UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Lucas Eduardo Dornelles
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA MCT NA CLASSIFICAÇÃO DE
SOLOS DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Santa Maria, RS 2017
Lucas Eduardo Dornelles
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA MCT NA CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Rinaldo José Barbosa Pinheiro
Santa Maria, RS 2017
Lucas Eduardo Dornelles
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA MCT NA CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Aprovado em 14 de julho de 2017:
____________________________________ Rinaldo José Barbosa Pinheiro, Dr. (UFSM)
(Presidente/Orientador)
___________________________________ Thaís Aquino dos Santos, Me. (URI)
___________________________________ Jéssica Anversa Venturini, Eng. (UFSM)
Santa Maria, RS 2017
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais Angela e Mauro, pelo exemplo, apoio, confiança e amor incondicional. À minha irmã Julianni pelo companheirismo e apoio incondicional. Se eu cheguei até aqui neste momento, foi por causa do incentivo e suporte que recebi de vocês ao longo de todo esse caminho.
Aos meus amigos e colegas, alguns em especial. À Marina e Bethania por terem vivenciado comigo o interesse pela pesquisa científica e por terem compartilhado diversos momentos da graduação comigo, como trabalhos, artigos, ensaios de laboratórios e viagens para eventos. À Débora pela amizade e parceria desenvolvida na escrita de artigos, apresentações e viagens. À Desirre pelo apoio incondicional. Uma das melhores sensações da vida é ter a certeza de que você pode confiar em alguém. Sou eternamente grato por ter convivido com vocês nesses cinco anos de faculdade.
Aos mestrandos e doutorandos do Grupo de Estudos e Pesquisa em Pavimentação e Segurança Viária (GEPPASV), em especial Maurício, Fabio, Fernando, Pedro, Thaís e Lucas. Agradeço muito pelo suporte oferecido, conselhos e pelas oportunidades de escrever e apresentar trabalhos com vocês. Mais uma vez, serei eternamente grato por ter escolhido participar de um grupo tão diferenciado como este.
Aos mestrandos e doutorandos do Grupo de Estudos em Geotecnia e Meio Ambiente, em especial Taiana, Leila, Ildomar, Juliana e Jéssica. Vocês me proporcionaram ainda mais interesse na área de Geotecnia. Aos alunos de graduação pertencentes a este grupo Letícia, Eduarda e Luana pelo apoio e ajuda na realização dos ensaios deste trabalho. Agradeço também ao Laboratório de Materiais de Construção Civil, nas pessoas de João e Alison, pelo auxílio na coleta dos materiais em campo e na realização dos ensaios.
Aos professores do GEPPASV Tatiana, Luciano e Deividi, por terem me oferecido todo suporte e aparato necessário para desenvolver minhas atividades durante toda minha iniciação científica. Além disso, agradeço pelo apoio a participação em eventos, orientações acerca de artigos e trabalhos e pelo incentivo a gostar da área de Transportes. Vocês foram responsáveis por me apresentar uma área da Engenharia que eu mal conhecia, e hoje sou apaixonado.
À professora Andrea, pelo suporte e auxílio na parte relacionada à geologia e pela companhia nas saídas de campo para coletas de solo.
Ao professor e orientador Rinaldo, por todo conhecimento repassado. Agradeço pelo interesse e dedicação em me orientar durante os dois últimos anos e também pelo suporte oferecido em relação às viagens para coleta de solos e participação em eventos. Sou muito grato de ter aprendido nas suas aulas a gostar da área de Geotecnia. Gosto muito de trabalhar contigo e te admiro muito como professor e profissional.
Por fim, agradeço a todos que de alguma forma contribuíram para eu chegar até aqui.
É justamente a possibilidade de realizar um sonho que torna a vida interessante.
RESUMO
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA MCT NA CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
AUTOR: Lucas Eduardo Dornelles
ORIENTADOR: Prof. Dr. Rinaldo José Barbosa Pinheiro
No Brasil, tem-se uma predominância de solos tropicais. Tais materiais possuem peculiaridades no seu comportamento que não são encontradas nos solos de regiões de clima temperado. A utilização das classificações tradicionais SUCS e HRB em projetos de pavimentos assente sobre solos tropicais pode levar a resultados não correspondentes a seu real desempenho. A partir da necessidade de uma classificação mais condizente com os solos tropicais brasileiros, Nogami e Villibor desenvolveram na década de 1980 a Metodologia MCT. Baseada em ensaios com corpos de prova em miniatura, ela permite avaliar características como resistência, deformabilidade e capacidade de suporte dos materiais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi classificar quatro amostras de solos tropicais da região noroeste do Rio Grande do Sul através desta metodologia, de modo a viabilizar a utilização de tais materiais em projetos de pavimentos econômicos. Os materiais foram coletados em Cruz Alta/RS e Ijuí/RS. Em laboratório realizaram-se ensaios de caracterização física, mecânica e química dos solos. Além disso, foram realizados os dois ensaios classificatórios da MCT, Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão, e o Método das Pastilhas. A partir dos resultados obtidos, foi possível classificar os solos de acordo com as classificações tradicionais SUCS e HRB, e confrontar com os resultados obtidos na classificação MCT. Verificou-se também a concordância entre os dois sistemas classificatórios utilizados para solos tropicais, a MCT e o Método das Pastilhas. De uma forma geral, foi possível perceber uma diferença de resultado entre as metodologias tradicionais e a MCT, o que evidencia que tais classificações não são adequadas para solos tropicais. Em adição, foi possível identificar uma concordância entre a MCT e o Método das Pastilhas, o que confirma que este é um bom método de identificação expedita de solos tropicais. Por fim, foi possível concluir que dois dos solos estudados são de comportamento laterítico e podem ter sua utilização viabilizada em camadas de pavimentos de baixo custo, propiciando integração e desenvolvimento a regiões necessitadas.
Palavras-chave: Solos tropicais. Pavimentação. Classificação MCT. Método das Pastilhas.
ABSTRACT
APPLICATION OF THE MCT METHODOLOGY IN CLASSIFICATION OF SOILS IN THE NORTHWEST OF THE STATE OF RIO GRANDE DO SUL
AUTHOR: Lucas Eduardo Dornelles
ADVISOR: Prof. Dr. Rinaldo José Barbosa Pinheiro
In Brazil, there is a predominance of tropical soils. Such materials have peculiarities in their behavior that are not found in the soils of temperate regions. The use of traditional SUCS and HRB classifications in pavement designs built on tropical soils may lead to results that do not correspond to their actual performance. From the need for a classification that is more consistent with Brazilian tropical soils, Nogami and Villibor developed the MCT Methodology in the 1980s. Based on experiments with miniature specimens, it allows to evaluate characteristics such as strength, deformability and support capacity of the materials. In this context, the aim of this study was to classify four samples of tropical soils from the northwestern region of Rio Grande do Sul through this methodology, in order to make feasible the use of such materials in economical pavement projects. The materials were collected in Cruz Alta/RS and Ijuí/RS. In the laboratory, physical, mechanical and chemical characterization of the soils were carried out. In addition, the two MCT classification experiments, Mini-MCV and Loss of Mass by Immersion in Water and the Tablet Method were performed. From the results obtained, it was possible to classify the soils according to the traditional classifications SUCS and HRB, and to compare with the results obtained in the MCT classification. It was also verified the agreement between the two classification systems used for tropical soils, the MCT and the Tablet Method. In general, it was possible to perceive a difference of result between the traditional methodologies and MCT, which shows that such classifications are not suitable for tropical soils. In addition, it was possible to identify a concordance between MCT and the Tablet Method, which confirms that this is a good method for the rapid identification of tropical soils. Finally, it was possible to conclude that two of the studied soils are of lateritic behavior and can be used in layers of low cost pavements, providing integration and development to regions in need.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Perfil de ocorrência de solos em regiões tropicais ... 17
Figura 2 - Fotografia microscópica de um solo laterítico, com aumento de 3000 e 10000x respectivamente ... 19
Figura 3 - Ocorrência de solos lateríticos no Brasil ... 20
Figura 4 - Fotografia microscópica de um solo saprolítico com aumento de 3000x... 22
Figura 5 - Ábaco classificatório da MCT-M ... 23
Figura 6 - Equipamento utilizado no ensaio de Mini-MCV ... 25
Figura 7 - Curvas de compactação obtidas no ensaio de Mini-MCV ... 27
Figura 8 - Curva de deformabilidade Mini-MCV ... 28
Figura 9 - Ensaio de Perda de Massa por Imersão ... 29
Figura 10 - Ábaco da classificação MCT ... 31
Figura 11 - Ábaco classificatório do Método das Pastilhas... 32
Figura 12 - Localização dos materiais alternativos no estado do Rio Grande do Sul .... 35
Figura 13 - Localização dos dois perfis no estado do Rio Grande do Sul ... 37
Figura 14 - Perfil localizado em Cruz Alta/RS... 38
Figura 15 - Localização do perfil de Cruz Alta ... 39
Figura 16 - Perfil de solo localizado em Ijuí/RS ... 40
Figura 17 - Localização do perfil de Ijuí ... 40
Figura 18 - Ensaio de Análise Granulométrica por Sedimentação em laboratório ... 42
Figura 19 - Ensaio de Limite de Liquidez ... 43
Figura 20 - Ensaio de Limite de Plasticidade ... 43
Figura 21 - Ensaio de Peso Específico Real dos Grãos ... 44
Figura 22 – Compactador e molde metálico cilíndrico do Ensaio Proctor Normal ... 45
Figura 23 - Equipamento utilizado no ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC) .... 47
Figura 24 - Equipamento de compactação Mini-MCV ... 49
Figura 25 - Colocação do solo no molde com auxílio de um funil ... 49
Figura 26 - Extensômetro utilizado no ensaio de Mini-MCV ... 50
Figura 27 - Corpo de prova extraído 10 mm para fora do molde ... 51
Figura 28 - Extrator de corpos de prova ... 52
Figura 29 - Corpos de prova dentro do tanque de submersão ... 52
Figura 30 - Penetrômetro utilizado no Método das Pastilhas ... 53
Figura 31 - Pastilhas após o processo de secagem em estufa ... 54
Figura 32 - Pastilhas no processo de reabsorção de água ... 55
Figura 33 - Medição de penetração das pastilhas ... 55
Figura 34 - Curva granulométrica do solo CA-L ... 57
Figura 35 - Curva granulométrica do solo CA-S ... 58
Figura 36 - Curva granulométrica do solo IJ-L ... 58
Figura 37 - Curva granulométrica do solo IJ-S ... 59
Figura 38 - Curva de compactação do solo CA-L ... 60
Figura 39 - Curva de compactação do solo CA-S ... 61
Figura 40 - Curva de compactação do solo IJ-L ... 61
Figura 41 - Curva de compactação do solo IJ-S ... 62
Figura 43 - Ábaco classificatório da MCT-M ... 67 Figura 44 - Ábaco classificatório do Método das Pastilhas... 68
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Informações sobre os pontos de coleta dos materiais estudados ... 38
Tabela 2 - Análise Granulométrica e Classificação dos Solos ... 56
Tabela 3 - Peso Específico Real dos Grãos e Limites de Atterberg ... 59
Tabela 4 - Resultados dos ensaios de Compactação... 60
Tabela 5 - Resultados dos ensaios de Índice de Suporte Califórnia ... 62
Tabela 6 - Resultados da Análise Química dos solos ... 63
Tabela 7 - Índices classificatórios da MCT ... 65
Tabela 8 - Resultados dos ensaios do Método das Pastilhas ... 67
Tabela 9 - Concordância entre a MCT e o Método das Pastilhas... 68
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 13
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 15
2.1. A METODOLOGIA MCT ... 15
2.2. CARACTERÍSTICAS DE SOLOS TROPICAIS BRASILEIROS ... 16
2.2.1. Solos lateríticos ... 19
2.2.2. Solos saprolíticos ... 21
2.2.3. Solos transicionais ... 23
2.3. ENSAIOS GEOTÉCNICOS UTILIZADOS NA CLASSIFICAÇÃO MCT ... 24
2.3.1. Ensaio de compactação Mini-MCV ... 24
2.3.2. Ensaio de Perda de Massa por Imersão ... 29
2.3.3. Classificação geotécnica MCT ... 30
2.3.4. Método expedito das pastilhas ... 31
2.4. PAVIMENTOS DE BAIXO CUSTO ... 33
2.5. MATERIAIS ALTERNATIVOS NO RIO GRANDE DO SUL ... 34
3 METODOLOGIA ... 36
3.1. ETAPA DE ESCRITÓRIO ... 36
3.2. ETAPA DE CAMPO ... 36
3.2.1. Perfil em Cruz Alta/RS ... 38
3.2.2. Perfil em Ijuí/RS ... 39
3.3. ETAPA DE LABORATÓRIO ... 41
3.3.1. Ensaios de Caracterização Física ... 41
3.3.2. Ensaios de caracterização mecânica ... 44
3.3.3. Ensaio de análise química completa ... 47
3.3.4. Ensaio de Mini-MCV ... 47
3.3.5. Ensaio de perda de massa por imersão ... 51
3.3.6. Método das Pastilhas ... 53
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 56
4.1. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DOS MATERIAIS ... 56
4.2. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS MATERIAIS ... 60
4.3. ANÁLISE QUÍMICA DOS SOLOS ... 63
4.4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MINI-MCV E ENSAIO DE PERDA DE MASSA POR IMERSÃO ... 64
4.5. MÉTODO DAS PASTILHAS ... 67
4.6. COMPARAÇÃO ENTRE AS CLASSIFICAÇÕES ... 68
5 CONCLUSÕES ... 70
1 INTRODUÇÃO
No âmbito da Engenharia Civil, os solos podem ser considerados um dos materiais mais versáteis existentes, devido ao baixo custo de aquisição e abundância em todas as regiões. Além da possibilidade de utilização como elemento de suporte em fundações e subleitos rodoviários, eles podem constituir estruturas como barragens, muros de arrimos, aterros, entre outros.
Na pavimentação, assim como em outras áreas da engenharia, busca-se atualmente o desenvolvimento de projetos visando rodovias que atendam os mínimos requisitos técnicos e que contemplem soluções econômicas e sustentáveis.
O crescimento econômico demanda rodovias pavimentadas e em boas condições de uso, de modo a facilitar a integração entre as regiões de produção agrícola aos pontos de exportação. Por outro lado, a utilização de agregados convencionais como brita graduada simples e rocha sã como base e sub-base de pavimentos se torna inviável em algumas regiões do Rio Grande do Sul, principalmente pelo alto custo de exploração e grandes distâncias de transportes.
Nesse contexto, a utilização de materiais alternativos de ocorrência local ou regional possibilita o projeto e a construção de pavimentos econômicos ou de baixo custo. Tais materiais são comumente encontrados próximos ou às margens de rodovias já implantadas, mas não pavimentadas. No Rio Grande do Sul, é possível verificar a ocorrência de materiais alternativos, tais como basalto alterado, plintosolo, laterita e solos arenosos finos lateríticos. A utilização desses materiais como camadas de pavimentos pode contribuir com o crescimento econômico das regiões sem prejudicar o meio ambiente.
Os dois principais sistemas de classificação de solos para utilização na área rodoviária são o Sistema Unificado de Classificação de Solos (S.U.C.S) e o Highway Resarch Board (H.R.B). O primeiro estabelece uma hierarquização para solos de subleito a partir dos ensaios de análise granulométrica por peneiramento e determinação dos limites de consistência. Já o segundo, desenvolvido para aplicação em projetos de aeroportos, considera como parâmetros classificatórios a curva granulométrica, limite de liquidez, índice de plasticidade e a compressibilidade dos solos.
No Brasil, tem-se uma predominância de solos tropicais. Devido ao comportamento diferenciado destes solos, a utilização das classificações tradicionais em projetos de pavimentos assente sobre solos tropicais pode levar a resultados não
correspondentes a seu real desempenho. Tais classificações foram desenvolvidas para solos de clima frio e temperado, o que dificulta sua aplicação em solos de formação tropical.
A partir da necessidade de um sistema de classificação para solos tropicais brasileiros, Nogami e Villibor desenvolveram a Metodologia MCT (Miniatura, Compactada, Tropical). Essa metodologia permite uma classificação dos solos compactados tropicais baseada em propriedades mecânicas e hidráulicas, através de ensaios com corpos de prova em miniatura compactados em diferentes teores de umidade. Assim, é possível uma avaliação direta das propriedades dos solos tropicais de maneira mais efetiva.
Além disso, tal metodologia permite identificar o comportamento laterítico ou não-laterítico dos solos. Solos lateríticos são aqueles que, quando compactados em determinados teores de umidade, apresentam boa capacidade de suporte e pequena perda dessa capacidade quando imersos em água. Ou seja, materiais que podem ter sua utilização viabilizada em projetos de pavimentos de baixo custo.
Nogami e Villibor desenvolveram também uma metodologia expedita de identificação de solos tropicais, o Método das Pastilhas. Baseado em medições realizadas em pequenas pastilhas de solo moldadas em anéis metálicos, este método permite classificar de forma rápida, prática e econômica os solos tropicais nos mesmos grupos da Metodologia MCT.
Sendo assim, este trabalho tem como objetivo geral classificar e identificar quatro amostras de solos tropicais da região noroeste do Rio Grande do Sul através da Metodologia MCT e do Método das Pastilhas, de modo a propor a utilização de tais materiais em projetos de pavimentos econômicos. Paralelo a isso, visa-se também classificar as amostras de acordo com as duas classificações tradicionais de solos – Sistema Unificado de Classificação de Solos (S.U.C.S) e Highway Research Board (H.R.B) – para efeito de comparação com os resultados obtidos na Metodologia MCT.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo será apresentada uma revisão da bibliografia acerca dos seguintes temas: (a) histórico da Metodologia MCT; (b) solos tropicais brasileiros; (c) ensaios geotécnicos utilizados na classificação MCT, (d) pavimentos de baixo custo e (e) materiais alternativos no Rio Grande do Sul.
2.1. HISTÓRICO DA METODOLOGIA MCT
A identificação e classificação de solos existentes na natureza têm vital importância para o conhecimento das características geotécnicas desses materiais, seja a partir de análise táctil-visual ou por meio de ensaios de laboratório. A classificação de um solo permite a seleção do melhor material indicado para determinado projeto de engenharia, levando em conta suas características físicas e mecânicas.
Atualmente, é praticamente exclusiva a utilização no mundo inteiro de procedimentos baseados na granulometria e características plásticas para classificar os solos em pavimentação. Devido à predominância de solos tropicais no Brasil, tais classificações conduzem a solos classificados de maneira não condizente com seu real comportamento quando aplicados em um projeto rodoviário. Esse tema tem sido assunto de diversas pesquisas no âmbito acadêmico e profissional, de modo a se buscar um sistema de classificação de solos de clima tropical, quente e úmido.
Na década de 1950, Nogami constatou que os procedimentos adotados a partir de classificações desenvolvidas nos Estados Unidos não correspondiam com o real desempenho dos solos brasileiros em obras rodoviárias.
Entre os anos de 1956 e 1960, com a execução do Plano de Pavimentação no Brasil, se tornou possível o desenvolvimento de uma tecnologia mais adaptada aos solos tropicais brasileiros e suas condições tropicais. Antes deste plano, era comum a utilização de bases rodoviárias constituídas de macadame hidráulico ou betuminoso e de revestimentos betuminosos usinados a quente.
A partir dos anos 1960, começou-se a utilizar outros materiais nas camadas dos pavimentos rodoviários. São exemplos as bases de solo-cimento, bases estabilizadas granulometricamente, revestimentos de tratamento superficial e reforço do subleito com utilização de solos lateríticos arenosos ou argilosos.
No estado de São Paulo, entre as décadas de 1960 e 1970, alguns trechos experimentais foram executados com bases de solos arenosos finos lateríticos. O excelente desempenho destes materiais em campo comprovou que os procedimentos tradicionais para escolha de solos estabilizados granulometricamente na época eram limitados.
A metodologia MCT foi desenvolvida especificamente para o estudo de solos tropicais, visando estudos geotécnicos em projetos de pavimentos de baixo custo. Nesse contexto, Nogami e Villibor (1981) fizeram grande contribuição com o desenvolvimento desta metodologia. Além de constituir um marco na Geotecnia brasileira, essa metodologia permite identificar e caracterizar propriedades mecânicas e hidráulicas de solos tropicais de maneira direta e eficaz.
Em 1972, baseado no procedimento desenvolvido na Iowa State University, Nogami desenvolveu o primeiro ensaio de Mini-CBR, caracterizado por dimensões reduzidas. Isso permitiu a correlação dos valores encontrados com resultados de CBR realizados de acordo com o método de dimensionamento de pavimentos asfálticos vigente no Brasil.
A partir do procedimento denominado Moisture Condition Value – MCV, desenvolvido por Parsons (1976) no Laboratório de Pesquisas em Transportes e Estradas (Transport and Road Research Laboratory – UK), Nogami e Villibor adaptaram tal ensaio para estudos em solos tropicais. Mais tarde, em 1979, eles utilizaram corpos de prova compactados para identificar outras propriedades dos solos, tais como contração, infiltrabilidade e permeabilidade.
A introdução do ensaio de Perda de Massa por Imersão permitiu o desenvolvimento de uma classificação geotécnica (Nogami e Villibor, 1981) denominada Classificação MCT (Miniatura, Compactada, Tropical).
Mais recentemente, Nogami e Villibor (2001) propuseram algumas atualizações na metodologia, de modo a reduzir o número de golpes no ensaio de compactação, visando uma simplificação do processo de classificação dos solos.
2.2. CARACTERÍSTICAS DE SOLOS TROPICAIS BRASILEIROS
Solo tropical pode ser definido como aquele que apresenta propriedades e comportamento peculiar em relação a solos não tropicais. Essa peculiaridade ocorre
devido à atuação de processos geológicos e/ou pedológicos no mesmo, típicos de regiões tropicais úmidas (Committe on Tropical Soils of ISSMFE, 1985).
Os solos tropicais são encontrados em regiões com características climáticas tropicais e úmidas. Como consequência do processo de laterização, esses materiais podem apresentar diferentes comportamentos em relação às suas propriedades mecânicas e hidráulicas. Tal processo, também chamado de latolização, ocorre em regiões onde os cátions básicos sofrem lixiviação, com concentração residual de óxidos de ferro e de alumínio.
De acordo com Nogami e Villibor (1996), os solos precisam apresentar duas condições para que sejam considerados tropicais. Além de possuir propriedades e comportamentos diferentes de solos tradicionais (classificados pelos sistemas de classificação SUCS e HRB), eles devem ocorrer em clima quente e úmido.
Nas regiões de clima tropical, encontram-se solos lateríticos, saprolíticos e transportados. A Figura 1 esquematiza um perfil típico de ocorrência desses solos em ambientes tropicais. No Brasil, de acordo com os autores citados acima, destacam-se duas classes de solos tropicais: solos de comportamento laterítico e solos de comportamento não-laterítico.
Figura 1 - Perfil de ocorrência de solos em regiões tropicais
Fonte: http://www.portaldetecnologia.com.br/ Acesso em 01 de junho de 2017.
Com o intuito de identificar as propriedades e características geotécnicas dos solos tropicais brasileiros, Nogami e Villibor desenvolveram na década de 80 uma metodologia denominada MCT (Miniatura, Compactada, Tropical). Através de ensaios com corpos de prova em miniatura, esta metodologia permite a avaliação de
propriedades relacionadas à resistência, deformabilidade e permeabilidade dos solos. Nesta classificação, os solos foram divididos em duas classes. São elas solos de comportamento laterítico (L) e solos de comportamento não-laterítico (N). Além disso, eles são subdivididos em sete grupos, conforme descrito por Nogami e Villibor (1995):
• Areias lateríticas (LA) – neste grupo estão inclusas as areias com poucos finos de comportamento laterítico, típicas do horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente como areias quartzosas e regosolos;
• Solos arenosos lateríticos (LA’) – solos tipicamente arenosos, e constituintes do horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente no Brasil por latossolos arenosos e solos podzolizados arenosos (textura média). Estes solos, além da presença de matizes vermelho e amarelo, dão cortes firmes (pouco ou não erodíveis) nitidamente trincados, quando expostos às intempéries;
• Solos argilosos lateríticos (LG’) – este grupo é formado por argilas e argilas arenosas que constituem o horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente por latossolos, solos podzólicos e terras roxas estruturadas. Quando apresentam porcentagem de areia elevada, tem um comportamento semelhante aos solos do grupo LA’;
• Areias não lateríticas (NA) – Os solos pertencentes a este grupo são as areias, siltes e misturas de areias e siltes, nos quais os grãos são constituídos essencialmente de quartzo e/ou mica. Praticamente não possuem finos argilosos coesivos siltes caoliníticos;
• Solos arenosos não lateríticos (NA’) – compostos granulometricamente por misturas de areias quartzosas (ou de minerais de propriedades similares) com finos passando na peneira 0,075mm, de comportamento não laterítico. Geneticamente os tipos mais representativos são solos saprolíticos originados de rochas ricas em quartzo tais como os granitos, gnaisses, arenitos e quartzitos impuros;
• Solos siltosos não lateríticos (NS’) – este grupo compreende os solos saprolíticos silto-arenosos peculiares, resultantes do intemperismo tropical nas rochas eruptivas e metamórficas, de constituição predominantemente feldspática-micácea-quartzosa. As variedades mais ricas em areia quartzosa podem ter características mecânicas e hidráulicas que se aproximam dos solos do grupo NA’;
• Solos argilosos não lateríticos (NG’) – este grupo compreende os solos saprolíticos argilosos, provenientes de rochas sedimentares argilosas (folhelhos, argilitos, siltitos), ou cristalinas pobres em quartzo e ricas em anfibólios, piroxênios e
feldspatos cálcicos. Classificam-se neste grupo os solos superficiais pedogênicos não lateríticos, como os vertissolos bem como muitos solos transportados.
2.2.1. Solos lateríticos
De acordo com Johnston (2010), um solo é considerado laterítico quando for considerado de comportamento geotécnico laterítico. Ou seja, ele é caracterizado por possuir diversas propriedades que levam a classificá-lo como solo de comportamento laterítico na classificação MCT.
Devido à laterização, a fração argila dos solos lateríticos é constituída basicamente por argilominerais do tipo caulinita e por hidróxidos e óxidos hidratados de ferro e alumínio. A combinação de tais componentes torna esses solos estáveis na presença de água, graças ao recobrimento dos argilominerais pelos hidróxidos e óxidos hidratados. Estes últimos, além de reduzirem a capacidade de adsorção de água pelos argilominerais, também atuam como agentes cimentantes naturais entre as partículas do solo. Nas frações silte e areia, são encontrados essencialmente quartzo, agregações lateríticas e, em menor escala, minerais pesados.
A Figura 2 mostra, em escala microscópica com aumento de 3000 e 10000 vezes, um solo laterítico estudado por Takeda (2006). É possível perceber que os grãos mais finos se encontram agregados e que o solo apresenta um aspecto cimentado.
Figura 2 - Fotografia microscópica de um solo laterítico, com aumento de 3000 e 10000x respectivamente
Conforme Nogami e Villibor (1981), solos de comportamento laterítico constituem a camada mais superficial de áreas bem drenadas, acima do lençol freático. São caracterizados por sua cor, onde predominam os tons vermelhos e amarelos. Sua espessura geralmente ultrapassa 2 metros e raramente é superior a 10 metros.
Além disso, os solos lateríticos são caracterizados pela sua macroestrutura aparentemente homogênea e isotrópica. As variedades argilosas exibem aglomeração, formando torrões que geralmente são resistentes à ação da água, e grande quantidade de vazios preenchidos por ar. Já nas variedades arenosas, são encontrados vazios intergranulares. Por causa dessas características peculiares, os solos lateríticos são considerados porosos pela sua aparência macroscópica. Isso justifica sua baixa massa específica aparente e elevada permeabilidade.
Em relação à sua distribuição geográfica, os solos lateríticos estão situados geralmente na faixa do planeta localizada entre os trópicos. Essas regiões são caracterizadas por condições climáticas favoráveis ao intemperismo intenso e rápido, com altas temperaturas, ambiente úmido, chuvas intensas e percolação d’água. (BERNUCCI, 1995)
De toda a superfície do planeta, estima-se que 8,1% é ocupado por solos lateríticos. No Brasil, este tipo de solo pode ser encontrado em diversas regiões, conforme a figura 3.
Figura 3 - Ocorrência de solos lateríticos no Brasil
Quanto às propriedades mecânicas dos solos lateríticos, é importante diferenciar sua condição natural da compactada. Em obras de pavimentação, tem-se o interesse pelo conhecimento das características e propriedades do material compactado. Um solo de comportamento laterítico adquire, após compactação, alta capacidade de suporte e pequena perda dessa capacidade quando imerso em água.
Segundo Santana e Gontijo (1987), os solos lateríticos, em geral, apresentam CBR relativamente alto e baixa expansão, elevados Limite de Liquidez (LL) e Índice de Plasticidade (IP) e alto valor de módulo resiliente. Além disso, eles podem apresentar contração elevada quando secos e possuem aglomeração bem desenvolvida, o que os torna permeáveis e resistentes à erosão.
De acordo com a classificação MCT os solos de comportamento laterítico são designados pela letra L. São subdivididos em três diferentes grupos:
• LA – areia laterítica
• LA’ – solo arenoso laterítico • LG’ – solo argiloso laterítico
2.2.2. Solos saprolíticos
Solos saprolíticos são aqueles que resultam da decomposição e/ou desagregação in situ da rocha (considerada material consolidado da crosta terrestre). São peculiares por manter, de maneira nítida, a estrutura da rocha que lhe deu origem (Comittee on Tropical Soils of ISSMFE, 1985).
Nogami e Villibor (1995) classificam o solo saprolítico como um solo genuinamente residual, frequentemente designado solo residual ou solo residual jovem. São caracterizados por espessuras variadas, podendo chegar a dezenas de metros de profundidade. Grande parte desses solos se encontra em boas condições de drenagem. Possuem manchas e mosqueamentos que tornam sua estrutura visivelmente heterogênea. Tais feições foram herdadas da rocha de origem ou desenvolvidas durante o processo de intemperismo. Nestes solos, as cores mais variadas podem ocorrer, entre elas branco, preto, cinza, roxo, azul, entre outros.
Além disso, os solos saprolíticos possuem uma composição mineralógica caracterizada por um grande número de minerais, sendo formados pela intemperização ou herdados da rocha matriz. Na fração argila, é comum encontrar grande variedade de
argilominerais, enquanto que na mineralogia da fração silte pode se encontrar macrocristais de caulinitas e micas. Tais minerais podem conferir um comportamento particular a estes solos. A Figura 4 ilustra um solo saprolítico em escala microscópica estudado por Takeda (2006).
Figura 4 - Fotografia microscópica de um solo saprolítico com aumento de 3000x
Fonte: Takeda (2006).
Em relação à plasticidade e expansibilidade, os solos saprolíticos possuem um comportamento muito peculiar. Eles podem variar de extremamente plástico até não plástico e de altamente expansivo (quando saturados) até muito contrátil (quando seco). São considerados bastante erodíveis, geralmente apresentando baixos valores de CBR e módulo de resiliência. A presença de mica na composição destes solos pode alterar seu comportamento. Quando presente em elevada concentração na fração silte, este mineral torna o solo muito expansivo, tanto no umedecimento quanto na secagem.
Ainda, de acordo com Nogami e Villibor (1981), os solos saprolíticos geralmente apresentam um valor de capacidade de suporte abaixo das previsões dos índices classificatórios tradicionais ou dos grupos tradicionais. Associado a um valor de expansão comumente alto, devido ao baixo LL e IP, são geralmente considerados inadequados para uso em pavimentação.
Solos de comportamento não laterítico são designados pela letra N na classificação MCT e são subdivididos em quatro grupos:
• NA – areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de grão de quartzo e/ou mica, não laterítico;
• NA’ – misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico (solo arenoso);
• NS’ – solo siltoso não laterítico; • NG’ – solo argiloso não laterítico.
2.2.3. Solos transicionais
Vertamatti (1988) estudou solos plínticos da Amazônia, que podem passar totalmente ou ter uma parcela de material retido na peneira de 2 mm. O autor propôs a utilização de um equipamento semelhante ao utilizado no ensaio de Mini-MCV, desenvolvido por Parsons (1976), para avaliar as características geotécnicas dos solos granulares da Amazônia.
A partir deste estudo, foi apresentada uma proposta de modificação da classificação MCT, com a inclusão do grupo de solos transicionais (T) no ábaco classificatório. Este ábaco apresentado por Vertamatti (1988), mostrado na figura 5, foi denominado MCT-M. O sufixo M indica a condição de modificação do gráfico. Surgiu assim o conceito de solos transicionais, compreendidos na faixa intermediária entre os solos de comportamento laterítico e os de comportamento não laterítico.
Figura 5 - Ábaco classificatório da MCT-M
2.3. ENSAIOS GEOTÉCNICOS UTILIZADOS NA CLASSIFICAÇÃO MCT
A Metodologia MCT é composta por uma série de ensaios geotécnicos. São eles: Compactação Mini-MCV, Perda de Massa por Imersão, Mini-CBR, Contração, Infiltrabilidade, Permeabilidade e Penetração da Imprimação. Ela se aplica somente aos solos com no mínimo 95% de material passante na peneira de abertura de 2mm. São utilizados corpos de prova em miniatura compactadas, com dimensões de 5cm de diâmetro e 5cm de altura. Através dos ensaios desta metodologia, é possível avaliar diversas características dos solos tropicais, como contração, permeabilidade, expansão, capacidade de suporte e curvas de compactação.
Para a classificação MCT, ou seja, para enquadrar o solo em determinado grupo de solos, são necessários apenas dois ensaios, os chamados classificatórios da MCT. São eles o ensaio de Compactação Mini-MCV e o ensaio de Perda de Massa por Imersão.
2.3.1. Ensaio de compactação Mini-MCV
Neste ensaio, a compactação do solo é realizada em um equipamento miniatura. O processo de compactação está baseado no processo desenvolvido por Parsons (1976). Consiste na aplicação de energias crescentes, para cada teor de umidade, até se conseguir uma massa específica aparente máxima. Este procedimento, denominado de Moisture Condition Value (valor da condição de umidade) foi desenvolvido na Inglaterra para controle de compactação em cilindros de 100mm de altura e soquete de 7kg. No Brasil, foi adaptado por Nogami e Villibor na década de 80 para corpos de prova menores, com 50mm de altura e soquete de 2,270Kg.
Para a execução do ensaio de Compactação Mini-MCV devem ser seguidos os procedimentos das normativas DNER-CLA 259/96 e DNER-ME 258/94. Utiliza-se um equipamento de compactação em miniatura composto por uma base cúbica de concreto, soquete cilíndrico de aço com peso de 2,270Kg e altura de queda de 30,5 cm. Na ponta do soquete existe um cilindro padrão de aço com diâmetro de 49,8mm de faces perfeitamente paralelas e polidas com altura de 50mm. Para medição da variação de altura dos corpos de prova, utiliza-se um extensômetro com curso mínimo de 50mm, graduado em 0,01mm e provido de contragiros. Para extração dos corpos de prova após
a compactação, o equipamento conta com um dispositivo de alavanca. A Figura 6 ilustra o equipamento de compactação Mini-MCV.
Figura 6 - Equipamento utilizado no ensaio de Mini-MCV
Fonte: Adaptado de DNER-ME 258/94.
A realização do ensaio inicia-se com a determinação da umidade ótima do material, obtida a partir da compactação Proctor Normal. Sabendo o valor de umidade ótima do solo, separa-se cerca de 2500g de material passante na peneira de abertura de 2 mm, dividindo-se o material em cinco porções diferentes com 500g cada uma. O umedecimento deve ser feito de forma a se obter porções com umidades crescentes e sucessivas. A diferença de umidade entre as porções deve ser de 1,5 a 2% nos solos arenosos, 3 a 4% nos solos argilosos lateríticos e de 5% nas argilas não lateríticas e siltes micáceos e cauliníticos. Essas porções devem abranger uma faixa de umidade composta por um ponto próximo à umidade ótima, dois no ramo seco e dois no ramo úmido da curva de compactação.
As amostras de 500g devem ser umedecidas, homogeneizadas e acondicionadas em sacos de polietileno ou potes plásticos com tampa, passando por um período mínimo de repouso de 24 horas antes da realização do ensaio. Dessa forma evita-se a perda de umidade do material.
Outro procedimento a ser realizado antes de iniciar o ensaio é a medição da altura do cilindro padrão que será utilizado, por exemplo, Ac= 50mm. A partir desta medição é feita a aferição do equipamento de compactação, de modo a se determinar, durante o ensaio, a altura do corpo de prova. São colocados sobre o pistão do compactador os discos de papel filtro, o cilindro padrão e o soquete de compactação de forma centrada. Faz-se então a leitura do extensômetro (La) e calcula-se a constante de aferição (Ka) do conjunto compactador-soquete através da equação abaixo. O sinal negativo deve ser utilizado quando o extensômetro for colocado de cabeça para baixo e positivo no caso contrário.
(1)
Após a aferição, o equipamento então é preparado para a realização do ensaio. As etapas do processo e da realização do ensaio estão descritas abaixo:
Colocar os espaçadores envolvendo o pistão do compactador, o molde cilíndrico sobre o mesmo e o disco de papel filtro para evitar aderência do material na base do equipamento de compactação;
Homogeneizar novamente as porções de 500g de material e retirar pequena porção de solo para determinação do teor de umidade através de secagem em estufa;
Separar 200g de material homogeneizado e despejar, com auxílio de um funil, dentro do molde. Nivelar o solo dentro do molde utilizando uma espátula.
Posicionar o soquete anteriormente aferido sobre o solo do molde. Efetuar golpes sucessivos com leitura do extensômetro de acordo com a série de golpes a seguir: 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 96, 128, 192 e 256.
O ensaio inicia com a porção que possui maior teor de umidade, de forma que o mesmo procedimento é repetido para os cinco teores de umidade. O ensaio é interrompido e finalizado em três possíveis situações. Quando a diferença entre a leitura obtida após 4n golpes for inferior a 2mm, quando houver exsudação de água de forma
intensa no topo e/ou na base do corpo de prova ou quando o número de golpes atingir 256 golpes.
A realização do procedimento descrito acima permite identificar as curvas de compactação de um solo. Essas curvas representam em abscissa os teores de umidade de compactação e em ordenada os valores de massa específica aparente seca. O coeficiente d’é definido como a inclinação da parte retilínea mais inclinada do ramo seco da curva de compactação, sendo correspondente a 10 golpes no ensaio de Mini-MCV e ao teor de umidade de compactação. A Figura 7 apresenta um exemplo de família de curvas de compactação obtidas através deste ensaio.
Figura 7 - Curvas de compactação obtidas no ensaio de Mini-MCV
Fonte: Venturini (2015).
Além disso, o ensaio de Mini-MCV permite a obtenção das curvas de deformabilidade Mini-MCV de um solo. Para cada teor de umidade, são traçados em escala mono-log, curvas correspondentes na abcissa ao número de golpes (n) e na ordenada à diferença de altura (na) dos corpos de prova compactados. Tais curvas são denominadas de Mini-MCV, pois a partir delas é possível a determinação do valor da condição de umidade. Procurando-se a intersecção com a reta de equação a=2mm, adotada como referência para os corpos de prova da metodologia, determina-se o valor
de golpes B correspondente. O Mini-MCV, para cada teor de umidade, é definido a partir da equação:
(2)
A Figura 8 apresenta um exemplo de curva de deformabilidade Mini-MCV.
Figura 8 - Curva de deformabilidade Mini-MCV
Fonte: Venturini (2015).
O parâmetro classificatório denominado c’ é o coeficiente angular da parte mais inclinada e retilínea da curva Mini-MCV, correspondente ao valor de Mini-MCV igual a 10. Este parâmetro reflete a argilosidade do solo. Solos com um c’ elevado, superior a 1,5, são caracterizados como argilas e solos argilosos, enquanto que valores de c’ inferiores a 1,0 caracterizam areias e siltes não plásticos ou pouco coesivos. Os demais solos, como areias argilosas, areias siltosas, argilas siltosas e argilas arenosas estão compreendidos no intervalo entre 1,0 e 1,5.
2.3.2. Ensaio de Perda de Massa por Imersão
O ensaio de Perda de Massa por Imersão segue as diretrizes da normativa DNER-ME 256/94. Ele é realizado utilizando-se os corpos de prova compactados no procedimento do ensaio de Mini-MCV. Utiliza-se um tanque de imersão, de modo a se manter uma lâmina de água de cerca de 1 cm acima da superfície externa do molde de compactação. O molde é posicionado horizontalmente sobre um suporte, disposto a uma altura de cerca de 4 cm do fundo do tanque. Para cada molde é disposta uma cápsula com cerca de 8 cm de diâmetro e capacidade de 75mL no fundo do tanque. Utilizando o dispositivo de alavanca, o corpo de prova deve ser extraído cerca de 10 mm do seu molde. Em seguida, o corpo de prova é submerso em água, conforme o esquema da Figura 9.
Figura 9 - Ensaio de Perda de Massa por Imersão
Fonte: Adaptado de Nogami e Villibor (1995).
Ao passar do tempo de ensaio, o solo começará a se desprender do corpo de prova e cair na cápsula disposta no fundo do tanque. Após 20h do início do período de imersão, as cápsulas são retiradas e levadas para secagem em estufa, de modo a se determinar a massa de solo seco desprendida no ensaio.
A perda de massa “Pi” é expressa em porcentagem e está relacionada à massa seca da parte primitivamente saliente do corpo de prova, para cada teor de umidade. Para a classificação do solo, esse parâmetro é obtido por interpolação gráfica da curva de variação das porcentagens Pi em função do Mini-MCV. Procura-se no gráfico o valor correspondente a Mini-MCV 10 ou 15, dependendo se a massa específica aparente seca (MEAS) do solo for baixa ou elevada. Quando a altura final do corpo de prova para Mini-MCV igual a 10 for acima de 53mm, a MEAS é considerada baixa. Já quando a altura final do corpo de prova para Mini-MCV igual a 15 for inferior a 53mm, a MEAS é considerada elevada.
2.3.3. Classificação geotécnica MCT
Com a realização dos dois ensaios descritos nos itens anteriores, é possível a obtenção do parâmetro classificatório e’. Ele é calculado a partir do coeficiente d’ e da perda de massa por imersão Pi, conforme a equação abaixo.
√ (3)
A classificação dos solos nos grupos da Metodologia MCT se dá a partir do ábaco proposto por Nogami e Villibor (1981) apresentado na figura 10. O coeficiente c’ é associado à argilosidade do solo e corresponde às abcissas do ábaco da classificação MCT. Já o índice e’ é relacionado ao caráter laterítico do solo e corresponde às ordenadas do gráfico. De acordo com estes autores, algumas ressalvas são necessárias:
Quando o ponto cair sobre uma das proximidades dos limites L e N (comportamento laterítico e não laterítico), o solo será considerado L quando Pi decrescer tendendo a zero, para MCV no intervalo entre 10 e 15, e a curva Mini-MCV apresentar concavidade para cima no intervalo de Mini-Mini-MCV de 1 a 15;
O solo será considerado N quando Pi variar de maneira diferente e a referida curva for sensivelmente retilínea ou com concavidade para baixo;
O solo será considerado transicional quando as condições não correspondem às acima especificadas. Assim, será representado por símbolos dos grupos adjacentes.
Figura 10 - Ábaco da classificação MCT
Fonte: Nogami e Villibor (1981).
2.3.4. Método expedito das pastilhas
Nas décadas passadas, vários estudos buscaram simplificar os ensaios necessários para classificação geotécnica. Assim, é possível proporcionar resultados coerentes com o real comportamento dos solos utilizados em obras de pavimentação. A partir da experiência com a Metodologia MCT, foi desenvolvido um novo método de classificação denominado Método Expedito das Pastilhas.
De acordo com Nogami e Villibor (1994), este método foi proposto com a finalidade de simplificar os procedimentos dos ensaios de classificação de solos tropicais. Além de utilizar menor quantidade de material do que nas outras metodologias, este método possui equipamentos mais simples, requer mão de obra com menor treinamento e pode ser utilizado para fins gerais e classificatórios.
O procedimento de ensaio consiste na moldagem de pastilhas em anéis de aço inox com 20 mm de diâmetro e 5 mm de altura. Através de medições de contração (Ct) e penetração (consistência) das pastilhas, é possível avaliar propriedades de resistência, deformabilidade e permeabilidade dos solos.
O ábaco classificatório do Método Expedito das Pastilhas está apresentado na Figura 11. O gráfico apresenta as classes de solo de acordo com a Metodologia MCT.
Figura 11 - Ábaco classificatório do Método das Pastilhas
Fonte: Nogami e Villibor (1994).
Na parte superior do gráfico, estão situados os valores do coeficiente c’, calculado através das expressões abaixo:
Para valores de contração (Ct) entre 0,1 e 0,5 mm:
(4)
Para valores de contração (Ct) maiores ou iguais a 0,6 mm:
(5)
Assim, é possível classificar de forma expedita os solos a partir dos valores de penetração e da contração diametral ou coeficiente c’.
2.4. PAVIMENTOS DE BAIXO CUSTO
De acordo com relatório técnico do DAER/RS, um pavimento é dito de baixo custo quando, na camada de base e/ou sub-base, são utilizados materiais com custo de execução substancialmente menor, medido em m³ executado, em relação aos materiais tradicionais. Tais pavimentos, também denominados de pavimentos de baixo tráfego, são dimensionados para um VDM igual ou inferior a 500 com até 40% de tráfego comercial e N inferior a 5,5x105, sendo o período de projeto em geral de 10 anos.
Conforme a AASHTO (1986), as rodovias de baixo volume de tráfego suportam até 106 repetições do eixo padrão de 82kN, considerando um método de dimensionamento expedito de três níveis para um tráfego de até 106: baixo, médio e alto.
Villibor e Nogami (2001) caracterizaram os pavimentos ditos de baixo custo por:
Utilizar bases compostas por solos, que tem custos de execução substancialmente menores que as convencionais, como por exemplo: brita graduada, macadame hidráulico, solo cimento, etc.;
Utilizar revestimento betuminoso tipo tratamento superficial, com espessura de não mais que 3 cm, geralmente da ordem de 1,5 cm;
Considerar o trânsito no máximo do tipo médio, com Nt < 106 solicitações.
De acordo com o DNIT (2014), 78,6% da malha rodoviária brasileira é composta por rodovias não pavimentadas, sendo que 91,26% delas estão sob responsabilidade de governos municipais. No Rio Grande do Sul, apenas 7,25% da malha rodoviária é pavimentado, o que corresponde a 11377,1Km.
Uma das maneiras de baixar os custos de execução de pavimentos é minimizar a distância de transporte de materiais, utilizando os solos locais, ou seja, materiais alternativos que devem ser criteriosamente selecionados nas jazidas (JOHNSTON, 2010).
Segundo Oliveira (2000), o emprego de materiais regionais, mais econômicos, pode tornar possível a pavimentação de muitas rodovias, proporcionando evolução econômica e integração a muitas áreas rurais hoje necessitadas de desenvolvimento. No Rio Grande do Sul, é possível encontrar materiais alternativos já utilizados ou com potencial de uso em pavimentação, tais como plintossolo, laterita, basalto alterado, saibros de granito/gnaisse e solos arenosos finos lateríticos.
2.5. MATERIAIS ALTERNATIVOS NO RIO GRANDE DO SUL
No Rio Grande do Sul, teve início na década de 80 a utilização de basalto alterado nas obras rodoviárias executadas pelo DAER/RS. Tal material, resultante de processos de alteração de rochas vulcânicas, está presente em grande parte do território do estado.
Em 1982, técnicos da Divisão de Normas e Pesquisas do DAER/RS dedicaram-se no dededicaram-senvolvimento de uma solução econômica para viabilização da trafegabilidade da chamada “Estrada do Inferno” (RST/101, trecho Bacopari – Mostardas). Foi executado um trecho experimental de 500 m de extensão com a utilização de um material local chamado de “barrinho”, horizonte B de um plintossolo. Consiste em um solo areno-argiloso, de ocorrência na Formação Chuí, caracterizado por uma concentração significativa de óxidos de ferro, alumínio e manganês.
De acordo com Passos (2000), a primeira utilização de lateritas como bases de pavimentos no Rio Grande do Sul se deu em 1985, em um trecho de 13Km da RS/536, entre o município de Caibaté e a BR/285. As lateritas são concreções ferruginosas de cor avermelhada, formadas pelo processo de laterização. Sua ocorrência pode ser em crostas lateríticas ou em solos e pedregulhos lateríticos.
O DAER/RS (apud PASSOS, 2000) iniciou, em 1988, uma pesquisa em relação aos solos arenosos finos lateríticos do Rio Grande do Sul em convênio com a Universidade de São Carlos – USP. Foi coletado material de doze diferentes jazidas, com posterior realização da classificação MCT. A pesquisa foi interrompida no meio do cronograma, sem a construção dos previstos segmentos experimentais com materiais alternativos.
A partir das experiências realizadas na década de 80, estabeleceu-se um interesse no Rio Grande do Sul de utilizar materiais alternativos nas camadas dos pavimentos. Desde então, diversas pesquisas foram realizadas neste âmbito, assim como diversos trechos experimentais foram executados com a utilização destes materiais. Norback (2015) e Flora (2015) realizaram estudos com solos lateríticos da região noroeste do Rio Grande de Sul, propondo a utilização destes materiais em projetos de pavimentos econômicos.
A Figura 12 apresenta um mapa com o local de ocorrência dos principais materiais alternativos utilizados em pavimentação no estado do Rio Grande do Sul.
Figura 12 - Localização dos materiais alternativos no estado do Rio Grande do Sul
3 METODOLOGIA
A metodologia aplicada neste trabalho foi dividida em três etapas básicas: (a) etapa de escritório: revisão bibliográfica acerca da Metodologia MCT, solos tropicais lateríticos, ensaios geotécnicos de classificação, pavimentos de baixo custo e materiais alternativos para pavimentação; (b) etapa de campo: escolha das áreas de coleta dos solos para o estudo e retirada de amostras deformadas de cada perfil para realização dos ensaios de laboratório; (c) etapa de laboratório: realização dos ensaios básicos de caracterização física e mecânica, assim como dos ensaios classificatórios da Metodologia MCT, Método das Pastilhas e análise química do solo.
Com o término da etapa de laboratório, os dados obtidos foram processados e analisados. Assim, foi possível classificar os solos através das classificações geotécnicas tradicionais S.U.C.S e H.R.B e confrontar com a Classificação MCT. As etapas listadas acima estão descritas abaixo.
3.1. ETAPA DE ESCRITÓRIO
Esta etapa inicial consistiu de um levantamento da bibliografia existente acerca do tema do trabalho em estudo. Utilizaram-se livros, dissertações, teses, artigos, publicações em congressos relacionados à Metodologia MCT, abrangendo sua classificação, os ensaios de Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão, e também relacionados à pavimentação de baixo custo.
3.2. ETAPA DE CAMPO
Em campo, as amostras foram coletadas em dois perfis localizados em Cruz Alta/RS e Ijuí/RS. Tais locais foram escolhidos de modo a obter amostras de uma mesma região geográfica (noroeste do estado do Rio Grande do Sul), porém de unidades de mapeamento diferentes. Neste contexto, buscou-se a possibilidade de classificar solos próximos à rodovias do interior do estado através da Metodologia MCT e do Método das Pastilhas. As coletas de material em campo permitiram conhecer os tipos de solo, identificar horizontes e fazer a coleta das amostras deformadas necessárias para a etapa de laboratório. A Figura 13 ilustra a localização geográfica dos locais de coleta dos solos no mapa do Rio Grande do Sul.
Figura 13 - Localização dos dois perfis no estado do Rio Grande do Sul
Fonte: Google Earth (2016).
De acordo com a Classificação Taxonômica das Unidades de Mapeamento do Levantamento de Reconhecimento dos Solos do Estado do Rio Grande do Sul elaborado pela Emater/RS, ambos os pontos de coleta estão localizados na classe de mapeamento Latossolo Vermelho Distroférrico típico (STRECK et al, 1999). Estes solos possuem baixos valores de saturação por bases (inferior a 50%) e elevado teor de ferro (superior a 18%). Devido ao fato de serem solos muito intemperizados, possuem um predomínio de caulinitas e óxidos de ferro, o que lhes confere baixa capacidade de troca catiônica (CTC).
Além disso, os dois pontos de coleta estão localizados sobre rochas do Grupo São Bento, Formação Serra Geral, Fáceis Gramado, de acordo com o Mapa Geológico do Estado do Rio Grande do Sul desenvolvido pela Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais (CPRM, 2006). Tais rochas correspondem a derrames basálticos granulares finos a médio, de cor cinza, horizontes vesiculares preenchidos por zeolitas, carbonatos, apofilitas e saponita. Neste caso, são comuns as estruturas de fluxo, sendo que nos primeiros derrames podem ocorrer intercalações com os arenitos Botucatu.
A Tabela 1 apresenta um resumo das informações acerca dos dois pontos onde os solos foram coletados.
Tabela 1 - Informações sobre os pontos de coleta dos materiais estudados
3.2.1. Perfil em Cruz Alta/RS
O primeiro perfil estudado é um talude de corte à beira da BR-158 em Cruz Alta/RS, adjacente ao entroncamento com a RS-342 Neste local foram coletadas amostras de dois solos para estudo, denominados CA-L (horizonte laterítico) e CA-S (horizonte saprolítico). Esse ponto está localizado unidade de mapeamento Cruz Alta. A Figura 14 mostra o local onde os solos CA-L e CA-S foram coletados.
Figura 14 - Perfil localizado em Cruz Alta/RS
A localização geográfica do perfil em Cruz Alta extraída do software Google Earth está mostrada na Figura 15.
Latitude Longitude CA-L Laterítico CA-S Saprolítico IJ-L Laterítico IJ-S Saprolítico 28º40’20’’ S 53º35’36’’ W 53º53’22’’ W
Amostra Local de coleta Rodovia Coordenadas do ponto Horizonte
Ijuí/RS RS-342 28º26’14’’ S Cruz Alta/RS BR-158
Figura 15 - Localização do perfil de Cruz Alta
Fonte: Google Earth (2016).
3.2.2. Perfil em Ijuí/RS
O segundo perfil estudado também é um talude de corte, localizado à beira da RS-342 em Ijuí/RS. As amostras coletadas para estudo foram denominadas IJ-L (horizonte laterítico) e IJ-S (horizonte saprolítico). O ponto onde foram coletados os solos IJ-L e IJ-S está inserido na unidade de mapeamento geotécnico Santo Ângelo. De acordo com o IBGE (1986), está formação é um agrupamento de vulcanitos predominantemente basálticos entremeados com termos ácidos, sobretudo no topo, e intercalados com arenitos de origem eólica da Formação Botucatu. A Figura 16 mostra o perfil de coleta em Ijuí.
Figura 16 - Perfil de solo localizado em Ijuí/RS
A localização geográfica do perfil em Ijuí extraída do software Google Earth está mostrada na Figura 17.
Figura 17 - Localização do perfil de Ijuí
Para as coletas, inicialmente foi feita uma limpeza superficial dos perfis. As amostras deformadas foram coletadas com o auxílio de pás. Coletou-se cerca de 60Kg de cada solo em estudo, sendo que as amostras foram identificadas e colocadas em sacos plásticos.
Após a coleta em campo, as amostras foram transportadas ao laboratório, e foram deixadas em padiolas para secagem ao ar. Procedeu-se então para o destorroamento das amostras, com posterior passagem pela peneira nº 4 (4,8mm). O solo passante por esta peneira foi acondicionado novamente em sacos plásticos e armazenado no galpão do Laboratório de Materiais de Construção Civil.
3.3. ETAPA DE LABORATÓRIO
Nesta etapa, foram realizados os ensaios de caracterização física e mecânica de solos. São eles a Análise Granulométrica, Limites de Atterberg, Peso Específico Real dos Grãos, Ensaio de Compactação Proctor Normal e Ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR). Além destes, foram realizados os dois ensaios classificatórios da Metodologia MCT. São eles o Ensaio de Mini-MCV e o Ensaio de Perda de Massa por Imersão. Por último, realizou-se o Método das Pastilhas. Todos os ensaios citados acima foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção Civil da UFSM. Além disso, procedeu-se também a Análise Química Completa dos Solos, realizada no Laboratório de Análise de Solos da UFSM.
3.3.1. Ensaios de Caracterização Física
Os ensaios de caracterização dos solos em estudo foram feitos com a utilização das amostras deformadas coletadas em campo. Nesta etapa, foram realizados os ensaios de Análise Granulométrica, Limites de Atterberg e Peso Específico Real dos Grãos.
A Análise Granulométrica por Peneiramento e Sedimentação foi realizada com e sem a utilização de agente defloculante. A utilização desta substância é importante, pois ela promove um desprendimento entre as partículas mais grossas e as mais finas do solo. O ensaio é preconizado na norma ABNT NBR 7181/16, sendo que a classificação se dá através da escala ABNT NBR 6502/95 (Solos e Rochas). A Figura 18 mostra a etapa de sedimentação em andamento no laboratório.
Figura 18 - Ensaio de Análise Granulométrica por Sedimentação em laboratório
Os ensaios de Limites de Atterberg seguiram as preconizações das normas ABNT NBR 6459/16 e NBR 7180/16. Foram realizados os ensaios de Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade, mostrados nas Figuras 19 e 20.
Figura 19 - Ensaio de Limite de Liquidez
O ensaio de Peso Específico Real dos Grãos foi realizado pelo método do picnômetro, recomendado para materiais finos. O ensaio seguiu a normativa ABNT NBR 6508/16 e está representado na Figura 21.
Figura 21 - Ensaio de Peso Específico Real dos Grãos
3.3.2. Ensaios de caracterização mecânica
Nesta etapa, realizaram-se os ensaios de Compactação Proctor em Energia Normal e o Ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR).
3.3.2.1. Ensaio de Compactação Proctor Normal
Este ensaio foi realizado com o intuito de se obter o teor de umidade ótima e a massa específica máxima real aparente para cada um dos quatro solos em estudo. O ensaio seguiu a normativa ABNT NBR 7182/16.
A compactação do solo consiste na estabilização mecânica do mesmo através da aplicação de alguma forma de energia. Esse processo promove no solo um aumento do
seu peso específico e resistência ao cisalhamento, e uma diminuição do índice de vazios, permeabilidade e compressibilidade. O ensaio Proctor permite a obtenção de uma correlação entre o teor de umidade e o peso específico seco do solo compactado por um soquete padronizado em uma determinada energia.
Para a realização do ensaio, utilizou-se 3000 g do material seco, destorroado e passante pela peneira nº 4. Adicionou-se água até verificar a consistência necessária para homogeneizar a amostra. A amostra foi compactada em um molde metálico cilíndrico em três camadas, sendo que em cada camada são aplicados 25 golpes de soquete. Os golpes são distribuídos uniformemente sobre a superfície do solo. Após a compactação, o molde contendo o solo úmido compactado é pesado. Após isso, a amostra é retirada do molde, retirando-se duas cápsulas com solo úmido para determinação do teor de umidade da amostra. Este teor é determinado após secagem da cápsula em estufa.
Após isso, com a utilização da mesma amostra de solo e com a adição de 60 mL de água, representando um aumento de 2% de umidade no solo, o processo é repetido no mínimo quatro vezes. Assim, é possível obter diferentes pesos específicos para diferentes teores de umidade no solo. A Figura 22 mostra o equipamento utilizado na realização do ensaio em laboratório.
Neste trabalho, a realização deste ensaio teve duas finalidades. A primeira foi a determinação da densidade máxima do solo que serviu como um valor padrão de compactação. A segunda foi a determinação da umidade ótima do solo necessária para obtenção da compactação. Este valor é muito importante, sendo utilizado no Ensaio de Índice de Suporte Califórnia e no Ensaio de Mini-MCV.
3.3.2.2. Ensaio de Índice de Suporte Califórnia – ISC ou CBR
O ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR), tem como principal objetivo estimar a resistência de um solo compactado para utilização em bases, sub-bases e subleitos de pavimentos rodoviários, através da penetração de um pistão na amostra. Além disso, o ensaio permite obter o valor de expansão do solo sob um pavimento na condição de saturação. A realização do ensaio seguiu a normativa NBR 9895/16.
O ensaio é iniciado com a umidificação da amostra no valor de sua umidade ótima e posterior compactação da amostra em cinco camadas com doze golpes cada uma. Após isso, a amostra é pesada e coloca-se um expansômetro sobre o solo para medição da expansão. O cilindro com o corpo de prova e uma sobrecarga é então imergido em um tanque com água, onde permanece por 96 horas. Passado este tempo, o cilindro é colocado na prensa, onde se mede a penetração de um pistão no solo a cada trinta segundos, até o tempo de dez minutos. A Figura 23 mostra o equipamento utilizado na determinação do Índice de Suporte Califórnia (ISC) em laboratório.
Figura 23 - Equipamento utilizado no ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC)
3.3.3. Ensaio de análise química completa
A caracterização química completa dos solos em estudo foi realizada no Laboratório de Análise de Solos do Centro de Ciências Rurais da UFSM. Este ensaio permite analisar os parâmetros de percentual de argila, classe textural, pH em água, teores de P e K disponíveis, presença de matéria orgânica, Al, Ca e Mg trocáveis. Além disso, ele permite também analisar a saturação por bases e por Al, CTC efetiva e CTC pH 7,0.
3.3.4. Ensaio de Mini-MCV
Este ensaio, junto do Ensaio de Perda por Imersão, é realizado para a classificação dos solos de acordo com a Metodologia MCT. Seguiram-se os procedimentos das normativas DNER-CLA 259-96 e DNER-ME 258-94.
