases de pavimentos de baixo custo e, posteriormente, foi ampliada para o estudo de outras aplicações práticas na área rodoviária. Essas aplicações abrangem critérios de projetos, além de procedimentos construtivos e de controle. Para cada aplicação prática, utiliza-se um programa específico de ensaios, cujos resultados devem obedecer a critérios de escolha preconizados pela MCT. Esses critérios foram empiricamente relacionados com o comportamento do solo, quando utilizado para esta finalidade. Essa sistemática preconiza uma série de ensaios, hoje oficializada por renomados órgãos rodoviários, como o DER-SP e o DNIT.

3.2

Ensaios da Sistemática MCT

Os ensaios de compactação da Sistemática MCT, que geram os corpos de prova para determinação das propriedades mecânicas e hídricas dos solos tropicais, apresentam como principais características: • Devem ser aplicados: -- Para solos finos: que passam integralmente na peneira de 2,0 mm, com tolerância de até 5% de fração retida; -- Para solos grossos: no estudo de sua fração fina que passa integralmente na peneira de 2,0 mm; • São compactados em equipamento miniatura, adaptado ao procedimento desenvolvido na Universidade de Iowa (Lafleur et al., 1960), com uso de moldes cilíndricos de 50 mm de diâmetro e compactação em seção plena, por meio de golpes de soquete (com diâmetro do pé do soquete igual ao do molde). Além de ensaios de laboratório em corpos de provas (CPs) compactados, a MCT abrange ensaios realizados in situ e em amostras indeformadas. Os fenômenos físicos relacionados ao comportamento das camadas do pavimento e os ensaios da Sistemática MCT indicados na Tabela 3.1. Estes ensaios estão apresentados detalhadamente no Anexo I, englobando desde sua execução até exemplos de seu cálculo.

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Tabela 3.1

Ensaios da MCT (1º Conjunto): associação com as propriedades físicas e suas aplicações

ENSAIOS

MÉTODOS

Compactação

Mini-Proctor

(M1)

Mini-MCV

(M5)

Mini-CBR Expansão Contração

(M2)

(M3)

Infiltrabilidade (M4) Permeabilidade

ASSOCIAÇÃO COM AS PROPRIEDADES FÍSICAS DA CAMADA

PRINCIPAIS APLICAÇÕES Avaliação da densificação da camada pelo grau de compactação GC.

Aumento da massa específica por Preparo de corpos de prova para compactação mecânica (densificação) para ensaios de laboratório. melhoria de suas propriedades. Determinação de dados para Classificação MCT e G-MCT (Compactação Mini-MCV). Capacidade de suporte.

Dimensionamento de pavimentos.

Aumento de volume com o teor de umidade.

Seleção de solos para subleito, bases e acostamento.

Contração da camada de solo por perda de umidade ao ar.

Seleção de solos para bases e sub-bases.

Velocidade de penetração da frente de umidade e quantidade de água associada à Seleção de solos para aterros, subleitos, penetração, em solos não saturados. acostamentos e bases. Percolação da água em meio saturado.

Penetração da Imprimadura Betuminosa

(M6)

Espessura e quantidade de material betuminoso penetrado.

Determinação da taxa de betume necessária para proteção da base.

Mini-CBR em Campo

(M7)

Capacidade suporte real da camada.

Avaliação e controle da capacidade de suporte de bases e subleitos.

Perda de Massa por Imersão

(M8)

Suscetibilidade da perda de massa por imersão de solo compactados

Método Expedito da Pastilha

(M9)

Contração e perda de resistência por sucção de água

Determinação de dados para Classificação MCT e G-MCT. Índice para avaliar a necessidade de grama para proteção dos taludes Determinação de dados para Classificação expedita da MCT.

Ensaios de Compactação O ensaio de compactação é um dos principais ensaios da Metodologia MCT, pois, a partir de seus parâmetros básicos, moldam-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. Na Figura 3.1, está ilustrado o equipamento utilizado no ensaio de compactação. Figura 3.1

Equipamento utilizado no ensaio de compactação.

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Compactação Mini-Proctor: Definido como método M1, este ensaio procura fixar uma determinada energia de compactação e, com essa energia (normal, intermediária ou 30 golpes), compacta-se uma série de corpos de prova com diferentes teores de umidade. Com esse procedimento, determinam-se o teor ótimo de umidade (ho) e a MEASmáx do material. A execução deste método e os conceitos relacionados são discutidos no Capítulo 5. Compactação Mini-MCV: Definido com método M5, este ensaio consiste na aplicação de energias crescentes, até que seja atingido um aumento sensível da MEAS para vários teores de umidade, obtendo-se uma família de curvas de deformabilidade (ou Mini-MCV) e compactação. Este ensaio é um dos classificatórios da MCT. Sua execução e os conceitos relacionados são tratados no Capítulo 8.

Ensaio de Capacidade de Suporte Mini-CBR Apresentado pelo método M2, este ensaio pode ser realizado com ou sem imersão e sobrecarga, dependendo da finalidade para a qual o solo estudado Figura 3.2 Equipamento utilizado no será utilizado. Este ensaio também permite obter ensaio Mini-CBR. um coeficiente empírico denominado relação RIS, definido por Mini-CBRis/Mini-CBRhm para corpos de prova moldados na energia intermediária, que foi incorporada à Metodologia MCT, pois serve como indício do comportamento laterítico ou não do solo, sendo mais evidenciado em solos arenosos finos. Na Figura 3.2 está ilustrado o equipamento utilizado para realização do ensaio Mini-CBR.

Ensaio de Expansão Apresentado pelo método M2, este ensaio tem como objetivo principal a identificação dos valores de expansão dos argilo-minerais constituintes dos solos finos, hierarquizando os solos para diversos usos em pavimentação. A expansão é definida pela variação percentual do volume do CP, após 24 horas de imersão. Na Figura 3.3 é ilustrado o equipamento utilizado para medir a expansão.

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Figura 3.3

Equipamento utilizado no ensaio de expansão.

Ensaio de Contração Axial Definido como método M3, o objetivo do ensaio é verificar a contração desenvolvida em CPs secos ao ar, o que é empiricamente associada ao padrão de trincamento de uma camada que ocorre durante a fase de sua execução ou ao longo de sua vida útil. Esta propriedade tem o intuito de evitar a ocorrência da propagação das trincas da camada de base para o revestimento, o que comprometeria o comportamento do pavimento. A contração é definida pela variação percentual da altura do CP depois de submetido à secagem ao ar. Na Figura 3.4, é ilustrado o ensaio de contração axial.

Figura 3.4

Equipamento utilizado no ensaio de contração axial.

Ensaio de Infiltrabilidade Definido como método M4, este ensaio tem como objetivo medir a velocidade com que a quantidade de água infiltra nas camadas de solo (bases), quando chove durante a fase de execução e/ ou operação da rodovia. Este ensaio estima quanto uma frente de umidade pode caminhar para dentro do pavimento, a partir de uma valeta lateral não revestida e/ou através de locais de concentração e acúmulo de água, próximos ao acostamento. Além disso, o ensaio serve como balizamento para determinar a distância em que se deve encontrar a Figura 3.5 Equipamento utilizado no trilha de roda externa da pista em relação ao ensaio de infiltrabilidade. bordo do acostamento, para dimensionar sua largura, evitando assim a ocorrência de deformação. O ensaio de infiltrabilidade é ilustrado na Figura 3.5.

Ensaio de Permeabilidade Definido pelo método M4, este ensaio é utilizado para cálculos de escoamento de água em meio saturado, priorizando, quando necessário, o estudo de camadas drenantes na estrutura do

s i s t e m át i c a m c t

pavimento. Este ensaio, no entanto, não é utilizado para priorização de escolha de materiais de bases, pois estas não trabalham nas condições saturadas. O ensaio de permeabilidade é ilustrado na Figura 3.6.

Ensaio de Perda de Massa por Imersão Apresentado pelo método M8, este ensaio foi desenvolvido para distinguir os solos tropicais com comportamento laterítico daqueles com comportamento não laterítico, identificado pela classificação MCT. O ensaio de perda de massa por imersão é ilustrado na Figura 3.7. Sua execução e os principais conceitos envolvidos serão apresentados no Capítulo 11.

Figura 3.6

Equipamento utilizado no ensaio de permeabilidade.

Figura 3.7

Ensaio de perda de massa por imersão.

Figura 3.8

Determinação da contração diametral do método expedito da pastilha.

Método Expedito da Pastilha Numerosas tentativas foram realizadas para simplificar a Classificação MCT. Dentre os métodos propostos, destaca-se o método expedito da pastilha, desenvolvido por Nogami (1994), apresentado no método M10. Este método utiliza pastilhas moldadas em anéis de 20 mm de diâmetro e 5 mm de altura, com solo que passa na peneira de 0,42 mm de abertura, de consistência padronizada. Por meio delas, são obtidos os valores da contração diametral (após secagem) e da sua consistência (após embebição). Este método fornece a contração diametral (Cd), o coeficiente de argilosidade (c’) e a penetração (P), utilizados para definir os grupos da classificação MCT. Na Figura 3.8 está ilustrada a determinação da contração diametral da pastilha realizada no método expedito da pastilha.

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Ensaio de Penetração da Imprimadura Betuminosa Apresentado pelo método M6, este ensaio permite verificar a influência dos diversos parâmetros no serviço de impermeabilização da base, bem como obter as recomendações para dosagem do tipo e a taxa do material betuminoso a ser utilizado neste serviço. Este ensaio correlaciona, empiricamente, os valores da penetração obtidos em CPs com aqueles obtidos na base quando imprimada. O ensaio de penetração da imprimadura betuminosa é ilustrado na Figura 3.9.

Ensaio da Capacidade de Suporte Mini-CBR de Campo

Figura 3.9

Ensaio de penetração da imprimadura betuminosa.

Figura 3.10

Equipamento utilizado no ensaio de Mini-CBR de penetração dinâmica.

Apresentado pelo método M7, o suporte Mini-CBR de camadas de solos compactados pode ser aferido, in situ, por meio do penetrômetro sul-africano e/ou da utilização de equipamentos portáteis, acoplados a veículos de pequeno porte (prensa Mini-CBR). Os resultados in situ apresentam valores de capacidade de suporte superiores aos obtidos nos corpos de prova moldados em laboratório. Isso reforça a constatação de que as bases e as camadas do substrato, em ambientes tropicais, trabalham numa umidade inferior à umidade ótima de compactação. Na Figura 3.10, é ilustrado o equipamento para a determinação da capacidade de suporte in situ, conhecido como penetrômetro, com soquete Mini-CBR, que fornece como resultado o parâmetro Mini-CBRd. A execução deste ensaio e os principais conceitos envolvidos são apresentados no Capítulo 10.

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Ensaio para Previsão da Erosão de Taludes Apresentado pelo método M11, este ensaio foi desenvolvido para possibilitar a previsão de erosão em taludes de cortes tropicais. Para essa finalidade, o método fundamenta-se na determinação de duas propriedades dos solos: infiltrabilidade e erodibilidade específica. A infiltrabilidade mede a capacidade que a superfície do solo tem de absorver água, enquanto a erodibilidade específica mede, indiretamente, a resistência do solo à ação da água corrente.

3.2

Ensaios Tradicionais

Muitas das aplicações práticas da Sistemática MCT utilizam-se também de ensaios tradicionais para o estudo de materiais de granulação grossa, ou seja, aqueles que possuem solos com fração retida na peneira de 2,0 mm. Estes ensaios são bastante conhecidos na área rodoviária. Na Tabela 3.2 são indicados os ensaios tradicionais que, com a Sistemática MCT, compõem o elenco de ensaios usados nas aplicações práticas apresentadas nesse livro. Estes ensaios são apresentados com mais detalhes no Anexo I. Tabela 3.2

Ensaios tradicionais utilizados no estudo de solos de granulação grossa

ENSAIOS

MÉTODOS

Análise Granulométrica com hexametafosfato de sódio

DER-SP: M 6-61 NBR 7181/2016

Suporte Califórnia (CBR)

DER: M 53-71 NBR 9895/2016

Compactação Proctor

DER: M 13-71 NBR 7182/2016

Abrasão Los Angeles

DNER-ME 035/98 NBR NM 51/2001

ASSOCIAÇÃO COM AS PROPRIEDADES FÍSICAS DA CAMADA Distribuição granulométrica do solo.

APLICAÇÕES PRINCIPAIS Qualificação do solo para base e sub-base. Classifcação G-MCT

Capacidade de suporte e expansão do solo.

Resistência de suporte para uso: no dimensionamento, seleção do solo para as camadas e controle de execução do pavimento.

Aumento da massa específica por compactação mecânica (densificação) para melhoria de suas qualidades.

Obtenção de parâmetros para a determinação do grau de compactação da camada.

Resistência mecânica do agregado quanto ao desgaste e impacto.

Obtenção de parâmetros de resistência para qualificação de base e sub-base.

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Análise Granulométrica com Hexametafosfato de Sódio Consiste em determinar a distribuição granulométrica do solo. Para a sistemática MCT pode ser realizado por peneiramento simples, com utilização do defloculante de hexametafosfato de sódio, utilizando o conjunto de peneira de malhas quadradas de nº: 2’’, 1’’, 3/8’’, 4, 10, 40 e 200. Este ensaio é ilustrado na Figura 3.11.

Suporte Califórnia (CBR)

Figura 3.11

Execução do ensaio de análise granulométrica

Figura 3.12

Cilindro utilizado no ensaio CBR

Figura 3.13

Cilindro e compactador utilizado no ensaio de Compactação Proctor.

O ensaio CBR (California Bearing Ratio) mede a resistência do solo à penetração de uma mostra compactada e submetida à imersão por 4 dias. Foi desenvolvido por Porter em 1929, visando corrigir a deformação excessiva dos materiais sob as cargas do tráfego, um dos maiores problemas identificados nas rodovias da Califórnia-EUA na época. Os CPs são compactados segundo método Proctor e então imersos em água, com sobrecarga padrão, para determinação da expansão e, em sequência, submetidos à penetração para a obtenção de seu suporte (vide Figura 3.12).

Compactação Proctor Este ensaio consiste em determinar os parâmetros ótimos de densidade e umidade do solo (MEASmáx e ho), que representam sua máxima densidade seca em uma determinada energia. Em função da finalidade em vista, emprega-se a energia de compactação “normal”, “intermediária” ou “modificada” aplicada por meio de soquetes padronizados pelo método. Na Figura 3.13 é ilustrado o equipamento utilizado para a realização desse ensaio.

s i s t e m át i c a m c t

Abrasão Los Angeles É realizado para avaliar a qualidade do agregado quanto a sua resistência e seu desgaste por abrasão. Esta propriedade é utilizada para a qualificação de agregados grossos para uso em camadas do pavimento, principalmente para solo laterítico-brita de granulação contínua. Na Figura 3.14 é ilustrado o equipamento utilizado para a realização desse ensaio.

3.4

Figura 3.14

Máquina “Los Angeles”

Aplicações Práticas da Sistemática MCT

A Sistemática MCT foi inicialmente desenvolvida para o estudo de solos tropicais finos para bases de pavimentos econômicos, e depois ampliada para outras aplicações práticas, na área viária (rodovias e pavimentos urbanos). Essas aplicações fundamentam-se na obtenção de uma série de propriedades geotécnicas mecânicas e hídricas, por meio dos ensaios da MCT. Para cada aplicação, é definido um programa de estudo geotécnico, constituído de um elenco de ensaios, cujos resultados são associados, empiricamente, à finalidade que se pretende alcançar. Das aplicações práticas da Sistemática MCT, destacam-se: • Classificação geotécnica MCT; • Estudos geotécnicos de subleitos e jazidas; • Tecnologia do uso de solo laterítico-agregado de granulação fina e grossa para bases e sub-bases (qualificação dos solos, técnica construtiva e controle); • Imprimadura da erosão de bordo de pavimentos e cortes; • Controle da erosão de bordo de pavimentos e cortes.

3.4.1 Classificação Geotécnica MCT A classificação dos solos com o uso da Sistemática MCT foi desenvolvida especialmente para o estudo de solos tropicais para fins rodoviários, com base em propriedades mecânicas e hídricas

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obtidas em corpos de prova compactados de dimensões reduzidas. A classificação MCT divide os solos em duas classes principais: solos de comportamento lateríticos (classe L) e solos de comportamento não laterítico (classe N). Essas classes são subdivididas de acordo com a granulometria do solo, obtida na compactação, resultando em sete grupos.

3.4.2 Estudos Geotécnicos de Subleitos e Jazidas Os dados geotécnicos obtidos pela MCT, em campo e laboratório, permitem definir os universos de solos do subleito para fins de dimensionamento de pavimentos flexíveis. Esses universos são caracterizados pela classificação MCT e pelos seus valores estatísticos de suporte e expansão. A grande diferença entre os estudos geotécnicos realizados por meio da MCT e os métodos tradicionais é a verificação do provável comportamento laterítico ou não de um solo quando compactado. As propriedades obtidas pela MCT permitem a qualificação de ocorrências para jazidas de base, sub-base e reforço, além de ocorrências para uso como caixa de empréstimo para camadas de substituição de solos impróprios do subleito. Na Figura 3.15 é apresentada uma jazida de solo arenoso fino laterítico utilizada para base de pavimento.

Figura 3.15

Jazida de solo arenos fino laterítico para exploração.

s i s t e m át i c a m c t

Além da adequação do uso da MCT nos estudos geotécnicos, ressalta-se a praticidade desses estudos em razão da quantidade reduzida de amostras necessárias, da rapidez na coleta e execução dos ensaios, além de serem menos dispendiosos que o estudo pelo método tradicional.

3.4.3 Tecnologia do Uso de Solo Laterítico-Agregado de Granulação Fina e Grossa para Bases e Sub-bases A MCT contempla um critério de escolha de solos finos para uso em base e sub-base de pavimentos fundamentado, sobretudo, em propriedades fornecidas pelos seus ensaios, correlacionados com o desempenho do solo compactado no campo. Para tanto, considera as propriedades de suporte, a perda de suporte por imersão, a permeabilidade, a expansão e a contração, entre outros. Para o uso de solos laterítico-agregados artificiais, a MCT preconiza um método de dosagem, mediante a determinação de propriedades mecânicas e hidráulicas de misturas experimentais para a obtenção de solo-agregado de características apropriadas, para base e sub-base de rodovias com tráfego leve a pesado. Além do critério de escolha e de dosagem, a MCT preconiza procedimentos para técnica construtiva e controle na execução de camadas de base e sub-base. Um aspecto de grande relevância na técnica construtiva é a compactação desses solos em condições ambientais tropicais. Esta sistemática preconiza procedimentos que levam em consideração o grupo da classificação MCT, indicando a técnica construtiva mais adequada para cada grupo. Nas Figuras 3.16 e 3.17 estão ilustradas camadas compactadas de solo laterítico-agregado de granulação grossa e fina, respectivamente. Para aprofundamento no assunto, sugere-se a leitura de Villibor, Nogami e Sória (1987).

Figura 3.17

Figura 3.16

Camada compactada de solo laterítico- agregado de granulação grossa.

Pavimento com base de solo laterítico-agregado de granulação fina.

p a v i m e n ta ç ã o d e b a i x o c u s t o e m r e g i õ e s t r o p i c a i s

3.4.4 Imprimadura Asfáltica em Bases de Solo Laterítico Agregado A função da imprimadura asfáltica é proporcionar aumento da coesão da parte superficial da base, formando em sua superfície uma camada de solo betume que melhora as condições de aderência da base ao revestimento. Além disso, permite o aumento das condições de impermeabilização, dificultando a penetração de água que possa, eventualmente, infiltrar-se pelo revestimento. A maioria dos pavimentos de baixo custo no estado de São Paulo foi construída com camada de rolamento em tratamentos superficiais invertidos duplos ou triplos, por ser o tipo mais adequado de camada de revestimento para esses pavimentos. Tendo em vista a importância da imprimadura impermeabilizante, foi desenvolvido um procedimento, como aplicação prática da Sistemática MCT, que permite escolher que tipo de material asfáltico é indicado para a imprimação de determinado solo, a que taxa deve ser aplicado e quais são as condições ótimas para a sua aplicação. Além da escolha do tipo de impermeabilização e da sua taxa de dosagem, a Sistemática MCT apresenta um critério de dosagem e recomendações construtivas para a execução da imprimadura, a fim de que ela atenda Figura 3.18 Aplicação de imprimadura betuminosa sobre à sua função adequadamente. base de solo arenoso fino laterítico. Na Figura 3.18 é apresentado a execução da imprimadura betuminosa sobre uma base de solo arenoso fino laterítico. Para aprofundamento no assunto, sugere-se a leitura de Villibor, Nogami e Fabbri (1988).

3.4.5 Controle da Erosão de Bordo de Pavimentos e Cortes Esta aplicação visa minimizar o processo erosivo nos bordos do pavimento e nos cortes. A MCT permite prever a erodibilidade de um solo por meio de um critério essencialmente empírico

s i s t e m át i c a m c t

e baseado na correlação com o comportamento frente à erosão. As duas propriedades que permitem avaliar a erosão hídrica dos solos tropicais são a infiltrabilidade e a erodibilidade específica. Na Figura 3.19 é apresentado um exemplo de uma intensa erosão de bordo do pavimento, com base de solo arenoso fino laterítico. Para aprofundamento no assunto, sugere-se a leitura de Villibor, Nogami e Fabbri (1986).

Figura 3.19

Erosão na borda da base do pavimento.

p a v i m e n ta ç ã o d e b a i x o c u s t o e m r e g i õ e s t r o p i c a i s

CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS TROPICAIS

ENFOQUE Apresenta a Classificação MCT de solos tropicais de granulação fina, uma das mais importantes aplicações práticas da Sistemática MCT, além das principais dificuldades e deficiências do uso das classificações tradicionais quando usadas para estudo destes solos. Por fim, os autores apresentam a Classificação G-MCT, uma proposta inicial para estudo de solos tropicais de granulação grossa, que deve ser melhor discutida para seu aperfeiçoamento.

4.1

Introdução

As classificações geotécnicas que tradicionalmente mais utilizadas nos órgãos rodoviários do Brasil são a TRB (Transportation Research Board) e o SUCS (Sistema Unificado de Classificação de Solos). Essas classificações são fundamentadas em resultados laboratoriais e no comportamento dos vários tipos de solos no campo. Contudo, são baseadas principalmente em experiências norte-americanas que, quando aplicadas aos solos tropicais, apresentam uma série de dificuldades e de deficiências, conforme verificado por diversos especialistas, entre eles Nogami e Villibor (1995, 2009). Em 1981, Nogami e Villibor propuseram uma nova classificação para solos tropicais de granulação fina (passam na peneira de 2,00 mm), designada como Classificação MCT. A MCT tem como base ensaios que permitem identificar as propriedades mecânicas e hídricas dos solos compactados, obtidas por meio de CPs de dimensões reduzidas. Essa classificação acha-se normalizada pelo DNER-CLA 259/96 e DER/SP M 196/89.

Neste livro, além da apresentação da classificação MCT, já de uso consagrado no Brasil, os autores propõem uma classificação inédita para solos tropicais de granulação grossa, com fração retida na peneira 2,00 mm, designada como G-MCT, G de granular e MCT da classificação usada para caracterização dos finos do solo granular. Com a MCT e G-MCT, é possível classificar os solos tropicais tanto de granulação fina como grossa, com seus diversos grupos de solos, o que permite prever suas propriedades e hierarquizar seu uso na área rodoviária. Para a apresentação das classificações serão abordados os assuntos: • Significado de uma classificação de solos; • Classificação MCT para solos tropicais de granulação fina, com uso da série simplificada; • Proposta de uma nova classificação para solos tropicais de granulação grossa: G-MCT.

4.2

Significado de uma Classificação de Solos

Uma classificação geotécnica, além de estabelecer uma linguagem técnica, tem o objetivo de estimar, previamente, as propriedades do solo em questão e elencar um ou mais atributos relevantes para sua utilização em projeto e construção de vias. A classificação é a fase de maior importância para o desenvolvimento do estudo inicial de solos, pois permite estimar os valores das propriedades de interesse para uma finalidade. Isto permitirá executar programas de ensaios mais onerosos com maior segurança. Na área rodoviária, a classificação de solos é utilizada para uma série de procedimentos, entre os quais se encontram os seguintes: • Identificar e delimitar os universos dos solos para estudo de subleito e jazidas para efeito de dimensionamento do pavimento; e • Hierarquizar os solos para utilização em serviços de projeto de construção de estradas.

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4.3

Limitações e Deficiências das Classificações Tradicionais

As classificações tradicionais TRB e SUCS reúnem os solos de granulação fina e grossa em grupos e subgrupos, em função da granulometria, limite de liquidez (LL), seu índice de plasticidade (IP) e índice de grupo (IG), cujos valores são designados, na TRB, como propriedades índices. Essas propriedades apresentam uma série de limitações e deficiências quando aplicadas aos solos tropicais, impossibilitando o uso adequado dessas classificações. A seguir, são apresentada algumas limitações e deficiências relacionadas à TRB, a mais utilizada no meio rodoviário, mas muitas delas ocorrem também no SUCS.

Baixa Reprodutibilidade do LL e IP Os valores de LL e IP de um solo apresentam uma grande dispersão, conforme mostram os resultados do Programa Interlaboratorial apresentados na Figura 4.1, realizado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT). Essa dispersão se deve à variação da energia de espatulação aplicada, que desagrega parcialmente a microestrutura do solo durante a execução dos ensaios LL e LP. Pela Figura 4.1, essa dispersão fica evidente, classificando, segundo a TRB, uma mesma amostra em diferentes grupos. Por exemplo, as amostras do solo 1 podem ser classificadas como do grupo A-4 ou A-6, enquanto as amostras do solo 2 podem ser dos grupos A-4 até A-7, que possuem propriedades distintas. Villibor (1981), por meio de ensaios realizados pelo DER-SP (Departamento de Estradas de Rodagem - SP) e IPT, confirmou a grande variação dos resultados de LL e IP de amostras de solos arenosos finos lateríticos utilizados em base, conforme já constatado no Programa Interlaboratorial do IPT. Ressalta-se que anteriormente essadispersão foi abordada por Gidigasu (1976), em Lateritic Soil Engineering, no capítulo 10, página 32, em que cita: “outra fonte de dificuldade na obtenção da reprodutibilidade dos resultados dos ensaios de plasticidade de alguns solos lateríticos é a tendência de apresentarem aumento

classificação de solos tropicais

Índice de Plasticidade (%)

de plasticidade, com o grau de misturação ou moldagem da amostra, antes do ensaio”.

50 40

30 20

Amostra Solo 1 2 3

% passa na #nº200 38 42 60

Limite de Liquidez (%)

Faixa de Variação IP (%) LL (%) 27,3 a 39,1 8,2 a 19,4

37,7 a 51,9 61,8 a 97,0

4,8 a 22,6 23,6 a 55,1

Figura 4.1

Programa Interlaboratorial: valores de LL e IP de 3 amostras.

Fonte: Villibor e Nogami (2009).

Deficiência da Granulometria para Avaliação das Propriedades A granulometria por peneiramento não considera a natureza da fração do solo que passa na peneira de 0,075 mm, que tem um alto significado no comportamento do solo, mesmo para aqueles com LL e IP iguais. De maneira geral, os solos que têm finos lateríticos são nitidamente superiores, ou seja, têm elevada capacidade de suporte e baixa expansão, em relação aos solos saprolíticos, mesmo tendo a mesma porcentagem passando na referida peneira.

Inadequação da Previsão de Suporte CBR pelo IG O TRB utiliza o IG do solo como uma das propriedades mais relevantes. Sua finalidade é estabelecer diferenças de propriedades entre os solos de um mesmo grupo e avaliar o valor da capacidade de suporte, que é inversamente proporcional ao IG.

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CBR (%) - (Energia Normal)

Sua inadequação é verificada na Figura 4.2, quando aplicada aos solos tropicais. Nesta, um solo com IG = 8, por exemplo, apresenta CBR de 2% (solo saprolítico) e 20% (solo laterítico). Esses valores também diferem, substancialmente, do avaliado pelo TRB, ou seja, CBR = 7,5%, valor obtido na reta de correlação apresentada na Figura 4.2. Isto mostra a precariedade do IG para prever a capacidade de suporte.

30 20 15 10 9 8 7 6 5 4 3 (1

)

Solos Lateríticos

Solos Saprolíticos

Índice de Grupo (AASHO M 145-49) Figura 4.2

Variação do CBR em função do Índice de Grupo. (1) Reta de correlação aproximada, considerando dados do Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis de Souza (1979).

Fonte: Nogami e Villibor (1995).

Deficiência da Avaliação da Propriedade de Expansão pelo IP No TRB, espera-se que um solo com elevado valor de IP seja altamente expansivo. No entanto, solos lateríticos argilosos com elevado IP apresentam expansão muito baixa, geralmente < 0,5%. Em contrapartida, ocorrem muitos solos saprolíticos com IP baixo que apresentam valores elevados de expansão, geralmente > 3%. Também ocorrem, frequentemente, solos tropicais com os mesmos LL e IP, porém com expansibilidades diferentes. Esses fatos estão em desacordo com o previsto pelo TRB para os solos tropicais.

classificação de solos tropicais

Inadequação do Grupo da Classificação TRB para Previsão do Comportamento do Subleito Os solos tropicais que se classificam no grupo A-7-5 do TRB, quando adequadamente compactados, podem se comportar como um ótimo subleito, no caso de comportamento laterítico, ou péssimo subleito, no caso de saprolítico. Também, solos lateríticos do grupo A-4, utilizados como subleito, podem atingir valores de CBR > 30% na umidade ótima (ho) da energia normal de compactação e, quando saprolíticos, um valor de CBR da ordem de 3% nessas mesmas condições. Ressalta-se que o comportamento dos solos dos grupos A-4 e A-7-5 como subleito é considerado na classificação TRB de sofrível a péssimo (Tabela 4.1), fato que não condiz com os subleitos de muitos solos tropicais, por exemplo, os de comportamento laterítico, o que comprova a inadequação do TRB para esse fim. Tabela 4.1

Classificação dos solos TRB (materiais silto-argilosos). MATERIAIS GRANULARES 35% (ou menos) passando na peneira nº 200

CLASSIFICAÇÃO GERAL CLASSIFICAÇÃO EM GRUPOS

A-1

A-2

A-5

A-6

A-7 A - 7 -5 A-7-6

A-2-6 A-2-7

50 máx. 30 máx. 15 máx.

30 máx. 51 mín. 35 máx. 35 máx. 25 máx. 10 máx.

35 máx. 35 máx.

36 mín.

6 máx.

40 máx. 10 máx.

41 mín. 10 máx.

40 máx. 41 mín. 11 mín. 11 mín.

40 máx. 10 máx.

41 mín. 10 máx.

40 máx. 11 mín.

41 mín. 11 mín.*

Índice de Grupo

4 máx.

8 máx.

12 máx.

16 máx. 20 máx.

Materiais constituintes

Fragmentos de pedras, pedregulho fino e areia

Comportamento como subleito

Excelente a bom

Características da fração passando na peneira nº 40: Limite de Liquidez Índice de Plasticidade

A-2-4

A-4

A-2-5

Granulometria - % passando na peneira Nº10 Nº40 Nº200

A-1-A A-1-B

A-3

MATERIAIS SILTO - ARGILOSOS

4 máx.

Pedregulho ou areias siltosos ou argilosos

Solos siltosos

Sofrível a péssimo

* O IP do grupo A - 7 - 5 é igual ou menor do que LL menos de 30.

A classificação SUCS também se utiliza dos limites de consistência (LL e IP), além de outros dados, e incorre nas mesmas deficiências apresentadas pela classificação TRB. Pelas dificuldades apresentadas, constata-se que as propriedades previstas para um mesmo grupo das classificações tradicionais, não representam o real comportamento dos solos tropicais no campo. Esse fato é previsível, uma vez que não foram desenvolvidas para abranger os tipos genéticos de solos tropicais,

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de granulação grossa e fina, utilizados em obras rodoviárias em condições ambientais tropicais. Para classificar e prever as propriedades dos solos tropicais para fins rodoviários é mais importante saber se o solo apresenta comportamento laterítico ou não do que sua granulometria e/ou seu grupo nas classificações TRB e SUCS. Esses fatos motivaram Nogami e Villibor (1981) a desenvolver a classificação MCT apresentada no item 4.4, específica para solos e condições tropicais para fins rodoviários.

4.4

Classificação MCT para Solos Tropicais de Granulação Fina

4.4.1 Considerações Iniciais O desenvolvimento desta classificação foi possível graças à obtenção de uma grande quantidade de dados de solos tropicais quanto às suas propriedades de interesse na área rodoviária. Muitos desses estudos, conduzidos por Nogami e Villibor ao longo de 10 anos, permitiram propor a classificação MCT em 1981. Paralelamente a esses estudos, foram desenvolvidos equipamentos necessários para a realização dos ensaios da Sistemática MCT, englobando-os para a classificação. Esta classificação fornece valores estimativos das propriedades de grupos de solos tropicais, em condições compactadas, permitindo orientar, hierarquizar e estimar os valores numéricos das propriedades dos grupos da MCT, que auxiliam preliminarmente os estudos geotécnicos definitivos para diversas aplicações práticas na área rodoviária. Nos itens a seguir, está apresentado detalhadamente o desenvolvimento da classificação MCT proposta por Nogami e Villibor (1981).

4.4.2 Programa de Ensaios Nessa classificação, os solos são divididos em duas classes: uma de comportamento laterítico (classe L) e outra de não laterítico (classe N). Dentro delas, têm-se três grupos da classe L e quatro da classe N. Para sua obtenção, utiliza-se um programa

classificação de solos tropicais

de ensaios (Figura 4.3), para determinação de coeficientes e de parâmetros. O Ensaio de Perda de Massa por Imersão é realizado com CPs finais obtidos dos teores de umidade do Ensaio de Compactação Mini-MCV. Os ensaios M5 e M8 são os mesmos dos métodos M 191/88 e M 197/88 do DER/SP.

PROGRAMA DE ENSAIOS

Ensaio de Compactação MiniMCV (M5)

Ensaio de Perda de Massa por Imersão (M8)

Resultados

Curvas de deformabilidade Coeficiente c’

Resultados

Curva de Compactação Coeficiente d’

Curva ‘‘Pi x Mini-MCV’’ Parâmetro Pi

Índice e’

CLASSIFICAÇÃO MCT

Figura 4.3

Programa de ensaios e seus resultados obtidos para a classificação MCT.

4.4.3 Considerações sobre os Elementos para a Classificação MCT Os elementos usados para a classificação MCT são os coeficiente c’, d’ e os valores de Pi, que permitem obter o parâmetro Pi. Com os valores d’ e o parâmetro Pi, calcula-se o índice de laterização e’. Abaixo, apresentam-se considerações sobre os elementos referidos associados às peculiaridades dos solos tropicais.

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4.4.3.1 Coeficiente c’ A partir dos dados do ensaio de compactação Mini-MCV, obtém-se a curva de deformabilidade do solo e o coeficiente de argilosidade c’, conforme detalhado no método M5 (Capítulo 8), calculado por meio da Expressão 4.1.

c’: coeficiente de argilosidade;

(4.1)

ΔΔ Δ

ΔΔ ΔaΔn: Variação do afundamento do CP, obtida do trecho retilíneo da curva de deformabilidade (mm); Δ

ΔΔ ΔMini-MCV: Variação do Mini-MCV, para o mesmo intervalo considerado para Δ Δan;

Δ e Villibor (1995), o coeficiente Segundo Nogami Δ c’ correlaciona-se com o comportaΔ mento granulométrico do solo na compactação. Interferem no valor de c’ fatores como graduação, forma dos grãos, mineralogia das diversas frações e outros.

Tabela 4.2

Correlação do coeficiente c’ com o comportamento granulométrico da classe L na compactação.

Coeficiente c’ Classe L

Comportamento granulométrico

0 < c’ < 0,7

Areia

0,7 < c’ < 1,5

Arenoso

1,5 < c’ < 3,0

Argiloso

Na Tabela 4.2, é apresentada a correlação do c’ com a granulometria típica dos solos da Classe L, segundo a classificação MCT (Figura 4.4).

Para os solos da classe N, os valores dos intervalos do coeficiente c’, característicos de cada granulometria de seus grupos, acham-se no gráfico classificatório da MCT (Figura 4.4). Os referidos autores associaram o valor do coeficiente c’ à coesão desses solos compactados, para as duas classes, a saber: • Solos com c’ > 1,5 são caracterizados por serem argilas e solos argilosos coesivos; • Solos com valor de c’ no intervalo de 1,0 a 1,5 são caracterizados por diferentes granulometrias: constituídos de areias, areias siltosas, siltes arenosos, argila arenosa, areias Δ argilosas, argilas siltosas etc. Esses solos, compactados, Δ apresentam coesão média (semi-coesivos); e • Solos com c’ < 1,0 são caracterizados por areias e siltes não plásticos. Suas camadas são consideradas de baixa ou sem nenhuma coesão. Δ

classificação de solos tropicais

Índice e’

0,45

0,27

2,0

NS’

1,75

NG’

L: Laterítico N: Não Laterítico A: Areia A’: Arenoso G’: Argiloso S’: Siltoso

1,5 1,4

NA’

1,15

1,0

0,5

LA’ 0,5

0,7

1,0

LG’ 1,5

1,7

2,0

2,5

3,0

Coeficiente c’

Figura 4.4

Gráfico da classificação de solos MCT.

4.4.3.2 Coeficiente d’ A partir dos dados do ensaio de compactação Mini-MCV, obtém-se a família de curvas de compactação para várias energias, determinando o coeficiente d’, utilizado para cálculo do índice de laterização e’. Este Δ Δcoeficiente, juntamente com parâmeΔΔ tro Pi, é um indicativo do comportamento laterítico do solo. Δ Δ A conceituação do coeficiente d’ é apresentada no método ΔΔ M5 (Capítulo 8), sendo calculado por meio da Expressão 4.2.

(4.2)

Δ Δ

ΔMEAS: Variação da massa específica Δ aparente seca (kg/m³); Δ Variação da umidade de compactação Δhc: (%).

As areias argilosas bem graduadas possuem curvas de compactação com picos acentuados e ramo seco retilíneo, cuja inclinação acentua-se, sensivelmente, quando a argila presente é de natureza laterítica (valor de d’ elevado). As argilas lateríticas possuem curvas similares, porém com menor inclinação (valor de d’ baixo). Alguns siltes saprolíticos e areias pouco coesivas não possuem picos acentuados e, frequentemente, têm encurvamento no ramo seco, dificultando a determinação do d’.

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As argilas lateríticas, em geral, possuem d’ > 20 (kg/m³)/%, ao passo que as argilas não lateríticas não atingem esse valor. As areias puras possuem d’ baixo, ao passo que as areias finas argilosas tendem a ter d’ elevado, ultrapassando 100 (kg/m³)/%. ΔΔ ΔΔ Δ 4.4.3.3 Parâmetro Pi Δ ΔΔ

Procedimento para a determinação do parâmetro Pi

O parâmetro Pi é utilizado para cálculo do índice de laterização (e’), ou seja, possibilita definir Δ se o solo possui comportamento lateΔ rítico ou não, juntamente com o coeficiente d’. A conceituaΔ Δ ção do Pi é apresentada no método M8 (Capítulo 11), sendo calculado pela Expressão 4.3.

Pi: Perda de massa por imersão (%);

Md: Massa seca desprendida após imersão (g);

(4.3)

Me: Massa seca extrudada (g) = 1,0 cm x área do CP x MEASAF;

Fc : Fator de correção = 1, no caso desse exemplo.

As etapas para determinação do parâmetro Pi são: • Para cada curva de deformabilidade obtida pelo método M5 (Capítulo 8), representativo de um teor de umidade, obtém-se o valor de seu Mini-MCV. O CP resultante do processo de compactação (de altura final A F ) é submetido ao método M8 para determinação do Pi em diferentes teores de umidade; Δ • Traça-se a curva “Altura final (A F ) versus Mini-MCV” e Δ obtem-se o valor de A para Mini-MCV = 10. Sendo que F A F < 48,0 mm caracteriza um solo compactado com alta densidade; A F > 48,0 mm caracteriza um solo com baixa densidade; • Curva “Pi versus Mini-MCV”. Desta curva, obtém-se o Δ parâmetro Pi pelo seguinte critério: --

para A F < 48,0 mm, determinar o valor do Pi para Mini-MCV= 15; e -- para A F > 48,0 mm, determinar o valor do Pi para Mini-MCV= 10. ΔΔ Δ

classificação de solos tropicais

Peculiaridades do parâmetro Pi e critério para sua determinação Geralmente, nos solos lateríticos, com exceção das areias, a curva “Pi versus Mini-MCV” é descendente, ou seja, o parâmetro Pi diminui com o aumento do Mini-MCV. Nos solos saprolíticos, geralmente, têm-se valores de Pi muito superiores aos dos solos lateríticos (Pi > 100 %). Esse valor é acentuado nas variedades siltosas micáceas e/ou cauliníticas, que apresentam frequentemente Pi > 250 %. O critério para determinação do parâmetro Pi foi estabelecido por meio de estudos laboratoriais de solos associados empiricamente ao campo, com a finalidade de separar os solos lateríticos e saprolíticos. Nogami e Villibor (1980) propuseram esse critério, pelos seguintes fundamentos: • Foi verificado em trechos executados que solos lateríticos geram camadas compactadas de elevada massa específica aparente seca (MEAS), o que é confirmado também no ensaio de compactação Mini-MCV. A energia de compactação desses solos chega facilmente ao nível da energia do proctor intermediário, que no ensaio Mini-MCV corresponde ao Mini-MCV = 15. Daí sua utilização como um dos valores do critério para determinação do parâmetro Pi; • Contrariamente, os solos saprolíticos, também no campo, geram camadas de baixa MEAS, o que era confirmado também no ensaio de compactação Mini-MCV. O nível de energia de compactação para esses solos, corresponde à energia de compactação normal, que no ensaio era equivalente ao Mini-MCV = 10. O aumento desse nível de compactação no campo produzia camada com estrutura geralmente danificada. Daí a utilização do Mini-MCV = 10 como um dos valores usados na definição do critério. Tendo em vista essas peculiaridades de comportamento do solo quanto à compactação no campo, e que a classificação foi proposta para diferenciar propriedades entre solos de comportamento laterítico e não laterítico, utilizou-se este critério como um dos parâmetros para a determinação do índice de laterização e’.

4.4.3.4 Índice e’ Dispondo-se dos parâmetros classificatórios obtidos nos ensaios de compactação mini-MCV e perda de massa por imersão, é

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Δ Δ

possível classificar os solos lateríticos e saprolíticos de acordo com a Metodologia MCT, por meio do Gráfico Classificatório proposto por Nogami e Villibor (1981), apresentado na Figura 4.4. Nesse gráfico o eixo das abscissas representa o coeficiente c’ e o eixo das ordenadas representa o índice e’. O índice e’ é calculado a partir do coeficiente d’ da curva de compactação, correspondente a 10 golpes, e do parâmetro Pi, segundo a Expressão 4.4.

e’: Índice de laterização;

(4.4)

Pi: Parâmetro da perda de massa por imersão (%);

d’: Inclinação da curva de compactação de n = 10 golpes.

Δ o índice e’ foi concebido para indicar Segundo Nogami e Villibor (1995), o comportamento laterítico ou não laterítico dos solos. Os Δ autores verificaram que o comportamento laterítico começa a se manifestar quando d’ > 20 (kg/m³)/% e Pi < 100 %, o que permitiu o estabelecimento da linha horizontal principal correspondente a e’ = 1,15 (linha tracejada da Figura 4.4) que Δ separa os solos “L” dos solos “N”. Para os solos com baixa quantidade de finos (areias), a transição das classes L e N, segundo os autores, ocorre para valores mais altos de Pi e menores de d’, o que levou a estabelecer a linha horizontal secundária, correspondente a e’ = 1,40. ΔΔ

A linha tracejada Δ no gráfico da classificação MCT foi utilizada para indicar os solos próximos a ela que, muitas vezes, podem gerar dúvidas sobre seu comportamento laterítico (L) ou não (N). Nesse caso, para obter o comportamento do solo, devem-se verificar as condições abaixo:

• Condição para verificação do comportamento L: -- quando o Pi decrescer sensivelmente, no intervalo de Mini-MCV de 10 a 15, podendo atingir valor zero ou muito baixo; e -- quando a curva Mini-MCV, em função do teor de umidade de compactação, apresentar concavidade para cima.

classificação de solos tropicais

• Condição para verificação do comportamento N: -- quando não atender as duas condições acima. • Condições para definição de solos considerados transicionais: -- quando uma das condições acima não ocorrer, o solo é considerado transicional, representado por símbolos dos grupos adjacentes. Exemplo, solo LA’-NA’ localizado no LA’, próximo à linha tracejada.

4.4.4 Gráfico Classificatório e Propriedades dos Grupos da MCT Para a classificação MCT, é necessária a determinação do índice e’ e do coeficiente c’, conforme apresentado anteriormente. Com esses valores, ghutiliza-se o gráfico classificatório (Figura 4.4) para obter o grupo do solo. A classificação apresenta estimativa para as propriedades mecânicas e hídricas dos solos de seus grupos, na condição compactada, assim como sua hierarquização para utilização em serviços na área rodoviária. O gráfico é dividido em sete áreas representativas dos grupos de solos da MCT, englobando os solos de comportamento laterítico (classe L) e os de comportamento não laterítico (classe N). Os grupos das classes L e N são definidos pelo gráfico de classificação de solos apresentados na Figura 4.4, onde no eixo das ordenadas é indicado o índice de laterização e’ do solo e no eixo das abscissas o coeficiente c’, que se refere à sua granulometria, obtida na compactação. As granulometrias típicas dos grupos, suas propriedades e a hierarquização para uso rodoviário encontram-se nas Tabelas 4.3 e 4.4. Os grupos da MCT foram definidos por meio de associações de amostras compactadas em laboratório com o comportamento de camadas no campo. Para esses grupos, é apresentado um conjunto apresentados uma série de propriedades, que indicam os valores numéricos esperados. Também indica a hierarquização dos grupos, para uma série de utilizações rodoviárias. Essas orientações têm-se mostrado eficientes, o que qualifica a classificação MCT como adequada ao estudo dos solos tropicais, fato já esperado, pois ela foi desenvolvida para solos e condições tropicais. As granulometrias da MCT são obtidas na compactação, englobando as granulometrias típicas T1-71 do DER/SP. Isso leva, por exemplo, um solo do grupo NG’ (solo argilosos não laterítico) a apresentar granulometrias típicas de argilas, argilas arenosas, argilas siltosas e siltes argilosos, o que acontece com muitos dos grupos da MCT, conforme indicado na Tabela 4.3.

p a v i m e n ta ç ã o d e b a i x o c u s t o e m r e g i õ e s t r o p i c a i s

As Tabelas 4.3 e 4.4 apresentam os valores das propriedades, com seus equivalentes numéricos na umidade ótima da energia normal do Mini-Proctor. Propriedades e utilização dos grupos de solos da classificação MCT.

areias

areias areiasareias areias areias argilosas areias argilosas argilosas argilosas argilosas

areias areias

areias areias areias areias areias

siltes argilosos

siltes arenosos arenosos siltes

siltosas areias siltosas areias

siltosas areias areias siltosas areias siltosas areiassiltosas

siltes (q.s)

areias

areias areias areias areias areias (q.s) siltes areias (q.s) siltes siltes (q,(q.s) s) siltes (q.s) siltes

k=caulínitico m=micáceo k=caolinítico m=micáceo s=serícitico q=quartzoso k=caolinítico m=micáceo k=caolinítico m=micáceo k=caolinítico m=micáceo k=caolinítico m=micáceo k=caolinítico m=micáceo s= sericítico q= quartzoso s= sericítico quartzoso s= sericítico q= quartzoso s= sericítico q= quartzoso s= sericítico q= quartzoso s= sericítico q= q= quartzoso

argilas argilas argilas argilas argilas argila arenosa argilas argilas arerenosas argila argila arenosa arenosa argila arenosa argila siltosa arenosa argila siltosa argila siltosa argilas siltosas argila siltosa siltes argilosos argila siltosa siltes argilosos siltes argilosos argilosos siltes siltes argilosos

GRANULOMETRIAS TÍPICAS GRANULOMETRIAS TÍPICAS GRANULOMETRIAS TÍPICAS GRANULOMETRIAS TÍPICAS GRANULOMETRIAS TÍPICAS GRANULOMETRIAS TÍPICAS Designações do T1-71 do DER-SP Designações do T1-71 do DER-SP Designações do T1-71 do DER-SP Designações do T1-71 do DER-SP Designações do T1-71 do DER-SP Designações do T1-71 do DER-SP

DESIGNAÇÃO DESIGNAÇÃO DESIGNAÇÃO DESIGNAÇÃO DESIGNAÇÃO DESIGNAÇÃO

argilosas argilas argilas argilas argilas argila arenosa arenosa argilas argilas argila argila arenosa arenosa argila siltosa argilas arenosas argila arenosa siltosa argila siltosa argila siltosa siltes argilosos argila siltosa argilas siltosas siltes siltes argilosos argilosos siltes argilosos siltes argilosos argilosos siltes

GRANULOMETRIAS TÍPICAS Designações do T1-71 do DER-SP

DESIGNAÇÃO

(k,m) siltes siltes (k,(k,m) m) siltes (k,m) siltes (k,m) siltes (k,m) siltes siltes arenosos siltes arenosos siltes siltes arenosos arenosos

Tabela 4.3

Utilização* Utilização* Utilização*

Propriedades Propriedades Propriedades

COMPORTAMENTO ==Não Não Laterítico Laterítico COMPORTAMENTO N Laterítico LLLL==L=L=Laterítico COMPORTAMENTO N = Não Laterítico = Laterítico COMPORTAMENTO COMPORTAMENTO NN =N Não Laterítico Laterítico N= Laterítico COMPORTAMENTO =Não Não Laterítico =Laterítico Laterítico COMPORTAMENTO N = Não Laterítico L = Laterítico GRUPO MCT NS' NG' LG' LA LA' GRUPO MCT NS' NG' LG' NA' LA LA' NA GRUPO MCT GRUPO MCT NA' NS' NG' LG' NS' NG' LG' LA LA' NA LA LA' GRUPO MCT GRUPO MCT NS' NG' LG' NA' NA' NS' NG' LG' LA LA' NA NA LA LA' NA' NA' NA NA GRUPOsem MCTimersão NA NA’ NS’ NG’ LA LA’ LG’ M, E E E, EE E M, E M, E E E, EE E M, E M, E M, E E E E, EE E, EE E M, E E E M, E E M, E M, E E E, EE E E E M, E E, EE E E M, E E E E E E E E E sem imersão sem imersão sem imersão sem semimersão imersão MINICBR (%) MINICBR (%) MINICBR (%) MINICBR (%) MINICBR (%) MINICBR (%) perda por imersão perda por imersão perda por imersão perda por imersão perda por imersão perda por imersão B, sem imersão B E B B B M B E E B B B B, M B E B E B B B E B B B B, M B, M B E E B E B B B B, M E B B B B, M M, E E M, E E, EE E E E MINI-CBR (%) perda por(Es) imersão B, M B E E B B B E B B B B B M, E B E B B B M, E B B EXPANSÃO E B B B B B B B M, E M, E B B E E B B B B M, E B B B B M, E B EXPANSÃO (Es) E EXPANSÃO (Es) B EXPANSÃO (Es) EXPANSÃO (Es) EXPANSÃO (Es) B EM M, EE BBB BM EXPANSÃO (%) M, M BBBB CONTRAÇÃO (Ct) BBB M, CONTRAÇÃO (Ct) B, M EEEEBEE B, M M BBB B, M M, B, M M CONTRAÇÃO (Ct) CONTRAÇÃO (Ct) M, EE B,B, M M, B,B, M MM CONTRAÇÃO (Ct) B, M M, B, M M, CONTRAÇÃO (Ct) B B, M M, M, M, B, M M M, EEE M, B B, M M M, E B B, M M, E CONTRAÇÃO (Ct) COEF. DE PERMEABILIDADE (k) BBBBBB M M BBBBBB BBBBBB COEF. DE PERMEABILIDADE (k) B, M B, M B, M M, EEEEEE COEF. DE PERMEABILIDADE (k) COEF. DE PERMEABILIDADE (k) B, M B, M B, M B, M B, M M, COEF. DE PERMEABILIDADE (k) B, M COEF. DE PERMEABILIDADE (k) B, M B, M B, M B, M B, B, M M, M, B, M B, M B, M, M, M, E B B, M B, M B, M B B COEF. DE PERMEABILIDADE (k) EEE B, M BBBB BBBB BBBBBB M, EE B, M COEFICIENTE DE SORÇÃO (s) M, B, M B, M BBB BBB M, M, COEFICIENTE DE SORÇÃO EEEE B, M B, M M, M, COEFICIENTE DE SORÇÃO (s) COEFICIENTE DE SORÇÃO (s) COEFICIENTE DE SORÇÃO (s) COEFICIENTE DE SORÇÃO (s) (s) B, M EEEEEEE M, EEEEE B COEFICIENTE DE SORÇÃO (s) Corpos de prova compactados na Corpos de prova compactados na Corpos de prova compactados na Corpos de prova compactados na Corpos de prova compactados na Corpos de prova compactados na EE = Muito Elevado M = Médio EE = Muito Elevado M = Médio EE Muito Elevado M Médio EE === Muito Elevado = Médio EE Elevado EE =Muito Muito Elevado MM M== =Médio Médio Corpos de provaaparente compactados na massa específica seca máxima massa específica aparente seca máxima massa específica aparente seca máxima massa específica aparente seca máxima massa específica aparente seca máxima massa específica aparente seca máxima EE = Muito Elevado EEEEE=E==M =Elevado Médio BBBB=B = = Baixo Elevado ==B=Baixo Baixo =Elevado Elevado Baixo =Elevado Elevado =Baixo Baixo massa específica aparente seca da energia normal da energia normal da energia normal da energia normal da energia normal da energia normal E = Elevado B = Baixo máxima da energia normal nnnnnn nnnnnn Base de pavimento Base de pavimento Base de pavimento Base de pavimento 3º 4º 2º 1º Base de pavimento Base de pavimento 3º 4º 2º 1º 3º 4º 2º 1º 3º 3º 4º 2º 1º 4º 2º 1º 3º 4º 2º 1º nnnnnn Base de pavimento n 4º n n 2º 1º 3º n Reforço do subleito compactado n Reforço do subleito compactado n Reforço do subleito compactado nn n Reforço do subleito compactado Reforço dodo subleito compactado Reforço subleito compactado 5º 3º 4º 2º 1º 5º 3º 4º 2º 1º 5º 3º 5º 3º 4º 2º 1º 4º 2º 1º 5º 3º 5º 3º 4º 2º 1º 4º 2º 1º nnnnnn Reforço do subleito compactado 4º 5º n n 2º 1º 3º Subleito compactado Subleito compactado Subleito compactado Subleito compactado Subleito compactado Subleito compactado 5º 6º 3º 4º 2º 1º 5º 6º 3º 4º 2º 1º 5º 6º 3º 5º 6º 3º 4º 2º 1º 4º 2º 1º 5º 6º 3º 5º 6º 3º 4º 2º 1º 4º 2º 1º 7º 7º 7º 7º 7º 7º Subleito compactado 4º 5º 7º 6º 2º 1º 3º Aterro (corpo) compactado Aterro (corpo) compactado Aterro (corpo) compactado Aterro (corpo) compactado Aterro (corpo) compactado Aterro (corpo) compactado 5º 7º 3º 4º 2º 1º 5º 7º 3º 4º 2º 1º 5º 7º 3º 5º 7º 3º 4º 2º 1º 4º 2º 1º (corpo) 4º 6º 7º 3º 5º 7º 3º 5º 7º 3º 4º 2º 1º 4º 2º 1º 6º 6º 6º 6º6º 6º Proteção àerosão erosão 3º n n n 2º 1º nnnn n n Proteção ààààerosão n n Proteção àerosão erosão n n nnn n n Proteção Proteção n n n n Proteção Proteção àerosão erosão 3º 2º 1º 3º 2º 1º 3º 3º 2º 1º 2º 1º 3º 3º 2º 1º 2º 1º n nnnnn Revestimento primário 5º 3º n n 4º 1º 2º nnnnnn Revestimento primário Revestimento primário Revestimento primário Revestimento primário Revestimento primário Revestimento primário 5º 3º 4º 1º 2º 5º 3º 4º 1º 2º 5º 3º 5º 3º 4º 1º 2º 4º 1º 2º 5º 3º 5º 3º 4º 1º 2º 4º 1º 2º nnnnnn A “utilização” érepresentada representada em prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...), sendo “n” não recomendado ****A* éééérepresentada em prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...), sendo ‘‘n’’ não recomendados. A ‘‘utilização’’ érepresentada representada em prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...), sendo ‘‘n’’ não recomendados. AA ‘‘utilização’’ em prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...), sendo ‘‘n’’ não recomendados. em prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...), sendo ‘‘n’’ não recomendados. ‘‘utilização’’ em prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...), sendo ‘‘n’’ não recomendados. **A‘‘utilização’’ A‘‘utilização’’ ‘‘utilização’’ érepresentada representada em prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...), sendo ‘‘n’’ não recomendados.

REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA

Tabela 4.4

PROPRIEDADE

VALOR

PROPRIEDADE

Valores numéricos das propriedades.

MINI-CBR (%) PROPRIEDADE com sobrecarga padrão MINI-CBR (%) com sobrecarga padrão

EXPANSÃO (%) EXPANSÃO (%)

COEFICIENTE DE SORÇÃODE - sSORÇÃO - s COEFICIENTE log s ( cm / min )

Muito Elevado > 30 Elevado 12 a 30 VALOR ESTIMADO Médio 4 a 12 Muito Baixo > 30 < 4

Elevado Elevado Elevada Médio Baixo Média

12 a 30 4 a 12 >3 <4

Baixa Elevada

0,5 a 3 > 3 < 0,5

Baixa Elevada Média Elevada Média Baixo

> (-1) > (-1) (-1) a (-2) (-1) <a (-2) (-2)

Média

Baixa

0,5 a 3 < 0,5

< (-2)

VALOR

PERDA DE SUPORTE PROPRIEDADE MINI-CBR (%) por imersão

> 70 Elevada VALOR ESTIMADO 40 a 70 Média < 40 Baixa

PERDA DE SUPORTE MINI-CBR (%) POR IMERSÃO

Elevada Média Elevada Baixa

> 70 40 a 70 < 40 > 3

CONTRAÇÃO (%)

Baixa Elevada Média Baixa Elevada

> 3 < 0,5 0,5 a 3 < 0,5> (-3)

CONTRAÇÃO (%)

COEFICIENTE DE

COEFICIENTE DE - k PERMEABILIDADE PERMEABILIDADE -k log k (cm/s) log k (cm/s)

Média

Média Elevada Média Baixo Baixa

0,5 a 3

>(-3) (-3)a (-6) (-3) a<(-6) (-6) < (-6)

Fonte: Nogami e Villibor (1995).

classificação de solos tropicais

Os solos da classe L são subdivididos em três grupos: • LA: areia laterítica quartzosa; • LA’: solo arenoso laterítico; • LG’: solo argiloso laterítico. Os solos da classe N são subdivididos em quatro grupos: • • • •

NA: areias não laterítica; NA’: solo arenoso não laterítico; NS’: solo siltoso não laterítico; e NG’: solo argiloso não laterítico.

4.4.4.1 Considerações sobre os Grupos de Solos da MCT Neste item, além da designação da terminologia das granulometrias típicas dos diversos grupos, serão tecidas considerações sobre suas propriedades, complementando as referidas na Tabela 4.3. Também será apresentada uma orientação para uso da determinação dos grupos da MCT por meio da associação com a classificação pedológica (horizontes superficiais) e geológicas dos solos (solos de alteração). As ilustrações apresentadas englobam as ocorrências de solos dos grupos de comportamento laterítico por serem os solos mais recomendados para execução de camadas nobres do pavimento (base e sub-base).

Grupo LA Este grupo compreende as areias com pequena quantidade de finos lateríticos, que apresentam coeficiente de argilosidade c’ baixo. Na classificação pedológica, esses solos abrangem a classe neossolo quartzarênico (RQ), de textura média-argilosa, conforme “Sistema Brasileiro de Classificação de Solos” (EMBRAPA, 1999).

Figura 4.5

Ocorrência de solos LA.

Pela pequena quantidade de finos, são pouco coesivos e apresentam elevado módulo de resiliência. Na Figura 4.5, é ilustrada uma ocorrência de solo LA com acúmulo de areia que, geralmente, possui formas arredondadas e subarredondadas, de coloração arroxeada, rósea

p a v i m e n ta ç ã o d e b a i x o c u s t o e m r e g i õ e s t r o p i c a i s

ou amarela, pela presença de película de óxido de ferro, originária do processo de laterização.

Grupo LA’ Os solos deste grupo são as areias argilosas com quantidade média de finos lateríticos, que apresentam coeficiente de argilosidade c’ médio. Na classificação pedológica, esses solos abrangem as classes dos latossolos (L) ou argilossolos (P), de textura média-arenosa, conforme “Sistema Brasileiro de Classificação de Solos” (EMBRAPA, 1999).

Figura 4.6

Ocorrência de solos LA’.

Apresentam razoável coesão e elevado módulo de resiliência, geralmente superiores a 200 MPa, quando utilizados em camadas nobres do pavimento. O LA’ é o grupo da MCT que apresenta os melhores solos para construção de bases e sub-bases de pavimentos. Na Figura 4.6, é apresentada uma ocorrência de solo LA’.

Grupo LG’ Incluem-se neste grupo as argilas, as argilas arenosas e/ou siltosas e os siltes argilosos, que apresentam coeficiente de argilosidade c’ elevado. Na classificação pedológica, esses solos abrangem as classes da ordem dos latossolos (L) ou argilossolos (P), de textura média-argilosa, conforme “Sistema Brasileiro de Classificação de Solos” (EMBRAPA, 1999).

Figura 4.7

Ocorrência de solos LG’.

Os solos deste grupo próximos ao LA’ apresentam porcentagem relativamente elevada de grãos de areia, tendo propriedades similares a eles. No entanto, quando c’ > 2,0, apresentam elevada contração em suas camadas compactadas, menor capacidade de suporte e menor módulo de resiliência, em comparação aos solos LG’ próximos ao LA’. Na Figura 4.7 é apresentada uma ocorrência de solo LG’.

classificação de solos tropicais

Grupo NA Os solos típicos deste grupo são as areais, os siltes e as misturas de areias e siltes, constituídas essencialmente de quartzo e/ou mica. Praticamente, não possuem finos argilosos coesivos e siltes cauliníticos. Os solos NA apresentam coeficiente de argilosidade c’ baixo. Este grupo abrange os solos saprolíticos que, segundo a geologia, são provenientes de alteração de rochas areníticas e quartzosas. Além dessas origens, podem pertencer a este grupo alguns solos transportados. Os solos deste grupo são pouco expansivos, ao passo que as variedades micáceas podem ser altamente expansivas quando imersas em água. Quando não micáceos, são solos de comportamento considerado na mecânica dos solos tradicional. Os melhores solos deste grupo são os próximos ao grupo LA que, com pequena porcentagem passante na peneira de 0,075 mm, podem apresentar elevado módulo de resiliência.

Grupo NA’ Incluem-se neste grupo as areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico, podendo conter mica na fração areia. Apresentam coeficiente de argilosidade c’ médio. Os tipos mais representativos são os solos saprolíticos originados, segundo a geologia, de rochas ricas em quartzo, tais como: granitos, gnaisses, arenitos e quartzitos impuros. Os solos com areia bem graduada podem apresentar propriedades adequadas para serem utilizados como camada de pavimentos. Caso contrário, e ainda se contiverem mica na fração areia ou silte, podem ser totalmente inadequados para camada de pavimentos. Muitas de suas variedades podem ser excessivamente expansivas, sujeitas à erosão hidráulica e muito resilientes. Na Figura 4.8, é apresentada a área do gráfico MCT em que se situam os solos de elevada resiliência. Os melhores solos são os próximos aos grupos LA’ e LA, podendo apresentar módulo de resiliência superior a 150 MPa. Os solos constituídos de elevada porcentagem passante na peneira de 0,075 mm são os piores solos deste grupo, que geralmente apresentam elevada expansão.

p a v i m e n ta ç ã o d e b a i x o c u s t o e m r e g i õ e s t r o p i c a i s

Grupo NS’ Os solos típicos deste grupo compreendem siltes e siltes arenosos, apresentando coeficiente de argilosidade c’ de médio a baixo. Segundo a geologia, esses solos são provenientes de alteração das rochas: basaltos, diabásios e metabasitos. As variedades mais ricas em areia quartzosa podem ter características mecânicas e hidráulicas que as aproximam do grupo NA’. Os solos NS’ com e’ > 1,6 e/ou com fração que passa na peneira de 0,075 mm > 40% geralmente apresentam baixa capacidade de suporte (< 4%), elevada expansão (> 3%) e, quando utilizados em camadas nobres do pavimento, podem apresentar módulo de resiliência de 70 MPa aproximadamente. Estes solos não são recomendados para uso como camada final de terraplenagem e outras camadas do pavimento, pois, além de não apresentarem as propriedades requeridas, são também impróprios para constituir misturas de solo-agregado, pela má qualidade de seus finos. Na Figura 4.8 está apresentada parte do gráfico classificatório da MCT, indicando a área em que se situam os piores solos de seu grupo, por serem muito resilientes.

Grupo NG’

Índice e’

Incluem-se neste grupo argilas, argilas arenosas, argilas siltosas e siltes argilosos, apresentando elevado coeficiente de argilosidade c’.

2,0

NS’

NG’

1,5

NA’ 1,0

LA 0,5 0

LG’

LA’ 0,7

1,0

2,0

1,5

2,5 3,0 Coeficiente c’

SOLOS GERALMENTE RESILIENTES Figura 4.8

Localização dos solos tropicais mais resilientes no gráfico da MCT.

classificação de solos tropicais

Os tipos mais representativos são os solos saprolíticos originados, segundo a geologia, das rochas de basaltos, calcários, diabásios, folhelhos, gnaisses, granitos e metabasitos. Esses solos apresentam características das argilas tradicionais, com elevada expansibilidade, plasticidade, compressibilidade e contração. Esse solo não é indicado para ser utilizado em camadas nobres do pavimento.

4.5

Proposta de uma Nova Classificação para Solos Tropicais de Granulação Grossa: G-MCT

4.5.1 Considerações Iniciais Os solos das ocorrências de granulação grossa são constituídos, além da sua fração fina (Ø < 2,0 mm), por sua fração grossa de pedregulhos de concreções lateríticas (vide Figura 4.9) e/ou de quartzo, entre outras, as quais ocorrem em grandes extensões no Brasil. A classificação G-MCT foi desenvolvida fundamentada na análise de ensaios de laboratório e na experiência de campo do autor sênior desta publicação, no uso desses solos para pavimentação. Esta classificação foi proposta tendo como objetivo principal apresentar uma classificação desenvolvida para estudo de solos tropicais grossos, e orientar a escolha de ocorrências para diversas aplicações práticas na área de pavimentos de baixo custo. Uma das aplicações mais importantes é a qualificação das ocorrências de regiões do país para uso em camadas de bases e sub-bases.

Figura 4.9

Ocorrência de solo laterítico de granulação grossa com agregado de laterita

p a v i m e n ta ç ã o d e b a i x o c u s t o e m r e g i õ e s t r o p i c a i s

Fundamenta-se no estudo de propriedades da fração fina do solo por meio de ensaios da MCT e das propriedades de suporte e expansão e resistência dos grãos por meio do estudo de sua fração grossa por ensaios tradicionais. Entende-se que os grãos maiores inertes são responsáveis pela transmissão dos esforços e a fração fina pelo comportamento das propriedades da camada compactada ao longo do tempo. Ressalta-se que Villibor e Nogami (1981) haviam preconizado o uso desses conceitos ao propor procedimentos para o estudo de solo laterítico-agregado para utilização em bases de pavimentos de muitas rodovias do estado de São Paulo. Muitos técnicos que militam na área rodoviária também já utilizam esses conceitos para verificar a granulometria desses solos, bem como a MCT, para verificar a qualidade de seus finos, em especial, quanto ao seu comportamento laterítico ou não, além de características mecânicas e hídricas. Assim, a Classificação G-MCT fundamenta-se nos seguintes conceitos: • Definição dos tipos granulométricos do solo integral; • Classificação MCT da fração que passa na peneira de 2,00 mm, obtida da amostra integral.

4.5.2 Programa de Ensaios Ressalta-se a importância inicial de uma classificação visual-tátil das amostras de uma ocorrência, para identificar se ela é constituída de solos de granulação grossa. Essa informação servirá como orientação para o programa de estudo da classificação proposta. Para a classificação G-MCT, a amostra original com 50 kg deve ser preparada conforme ABNT – NBR 6457:2016, visando ao procedimento classificatório, que constará de duas fases, a saber: • Fase 1: determinação dos tipos granulométricos específicos, para a G-MCT, utilizando ¾ da amostra de solo original; e • Fase 2: classificação do solo por meio da MCT. A determinação é realizada com a fração que passa na peneira de 2,00 mm, por peneiramento de ¼ da amostra de solo granular. A Fase 1 consiste na análise granulométrica do solo (ABNT-NBR 7181:2016), de acordo com a porcentagem de material que passa nas

classificação de solos tropicais

peneiras de 2,00 mm e 0,075 mm. Em seguida, definem-se os tipos granulométricos específicos: solo com pedregulho (Sp), pedregulho com solo (Ps) ou granular fino (Gf). Essas classes estão definidas no item 4.5.3. Na Fase 2, depois de estabelecido o tipo granulométrico a que pertence o solo granular, prossegue-se com a determinação dos grupos da classificação MCT, da fração do solo original que passa na peneira de 2,00 mm. Esta fase utiliza os ensaios de compactação mini-MCV (método M5) e perda de massa por imersão (método M8). Os ensaios referidos são os mesmos apresentados pelo DER-SP: M-191/88 e M-197/88, respectivamente. O programa de ensaios da classificação G-MCT está apresentado, esquematicamente, na Figura 4.10.

ENSAIOS ENVOLVIDOS

Para a Fase 1: estudo do solo original

Ensaio de Análise Granulométrica (ABNT-NBR 7181:2016) # 2,00 e 0,075 mm

Para a Fase 2: estudo da fração Ø < 2,00 mm

Ensaio de Perda de Massa por Imersão(M8)

Ensaio de Compactação Mini-MCV(M5)

Tipo granulométrico da G-MCT

Classificação MCT (DER-SP M 196/89)

CLASSIFICAÇÃO G-MCT

Figura 4.10

Programa de ensaios para a Classificação G-MCT.

4.5.3 Procedimento para a Classificação G-MCT 4.5.3.1 Determinação do Tipo Granulométrico Específico do Solo Granular Com os resultados do ensaio da análise granulométrica da Fase 1, obtêm-se os tipos granulométricos da G-MCT, conforme gráfico da Figura 4.11. É importante plotar o tipo granulométrico no

p a v i m e n ta ç ã o d e b a i x o c u s t o e m r e g i õ e s t r o p i c a i s

gráfico, pois este permite avaliar algumas peculiaridades deste solo quando aplicados como camadas de pavimentos.

Tipo Ps: constituído de pedregulho

com solo (s), definidos por: % que passa na # de 2,00 mm < 50%;

% que passa na # 0,075 mm < 30%.

Tipo Sp: constituído de solo com pedregulho, definido por:

% que passa na # 2,00 mm > 50%;

% que passa na # 0,075 mm < 30%.

Tipo Gf: constituído de material granular,

com quantidade média a elevada de finos, definidos por:

% que passa na # 2,00 mm < 100%;

% que passa na # 0,075 mm > 30%.

% que passa # 0,075 mm (%)

10 90

% que passa # 2,00 mm (%) Figura 4.11

Gráfico dos tipos granulométricos dos solos de granulação grossa Ps, Sp e Gf.

4.5.3.2 Classificação MCT da Fração do Solo Granular com ø < 2,00 mm Com os resultados dos ensaios da Fase 2, obtém-se o grupo e a classe da classificação MCT da fração fina do solo granular, conforme procedimento detalhado no item 4.4 (Classificação MCT para solos tropicais de granulação fina).

4.5.4 Classes e Grupos da Classificação G-MCT Para a classificação G-MCT, é necessário definir o tipo granulométrico do solo (Ps, Sp ou Gf) e a classificação MCT de seus finos, cuja associação definem a classe e o grupo dos solos granulares, conforme exemplos abaixo: a) Solo tipo Ps com finos do grupo LA’: • Classe GL, designado como granular com finos de comportamento laterítico; • Grupo G-MCT: Ps-LA’, designado como de pedregulho com solo arenoso laterítico. b) Solo tipo Sp com finos do grupo NS’:

classificação de solos tropicais

• Classe GN, designado granular com finos de comportamento não laterítico; • Grupo G-MCT: Sp-NS’, designado como solo siltoso não laterítico com pedregulho. Dessa maneira, pelas diversas combinações, definem-se todos os grupos e as classes da G-MCT, indicados na Tabela 4.5. Nas Tabelas 4.6 e 4.7 estão apresentadas as características dos solos, as propriedades e a hierarquização de sua utilização para todos os grupos da G-MCT.

Tabela 4.5

Tabela classificatória da G-MCT. CLASSIFICAÇÃO G-MCT

Granulometria

Grupo MCT da parte fina da amostra

% que passa

LA Tipos

LA'

LG'

Classe GL

NA'

NS'

NG'

# nº 10

# nº 200

2,0 mm

0,075 mm

Classe GN

< 50

< 30

Ps-LA

Ps-LA'

Ps-LG'

Ps-NA

Ps-NA'

Ps-NS'

Ps-NG'

> 50

< 30

Sp-LA

Sp-LA'

Sp-LG'

Sp-NA

Sp-NA'

Sp-NS'

Sp-NG'

> 30

Gf-LA

Gf-LA'

Gf-LG'

Gf-NA

Gf-NA'

Gf-NS'

Gf-NG'

Grupo G-MCT do solo de granulação grossa

Os valores das propriedades de um solo de determinado grupo, assim como a hierarquização de seu uso, são orientativos. A utilização dos melhores grupos deve ser definitivamente indicada por meio dos valores obtidos em ensaios para os fins a que se destinam. Os valores numéricos da G-MCT adotados são os da Tabela 4.4 da MCT. No entanto, para os grupos da G-MCT com agregados de boa qualidade, os valores reais das propriedades são melhores para uso em pavimentação. Com os valores numéricos reais obtidos por meio de ensaios, os intervalos numéricos das propriedades devem ser ajustados para uma orientação mais precisa dos grupos. Para a classificação dos solos da classe GN, ressaltam-se as seguintes peculiaridades: • Prioritariamente, usar solos dos grupos Ps-NA’ e Sp-NA’, com menos de 15% passando na peneira de 0,075 mm. Caso estes não ocorram, usar os Sp-NA, nas mesmas condições;

p a v i m e n ta ç ã o d e b a i x o c u s t o e m r e g i õ e s t r o p i c a i s

Tabela 4.6

Propriedades e hierarquização de uso dos grupos de solos da classe GL CLASSIFICAÇÃO G-MCT CLASSE GL (GRANULAR COM FINOS DE COMPORTAMENTO LATERÍTICO) Pedregulho com solo; Sp: Solo com pedregulho; Gf: Granular fino

UTILIZAÇÃO

PROPRIEDADES

Suporte CBR

Solo granular fino de areia laterítica com pedregulho

Pedregulho com solo arenoso laterítico

Solo arenoso laterítico com pedregulho

Solo granular fino arenoso laterítico com pedregulho

Pedregulho com solo argiloso laterítico

LG’

Areia laterítica com pedregulho

Grupo G-MCT

LA’

Pedregulho com areia laterítica

CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS GRANULARES

Ps-LA

Sp-LA

Gf-LA

Ps-LA'

Sp-LA'

Gf-LA'

Ps-LG'

Solo granular fino argiloso laterítico com pedregulho

GRUPOS MCT DOS FINOS (Ø < 2,0 mm)

Solo argiloso laterítico com pedregulho

TIPO GRANULOMÉTRICO

Sp-LG'

Gf-LG'

E, EE

M, E

Expansão CBR (E)

Contração* (C)

B, M

Coef. Permeabilidade* (k)

M, E

B, M

Propriedades estimadas em CPs na MEASmáx da EN

EE = Muito Elevado E = Elevado M = Médio B = Baixo Intervalos de valores indicados na Tabela 4.4

Base e sub-base

2º

5º

1º

4º

3º

6º

Reforço e/ou subleito

1º

4º

2º

5º

3º

6º

Proteção à erosão e revestimento primário

5º

1º

3º

2º

4º

Utilização: prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...). n = não recomendado

* Valores da MCT da Contração (C) e Coef. de Permeabilidade (k) da fração fina do solo granular (Ø < 2,0 mm). A representação gráfica é obtida com os tipos

REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA

Exemplos: A representação gráfica é obtida osos tipos granulométricos Exemplos: A representação gráfica é obtida com tipos granulométricos granulométricos associada aocom grupo de seu fino associada aoao grupo dede seu fino (segundo a MCT). associada grupo seu fino (segundo a MCT). Exemplos:

(segundo a MCT).

TIPOS GRANULOMÉTRICOS: TIPOS GRANULOMÉTRICOS: TIPOS GRANULOMÉTRICOS:

Ps Ps

SpSp

GfGf

Ps-LG’ Ps-LG’

Sp-LA Sp-LA

• Para todos os tipos granulométricos, não utilizar solos quando seus finos pertencerem à área indicada na Figura 4.8 da MCT, dos grupos NA e NS’. Esses solos, geralmente, são muito resilientes e impróprios para camadas de pavimento; • Para o uso dos solos da classe GN em bases, recomenda-se determinar seu módulo de resiliência, além de outras exigências tecnológicas para o fim a que se destinam. Ressalta-se que, mesmo que uma camada apresente CBR adequado, ela poderá apresentar-se não satisfatória quanto ao seu módulo de resiliência.

classificação de solos tropicais

Tabela 4.7

Propriedades e hierarquização de uso dos grupos de solos da classe GN CLASSIFICAÇÃO G-MCT CLASSE GN (GRANULAR COM FINOS DE COMPORTAMENTO NÃO LATERÍTICO) Ps: Pedregulho com solo

GRUPOS MCT DOS FINOS (Ø < 2,0 mm)

UTILIZAÇÃO

PROPRIEDADES

Suporte CBR

NG’

Gf-NS' Ps-NG' Sp-NG' Gf-NG'

E, EE

Expansão CBR (E)

Contração* (C)

B, M

Coef. Permeabilidade* (k)

M, E

B, M

M, E

B, M

4º

Base, subbase, reforço e/ou subleito (hirarquização preliminar)

Solo argiloso não laterítico com pedregulho

Solo arenoso não laterítico com pedregulho

Areia não laterítica com pedregulho

E, EE

Propriedades em CPs na MEASmáx da EN

M, E

Pedregulho com solo argiloso não laterítico

Sp-NS'

Solo granular fino arenoso não laterítico com pedregulho

Ps-NA Sp-NA Gf-NA Ps-NA' Sp-NA' Gf-NA' Ps-NS'

Pedregulho com solo arenoso não laterítico

Solo granular fino siltoso não laterítico com pedregulho

NS’ Solo siltoso não laterítico com pedregulho

Solo granular fino de areia não laterítica com pedregulho

NA’

Gf: Granular fino

Pedregulho com solo siltoso não laterítico

Grupo G-MCT

Pedregulho com areia não laterítica

CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS GRANULARES

Sp: Solo com pedregulho

Solo granular fino argiloso não laterítico com pedregulho

GRANULOMETRIAS TÍPICAS

B, M

M, E

E B, M

M, E

EE = Muito Elevado E = Elevado M = Médio B = Baixo Intervalos de valores indicados na Tabela 4.4

2º

1º

3º

Utilização: prioridade de escolha (1º, 2º, 3º...). n = não recomendado

* Valores da MCT da Contração (C) e Coef. de Permeabilidade (k) da fração fina do solo granular (Ø < 2,0 mm). A érepresentação é obtida com os tipos granulométricos Exemplos: representação gráfica com osgráfica tipos granulométricos A Arepresentação gráfica éobtida obtida com os tipos granulométricos associada ao ao grupoade seu fino (segundo a MCT). associada ao fino grupo deassociada seu fino (segundo MCT). grupo de seu (segundo a MCT).

REPRESENTAÇÃO GRÁFICA REPRESENTAÇÃO REPRESENTAÇÃO GRÁFICA GRÁFICA TIPOS GRANULOMÉTRICOS: TIPOSGRANULOMÉTRICOS: GRANULOMÉTRICOS: TIPOS Ps Sp

Ps Gf

Sp Ps-LG’ Gf

Exemplos:

Sp-LA Ps-LG’

Sp-LA

4.5.5 Fatores que Influem nas Propriedades de uma Camada Compactada com Solos dos Grupos G-MCT Dentre os fatores que influem nas propriedades de uma camada executada com solo de granulação grossa in natura, destacam-se: • Tipo granulométrico; • Comportamento laterítico (L) ou não (N) de seus finos; e • Resistência da fração grossa ao desgaste por atrito e impacto, em especial no caso de bases.

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4.5.5.1 Tipo Granulométrico Para os tipos granulométricos da G-MCT, a fração retida na peneira de 2,00 mm deverá ser constituída de grãos inertes de areia e pedregulho. Os tipos granulométricos são: Ps, Sp e Gf, cujos exemplos de curvas granulométricas acham-se ilustrados na Figura 4.13, que permitem a obtenção dos tipos granulométricos da G-MCT. Nesse item serão tratados os grupos da da Classe GL, pois suas ocorrências são as de maior importância para uso em camadas de bases e sub-bases. Nesta classe GL, a fração que passa na peneira de 0,075 mm, constituída de silte e argila, atua como ligante dos grãos inertes em camadas compactadas, em função da quantidade e gênese laterítica dessa fração. Os solos Ps ou Sp, que apresentam menos de 30% passando na peneira de 0,075 mm, depois de compactados, apresentam um esqueleto granular bem graduado, geralmente adequado para transmissão dos esforços, quando os seus grãos são resistentes. Muitas dessas ocorrências são possíveis de ser utilizadas para execução de camadas nobres do pavimento, como bases e sub-bases. Já os solos Gf, por apresentarem elevada porcentagem da fração que passa na peneira de 2,00 mm, geram camadas compactadas designadas como granulometria descontínua. Esses solos podem ou não ser utilizados como camadas nobres de pavimentos, dependendo de suas propriedades mecânicas e hídricas, obtidas em amostras compactadas. Geralmente, os solos Ps e Sp podem apresentar tanto granulometria contínua quanto descontínua. Na Figura 4.12, é apresentada uma ocorrência de laterita, classificada como solo agregado Ps-LA’. Ressalta-se, no entanto, que muitas jazidas de concreções lateríticas apresentam agregado graúdo com diâmetro máximo superior a uma polegada, podendo chegar a 3 polegadas. São apresentadas abaixo algumas orientações genéricas sobre o desempenho de solos granulares da classe GL para uso em camadas de pavimento, em função da quantidade de material que passa na peneira de 0,075 mm e 2,00 mm.

classificação de solos tropicais

a Figura 4.12

b Jazida de solo típico de granulação grossa de concreção laterítica (Brasília/DF): a) Aspecto da camada a ser explorada; b) Jazida em exploração.

% que passa

100

60 40

20 0 0,01

0,075 0,1

1,0

2,0

10,0

100,0

Abertura das peneiras (mm)

Figura 4.13

Exemplos de curvas granulométricas típicas dos tipos Gf, Sp e Ps da G-MCT.

• Quantidade da fração que passa na peneira de 0,075 mm No caso dos solos granulares com menos de 30% que passa na peneira de 0,075 mm, para base os melhores solos são os da classe GL, com finos LA’, LA e LG’. Contudo, priorizando os solos do tipo Ps e quando inexistentes, utilizar o tipo Sp. Os solos granulares com mais de 30% (tipo Gf) podem ser utilizados para base e sub-base, priorizando os da classe GL e mais granulares, ou seja, com menor fração passando na peneira de 2,00 mm, com a mesma prioridade dos finos referidos acima. z z Quantidade da fração que passa na peneira 2,00 mm Os solos granulares com menos de 15% que passa na peneira de 2,00 mm apresentam baixa influência de seus finos, independentemente do comportamento L ou N,

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pois seus finos não preenchem de maneira adequada os vazios dos grãos maiores. Esses solos geralmente apresentam um bom comportamento como camada de base. Os solos granulares com material passante na peneira de 2,00 mm entre 15% e 30 % de melhor desempenho para camadas são os com finos da classe L, priorizando os solos próximos com 15%. No caso de finos com material passante próximo a 30%, pode ocorrer acúmulo entre os grãos maiores do material, o que, quando da classe N, prejudica o desempenho da camada compactada. Para solos granulares com mais de 30% com material passante na peneira de 2,00 mm, quanto maior a porcentagem da fração que passa nessa peneira, priorizam-se os da classe GL. Nesse caso, pode ocorrer um acúmulo dos finos de silte e argila entre os grãos maiores do material, produzindo granulometrias descontínuas. Quanto aos solos da classe GN não tratados nesse litem, são piores para uso em camadas de pavimentos, pois seus finos podem gerar camadas com desempenho sofrível a péssimo.

4.5.5.2 Comportamento Laterítico (L) ou Não (N) dos Finos dos Solos de Granulação Grossa A experiência de mais de 50 anos no uso de pavimentos com base de solo granular com finos lateríticos (classe GL), em especial em rodovias com alto tráfego, mostrou o bom desempenho desta solução. Esse fato deve-se em parte ao elevado suporte e módulo de resiliência, baixa expansão dessas camadas, acrescidas das características peculiares de seus finos lateríticos e as condições ambientais tropicais. Ressalta-se a grande contribuição pioneira do DNIT no uso desse tipo de material em projetos de pavimento com bases de concreções lateríticas in natura. Esse fato indica que é necessário priorizar, para estudo das ocorrências, os solos da classe GL e dos grupos Ps-LA’ e Sp-LA’ para base. Esses solos podem apresentar granulometria contínua ou descontínua, mantendo as propriedades requeridas. No entanto, é preferível o uso do solo de granulometria contínua, com faixas normatizadas, por exemplo, a ET-DE-P00/014 do DER-SP “Base ou sub-base estabilizada granulometricamente”. No caso de solo granular com finos não lateríticos (classe GN), algumas camadas comportam-se bem como constituinte de estrutura

classificação de solos tropicais

de pavimento, enquanto outras apresentam sérios problemas estruturais. As de comportamento satisfatório são as constituídas de poucos finos, sendo, portanto, uma diretriz para a escolha do estudo das ocorrências, quando da inexistência de ocorrências GL.

4.5.5.3 Influência da Resistência de seus Grãos Maiores no Desempenho da Camada • Solos com menos de 30% de material passando na peneira de 2,00 mm Neste caso, a estrutura na camada compactada é constituída de um arcabouço granular com contato grão a grão, que transmite os esforços do tráfego ao longo da camada. Quando seus grãos não apresentarem resistência adequada, avaliados, por exemplo, pela abrasão Los Angeles, pode ocorrer sua quebra por impacto quando compactados e, também, podem sofrer desgaste por atrito ao longo do tempo, gerando finos prejudiciais à estabilidade da camada. Um parâmetro de resistência aceitável para bases com poucos finos (< 30% passando na peneira de 2,00 mm) é da ordem de 65% a 70%, no máximo para abrasão Los Angeles, sendo o desejável inferior a 50%. Caso esses grãos sejam constituídos de concreções lateríticas ou de pedregulho de quartzo resistentes, estes garantem a estabilidade da camada, contrariamente aos grãos que ocorrem nos solos saprolíticos, que podem prejudicá-la. Materiais granulares já utilizados na execução de camadas de pavimentos em uma rodovia podem indicar a adequação ou não de seu uso, pela experiência adquirida quanto ao desempenho dessa camada no pavimento. zz Solos com mais de 30% de material passando na peneira de 2,00 mm Neste caso, tem-se uma estrutura em que os grãos maiores ficam dispersos na massa de solo fino, não ocorrendo a transmissão dos esforços provenientes do tráfego, por meio do contato de seus grãos maiores. O solo apresenta uma granulometria descontínua. Uma vantagem quando há grãos resistentes, como de concreções lateríticas ou de pedregulho de quartzo, é que

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não se quebram por impacto no processo de compactação, garantindo a uniformidade da estrutura da camada. Também um bom diagnóstico do comportamento de um solo, independentemente da resistência de seus grãos, é a experiência prática que comprove sua adequação para esse fim. Ressalta-se que, nesses solos, no entanto, não é necessária a exigência de um valor máximo da abrasão Los Angeles, para uso em base e sub-base.

4.6

Situação Atual da Aplicação da MCT e G-MCT no Meio Rodoviário

4.6.1 Quanto à MCT Muitos pesquisadores, em diversos trabalhos técnicos, têm utilizado a classificação MCT juntamente com as classificações tradicionais, confirmando sua melhor adequação para fins de estudos geotécnicos no caso de solos tropicais. Infelizmente, apesar de ter sido normatizada em 1989 no DER-SP e posteriormente em outros órgãos rodoviários, ainda há um grande desconhecimento acerca dos pormenores dessa classificação geotécnica. Portanto, é apresentado no item 4.7.1 um exemplo da classificação MCT, com a finalidade de ampliar e facilitar seu uso.

4.6.2 Quanto à G-MCT Diante do exposto o ineditismo da apresentação desta classificação e considerando que ela complementará a classificação de solos tropicais, desde a granulação fina (MCT) até a grossa, ressalta-se que essa proposta deve ser complementada ao longo do tempo, com novos dados de campo e pesquisa sobre os materiais de granulação grossa. Isso permitirá uma classificação mais adequada dos solos tropicais. Atualmente esta classificação acha-se normalizada pelo DNER-CLA 259/96 e DER/SP M196/89. Tendo em vista o exposto, julga-se oportuno apresentar, no item 4.7.2, um exemplo desta classificação proposta.

classificação de solos tropicais

4.7

Exemplos das Classificações de Solos Tropicais MCT e G-MCT

4.7.1 Classificação MCT com Uso da Série Simplificada O resultado da classificação de um solo é o mesmo, em relação ao obtido tanto pela série simplificada como pela série usual de Parsons. A série simplificada permite maior facilidade de interpretação das curvas de deformabilidade e considerável redução no número de golpes de soquete e de leituras necessários para sua definição. Para este exemplo, adotou-se uma amostra representativa de um solo designado como S, a ser classificado utilizando a série simplificada de golpes (ver método M5 no Anexo 1). Este exemplo é o apresentado por Villibor e Nogami (2009), reproduzido com pequenas modificações.

PASSO 1: Obtenção das curvas de deformabilidade, Mini-MCV e coeficiente c’ a) Obtenção da curva de deformabilidade Para cada CP, efetua-se a compactação mini-MCV com a série simplificada, na sua umidade de compactação, hc. No caso do exemplo, as porções foram preparadas com os teores de umidade hc1, hc 2 e hc3. Calcula-se a variação de altura (afundamentos) de cada CP pela Expressão 4.5.

onde:

Δ a n: Afundamento do CP (mm);

: Altura do CP correspondente ao número A n (4.5) Δa n = A n – A F de golpes n (mm); A F: Altura final do CP (mm).

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O processo de compactação do CP1 é indicado na Figura 4.14. Para este CP, a compactação foi cessada após 40 golpes, a partir dos quais não houve mais variação da altura do CP.

Nº de golpes do soquete: Altura final de compactação

A0 SOLO SOLO SOLO

Figura 4.14

Altura solo solto +3 golpes

A3 SOLO SOLO SOLO

+3 golpes

A6 SOLO SOLO SOLO

40 Altura final

+4 golpes +10 golpes +10 golpes SOLO SOLO A10 SOLO

A20

AF =A40

Processo de compactação do CP1.

As alturas dos CPs durante a compactação e seus afundamentos estão apresentados na Tabela 4.8. Para o CP1 tem-se:

Expressão 4.5: Δa3 = A3 – A F = 52,9 – 47,3 = 5,6 mm (CP1)

Tabela 4.8

Dados de ensaios dos CP1, CP2 e CP3 para obtenção das curvas de deformabilidade.

Nº Golpes (n)

Altura CP An (mm)

Diferença Δan = An - AF (mm)

Altura CP An (mm)

Diferença Δan = An - AF (mm)

Altura CP An (mm)

Diferença Δan = An - AF (mm)

A 3 = 52,9

Δa 3 = 5,6

56,4

10,9

A6 = 48,1

Δa6 = 0,8

52,6

7,1

A10 = 47,1

Δa10 = -0,2

49,4

3,9

54,9

11,0

A20 = 47,3

Δa20 = 0,0

45,6

0,1

50,3

6,4

AF = 47,3

Δa40 = 0,0

AF = 45,5

0,0

46,9

3,0

45,4

1,5

43,9

0,0

100

AF = 43,9

0,0

CP1 = Mh = 200 g com hc1 = 18,5%

CP2 = Mh = 200 g com hc2 = 16,3%

CP3 = Mh = 200 g com hc3 = 14,8%

Com os dados da Tabela 4.8, traça-se a curva de deformabilidade de cada CP, conforme indicado na Figura 4.15.

classificação de solos tropicais

b) Cálculo dos valores do Mini-MCV das curvas As intersecções da linha Δa n = 2,00 mm, com as curvas de deformabilidade da Figura 4.15, fornecem o número de golpes n para o cálculo dos valores do Mini-MCV = 10 log n, conforme Tabela 4.9. c) Cálculo do coeficiente c’

Δan =1,33 ΔMini-MCV

4,8

hc %

,3 %

,5 %

Afundamento

c’=

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1

an (mm)

O coeficiente c’ é a inclinação da curva de deformabilidade de Mini-MCV = 10 (hipotética), obtida por interpolação, conforme indicado na Figura 4.15.

Número de Golpes n Curva CP1, CP2 e CP3 Figura 4.15

Tabela 4.9

Curva hipotética (Mini-MCV=10)

Curvas de deformabilidade (ou Mini-MCV) para os três corpos de prova.

Mini-MCV dos CPs

hc (%)

Golpes n (para Δan = 2 mm)

Mini-MCV = 10 log n

CP1

18,5

10 log 5 = 7,0

CP2

16,3

10 log 13 = 11,1

CP3

14,8

10 log 40 = 16,0

Obtém-se o coeficiente c’ pela Expressão 4.1:

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100

Expressão 4.1:

ΔΔ

PASSO 2: Curva de compactação e coeficiente d’ a) Cálculo da massa específica aparente seca (MEAS) Calcula-se a MEAS dos CPs pela Expressão 4.6 para n = 10 e 20 golpes.

MEAS: Massa específica aparente seca do solo (g/cm³);

M h: Massa de solo úmido compactado (g); (4.6) hc: Teor de umidade do CP (%); VCP: Volume do CP (cm³).

Na Tabela 4.10, são apresentados os dados das MEAS dos CPs. Para o CP1, com n = 10 golpes, tem-se: Raio do CP: RCP = 2,5 cm Área do CP: ACP = π.RCP2 = 19,63 cm 2 Altura do CP1 (n=10): A10 = 47,10 mm = 4,71 cm Volume do CP1 (n=10): VCP1= ACP x A10 = 19,63 x 4,71 = 92,46 cm3

Expressão 4.6:

b) Curva MEAS versus hc e obtenção do d’ Com os valores da Tabela 4.10 e para os números de golpes n = 10 e 20, traçam-se as curvas de MEAS versus hc, indicadas no gráfico da Figura 4.16. A curva de 20 golpes foi traçada para efeito de controle da inclinação da curva de 10 golpes. No gráfico da Figura 4.16, de acordo com as unidades utilizadas (MEAS 3 em kg/m e hc em %), e para n = 10 golpes, obtém-se o coeficiente d’, conforme Expressão 4.2.

Expressão 4.2:

classificação de solos tropicais

Tabela 4.10

Obtenção dos valores da MEAS para o traçado das curvas MEAS versus hc Altura CP An

MEAS

Altura CP An

MEAS

Altura CP An

MEAS

(mm)

(g/cm³)

(mm)

(g/cm³)

(mm)

(g/cm³)

A10 = 47,1

1,825

49,4

1,773

54,9

1,616

A20 = 47,3

1,818

45,6

1,921

50,3

1,764

AF = 47,3

1,818

45,5

1,925

46,9

1,892

nº Golpes (n)

45,4

1,955

43,9

2,022

100

43,9

2,022

CP1 = Mh = 200 g

CP2 = Mh = 200 g

CP3 = Mh = 200 g

com hc1 = 18,5 %

com hc2 = 16,3 %

com hc3 = 14,8 %

2100 2000

MEAS (kg / m³ )

1900 1800

20 Golpes

MEAS = 250

1700 10 Golpes

1600

hc = 2,5

1500 1400 1300

Teor de Umidade hc (%) Figura 4.16

Trecho da curva de compactação

PASSO 3: Procedimento para obtenção do parâmetro Pi do solo S Para tanto, deve-se: • Obter a curva Pi versus Mini-MCV para CP1, CP2 e CP3; • Determinar o valor do Mini-MCV, no qual se deve obter o parâmetro Pi (em função da altura final do CP); • Determinar o parâmetro Pi.

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a) Curva Pi versus Mini-MCV para CP1, CP2 e CP3 a.1) Cálculo do Pi de CP1, CP2 e CP3 O valor do Pi é calculado pela Expressão 4.3, com os dados obtidos do ensaio de perda de massa por imersão (método M8). Na Tabela 4.11, são apresentados os dados obtidos do ensaio e o valor da Pi dos CPs. Para o CP1 tem-se:

Expressão 4.3:

Tabela 4.11

Valores do Pi para CP1, CP2 e CP3.

Mini-MCV

hc (%)

MEASAF (g/cm³)

Me (g)

Md (g)

Pi (%)

CP1

7,0

18,5

1,818

35,69

53,50

150

CP2

11,0

16,3

1,925

37,79

35,70

CP3

16,0

14,8

2,022

39,69

0,00

a.2) Traçado da curva Pi versus Mini-MCV Com os valores da Tabela 4.11, traça-se a curva do Pi versus Mini-MCV do solo S (Figura 4.18). b) Determinação do valor do Mini-MCV, no qual se deve obter o parâmetro Pi Inicialmente, deve-se calcular o valor da A F no Mini-MCV = 10 e, após, aplicar o critério para definir qual o Mini-MCV de referência para obtenção do Pi. Para tanto, deve-se: • Traçar a curva A F versus Mini-MCV e, no Mini-MCV = 10, obter o valor correspondente da A F; • Aplicar critério para determinar em qual Mini-MCV deve ser obtido o Pi do solo: Mini-MCV = 10 ou 15.

classificação de solos tropicais

Tabela 4.12

b.1) Cálculo do valor da A F no Mini-MCV = 10

Valores do Mini-MCV e AF

hc (%)

Mini-MCV = 10 log n

AF (mm)

CP1

18,5

47,3

CP2

16,3

45,5

CP3

14,8

43,9

Traça-se a curva A F versus Mini-MCV, a partir dos dados obtidos para cada CP apresentados na Tabela 4.12. Desta curva (Figura 4.17), obtém-se a A F correspondente ao Mini-MCV = 10. Para o solo S, a AF obtida foi de 46,0 mm, indicando que este solo alcança valor elevado de MEAS na compactação.

AF = 46,00 para Mini-MCV = 10

AF (mm)

50 48 46 44 42

Figura 4.17

12 13 14 Mini-MCV

17 18

Gráfico Mini-MCV versus A

b.2) Critério para determinação do parâmetro Pi O critério baseia-se no seguinte: • Se A F < 48,0 mm (solo com alta densidade), o parâmetro Pi é determinado para o Mini-MCV = 15; • Se A F > 48,0 mm (solo com baixa densidade), o parâmetro Pi é determinado para Mini-MCV = 10; • Segundo esse critério, sendo A F < 48,0 mm, o valor do Pi do solo S é calculado para o Mini-MCV = 15. c) Cálculo do valor do Pi do solo S A partir da curva Pi versus Mini-MCV (Figura 4.18), determina-se o parâmetro Pi correspondente ao Mini-MCV = 15, resultando Pi = 20%. 250

Pi (%)

200

Pi = 20 % no Mini-MCV = 15

CP1

150

CP2

100 50

CP3

Pi’=20

Mini-MCV

Figura 4.18

Gráfico Pi versus Mini-MCV

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PASSO 4: Classificação MCT do solo S Para a classificação do solo, são necessários o valor de c’, o cálculo do índice e’ e o gráfico classificatório da MCT. a) Cálculo do índice e’ O valor do índice e’ indica o comportamento laterítico do solo, sendo calculado pela Expressão 4.4. Para d’ = 100 e Pi = 20 %, para o solo S tem-se:

Expressão 4.4:

b) Classificação MCT Sendo obtido c’ = 1,33 e e’ = 0,74, tem-se, pelo gráfico classificatório da MCT, que o solo S pertence ao grupo LA’ (solo laterítico arenoso), vide Figura 4.18. Os solos do grupo apresentam um comportamento laterítico e uma granulometria típica de areia argilosa. Suas propriedades, com seus valores estimados pela MCT, estão indicadas nas Tabelas 4.3 e 4.4.

2,0

NS’

Índice e’

NG’

1,5

NA’ 1,0

0,5 0,0 Figura 4.19

Solo S

LA’ 0,5

1,0

1,5

2,0

Coeficiente c’

LG’ 2,5

3,0

Gráfico da classificação MCT.

Os valores de c’ e e’ indicam que este solo, quando compactado, gera camadas com coesão média, o que permite a execução de revestimentos esbeltos sobre elas, sem a ocorrência de escorregamentos, quando submetidos ao tráfego.

classificação de solos tropicais

4.7.2 Classificação G-MCT Para exemplo do procedimento da classificação G-MCT, serão utilizadas duas amostras de solos granulares representativos de jazidas de laterita, localizadas no município de Castanha-PA, situadas ao longo da Rodovia BR-316, com uso de dados granulométricos obtidos por Amaral (2004). As amostras foram submetidas ao programa de ensaios apresentado na Figura 4.10, constituídos de duas fases: • Fase 1: análise granulométrica da amostra integral por peneiramento; • Fase 2: classificação MCT da fração fina da amostra (ø < 2,00 mm). a) Fase 1: análise granulométrica da amostra integral Na Figura 4.20 são apresentadas as curvas granulométricas por sedimentação, representativas das amostras das jazidas estudadas por Amaral (2004).

100

200

Nº da peneira

10 4 3/8'' 1''

Porcentagem que passa

90 80 70 60

J. Tota J. Jaderlândia

50 40 30 20 10 0 0,0001

Figura 4.20

0,001

0,075

2,00

0,01 0,1 1 Diâmetro dos grãos (mm)

100

Granulometria das amostras das jazidas de laterita estudadas por Amaral (2004).

Para definir o tipo granulométrico da classificação G-MCT, é necessária a obtenção da granulometria por peneiramento com uso do defloculante hexametafosfato de sódio, para as porcentagens que passam nas peneiras 2,00 mm e 0,075 mm. Para estes exemplos, têm-se as granulometrias das amostras:

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Da Jazida Jaderlândia: • % que passa na # 2,00 mm = 66%; • % que passa na # 0,075 mm = 31%. Lançando no gráfico da Figura 4.21, tem-se que esta amostra pertence ao tipo granulométrico Gf: solo granular fino. Da Jazida Tota: • % que passa na # 2,00 mm = 58 %; • % que passa na # 0,075 mm = 25 %. Lançando no gráfico da Figura 4.21, tem-se que esta amostra pertence ao tipo granulométrico Sp (solo com pedregulho). b) Fase 2: classificação MCT da fração fina

Com uma amostra obtida da fração de solo que passa na peneira de 2,00 mm (fração fina), determina-se seu grupo MCT. Para exemplos, será considerado que a fração fina, de ambos os solos das jazidas, é a estudada conforme item 4.7.1. Portanto, para a classificação MCT da parte fina das Jazidas Jaderlândia e Tota, têm-se: classe L e grupo LA’. c) Obtenção da classificação G-MCT

Gf J. Jaderlândia

Ps 10

Figura 4.21

J. Tota

50 3130 25

% que passa # 0,075 mm (%)

58 66 30 50 70 90 % que passa # 2,00 mm (%)

Gráfico dos tipos granulométricos da G-MCT.

Com o tipo granulométrico de cada amostra e classificação MCT de sua fração fina, obtêm-se pela tabela classificatória da G-MCT (Tabela 4.5) os resultados: Jazida Jaderlândia: Classe GL, designada como granular com finos de comportamento laterítico; Grupo Gf-LA’, designado como solo granular arenoso laterítico com pedregulho. Jazida Tota: Classe GL, designada como granular com finos de comportamento laterítico; Grupo Sp-LA’, designado como solo arenoso laterítico com pedregulho.

classificação de solos tropicais

As jazidas pertencem a classe GL (solo granular com finos de comportamento lateritico) e ao grupo LA’, constituido dos finos mais indicados para uso em camadas nobres de pavimentos. As propriedades dos grupos Gf-LA’ e Sp-LA’, assim como a hierarquização do seu uso, são as apresentadas na Tabela 4.6, ressaltando que são orientativas. Caso os solos destas ocorrências forem estudadas para uso em bases, a mais promissora é a jazida com solo Sp-LA’. Para tanto, somente será possível caso atenda aos requisitos de CBR, abrasão Los Angeles e granulometria, conforme exigidos nas especificações. Analisando as curvas granulométricas apresentadas por Amaral (2004), vide Figura 4.20, verifica-se que ambas constituídos por mais de 30% da fração que passa na peneira de 2,00 mm e apresentam uma descontinuidade nas suas curvas granulométricas, entre as peneiras nº 40 e nº 4. Também verificou-se que os grãos das lateritas das Jazidas Jaderlândia e Tota são resistentes, apresentando elevada resistência à abrasão Los Angeles, respectivamente de 53% e 46%. A partir da verificação do comportamento laterítico do solo, da análise granulométrica e da Abrasão Los Angeles, conclui-se que as duas jazidas devem apresentar desempenhos similares quando usadas em camadas de pavimento, apesar de classificadas em grupos diferentes, porém próximos.

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