Métodos de Ensaios: Classificação Geotécnica MCT

CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA MCT

1. SIGNIFICADO DE UMA CLASSIFICAÇÃO

Classificar um solo é determinar previamente suas propriedades e então elencar um ou mais atributos como base para a finalidade proposta. Sendo o solo o objeto de estudo para diferentes especialidades, desde aquelas ligadas à pedologia até mecanismos da alimentação vegetal, existem inúmeras formas de classificá-lo.

Na Engenharia Civil, por exemplo, a classificação geotécnica é bastante utilizada para estudos e determinação de solos empregados em obras viárias, como por exemplo, em bases, sub-bases e reforço de pavimentos. Por meio da classificação geotécnica é possível:

Avaliar preliminarmente a qualidade dos solos; Hierarquizar o solo indicando suas prováveis propriedades para determinada

finalidade; Correlacionar cada classe de solos com o seu comportamento em campo.

A classificação dos solos com uso da Metodologia MCT foi desenvolvida especialmente para o estudo de solos tropicais e está baseada em propriedades mecânicas e hídricas obtidas de corpos de prova (CP) compactados com dimensões reduzidas. A MCT possibilita separar os solos tropicais em duas grandes classes: os de comportamento laterítico e os de comportamento não laterítico.

Os solos lateríticos e saprolíticos, segundo a classificação MCT, podem pertencer aos seguintes grupos:

Solos de comportamento laterítico, designados pela letra “L”, subdivididos em 3 grupos:

LA: areia laterítica quartzosa LA’: solo arenoso laterítico LG’: solo argiloso laterítico

Solos de comportamento não laterítico (saprolíticos), designados pela letra “N”, subdivididos em 4 grupos:

NA: areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de grão de quartzo e/ou mica, não laterítico NA’: misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico (solos arenosos) NS’: solo siltoso não laterítico NG’: solo argiloso não laterítico

1.1. DIFICULDADES E DEFICIÊNCIAS DAS CLASSIFICAÇÕES TRADICIONAIS EM USO

As metodologias tradicionais para classificação de solos apresentam uma série de deficiências e delimitações quando utilizadas para solos de regiões tropicais. Essas classificações consideram fundamentais a granulometria, o limite de liquidez (LL) e o índice de plasticidade (IP), os quais não retratam as reais possibilidades de uso desse tipo de solo, tão pouco o seu alto desempenho em campo quando utilizado em bases e sub-bases de pavimentos.

Nas décadas de 80 e 90 os professores doutores Nogami e Villibor empenharam-se à procura de uma solução para determinação de propriedades básicas dos solos tropicais.

Dentro da classificação dos solos, aqueles que apresentam propriedades peculiares de comportamento são denominados de “solos tropicais”, em decorrência da atuação do processo geológico e/ou pedológico típico das regiões tropicais úmidas. Dentre os solos tropicais destacam-se duas grandes classes: os lateríticos e os saprolíticos.

Os solos lateríticos (later, do latim tijolo) são solos superficiais, típicos das partes com boas condições de drenagem das regiões tropicais úmidas, resultantes de uma transformação da parte superior do subsolo pela atuação do intemperismo (Figura 1).

Os solos saprolíticos (sapro, do grego: podre) 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 (Figura 1).

Figura 1 Talude composto por diferentes tipos de solos tropicais (camada de solo laterítico

sobrejacente à uma camada de solo saprolítico).

Há uma nítida diferença de propriedades entre solos lateríticos e os solos saprolíticos, independentemente da posição que ocupam no Gráfico de Plasticidade ou do Grupo em que se encaixam nas classificações tradicionais. Destacam-se as seguintes diferenças:

1) Os solos lateríticos apresentam perda de capacidade de suporte Mini-CBR relativamente pequena, quando comparados com a correspondente perda verificada nos solos saprolíticos, em imersão;

2) Os solos lateríticos apresentam pequena expansão, fato que se verifica mesmo para variedades com limite de liquidez relativamente elevada. Os solos saprolíticos, ao contrário, podem ter elevada expansão mesmo que tenham valores relativamente baixos de limite de liquidez e índice de plasticidade;

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3) Os solos lateríticos que possuem índices de plasticidade próximos aos dos saprolíticos apresentam, frequentemente, contrações elevadas, apesar de apresentarem expansões e permeabilidade relativamente baixas;

4) No caso de solos lateríticos, a fração que passa na peneira de 0,075 mm é predominantemente argilosa, enquanto que nos solos saprolíticos pode ser argilosa ou siltosa;

5) Os grupos classificados como solo arenoso de comportamento não laterítico (NA) e solo arenoso de comportamento laterítico (LA) possuem poucas diferenças entre suas propriedades (expansão, contração e permeabilidade), no entanto o mesmo fato não pode ser verificado para solos argilosos e arenosos.

A utilização dos métodos convencionais de classificação de solos, como HRB e outros, não permitem distinguir os solos saprolíticos dos solos lateríticos. A classificação MCT distingue de maneira nítida os solos desses dois grupos, tanto do ponto de vista genético como tecnológico.

A compactação Mini–MCV consiste na miniaturização do método de compactação apresentado por Parsons (1976), do Road Research Laboratory da Grã Bretanha e difere do Proctor tradicional por variar, simultaneamente, o teor de umidade e a energia de compactação durante a execução do ensaio. Obtém-se assim, ao final do ensaio, uma família de curvas similares as de Proctor. O ensaio apresentado por Parsons foi, originalmente, desenvolvido como um procedimento para avaliar rapidamente o teor de umidade de compactação no campo. O Mini-MCV objetiva a classificação geotécnica dos solos tropicais.

Em 1995, Nogami e Villibor propuseram o uso de uma nova série de golpes designada “Série Simplificada” e uma nova maneira de calcular as deformações do corpo de prova (CP), resultando em:

Maior facilidade de interpretação e uso das curvas de deformabilidade;

Considerável redução no número de golpes necessários para sua deformação e para realização de leituras;

Valores de coeficientes e índices classificatórios iguais ou semelhantes àqueles obtidos pelo procedimento proposto por Parsons (1976).

1.2. SÉRIE SIMPLIFICADA

É caracterizada por adotar qualquer sequência de golpes desde que seja suficientemente detalhada para a finalidade a que se objetiva. A série é constituída de dois tipos:

Contínua (ou crescente) Exemplo: golpes

Descontínua Exemplo: n = 10, 20...golpes

Os afundamentos dos CP´s (Δan) durante a compactação são calculados em relação à altura do CP no estado de máxima densidade (altura final – AF). Os afundamentos (Δan) são obtidos pela seguinte expressão:

Δan = ( – )

Onde:

Afundamento do CP (mm);

: Altura do corpo de prova correspondente aos números de golpes “ ” (mm);

: Altura final do corpo de prova (mm).

2. PROGRAMA DE ENSAIOS

Os ensaios Compactação Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão tem caráter classificatório e objetivam a verificação do comportamento laterítico ou não, de um solo através da Classificação MCT, além de determinar propriedades dos grupos integrantes das mesmas.

Para a classificação MCT, exige-se que as amostras de solos finos (com no mínimo 95% passando na peneira 2,00mm) sejam submetidas ao seguinte programa de ensaios:

a) Para cada amostra são moldadas 5 CP´s com diferentes teores de umidade;

b) Com os 5 corpos de prova preparados na umidade de moldagem executa-se o Ensaio de Perda de Massa por Imersão (Pi).

Com os dados do Ensaio de Compactação Mini-MCV geram-se as curvas “n versus Δan” também designada curva de deformabilidade, de onde é obtido o coeficiente c’ e a curva “Hc versus MEAS” para obtenção do coeficie te d’. Cada CP resultante desse ensaio deve ser submetido ao Ensaio da Perda de Massa por Imersão (Pi).

O coeficie te c’ é utilizado na Classificação MCT como indicador de quão arenoso é o solo, no caso de solos de comportamento laterítico. Enquanto que o Pi e d’ são utilizados para o cálculo do índice e’, que indicará se um solo possui comportamento laterítico ou não.

Na Figura 2 está apresentado de forma esquemática o Programa de ensaios para a classificação MCT, bem como os dados obtidos em cada um deles.

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Figura 2 Fluxograma do programa de ensaios e dados obtidos para Classificação MCT

3. CONSIDERAÇÕES SOBRE AS CURVAS GERADAS E PARÂMETROS

OBTIDOS

Para possibilitar a obtenção rápida da classificação geotécnica MCT de um solo, são utilizados os parâmetros fornecidos pelas curvas geradas nos ensaios classificatórios de Compactação Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão, as quais:

Curvas de deformabilidade Mini-MCV (Figura 3); Curvas de compactação Mini-MCV (Figura 4 e 5); Perda de Massa por Imersão (Figura 6).

3.1. CURVA DE DEFORMABILIDADE E COEFICIENTE C’

Para cada teor de umidade de compactação (Hci) é traçada a curva de número de golpes de referência (n) em função do afundamento do CP. Essas curvas são de omi adas como “Curvas de Deformabilidade” ou “Curvas de Mini-MCV” pois a partir delas pode-se determinar o Mini-MCV do solo estudado.

A partir do seu traçado determina-se o coeficie te c’ é obtido da razão da variação do afundamento pela variação do Mini-MCV da parte retilínea da curva de deformabilidade.

O coeficiente c’ dos solos lateríticos pode ser correlacionado com a granulometria do material mostra do sua te dê cia mais argilosa ou are osa. Assim c’ com valor acima de 1,5 caracteriza as argilas e solos argilosos, enquanto que valores abaixo de 1,0 caracterizam as areias e os siltes não plásticos ou pouco coesivos. No

intervalo de 1 a 1,5 se situam solos com diferentes granulometrias, compreendido por areias siltosas, areias argilosas, areia arenosas, argilas siltosas, etc.

A fim de elucidar a relação dos valores c’ para diferentes tipos de solo, são apresentadas na Figura 3 duas curvas de deformabilidade correspondentes a um solo argiloso e um arenoso, ensaiados seguindo a Série Simplificada de Golpes, nas referidas umidades de compactação (Hc).

Figura 3 Exemplos de curvas de deformabilidade para areias e solos argilosos (Série

Simplificada)

As seguintes conclusões são possíveis de serem estabelecidas segundo as curvas apresentadas:

As curvas de deformabilidade obtidas a partir do método de compactação pela série simplificada são compostas por duas partes: uma inclinada e retilínea, de o de se obtém o coeficie te c’; e outra caracterizada por uma deformabilidade praticamente nula;

A curva de deformabilidade correspondente ao solo argiloso apresenta maior inclinação em relação ao solo arenoso devido ao fato do solo argiloso possuir maior sensibilidade aos golpes em comparação ao arenoso, sendo assim para um mesmo número de golpes (n) o afu dame to (Δan) é maior para o solo argiloso;

Para os exemplos apresentados na Figura 3, o cálculo do coeficie te c’ é realizado da seguinte forma:

Para o solo argiloso laterítico (curva vermelha)

Sendo obtido graficamente:

Δan = 9,1 - 6,0 = 3,1 mm

ΔMi i-MCV = 8,4 - 6,2 = 2,2

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Para areia laterítica (curva azul)

Sendo obtido graficamente:

Δan = 2,1 - 0,8 = 1,3 mm

ΔMi i-MCV = 8,5 - 5,0 = 3,5

3.2. CURVA DE COMPACTAÇÃO MINI-MCV E COEFICIENTE D’

Com alturas (An) dos corpos de prova compactados, calculam-se as massas específicas aparentes secas (MEAS) e então traçam-se as curvas de “MEAS versus Hc” para os números de golpes n = 10 e n = 20.

De uma maneira geral, as areias argilosas bem graduadas possuem curvas de compactação com picos acentuados e ramo seco retilíneo, cuja inclinação se acentua sensivelmente, quando a argila presente é de natureza laterítica. As argilas lateríticas possuem curvas similares, porém com menor inclinação.

Siltes saprolíticos micáceos e/ou caoliníticos e areias pouco ou não coesivas não possuem picos acentuados e, frequentemente, apresentam encurvamento que dificulta a determi ação de d’.

Geralmente, os solos lateríticos, atingem grau de saturação elevado fazendo com que os picos das curvas de compactação se aproximem significativamente da curva de compactação obtida no ensaio Mini-MCV, o que não acontece com as areias e siltes que são poucos ou nada coesivos.

As argilas lateríticas, em geral possuem d’ acima de 20 (kg/m³)/%, ao passo que as argilas não lateríticas não atingem esse valor, ficando abaixo de 10 (kg/m³)/%. As areias puras possuem d’ baixo, ao passo que as areias fi as argilosas podem ter d’ elevado, ultrapassando 100 (kg/m³)/%;.

Nas Figuras 4 e 5 estão mostrados exemplos de curvas “MEAS versus Hc” de um solo saprolítico e de um solo laterítico.

Figura 4 Exemplo de curvas de compactação de um solo laterítico

Figura 5 Exemplo de curvas de compactação de um solo saprolítico

3.3. PERDA DE MASSA POR IMERSÃO E O PARÂMETRO PI

O valor da perda de massa (Pi) permite prever uma série de comportamentos quando combinado com outros dados fornecidos pela Sistemática MCT. Com os resultados obtidos no ensaio calcula-se a Pi correspondente para cada CP pela seguinte expressão:

Onde:

Pi: Perda de massa por imersão (%);

Md: Massa seca desprendida (g);

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

Fc: Fator de correção.

Para a classificação MCT, a partir dos valores da Pi dos CP’s em diferentes umidades, deve-se determinar a Pi representativa do solo, seguindo as seguintes etapas:

Verificar a altura final (AF) de cada CP resultante do ensaio de compactação e traçar a curva AF x Mini-MCV;

Traçar curva Pi x Mini-MCV.

Geralme te qua do o solo tem comportame to laterítico a curva “Pi versus Mini-MCV” é descendente, ou seja, o parâmetro Pi diminui com o aumento do Mini-MCV. No caso de argilas e argilas arenosas lateríticas, a Pi próxima ao Mini-MCV = 10 é zero ou muito baixa, como pode ser observado na curva vermelha da Figura 6.

Para as areias argilosas lateríticas a tendência é similar, entretanto, o decréscimo da Pi ocorre para Mini-MCV mais elevado e a condição de Pi = 0 (zero) só ocorre para Mini-MCV acima de 15.

Os solos saprolíticos geralmente apresentam valores de Pi significativamente superiores quando comparados com os solos lateríticos. Essa peculiaridade é acentuada nas variedades siltosas micáceas e/ou caoliníticas, nas quais o valores da Pi superiores a 250% são constatados frequentemente, como pode ser visto na curva azul da Figura 6.

Além disso, os valores da Pi para os solos saprolíticos têm pouca variação em função do Mini-MCV ou da umidade de compactação, sendo que a velocidade de desagregação dos CP’s é elevada.

As areias saprolíticas apresentam valores de Pi difíceis de serem previstos, pois podem ser elevados ou baixos, conforme o grau de entrosamento atingido no processo de compactação dos CP’s.

As argilas saprolíticas apresentam valores de Pi, predominantemente, na faixa intermediária (próximo de 100%), apresentando um nítido acréscimo com o aumento do Mini-MCV. Outra peculiaridade dessas argilas é que a desagregação, após a imersão dos CP’s se processa le tame te podendo durar mais de 20 horas.

Figura 6 Exemplo de curvas "Pi versus Mini-MCV" para uma amostra de solo de

comportamento saprolítico e laterítico.

4. GRÁFICO CLASSIFICATÓRIO E PROPRIEDADES DOS SOLOS DOS

GRUPOS DA MCT

Dispondo-se dos parâmetros classificatórios obtidos nos ensaios de Compactação Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão é possível classificar os solos lateríticos e saprolíticos de acordo com a Metodologia MCT, através do Gráfico Classificatório proposto por Nogami e Villibor (1995), apresentado na Figura 7, no qual o eixo das abcissas está representado o coeficiente c’ e no eixo das ordenadas, o coeficiente e’.

O coeficiente e’ é calculado a partir do coeficiente d’ (razão da variação de MEAS pela variação de Hc) da parte retilínea do ramo seco da curva de compactação, correspondente a 10 golpes do ensaio de Mini-MCV) e do parâmetro de Perda de Massa por Imersão (Pi), obtido segundo a expressão:

√

Onde:

d’: razão da variação de MEAS pela variação de Hc do ramo seco da curva de compactação correspondente a 10 golpes do soquete leve, devendo ser expressa em (kg/m³)/%;

Pi: Parâmetro de perda de massa por imersão total em água de corpos de prova em condições padronizadas, expressa em porcentagem.

Segundo Nogami e Villibor (1995): O í dice e’ foi co cebido para i dicar o comportamento laterítico ou não laterítico dos solos. Os autores verificaram que o comportamento laterítico começa a se ma ifestar qua do d’ > 20 e Pi < 100, o que permitiu o estabelecime to da li ha horizo tal pri cipal correspo de te a e’ = 1,15 (linha tracejada da Figura 7) que separa os solos “L” dos solos “N”. Para os solos com baixa quantidade de finos, a transição ocorre para valores mais altos de Pi, o que levou a estabelecer a linha horizontal secundária em posição pouco acima correspo de te a e’ = 1,4.

A estimativa das propriedades e os dados gerais dos grupos de solos da classificação MCT para utilização em rodovias estão apresentados na Tabela 1 e na Tabela 2.

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Figura 7 Gráfico Classificatório da MCT

Tabela 1 Dados gerais dos grupos de solos da Classificação MCT e suas propriedades

Tabela 2 Valores numéricos das propriedades dos solos