UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES
ILANIA MARIA NASCIMENTO MASCARENHAS
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DE SOLOS NA REGIÃO METROPOLITANA DO CARIRI/CE PARA USO EM PAVIMENTAÇÃO
FORTALEZA 2016
ILANIA MARIA NASCIMENTO MASCARENHAS
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DE SOLOS NA REGIÃO METROPOLITANA DO CARIRI/CE PARA USO EM PAVIMENTAÇÃO
Dissertação submetida à coordenação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes da Universidade Federal do Ceará, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Transportes. Área de Concentração: Infraestrutura de Transporte.
Orientadora: Profa. Dra. Suelly Helena de Araújo Barroso.
FORTALEZA 2016
Biblioteca Universitária
Gerada automaticamente pelo módulo Catalog, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
M361 Mascarenhas, Ilania.
Caracterização geotécnica de solos na região metropolitana do Cariri/CE para uso em pavimentação / Ilania Mascarenhas. – 2016.
149 f. : il. color.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes, Fortaleza, 2016.
Orientação: Profa. Dra. Suelly Helena de Araújo Barroso.
1. Pavimentação. 2. Classificação AASHTO. 3. Classificação MCT. 4. Solos. 5. Região Metropolitana do Cariri (RMC). I. Título.
ILANIA MARIA NASCIMENTO MASCARENHAS
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DE SOLOS NA REGIÃO METROPOLITANA DO CARIRI/CE PARA USO EM PAVIMENTAÇÃO
Dissertação submetida à coordenação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes da Universidade Federal do Ceará, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Transportes. Área de Concentração: Infraestrutura de Transporte.
Orientadora: Profa. Dra. Suelly Helena de Araújo Barroso.
Aprovada em 31/10/2016
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________________________ Profa. Suelly Helena de Araújo Barroso, D. Eng
(Orientadora)
_____________________________________________________ Prof. Carlos Augusto Uchôa da Silva, D. Eng
(Examinador Interno)
____________________________________________________ Profa. Lêda Christiane de Figueirêdo Lopes Lucena, D. Sc.
A Deus.
Aos meus pais, Cícero e Fátima.
Às minhas tias, Goretti, Lucélia, Vera e Verônica.
Aos meus irmãos, Cicinho e Isídio. À Herbene Nascimento Pereira.
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida, por ter me propiciado uma família e amigos maravilhosos.
À professora Suelly Helena de Araújo Barroso, pela orientação, todos os ensinamentos, por ter me dado a oportunidade de vim para o LMP concluir minha graduação e por tuda sua amizade e dedicação.
À professora Lilian Medeiros Gondim por ter acreditado e apostado em mim e por sua amizade. Ao seu marido Boris por toda ajuda prestada em todos os momentos e por sua amizade.
Ao Antonio Júnior Alves Ribeiro, pela ajuda na confecção dos mapas e por todas as suas colaborações que enriqueceram este trabalho.
Ao meu amigo Robson por toda ajuda na coleta de solos e por todas as instruções para os ensaios de caracterização dos solos.
Ao pessoal do laboratório de solos do DET, em especial a Roberto, Ciroca e Anselmo por toda disponibilidade em utilizar o laboratório e por toda ajuda a mim prestada. Ao Anselmo por ter me acompanhado nos ensaios de mini-MCV e por se disponibilizar vários finais de semana para me ajudar.
À Annie e Zacarias por todo apoio administrativo e operacional que sempre me prestaram.
A todos do grupo de Solos do LMP, pelo incentivo e pela troca enriquecedora de conhecimento.
Agradeço aos professores do PETRAN/UFC que contribuíram para minha formação acadêmica e profissional durante esse curso.
Ao Edson Radnai, por sua total disposição em disponibilizar a Asfaltos Nordeste para realização do ensaio de adsorção de azul de metileno. Ao Erivan e a Edilane pela colaboração, paciência e ensinamentos na execução do ensaio.
Ao Professor Sasaki, Valéria e todos os bolsista do Laboratório de Raios X, pela realização dos ensaios de difratometria e fluorescência de Raios X e por todo conhecimento prestado.
Aos professores examinadores, Uchôa e Lêda, por terem participado da banca examinadora e pela vasta contribuição no trabalho.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
Aos meus pais Cícero e Fátima pelo amor, carinho, pelas dificuldades que vocês enfrentaram para que eu e meus irmãos tivéssemos sempre educação de qualidade, pela paciência, compreensão e pelos exemplos de vida que vocês são. Amo vocês.
Aos meus irmãos Cicinho e Isídio pela amizade, pelo companheirismo, pelos apoios, pelas brigas, pelo carinho.
Às minhas tias Goretti, Lucélia, Vera e Verônica pelo amor incondicional que vocês me deram ao longo da minha vida.
Aos meus avós maternos (in memorian) e paternos por todos os ensinamentos que me deram e pelos finais de semana maravilhosos que vivi com vocês.
Aos meus padrinhos Darci e Edmilson pelos ensinamentos e pela torcida sempre presente.
À Herbene Nascimento Pereira por sua amizade, apoio ao longo desses anos e todo seu amor.
Aos meus verdadeiros amigos, por todos os momentos maravilhosos que me proporcionaram ao longo da minha vida.
“Não viva para que sua presença seja notada,
mas para que a sua falta seja sentida”
RESUMO
Este estudo busca fazer um levantamento e caracterização dos tipos de solos existentes na Região Metropolitana do Cariri (RMC), localizada no sul do estado do Ceará, para fins de pavimentação. Para tanto, em uma primeira etapa, foram obtidos dados geomorfológicos da região e posteriormente criados mapas temáticos das características biofísicas tais como: clima, relevo, hidrografia, vegetação, geologia, pedologia, além da malha rodoviária pavimentada da área de estudo. Na segunda etapa da pesquisa, foram coletados solos que foram classificados pela classificação americana da AASHTO (American Association of State
Highway and Transportation Officials) e pela classificação brasileira MCT (Miniatura,
Compactado, Tropical). Os solos coletados também foram submetidos aos ensaios químicos, físicos e mecânicos para que fossem conhecidas as suas propriedades tecnológicas. De acordo com a classificação da AASHTO foi possível perceber que a previsão do comportamento dos solos é ruim para uso em pavimentação. Entretanto, os resultados dos valores de CBR variaram de 24% a 40%, contradizendo o que se esperaria das amostras após o uso da classificação americana de solos. A classificação MCT também não se adequou aos solos, pois os mesmos se situaram numa zona de transição entre solos de comportamento laterítico e não laterítico. Quando observados os demais ensaios, os solos apresentaram características típicas de solos de comportamento laterítico com baixa atividade da fração argila e presença de óxidos de ferro e alumínio. Os resultados do Módulo de Resiliência corroboraram com a expectativa de solos de qualidades melhores e indicaram que o modelo composto para essas amostras não foi o que melhor representou os materiais. Por fim, foram dimensionados vários pavimentos tendo como base os solos estudados e todos apresentaram possibilidade de aplicação em camadas granulares dos pavimentos para várias solicitações de tráfego. Conclui-se que os solos da RMC precisam ser melhores caracterizados para serem aplicados na área de pavimentação.
Palavras-chave: Pavimentação, Classificação AASHTO, Classificação MCT, Solos e Região Metropolitana do Cariri (RMC).
ABSTRACT
This work seeks to survey and characterization of the types of soil in the Metropolitan Region of Cariri (RMC), located in the southern state of Ceará, for paving purposes. Therefore, in a first stage, were obtained geomorphological data of the region and later created thematic maps of biophysical characteristics such as climate, topography, hydrography, vegetation, geology, soil science, beyond the paved road network of the study area. In the second stage of the research, soils were collected which were classified by the American classification of AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) and Brazilian MCT classification (Miniature, Compacted, Tropical). The collected soils were submitted to chemical, physical and mechanical tests that were known their technological properties. According to the classification of AASHTO was revealed that soil behavior forecast is bad for use in flooring. However, the results of the CBR ranged from 24% to 40%, contradicting what one would expect the use of the samples after the American soil classification. MCT classification also not adapted to the soils which stood in a transition zone between lateritic and non lateritic soils. When observing the other tests, the soil showed typical characteristics of lateritic soils with behavior such as low activity of the clay fraction and the presence of iron and aluminum oxides. The Resilience Module results corroborate the expectation of soils with good strength and indicated that the composite model for these samples was not what best represented the materials. Finally, they were scaled several floors based on the soils and all showed good support for multiple traffic requests. It is concluded that the MRC soils need to be better characterized to be applied in pavements.
Keywords: Flooring, Classification AASHTO, MCT Classification, Soils and Metropolitan Region Cariri (RMC).
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fluxograma da metodologia resumida. ... 27
Figura 2 - Esquema de sondagem para prospecção preliminar de materiais. ... 29
Figura 3 - Mapeamento geotécnico de Caucaia... 32
Figura 4 - Mapa de comportamento do subleito da RMF conforme a classificação AASHTO. ... 33
Figura 5 - Ábaco de plasticidade. ... 36
Figura 6 - Classificação MCT. ... 43
Figura 7 - Ábaco de classificação MCT-M. ... 43
Figura 8 - Localização da RMC no estado do Ceará e no Brasil. ... 48
Figura 9 - Mapa da Região Metropolitana do Cariri (RMC). ... 49
Figura 10 - Malha rodoviária pavimentada da RMC. ... 51
Figura 11 - Mapa do clima da RMC. ... 53
Figura 12 - Mapa do relevo da RMC. ... 54
Figura 13 - Bacias hidrográficas do Ceará. ... 56
Figura 14 - Mapa da hidrografia da RMC. ... 57
Figura 15 - Mapa da vegetação da RMC. ... 60
Figura 16 - Mapa geológico da RMC. ... 62
Figura 17 - Mapa pedológico da RMC. ... 64
Figura 18 - Aspecto visual dos solos coletados para estudo... 71
Figura 19 - Clima da RMC com os pontos de coleta dos solos. ... 72
Figura 20 - Relevo da RMC com os pontos de coleta dos solos. ... 72
Figura 21 - Vegetação da RMC com os pontos de coleta dos solos. ... 73
Figura 22 - Geologia da RMC com os pontos de coleta dos solos. ... 73
Figura 23 - Pedologia da RMC com os pontos de coleta dos solos. ... 74
Figura 24 - Fluxograma detalhado do programa experimental. ... 76
Figura 25 - Deformações sofridas pela amostra submetida ao ensaio triaxial de carga repetida. ... 78
Figura 26 - Equipamentos para execução do ensaio de adsorção de azul de metileno, pelo método da mancha. ... 83
Figura 27 - Exemplos do teste da mancha de azul de metileno. ... 85
Figura 28 - Ábaco para caracterização do grau de atividade da fração argila dos solos. ... 86
Figura 30 - Difratômetro de Raios X Rigaku (DMAXB). ... 87
Figura 31 - ZSXMini II – Rigaku. ... 88
Figura 32 - Execução do ensaio de MEV. ... 90
Figura 33 - Microscópio de mesa TM 3000 HITACHI e EDS do tipo SwiftED3000. ... 91
Figura 34 - Imagens microscópicas de solos que apresentam comportamento laterítico. ... 92
Figura 35 - Imagens microscópicas de solos que apresentam comportamento não laterítico. . 93
Figura 36 - Curvas granulométricas dos solos coletados. ... 97
Figura 37 - Curvas granulométricas dos solos com a Faixa F do DNIT. ... 99
Figura 38 - Curvas granulométricas dos solos com a Faixa A da metodologia MCT. ... 100
Figura 39 - Curva granulométrica de JN com a Faixa A da metodologia MCT. ... 100
Figura 40 - Curvas granulométricas dos solos com a Faixa B da metodologia MCT. ... 101
Figura 41 - Curvas granulométricas dos solos com a Faixa C da metodologia MCT. ... 101
Figura 42 - Resultados de LL e IP para as amostras coletadas com inclusão dos limites máximos especificados em norma. ... 103
Figura 43 - Resultados do ensaio de compactação Proctor para as amostras coletadas. ... 104
Figura 44 - Resultados dos valores de CBR para os solos coletados. ... 106
Figura 45 - Correlações dos modelos para os solos estudados. ... 109
Figura 46 - Modelo 4 para o módulo resiliente da amostra B. ... 111
Figura 47 - Modelo 4 para o módulo resiliente da amostra Cr. ... 111
Figura 48 - Modelo 4 para o módulo resiliente da amostra FB. ... 112
Figura 49 - Modelo 8 para o módulo resiliente da amostra J. ... 112
Figura 50 - Modelo 4 para o módulo resiliente da amostra JN. ... 113
Figura 51 - Modelo 4 para o módulo resiliente da amostra MV. ... 113
Figura 52 - Modelo 4 para o módulo resiliente da amostra NO. ... 114
Figura 53 - Modelo 8 para o módulo resiliente da amostra SC. ... 114
Figura 54 - Comparativo de MR. ... 116
Figura 55 - Ábaco da classificação MCT com as amostras ensaiadas. ... 117
Figura 56 - Ábaco da classificação MCT-M com os solos estudados. ... 118
Figura 57 - Ábaco de adsorção de azul de metileno com amostras ensaiadas. ... 119
Figura 58 - Difratograma da amostra B. ... 120
Figura 59 - Difratograma da amostra Cr. ... 121
Figura 60 - Difratograma da amostra FB... 121
Figura 61 - Difratograma da amostra J. ... 122
Figura 63 - Difratograma da amostra MV. ... 123
Figura 64 - Difratograma da amostra NO. ... 123
Figura 65 - Difratograma da amostra SC... 124
Figura 66 - Imagens microscópicas dos solos estudados. ... 126
Figura 67 - Modelos constitutivos do comportamento resiliente de materiais de pavimentação utilizados no SisPav. ... 134
Figura 68 - Mapa de Geologia da RMC com os Resultados Finais dos Ensaios. ... 139
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Volumes de materiais para cada quilômetro de pavimento de estrada... 30
Tabela 2 - Classificação de solos conforme a SUCS... 35
Tabela 3 - Classificação da AASHTO. ... 38
Tabela 4 - Emprego de solos integrantes da MCT. ... 42
Tabela 5 - Resumo das fontes dos dados obtidos. ... 49
Tabela 6 - Dados de população da RMC. ... 50
Tabela 7 - PIB das cidades da RMC e sua relevância em relação ao estado do Ceará. ... 52
Tabela 8 - Ocorrência do clima na RMC. ... 52
Tabela 9 - Ocorrência do relevo na RMC. ... 54
Tabela 10 - Capacidade dos reservatórios da RMC. ... 57
Tabela 11 - Característica do abastecimento de água na RMC. ... 58
Tabela 12 - Ocorrência da vegetação na RMC. ... 59
Tabela 13 - Ocorrência da geologia na RMC. ... 61
Tabela 14 - Ocorrência da pedologia na RMC. ... 63
Tabela 15 - Nomenclatura para as amostras coletadas e sua localização. ... 70
Tabela 16 - Dados geomorfológicos para cada amostra coletada. ... 75
Tabela 17 - Ensaios de caracterização e suas respectivas normas. ... 77
Tabela 18 - Densidade real dos solos estudados... 96
Tabela 19 - Granulometria das oito amostras avaliadas. ... 96
Tabela 20 - Resultados de Cu e Cc. ... 98
Tabela 21 - Resultados do LL, IP, IG e classificação da AASHTO para os solos estudados.102 Tabela 22 - Resumo dos resultados do ensaio de compactação Proctor. ... 103
Tabela 23 - Resumo dos resultados do ensaio CBR e expansão. ... 105
Tabela 24 - Coeficientes de regressão (R²) para cada um dos modelos testados de MR. ... 108
Tabela 25 - Valores de MR utilizados para comparação ... 115
Tabela 26 - Parâmetros c', d', e' e Pi das amostras ensaiadas. ... 116
Tabela 27 - Resultados da fluorescência de Raios X... 125
Tabela 28 - Macronutrientes presentes nos solos estudados. ... 130
Tabela 29 - Propriedades químicas dos solos estudados. ... 130
Tabela 30 - Valores de CTC de alguns argilominerais. ... 132
Tabela 32 - Módulos de resiliência e valores de poisson considerados como dados de entrada para o dimensionamento mecanístico-empírico. ... 135 Tabela 33 - Resultados do dimensionamento realizado no SisPav. ... 136 Tabela 34 - Resumo dos resultados dos ensaios já realizados com as amostras coletadas da
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANA Agência Nacional de Águas
ASTM American Society for Testing and Materials
BPR Bureau of Public Roads
CA Coeficiente de Atividade
CBR California Bearing Ratio
CBUQ Concreto betuminoso usinado a quente
C.E. Condutividade elétrica
COGERH Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos CPRM Serviço Geológico do Brasil
CTC Capacidade de Troca Catiônica
DER Departamento de Estradas de Rodagem
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
DRX Difratometria de Raios X
EDS Analisador de energia dispersiva
EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
EVA Ethil Vinil Acetat
FUNCEME Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos
FRX Fluorescência de Raios X
GPS Global Position System
H Umidade
HÓT Umidade Ótima
HRB Highway Research Board
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IG Índice de Grupo
IP Índice de Plasticidade
IPECE Instituto de Pesquisa e Estratégia Econômica do Ceará ISC Índice de Suporte Califórnia
LAMEV Laboratório de Microscopia Eletrônica por Varredura
LP Limite de Plasticidade
MCT Miniatura, Compactado, Tropical
MCT-M Classificação MCT modificada proposta por Vertamatti (1998)
MCV Moisture Condition Value
MES Massa Específica Seca Máxima
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
MMA Ministério do Meio Ambiente
MO Matéria Orgânica
MR Módulo de Resiliência
PIB Produto Interno Bruto
N Número de operações do eixo simples padrão
NBR Norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT)
NR Não recomendado
PVC Policloreto de vinil
PST Porcentagem de sódio trocável
RMC Região Metropolitana do Cariri RMF Região Metropolitana de Fortaleza RNAs Redes Neurais Artificiais
SAFL Solo Arenoso Fino Laterítico
SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos
TRB Transportation Research Board
TSD Tratamento Superficial Duplo
UFC Universidade Federal do Ceará
UFCA Universidade Federal do Cariri URCA Universidade Regional do Cariri
USACE United States Army Corps of Engineers
V Volume de Solução Padrão de Azul de Metileno
Va Volume de Azul de Metileno Consumido
LISTA DE SÍMBOLOS
% Al Saturação de Alumínio % V Saturação de Bases
c’ Coeficiente de deformabilidade da classificação MCT Cc Coeficiente de curvatura
Cu Coeficiente de uniformidade
d’ Coeficiente que caracteriza o ramo seco da curva de compactação obtida pelo método MCT
∆pH Diferença entre pH em KCl e o pH em água
e’ Índice da classificação MCT calculado em função de Pi e d’
k1 Parâmetro dos modelos de comportamento resiliente obtidos por regressão k2 Parâmetro dos modelos de comportamento resiliente obtidos por regressão k3 Parâmetro dos modelos de comportamento resiliente obtidos por regressão k4 Parâmetro dos modelos de comportamento resiliente obtidos por regressão k5 Parâmetro dos modelos de comportamento resiliente obtidos por regressão P Quantidade de fósforo assimilável
Pa Pressão Atmosférica Pi Perda de massa por imersão R² Coeficiente de correlação S Soma de cátions trocáveis
τoct Tensão de cisalhamento octaédrica
Tr Atividade das argilasθ Primeiro Invariante de Tensões εr Deformação recuperável ou resiliente
σ1 Tensão axial cíclica ou tensão principal maior σ3 Tensão de confinamento ou tensão principal menor σd Tensão desvio
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 23 1.1 Contextualização ... 23 1.2 Problema de Pesquisa ... 25 1.3 Hipótese ... 25 1.4 Questões de Pesquisa ... 25 1.5 Objetivos ... 26 1.5.1 Objetivo geral ... 26 1.5.2 Objetivos específicos ... 26 1.6 Metodologia Resumida ... 26 1.7 Estrutura da Dissertação ... 27 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 28 2.1 Considerações Iniciais ... 28 2.2 Estudos Geotécnicos ... 28 2.2.1 Estudos do subleito ... 28
2.2.2 Estudo das ocorrências de materiais para pavimentação ... 29
2.2.3 Alguns estudos sobre o mapeamento geotécnico de solos em obras viárias... 30
2.3 Classificações de Solos ... 34
2.3.1 Sistema unificado de classificação dos solos (SUCS) ... 34
2.3.2 Classificação AASHTO ... 36
2.3.3 Solos tropicais ... 39
2.3.3.1 Solos lateríticos ... 39
2.3.3.2 Solos saprolíticos ... 40
2.3.4 Classificação MCT ... 40
2.4 Principais Estudos Realizados no Brasil para Identificar Solos de Comportamento Laterítico ... 44
2.5 Considerações Finais ... 47
3 INFORMAÇÕES GEOAMBIENTAIS DA REGIÃO METROPOLITANA DO CARIRI ... 48
3.1 Considerações Iniciais... 48
3.2 Informações Gerais ... 49
3.4 Clima... 52
3.5 Relevo ... 53
3.5.1 Chapadas altas ... 54
3.5.2 Depressão sertaneja ... 55
3.5.3 Maciços e serras baixas ... 55
3.6 Hidrografia... 56
3.7 Vegetação ... 59
3.7.1 Floresta subperenifólia tropical plúvio-nebular (mata úmida) ... 60
3.7.2 Floresta subcaducifólia tropical pluvial (mata seca) ... 60
3.7.3 Floresta caducifólia espinhosa (caatinga arbórea)... 61
3.7.4 Floresta subcaducifólia tropical xeromorfa (cerrado) ... 61
3.8 Geologia ... 61 3.9 Pedologia ... 62 3.9.1 Latossolo vermelho-amarelo ... 64 3.9.2 Argissolo vermelho-amarelo ... 65 3.9.3 Neossolos flúvicos ... 66 3.9.4 Neossolos litólicos ... 66 3.9.5 Nitossolo vermelho ... 67 3.9.6 Vertissolo... 67 3.10 Considerações Finais ... 68 4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 69 4.1 Considerações Iniciais ... 69 4.2 Materiais Coletados ... 69 4.3 Programa Experimental ... 76
4.3.1 Ensaios de caracterização dos solos coletados e a classificação AASHTO ... 76
4.3.2 Ensaios de compactação... 77
4.3.3 Ensaios de CBR e expansão ... 77
4.3.4 Ensaio triaxial de cargas repetidas ... 77
4.3.5 Ensaios da classificação MCT ... 81
4.3.5.1. Mini-MCV ... 81
4.3.5.2. Perda de massa por imersão ... 81
4.3.6 Adsorção de azul de metileno ... 81
4.3.6.2 Preparação da amostra ... 83 4.3.6.3 Execução do ensaio ... 83 4.3.6.4 Resultados ... 85 4.3.7 Raios X ... 86 4.3.7.1 Difratometria de Raios X ... 87 4.3.7.2 Fluorescência de Raios X ... 88
4.3.8 Microscopia Eletrônica de Varredura ... 88
4.3.9 Caracterização química ... 93
4.4 Considerações Finais ... 94
5 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 95
5.1 Considerações Iniciais ... 95
5.2 Ensaios de Caracterização ... 95
5.2.1 Densidade real ... 95
5.2.2 Granulometria ... 96
5.2.3 Limite de liquidez, índice de plasticidade, índice de grupo e classificação da AASHTO ... 102
5.3 Resultados do Ensaio de Proctor ... 103
5.4 Resultados do Ensaio CBR ... 105
5.5 Resultados de MR ... 107
5.6 Resultados da Classificação MCT ... 116
5.7 Resultados de Adsorção de Azul de Metileno ... 119
5.8 Raios X... 119
5.8.1 Difratometria de Raios X ... 119
5.8.2 Fluorescência de Raios X ... 125
5.9 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ... 125
5.10 Caracterização Química ... 128
5.11 Avaliação Estrutural das Amostras ... 133
5.12 Resultados Finais ... 137
5.13 Considerações Finais ... 140
6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ... 141
6.1 Principais Conclusões... 141
6.2 Principais Constatações ... 142
6.2.1 Quanto aos ensaios de caracterização ... 142
6.2.3 Quanto aos ensaios aplicados aos solos de comportamento laterítico ... 143 6.2.4 Quanto aos ensaios adicionais ... 144
6.3 Sugestões para Trabalhos Futuros ... 144 REFERÊNCIAS ... 146
1 INTRODUÇÃO
1.1 Contextualização
A Região Metropolitana do Cariri (RMC) está localizada ao sul do estado do Ceará e é a segunda maior aglomeração urbana do estado do Ceará, ficando atrás apenas da Região Metropolitana de Fortaleza (RMF). Desenvolvem-se naquele espaço atividades comerciais, industriais e serviços os mais variados. Assim, o Governo e a sociedade local criam condições socioeconômicas e sociopolíticas necessárias à geração de empregos com oportunidades para as pessoas que residem na região do Cariri.
No aspecto político-administrativa, a RMC compreende as cidades de Barbalha, Caririaçu, Crato, Farias Brito, Jardim, Juazeiro do Norte, Missão Velha, Nova Olinda e Santana do Cariri. A RMC é uma região importante do Nordeste e se destaca pela riqueza do solo, recursos hídricos e minerais. A agricultura é diversificada e proporcionou o desenvolvimento de agroindústrias de derivados da cana-de-açúcar, algodão e couro, além de atividades na metalurgia, ourivesaria, agropecuária orgânica, avicultura, produção têxtil, produção de calçados e de medicamentos.
Segundo o IPECE (Instituto de Pesquisa e Estratégia Econômica do Ceará) (2013), a economia cearense, de 2002 a 2010, cresceu impulsionada principalmente pelas economias da Região Metropolitana de Fortaleza (RMF) e da macrorregião do Cariri/Centro Sul. Em 2010, essas regiões representaram 74,71 % do Produto Interno Bruto (PIB) do Ceará, o equivalente a R$ 58,17 bilhões.
Naturalmente, o ramo que se destaca na região do Cariri é o do turismo religioso, porém há um plano integrado de turismo entre várias cidades da região do Cariri, destacando-se também os fósseis, os Geopark, as belezas naturais da Chapada do Araripe, a cultura e a história do Cariri. Juazeiro por ser a maior cidade da região e ter a melhor infraestrutura é a preferida dos turistas. Um dado que comprova o crescimento do turismo na região é o fato de que o Aeroporto Regional do Cariri situado em Juazeiro obteve o maior crescimento percentual do Brasil em 2006. Observa-se, então, que a RMC está em pleno crescimento e desenvolvimento.
O desenvolvimento de uma região tem grande dependência do número e da qualidade das suas estradas, estas têm a importância de servir de acesso e interligar regiões, onde haverá
escoamento de produção e a circulação da população. Essas estradas, que tem como característica geralmente um pavimento flexível, são constituídas por camadas (revestimento, base, sub-base e reforço de subleito) de diferentes materiais que tem como objetivo proteger o subleito natural e resistir à ação do tráfego. O revestimento é a camada geralmente de origem asfáltica que fica exposta à ação do tráfego. Já as demais camadas ficam abaixo do revestimento, tendo o solo como seu principal constituinte.
A utilização de materiais granulares nas bases e sub-bases de pavimentos flexíveis é uma prática bastante difundida. Entretanto, muitas vezes, há escassez de materiais de melhor qualidade em algumas regiões o que pode resultar em grandes distâncias de transporte e consequente inviabilidade da execução de uma obra rodoviária.
Em algumas regiões do Brasil, quando aplicados conceitos de mecânica dos solos para solução dos problemas ligados à construção rodoviária, ocorrem contradições entre o previsto e o comportamento real dos solos nas obras. Essas discrepâncias são atribuídas às singularidades dos solos brasileiros como: ocorrência, constituição, formação, propriedades índices e condições ambientais.
Em geral, as normas "ditas" tradicionais limitam o Limite de Liquidez (LL) em 25% e o Índice de Plasticidade (IP) em 6%. Porém, esses valores não são aplicados aos solos tropicais de comportamento laterítico. Existem vários exemplos de solos tropicais com elevados LL e que se expandem muito pouco quando compactados e imersos em água, contrariando as normas tradicionais. Mas também existem solos que se expandem além do tolerado, apesar de apresentarem LL e IP de acordo com os limites recomendados em normas.
O conhecimento das potencialidades e das limitações dos solos ocorrentes em uma dada região favorece a possibilidade da escolha de soluções mais econômicas para a construção das camadas do pavimento. Na região do Cariri, não existe nenhum estudo que caracterize os solos que lá ocorrem, bem como não existe nenhuma aplicação de métodos não convencionais, como por exemplo, o método MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) para caracterização desses solos, além do fato dos estudos que se utilizaram de métodos convencionais também são escassos e pouco difundidos.
1.2 Problema de Pesquisa
A ausência de estudos geotécnicos provoca um desconhecimento do comportamento dos solos na Região do Cariri para aplicação em obras viárias. Desta forma, os materiais locais empregados em camadas granulares podem estar sendo subutilizados, proporcionando projetos pouco eficientes do ponto de vista técnico, econômico e ambiental.
1.3 Hipótese
A caracterização dos solos da RMC pode ser bem representada tendo como fundamentação: (i) o levantamento dos parâmetros geofísicos mais importantes para a formação do solo, (ii) a avaliação do uso de classificações de solos convencionais (AASHTO- American Association of State Highway and Transportation Officials e não convencionais (MCT-Miniatura, Compactado, Tropical) e (iii) realização de ensaios mecanísticos para determinação das propriedades tecnológicas dos solos.
1.4 Questões de Pesquisa
A classificação AASHTO é adequada aos solos da RMC?
Existem solos de comportamento laterítico, caracterizados pela classificação MCT, na RMC?
Qual o tipo de subleito típico da RMC?
É possível elaborar um mapa geotécnico para finalidades rodoviárias para a RMC?
Os solos da RMC podem ser utilizados em camadas granulares de pavimento?
1.5 Objetivos
1.5.1 Objetivo geral
Realizar a caracterização geotécnica dos solos existentes na Região Metropolitana do Cariri para fins de pavimentação.
1.5.2 Objetivos específicos
Analisar a aplicação da classificação AASHTO aos solos da RMC;
Testar se a classificação MCT pode ser aplicada aos solos da RMC;
Realizar um estudo dos parâmetros biofísicos por meio da elaboração de mapas da RMC;
Realizar e analisar os resultados de diferentes ensaios ainda não usados nos solos da RMC para fins rodoviários.
Elaborar um mapa final com parâmetros biofísicos da RMC e os resultados obtidos em laboratório.
1.6 Metodologia Resumida
A fim de atender todos os objetivos específicos foi traçada uma metodologia resumida que vai desde o levantamento dos dados para elaboração dos mapas geofísicos da RMC até um programa experimental robusto que será detalhado no capítulo 4. Tudo isto segue indicado na Figura 1.
Figura 1 - Fluxograma da metodologia resumida.
Fonte: Próprio Autor.
1.7 Estrutura da Dissertação
Este trabalho está dividido em seis capítulos. No capítulo 1 é apresentada uma contextualização geral do trabalho, além dos objetivos e justificativa da pesquisa. No capítulo 2, é realizada uma revisão bibliográfica que norteia toda a pesquisa, com uma abordagem de como são feitos os estudos geotécnicos, quais as classificações de solos existentes e principais trabalhos publicados para identificar solos de comportamento laterítico. No capítulo 3 é descrita a área de estudo. No capítulo 4 é apresentado o programa experimental. Os resultados e as discussões estão expostos no capítulo 5. No capítulo 6 são apresentadas as conclusões e as recomendações para trabalhos futuros.
Metodologia Resumida Programa Experimental Tradicional Ensaios de Caracterização Ensaios Mecânicos Alternativo MCT Adsorção de Azul de Metileno Adicionais Raios X MEV Caracterização Química Elaboração de Mapas RMC Malha Rodoviária Clima Relevo Hidrografia Vegetação Geologia Pedologia
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Considerações Iniciais
Neste capítulo é apresentada a revisão de literatura e serão abordados temas como: estudos geotécnicos, classificações de solos, solos tropicais, metodologia MCT e estudos realizados no Brasil para identificar solos de comportamento laterítico.
2.2 Estudos Geotécnicos
Para a elaboração de bons projetos de pavimentação é essencial o conhecimento dos materiais de uma região. É importante se entender sobre qual subleito será assentado um pavimento e quais materiais disponíveis podem ser utilizados em camadas granulares do pavimento. Os estudos geotécnicos para o projeto de pavimentação são divididos em estudos do subleito e estudos de ocorrências de materiais para pavimentação. Esses estudos são melhores explicitados, por exemplo, no manual de pavimentação do DNIT (2006).
2.2.1 Estudos do subleito
O estudo do subleito tem com o objetivo o reconhecimento dos solos para a caracterização das diversas camadas e posterior traçado dos perfis dos solos para efeito do projeto do pavimento (DNIT, 2006). O reconhecimento dos solos do subleito é feito em duas etapas: (i) sondagem do eixo e dos bordos da plataforma da rodovia para identificação dos diversos horizontes de solos por intermédio de uma inspeção expedita do campo e de coleta de amostras e (ii) realização dos ensaios (granulometria, limites de liquidez e plasticidade, compactação, CBR, expansão, etc) para posterior traçado dos perfis de solo.
Na identificação das diversas camadas dos solos são realizados sondagens no eixo e nos bordos da pista, distando 3,5 metros do eixo. Os furos no sentido longitudinal devem ter espaçamento de no máximo 100 m a 200 m, porém para locais com grande variação de tipos de solos este espaçamento deve ser menor. A profundidade dos furos de sondagem deve ser em média de 0,60 m a 1,00 m abaixo do greide projetado para a regularização do subleito.
2.2.2 Estudo das ocorrências de materiais para pavimentação
O estudo das ocorrências é feito para identificar as ocorrências de materiais que apresentam algum potencial de aproveitamento em camadas granulares dos pavimentos, tendo em vista a qualidade do material, sua localização e seu volume aproximado. Esse estudo é realizado em duas fases de prospecção: preliminar e definitiva.
A prospecção preliminar é a inspeção em campo dos materiais a serem investigados conforme enumerado a seguir e esquematizado na Figura 2: (i) delimita-se a área em que há a ocorrência de material e faz-se 4 a 5 furos de sondagem, na profundidade necessária, sendo esses na periferia e no interior da área demarcada; (ii) coleta-se, para cada furo e para cada camada, uma quantidade de amostra suficiente para realização dos ensaios desejados e (iii) faz-se a amarração dos furos de sondagem, anotando-se as distâncias entre esses e a posição da ocorrência em relação à rodovia em estudo.
Para todos os furos realizados recomenda-se a obtenção das coordenadas GPS para possibilitar a criação de um banco de dados geográficos.
Figura 2 - Esquema de sondagem para prospecção preliminar de materiais.
Fonte: DNIT (2006).
Uma vez verificada a possibilidade de aproveitamento técnico-econômico de uma ocorrência, com base nos ensaios de laboratório realizados na prospecção preliminar, será feito o estudo definitivo da mesma e sua cubagem. A prospecção definitiva das ocorrências de materiais compreende: (i) sondagens e coleta de amostras; (ii) ensaios de laboratório e (iii) avaliação do volume da ocorrência.
Para a coleta de amostras lança-se um reticulado com malha de 30 m ou mais de lado, dentro dos limites da ocorrência selecionada, onde serão feitos os furos de sondagem. Assim como para a prospecção preliminar recomenda-se o georreferenciamento dos pontos de coleta para a prospecção definitiva.
Em cada furo da malha ou no seu interior é retirada amostras para realização de ensaios de granulometria por peneiramento, de Limite de Liquidez (LL), de Limite de Plasticidade (LP), de equivalente de areia, de compactação e determinação do Índice Suporte Califórnia (ISC).
Com a rede de furos lançada (de 30 em 30m) e com a profundidade de cada furo e cada horizonte, pode-se calcular o Volume (V) de cada tipo de material encontrado na jazida. As quantidades mínimas dos materiais da ocorrência a serem reconhecidas, para cada quilômetro de pavimento de estrada, são explicitadas na Tabela 1.
Tabela 1 - Volumes de materiais para cada quilômetro de pavimento de estrada.
Camadas V (m³)
Regularização e reforço de subleito 2500
Subbase 2000m³
Base 2000m³
Areia 300m³
Revestimento (Pedreiras) 500m³ Fonte: MARQUES (2012).
2.2.3 Alguns estudos sobre o mapeamento geotécnico de solos em obras viárias
Há poucos estudos, no Brasil, que tratam sobre a elaboração de mapas geotécnicos para finalidades rodoviárias. Devido a esta lacuna, ressalta-se a importância deste estudo, principalmente para etapa preliminar da concepção de um projeto rodoviário. No estado do Ceará tem se desenvolvido algumas pesquisas para contribuir com o planejamento prévio de obras rodoviárias.
RIBEIRO (2010) estimou características geotécnicas a partir das variáveis biofísicas (pedologia, geologia, vegetação e geomorfologia) para o município de Caucaia, localizado na Região Metropolitana de Fortaleza (RMF). Para isso, foram utilizadas técnicas de geoprocessamento com a finalidade de cruzar as variáveis biofísicas com a classificação
geotécnica de solos proposto pela AASHTO. O objetivo desse trabalho foi auxiliar no processo de tomada de decisão quanto à utilização de solos para fins de pavimentação sem a realização de ensaios em laboratório. Como resultado foi obtido um mapa neuro-geotécnico de classificação da AASHTO para o município de Caucaia (Figura 3).
Figura 3 - Mapeamento geotécnico de Caucaia.
Posteriormente, RIBEIRO (2013) ampliou o estudo para a Região Metropolitana de Fortaleza com o uso de geoprocessamento e de Redes Neurais Artificiais (RNAs), utilizando as variáveis biofísicas (pedologia, geologia, geomorfologia, vegetação, altimetria e posição geográfica). As características pesquisadas se correlacionaram às variáveis geotécnicas estimadas: classificação AASHTO e CBR (California Bearing Ratio). Como resultados, foram gerados três modelos para CBR, nas energias de compactação normal e intermediária, assim como para a classificação da AASHTO. Essas estimativas possibilitaram a elaboração de mapas geotécnicos neurais estratificados para previsão dos valores de CBR. A Figura 4 exemplifica um dos mapas resultantes deste estudo.
Figura 4 - Mapa de comportamento do subleito da RMF conforme a classificação AASHTO.
Fonte: RIBEIRO (2013).
Ampliando seu estudo, RIBEIRO (2016) com o uso de técnicas de inteligência artificial e ensaios geotécnicos convencionais (analise granulométrica e compactação) gerou modelos destinados a estimar MR de solos, a fim de que sejam utilizados nos métodos de
dimensionamento empírico-mecanístico de pavimentos. Com os resultados obtidos foi possível perceber que as RNA são capazes de prever com boa precisão os valores de MR dos solos, corroborando com a utilização destes modelos no dimensionamento de pavimentos, quando os recursos financeiros para projeto rodoviário forem escassos ou na ausência de informações técnicas.
Baseado em mapeamento geotécnico na porção oeste de Santa Catarina, ABITANTE
et al. (1998) mostraram que com a individualização dos solos da região em unidades
geotécnicas reduziu-se o coeficiente de variação dos resultados laboratoriais, permitindo uma melhor particularização do comportamento geomecânico de cada material para aplicação rodoviária. ZEGHAL e KHOGALI (2005) modelaram o Módulo de Resiliência (MR), a partir de dados de materiais granulares (densidade, estado de tensões e umidade) e com o auxílio da técnica de RNA. Os resultados obtidos confirmaram o potencial da técnica de RNA para prever o MR das amostras estudadas, representando uma alternativa promissora para os ensaios laboratoriais em departamentos rodoviários pequenos com limitações de pessoas e de orçamento.
VIANA (2007), com o auxílio de redes neurais artificiais, modelou o MR de solos tropicais do interior do estado de São Paulo. O autor concluiu que as RNAs podem prever, com alta eficiência, o Módulo de Resiliência dos solos tropicais de comportamento laterítico e não laterítico a partir das propriedades dos solos tais como: composição granulométrica, LL, IP, umidade ótima e resultados dos ensaios de compressão simples.
JOHARI et al. (2011) modelaram o comportamento mecânico de solos não saturados por meio de ensaios triaxiais a partir dos seguintes dados: densidade seca, deformação axial, grau de saturação, tensão desvio e tensão média. Os autores usaram como ferramentas redes neurais e algoritmos genéticos e concluíram que os resultados foram satisfatórios.
2.3 Classificações de Solos
2.3.1 Sistema unificado de classificação dos solos (SUCS)
O sistema Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS ou USCS) é o aperfeiçoamento da classificação de Casagrande para utilização em aeroportos, adaptada para uso no laboratório e no campo pelas agências americanas "Bureau of Reclamation" e "U.S.
Corps of Engenneers", com simplificações que permitem a classificação sistemática. Esse
sistema foi proposto originalmente por Arthur Casagrande no início da década dos anos 40. O SUCS possui como parâmetros para a determinação da classificação dos solos a granulometria e os limites de Atterberg (LL e IP).Os solos são reunidos em quinze grupos distintos representados por duas letras, sendo que a primeira é relativa à granulometria e a segunda à plasticidade (SANTOS, 2006). A Tabela 2 referente a essa classificação apresenta as três principais divisões dos solos: solos de granulometria grossa, solos de granulometria fina e solos altamente orgânicos.
Tabela 2 - Classificação de solos conforme a SUCS.
Fonte: ASTM (1990) apud SANTOS (2006).
Para a fração de solo com fração granulométrica inferior a 0,42mm são determinados os limites de Atterberg, servindo essencialmente para classificar a fração fina do solo por meio do ábaco de plasticidade (LL × IP). A Figura 5 apresenta o ábaco de plasticidade no qual o eixo das abscissas apresenta o valor do Limite de Liquidez e no eixo das ordenadas o valor do Índice de Plasticidade do solo analisado.
Figura 5 - Ábaco de plasticidade.
Fonte: ASTM (1990) apud SANTOS (2006).
A carta de plasticidade é subdividida em regiões pelas linhas “A”, “B” e “U”. A linha “A” separa os solos em inorgânicos, siltes e argilas. Os solos de alta e baixa compressibilidade são separados pela linha “B”, localizados, respectivamente, à direita e à esquerda. A linha “U” determina empiricamente o limite superior aproximado para solos naturais.
2.3.2 Classificação AASHTO
A classificação AASHTO, antes denominada de classificação HRB (Highway
Research Board) e TRB (Transportation Research Board), é resultante de alterações da
classificação do Bureau of Public Roads (BPR), originalmente apresentada em 1929. A proposta desta classificação é estabelecer uma hierarquização para os solos do subleito a partir da realização de ensaios realizados de forma corriqueira nos laboratórios.
O procedimento de classificação é simples e usa como base dados de ensaios de granulometria, limites de liquidez e plasticidade. Com esses resultados consulta-se a tabela de
classificação da AASHTO (Tabela 3), sempre da esquerda para a direita, e de cima para baixo, obtendo-se assim o grupo a que pertence o solo ensaiado.
A classificação nesse sistema se inicia pela constatação da porcentagem de material que passa na peneira n° 200. Nesta são considerados solos de granulação grossa os que têm menos de 35% passando nesta peneira (solos do grupo A-1, A-2 e A-3). Os solos com mais de 35% passando na peneira n° 200 formam os grupos A-4, A-5, A-6 e A-7. A classificação da AASHTO classifica o solo como de excelente a bom e mau a ruim, para seu uso em subleito de rodovias, e serve para prever o comportamento preliminar de solos.
Tabela 3 - Classificação da AASHTO. CLASSIFICAÇÃO
GERAL
MATERIAIS GRANULARES 35% (ou menos) passando na
peneira N° 200 MATERIAIS SILTO - ARGILOSOS
CLASSIFICAÇÃO EM GRUPOS
A-1
A-3
A-2
A-4 A-5 A-6
A-7 A-7-5 A-7-6
A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7
Granulometria - % passando na peneira N° 10 50 máx. N° 40 30 máx. 30 máx. 51 mín. N° 200 15 máx. 25 máx. 10 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. 36 mín. 36 mín. 36 mín. 36 mín. Características da fração passando na peneira N° 40: Limite de Liquidez 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín. Índice de Plasticidade 6 máx. 6 máx. NP 10 máx. 10 máx. 11 mín. 11 mín. 10 máx. 10 máx. 11 mín. 11 mín.* Índice de Grupo 0 0 0 0 0 4 máx. 4 máx. 8 máx. 12 máx. 16 máx. 20 máx. Materiais constituintes Fragmentos de pedras, pedregulho fino e areia
Pedregulho ou areias siltosos ou
argilosos Solos siltosos Solos argilosos Comportamento
como subleito Excelente a bom Sofrível a mau
* solos do grupo A-7: se 𝐼𝑃 ≤ 𝐿𝐿 − 30 será A-7-5; se 𝐼𝑃 > 𝐿𝐿 − 30 será A-7-6. Fonte: DNIT (2006).
2.3.3 Solos tropicais
No Brasil, do ponto de vista geográfico, predominam os solos sob domínio climático tropical, que ocorrem na faixa que se estende desde o extremo norte do Estado de Roraima (aproximadamente 5° N de latitude) até a cidade de São Paulo aproximadamente 23,5° S de latitude. Mais ao sul desta latitude de São Paulo ocorrem solos muito semelhantes, porém sob domínio climático subtropical compreendendo parte do estado de São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul (EMBRAPA, 2015).
A ideia de que os solos tropicais ou solos dos trópicos são vermelhos, profundamente intemperizados e de baixa fertilidade natural. A realidade, entretanto, é bem diferente. São solos muito heterogêneos, em decorrência das condições ambientais onde se originam (clima, relevo, material de origem e cobertura vegetal) apresentando características típicas que lhes conferem diferentes potenciais e limitações para uso e manejo agropecuário e florestal sustentável. Sua preservação como a de outros recursos naturais, é vital para garantir inúmeros bens e serviços ambientais à humanidade (EMBRAPA, 2015).
Para que um solo possa ser considerado como tropical, não basta ter sido formado numa faixa astronômica tropical ou em região de clima tropical úmido, mas possuir peculiaridades de interesse geotécnico. Existem duas grandes classes de solos tropicais: os solos lateríticos e os solos saprolíticos (NOGAMI; VILLIBOR, 1995).
2.3.3.1 Solos lateríticos
Solos lateríticos (later=cor de tijolo) são aqueles que passaram por um processo de laterização. Tal processo consiste na lixiviação de sílicas e catiônicos com consequente concentração de hidróxidos de ferro e alumínio. O clima tropical favorece esse processo no solo devido ao seu intemperismo intenso e rápido. Após sofrer o processo de laterização, o solo se torna menos susceptível à ação da água, sofrendo menos erosão e com finos mais estáveis se comparado aos solos não lateríticos, além de adquirir uma cimentação que lhe dá bom desempenho mecânico para a aplicação em bases de pavimentos (RESCHETTI, 2008).
Conforme pode ser encontrado em NOGAMI e VILLIBOR (1995), os solos lateríticos pertencem aos horizontes A e B de perfis bem drenados, sendo desenvolvidos sob atuação de clima tropical úmido. Esses solos apresentam coloração geralmente vermelha ou amarela devido à presença de óxidos de ferro e alumínio hidratados. A espessura da camada desses solos podem ser desde a ordem de centímetros até cerca de 10 metros.
NOGAMI e VILLIBOR (1995) afirmam que esses solos constituem perfis naturais caracterizados pedologicamente por conterem horizontes B texturais que integram perfis denominados Latossolos, Solos Podzólicos e Terras Roxas Estruturadas. Podem-se encontrar nos trabalhos as seguintes denominações pedológicas: oxisols, ferralsols, phinthosols, ferrallitic soils. É também comum algumas encontrar-se as seguintes denominações em trabalhos de engenharia: solo residual maduro, argila vermelha tropical, etc.
2.3.3.2 Solos saprolíticos
As características dos solos saprolíticos (sapro=podre), conforme NOGAMI e VILLIBOR (1995), estão diretamente relacionadas com a decomposição da rocha matriz, herdando suas feições. São solos autenticamente residuais que apresentem espessura da camada da ordem de dezenas de metros e diferentes comportamentos e cores. Algumas denominações em trabalhos de engenharia: solo residual jovem, solo de alteração de rocha.
Esses solos são identificados macroscopicamente por apresentarem manchas, xistosidades, vazios e outras características inerentes à rocha matriz. Sua composição mineralógica é muito variada, sendo resultante do intemperismo da rocha, depende, portanto, do grau de alteração e do tipo de rocha (FUTAI, 1999).
2.3.4 Classificação MCT
O uso de materiais granulares com frações mais finas (que passam na peneira Nº 200) tradicionalmente são limitados como materiais de construção de pavimentos. Isso ocorre devido à quantidade de finos, que na maior parte das vezes reduzem a permeabilidade dos materiais e sua rigidez, aumentam sua deformabilidade e, principalmente, aumentam a expansão volumétrica em presença de água, o que causa também uma redução da sua resistência. Ocorre que essas características indesejadas dos finos podem não ser observadas em solos tropicais, cuja natureza, estrutura e propriedades mecânicas podem diferir substancialmente dos solos finos que ocorrem nas regiões de clima frio e temperado, locais onde a maior parte da tecnologia mundial da pavimentação foi concebida e desenvolvida (RIBEIRO, 2013).
No fim da década dos anos 60 e inicio da década dos anos 70, as limitações dos procedimentos tradicionais ficaram comprovadas, por meio do excelente desempenho de vários trechos experimentais executados com solos arenosos finos lateríticos. Esses solos
eram considerados impróprios pelos critérios tradicionais. Portanto verificou-se a necessidade de desenvolver critérios mais apropriados que relacionassem mais propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos brasileiros compactados. No inicio da década dos anos 80 foi desenvolvida uma nova metodologia de origem brasileira denominada MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) e que inclui também uma nova classificação de solos tropicais (NOGAMI; VILLIBOR, 1995).
NOGAMI e VILLIBOR (1981) publicaram no I Simpósio Brasileiro de Solos Tropicais a metodologia MCT. Essa nova metodologia de estudo e classificação geotécnica, baseia-se nas propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos, incluindo ensaios de compactação, perda de massa por imersão, permeabilidade, infiltrabilidade, contração e mini-CBR. Esses ensaios tentam reproduzir as condições reais das camadas dos solos tropicais compactadas.
A classificação MCT tem se mostrado apta para identificar solos de comportamento laterítico ou não. Desde a sua publicação, a classificação MCT vem sendo aperfeiçoada, tendo em vista a sua dificuldade no que diz respeito ao processo de ensaio e à interpretação dos seus resultados. Os autores dessa classificação e os estudiosos da área vêm promovendo estudos que objetivam simplificar o método de classificação para solos tropicais (BARROSO, 2002).
A classificação MCT, apresentada na Figura 6, é considerada uma sistemática de caracterização e classificação de solos tropicais. Essa classificação é baseada em ensaios de laboratório, com compactação e imersão em água, a partir de corpos de prova compactados de dimensões reduzidas. Esses corpos de prova representam as situações a que os solos são submetidos quando compactados e utilizados em obras viárias (SANTOS, 2006).
Para que os solos sejam classificados pelo sistema MCT são necessários a realização dos ensaios de Mini-MCV e perda de massa por imersão. De posse dos resultados desses ensaios são determinados os parâmetros c’, d’, e’ e Pi que permitem que o solo seja classificado de acordo com o método proposto por NOGAMI e VILLIBOR (1981). A previsão e a aplicação de cada classe de solo MCT na área rodoviária pode ser entendida a partir da consulta da Tabela 4.
A Tabela 4 foi organizada para orientar a utilização rodoviária dos solos da classificação MCT. Entretanto, esta recomendação só é valida para a área em que o comportamento dos grupos foi efetivamente examinado. Alguns fatores influenciam para esse comportamento, com destaque para: o clima, a topografia, a geologia, a pedologia, a técnica construtiva e a classe da rodovia (NOGAMI; VILLIBOR, 1995).
VERTAMATTI (1988) apud BARROSO (2002) apresentou uma nova proposta de modificação da classificação MCT, incluindo no ábaco da classificação, o grupo de solos Transicionais (T), conforme pode ser visto na Figura 7. O ábaco apresentado por VERTAMATTI (1988) foi denominado de MCT-M (M de modificado). No ábaco, os solos transicionais ocupam uma faixa intermediária entre os solos que apresentam comportamento laterítico e não laterítico.
Tabela 4 - Emprego de solos integrantes da MCT. Recomendações de utilização em obras viárias
Comportamento N= não laterítico L= laterítico
Grupo MCT NA NA' NS' NG' LA LA' LG'
Base de pavimento de vias de baixo volume de tráfego NR 4° NR NR 2° 1° 3° Reforço do subleito 4° 5° NR NR 2° 1° 3° Subleito compactado 4° 5° 7° 6° 2° 1° 3° Corpo de aterro compactado 4° 5° 6° 7° 2° 1° 3° Camada de proteção à erosão NR 3° NR NR NR 2° 1° Revestimento primário 5° 3° NR NR 4° 1° 2° Granulometrias típicas Argilas Siltes Areias siltosas Siltes Siltes arenos os Argilas Argilas arenosas Argilas siltosas Siltes argilosos Areias siltosas Areias argilos as Argilas Argilas arenosas Argilas siltosas Siltes argilosos Grupos prováveis das classificações tradicionais de solos
Classificação Unificada de Solos SP SM MS SC ML SM CL ML MH MH CH SP SC SC MH ML CH Classificação
Rodoviária A-2 A-2 A-4 A-7 A-4 A-5 A-7-5 A-6 A-7-5 A-7-6 A-2 A-2 A-4 A-6 A-7-5 Fonte: NOGAMI e VILLIBOR (1995).
Figura 6 - Classificação MCT.
Fonte: NOGAMI e VILLIBOR (1995).
Figura 7 - Ábaco de classificação MCT-M.
2.4 Principais Estudos Realizados no Brasil para Identificar Solos de Comportamento Laterítico
ARANOVICH (1985) acompanhou o desempenho de alguns pavimentos não convencionais de baixo custo no Norte, Oeste e Sudoeste do Estado do Paraná. As bases de solo arenoso fino tiveram bom comportamento para tráfegos médios, com espessuras de até 15 cm, desde que o subleito fosse também de solo arenoso fino. Para esse autor, as classificações clássicas de solos, tais como AASHTO e classificação unificada, tem-se demonstrado quase inúteis na definição dos solos arenosos finos.
FABBRI (1994) caracterizou a fração fina de solos tropicais de 297 amostras por meio da adsorção de azul de metileno e os resultados foram comparados com a previsão de comportamento dada pela MCT. Das amostras avaliadas, 128 foram de solos que apresentaram comportamento laterítico. Além disto, este trabalho também mostrou que existe uma boa concordância entre os graus de atividade determinados pela adsorção de azul de metileno e a previsão de comportamento da classificação MCT.
SOUSA et al. (1997) utilizaram sensoriamento remoto e técnicas de processamento de imagens para analisar uma área do estado de São Paulo, próximo à cidade de Campinas. Essas ferramentas foram utilizadas para a caracterização e extração de feições associadas aos solos lateríticos. Os resultados mostraram que as técnicas de processamento digital de imagens serviram para identificar diferentes unidades de solos, especificamente os solos lateríticos com maior teor de ferro. Além desta identificação, foi possível gerar um mapa. Apresentou-se uma opção viável economicamente, com análise visual, minimização de erros inerentes ao mapeamento e redução de visitas de campo.
SANTOS (1998), com o intuito de comprovar o comportamento laterítico dos solos granulares, selecionou trechos de rodovias federais do estado de Mato Grosso onde foram realizadas as caracterizações tradicionais dos solos e as caracterizações pelas metodologias MCV de Parsons e MCT. Nesse estudo, a classificação MCT não se mostrou muito apropriada para os solos, pois a maioria deles foram considerados de comportamento não laterítico. Esse autor propõe uma nova sistemática de laboratório para os solos, recomendando: (i) adotar a curva de deformabilidade de MCV=12 para a determinação do coeficiente c´ e (ii) adotar o ramo seco da curva de compactação correspondente a 24 golpes para a determinação do coeficiente d´.
COSTA JÚNIOR (2001) desenvolveu um estudo na área noroeste de São José de Pinhais, município pertencente à Região Metropolitana de Curitiba, com o objetivo de
apresentar um mapa de estimativa de unidades geotécnicas utilizando mapa geológico e pedológico desta região, adsorção de azul de metileno, a caracterização conforme as unidades geológicas e a caracterização pelo ensaio de MCT. Para a classificação MCT foram ensaiadas 80 amostras de solo das quais apenas 23 apresentaram comportamento laterítico.
BARROSO (2002) estudou 60 amostras de solo pertencentes à Região Metropolitana de Fortaleza (RMF) com o objetivo inicial de transpor o método MCT para a realidade dos solos ocorrentes na RMF. A autora verificou que para a aplicação da classificação MCT na RMF é necessário uma adaptação para as condições da região, pois a maioria dos solos ensaiados foram posicionados na interface entre solos de comportamento laterítico e não laterítico.
Baseado na experiência desenvolvida inicialmente no estado de São Paulo, MARANGON (2004) buscando construir pavimentos com o uso de solos finos lateríticos coletou 48 amostras de solos em uma região do estado de Minas Gerais. Os solos foram analisados seguindo características de pedologia, o sistema de classificação MCT e a metodologia MCT simplificada, também proposta por Nogami e Villibor, que adota uma nova conceituação do coeficiente c’ a partir de uma série mais simples de golpes. Dos solos investigados, 33 apresentaram comportamento laterítico. Ao comparar os resultados do procedimento tradicional ao simplificado não apresentaram diferenças significativas para as classificações. Esse trabalho apresentou também propostas de alteração da metodologia MCT de classificação dos solos, dentre estas: (i) a adoção de fatores de redução intermediários para a determinação da perda de massa por imersão; (ii) a proposição para os solos siltosos e arenosos, quando apresentam valores elevados para o Mini-MCV acima de Mini-MCV=10, da obtenção do parâmetro c` pelo cálculo do coeficiente angular da reta “assimilável” à inclinação das retas típicas do comportamento da deformabilidade do solo ou daquelas que mais se aproximarem da curva Mini-MCV igual a 10 e (iii) a obtenção do parâmetro Pi, para o caso em que não é possível a interpolação, a partir do prolongamento do traçado até encontrar a condição de Mini-MCV correspondente à densidade verificada.
FELTEN (2005) investigou se os solos pertencentes à planície costeira do sul do RS possuíam características de solos arenosos finos lateríticos. Para isto os solos de sete jazidas foram classificados pela metodologia MCT. Dos solos estudados, cinco apresentaram comportamento laterítico, mas nenhum passou por todos os critérios estabelecidos nesta metodologia.
SANTOS (2006) fez um estudo comparativo de sistemas de classificações geotécnicas aplicadas a solos tropicais para 38 solos do interior paulista. Foi verificada uma concordância
de 81,6% do método das pastilhas de Nogami e Villibor (1994) com a classificação MCT e de 92,1% dos ensaios de azul de metileno (FABBRI, 1994) com a MCT.
BASTOS et al.(2008) determinaram as propriedades geotécnicas de um solo arenoso fino costeiro encontrado no litoral sul do Rio Grande do Sul. O solo foi submetido a caracterização geotécnica tradicional, a metodologia MCT, a difratometria de raios X e aos ensaios de adsorção de azul de metileno. O solo apresentou-se na interface entre as duas classes: solo arenoso laterítico (LA’) e solo argiloso laterítico (LG’).
QUINTANS (2008) estudou as propriedades mineralógicas, físicas e mecânicas de um solo tropical proveniente da obra do Complexo Aeroportuário da Grande Natal, localizado no município de São Gonçalo do Amarante – RN. A composição química dos solos apresentou silício, ferro e alumínio. Esse solo foi classificado pelo método MCT como pertencente à classe dos arenosos lateríticos (LA’), sendo sugerido que o mesmo fosse considerado adequado para utilização em camadas de base e sub-base de pavimentos aeroportuários e rodoviários, desde que sejam manipulados corretamente.
MEDRADO (2009) buscou em seu estudo avaliar a possibilidade de utilização de um solo superficial fino da região norte de Minas Gerais em camada de base de pavimentos de rodovias de baixo volume de trafego. Amostras de solo foram coletadas no município de Campo Azul no trecho que liga este a rodovia MG-202. Os resultados apontaram que segundo a classificação MCT os solos não tem comportamento laterítico.
SILVA et al. (2010) coletaram amostras deformadas em uma rodovia não pavimentada, no município de Viçosa no estado de Minas Gerais. Dos 12 solos ensaiados, 7 apresentaram comportamento laterítico quando submetidos à metodologia MCT.
MÉLO (2011) investigou solos da Paraíba e do Rio Grande do Norte a fim de estudar as características químicas, físicas e mecânicas desses solos para classificá-los nas diversas metodologias (AASHTO, USCS, MCT). Os solos quando avaliados quimicamente apresentaram Si, Fe e Al típicos de solos de comportamento de natureza laterítica. E diante da metodologia MCT também foram considerados de comportamento lateríticos, um arenoso laterítico e o outro argiloso laterítico.
BORRÉ et al. (2013) estudaram um solo argiloso da cidade de Ijuí, região noroeste do Rio Grande do Sul, e seguindo a MCT classificaram o solo estudado como solo de comportamento laterítico argiloso (LG’). O solo apresentou uma resistência CBR de 10% na energia normal e expansão de 0,22%, para a energia intermediária e modificada os valores de CBR e expansão foram de 21% e 0,30% e 28% e 0,54%, respectivamente. O solo foi
