Dissertação de Mestrado
ANÁLISE DA APLICABILIDADE DA
CLASSIFICAÇÃO MCT NA EXECUÇÃO DE
BASES RODOVIÁRIAS COM UTILIZAÇÃO
DE SOLOS LATERÍTICOS ESTABILIZADOS
AUTOR: FELÍCIO GERALDO DE OLIVEIRA
ORIENTADOR: Prof. Dr. Eleonardo Lucas Pereira
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA DA UFOP
EPÍGRAFE
“Na verdade, nada existe que seja tão árduo e difícil que não se torne, com a ajuda divina, bem simples e fácil”
DEDICATÓRIA
AGRADECIMENTOS
A Deus, pai das luzes, fonte de toda boa dádiva e de todo dom perfeito.
Ao professor Eleonardo Lucas Pereira, pela orientação, o esforço e a dedicação que dispensou em todas as fases, e que contribuíram valiosamente para a conclusão desse trabalho.
Aos professores do NUGEO, Romero César Gomes, Rodrigo Peluci de Figueiredo, Frederico Garcia Sobreira, pelos conhecimentos recebidos nas aulas, pela influência positiva que tiveram na minha formação e pelas palavras de incentivo.
Ao professor Augusto Cesar da Silva Bezerra, do CEFET-MG, pelos incentivos e pela colaboração que prestou, através da execução da Microscopia Eletrônica de Varredura.
Ao professores, Geraldo Luciano de Oliveira Marques, da UFJF, pelos valiosos conhecimentos sobre Mecânica dos Pavimentos, Gilberto Fernandes do NUGEO-UFOP, pelas aulas de Materiais de Pavimentação e ao professor Virlei Álvaro de Oliveira, do IBGE-GO, conceituado pedólogo brasileiro, com quem tive a oportunidade de aprender um pouco de Pedologia, num curso de Mapeamento e Classificação de Solos da Região Centro-Oeste, realizado em outubro/ 2016, pela UFG/EMBRAPA/SBCS, em Goiânia-GO. À eles meus sinceros agradecimentos.
Ao Professor Bruno Almeida Cunha de Castro, da Empresa Pattrol, de Belo Horizonte/MG, ex- professor do NUGEO- UFOP e UFMG, criador da planilha eletrônica, que após algumas adaptações, serviu de base para os cálculos dos ensaios da tecnologia MCT. Sua colaboração na fase inicial de aprendizagem desses ensaios foi de grande importância.
Aos meus amigos, Moacir, Rogério, João, Vandir, Lenir, Heloisa, Luiz Heleno Albuquerque, Gilbert Kitamura e Gilmar.
Aos meus amigos de trabalho do DNIT Minas Gerais, Altamir Costa, Rosana, Betânia, Ivone, Janice, Isabela, Josele, George, Leonardo Rodrigues, Juliano, André, Renata Gandra, Kadu, Mauro, Wellisson, Antônia, Lidia, Marcio Gusmão, Cristina Abrantes, Meire, Carlyle, Ingred, Mozart, Sueli, Ricardo Meirelles, Rodrigo e Cláudia, Salomão, Cláudio, Geraldo Simões, Clóvis, João Bosco, Diogo, André, Luciana, Adriana, Leonardo Vasconcelos, João Camilo, Henrique, Ewerton, Breno, Natiele, e todos os demais, que não vou citar por serem muitos, com os quais trabalhei nos últimos anos e que muito me incentivaram.
Aos amigos da UFOP, Denise, Priscila, Rafael Carvalhais, Andyara, Viviane, Carla, Bruno Couto, Thiago Marques, Wanderson, Fernanda, Maria Isabel, Gina, Hebert, Ronderson, Bruno Silva, Lucius, Débora, Mateus, Magno e Ozório.
Aos meus amigos de trabalho do DNIT Tocantins, Eduardo Suassuna, Bolivar Euler, Cezar, Geraldo Castro, Cassio Capanelli, Pedro, Joubert, Adaugilson, Saulo, Rênio, Daniel, José Roberto, Isabela, Antônio Veras, Paulo Scold, André, Anax, Fábio, Luiz Soares, Estela, Antônio e todos os demais, pela disponibilidade em ajudar e pelas palavras de incentivo.
RESUMO
No Brasil, as rodovias desempenham um importante papel para o desenvolvimento econômico e social da população. A rede rodoviária federal e as estaduais, juntas, alcançam uma extensão de 381.628,80 km e a redes municipais aproximadamente 1.339.126,9 km, segundo o Sistema Nacional de Viação, versão 2015. Desse total, grande parte ainda não está pavimentada e outras são consideradas apenas como planejadas. A grande extensão de rodovias que necessitam ser implantadas, pavimentadas ou restauradas, revela a importância de se estudar soluções que permitam a redução do custo das obras rodoviárias. Para isso é fundamental o conhecimento das propriedades dos solos lateríticos, típicos das regiões tropicais, como o Brasil e a adoção de novas técnicas mais adequadas às suas características. Normalmente a comprovação do caráter laterítico ou não laterítico dos solos é realizada através de um ensaio de análise química, a determinação da relação sílica-sesquióxidos, que consiste numa relação entre o teor de sílica e a soma dos teores dos óxidos de ferro e de alumínio, entretanto esta pesquisa visou avaliar a possibilidade de utilização da classificação MCT, para esse fim. Nesse sentido, este trabalho analisa a aplicabilidade da classificação MCT, para comprovação do caráter laterítico ou não laterítico, de dezesseis misturas de solos. As dezesseis misturas foram montadas através de combinações entre os materiais de duas jazidas de cascalho laterítico, uma jazida de latossolo vermelho amarelo, de textura média e uma jazida de latossolo vermelho, de textura argilosa, coletadas nas proximidades da rodovia BR-251/MG, na região noroeste de Minas Gerais. Posteriormente as misturas foram separadas em três grupos, de acordo com o seu enquadramento nas faixas granulométricas prescritas nas normas do DNIT,para execução de base estabilizada granulometricamente, com ou sem utilização de solos lateríticos. Os resultados da classificação MCT foram comparados com os resultados obtidos através da relação sílica-sesquióxidos e algumas amostras foram submetidas aos ensaios de difratometria de raios-X e microscopia eletrônica de varredura, para auxiliar a análise. Todas as misturas foram submetidas aos ensaios de Compactação e Índice Suporte Califórnia, para avaliação da expansão e da resistência mecânica. Os resultados mostraram que as misturas que se enquadram nas faixas A ou B, concebidas para execução de base com solos lateríticos, embora constituídas por uma fração argilosa com mais de 25% passando na peneira nº 200, apresentam valores de ISC
suficientes para sua utilização em bases de pavimentos rodoviários, para Número N ≤ 5
x 106, ou para Número N > 5 x 106. As misturas que não se enquadram em nenhuma faixa granulométrica apresentam baixos valores de ISC, abaixo dos exigidos pelas normas para execução de base, e as que se enquadram na faixa D, tradicional, apresentam valores de ISC superiores a 80, suficientes para a construção de bases com Número N > 5 x 106. Finalmente, os resultados da Classificação MCT coincidem com os resultados inferidos através da determinação da relação sílica-sesquióxidos, para quinze das dezesseis misturas estudadas, mostrando a possibilidade da tecnologia MCT vir a ser utilizada como pratica rotineira.
ABSTRACT
In Brazil, highways play an important role for the economic and social development of the population. Together, the federal and state road networks reach an extension of 381.628,80 km and the municipal network approximately 1.339.126,9 km, according to the National Highway System, version 2015. Of this total, much of it is still unpaved and others are considered only as planned. The great extension of roads that need to be implanted, paved or restored, reveals the importance of studying solutions that allow the reduction of the cost of road works. To this end, it is essential to know the properties of lateritic soils, typical of tropical regions, such as Brazil and the adoption of new techniques more appropriate to their characteristics. Usually the verification of the lateritic or non-lateritic character of the soils is carried out by means of a chemical analysis test, the determination of the silica-sesquioxides ratio, which consists of a relation between the silica content and the sum of the iron and aluminum oxide contents , however this research aimed to evaluate the possibility of using the MCT classification, for this purpose. In this sense, this work analyzes the applicability of the MCT classification, to prove the lateritic or nonlateritic character of sixteen soil mixtures. The sixteen mixtures were assembled through combinations of materials from two lateritic gravel deposits, a medium-textured yellow red latosol deposit and a clayey red latosol deposit collected near the BR-251 / MG highway, in the northwest region of Minas Gerais. Subsequently the mixtures were separated into three groups, according to their classification in the grain size ranges prescribed in the DNIT standards, for the execution of a granulometric stabilized base, with or without the use of lateritic soils. The results of the MCT classification were compared with the results obtained through the silica-sesquioxides ratio and some samples were submitted to the X-ray diffraction and scanning electron microscopy tests to aid the analysis. All blends were submitted to the California Compaction and Support Index assays for evaluation of expansion and mechanical strength. The results showed that the mixtures that fall within bands A or B, designed for base execution with lateritic soils, although constituted by a clay fraction with more than 25% passing in the No. 200 sieve, have values of ISC sufficient for their use in to N> 5 x 106, or to number N> 5 x 106. The mixtures which do not fall within any size range have low ISC values below those required by the basic which fall within the traditional D range, present ISC values above 80, enough to construct bases with number N> 5 x 106. Finally, the results of the MCT Classification coincide with the results inferred through the determination of the silica-sesquioxides ratio, for fifteen of the sixteen mixtures studied, showing the possibility of MCT technology being used as routine practice.
Lista de Figuras
Figura 2-1 - Argissolos ... 6
Figura 2-2 - Latossolos ... 7
Figura 2-3 - Nitossolos ... 8
Figura 2-4 - Plintossolo pétrico concrecionário latossólico ... 9
Figura 2-5 – Horizontes de solo tropical (solo saprolítico no horizonte C). ... 9
Figura 2-6 - Características da macrofábrica dos solos lateríticos. ... 11
Figura 2-7 - Prensa de compactação Mini-MCV (NUGEO) ... 15
Figura 2-8 – Exemplo de curvas Mini-MCV ... 16
Figura 2-9 – Exemplo de curvas de compactação ... 18
Figura 2-10 - Gráfico c’ versuse’ - Classificação MCT (Nogami e Villibor, 1995). .... 24
Figura 3-1 – Mapa de localização da região de amostragem dos materiais (Naime et al., 2014) ... 37
Figura 3-2 - Unidades Geológicas da Região (Adaptado de Bizzi et al.,(2001 e Rodrigues, 2008) ... 39
Figura 3-3 - Rochas da região - Grupo Bambuí ... 39
Figura 3-4 - Rochas da região - Grupo Vazante ... 39
Figura 3-5 - Rochas da região - Grupo Bambuí ... 40
Figura 3-6 - Localização das jazidas J1, J2, E1 e E2, mostrando ao centro a BR-251 ... 42
Figura 3-7 - Coleta de amostras na jazida 1- cascalho J1 ... 42
Figura 3-8 - Coleta de amostras - Armazenamento na UL Paracatú ... 43
Figura 3-9 - Depósito de amostras -NUGEO/UFOP ... 43
Figura 3-10 - Coleta de amostras - jazida 4- latossolo E1. ... 43
Figura 3-11 – Vista do processo de secagem de amostras ... 44
Figura 3-12 – Vista do processo de secagem de amostras ... 44
Figura 3-13 - Esquema do código de identificação das misturas, com dois materiais. .. 46
Figura 3-14 – Preparação do material da jazida J3 ... 47
Figura 3-15 – Procedimento de pesagem para montagem das misturas ... 47
Figura 3-16 – Vista da preparação e armazenamento de amostras secas-compactação Mini-MCV ... 50
Figura 3-17 – Vista da preparação e armazenamento de amostras-ecompactação Mini-MCV ... 50
Figura 3-19 – Vista da preparação de amostras úmidas para o ensaio decompactação
Mini-MCV ... 52
Figura 3-20 – Vista das amostras prontas para o ensaio de compactação Mini-MCV ... 52
Figura 3-21 – Exemplo de uma curva Mini-MCV x Af ... 54
Figura 3-22 – Exemplo de uma curva Mini-MCV x Pi ... 54
Figura 3-23 – Vista do vazamento da amostra no pistão ... 55
Figura 3-24 – Vista dos anéis de vedação e discos de polietileno ... 55
Figura 3-25 - Detalhe do anel de vedação inferior ... 56
Figura 3-26 – Detalhe do anel de vedação superior ... 56
Figura 3-27 – Detalhe da fuga do cilindro sobre a base durante o ensaio ... 57
Figura 3-28 – Fuga do corpo de prova no interior do cilindro durante o ensaio ... 57
Figura 3-29 – Compactação Mini-MCV (instante 1) ... 58
Figura 3-30 – Compactação Mini-MCV (instante 2) ... 58
Figura 3-31 – Compactação Mini-MCV (instante 3) ... 58
Figura 3-32 – Compactação Mini-MCV (instante 4) ... 59
Figura 3-33 – Perda de Massa por Imersão (instante 1) ... 59
Figura 3-34 – Perda de Massa por Imersão (instante 2) ... 59
Figura 3-35 – Perda de Massa por Imersão (instante 3) ... 60
Figura 3-36 – Perda de Massa por Imersão (instante 4) ... 60
Figura 3-37 – Perda de Massa por Imersão (instante 5) ... 60
Figura 3-38 – Vista das amostras preparadas para a realização dos ensaios ISC ... 61
Figura 3-39 – Vista das amostras imersas para verificação da expansão ... 62
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 - Granulometria do Material. Adaptado de DNIT (BRASIL, 2010). ... 32
Tabela 2.2 - Composição Granulomértica. Adaptado de DNIT (BRASIL, 2007). ... 33
Tabela 3.1 - Tipo de Solos da Região (Adaptado de Naime et al., 2014) ... 40
Tabela 3.2 - Composição e código de identificação das misturas ... 46
Tabela 4.1 – Análise granulométrica sem sedimentação, J1, J2, E1 e E2 ... 65
Tabela 4.2 – Distribuição granulométrica das misturas, previsto e executado ... 66
Tabela 4.3 – Resultados dos ensaios de caracterização das misturas ... 67
Tabela 4.4 – Resultado da relação sílica-sesquióxidos e sílica-alumina para J1, J2, E1 e E2 ... 71
Tabela 4.5 – Resultado da relação sílica-sesquióxidos e sílica-alumina das misturas ... 71
Tabela 4.6 – Parâmetros e classes obtidos pela metodologia MCT, para J1, J2, E1 e E2 ... 76
Tabela 4.7 - Parâmetros e classes obtidos pela metodologia MCT, para as misturas. ... 76
Lista de Símbolos, Nomenclaturas e Abreviações
AASHTO Americam Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
Af Altura final
Bi Horizonte B incipiente
BR Rodovia Federal
Bt Horizonte B textural Bw Horizonte B latossólico
CEFET-MG Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
EPAMIG Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais ES Especificação de Serviço
FIEMG Federação das Indústrias do Estado de Minas Gerais g/cm3 Gramas por centímetro cúbico
HRB Highway Research Board
IG Índice de Grupo
IP Índice de Plasticidade ISC Índice Suporte Califórnia
ISSME International Society for Small and Medium Enterprises
km Quilômetro
LL Limite de liquidez
LP Limite de plasticidade
MCT Miniatura, Compactado, Tropical
MCV Moisture Condition Value
ME Método de ensaio
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura NBR Norma Brasileira
NUGEO/UFOP Núcleo de Geotecnia da Universidade Federal de Ouro Preto
ºC Graus centígrados
pH Potencial hidrogeniônico Pi Perda de Massa por Imersão
SiBCS Sistema Brasileiro de Classificação de Solos SNV Sistema Nacional de Viação
TRB Transportation Research Board
UFJF Universidade Federal de Juiz de Fora UFOP Universidade Federal de Ouro Preto UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro USCS Unified Soil Classification System
dmax Massa específica seca máxima
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 ... 1
1 INTRODUÇÃO ... 1
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 1
1.2 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS ... 2
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ... 4
CAPÍTULO 2 ... 5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 5
2.1 SOLOS TROPICAIS ... 5
2.1.1 Solos lateríticos ... 5
2.1.2 Solos saprolíticos ... 9
2.1.3 Peculiaridades da constituição mineral dos solos tropicais ... 10
2.2 A TECNOLOGIA MCT ... 13
2.2.1 Compactação Mini-MCV ... 15
2.2.2 Perda de Massa por Imersão (Pi) ... 19
2.3 A CLASSIFICAÇÃO MCT ... 20
2.3.1 As Classes e Grupos da Tecnologia MCT ... 25
2.3.2 Vantagens e desvantagens ... 27
2.4 BASES DE PAVIMENTO ESTABILIZADAS GRANULOMETRICAMENTE ... 28
2.4.1 Critérios tradicionais para estabilização granulométrica e suas limitações . 30 2.4.2 Norma DNIT-ES 141/2010 - Base estabilizada granulometricamente ... 32
2.4.3 Norma DNIT-ES 098/2007 - Base estabilizada granulometricamente com utilização de solo laterítico ... 33
2.5 A DETERMINAÇÃO DA RELAÇÃO SÍLICA-SESQUIÓXIDOS E SÍLICA- ALUMINA EM SOLOS ... 34
2.6 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X ... 34
CAPÍTULO 3 ... 36
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 36
3.1 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES ... 36
3.2.1 Clima e vegetação da região ... 37
3.2.2 Geologia regional ... 38
3.2.3 Características dos solos regionais ... 40
3.3 COLETA DE MATERIAIS ... 40
3.4 MONTAGEM DAS MISTURAS ... 44
3.5 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS ... 48
3.6 IDENTIFICAÇÃO DO CARATER LATERÍTICO ... 48
3.6.1 Determinação da relação sílica-sesquióxidos e sílica-alumina ... 48
3.6.2 Difratometria de raios-X ... 49
3.6.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ... 49
3.6.4 A classificação MCT ... 49
3.7 ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA E DA EXPANSÃO ... 61
CAPÍTULO 4 ... 63
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 63
4.1 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS ... 63
4.2 IDENTIFICAÇÃO DO CARATER LATERÍTICO ... 71
4.2.1 Determinação da relação sílica-sesquióxidos ... 71
4.2.2 Difratometria de raios-X ... 72
4.2.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ... 74
4.2.4 A Classificação MCT ... 76
Grupo das misturas com composição granulométrica enquadrando nas faixas A ou B, para solos lateríticos ... 79
Grupo das misturas com composição granulométrica que não se enquadra em nenhuma faixa ... 79
Grupo das misturas com composição granulométrica enquadrando na faixa tradicional D ... 80
4.3 ANÁLISE DA RESISTÊNCIA MECÂNICA E DA EXPANSÃO ... 81
4.3.1 Grupo das misturas com composição granulométrica enquadrando nas faixas A ou B, para solos lateríticos ... 81
4.3.2 Grupo das misturas com composição granulométrica que não se enquadra em nenhuma faixa ... 82
4.3.3 Grupo das misturas com composição granulométrica enquadrando na faixa tradicional D ... 83
CAPÍTULO 5 ... 84
REFERÊNCIAS ... 90
ANEXO A - RESULTADOS DA CLASSIFICAÇÃO MCT ... 95
ANEXO B - RESULTADOS DA DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X ... 115
ANEXO C - FOTOGRAFIAS DAS MISTURAS MONTADAS ... 117
ANEXO D - FOTOGRAFIAS DOS CP’S DAS MISTURAS APÓS O ROMPIMENTO ... 122
CAPÍTULO
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
No Brasil as rodovias são consideradas um importante fator de desenvolvimento e proporcionam uma infraestrutura indispensável para o bem-estar social e econômico de toda a população. Segundo Menelau (2012), a priorização dos investimentos governamentais para o modal rodoviário, ocorrida após a aprovação do Plano Viário Nacional de 1951, contribuiu para a considerável ampliação das rodovias em comparação com as ferrovias. Vargas (1994) afirma que, com base em pesquisas tecnológicas, entre 1950 e 1980, firmou-se definitivamente a construção mecanizada de estradas de rodagem de tráfego pesado, com a abertura de 100 mil quilômetros de estradas federais, cobrindo praticamente todo o território nacional.
Atualmente, a rede rodoviária federal alcança uma extensão de 120.066,0 km, dos quais 54,0% são pavimentados e 36,4% planejados (incluindo a rede estadual coincidente), e as redes rodoviárias estaduais, alcançam uma extensão de 261.562,8 km, com 45,8% pavimentados, 40,4% não pavimentados e 13,8% planejados. Para a redes municipais, embora os dados fornecidos pelos municípios não sejam exatos, estima-se um total 1.339.126,9 km de rodovias, dos quais apenas 2,0 % são pavimentados (Sistema Nacional de Viação (SNV), 2015) (BRASIL, 2015). Esses números revelam a importância de se buscar soluções que, além de estarem fundamentadas nas modernas técnicas de engenharia, sejam mais econômicas, para a construção e restauração de rodovias.
encontrados nos países de clima temperado, o que torna necessária a adoção de novas metodologias de análise e de execução, para o seu melhor aproveitamento.
Os Solos lateríticos possuem uma fração areia com grãos de quartzo envolvidos por uma película de óxidos de ferro e alumínio, que concede a elevação da massa específica seca máxima dos solos. A fração argila apresenta minerais de baixa atividade coloidal, como a Caulinita e óxidos de ferro e alumínio, como a Goethita, a Gipsita e a Hematita, que conferem aos solos compactados uma baixa ou quase nula expansão e elevadas resistências mecânicas (Nogami e Villibor, 1995).
As limitações dos métodos tradicionais de classificação de solos, baseados na granulometria, limite de liquidez (LL) e limite de plasticidade (LP), em prever esse comportamento peculiar dos solos tropicais lateríticos levaram Nogami e Villibor (1995), a desenvolverem a tecnologia Miniatura, Compactado, Tropical (MCT), que permite a verificação do comportamento laterítico ou não laterítico e dá subsídios à avaliação das propriedades mecânicas e hidráulicas desses solos.
Considerando as características peculiares dos solos tropicais, a norma DNIT 098/2007-ES (BRASIL, 2007), para execução de bases estabilizadas granulometricamente, com utilização de solos lateríticos, criou duas novas faixas granulométricas, A e B, específicas para solos que apresentem o comportamento laterítico. Em síntese, essa norma amplia a tolerância à presença de solos mais finos e promove a elevação dos limites máximos de LL e IP, estabelecidos pelas normas tradicionais.
A citada norma estabelece que a identificação do caráter laterítico ou não laterítico, deverá ser confirmada pela realização de um ensaio de análise química, a relação sílica-sesquióxidos em solos, cujos procedimentos baseiam-se na manipulação de diversos produtos químicos.
1.2 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS
obras rodoviárias. Estes procedimentos, além de trabalhosos, nem sempre são acessíveis. Neste sentido, este trabalho se propõe a avaliar a aplicabilidade da classificação MCT na determinação do caráter laterítico ou não laterítico, visando a sua utilização como um método alternativo àquele exigido pela norma DNIT 098/2007-ES (BRASIL, 2007), pelo fato dessa classificação ter sido concebida inclusive para permitir a identificação da gênese dos solos tropicais e por estar ela baseada na execução de dois ensaios de fácil execução, Compactação Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão, que embora ainda não sejam bem assimilados atualmente, envolvem procedimentos comuns e relativamente acessíveis ao pessoal dos laboratório de obras e de projetos.
O estudo é proposto, a partir um programa experimental de laboratório, com o uso de combinações entre os materiais de duas jazidas de cascalho laterítico, uma jazida de latossolo vermelho-amarelo de textura média e uma jazida de latossolo vermelho de textura argilosa, todos coletados nas proximidades da rodovia BR-251/MG, na região noroeste de Minas-Gerais. As combinações totalizam dezesseis misturas de solos naturais.
A pesquisa objetiva avaliar, especificamente, a aplicabilidade da classificação MCT (com ensaios de compactação Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão), para permitir a identificação do caráter laterítico ou não laterítico de amostras separadas em três grupos distintos: as que não se enquadram em nenhuma das faixas granulométricas indicadas para a execução de bases estabilizadas granulometricamente; as que se enquadram em uma das faixas tradicionais recomendadas pela norma DNIT-ES 141/2010 (BRASIL, 2010); e as que se enquadram em uma das faixas recomendadas para a execução de bases com utilização de solos lateríticos, a norma DNIT-ES 098/2007 (BRASIL, 2007). Os resultados serão comparados àqueles alcançados através da realização do ensaio de determinação da relação sílica-sesquióxidos.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
A presente dissertação foi estruturada em cinco capítulos e quatro anexos. O Capitulo 1 apresenta as considerações iniciais sobre a malha rodoviária brasileira, uma síntese das peculiaridades dos solos tropicais lateríticos e da classificação MCT, os objetivos, a justificativa do trabalho e a sua estrutura organizacional.
O Capitulo 2 apresenta a revisão bibliográfica, destacando os assuntos ligados ao desenvolvimento do trabalho. São abordadas as características dos solos tropicais, lateríticos e saprolíticos e a classificação MCT. É apresentada também uma abordagem geral sobre os coeficientes Kr e Ki, a difratometria de raios-X, e as classificações tradicionais. As normas do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) para execução de bases estabilizadas granulometricamente também são abordadas neste capítulo.
O Capitulo 3 descreve sobre os procedimentos de coleta dos materiais estudados e os métodos experimentais utilizados no desenvolvimento do trabalho.
O Capitulo 4 trata da apresentação e discussão dos resultados obtidos nos estudos experimentais realizados.
CAPÍTULO
2
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 SOLOS TROPICAIS
Os solos tropicais são caracterizados pela apresentação de peculiaridades de comportamento e de propriedades, em relação aos solos não tropicais, em função da ação de processos geológicos e/ou pedogenéticos típicos das regiões quentes e úmidas, conforme destaca o Committee on Tropical Soils (1985) of International Society for Small
and Medium Enterprises (ISSME).
Para Nogami e Villibor (1995), os solos tropicais subdividem-se em duas classes: os solos lateríticos e os solos saprolíticos.
2.1.1 Solos lateríticos
Os solos lateríticos são típicos das regiões tropicais úmidas e bem drenadas, caracterizados por apresentarem horizonte B textural, latossólico ou nítico, (ou concrecionário), segundo a nomeclatura da 3ª edição do Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (SiBCS) elaborado pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA, 2013), que é o sistema taxonômico oficial utilizado no Brasil. São destacadas, a seguir as principais características dos solos lateríticos.
Horizonte B textural- Bt
É um horizonte mineral superficial com textura francoarenosa ou menos fina, em que houve incremento iluvial de argila. A cerosidade, importante atributo para a identificação em campo da maioria dos horizontes B texturais, é constituída por películas de materiais coloidais minerais, de aspecto lustroso e brilho graxo, que preenche os poros e reveste as unidades estruturais dos solos.
de argila de atividade baixa, ou alta conjugada com saturação por bases baixa, ou caráter alítico. Em geral, apresentam incremento do teor de argila do horizonte A para o B e a transição entre os horizontes A e Bt é usualmente clara, abrupta ou gradual (Figura 2.1)
Figura 2-1 - Argissolos
Os Argilssolos são de forte a moderadamente ácidos, com saturação por bases alta ou baixa, predominantemente cauliníticos e com relação molecular Ki, em geral, variando de 1,0 a 3,3. Geralmente, apresentam policromia, que é um atributo importante para distingui-los dos Nitossolos.
Estes materiais compreendem os solos que anteriormente eram classificados como Podzólico Vermelho-Amarelo, e, em pequena parte, de Terra Roxa Estruturada, de Terra Roxa Estruturada Similar, de Terra Bruna Estruturada e Terra Bruna Estruturada Similar, Podzólico Bruno-Acinzentado, Podzólico Vermelho-Escuro, Podzólico Amarelo e Podzólico acinzentado.
Horizonte B latossólico-Bw
ou moderado. A textura varia de francoarenosa a argilosa. Na ordem dos solos com horizonte B latossólico, de comportamento laterítico, situam-se os Latossolos.
Os Latossolos (Figura 2.2) são solos constituídos por material mineral, com horizonte B latossólico imediatamente abaixo de qualquer horizonte diagnóstico, exceto hístico, o qual é caracterizado pela coloração preta, escura ou brunada e pelo elevado teor de matéria orgânica.
Figura 2-2 - Latossolos
Geralmente, ocorrem em regiões fortemente a bem drenadas, embora existam ocorrências em regiões de drenagem moderada e ou mesmo de drenagem imperfeita. São normalmente profundos com espessuras geralmente superiores a 1 m, podendo atingir profundidades superiores a 10 m. As cores vivas, variando desde amarela ou bruno-acinzentadas até vermelho-escuro-bruno-acinzentadas, e a estrutura geralmente granular, são características marcantes. São, em geral, solos fortemente ácidos, com baixa saturação por bases, ou distróficos, ou alumínicos e são típicos das regiões equatoriais e tropicais.
Horizonte B nítico
apresenta cerosidade e/ou superfícies de compressão. Na ordem dos solos com horizonte B nítico, de comportamento laterítico, situam-se os Nitossolos (Figura 2.3).
Figura 2-3 - Nitossolos
Os Nitossolos são constituídos por material mineral, com horizonte B nítico, textura argilosa ou muito argilosa, estrutura em blocos ou prismática, de grau moderado ou forte, geralmente com cerosidade expressiva e/ou superfícies de compressão. São profundos, ocorrem em regiões bem drenadas e têm coloração vermelha ou brunada. Compreendem os solos que anteriormente eram classificados, na maioria, como Terra Roxa Estruturada, Terra Roxa Estruturada Similar, Terra Bruna Estruturada, Terra Bruna Estruturada Similar e alguns Podzólicos Vermelho-Escuros e Podzólicos Vermelho-Amarelos.
Os solos apresentados anteriormente são os solos finos lateríticos existentes nas diversas regiões do Brasil. Entretanto, existem também os solos que possuem um horizonte B concrecionário e apresentam, muitas vezes, uma fração fina de comportamento laterítico. São os Plintossolos Pétricos, muito utilizados em obras de pavimentação nas diversas regiões do nosso país. Apresentamos a seguir as características solos concrecionários,
Horizonte B concrecionário
ferro ou de ferro e alumínio, numa matriz terrosa. Este horizonte compreende os chamados Plintossolos pétricos, (Figura 2.4).
Figura 2-4 - Plintossolo pétrico concrecionário latossólico
Os Plintossolos pétricos concrecionários iniciam-se nos primeiros 40 cm, a partir da superfície e localizam-se geralmente em áreas de boa drenagem. Embora não sejam relacionados entre os solos finos lateríticos, devido a presença de grande porcentagem de concreções, esses solos também podem apresentar o comportamento laterítico. Compreendem os solos que anteriormente eram classificados como Lateritas Hidromórficas, Solos Concrecionários Lateríticos, Solos Concrecionários e Petroplintossolos.
2.1.2 Solos saprolíticos
Figura 2-5 – Horizontes de solo tropical (solo saprolítico no horizonte C). Horizonte A
Horizonte B
Os Solos saprolíticos são aqueles que resultam da decomposição e/ou desagregação in situ da rocha matriz pela ação das intempéries (chuvas, insolação, geladas) e mantém de maneira nítida a estrutura da rocha que lhe deu origem. São genuinamente residuais, pois derivam de uma rocha matriz e as partículas que o constituem permanecem no mesmo ,lugar em que se encontravam no estado pétreo, (Villibor D. F. et al, 2009).
Estes solos estão presentes tipicamente no horizonte C, normalmente são pouco alterados pelos processos de formação e se caracterizam por apresentarem estrutura herdada da rocha de origem, conforme já abordado. Apresentam-se imediatamente abaixo dos horizontes A ou B. São mais heterogêneos e constituídos por uma mineralogia complexa, contendo frequentemente minerais ainda em fase de decomposição.
São designados também de solos residuais jovens, em contraste com os solos superficiais lateríticos que seriam maduros.
2.1.3 Peculiaridades da constituição mineral dos solos tropicais
Segundo Nogami e Villibor (1995), os solos tropicais apresentam algumas peculiaridades, especialmente em termos de constituição mineral, que são sintetizadas a seguir.
Fração areia e pedregulho (solos lateríticos)
De maneira geral, o quartzo, é encontrado na forma predominante nas frações areia e pedregulho, como acontece também nos solos não lateríticos. Entretanto, nos solos lateríticos, são caracterizados pela presença de uma película de óxidos, que emprega aos grãos uma tonalidade forte, variando do roxo-avermelhado ao amarelado.
A presença de magnetita e/ou ilmenita na fração areia, devido à elevada massa específica dos grãos desses minerais, concede a elevação da massa específica seca máxima dos solos. Observa-se também a presença de laterita ou concreção laterítica, na forma de pedregulhos, normalmente associada ao quartzo, a magnetita, a ilmenita e a hematita, com massa específica real consideravelmente maior e resistência mecânica muito menor em relação ao quartzo. A fração areia, em geral, se apresenta envolvida em torrões de argila não totalmente separáveis pelos processos de desagregação.
Fração argila (solos lateríticos)
óxidos anidros de ferro, como a Hematita e a Magnetita, que são responsáveis pelas cores preta e avermelhada.
Segundo Nogami e Villibor (1995), os óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio, apesar de possuírem elevada superfície específica e diminutas dimensões, não são plásticos, ou são pouco plásticos, não são expansivos, possuem capacidade de troca catiônica desprezível, nas condições de pH predominantes nos solos. Além disso, os óxidos de ferro e de alumínio hidratados possuem propriedades cimentantes, desempenhando importante papel na formação de torrões e de concreções lateríticas. A fração argila caracteriza-se também pela presença da caulinita, argilomineral com baixa atividade coloidal.
Ainda, de acordo com os autores, eventualmente, ocorre a presença de substâncias orgânicas na fração argila, na forma de húmus (subproduto da deposição de matérias orgânicas). Apesar da atividade coloidal elevada dessas últimas substâncias, geralmente ocorrem em pequenas quantidades, raramente alterando as propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos lateríticos.
Macrofábrica ou Macroestrutura (solos lateríticos)
Os solos lateríticos geralmente apresentam-se com uma macroestrutura homogênea, em virtude da sua origem pedogenética peculiar. Outra característica para Nogami e Villibor
(1995), é a agregação ou “estruturação”, que confere às argilas e aos solos argilosos
lateríticos, em condições naturais, uma estrututa formada por “torrões”, quase sempre
bem distinguíveis (Figura 2.6).
Cabe ressaltar que, em alguns casos, como nas argilas lateríticas, os agregados podem ser de dimensões muito pequenas, com um aspecto de pó de café. Além disso, nos solos lateríticos arenosos, os torrões normalmente não são percebidos.
Entretanto, para Nogami e Villibor (1995), a mais importante característica, do ponto de vista geotécnico, consiste no fato da permanência da resistência dos solos lateríticos, mesmo após o seu umedecimento, o que confere a esses solos as seguintes características:
manutenção de elevada porosidade aparente e permeabilidade quando, em estado natural, são submetidos ao aumento de umidade;
permanência de torrões de argila na fração areia;
resistência à compressão e ao cisalhamento muito acima das esperadas através da análise dos índices físicos tradicionais. Entretanto é importante destacar a
possibilidade de ocorrência do fenômeno do colapso, “que consiste na diminuição brusca de volume do solo, quando carregado em estado natural não saturado e,
em seguida, imerso em água”.
Misturação fácil, em baixos e altos teores de umidade.
Microfábricas ou microestrutura (solos lateríticos)
Segundo Nogami e Villibor (1995), a microestrutura dos solos lateríticos não é destruída totalmente pelos processos de construção das obras de terraplenagem e pavimentação e permanece pouco alterada mesmo após a realização dos ensaios tradicionais de caracterização de solos. Os grãos constituintes, com dimensões na ordem do micrômetro, não aparecem muito individualizados, mas na maioria das vezes, ligados por uma massa aparentemente amorfa.
Fração areia e pedregulho (solos saprolíticos)
A fração areia e pedregulho dos solos saprolíticos é constituída por grande variedade de materiais, parcialmente intemperizados, com a presença de quartzo, feldspatos e micas. Geralmente os feldspatos apresentam-se com apreciável absorção de água, as micas,
compactado, a diminuição da capacidade de suporte e a redução sensível do módulo de resiliência.” Os pedregulhos são formados por fragmentos de rocha, cujas propriedades
são dependentes da natureza da rocha de origem.
Fração argila (solos saprolíticos)
A fração argila caracteriza-se pela possibilidade de ocorrência, além da caulinita, de minerais mais ativos, como a esmectita e a illita. Os argilominerais e outros materiais presentes não se apresentam recobertos por óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio, como ocorre no caso dos solos lateríticos. Caracteriza-se também, ao contrário dos solos lateríticos, pela ausência de substâncias orgânicas sob a forma de húmus.
Macrofábrica ou Macroestrutura e Microfábrica (solos saprolíticos)
Os solos saprolíticos apresentam macroestrutura herdada da rocha matriz, geralmente não homogênea, e em sua maioria manchada, variegada, xistosa, com listras ou vesículas. De modo geral, as características da macroestrutura influenciam significativamente as propriedades e comportamentos dos solos saprolíticos, tais como as suas propriedades mecânicas e hidráulicas, teor de umidade, facilidade de escavação e espalhamento, etc. Em termos de microestrutura, geralmente possuem a presença de cristais de contorno bem definido.
2.2 A TECNOLOGIA MCT
apropriados, não relacionados demasiadamente às propriedades índices tradicionais, porém mais ligados a propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos compactados.
Então, no início da década de 80, os engenheiros Douglas Fadul Villibor e Job Shuji Nogami , após algumas revisões, desenvolveram uma nova sistemática, que passou a ser denominada tecnologia MCT (M - miniatura; C - compactado; T - tropical) e que inclui também uma nova classificação de solos tropicais.
Esta metodologia foi apresentada em 1981, no Simpósio Brasileiro de Solos Tropicais em Engenharia, realizado pela Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE/UFRJ). Ela baseia-se na realização de um conjunto de ensaios para a avaliação das propriedades mecânicas e hidráulicas dos materiais, tais como a permeabilidade, a infiltrabilidade, a contração por secagem, a capacidade de suporte em condições mais realistas ao ambiente tropical, etc. Em 1985, foi introduzido o procedimento com dimensões subminiatura, com corpos de prova de 26 mm e a determinação do Mini-CBR em campo e recentemente, em 2017, foi proposta a Classificação de Solos Tropicais de Granulação Fina e Grossa, que permite a classificação MCT de solos granulares, MCT-G, (Villibor e Alves, 2017).
A relação dos principais ensaios que integram a tecnologia MCT( Miniatura Compactado Tropical) está apresentada a seguir:
M1, Ensaio de Compactação Mini-Proctor;
M2, Ensaio Mini-CBR e Expansão;
M3, Ensaio de Contração;
M4, Ensaio de Infiltrabilidade e Permeabilidade;
M5, Ensaio de Compactação Mini-MCV;
M6, Ensaio de Penetração da Imprimadura Betuminoso;
M7, Ensaio Mini-CBR de Campo - Procedimento Dinâmico;
M8, Ensaio de Perda de Massa por Imersão;
2.2.1 Compactação Mini-MCV
O ensaio consiste numa adaptação do Moisture Condition Value (MCV), proposto por
Parsons, do Road Research Laboratory, na Inglaterra, em 1976, que utiliza moldes cilíndricos de 100 mm de diâmetro e soquete de seção plena com 7 kg. Uma vista do
equipamento pertencente ao NUGEO é mostr
ad
a na Figura 2.7.Figura 2-7 - Prensa de compactação Mini-MCV (NUGEO)
A execução do ensaio, descrita na norma DNER-ME 258/1994 (BRASIL, 1994a), consiste em aplicar energia variável e crescente ao corpo de prova, com um determinado teor de umidade, até não haver acréscimo significativo de sua densidade, ou ocorrer exsudação. A energia de compactação é aplicada pela queda de um soquete cilíndrico de aço, com altura de queda de 30,5 cm e peso de 2270 g, com sapata de 49,8 mm de diâmetro. Os cilindros metálicos devem ter um diâmetro aproximado de 50 mm e altura de 130 mm.
correspondentes à seguinte série de golpes: 1, 2, 3, 4, 6, 12, 24, 32, 48, 64, 96, 128, 192, 256. O processo será interrompido quando for atendida uma das condições seguintes:
a diferença entre a leitura obtida após 4n golpes e a obtida após n golpes for menor que 2,0 mm;
houver intensa exsudação de água no topo e na base do corpo de prova;
o número de golpes atingir 256.
Estas operações devem ser iniciadas com o corpo de prova de menor teor de umidade e repetidas para os demais corpos de prova com maiores teores de umidade.
Curvas de deformabilidade e o coeficiente c'
Para a determinação do chamado coeficiente c’, inicialmente traçam-se curvas de Mini-MCV, representando no eixo das abcissas o número de golpes e no eixo das ordenadas os valores da diferença de alturas do corpo de prova (an), conforme mostra a Figura 2.8. O valor de an é calculado com base na Equação 2.1.
an = An − A4n (2.1) onde:
an = diferença de altura;
An = leitura obtida após n golpes;
A4n = leitura obtida após 4n golpes.
Para cada corpo de prova, ou teor de umidade, deve ser traçada uma curva, denominada curva de deformabilidade, ou curva de Mini-MCV. Em seguida, toma-se a curva correspondente a um determinado teor de umidade, e determina-se a sua interseção com a reta de equação an = 2,0 mm, que é paralela ao eixo das abcissas. A partir desse ponto, determina-se o seu correspondente número de golpes no eixo das abcissas, que será Bx. O Mini-MCV é definido pela Equação 2.2.
MiniMCV = 10 log Bx (2.2)
onde:
Bx = número de golpes que resulta da interseção da curva Mini-MCV, para a umidade x, com a reta de equação an = 2,0 mm.
O coeficiente c’ é o coeficiente angular (sem sinal) da curva de deformabilidade
correspondente a Mini-MCV =10, obtida geralmente, por procedimentos de interpolação gráfica. O coeficiente c’, corresponde à razão da variação do afundamento pela variação
do Mini-MCV da parte retilínea da curva de deformabilidade.
Segundo Nogami e Villibor (1995), os solos argilosos apresentam coeficiente c’ pouco
Curvas de compactação e o coeficiente d'
Para determinação do coeficiente d’, também integrante da metodologia, calcula-se inicialmente a massa especifica seca do solo compactado, conforme a norma DNER-ME 258/1994 (BRASIL, 1994a) e traça-se a família de curvas de compactação, representando no eixo das abcissas os teores de umidade e no eixo das ordenadas os valores de massa especifica seca. Em seguida unem-se os pontos de mesmo número de golpes.
O coeficiente d’ é a inclinação da reta correspondente ao ramo seco da curva de
compactação, para um número de golpes igual a 12, nas adjacências do ponto de massa especifica seca máxima. A Figura 2.9 mostra a família de curvas de compactação, onde o
coeficiente d’ aparece tracejado em vermelho.
Figura 2-9 – Exemplo de curvas de compactação
Para Nogami e Villibor (1995), as areias argilosas apresentam curvas de compactação com picos bem acentuados e ramo seco retilíneo, com inclinação que cresce sensivelmente no caso da fração argilosa ser de natureza laterítica. As argilas lateríticas apresentam o mesmo comportamento, porém com inclinação menos acentuada.
Os siltes e areias pouco ou não coesivas apresentam picos pouco definidos e
2.2.2 Perda de Massa por Imersão (Pi)
Após a compactação dos corpos de prova segundo a tecnologia MCT, utiliza-se a alavanca de extração da prensa para deslocar o corpo de prova, de modo que ele fique com uma saliência de 10 mm. Transfere-se em seguida o cilindro para uma cuba, na qual foi colocada uma cápsula, responsável pela coleta do solo desagregado. O procedimento seguinte ao enchimento da cuba com água, consiste em deixar o cilindro submerso por cerca de 20 horas. Em seguida, retira-se a cápsula com o material desagregado do corpo de prova e leva-se para secagem em estufa. Este valor é a massa do solo seco, da porção desprendida, representada por (Md).A Perda de Massa por Imersão de cada corpo de prova é dada pela Equação 2.3. Pi poderá ter o cálculo simplificado pelo uso da Equação 2.4.
Pi = Md x 100Mo (2.3)
onde:
Pi = Perda de Massa por imersão, expressa em porcentagem;
Md = Massa do solo seco, em estufa, da porção desprendida do solo;
Mo = Massa de solo correspondente a 10 mm do corpo de prova, logo após a compactação.
Pi = 10 x Md xMsA (2.4)
onde:
A = altura inicial do corpo de prova;
Ms = Massa seca do corpo de prova, que é determinada pela seguinte expressão:
(MS= (100*Mu) / (100* Hc), (2.5)
onde;
Hc= Teor de umidade de compactação
Após o cálculo da Perda de Massa de cada corpo de prova, calcula-se o valor de Pi a ser utilizado na classificação, através da construção do gráfico Pi x Mini-MCV. Neste gráfico, procura-se o valor de Mini-MCV igual a 15 para os solos de alta massa específica, ou igual a 10 para os solos de baixa massa específica, de acordo com o seguinte critério:
traça-se o gráfico Mini-MCV x Af (altura final do corpo de prova);
procura-se o Mini-MCV = 10, no eixo das abscissas e determina-se o valor correspondente de Af, no eixo das ordenadas;
se Af < 48 mm, o solo será considerado de alta massa específica;
se Af ≥ 48 mm, o solo será considerado de baixa massa específica.
Cálculo do coeficiente e’
Após a determinação de Pi, podemos calcular o valor de e’, por meio da Equação 2.6.
e′ = √𝑃𝑖
100 20
𝑑′
3
(2.6)
2.3 A CLASSIFICAÇÃO MCT
As limitações dos métodos tradicionais de classificação de solos, baseados na granulometria, LL e LP, em prever o comportamento peculiar dos solos tropicais e a comprovação do excelente desempenho de alguns trechos experimentais, executados com bases de solos arenosos finos lateríticos, levaram Nogami e Villibor, a desenvolverem a tecnologia MCT, baseada nas propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos tropicais compactados. Segundo Nogami e Villibor (1995), a possibilidade de uma classificação geotécnica de solos tropicais, através da determinação de parâmetros ligados à compactação e utilizando equipamento miniatura, surgiu através da adaptação do procedimento de compactação desenvolvido por Parsons, do Transport and Road
Parsons utilizou o ensaio de compactação MCV para fins classificatórios, com moldes cilíndricos de 100 mm e soquete de seção plena de 7 kg (Parsons, 1976). Entretanto, alguns coeficientes (a e b) por ele concebidos, não distinguiam os solos lateríticos dos
solos saprolíticos, levando Nogami e Villibor a sugerirem outros coeficientes (c’, d’, Pi e e’), determinados através da realização dos ensaios de Compactação Mini-MCV e de Perda de Massa por Imersão.
Segundo Villibor et al. (2009), essa classificação possibilitou a verificação do
comportamento laterítico, ou não laterítico dos solos, e fornece subsídios necessários para avaliação das propriedades mecânicas e hídricas dos solos típicos dos climas tropicais úmidos.
Coeficiente c’
Para Nogami e Villibor (1995), o coeficiente c’, que pode variar de zero (solos arenosos) a 2,84 (solos argilosos), está relacionado com a granulometria dos solos da seguinte forma:
valores elevados de c’, acima de 1,5, são característicos dos solos argilosos;
valores baixos, inferiores a 1,0, identificam as areias e os siltes não plásticos ou com pouca coesão;
valores entre 1,0 e 1,5, agrupam as areias siltosas e areias argilosas, argilas arenosas, argilas siltosas, etc.;
o valor de c’ varia pouco para as argilas e siltes e varia muito para as areias;
existe uma razoável correlação entre o valor de c’ e o limite de liquidez.
Este parâmetro , dentro da metodologia, é obtido a partir das curvas de deformabilidade extraídas do ensaio Mini-MCV. Em geral, nas argilas as curvas de deformabilidade são bastante inclinadas e quase relitílineas e nas areias, elas são retas quase horizontais. As argilas arenosas, as areias argilosas e os siltes mostram condições intermediárias (Marson, 2004).
De acordo com Marson (2004), o parâmetro c’ é fundamental para a classificação do solo,
com a coesão, expressa por um deformabilidade, traduzindo o efeito da granulometria e da coesão do solo observado na compactação e não a distribuição granulométrica propriamente dita (determinada em ensaio granulométrico por peneiramento e sedimentação).
Coeficiente d’
Segundo Nogami e Villibor (1995), as experiências realizadas permitem estabelecer as
seguintes correlações para o coeficiente d’:
os solos argilosos de comportamento laterítico geralmente apresentam valores de
d’ superiores a 20;
os solos argilosos de comportamento não laterítico geralmente apresentam valores
de d’ inferiores a 10;
as areias puras apresentam baixos valores de d’;
as areias finas argilosas, apresentam valores elevados de d’, podendo ultrapassar a 100;
os solos saprolíticos siltosos, apresentam baixos valores de d’, geralmente
inferiores a 5.
Segundo Nogami e Villibor (1995), o coeficiente d’ é um indicativo do comportamento
laterítico do solo. Os solos de comportamento laterítico apresentam microestrutura em
forma de “pipoca” que facilitam um ganho elevado de densificação, no ramo seco da
curva de compactação, se comparado com solos que não são de comportamento laterítico
Marson (2004) destaca a não adequação do parâmetro d’ para a classificação genética dos solos, uma vez que ele não se correlaciona com a granulometria e é pouco sensível ao caráter genético dos solos. A autora aborda a dificuldade de obtenção para alguns casos, podendo gerar dúvidas e até erros na classificação dos solos.
Índice e’
O índice e’ foi concebido inicialmente objetivando expressar o comportamento laterítico
o comportamento laterítico começa a se manifestar quando d > 20 e Pi < 100, o que
permitiu o estabelecimento da linha horizontal correspondente a e’ = 1,15, separando os solos L dos solos N. Para solos pobres em finos a transição ocorre para valores mais elevados de Pi, levando os mesmos autores a estabelecer a linha horizontal secundária
mais acima, com e’ = 1,4.
Cabe ressaltar, entretanto, que os autores informam que “para certos solos, a linha horizontal principal apresenta, na realidade, uma pequena inclinação, que não foi
possível se calcular com suficiente precisão” (Nogami e Villibor, 1995), ou seja, podem ocorrer casos em que o comportamento laterítico se manifeste para valores de e’ > 1,15.
Índice Pi
O índice é obtido a partir do ensaio de Perda de Massa por Imersão, desenvolvido com o objetivo de distinguir os solos tropicais lateríticos dos solos não lateríticos. Segundo Villibor e Nogami (2009), os valores de Pi dos solos lateríticos apresentam um decréscimo nítido, após o teor de umidade correspondente ao Mini-MCV = 10. Nas argilas e argilas arenosas lateríticas, geralmente o Pi próximo ao Mini-MCV = 10 é muito baixa ou igual a zero. Para valores decrescentes de Mini-MCV o valor tende a crescer.
Nas areias argilosas lateríticas a tendência é similar, mas os menores valores de Pi ocorrem para maiores valores de Mini-MCV, geralmente próximos de Mini-MCV = 15. Argilas saprolíticas apresentam Pi na faixa intermediária, próximo de 100 e as areias saprolíticas valores difíceis de serem previstos, pois podem ser altos ou baixos.
Ábaco de classificação
Para a conclusão da Classificação MCT do solo ensaiado, por exemplo, com os valores
de c’=1,33 e e’ = 0,77, esses valores devem ser lançados no Gráfico Classificatório. A
determinação da classificação do solo se dá pela localização, no ábaco, do ponto
correspondente aos valores de c’ e de e’. A Figura 2.10 apresenta o ábaco empregado para
Figura 2-10 - Gráfico c’ versuse’ - Classificação MCT (Nogami e Villibor, 1995).
Entretanto, de acordo com Marangon (2004) e Santos (1998), quando o ponto cai próximo do limite das classes L e N, prevalece o seguinte critério, que foi adotado na presente pesquisa, e que adota o conceito de solos transicionais:
será considerado “L”, quando o Pi decrescer sensivelmente tendendo a zero, no intervalo de Mini-MCV de 10 a 20 e a curva Mini-MCV x w (teor de umidade) apresenta concavidade voltada para cima, no intervalo Mini-MCV de 1 a 15;
será considerado “N”, quando o Pi variar de maneira diferente e a referida curva apresentar-se sensivelmente retilínea ou com concavidade voltada para baixo;
será considerado transicional, quando as condições não corresponderem às acima citadas. Neste caso será representado pelos símbolos dos dois grupos.
Ponto cai longe dos limites porém não satisfaz as condições descritas para a
identificação do comportamento “L” ou “N”. A interpretação dos grupos da
classificação pode ficar prejudicada.
Vertamatti (1988), ao estudar os solos tropicais da Amazônia, analisou o enquadramento
no grupo NG’ existiam tanto os solos argilosos quanto os silto-argilo arenosos finos,
localizados na transição NS’ – NG’. Segundo Vertamatti (1988), foi identificada uma nova faixa, flutuando de ±3 em torno de c’ = 1,5, que representava melhor o
comportamento de grupos transitórios (NS’ G’ e LA’G’), com presença acentuada da fração areia fina.
Marangon (2004) registra que o trabalho de Vertamatti (1988), utilizando bases classificatórias MCT e resiliente, propôs a estruturação de novos grupos classificatórios, constituindo na classificação MCT-M (versão modificada). Ressalta ainda que, a
estruturação de novos grupos contemplou os “solos transicionais”, como um novo padrão
de comportamento tecnológico.
Para Marson (2004), a denominação (Solos Transicionais) foi introduzida por Vertamatti (1988), para designar solos transportados, geralmente coluvionares, ou ainda não muito afetados pelos processos pedogenéticos estudados.
Segundo Castro (2002), “Vertamatti (1988) utilizou-se da classificação MCT e da classificação resiliente, proposta por Preussler e Pinto (1981), para sugerir modificação
no ábaco MCT.” (BRASIL, 2006) (Preussler at al. 1981).
Para Castro (2002), o trabalho de Vertamatti (1988) destaca que “ embora a classificação MCT não esteja vinculada em essência à granulometria ponderada, a partir de
observações desta característica dos solos ensaiados, a proposta de uma nova faixa de ábaco, em que o valor de c’ varia de 1,2 a 1,8, representa melhor grupos transitórios (NS’G’ e LA’G’) caracterizados pela presença marcante da fração areia fina.”
Para Marson (2004), eles solos são geralmente associados a formações sedimentares e apresentam características que variam de acordo com o grau de laterização. Quanto mais evoluídos geneticamente melhor o comportamento esperado, mas em geral, eles necessitam de estudos apropriados, para serem utilizados em camadas de pavimentos.
2.3.1 As Classes e Grupos da Tecnologia MCT
Classe L - Comportamento laterítico
São aqueles que, do ponto de vista pedológico, com base no SiBCS - Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA, 2013), possuem horizonte B do tipo textural, latossólico ou nítico (ou concrecionário), e podem ser classificados como Argissolos, Latossolos ou Nitossolos ( ou Plintossolos Pétricos).
O horizonte B, geralmente, caracteriza-se por apresentar cores vivas, variando do roxo-avermelhado ao amarelo, grande espessura, grãos finos com intensa agregação e pouca variação das propriedades ao longo da espessura.
Classe N - Comportamento não laterítico
São os solos saprolíticos, que apresentam características dependentes da rocha mãe e do estado de decomposição, e os solos superficiais de comportamento não laterítico, que normalmente são pouco frequentes.
Grupo NA (Areias não lateríticas)
São as areias, siltes e misturas de areia e silte, com grãos de quartzo e/ou mica. As variedades micáceas da areia geralmente apresentam alta expansão, média ou baixa capacidade de suporte e são muito erodíveis.
Grupo NA’ ( Não laterítico, arenoso)
São as misturas de areias quartzosas com finos passando na peneira de 0,075 mm, não lateríticas. Geralmente são provenientes do horizonte saprolítico, de rochas ricas em quartzo, tais como granitos, gnaisses, arenitos e quartzitos. Se a areia for bem graduada e os finos atenderem às especificações tradicionais, podem apresentar propriedades adequadas para uso em pavimentação.
Grupo NS’ ( Não laterítico, siltoso)
Grupo NG’ ( Não laterítico, argiloso)
Compreende os solos saprolíticos argilosos, derivados de rochas sedimentares argilosas, tais como folhelos, argilitos e siltitos, ou de rochas cristalinas pobres em quartzo e ricas em anfobólios e piroxênios. Pertencem a este grupo os vertissolos (massapê). Quando compactados apresentam as características das argilas, plásticas e expansivas.
Grupo LA ( Areias lateríticas)
São as areias com poucos finos de comportamento laterítico, conhecidos pedologicamente como Neossolos quartzarênicos, SIBCs-Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, (EMBRAPA, 2013). Apresentam baixa porcentagem de finos lateríticos, elevada capacidade de suporte e módulos de resiliência relativamente altos, mas podem ser muito permeáveis, pouco coesivos e pouco contrateis, quando compactados, características essas pouco desejáveis para bases em regiões tropicais.
Grupo LA’ (Laterítico, arenoso)
São arenosos e podem ser classificados como Latossolos de textura arenosa ou Argissolos de textura arenosa. Dão cortes firmes, não ou pouco erodíveis, nitidamente trincados quando expostos à intempéries. Apresentam alta capacidade de suporte, elevado módulo de resiliência e baixa expansibilidade, permitindo seu uso em bases de pavimentos.
Grupo LG’ (Laterítico, argiloso)
São as argilas e argilas arenosas que podem ser classificados como Nitossolos, Latossolos de textura argilosa ou Argissolos de textura argilosa. Quando possuem quantidade
relativamente alta de areia, podem apresentar propriedades semelhantes à do grupo LA’.
São pouco erodíveis e marcantemente colapsíveis.
2.3.2 Vantagens e desvantagens
a classificação distingue os diferentes tipos genéticos de solos tropicais, sem a necessidade do uso de considerações geológicas, geoquímicas, pedológicas, etc.;
a classificação caracteriza os solos para finalidade viária de maneira abrangente;
a classificação pode orientar sondagens e amostragens, pois o fato de um solo pertencer a um determinado grupo MCT quase sempre significa uma origem
geológica específica.
a classificação é baseada em ensaios de laboratório, que representam as condições a que os solos são submetidos quando aplicados em obras viárias;
os ensaios apresentam custos relativamente mais baixos do que os tradicionais.
Em relação às limitações, Marson (2004) destaca que do ponto de vista operacional, a metodologia é mais trabalhosa, quando comparada aos métodos tradicionais, pois exige uma quantidade grande de medições, cálculos e gráficos para obtenção dos parâmetros classificatórios. O procedimento exige a necessidade mínima de dois dias. O ensaio de Perda de Massa por Imersão (Pi) demanda um tempo de 48 horas, enquanto do ensaio de compactação tipo Mini-MCV necessita, em média, de 24 horas. Na sua pesquisa, Marson (2004) aborda uma análise crítica da metodologia e propõe reduções de tempo de ensaio, sem prejuízos aos resultados. A confiabilidade do sistema classificatório também é destacada no trabalho.
2.4 BASES DE PAVIMENTO ESTABILIZADAS GRANULOMETRICAMENTE
Segundo o Manual de Pavimentação, elaborado pelo DNIT (BRASIL, 2006), o pavimento é uma estrutura constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas, assentes sobre um terreno de fundação, ou subleito, o qual teoricamente é considerado de espessura infinita. As camadas do pavimento são denominadas reforço do subleito, sub-base, base e revestimento.
A estabilização de um solo, conforme já destacava Vargas (1978), é um processo que consiste em conferir ao mesmo uma maior resistência estável, por meio de compactação e correção de sua granulometria e plasticidade ou através de adição de substâncias que promovam a cimentação ou aglutinação dos grãos.
Estabilizar um solo consiste na utilização de processos tecnológicos que modifiquem alguns de seus parâmetros de engenharia, de modo a atender a demandas técnicas específicas. São destacadas diversas técnicas de estabilização, quais sejam: mecânica, química, térmica e elétrica. Entre os principais métodos de estabilização de solos temos a compactação, a correção granulométrica e a adição de estabilizantes químicos; estes podem ser usados individualmente ou em conjunto. Quando a estabilização de um solo é realizada exclusivamente por meio compactação, associada à correção da granulometria
e da plasticidade ( se necessárias), ela é chamada de ‘estabilização granulométrica’.
Pela definição de Vogt (1971), a estabilização é todo método que visa aumentar, de maneira durável, durante todas as estações do ano, a resistência de um material aos esforços desenvolvidos pelo tráfego e aos efeitos destruidores exercidos pelas intempéries.
A estabilização de um solo pode ser definida como sendo a alteração de qualquer uma de suas propriedades, de forma a melhorar seu comportamento sob o ponto de vista da engenharia. Consiste em um tratamento artificial, por um processo físico, químico ou físico-químico, tornando o solo estável para os limites de sua utilização, e ainda fazendo com que a estabilização permaneça sob a ação de cargas exteriores e também sob ações climáticas variáveis (Vizcarra, 2010).
Segundo Santos (1998), os critérios tradicionais exigem que um solo estabilizado granulometricamente apresente uma elevada densidade, onde grande parte dos vazios formados entre os grãos maiores são preenchidos pelos grãos menores, o que assegura grande número de contatos granulares, implicando no aumento da resistência à deformação e da resistência à ruptura por cisalhamento.
Tomando como base os solos-agregados finos, formados por partículas inferiores a 2,0 mm, Santanna (1998) estudou a variação das propriedades mecânicas em função das características da fração retida na peneira de 0,075 mm. A autora verificou que tanto a forma quanto o teor da fração retida na peneira de 0,075 mm, influenciam na massa específica seca e na resistência mecânica dessas misturas de granulometria fina.
Em geral, as pesquisas com os solos-agregados finos indicam que a resistência mecânica aumenta com o aumento do teor da fração mais grossa, retida na peneira de 0,075 mm, até um certo limite, a partir do qual ela passa a decrescer, em função da insuficiência de finos para o preenchimento dos vazios existentes entre os grãos da fração mais grossa. As partículas mais grossas, com formas mais angulares e rugosas, permitem a obtenção de maiores resistências mecânicas (Santanna, 1998).
Segundo Santos (1998), que estudou material de bases e sub-bases de solo laterítico “in natura”, com agregados de granulação grossa, a densidade e o ISC crescem com o
aumento do diâmetro máximo do agregado, enquanto há um decréscimo do teor ótimo de finos.
2.4.1 Critérios tradicionais para estabilização granulométrica e suas limitações
De maneira geral, a escolha de materiais para bases é feita tradicionalmente procurando situar o material numa das diversas faixas granulométricas sugeridas pela literatura técnica ou por uma determinada especificação técnica, tais como as normas da AASHTO, ASTM, DNIT, etc. Todas essas especificações recomendam que as misturas obedeçam, em parte ou integralmente, aos seguintes requisitos:
granulometria;
