A classificação usual na pavimentação rodoviária ainda é a TRB (antiga HRB) e que consta da norma ABNT 12253 e da ASTM D 3282.
A classificação TRB (Transportation Research Board), foi publicada por Steele em 1945, nos anais do HRB sendo esta resultante de alterações na classificação do Bureau of Public Roads (BPR), proposta em 1929. Na época, o objetivo era estabelecer uma classificação para os materiais constituintes do subleito, com um número reduzido de ensaios simples e de rotina praticados pelos órgãos rodoviários. A granulometria por peneiramento, o limite de liquidez e o limite de plasticidade foram os ensaios escolhidos para isto. Estes ensaios já eram executados por quase todos os departamentos de Estradas dos Estados Unidos (CHAVES, 2000).
A classificação geral do TRB divide o solo em dois tipos de materiais: os granulares (% passando na peneira nº 200 < 35%) e os siltosos e argilosos (% passando na peneira nº 200 > 35%). Os solos são classificados por grupos e subgrupos, caso existam, através de
processo de eliminação da esquerda para a direita da seguinte forma: primeiramente observam-se os valores dos resultados ensaiados quanto à granulometria, ao limite de liquidez e ao índice de plasticidade, depois observa-se o índice de grupo (IG) que é um número inteiro variando de 0 a 20, sendo sua relação inversamente proporcional à capacidade de suporte do solo como terreno de fundação (subleito) do pavimento. Os solos granulares se dividem em 3 classes e 7 subclasses, e os solos finos se dividem em 4 classes.
Um outro sistema de classificação é o Sistema Unificado de Classificação de Solo (SUCS) ou USCS (Unified Soil Classification System) que foi desenvolvido por Casagrande entre 1942 e 1944. A terceira revisão foi publicada em um artigo de Casagrande em 1948 pela American Society of Civil Engineers (ASCE). Esta classificação visava principalmente a sua aplicação na seleção de materiais para projetos de aeroportos militares (CHAVES, 2000). A classificação unificada baseia-se na identificação dos solos de acordo com suas qualidades de textura e plasticidade, e agrupa-os de acordo com seu comportamento quando usados em estradas, aeroportos, aterros e fundações, ou seja, de acordo com sua utilização.
O estudo de solos lateríticos é uma preocupação antiga dos técnicos da área de pavimentação. PIMENTA et al (1962) dizem o seguinte:
“O estudo dos solos lateríticos se justifica pelo seu grande comportamento rodoviário. Não se deve esquecer que se trata de um solo tropical e como tal é necessário que se certifique se as especificações e métodos de ensaio usados para os materiais ordinários têm o mesmo campo de validade”.
Apesar da classificação TRB ser a mais utilizada no meio rodoviário, a mesma classifica e hierarquiza os solos tropicais de maneira inapropriada. Assim, por exemplo, os solos que se classificam no grupo A-7-5, quando adequadamente compactados, podem se comportar como um ótimo subleito, caso laterítico, ou um péssimo subleito, caso saprolítico (baixa capacidade de suporte, muito resiliente e elevada expansão) (VILLIBOR el al, 2000).
Outro exemplo interessante dos mesmos autores citados, são os solos do grupo A-4 com comportamento laterítico utilizados com sucesso em bases de pavimentos, ao passo que
muitos solos saprolíticos pertencentes a esse mesmo grupo constituem freqüentemente um péssimo subleito. Na condição ótima de compactação da energia normal alguns solos A-4 apresentam valor de CBR da ordem de 3%, no caso de solo saprolítico, ao passo que solos deste grupo, quando laterítico podem atingir valor de CBR superior a 30%, na mesma condição de compactação e superior a 80% na energia intermediária.
Devido às dificuldades e deficiências verificadas no uso das classificações tradicionais, desenvolvidas para solos de clima frio e temperado, o que restringe sua aplicação em países de clima tropical como é o caso do Brasil, Nogami e Villibor desenvolveram, em 1981, uma metodologia designada MCT, específica para solos compactados tropicais.
O que se verifica é que nas classificações tradicionais dois solos com características distintas de comportamento geotécnico apresentam a mesma classificação, ou seja, parâmetros de granulometria e índices físicos somente, não distinguem os solos pedologicamente evoluídos dos não evoluídos. As distorções nas classificações se devem principalmente aos seguintes itens (VILLIBOR et al, 2000):
• A granulometria e os limites físicos (Atterberg – LL e IP) são incapazes e insuficientes para distinguir os principais tipos de solos tropicais, de propriedades opostas, conhecidos como lateríticos e saprolíticos, designados tradicionalmente de residuais jovens ou maduros;
• A constatação experimental de bom desempenho de bases constituídas por solos lateríticos de granulação fina e de solo-agregado com grande porcentagem de finos (passando freqüentemente quase que integralmente na peneira de 0,42 mm de abertura) apesar de serem considerados inapropriados para base de pavimentos pelas sistemáticas tradicionais.
A metodologia denominada por Nogami e Villibor de MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) foi desenvolvida no Estado de São Paulo. Esta é baseada em algumas propriedades mecânicas e hidráulicas de solos compactados, em corpos de prova com diâmetros reduzidos (50 mm). A sua aplicação limita-se a solos de granulação fina, isto é, que passam integralmente na peneira de 2,0 mm (# 10) ou que possuam pequena percentagem de grãos (5% do total), cujos diâmetros ficam retidos nesta abertura.
O desenvolvimento da classificação MCT foi feito com base em cerca de meia centena de amostras de solos tropicais do Estado de São Paulo. A escolha dos dados considerados de interesse foi feita com base na compatibilidade dos mesmos com as suas peculiaridades genéticas, consideradas relevantes para a previsão do comportamento dos solos em obras viárias (NOGAMI e VILLIBOR, 1995).
A classificação MCT tem como aplicação específica os solos tropicais, que se apresentam em duas grandes classes, mais freqüentes, possuindo características bem distintas, sendo classificadas em solos de comportamento lateríticos e não lateríticos, estes englobando os saprolíticos. Essa classificação é feita com base em ensaios em amostras de solos compactados de acordo com o ensaio de Mini-MCV e de perda de massa por imersão em água.
De acordo com NOGAMI e VILLIBOR (1995) os solos de comportamento laterítico, estão localizados no horizonte B dos grupos pedológicos dos Latossolos, Solos Podzólicos e as Terras Roxas Estruturadas. O horizonte B desses solos normalmente possuem grandes espessuras, raramente ultrapassando os 5 metros, porém apresentam pequena variação das propriedades ao longo de toda a camada. Possuem predominantemente coloração vermelho e/ou amarelo, com uma agregação muito forte das frações finas, dando-lhes um aspecto poroso. Os podzólicos possuem um horizonte A, que se apresenta arenoso e rico em matéria orgânica, superposto ao B, sendo o horizonte A normalmente removido quando da limpeza do terreno (CHAVES, 2000).
Outra particularidade dos solos lateríticos é apresentarem variação muito ampla na sua composição granulométrica, desde a fração areia com poucos finos argilosos até as argilas. Quanto ao silte variam de zero a mais de 50% sem, no entanto, apresentarem características de solos siltosos. Os solos lateríticos possuem uma gama de peculiaridades de propriedades e de comportamento, apresentando uma elevada porosidade aparente natural, além de pouca resistência e de baixa capacidade de suporte. Quando devidamente compactados essa resistência é elevada.
Nessa série de peculiaridades dos solos lateríticos, MEDINA (1997) destaca as seguintes:
• Os grãos constituintes não aparecem muito individualizados, estando a maioria deles ligados por uma massa aparentemente amorfa;
• Os contornos aparentes dos grãos são nitidamente arredondados, havendo indícios da existência de vazios internos;
• Os contornos dos grãos têm dimensões predominantemente da ordem de micrometro.
A classificação MCT retrata as peculiaridades dos solos quanto ao comportamento laterítico ou saprolítico, quantificando propriedades importantes para uso em serviços rodoviários. Considera duas classes distintas de solos: uma de comportamento laterítico (L) e a outra de comportamento não laterítico (N) e apresenta 7 (sete) subclasses correspondentes, conforme figura 2.7.
Figura 2.7 Ábaco de Classificação MCT (NOGAMI E VILLIBOR, 1995)
As principais particularidades apresentadas por estes solos segundo COZZOLINO e NOGAMI (1993) apud CHAVES (2000) são:
• Solos Lateríticos
“Constituem a camada mais superficial das áreas bem drenadas, caracterizada pela cor, em que predominam os matizes vermelho e amarelo, com espessura que pode atingir com muita frequência mais de 2m, porém só raras vezes ultrapassa 10m.
NA NS’ NG’ NA’ LA LA’ LG’ L= LATERÍTICO N= NÃO LATERÍTICO A= AREIA A’= ARENOSO G’= ARGILOSO S’= SILTOSO 00 0,5 0,7 1,0 1,5 1,7 2,0 2,5 3,0 Coeficiente c’ Ín di ce e ’ 2,0 1,75 1,5 1,15 1,0 0,5 0,27 0,45 0,7 1,7
Mineralogicamente, caracterizam-se pela presença de grãos muito resistentes mecânica e quimicamente, na fração areia e pedregulho, e elevada percentagem de partículas constituídas de hidróxidos e óxidos de Fe e Al, na fração argila (partículas de diâmetro menor que 2 µm); o argilo-mineral normalmente presente nesta fração é a caulinita. Os grãos mais finos estão agregados, formando uma massa de aspecto esponjoso cujos elementos constituintes lembram pipocas. Nessas condições distinguem-se grandes volumes de vazios, mas não os grãos individuais. Nessa estrutura contínua, em linhas gerais, na escala macroscópica, nota-se a presença de torrões, que podem ser bastante resistentes à ação hí drica, e grande quantidade de vazios preenchidos de ar, o que justifica a sua baixa massa específica aparente e elevada permeabilidade”.
• Solos Saprolíticos
“Constituem em suas condições naturais, camadas subjacentes às lateríticas ou outros solos pedogenéticos, ou ainda, a solos sedimentares ou transportados. As espessuras dessas camadas são das mais variadas, atingindo frequentemente várias dezenas de metros. Suas cores também variam muito, sendo frequente uma mesma amostra apresentar partes de diversas cores diferentes. Sua aparência macroscópica é em geral caracterizada pela presença de camadas, manchas, xistosidades, vazios, etc; em grande parte herdadas da rocha matriz que lhes deu origem. Contrastando com os solos lateríticos, são genuinamente residuais. Sua constituição mineralógica é caracterizada pela presença frequente de grande número de minerais, parte dos quais são decorrentes do processo de intemperização e parte herdado da rocha matriz. Os minerais neoformados constituem na maioria dos casos associações, muitas vezes pseudoamorfas, mas os seus contornos são facilmente distinguíveis em microscopia eletrônica de varredura. Na fração argila pode ocorrer grande variedade de argilominerais e a fração silte pode ter mineralogia muito variada e peculiar como os macrocristais de caulinita e micas, que podem impor comportamentos peculiares a estes solos”.
Os solos de comportamento laterítico (L), proposto por NOGAMI e VILLIBOR (1995) são formados pelos seguintes grupos de classificação MCT:
a) Areias Lateríticas (LA)
Neste grupo incluem-se sobretudo as areias com poucos finos de comportamento laterítico, típicas do horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente como areias quartzosas e regossolos.
A porcentagem de finos lateríticos dos solos desse grupo é muito baixa, de maneira que mesmo quando devidamente compactados, podem ser relativamente permeáveis, pouco coesivos e pouco contráteis, quando secos, características essas pouco desejáveis para bases de pavimentos econômicos nas regiões tropicais, apesar de possuírem elevada capacidade de suporte e módulos de resiliência relativamente elevados.
b) Solos Arenosos Lateríticos (LA’)
São materiais tipicamente arenosos e constituintes do horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente no Brasil por Latossolos arenosos e solos podzólicos ou podzolisados arenosos (textura média, segundo terminologia adotada nos mapeamentos pedológicos). São solos que além da presença dos matrizes vermelho e amarelo, dão cortes firmes (pouco ou não erodíveis), nitidamente trincados, quando expostos às intempéries.
Quando devidamente compactados, adquirem elevada capacidade de suporte, elevado módulo de resiliência, baixa permeabilidade, pequena contração por perda de umidade, razoável coesão e pequena expansibilidade por imersão em água, propriedades essas que podem possibilitar o seu uso em bases e sub-bases de pavimentos.
Nas condições naturais, esses solos possuem baixa massa específica aparente seca, baixa capacidade de suporte e podem ser colapsíveis por imersão em água. Excepcionalmente, foram constatados solos desse grupo em perfis naturais pedologicamente não classificáveis como lateríticos e, nessas condições sua cor poderá ser branca, cinzenta, ou qualquer outra cor.
Os materiais mais freqüentes constituintes desse grupo são as argilas e as argilas arenosas, que formam o horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente por latossolos, solos podzólicos e terras roxas estruturadas. Quando apresentam percentagem relativamente elevada de grãos de areia, podem apresentar propriedades similares às dos solos do grupo LA’, possuindo, entretanto, menor capacidade de suporte, menores módulos de resiliência, maior plasticidade, menor massa específica aparente seca e maior umidade ótima para a mesma energia de compactação e maior contração por perda de umidade. Por outro lado, são mais resistentes à erosão hidráulica, quando compactados apropriadamente.
Apresentam-se colapsíveis, quando em estado natural, sobretudo quando apresentam agregados bem desenvolvidos, por imersão em água. Nessa condição, apresentam-se altamente permeáveis, apesar de serem granulometricamente argila e, devido a isso, costumam dar taludes de cortes não sujeitos à erosão pluvial.
Os solos de comportamento não laterítico (NL), proposto por NOGAMI e VILLIBOR (1995) são formados pelos seguintes grupos de classificação MCT:
a) Areias Não Lateríticas (NA)
Os solos desse grupo são areias, siltes e misturas de areias e siltes, cujos grãos são constituídos essencialmente de quartzo e/ou mica (sericita principalmente). Não possuem, praticamente, finos argilosos coesivos e siltes caoliníticos. As areias e siltes quartzosos são poucos expansivos, no entanto as variedades micáceas podem ser altamente expansivas. Quando compactados, possuem capacidade de suporte de pequena a média e, geralmente, são muito erodíveis.
b) Solos Arenosos Não Lateríticos (NA’)
Granulometricamente, os solos desse grupo são misturas de areias quartzosas com finos passando na peneira de 0,075 mm, de comportamento não laterítico. Quando bem graduada e a natureza e porcentagem de finos obedecerem às condições estipuladas tradicionalmente, podem os solos desses grupo apresentar propriedades adequadas para serem usados como bases de pavimentos. Quando a areia for mal graduada ou contiver,
na fração areia ou silte, mica e/ou microcristais de caulinita e/ou haloisita, são materiais totalmente inapropriados para bases de pavimentos (CHAVES, 2000).
c) Solos Siltosos Não Lateríticos (NS’)
Os solos do grupo NS’ compreendem sobretudo os solos saprolíticos silto-arenosos peculiares, resultantes do intemperismo tropical nas rochas eruptivas e metamórficas, constituídas de feldspatos, micas e quartzo. As variedades mais ricas em areia quartzosa podem ter características mecânicas e hidráulicas que se aproximam dos solos do grupo NA’.
Nas condições naturais, apresentam-se normalmente com baixa massa específica, baixa capacidade de suporte e podem ser colapsíveis. Mesmo quando compactados em condições apropriadas não apresentam boas qualidades de interesse geotécnico (CHAVES, 2000).
d) Solos Argilosos Não Lateríticos (NG’)
Os solos típicos do grupo NG’ compreendem, sobretudo, os saprolíticos argilosos, que derivam de rochas sedimentares argilosas (folhelhos, argilitos, siltitos) ou cristalinas, pobres em quartzo e ricas em anfibólios, piroxênios e feldspatos cálcicos. Quando compactados nas condições de umidade ótima e massa específica aparente máxima da energia normal, apresentam características das argilas tradicionais muito plásticas e expansivas.
Para a classificação na MCT quanto à laterização dos solos são necessários dois ensaios: o ensaio de compactação Mini-MCV (“Moisture Condition Value”) e o ensaio de Perda de Massa por Imersão em Água (Pi).
O ensaio de compactação Mini-MCV consiste na aplicação de energias crescentes, até se conseguir um aumento sensível de densidade, para vários teores de umidade, obtendo-se uma família de curvas de compactação, denominadas de curvas de deformabilidade ou de Mini-MCV, pois a partir delas pode-se determinar o MCV.
Com a curva de deformabilidade correspondente ao MCV igual a 10, obtém-se o coeficiente c’, utilizado na classificação geotécnica MCT.
A figura 2.8 mostra esquematicamente a aparelhagem, características, procedimento e aplicação dos resultados do ensaio Mini-MCV.
O ensaio de perda de massa por imersão também foi desenvolvido para distinguir os solos tropicais com comportamento laterítico do solo de comportamento não laterítico. É empregado para o cálculo do coeficiente e’.
A figura 2.8 - Ilustração do equipamento, características, procedimentos e aplicação dos resultados do ensaio Mini-MCV (NOGAMI e VILLIBOR, 1995 e 2000)
A figura 2.9 ilustra a aparelhagem, procedimento e as características do ensaio de Perda de Massa por imersão (NOGAMI e VILLIBOR, 2000).
Recentemente, NOGAMI e VILLIBOR (2000a, 2000b e 2001), autores da classificação MCT, propuseram mudanças na metodologia do ensaio de Mini-MCV de forma a simplificar a série de golpes de compactação.
Primeiramente foi abandonada a série de golpes de soquete a que eram submetidos os corpos de prova em compactação, proposto por Parsons (1976) consistindo da série 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, ... n ....4n, podendo ser adotada qualquer seqüência de golpes que permita traçar curvas de deformabilidade por compactação, suficientemente detalhadas para obtenção do coeficiente c’ e outros detalhes considerados essenciais para fins
APARELHAGEM CARACTERÍSTICAS APLICAÇÃO DOS
RESULTADOS PROCEDIMENTOS : Método de Ensaio NBR- M 196/89 DER - M 191/88 DNER ME 228/94
Preparo de corpos de prova para ensaios diversos
Obtenção de dados para classificação MCT de solos
Umidade Ótima e massa específica aparente seca máxima para energia de compactação escolhida EXTENSÔMETRO PESO DO SOQUETE MOLDE PE DO SOQUETE CORPO DE PROVA BASE
MINI-PROCTOR: Umidade variável, energia constante (normal, intermediária ou modificada). MINI-MCV: Umidade e energia variáveis, massa úmida constante (200g no MINI, 30g no SUB- MINI); obtém-se uma família de curvas de compactação.
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COMPACTADOR:Soquete de pé, com a área igual do molde e com dispositivo que mede a altura do corpo de prova após qualquer número de golpes do soquete. Distinguem-se:
TIPO E SIGLA Mini ou M SubMini ou S
MOLDE
Ø (mm) SOQUETE (g)MASSA DE QUEDAALTURA 50
26 2270,45001000 305 mm200 mm
classificatórios, representando no eixo horizontal os golpes do soquete em escala logarítmica e no eixo vertical a deformação do corpo de prova. Tem-se adotado no procedimento “simplificado” uma série caracterizada por uma seqüência de golpes tal como 2, 6, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, ...que facilita sobretudo quando a leitura da deformação dos corpos de prova em compactação for feita com uso de escala submilimétrica solidária ao soquete de compactação e uma lupa e não com uso de extensômetro (ou relógio comparador) ou de outro dispositivo equivalente ou superior em precisão para medida da referida deformação (NOGAMI e VILLIBOR, 2003).
Segundo MARANGON e MOTTA (2002) observa-se, do ponto de vista prático, que com a sucessão de golpes na compactação atinge-se uma massa específica aparente máxima correspondente a um “patamar” para um determinado solo, dependente sobretudo do seu teor de umidade. A obtenção da constância deste “patamar”, contudo, é relativa, sendo considerado, para efeito prático no procedimento em vigor, atingido quando a diferença de leituras entre golpes é de 0,1 mm.
Figura 2.9 – Ilustração do equipamento, características, procedimentos e aplicação dos resultados do ensaio de perda de massa por imersão (NOGAMI e VILLIBOR, 1995 e 2000).
Para MARANGON e MOTTA (2002) o referido “patamar” é caracterizado pela altura do corpo de prova no estado de máxima densidade (altura praticamente constante) a partir do cálculo dos deslocamentos “An” dos corpos de provas, usando a expressão simples:
Ln Lf
An= − (2.1)
Sendo: “Ln” a leitura correspondente a n golpes da série crescente;
“Lf” a leitura da posição da haste do soquete quando o corpo de prova atingiu o “patamar” de máxima massa específica aparente (altura constante do corpo de prova).
Recomenda-se traçar a curva de deformabilidade somente quando se obtiver o patamar com no máximo cerca de 100 golpes e que todos ou somente parte dos corpos de prova, obtidos segundo esta seqüência de compactação, sejam aproveitados para a determinação do Pi.
Ressaltada a consideração de caracterização do novo “patamar” de constância de deslocamento obtém-se as curvas de deformabilidade e o Mini-MCV de forma similar ao procedimento em vigor e conseqüentemente o c’ igual ou pouco diferente (MARANGON e MOTTA, 2002).
Quanto à compactação, NOGAMI E VILLIBOR (2000b) descrevem que quando a altura final do corpo de prova compactado indicar uma densidade baixa (altura final maior que 48 mm) “não há necessidade de compactá-la segundo uma série contínua completa, além da umidade alíquota que resultou em Mini-MCV nas proximidades de 10, deve-se utilizar apenas a série descontínua de 10 e 20 golpes” para as determinações de d’ e eventualmente a ãmáx (Massa Específica Aparente Seca Máxima – MEASmáx) e
hot (MARANGON e MOTTA, 2002). No caso de densidade alta tem-se que continuar usando a série contínua de golpes, para que se possa obter o Pi, nas proximidades do Mini-MCV igual a 15.