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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Lucas Eduardo Dornelles
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA MCT NA CLASSIFICAÇÃO DE
SOLOS DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Santa Maria, RS
2017
Lucas Eduardo Dornelles
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA MCT NA CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS
DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Engenharia Civil da Universidade
Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como
requisito parcial para obtenção do título de
Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Rinaldo José Barbosa Pinheiro
Santa Maria, RS
2017
Lucas Eduardo Dornelles
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA MCT NA CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS
DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Engenharia Civil da Universidade
Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como
requisito parcial para obtenção do título de
Engenheiro Civil.
Aprovado em 14 de julho de 2017:
____________________________________
Rinaldo José Barbosa Pinheiro, Dr. (UFSM)
(Presidente/Orientador)
___________________________________
Thaís Aquino dos Santos, Me. (URI)
___________________________________
Jéssica Anversa Venturini, Eng. (UFSM)
Santa Maria, RS
2017
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais Angela e Mauro, pelo exemplo, apoio, confiança e amor
incondicional. À minha irmã Julianni pelo companheirismo e apoio incondicional. Se eu
cheguei até aqui neste momento, foi por causa do incentivo e suporte que recebi de
vocês ao longo de todo esse caminho.
Aos meus amigos e colegas, alguns em especial. À Marina e Bethania por terem
vivenciado comigo o interesse pela pesquisa científica e por terem compartilhado
diversos momentos da graduação comigo, como trabalhos, artigos, ensaios de
laboratórios e viagens para eventos. À Débora pela amizade e parceria desenvolvida na
escrita de artigos, apresentações e viagens. À Desirre pelo apoio incondicional. Uma das
melhores sensações da vida é ter a certeza de que você pode confiar em alguém. Sou
eternamente grato por ter convivido com vocês nesses cinco anos de faculdade.
Aos mestrandos e doutorandos do Grupo de Estudos e Pesquisa em
Pavimentação e Segurança Viária (GEPPASV), em especial Maurício, Fabio, Fernando,
Pedro, Thaís e Lucas. Agradeço muito pelo suporte oferecido, conselhos e pelas
oportunidades de escrever e apresentar trabalhos com vocês. Mais uma vez, serei
eternamente grato por ter escolhido participar de um grupo tão diferenciado como este.
Aos mestrandos e doutorandos do Grupo de Estudos em Geotecnia e Meio
Ambiente, em especial Taiana, Leila, Ildomar, Juliana e Jéssica. Vocês me
proporcionaram ainda mais interesse na área de Geotecnia. Aos alunos de graduação
pertencentes a este grupo Letícia, Eduarda e Luana pelo apoio e ajuda na realização dos
ensaios deste trabalho. Agradeço também ao Laboratório de Materiais de Construção
Civil, nas pessoas de João e Alison, pelo auxílio na coleta dos materiais em campo e na
realização dos ensaios.
Aos professores do GEPPASV Tatiana, Luciano e Deividi, por terem me
oferecido todo suporte e aparato necessário para desenvolver minhas atividades durante
toda minha iniciação científica. Além disso, agradeço pelo apoio a participação em
eventos, orientações acerca de artigos e trabalhos e pelo incentivo a gostar da área de
Transportes. Vocês foram responsáveis por me apresentar uma área da Engenharia que
eu mal conhecia, e hoje sou apaixonado.
À professora Andrea, pelo suporte e auxílio na parte relacionada à geologia e
pela companhia nas saídas de campo para coletas de solo.
Ao professor e orientador Rinaldo, por todo conhecimento repassado. Agradeço
pelo interesse e dedicação em me orientar durante os dois últimos anos e também pelo
suporte oferecido em relação às viagens para coleta de solos e participação em eventos.
Sou muito grato de ter aprendido nas suas aulas a gostar da área de Geotecnia. Gosto
muito de trabalhar contigo e te admiro muito como professor e profissional.
Por fim, agradeço a todos que de alguma forma contribuíram para eu chegar até
aqui.
É justamente a possibilidade de realizar
um sonho que torna a vida interessante.
RESUMO
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA MCT NA CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS
DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
AUTOR: Lucas Eduardo Dornelles
ORIENTADOR: Prof. Dr. Rinaldo José Barbosa Pinheiro
No Brasil, tem-se uma predominância de solos tropicais. Tais materiais possuem
peculiaridades no seu comportamento que não são encontradas nos solos de regiões de
clima temperado. A utilização das classificações tradicionais SUCS e HRB em projetos
de pavimentos assente sobre solos tropicais pode levar a resultados não correspondentes
a seu real desempenho. A partir da necessidade de uma classificação mais condizente
com os solos tropicais brasileiros, Nogami e Villibor desenvolveram na década de 1980
a Metodologia MCT. Baseada em ensaios com corpos de prova em miniatura, ela
permite avaliar características como resistência, deformabilidade e capacidade de
suporte dos materiais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi classificar quatro
amostras de solos tropicais da região noroeste do Rio Grande do Sul através desta
metodologia, de modo a viabilizar a utilização de tais materiais em projetos de
pavimentos econômicos. Os materiais foram coletados em Cruz Alta/RS e Ijuí/RS. Em
laboratório realizaram-se ensaios de caracterização física, mecânica e química dos solos.
Além disso, foram realizados os dois ensaios classificatórios da MCT, Mini-MCV e
Perda de Massa por Imersão, e o Método das Pastilhas. A partir dos resultados obtidos,
foi possível classificar os solos de acordo com as classificações tradicionais SUCS e
HRB, e confrontar com os resultados obtidos na classificação MCT. Verificou-se
também a concordância entre os dois sistemas classificatórios utilizados para solos
tropicais, a MCT e o Método das Pastilhas. De uma forma geral, foi possível perceber
uma diferença de resultado entre as metodologias tradicionais e a MCT, o que evidencia
que tais classificações não são adequadas para solos tropicais. Em adição, foi possível
identificar uma concordância entre a MCT e o Método das Pastilhas, o que confirma
que este é um bom método de identificação expedita de solos tropicais. Por fim, foi
possível concluir que dois dos solos estudados são de comportamento laterítico e podem
ter sua utilização viabilizada em camadas de pavimentos de baixo custo, propiciando
integração e desenvolvimento a regiões necessitadas.
Palavras-chave: Solos tropicais. Pavimentação. Classificação MCT. Método das
Pastilhas.
ABSTRACT
APPLICATION OF THE MCT METHODOLOGY IN CLASSIFICATION OF
SOILS IN THE NORTHWEST OF THE STATE OF RIO GRANDE DO SUL
AUTHOR: Lucas Eduardo Dornelles
ADVISOR: Prof. Dr. Rinaldo José Barbosa Pinheiro
In Brazil, there is a predominance of tropical soils. Such materials have peculiarities in
their behavior that are not found in the soils of temperate regions. The use of traditional
SUCS and HRB classifications in pavement designs built on tropical soils may lead to
results that do not correspond to their actual performance. From the need for a
classification that is more consistent with Brazilian tropical soils, Nogami and Villibor
developed the MCT Methodology in the 1980s. Based on experiments with miniature
specimens, it allows to evaluate characteristics such as strength, deformability and
support capacity of the materials. In this context, the aim of this study was to classify
four samples of tropical soils from the northwestern region of Rio Grande do Sul
through this methodology, in order to make feasible the use of such materials in
economical pavement projects. The materials were collected in Cruz Alta/RS and
Ijuí/RS. In the laboratory, physical, mechanical and chemical characterization of the
soils were carried out. In addition, the two MCT classification experiments, Mini-MCV
and Loss of Mass by Immersion in Water and the Tablet Method were performed. From
the results obtained, it was possible to classify the soils according to the traditional
classifications SUCS and HRB, and to compare with the results obtained in the MCT
classification. It was also verified the agreement between the two classification systems
used for tropical soils, the MCT and the Tablet Method. In general, it was possible to
perceive a difference of result between the traditional methodologies and MCT, which
shows that such classifications are not suitable for tropical soils. In addition, it was
possible to identify a concordance between MCT and the Tablet Method, which
confirms that this is a good method for the rapid identification of tropical soils. Finally,
it was possible to conclude that two of the studied soils are of lateritic behavior and can
be used in layers of low cost pavements, providing integration and development to
regions in need.
Keywords: Tropical soils. Paving. MCT classification. Tablet Method.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Perfil de ocorrência de solos em regiões tropicais ......................................... 17
Figura 2 - Fotografia microscópica de um solo laterítico, com aumento de 3000 e
10000x respectivamente ................................................................................. 19
Figura 3 - Ocorrência de solos lateríticos no Brasil ....................................................... 20
Figura 4 - Fotografia microscópica de um solo saprolítico com aumento de 3000x...... 22
Figura 5 - Ábaco classificatório da MCT-M .................................................................. 23
Figura 6 - Equipamento utilizado no ensaio de Mini-MCV ........................................... 25
Figura 7 - Curvas de compactação obtidas no ensaio de Mini-MCV ............................. 27
Figura 8 - Curva de deformabilidade Mini-MCV .......................................................... 28
Figura 9 - Ensaio de Perda de Massa por Imersão ......................................................... 29
Figura 10 - Ábaco da classificação MCT ....................................................................... 31
Figura 11 - Ábaco classificatório do Método das Pastilhas............................................ 32
Figura 12 - Localização dos materiais alternativos no estado do Rio Grande do Sul .... 35
Figura 13 - Localização dos dois perfis no estado do Rio Grande do Sul ...................... 37
Figura 14 - Perfil localizado em Cruz Alta/RS............................................................... 38
Figura 15 - Localização do perfil de Cruz Alta .............................................................. 39
Figura 16 - Perfil de solo localizado em Ijuí/RS ............................................................ 40
Figura 17 - Localização do perfil de Ijuí ........................................................................ 40
Figura 18 - Ensaio de Análise Granulométrica por Sedimentação em laboratório ........ 42
Figura 19 - Ensaio de Limite de Liquidez ...................................................................... 43
Figura 20 - Ensaio de Limite de Plasticidade ................................................................. 43
Figura 21 - Ensaio de Peso Específico Real dos Grãos .................................................. 44
Figura 22 – Compactador e molde metálico cilíndrico do Ensaio Proctor Normal ....... 45
Figura 23 - Equipamento utilizado no ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC) .... 47
Figura 24 - Equipamento de compactação Mini-MCV .................................................. 49
Figura 25 - Colocação do solo no molde com auxílio de um funil ................................ 49
Figura 26 - Extensômetro utilizado no ensaio de Mini-MCV ........................................ 50
Figura 27 - Corpo de prova extraído 10 mm para fora do molde ................................... 51
Figura 28 - Extrator de corpos de prova ......................................................................... 52
Figura 29 - Corpos de prova dentro do tanque de submersão ........................................ 52
Figura 30 - Penetrômetro utilizado no Método das Pastilhas ......................................... 53
Figura 31 - Pastilhas após o processo de secagem em estufa ......................................... 54
Figura 32 - Pastilhas no processo de reabsorção de água ............................................... 55
Figura 33 - Medição de penetração das pastilhas ........................................................... 55
Figura 34 - Curva granulométrica do solo CA-L ........................................................... 57
Figura 35 - Curva granulométrica do solo CA-S ............................................................ 58
Figura 36 - Curva granulométrica do solo IJ-L .............................................................. 58
Figura 37 - Curva granulométrica do solo IJ-S .............................................................. 59
Figura 38 - Curva de compactação do solo CA-L .......................................................... 60
Figura 39 - Curva de compactação do solo CA-S .......................................................... 61
Figura 40 - Curva de compactação do solo IJ-L ............................................................. 61
Figura 41 - Curva de compactação do solo IJ-S ............................................................. 62
Figura 42 - Ábaco classificatório da MCT ..................................................................... 66
Figura 43 - Ábaco classificatório da MCT-M ................................................................ 67
Figura 44 - Ábaco classificatório do Método das Pastilhas............................................ 68
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Informações sobre os pontos de coleta dos materiais estudados ................... 38
Tabela 2 - Análise Granulométrica e Classificação dos Solos ....................................... 56
Tabela 3 - Peso Específico Real dos Grãos e Limites de Atterberg ............................... 59
Tabela 4 - Resultados dos ensaios de Compactação....................................................... 60
Tabela 5 - Resultados dos ensaios de Índice de Suporte Califórnia ............................... 62
Tabela 6 - Resultados da Análise Química dos solos ..................................................... 63
Tabela 7 - Índices classificatórios da MCT .................................................................... 65
Tabela 8 - Resultados dos ensaios do Método das Pastilhas .......................................... 67
Tabela 9 - Concordância entre a MCT e o Método das Pastilhas................................... 68
Tabela 10 - Resumo dos resultados de todas as classificações utilizadas no estudo ...... 69
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 13
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................ 15
2.1. A METODOLOGIA MCT ................................................................................. 15
2.2. CARACTERÍSTICAS DE SOLOS TROPICAIS BRASILEIROS ................... 16
2.2.1. Solos lateríticos .................................................................................................. 19
2.2.2. Solos saprolíticos ............................................................................................... 21
2.2.3. Solos transicionais ............................................................................................. 23
2.3. ENSAIOS GEOTÉCNICOS UTILIZADOS NA CLASSIFICAÇÃO MCT ..... 24
2.3.1. Ensaio de compactação Mini-MCV ................................................................ 24
2.3.2. Ensaio de Perda de Massa por Imersão .......................................................... 29
2.3.3. Classificação geotécnica MCT ......................................................................... 30
2.3.4. Método expedito das pastilhas ......................................................................... 31
2.4. PAVIMENTOS DE BAIXO CUSTO ................................................................ 33
2.5. MATERIAIS ALTERNATIVOS NO RIO GRANDE DO SUL ....................... 34
3 METODOLOGIA ............................................................................................. 36
3.1. ETAPA DE ESCRITÓRIO ................................................................................. 36
3.2. ETAPA DE CAMPO .......................................................................................... 36
3.2.1. Perfil em Cruz Alta/RS .................................................................................... 38
3.2.2. Perfil em Ijuí/RS ............................................................................................... 39
3.3. ETAPA DE LABORATÓRIO ........................................................................... 41
3.3.1. Ensaios de Caracterização Física .................................................................... 41
3.3.2. Ensaios de caracterização mecânica ............................................................... 44
3.3.3. Ensaio de análise química completa ................................................................ 47
3.3.4. Ensaio de Mini-MCV ........................................................................................ 47
3.3.5. Ensaio de perda de massa por imersão ........................................................... 51
3.3.6. Método das Pastilhas ........................................................................................ 53
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................... 56
4.1. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DOS MATERIAIS .................. 56
4.2. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS MATERIAIS .......... 60
4.3. ANÁLISE QUÍMICA DOS SOLOS .................................................................. 63
4.4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MINI-MCV E ENSAIO DE PERDA DE
MASSA POR IMERSÃO ................................................................................... 64
4.5. MÉTODO DAS PASTILHAS ............................................................................ 67
4.6. COMPARAÇÃO ENTRE AS CLASSIFICAÇÕES .......................................... 68
5 CONCLUSÕES ................................................................................................. 70
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 72
13
1 INTRODUÇÃO
No âmbito da Engenharia Civil, os solos podem ser considerados um dos
materiais mais versáteis existentes, devido ao baixo custo de aquisição e abundância em
todas as regiões. Além da possibilidade de utilização como elemento de suporte em
fundações e subleitos rodoviários, eles podem constituir estruturas como barragens,
muros de arrimos, aterros, entre outros.
Na pavimentação, assim como em outras áreas da engenharia, busca-se
atualmente o desenvolvimento de projetos visando rodovias que atendam os mínimos
requisitos técnicos e que contemplem soluções econômicas e sustentáveis.
O crescimento econômico demanda rodovias pavimentadas e em boas
condições de uso, de modo a facilitar a integração entre as regiões de produção agrícola
aos pontos de exportação. Por outro lado, a utilização de agregados convencionais como
brita graduada simples e rocha sã como base e sub-base de pavimentos se torna inviável
em algumas regiões do Rio Grande do Sul, principalmente pelo alto custo de exploração
e grandes distâncias de transportes.
Nesse contexto, a utilização de materiais alternativos de ocorrência local ou
regional possibilita o projeto e a construção de pavimentos econômicos ou de baixo
custo. Tais materiais são comumente encontrados próximos ou às margens de rodovias
já implantadas, mas não pavimentadas. No Rio Grande do Sul, é possível verificar a
ocorrência de materiais alternativos, tais como basalto alterado, plintosolo, laterita e
solos arenosos finos lateríticos. A utilização desses materiais como camadas de
pavimentos pode contribuir com o crescimento econômico das regiões sem prejudicar o
meio ambiente.
Os dois principais sistemas de classificação de solos para utilização na área
rodoviária são o Sistema Unificado de Classificação de Solos (S.U.C.S) e o Highway
Resarch Board (H.R.B). O primeiro estabelece uma hierarquização para solos de
subleito a partir dos ensaios de análise granulométrica por peneiramento e determinação
dos limites de consistência. Já o segundo, desenvolvido para aplicação em projetos de
aeroportos, considera como parâmetros classificatórios a curva granulométrica, limite
de liquidez, índice de plasticidade e a compressibilidade dos solos.
No Brasil, tem-se uma predominância de solos tropicais. Devido ao
comportamento diferenciado destes solos, a utilização das classificações tradicionais em
projetos de pavimentos assente sobre solos tropicais pode levar a resultados não
14
correspondentes a seu real desempenho. Tais classificações foram desenvolvidas para
solos de clima frio e temperado, o que dificulta sua aplicação em solos de formação
tropical.
A partir da necessidade de um sistema de classificação para solos tropicais
brasileiros, Nogami e Villibor desenvolveram a Metodologia MCT (Miniatura,
Compactada, Tropical). Essa metodologia permite uma classificação dos solos
compactados tropicais baseada em propriedades mecânicas e hidráulicas, através de
ensaios com corpos de prova em miniatura compactados em diferentes teores de
umidade. Assim, é possível uma avaliação direta das propriedades dos solos tropicais de
maneira mais efetiva.
Além disso, tal metodologia permite identificar o comportamento laterítico ou
não-laterítico dos solos. Solos lateríticos são aqueles que, quando compactados em
determinados teores de umidade, apresentam boa capacidade de suporte e pequena
perda dessa capacidade quando imersos em água. Ou seja, materiais que podem ter sua
utilização viabilizada em projetos de pavimentos de baixo custo.
Nogami e Villibor desenvolveram também uma metodologia expedita de
identificação de solos tropicais, o Método das Pastilhas. Baseado em medições
realizadas em pequenas pastilhas de solo moldadas em anéis metálicos, este método
permite classificar de forma rápida, prática e econômica os solos tropicais nos mesmos
grupos da Metodologia MCT.
Sendo assim, este trabalho tem como objetivo geral classificar e identificar
quatro amostras de solos tropicais da região noroeste do Rio Grande do Sul através da
Metodologia MCT e do Método das Pastilhas, de modo a propor a utilização de tais
materiais em projetos de pavimentos econômicos. Paralelo a isso, visa-se também
classificar as amostras de acordo com as duas classificações tradicionais de solos –
Sistema Unificado de Classificação de Solos (S.U.C.S) e Highway Research Board
(H.R.B) – para efeito de comparação com os resultados obtidos na Metodologia MCT.
15
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo será apresentada uma revisão da bibliografia acerca dos seguintes
temas: (a) histórico da Metodologia MCT; (b) solos tropicais brasileiros; (c) ensaios
geotécnicos utilizados na classificação MCT, (d) pavimentos de baixo custo e (e)
materiais alternativos no Rio Grande do Sul.
2.1. HISTÓRICO DA METODOLOGIA MCT
A identificação e classificação de solos existentes na natureza têm vital
importância para o conhecimento das características geotécnicas desses materiais, seja a
partir de análise táctil-visual ou por meio de ensaios de laboratório. A classificação de
um solo permite a seleção do melhor material indicado para determinado projeto de
engenharia, levando em conta suas características físicas e mecânicas.
Atualmente, é praticamente exclusiva a utilização no mundo inteiro de
procedimentos baseados na granulometria e características plásticas para classificar os
solos em pavimentação. Devido à predominância de solos tropicais no Brasil, tais
classificações conduzem a solos classificados de maneira não condizente com seu real
comportamento quando aplicados em um projeto rodoviário. Esse tema tem sido
assunto de diversas pesquisas no âmbito acadêmico e profissional, de modo a se buscar
um sistema de classificação de solos de clima tropical, quente e úmido.
Na década de 1950, Nogami constatou que os procedimentos adotados a partir
de classificações desenvolvidas nos Estados Unidos não correspondiam com o real
desempenho dos solos brasileiros em obras rodoviárias.
Entre os anos de 1956 e 1960, com a execução do Plano de Pavimentação no
Brasil, se tornou possível o desenvolvimento de uma tecnologia mais adaptada aos solos
tropicais brasileiros e suas condições tropicais. Antes deste plano, era comum a
utilização de bases rodoviárias constituídas de macadame hidráulico ou betuminoso e de
revestimentos betuminosos usinados a quente.
A partir dos anos 1960, começou-se a utilizar outros materiais nas camadas dos
pavimentos rodoviários. São exemplos as bases de solo-cimento, bases estabilizadas
granulometricamente, revestimentos de tratamento superficial e reforço do subleito com
utilização de solos lateríticos arenosos ou argilosos.
16
No estado de São Paulo, entre as décadas de 1960 e 1970, alguns trechos
experimentais foram executados com bases de solos arenosos finos lateríticos. O
excelente desempenho destes materiais em campo comprovou que os procedimentos
tradicionais para escolha de solos estabilizados granulometricamente na época eram
limitados.
A metodologia MCT foi desenvolvida especificamente para o estudo de solos
tropicais, visando estudos geotécnicos em projetos de pavimentos de baixo custo. Nesse
contexto, Nogami e Villibor (1981) fizeram grande contribuição com o
desenvolvimento desta metodologia. Além de constituir um marco na Geotecnia
brasileira, essa metodologia permite identificar e caracterizar propriedades mecânicas e
hidráulicas de solos tropicais de maneira direta e eficaz.
Em 1972, baseado no procedimento desenvolvido na Iowa State University,
Nogami desenvolveu o primeiro ensaio de Mini-CBR, caracterizado por dimensões
reduzidas. Isso permitiu a correlação dos valores encontrados com resultados de CBR
realizados de acordo com o método de dimensionamento de pavimentos asfálticos
vigente no Brasil.
A partir do procedimento denominado Moisture Condition Value – MCV,
desenvolvido por Parsons (1976) no Laboratório de Pesquisas em Transportes e
Estradas (Transport and Road Research Laboratory – UK), Nogami e Villibor
adaptaram tal ensaio para estudos em solos tropicais. Mais tarde, em 1979, eles
utilizaram corpos de prova compactados para identificar outras propriedades dos solos,
tais como contração, infiltrabilidade e permeabilidade.
A introdução do ensaio de Perda de Massa por Imersão permitiu o
desenvolvimento de uma classificação geotécnica (Nogami e Villibor, 1981)
denominada Classificação MCT (Miniatura, Compactada, Tropical).
Mais recentemente, Nogami e Villibor (2001) propuseram algumas atualizações
na metodologia, de modo a reduzir o número de golpes no ensaio de compactação,
visando uma simplificação do processo de classificação dos solos.
2.2. CARACTERÍSTICAS DE SOLOS TROPICAIS BRASILEIROS
Solo tropical pode ser definido como aquele que apresenta propriedades e
comportamento peculiar em relação a solos não tropicais. Essa peculiaridade ocorre
17
devido à atuação de processos geológicos e/ou pedológicos no mesmo, típicos de
regiões tropicais úmidas (Committe on Tropical Soils of ISSMFE, 1985).
Os solos tropicais são encontrados em regiões com características climáticas
tropicais e úmidas. Como consequência do processo de laterização, esses materiais
podem apresentar diferentes comportamentos em relação às suas propriedades
mecânicas e hidráulicas. Tal processo, também chamado de latolização, ocorre em
regiões onde os cátions básicos sofrem lixiviação, com concentração residual de óxidos
de ferro e de alumínio.
De acordo com Nogami e Villibor (1996), os solos precisam apresentar duas
condições para que sejam considerados tropicais. Além de possuir propriedades e
comportamentos diferentes de solos tradicionais (classificados pelos sistemas de
classificação SUCS e HRB), eles devem ocorrer em clima quente e úmido.
Nas regiões de clima tropical, encontram-se solos lateríticos, saprolíticos e
transportados. A Figura 1 esquematiza um perfil típico de ocorrência desses solos em
ambientes tropicais. No Brasil, de acordo com os autores citados acima, destacam-se
duas classes de solos tropicais: solos de comportamento laterítico e solos de
comportamento não-laterítico.
Figura 1 - Perfil de ocorrência de solos em regiões tropicais
Fonte: http://www.portaldetecnologia.com.br/ Acesso em 01 de junho de 2017.
Com o intuito de identificar as propriedades e características geotécnicas dos
solos tropicais brasileiros, Nogami e Villibor desenvolveram na década de 80 uma
metodologia denominada MCT (Miniatura, Compactada, Tropical). Através de ensaios
com corpos de prova em miniatura, esta metodologia permite a avaliação de
18
propriedades relacionadas à resistência, deformabilidade e permeabilidade dos solos.
Nesta classificação, os solos foram divididos em duas classes. São elas solos de
comportamento laterítico (L) e solos de comportamento não-laterítico (N). Além disso,
eles são subdivididos em sete grupos, conforme descrito por Nogami e Villibor (1995):
• Areias lateríticas (LA) – neste grupo estão inclusas as areias com poucos
finos de comportamento laterítico, típicas do horizonte B dos solos conhecidos
pedologicamente como areias quartzosas e regosolos;
• Solos arenosos lateríticos (LA’) – solos tipicamente arenosos, e
constituintes do horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente no Brasil por
latossolos arenosos e solos podzolizados arenosos (textura média). Estes solos, além da
presença de matizes vermelho e amarelo, dão cortes firmes (pouco ou não erodíveis)
nitidamente trincados, quando expostos às intempéries;
• Solos argilosos lateríticos (LG’) – este grupo é formado por argilas e
argilas arenosas que constituem o horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente
por latossolos, solos podzólicos e terras roxas estruturadas. Quando apresentam
porcentagem de areia elevada, tem um comportamento semelhante aos solos do grupo
LA’;
• Areias não lateríticas (NA) – Os solos pertencentes a este grupo são as
areias, siltes e misturas de areias e siltes, nos quais os grãos são constituídos
essencialmente de quartzo e/ou mica. Praticamente não possuem finos argilosos
coesivos siltes caoliníticos;
• Solos arenosos não lateríticos (NA’) – compostos granulometricamente
por misturas de areias quartzosas (ou de minerais de propriedades similares) com finos
passando na peneira 0,075mm, de comportamento não laterítico. Geneticamente os tipos
mais representativos são solos saprolíticos originados de rochas ricas em quartzo tais
como os granitos, gnaisses, arenitos e quartzitos impuros;
• Solos siltosos não lateríticos (NS’) – este grupo compreende os solos
saprolíticos silto-arenosos peculiares, resultantes do intemperismo tropical nas rochas
eruptivas e metamórficas, de constituição predominantemente feldspática-micácea-
quartzosa. As variedades mais ricas em areia quartzosa podem ter características
mecânicas e hidráulicas que se aproximam dos solos do grupo NA’;
• Solos argilosos não lateríticos (NG’) – este grupo compreende os solos
saprolíticos argilosos, provenientes de rochas sedimentares argilosas (folhelhos,
argilitos, siltitos), ou cristalinas pobres em quartzo e ricas em anfibólios, piroxênios e
19
feldspatos cálcicos. Classificam-se neste grupo os solos superficiais pedogênicos não
lateríticos, como os vertissolos bem como muitos solos transportados.
2.2.1. Solos lateríticos
De acordo com Johnston (2010), um solo é considerado laterítico quando for
considerado de comportamento geotécnico laterítico. Ou seja, ele é caracterizado por
possuir diversas propriedades que levam a classificá-lo como solo de comportamento
laterítico na classificação MCT.
Devido à laterização, a fração argila dos solos lateríticos é constituída
basicamente por argilominerais do tipo caulinita e por hidróxidos e óxidos hidratados de
ferro e alumínio. A combinação de tais componentes torna esses solos estáveis na
presença de água, graças ao recobrimento dos argilominerais pelos hidróxidos e óxidos
hidratados. Estes últimos, além de reduzirem a capacidade de adsorção de água pelos
argilominerais, também atuam como agentes cimentantes naturais entre as partículas do
solo. Nas frações silte e areia, são encontrados essencialmente quartzo, agregações
lateríticas e, em menor escala, minerais pesados.
A Figura 2 mostra, em escala microscópica com aumento de 3000 e 10000
vezes, um solo laterítico estudado por Takeda (2006). É possível perceber que os grãos
mais finos se encontram agregados e que o solo apresenta um aspecto cimentado.
Figura 2 - Fotografia microscópica de um solo laterítico, com aumento de 3000 e
10000x respectivamente
Fonte: Takeda (2006).
20
Conforme Nogami e Villibor (1981), solos de comportamento laterítico
constituem a camada mais superficial de áreas bem drenadas, acima do lençol freático.
São caracterizados por sua cor, onde predominam os tons vermelhos e amarelos. Sua
espessura geralmente ultrapassa 2 metros e raramente é superior a 10 metros.
Além disso, os solos lateríticos são caracterizados pela sua macroestrutura
aparentemente homogênea e isotrópica. As variedades argilosas exibem aglomeração,
formando torrões que geralmente são resistentes à ação da água, e grande quantidade de
vazios preenchidos por ar. Já nas variedades arenosas, são encontrados vazios
intergranulares. Por causa dessas características peculiares, os solos lateríticos são
considerados porosos pela sua aparência macroscópica. Isso justifica sua baixa massa
específica aparente e elevada permeabilidade.
Em relação à sua distribuição geográfica, os solos lateríticos estão situados
geralmente na faixa do planeta localizada entre os trópicos. Essas regiões são
caracterizadas por condições climáticas favoráveis ao intemperismo intenso e rápido,
com altas temperaturas, ambiente úmido, chuvas intensas e percolação d’água.
(BERNUCCI, 1995)
De toda a superfície do planeta, estima-se que 8,1% é ocupado por solos
lateríticos. No Brasil, este tipo de solo pode ser encontrado em diversas regiões,
conforme a figura 3.
Figura 3 - Ocorrência de solos lateríticos no Brasil
Fonte: http://www.portaldetecnologia.com.br/ Acesso em 01 de junho de 2017.
21
Quanto às propriedades mecânicas dos solos lateríticos, é importante diferenciar
sua condição natural da compactada. Em obras de pavimentação, tem-se o interesse pelo
conhecimento das características e propriedades do material compactado. Um solo de
comportamento laterítico adquire, após compactação, alta capacidade de suporte e
pequena perda dessa capacidade quando imerso em água.
Segundo Santana e Gontijo (1987), os solos lateríticos, em geral, apresentam
CBR relativamente alto e baixa expansão, elevados Limite de Liquidez (LL) e Índice de
Plasticidade (IP) e alto valor de módulo resiliente. Além disso, eles podem apresentar
contração elevada quando secos e possuem aglomeração bem desenvolvida, o que os
torna permeáveis e resistentes à erosão.
De acordo com a classificação MCT os solos de comportamento laterítico são
designados pela letra L. São subdivididos em três diferentes grupos:
• LA – areia laterítica
• LA’ – solo arenoso laterítico
• LG’ – solo argiloso laterítico
2.2.2. Solos saprolíticos
Solos saprolíticos são aqueles que resultam da decomposição e/ou desagregação
in situ da rocha (considerada material consolidado da crosta terrestre). São peculiares
por manter, de maneira nítida, a estrutura da rocha que lhe deu origem (Comittee on
Tropical Soils of ISSMFE, 1985).
Nogami e Villibor (1995) classificam o solo saprolítico como um solo
genuinamente residual, frequentemente designado solo residual ou solo residual jovem.
São caracterizados por espessuras variadas, podendo chegar a dezenas de metros de
profundidade. Grande parte desses solos se encontra em boas condições de drenagem.
Possuem manchas e mosqueamentos que tornam sua estrutura visivelmente
heterogênea. Tais feições foram herdadas da rocha de origem ou desenvolvidas durante
o processo de intemperismo. Nestes solos, as cores mais variadas podem ocorrer, entre
elas branco, preto, cinza, roxo, azul, entre outros.
Além disso, os solos saprolíticos possuem uma composição mineralógica
caracterizada por um grande número de minerais, sendo formados pela intemperização
ou herdados da rocha matriz. Na fração argila, é comum encontrar grande variedade de
22
argilominerais, enquanto que na mineralogia da fração silte pode se encontrar
macrocristais de caulinitas e micas. Tais minerais podem conferir um comportamento
particular a estes solos. A Figura 4 ilustra um solo saprolítico em escala microscópica
estudado por Takeda (2006).
Figura 4 - Fotografia microscópica de um solo saprolítico com aumento de 3000x
Fonte: Takeda (2006).
Em relação à plasticidade e expansibilidade, os solos saprolíticos possuem um
comportamento muito peculiar. Eles podem variar de extremamente plástico até não
plástico e de altamente expansivo (quando saturados) até muito contrátil (quando seco).
São considerados bastante erodíveis, geralmente apresentando baixos valores de CBR e
módulo de resiliência. A presença de mica na composição destes solos pode alterar seu
comportamento. Quando presente em elevada concentração na fração silte, este mineral
torna o solo muito expansivo, tanto no umedecimento quanto na secagem.
Ainda, de acordo com Nogami e Villibor (1981), os solos saprolíticos
geralmente apresentam um valor de capacidade de suporte abaixo das previsões dos
índices classificatórios tradicionais ou dos grupos tradicionais. Associado a um valor de
expansão comumente alto, devido ao baixo LL e IP, são geralmente considerados
inadequados para uso em pavimentação.
Solos de comportamento não laterítico são designados pela letra N na
classificação MCT e são subdivididos em quatro grupos:
• NA – areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de
grão de quartzo e/ou mica, não laterítico;
23
• NA’ – misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não
laterítico (solo arenoso);
• NS’ – solo siltoso não laterítico;
• NG’ – solo argiloso não laterítico.
2.2.3. Solos transicionais
Vertamatti (1988) estudou solos plínticos da Amazônia, que podem passar
totalmente ou ter uma parcela de material retido na peneira de 2 mm. O autor propôs a
utilização de um equipamento semelhante ao utilizado no ensaio de Mini-MCV,
desenvolvido por Parsons (1976), para avaliar as características geotécnicas dos solos
granulares da Amazônia.
A partir deste estudo, foi apresentada uma proposta de modificação da
classificação MCT, com a inclusão do grupo de solos transicionais (T) no ábaco
classificatório. Este ábaco apresentado por Vertamatti (1988), mostrado na figura 5, foi
denominado MCT-M. O sufixo M indica a condição de modificação do gráfico. Surgiu
assim o conceito de solos transicionais, compreendidos na faixa intermediária entre os
solos de comportamento laterítico e os de comportamento não laterítico.
Figura 5 - Ábaco classificatório da MCT-M
Fonte: Vertamatti (1988).
24
2.3. ENSAIOS GEOTÉCNICOS UTILIZADOS NA CLASSIFICAÇÃO MCT
A Metodologia MCT é composta por uma série de ensaios geotécnicos. São eles:
Compactação Mini-MCV, Perda de Massa por Imersão, Mini-CBR, Contração,
Infiltrabilidade, Permeabilidade e Penetração da Imprimação. Ela se aplica somente aos
solos com no mínimo 95% de material passante na peneira de abertura de 2mm. São
utilizados corpos de prova em miniatura compactadas, com dimensões de 5cm de
diâmetro e 5cm de altura. Através dos ensaios desta metodologia, é possível avaliar
diversas características dos solos tropicais, como contração, permeabilidade, expansão,
capacidade de suporte e curvas de compactação.
Para a classificação MCT, ou seja, para enquadrar o solo em determinado grupo
de solos, são necessários apenas dois ensaios, os chamados classificatórios da MCT.
São eles o ensaio de Compactação Mini-MCV e o ensaio de Perda de Massa por
Imersão.
2.3.1. Ensaio de compactação Mini-MCV
Neste ensaio, a compactação do solo é realizada em um equipamento miniatura.
O processo de compactação está baseado no processo desenvolvido por Parsons (1976).
Consiste na aplicação de energias crescentes, para cada teor de umidade, até se
conseguir uma massa específica aparente máxima. Este procedimento, denominado de
Moisture Condition Value (valor da condição de umidade) foi desenvolvido na
Inglaterra para controle de compactação em cilindros de 100mm de altura e soquete de
7kg. No Brasil, foi adaptado por Nogami e Villibor na década de 80 para corpos de
prova menores, com 50mm de altura e soquete de 2,270Kg.
Para a execução do ensaio de Compactação Mini-MCV devem ser seguidos os
procedimentos das normativas DNER-CLA 259/96 e DNER-ME 258/94. Utiliza-se um
equipamento de compactação em miniatura composto por uma base cúbica de concreto,
soquete cilíndrico de aço com peso de 2,270Kg e altura de queda de 30,5 cm. Na ponta
do soquete existe um cilindro padrão de aço com diâmetro de 49,8mm de faces
perfeitamente paralelas e polidas com altura de 50mm. Para medição da variação de
altura dos corpos de prova, utiliza-se um extensômetro com curso mínimo de 50mm,
graduado em 0,01mm e provido de contragiros. Para extração dos corpos de prova após
25
a compactação, o equipamento conta com um dispositivo de alavanca. A Figura 6 ilustra
o equipamento de compactação Mini-MCV.
Figura 6 - Equipamento utilizado no ensaio de Mini-MCV
Fonte: Adaptado de DNER-ME 258/94.
A realização do ensaio inicia-se com a determinação da umidade ótima do
material, obtida a partir da compactação Proctor Normal. Sabendo o valor de umidade
ótima do solo, separa-se cerca de 2500g de material passante na peneira de abertura de 2
mm, dividindo-se o material em cinco porções diferentes com 500g cada uma. O
umedecimento deve ser feito de forma a se obter porções com umidades crescentes e
sucessivas. A diferença de umidade entre as porções deve ser de 1,5 a 2% nos solos
arenosos, 3 a 4% nos solos argilosos lateríticos e de 5% nas argilas não lateríticas e
siltes micáceos e cauliníticos. Essas porções devem abranger uma faixa de umidade
composta por um ponto próximo à umidade ótima, dois no ramo seco e dois no ramo
úmido da curva de compactação.
26
As amostras de 500g devem ser umedecidas, homogeneizadas e acondicionadas
em sacos de polietileno ou potes plásticos com tampa, passando por um período mínimo
de repouso de 24 horas antes da realização do ensaio. Dessa forma evita-se a perda de
umidade do material.
Outro procedimento a ser realizado antes de iniciar o ensaio é a medição da
altura do cilindro padrão que será utilizado, por exemplo, Ac= 50mm. A partir desta
medição é feita a aferição do equipamento de compactação, de modo a se determinar,
durante o ensaio, a altura do corpo de prova. São colocados sobre o pistão do
compactador os discos de papel filtro, o cilindro padrão e o soquete de compactação de
forma centrada. Faz-se então a leitura do extensômetro (La) e calcula-se a constante de
aferição (Ka) do conjunto compactador-soquete através da equação abaixo. O sinal
negativo deve ser utilizado quando o extensômetro for colocado de cabeça para baixo e
positivo no caso contrário.
(1)
Após a aferição, o equipamento então é preparado para a realização do ensaio.
As etapas do processo e da realização do ensaio estão descritas abaixo:
Colocar os espaçadores envolvendo o pistão do compactador, o molde
cilíndrico sobre o mesmo e o disco de papel filtro para evitar aderência do material na
base do equipamento de compactação;
Homogeneizar novamente as porções de 500g de material e retirar
pequena porção de solo para determinação do teor de umidade através de secagem em
estufa;
Separar 200g de material homogeneizado e despejar, com auxílio de um
funil, dentro do molde. Nivelar o solo dentro do molde utilizando uma espátula.
Posicionar o soquete anteriormente aferido sobre o solo do molde.
Efetuar golpes sucessivos com leitura do extensômetro de acordo com a série de golpes
a seguir: 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 96, 128, 192 e 256.
O ensaio inicia com a porção que possui maior teor de umidade, de forma que o
mesmo procedimento é repetido para os cinco teores de umidade. O ensaio é
interrompido e finalizado em três possíveis situações. Quando a diferença entre a leitura
obtida após 4n golpes for inferior a 2mm, quando houver exsudação de água de forma
27
intensa no topo e/ou na base do corpo de prova ou quando o número de golpes atingir
256 golpes.
A realização do procedimento descrito acima permite identificar as curvas de
compactação de um solo. Essas curvas representam em abscissa os teores de umidade de
compactação e em ordenada os valores de massa específica aparente seca. O coeficiente
d’é definido como a inclinação da parte retilínea mais inclinada do ramo seco da curva
de compactação, sendo correspondente a 10 golpes no ensaio de Mini-MCV e ao teor de
umidade de compactação. A Figura 7 apresenta um exemplo de família de curvas de
compactação obtidas através deste ensaio.
Figura 7 - Curvas de compactação obtidas no ensaio de Mini-MCV
Fonte: Venturini (2015).
Além disso, o ensaio de Mini-MCV permite a obtenção das curvas de
deformabilidade Mini-MCV de um solo. Para cada teor de umidade, são traçados em
escala mono-log, curvas correspondentes na abcissa ao número de golpes (n) e na
ordenada à diferença de altura (na) dos corpos de prova compactados. Tais curvas são
denominadas de Mini-MCV, pois a partir delas é possível a determinação do valor da
condição de umidade. Procurando-se a intersecção com a reta de equação a=2mm,
adotada como referência para os corpos de prova da metodologia, determina-se o valor
28
de golpes B correspondente. O Mini-MCV, para cada teor de umidade, é definido a
partir da equação:
(2)
A Figura 8 apresenta um exemplo de curva de deformabilidade Mini-MCV.
Figura 8 - Curva de deformabilidade Mini-MCV
Fonte: Venturini (2015).
O parâmetro classificatório denominado c’ é o coeficiente angular da parte mais
inclinada e retilínea da curva Mini-MCV, correspondente ao valor de Mini-MCV igual a
10. Este parâmetro reflete a argilosidade do solo. Solos com um c’ elevado, superior a
1,5, são caracterizados como argilas e solos argilosos, enquanto que valores de c’
inferiores a 1,0 caracterizam areias e siltes não plásticos ou pouco coesivos. Os demais
solos, como areias argilosas, areias siltosas, argilas siltosas e argilas arenosas estão
compreendidos no intervalo entre 1,0 e 1,5.
29
2.3.2. Ensaio de Perda de Massa por Imersão
O ensaio de Perda de Massa por Imersão segue as diretrizes da normativa
DNER-ME 256/94. Ele é realizado utilizando-se os corpos de prova compactados no
procedimento do ensaio de Mini-MCV. Utiliza-se um tanque de imersão, de modo a se
manter uma lâmina de água de cerca de 1 cm acima da superfície externa do molde de
compactação. O molde é posicionado horizontalmente sobre um suporte, disposto a uma
altura de cerca de 4 cm do fundo do tanque. Para cada molde é disposta uma cápsula
com cerca de 8 cm de diâmetro e capacidade de 75mL no fundo do tanque. Utilizando o
dispositivo de alavanca, o corpo de prova deve ser extraído cerca de 10 mm do seu
molde. Em seguida, o corpo de prova é submerso em água, conforme o esquema da
Figura 9.
Figura 9 - Ensaio de Perda de Massa por Imersão
Fonte: Adaptado de Nogami e Villibor (1995).
Ao passar do tempo de ensaio, o solo começará a se desprender do corpo de
prova e cair na cápsula disposta no fundo do tanque. Após 20h do início do período de
imersão, as cápsulas são retiradas e levadas para secagem em estufa, de modo a se
determinar a massa de solo seco desprendida no ensaio.
30
A perda de massa “Pi” é expressa em porcentagem e está relacionada à massa
seca da parte primitivamente saliente do corpo de prova, para cada teor de umidade.
Para a classificação do solo, esse parâmetro é obtido por interpolação gráfica da curva
de variação das porcentagens Pi em função do Mini-MCV. Procura-se no gráfico o valor
correspondente a Mini-MCV 10 ou 15, dependendo se a massa específica aparente seca
(MEAS) do solo for baixa ou elevada. Quando a altura final do corpo de prova para
Mini-MCV igual a 10 for acima de 53mm, a MEAS é considerada baixa. Já quando a
altura final do corpo de prova para Mini-MCV igual a 15 for inferior a 53mm, a MEAS
é considerada elevada.
2.3.3. Classificação geotécnica MCT
Com a realização dos dois ensaios descritos nos itens anteriores, é possível a
obtenção do parâmetro classificatório e’. Ele é calculado a partir do coeficiente d’ e da
perda de massa por imersão Pi, conforme a equação abaixo.
√
(3)
A classificação dos solos nos grupos da Metodologia MCT se dá a partir do
ábaco proposto por Nogami e Villibor (1981) apresentado na figura 10. O coeficiente c’
é associado à argilosidade do solo e corresponde às abcissas do ábaco da classificação
MCT. Já o índice e’ é relacionado ao caráter laterítico do solo e corresponde às
ordenadas do gráfico. De acordo com estes autores, algumas ressalvas são necessárias:
Quando o ponto cair sobre uma das proximidades dos limites L e N
(comportamento laterítico e não laterítico), o solo será considerado L quando Pi
decrescer tendendo a zero, para Mini-MCV no intervalo entre 10 e 15, e a curva Mini-
MCV apresentar concavidade para cima no intervalo de Mini-MCV de 1 a 15;
O solo será considerado N quando Pi variar de maneira diferente e a
referida curva for sensivelmente retilínea ou com concavidade para baixo;
O solo será considerado transicional quando as condições não
correspondem às acima especificadas. Assim, será representado por símbolos dos
grupos adjacentes.
31
Figura 10 - Ábaco da classificação MCT
Fonte: Nogami e Villibor (1981).
2.3.4. Método expedito das pastilhas
Nas décadas passadas, vários estudos buscaram simplificar os ensaios
necessários para classificação geotécnica. Assim, é possível proporcionar resultados
coerentes com o real comportamento dos solos utilizados em obras de pavimentação. A
partir da experiência com a Metodologia MCT, foi desenvolvido um novo método de
classificação denominado Método Expedito das Pastilhas.
De acordo com Nogami e Villibor (1994), este método foi proposto com a
finalidade de simplificar os procedimentos dos ensaios de classificação de solos
tropicais. Além de utilizar menor quantidade de material do que nas outras
metodologias, este método possui equipamentos mais simples, requer mão de obra com
menor treinamento e pode ser utilizado para fins gerais e classificatórios.
O procedimento de ensaio consiste na moldagem de pastilhas em anéis de aço
inox com 20 mm de diâmetro e 5 mm de altura. Através de medições de contração (Ct)
e penetração (consistência) das pastilhas, é possível avaliar propriedades de resistência,
deformabilidade e permeabilidade dos solos.
32
O ábaco classificatório do Método Expedito das Pastilhas está apresentado na
Figura 11. O gráfico apresenta as classes de solo de acordo com a Metodologia MCT.
Figura 11 - Ábaco classificatório do Método das Pastilhas
Fonte: Nogami e Villibor (1994).
Na parte superior do gráfico, estão situados os valores do coeficiente c’,
calculado através das expressões abaixo:
Para valores de contração (Ct) entre 0,1 e 0,5 mm:
(4)
Para valores de contração (Ct) maiores ou iguais a 0,6 mm:
(5)
Assim, é possível classificar de forma expedita os solos a partir dos valores de
penetração e da contração diametral ou coeficiente c’.
33
2.4. PAVIMENTOS DE BAIXO CUSTO
De acordo com relatório técnico do DAER/RS, um pavimento é dito de baixo
custo quando, na camada de base e/ou sub-base, são utilizados materiais com custo de
execução substancialmente menor, medido em m³ executado, em relação aos materiais
tradicionais. Tais pavimentos, também denominados de pavimentos de baixo tráfego,
são dimensionados para um VDM igual ou inferior a 500 com até 40% de tráfego
comercial e N inferior a 5,5x105, sendo o período de projeto em geral de 10 anos.
Conforme a AASHTO (1986), as rodovias de baixo volume de tráfego suportam
até 106 repetições do eixo padrão de 82kN, considerando um método de
dimensionamento expedito de três níveis para um tráfego de até 106: baixo, médio e
alto.
Villibor e Nogami (2001) caracterizaram os pavimentos ditos de baixo custo por:
Utilizar bases compostas por solos, que tem custos de execução
substancialmente menores que as convencionais, como por exemplo: brita graduada,
macadame hidráulico, solo cimento, etc.;
Utilizar revestimento betuminoso tipo tratamento superficial, com
espessura de não mais que 3 cm, geralmente da ordem de 1,5 cm;
Considerar o trânsito no máximo do tipo médio, com Nt < 106
solicitações.
De acordo com o DNIT (2014), 78,6% da malha rodoviária brasileira é
composta por rodovias não pavimentadas, sendo que 91,26% delas estão sob
responsabilidade de governos municipais. No Rio Grande do Sul, apenas 7,25% da
malha rodoviária é pavimentado, o que corresponde a 11377,1Km.
Uma das maneiras de baixar os custos de execução de pavimentos é minimizar a
distância de transporte de materiais, utilizando os solos locais, ou seja, materiais
alternativos que devem ser criteriosamente selecionados nas jazidas (JOHNSTON,
2010).
Segundo Oliveira (2000), o emprego de materiais regionais, mais econômicos,
pode tornar possível a pavimentação de muitas rodovias, proporcionando evolução
econômica e integração a muitas áreas rurais hoje necessitadas de desenvolvimento. No
Rio Grande do Sul, é possível encontrar materiais alternativos já utilizados ou com
potencial de uso em pavimentação, tais como plintossolo, laterita, basalto alterado,
saibros de granito/gnaisse e solos arenosos finos lateríticos.
34
2.5. MATERIAIS ALTERNATIVOS NO RIO GRANDE DO SUL
No Rio Grande do Sul, teve início na década de 80 a utilização de basalto
alterado nas obras rodoviárias executadas pelo DAER/RS. Tal material, resultante de
processos de alteração de rochas vulcânicas, está presente em grande parte do território
do estado.
Em 1982, técnicos da Divisão de Normas e Pesquisas do DAER/RS dedicaram-
se no desenvolvimento de uma solução econômica para viabilização da trafegabilidade
da chamada “Estrada do Inferno” (RST/101, trecho Bacopari – Mostardas). Foi
executado um trecho experimental de 500 m de extensão com a utilização de um
material local chamado de “barrinho”, horizonte B de um plintossolo. Consiste em um
solo areno-argiloso, de ocorrência na Formação Chuí, caracterizado por uma
concentração significativa de óxidos de ferro, alumínio e manganês.
De acordo com Passos (2000), a primeira utilização de lateritas como bases de
pavimentos no Rio Grande do Sul se deu em 1985, em um trecho de 13Km da RS/536,
entre o município de Caibaté e a BR/285. As lateritas são concreções ferruginosas de
cor avermelhada, formadas pelo processo de laterização. Sua ocorrência pode ser em
crostas lateríticas ou em solos e pedregulhos lateríticos.
O DAER/RS (apud PASSOS, 2000) iniciou, em 1988, uma pesquisa em relação
aos solos arenosos finos lateríticos do Rio Grande do Sul em convênio com a
Universidade de São Carlos – USP. Foi coletado material de doze diferentes jazidas,
com posterior realização da classificação MCT. A pesquisa foi interrompida no meio do
cronograma, sem a construção dos previstos segmentos experimentais com materiais
alternativos.
A partir das experiências realizadas na década de 80, estabeleceu-se um interesse
no Rio Grande do Sul de utilizar materiais alternativos nas camadas dos pavimentos.
Desde então, diversas pesquisas foram realizadas neste âmbito, assim como diversos
trechos experimentais foram executados com a utilização destes materiais. Norback
(2015) e Flora (2015) realizaram estudos com solos lateríticos da região noroeste do Rio
Grande de Sul, propondo a utilização destes materiais em projetos de pavimentos
econômicos.
A Figura 12 apresenta um mapa com o local de ocorrência dos principais
materiais alternativos utilizados em pavimentação no estado do Rio Grande do Sul.
35
Figura 12 - Localização dos materiais alternativos no estado do Rio Grande do Sul
Fonte: Oliveira (2001, apud Johnston, 2010).
36
3 METODOLOGIA
A metodologia aplicada neste trabalho foi dividida em três etapas básicas: (a)
etapa de escritório: revisão bibliográfica acerca da Metodologia MCT, solos tropicais
lateríticos, ensaios geotécnicos de classificação, pavimentos de baixo custo e materiais
alternativos para pavimentação; (b) etapa de campo: escolha das áreas de coleta dos
solos para o estudo e retirada de amostras deformadas de cada perfil para realização dos
ensaios de laboratório; (c) etapa de laboratório: realização dos ensaios básicos de
caracterização física e mecânica, assim como dos ensaios classificatórios da
Metodologia MCT, Método das Pastilhas e análise química do solo.
Com o término da etapa de laboratório, os dados obtidos foram processados e
analisados. Assim, foi possível classificar os solos através das classificações
geotécnicas tradicionais S.U.C.S e H.R.B e confrontar com a Classificação MCT. As
etapas listadas acima estão descritas abaixo.
3.1. ETAPA DE ESCRITÓRIO
Esta etapa inicial consistiu de um levantamento da bibliografia existente acerca
do tema do trabalho em estudo. Utilizaram-se livros, dissertações, teses, artigos,
publicações em congressos relacionados à Metodologia MCT, abrangendo sua
classificação, os ensaios de Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão, e também
relacionados à pavimentação de baixo custo.
3.2. ETAPA DE CAMPO
Em campo, as amostras foram coletadas em dois perfis localizados em Cruz
Alta/RS e Ijuí/RS. Tais locais foram escolhidos de modo a obter amostras de uma
mesma região geográfica (noroeste do estado do Rio Grande do Sul), porém de
unidades de mapeamento diferentes. Neste contexto, buscou-se a possibilidade de
classificar solos próximos à rodovias do interior do estado através da Metodologia MCT
e do Método das Pastilhas. As coletas de material em campo permitiram conhecer os
tipos de solo, identificar horizontes e fazer a coleta das amostras deformadas necessárias
para a etapa de laboratório. A Figura 13 ilustra a localização geográfica dos locais de
coleta dos solos no mapa do Rio Grande do Sul.
37
Figura 13 - Localização dos dois perfis no estado do Rio Grande do Sul
Fonte: Google Earth (2016).
De acordo com a Classificação Taxonômica das Unidades de Mapeamento do
Levantamento de Reconhecimento dos Solos do Estado do Rio Grande do Sul elaborado
pela Emater/RS, ambos os pontos de coleta estão localizados na classe de mapeamento
Latossolo Vermelho Distroférrico típico (STRECK et al, 1999). Estes solos possuem
baixos valores de saturação por bases (inferior a 50%) e elevado teor de ferro (superior
a 18%). Devido ao fato de serem solos muito intemperizados, possuem um predomínio
de caulinitas e óxidos de ferro, o que lhes confere baixa capacidade de troca catiônica
(CTC).
Além disso, os dois pontos de coleta estão localizados sobre rochas do Grupo
São Bento, Formação Serra Geral, Fáceis Gramado, de acordo com o Mapa Geológico
do Estado do Rio Grande do Sul desenvolvido pela Companhia de Pesquisa e Recursos
Minerais (CPRM, 2006). Tais rochas correspondem a derrames basálticos granulares
finos a médio, de cor cinza, horizontes vesiculares preenchidos por zeolitas, carbonatos,
apofilitas e saponita. Neste caso, são comuns as estruturas de fluxo, sendo que nos
primeiros derrames podem ocorrer intercalações com os arenitos Botucatu.
A Tabela 1 apresenta um resumo das informações acerca dos dois pontos onde
os solos foram coletados.
38
Tabela 1 - Informações sobre os pontos de coleta dos materiais estudados
3.2.1. Perfil em Cruz Alta/RS
O primeiro perfil estudado é um talude de corte à beira da BR-158 em Cruz
Alta/RS, adjacente ao entroncamento com a RS-342 Neste local foram coletadas
amostras de dois solos para estudo, denominados CA-L (horizonte laterítico) e CA-S
(horizonte saprolítico). Esse ponto está localizado unidade de mapeamento Cruz Alta. A
Figura 14 mostra o local onde os solos CA-L e CA-S foram coletados.
Figura 14 - Perfil localizado em Cruz Alta/RS
A localização geográfica do perfil em Cruz Alta extraída do software Google
Earth está mostrada na Figura 15.
Latitude Longitude
CA-L Laterítico
CA-S Saprolítico
IJ-L Laterítico
IJ-S Saprolítico
28º40’20’’ S 53º35’36’’ W
53º53’22’’ W
Amostra Local de coleta RodoviaCoordenadas do ponto
Horizonte
Ijuí/RS RS-342 28º26’14’’ S
Cruz Alta/RS BR-158
39
Figura 15 - Localização do perfil de Cruz Alta
Fonte: Google Earth (2016).
3.2.2. Perfil em Ijuí/RS
O segundo perfil estudado também é um talude de corte, localizado à beira da
RS-342 em Ijuí/RS. As amostras coletadas para estudo foram denominadas IJ-L
(horizonte laterítico) e IJ-S (horizonte saprolítico). O ponto onde foram coletados os
solos IJ-L e IJ-S está inserido na unidade de mapeamento geotécnico Santo Ângelo. De
acordo com o IBGE (1986), está formação é um agrupamento de vulcanitos
predominantemente basálticos entremeados com termos ácidos, sobretudo no topo, e
intercalados com arenitos de origem eólica da Formação Botucatu. A Figura 16 mostra
o perfil de coleta em Ijuí.
40
Figura 16 - Perfil de solo localizado em Ijuí/RS
A localização geográfica do perfil em Ijuí extraída do software Google Earth
está mostrada na Figura 17.
Figura 17 - Localização do perfil de Ijuí
Fonte: Google Earth (2016).
41
Para as coletas, inicialmente foi feita uma limpeza superficial dos perfis. As
amostras deformadas foram coletadas com o auxílio de pás. Coletou-se cerca de 60Kg
de cada solo em estudo, sendo que as amostras foram identificadas e colocadas em
sacos plásticos.
Após a coleta em campo, as amostras foram transportadas ao laboratório, e
foram deixadas em padiolas para secagem ao ar. Procedeu-se então para o
destorroamento das amostras, com posterior passagem pela peneira nº 4 (4,8mm). O
solo passante por esta peneira foi acondicionado novamente em sacos plásticos e
armazenado no galpão do Laboratório de Materiais de Construção Civil.
3.3. ETAPA DE LABORATÓRIO
Nesta etapa, foram realizados os ensaios de caracterização física e mecânica de
solos. São eles a Análise Granulométrica, Limites de Atterberg, Peso Específico Real
dos Grãos, Ensaio de Compactação Proctor Normal e Ensaio de Índice de Suporte
Califórnia (ISC ou CBR). Além destes, foram realizados os dois ensaios classificatórios
da Metodologia MCT. São eles o Ensaio de Mini-MCV e o Ensaio de Perda de Massa
por Imersão. Por último, realizou-se o Método das Pastilhas. Todos os ensaios citados
acima foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção Civil da UFSM.
Além disso, procedeu-se também a Análise Química Completa dos Solos, realizada no
Laboratório de Análise de Solos da UFSM.
3.3.1. Ensaios de Caracterização Física
Os ensaios de caracterização dos solos em estudo foram feitos com a utilização
das amostras deformadas coletadas em campo. Nesta etapa, foram realizados os ensaios
de Análise Granulométrica, Limites de Atterberg e Peso Específico Real dos Grãos.
A Análise Granulométrica por Peneiramento e Sedimentação foi realizada com e
sem a utilização de agente defloculante. A utilização desta substância é importante, pois
ela promove um desprendimento entre as partículas mais grossas e as mais finas do
solo. O ensaio é preconizado na norma ABNT NBR 7181/16, sendo que a classificação
se dá através da escala ABNT NBR 6502/95 (Solos e Rochas). A Figura 18 mostra a
etapa de sedimentação em andamento no laboratório.
42
Figura 18 - Ensaio de Análise Granulométrica por Sedimentação em laboratório
Os ensaios de Limites de Atterberg seguiram as preconizações das normas
ABNT NBR 6459/16 e NBR 7180/16. Foram realizados os ensaios de Limite de
Liquidez e Limite de Plasticidade, mostrados nas Figuras 19 e 20.
43
Figura 19 - Ensaio de Limite de Liquidez
Figura 20 - Ensaio de Limite de Plasticidade
44
O ensaio de Peso Específico Real dos Grãos foi realizado pelo método do
picnômetro, recomendado para materiais finos. O ensaio seguiu a normativa ABNT
NBR 6508/16 e está representado na Figura 21.
Figura 21 - Ensaio de Peso Específico Real dos Grãos
3.3.2. Ensaios de caracterização mecânica
Nesta etapa, realizaram-se os ensaios de Compactação Proctor em Energia
Normal e o Ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR).
3.3.2.1. Ensaio de Compactação Proctor Normal
Este ensaio foi realizado com o intuito de se obter o teor de umidade ótima e a
massa específica máxima real aparente para cada um dos quatro solos em estudo. O
ensaio seguiu a normativa ABNT NBR 7182/16.
A compactação do solo consiste na estabilização mecânica do mesmo através da
aplicação de alguma forma de energia. Esse processo promove no solo um aumento do
45
seu peso específico e resistência ao cisalhamento, e uma diminuição do índice de
vazios, permeabilidade e compressibilidade. O ensaio Proctor permite a obtenção de
uma correlação entre o teor de umidade e o peso específico seco do solo compactado
por um soquete padronizado em uma determinada energia.
Para a realização do ensaio, utilizou-se 3000 g do material seco, destorroado e
passante pela peneira nº 4. Adicionou-se água até verificar a consistência necessária
para homogeneizar a amostra. A amostra foi compactada em um molde metálico
cilíndrico em três camadas, sendo que em cada camada são aplicados 25 golpes de
soquete. Os golpes são distribuídos uniformemente sobre a superfície do solo. Após a
compactação, o molde contendo o solo úmido compactado é pesado. Após isso, a
amostra é retirada do molde, retirando-se duas cápsulas com solo úmido para
determinação do teor de umidade da amostra. Este teor é determinado após secagem da
cápsula em estufa.
Após isso, com a utilização da mesma amostra de solo e com a adição de 60 mL
de água, representando um aumento de 2% de umidade no solo, o processo é repetido
no mínimo quatro vezes. Assim, é possível obter diferentes pesos específicos para
diferentes teores de umidade no solo. A Figura 22 mostra o equipamento utilizado na
realização do ensaio em laboratório.
Figura 22 – Compactador e molde metálico cilíndrico do Ensaio Proctor Normal
46
Neste trabalho, a realização deste ensaio teve duas finalidades. A primeira foi a
determinação da densidade máxima do solo que serviu como um valor padrão de
compactação. A segunda foi a determinação da umidade ótima do solo necessária para
obtenção da compactação. Este valor é muito importante, sendo utilizado no Ensaio de
Índice de Suporte Califórnia e no Ensaio de Mini-MCV.
3.3.2.2. Ensaio de Índice de Suporte Califórnia – ISC ou CBR
O ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR), tem como principal
objetivo estimar a resistência de um solo compactado para utilização em bases, sub-
bases e subleitos de pavimentos rodoviários, através da penetração de um pistão na
amostra. Além disso, o ensaio permite obter o valor de expansão do solo sob um
pavimento na condição de saturação. A realização do ensaio seguiu a normativa NBR
9895/16.
O ensaio é iniciado com a umidificação da amostra no valor de sua umidade
ótima e posterior compactação da amostra em cinco camadas com doze golpes cada
uma. Após isso, a amostra é pesada e coloca-se um expansômetro sobre o solo para
medição da expansão. O cilindro com o corpo de prova e uma sobrecarga é então
imergido em um tanque com água, onde permanece por 96 horas. Passado este tempo, o
cilindro é colocado na prensa, onde se mede a penetração de um pistão no solo a cada
trinta segundos, até o tempo de dez minutos. A Figura 23 mostra o equipamento
utilizado na determinação do Índice de Suporte Califórnia (ISC) em laboratório.
47
Figura 23 - Equipamento utilizado no ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC)
3.3.3. Ensaio de análise química completa
A caracterização química completa dos solos em estudo foi realizada no
Laboratório de Análise de Solos do Centro de Ciências Rurais da UFSM. Este ensaio
permite analisar os parâmetros de percentual de argila, classe textural, pH em água,
teores de P e K disponíveis, presença de matéria orgânica, Al, Ca e Mg trocáveis. Além
disso, ele permite também analisar a saturação por bases e por Al, CTC efetiva e CTC
pH 7,0.
3.3.4. Ensaio de Mini-MCV
Este ensaio, junto do Ensaio de Perda por Imersão, é realizado para a
classificação dos solos de acordo com a Metodologia MCT. Seguiram-se os
procedimentos das normativas DNER-CLA 259-96 e DNER-ME 258-94.
48
Inicialmente, para cada solo em estudo, foram preparadas cinco amostras de
aproximadamente 500g com diferentes teores de umidade, sendo duas amostras com
umidade abaixo do teor ótimo, uma próxima a umidade ótima e outras duas com
umidade acima do teor ótimo. A preparação das amostras se dá com pelo menos 24h de
antecedência à realização do ensaio. As umidades utilizadas foram baseadas nos valores
obtidos no ensaio de Compactação Proctor Normal.
O equipamento utilizado no ensaio de Compactação Mini-MCV é mostrado na
figura 24. Com o auxílio de um funil, coloca-se 200g de material dentro de um molde
cilíndrico metálico (Figura 25). Após isso, são aplicadas energias crescentes, de acordo
com uma série de golpes com o soquete, de modo a se conseguir um aumento sensível
de densidade para os diferentes teores de umidade. Desta forma, é obtida uma família de
curvas de compactação para cada um dos solos em estudo. Para cada série de golpes,
realiza-se uma leitura de altura do corpo de prova com o auxílio de um extensômetro
(Figura 26). O ensaio é finalizado quando houver uma diferença inferior à 2 mm de
altura no corpo de prova obtida após 4n golpes e a obtida após n golpes, ou se houver
intensa exsudação de água no topo e na base do corpo de prova ou quando o número de
golpes atinge o valor de 256.
49
Figura 24 - Equipamento de compactação Mini-MCV
Figura 25 - Colocação do solo no molde com auxílio de um funil
50
Figura 26 - Extensômetro utilizado no ensaio de Mini-MCV
Os resultados obtidos no ensaio são plotados, com auxílio de planilha eletrônica,
num gráfico. A abscissa representa a relação entre o número de golpes em escala
logarítmica e a ordenada a diferença de leitura obtida após 4n golpes e a obtida após n
golpes para cada sequência de golpes. Assim, é formada uma família de curvas de
compactação. Estas são denominadas curvas de deformabilidade ou de Mini-MCV, pois
elas permitem a determinação do valor de Mini-MCV. O coeficiente c’, utilizado na
classificação MCT, é obtido a partir da curva de deformabilidade correspondente ao
valor que mais se aproxima do Mini-MCV igual a 10. Esse coeficiente representa o
coeficiente angular da parte retilínea da curva de deformabilidade. Já o coeficiente d’,
também utilizado na classificação MCT, é obtido a partir da inclinação da parte retilínea
do ramo seco da curva de compactação, correspondente a 10 golpes do ensaio de Mini-
MCV. Neste caso, o gráfico plotado relaciona o Teor de Umidade (%) e a Massa
Específica Aparente Seca (g/cm³).
É importante ressaltar que todo o processo de compactação Mini-MCV dos
quatro solos estudados foi feito de forma manual por este autor. Isso evita uma possível
variabilidade associada à execução do ensaio por outra pessoa.
51
3.3.5. Ensaio de perda de massa por imersão
Após a realização do ensaio de Mini-MCV, procedeu-se o ensaio de Perda de
Massa por Imersão, de acordo com a normativa DNER-ME 256/98. Com ajuda de uma
alavanca, os corpos de prova compactados são extraídos cerca de 10 mm para fora do
molde, conforme Figura 27. Utiliza-se o extrator do equipamento de compactação
(Figura 28). Os cinco corpos de prova são então dispostos na posição horizontal a cerca
de 4 cm do fundo do tanque de submersão (Figura 29). Os moldes permaneceram nessa
condição por 20h. Ao longo do tempo de ensaio, o solo desprende-se do corpo de prova
e cai dentro de cápsulas metálicas dispostas no fundo do tanque. Após a finalização do
período de submersão, essas cápsulas são retiradas e lavadas à estufa para secagem.
Esse ensaio permite a obtenção do parâmetro Pi, relativo à porcentagem da massa seca
primitivamente saliente do corpo de prova.
Figura 27 - Corpo de prova extraído 10 mm para fora do molde
52
Figura 28 - Extrator de corpos de prova
Figura 29 - Corpos de prova dentro do tanque de submersão
53
3.3.6. Método das Pastilhas
O ensaio das pastilhas foi realizado de acordo com o método proposto por
Nogami e Villibor (1994). Inicialmente, é feito o destorroamento das amostras e
passagem pela peneira de abertura de 0,42 mm. Após essa etapa, separa-se cerca de
100g de material, que é umedecido com água destilada e espatulado sobre uma placa de
vidro esmerilhada, de modo a obter uma pasta de solo homogênea. O ensaio pode ser
iniciado quando a penetração de uma agulha padrão medida no penetrômetro (Figura
30) for menor do que 1 mm.
Figura 30 - Penetrômetro utilizado no Método das Pastilhas
Para cada amostra de solo, foram moldadas cinco pastilhas com 20 mm de
diâmetro e 5 mm de espessura. Em seguida, as pastilhas são secas por 12 horas em
estufa à temperatura constante de 60º C. Quando o solo em estudo é muito argiloso,
inicialmente as pastilhas são colocadas para secagem ao ar livre para só posteriormente
serem transferidas à estufa. Assim, evitam-se trincas durante o processo de secagem do
material.
Após o período de secagem em estufa, as pastilhas são retiradas e procede-se a
medida dos seus diâmetros com auxílio de um paquímetro. Para cada pastilha são feitas
54
três medidas diferentes de diâmetro, sendo que a variação aceitável entre elas é de 0,2
mm entre as leituras. O valor de contração diametral (Ct) para cada pastilha é definido
com a média aritmética das três medidas realizadas. Na Figura 31 é possível perceber
como as pastilhas contraem após a secagem.
Em seguida, as pastilhas são submetidas à reabsorção de água por um período de
duas horas. Elas são dispostas sobre uma placa de pedra porosa saturada coberta com
papel filtro, também saturado, conforme mostrado na Figura 32. A superfície da placa
deve ser mantida sobre um nível de água constante. Após o período de reabsorção, as
medidas de penetração são feitas com o aparelho chamado penetrômetro (Figura 33).
Figura 31 - Pastilhas após o processo de secagem em estufa
55
Figura 32 - Pastilhas no processo de reabsorção de água
Figura 33 - Medição de penetração das pastilhas
56
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Neste capítulo, são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios
realizados em laboratório descritos na metodologia apresentada no capítulo 3.
Inicialmente, são exibidos os resultados dos ensaios de caracterização física e mecânica
dos materiais estudados. Em seguida, são apresentados os resultados da análise química
e da classificação MCT dos solos. Por fim, são expostos os valores obtidos no Método
das Pastilhas.
4.1. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DOS MATERIAIS
A Análise Granulométrica foi realizada com e sem uso de hexametafosfato,
agente defloculante de partículas. Os resultados do ensaio com uso de defloculante estão
apresentados na Tabela 2. A divisão das frações constituintes do solo utilizadas é
baseada na NBR 6502 e estão expressos em percentual.
Tabela 2 - Análise Granulométrica e Classificação dos Solos
Neste estudo, utilizaram-se dois sistemas tradicionais de classificação de solos, o
Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS) e o Highway Research Board
(HRB).
De acordo com a SUCS, o solo CA-L é classificado como CH, ou seja, uma
argila muito plástica com areia. Conforme a HRB, o material foi enquadrado como A-7-
5, um solo argiloso. O solo CA-S foi classificado como MH (silte elástico) na SUCS e
como A-7-5 na HRB, um solo argiloso. O solo IJ-L, por sua vez, foi classificado como
CL na SUCS, o que o enquadra como uma argila pouco plástica. Já de acordo com a
HRB, este solo foi classificado como A-7-6, um solo argiloso. Por fim, o solo IJ-S foi
considerado uma argila plástica (CH) na SUCS e um solo argiloso na HRB (A-7-5).
Pedregulho Areia Grossa Areia Média Areia Fina Silte Argila SUCS HRB
CA-L 0 2 13 14 18 53 CH A-7-5
CA-S 0 4 4 4 61 26 MH A-7-5
IJ-L 0 0 4 6 19 71 CL A-7-6
IJ-S 0 0 10 10 37 43 CH A-7-5
Frações granulométricas ClassificaçãoAmostra
57
De uma forma geral, todos os quatro solos estudados apresentaram um
predomínio das frações finas silte e argila. Avaliando os resultados da classificação
obtida pelo sistema HRB, os quatro materiais estudados são considerados de fraco a
pobre comportamento quando utilizados como subleitos rodoviários. Além disso, foi
possível perceber uma inconsistência entre as granulometrias e as classificações obtidas.
Devido ao alto valor de limite de liquidez, a amostra CA-S foi classificada como
solo argiloso pelo sistema HRB. Entretanto, este material possui predomínio de silte
(61%). Isso reforça a limitação das classificações tradicionais quando aplicadas ao
estudo de solos tropicais.
Nas Figuras 34 a 37, são apresentados os gráficos com a curva granulométrica
de cada solo estudado. Fora realizados ensaios com e sem o uso de defloculante. Estas
curvas permitem identificar a porcentagem de material passante e retido em cada
peneira e os limites entre as frações granulométricas.
Figura 34 - Curva granulométrica do solo CA-L
58
Figura 35 - Curva granulométrica do solo CA-S
Figura 36 - Curva granulométrica do solo IJ-L
59
Figura 37 - Curva granulométrica do solo IJ-S
A Tabela 3 apresenta os resultados dos ensaios de Limites de Atterberg (limite
de liquidez e limite de plasticidade) e do Peso Específico Real dos Grãos realizados
neste estudo. Estes ensaios seguiram as preconizações das normativas NBR 6508, 7181,
6459 e 7180.
Tabela 3 - Peso Específico Real dos Grãos e Limites de Atterberg
Em relação ao índice de plasticidade (IP), as quatro amostras foram enquadradas
como altamente plásticas, com IP variando entre 16 e 29%. A predominância de
materiais finos nos materiais estudados confere essa característica plástica aos solos. Os
ensaios de limite de liquidez apresentaram valores elevados de porcentagem, variando
entre 46 e 79%. Enquanto isso, os ensaios de limite de plasticidade apresentaram
valores variando entre 30 e 60%.
O peso específico real dos grãos apresentou pouca variabilidade, com valores
variando entre 28,87 e 30,94kN/m³. Esses valores são consistentes com a mineralogia
dos solos estudados.
Amostra γs (kN/m³) LL (%) LP (%) IP (%)
CA-L 29,07 50 34 16
CA-S 29,86 74 45 29
IJ-L 28,87 46 30 16
IJ-S 30,94 79 60 19
60
4.2. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS MATERIAIS
O ensaio de Compactação Proctor Normal foi realizado para as quatro amostras
em estudo. Este ensaio permite a obtenção dos parâmetros de umidade ótima e da massa
específica aparente seca máxima. Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 4.
As curvas de compactação dos quatro solos estão apresentadas nas Figuras 38 a 41.
Tabela 4 - Resultados dos ensaios de Compactação
Figura 38 - Curva de compactação do solo CA-L
AmostraMassa Específica Aparente Seca
Máxima (kg/m³)Teor de Umidade Ótima (%)
CA-L 1590 25,3
CA-S 1395 35,6
IJ-L 1488 29,8
IJ-S 1402 34,7
61
Figura 39 - Curva de compactação do solo CA-S
Figura 40 - Curva de compactação do solo IJ-L
62
Figura 41 - Curva de compactação do solo IJ-S
Os resultados dos ensaios de Compactação seguiram um comportamento padrão
esperado. Entre as amostras estudadas, o solo CA-L apresentou o maior valor de
densidade seca máxima. Isso se justifica pelo fato de que tal solo é o que possui a maior
fração granular dentre os quatro estudados. Os maiores valores de umidade ótima foram
encontrados nos solos CA-S e IJ-S, assim como os menores valores de densidade seca
máxima.
Com os parâmetros obtidos através das curvas de compactação, foi realizado o
ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR). Os resultados obtidos neste
ensaio estão apresentados na Tabela 5.
Tabela 5 - Resultados dos ensaios de Índice de Suporte Califórnia
Observa-se que os dois solos de horizontes lateríticos, o CA-L e o IJ-L,
apresentam baixos valores de expansão, inferiores a 0,2% e os maiores valores de ISC.
Enquanto isso, os dois solos de horizontes saprolíticos, CA-S e IJ-S, apresentam os
maiores valores de expansão, superiores a 2% e os menores valores de ISC. Conforme o
Amostra Densidade Aparente Seca (kg/m³) ISC (%) Expansão (%)
CA-L 1610 13,2 0,15
CA-S 1326 6,5 2,5
IJ-L 1432 12,3 0,11
IJ-S 1387 5,2 2,21
63
Manual de Pavimentação do DNIT, nenhum dos materiais poderia ser utilizado como
base ou sub-base de pavimentos devido aos valores de ISC abaixo dos especificados.
Para utilização como subleito ou reforço de subleito, os solos CA-L e IJ-L são
considerados adequados para uso, ao contrário dos solos CA-S e IJ-S, que apresentaram
valores de expansão acima do limite aceitável.
4.3. ANÁLISE QUÍMICA DOS SOLOS
A realização de ensaios químicos é muito importante para solos empregados em
subleitos rodoviários. Além de apresentar aspectos químicos, ela oferece resultados e
informações acerca da fração argila dos solos, o que é determinante no comportamento
mecânico dos mesmos.
A análise química completa dos solos estudados foi realizada no Laboratório de
Análise de Solos do Centro de Ciências Rurais da UFSM. Avaliou-se a presença de
matéria orgânica (MO), o potencial hidrogeniônico (pH), a capacidade de troca de
cátions (CTC), a saturação por bases e alumínios, além da presença de elementos
químicos. Os resultados deste ensaio estão apresentados na Tabela 6.
Tabela 6 - Resultados da Análise Química dos solos
A partir da interpretação dos resultados da análise química dos solos, foi
possível perceber que o solo IJ-L apresentou a maior porcentagem de saturação por
bases (V), 63,2%. Este valor, quando superior a 50%, caracteriza um solo eutrófico ou
fértil. Os demais solos em estudo apresentaram valores de V inferiores à 50%, sendo
considerados solos distróficos, ou seja, pouco ou muito pouco férteis e sem reservas de
nutrientes. Em relação à saturação por alumínio (S), o solo IJ-L, que possui S igual a
18,2%, é o único cuja quantidade de alumínio não é tóxica para plantas, sendo um solo
Ca K Mg Al H+Al V S
CA-L 0,76 0,041 0,35 1,5 4,9 2,6 18,9 58 0,9 4,8
CA-S 0,205 0,01 0,08 3,4 10,9 3,7 2,6 92 0,1 5,1
IJ-L 2,903 0,051 0,66 0,8 2,2 4,4 62,3 18 2,1 4,9
IJ-S 0,43 0,143 0,4 2,4 6,9 3,4 12,3 71 0,3 5,1
Amostra pHMOCTC
cmolc/dm³ (%)
Cátions Básicos Acidez Saturação
64
não álico. Os solos CA-L, CA-S e IJ-L possuem S superior à 50%, sendo considerados
solos álicos e possivelmente tóxicos para plantas.
Os valores de pH obtidos foram bastante próximos, variando entre 4,8 e 5,1. Isso
indica que os quatro materiais estudados são considerados solos ácidos. Em relação à
capacidade de troca catiônica (CTC), os valores inferiores à 5% encontrados em todos
os solos são típicos de materiais de baixa atividade com pouca ou nenhuma presença de
matéria orgânica. Os baixos valores de porcentagem de matérias orgânica (MO)
encontrados comprovam esta condição.
4.4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MINI-MCV E ENSAIO DE PERDA DE
MASSA POR IMERSÃO
Os ensaios de Mini-MCV e Perda de Massa por Imersão são os ensaios básicos
utilizados na classificação dos solos de acordo com a Metodologia MCT. Eles permitem
classificar os solos tropicais de um modo mais adequado e condizente com a realidade.
Devido ao número considerável de dados, operações numéricas e traçado de
gráficos que os ensaios citados acima demandam, utilizou-se uma planilha eletrônica do
Excel. Optou-se por utilizar a planilha desenvolvida por Damo (2016) em sua
dissertação de mestrado. Assim, foi possível agrupar as informações relacionadas aos
ensaios de uma forma mais organizada.
Durante o ensaio de Mini-MCV, os seguintes dados são preenchidos na tabela:
teor de umidade de cada corpo de prova, leitura do extensômetro no momento da
calibração do equipamento (La), medida da altura do cilindro padrão (Ac) e leitura do
extensômetro durante a série de golpes aplicados durante a realização do ensaio. O
critério de parada utilizado é quando o corpo de prova atinge o número máximo de 256
golpes, quando ocorre intensa exsudação na base e/ou topo ou quando a diferença de Δh
for inferior a 2mm.
No ensaio de Perda de Massa por Imersão, os itens da planilha preenchidos são:
medida do comprimento saliente do corpo de prova (aproximadamente 10mm), peso da
cápsula onde o solo desprendido durante o ensaio irá cair e peso da cápsula mais solo
seco após secagem em estufa.
No ensaio de compactação miniatura, nenhum dos 20 corpos de prova moldados
chegou aos 256 golpes ou apresentou exsudação excessiva. Para todos estes o ensaio foi
finalizado quando a diferença de altura Δh foi menor que 2mm.
65
Em relação ao ensaio de Perda de Massa por Imersão, os solos CA-S e IJ-S
apresentaram maior desprendimento de material do cilindro do que os solos CA-L e IJ-
L. Esse comportamento é esperado e pode ser explicado pelas características dos solos
estudados.
Após a realização do ensaio, todas as lacunas da planilha foram preenchidas.
Dessa forma, foram obtidos os gráficos que representam as curvas MCV (número de
golpes x diferença de altura), curvas de compactação (umidade x MEAS), curva (Mini-
MCV x altura final do CP) e curva (Mini-MCV x Perda de Massa por Imersão).
A partir de uma interpretação visual das curvas obtiveram-se os valores de
golpes relacionados ao Δh=2,0mm, assim como os valores das coordenadas das retas
que representam os coeficientes angulares necessários para determinação do c’ e d’.
Assim, é possível realizar a leitura dos valores correspondentes a situação de densidade
máxima que encontre o CP na condição de Mini-MCV igual a 10, determinando-se o
parâmetro Pi.
O índice classificatório denominado c’ é o coeficiente angular da parte mais
inclinada e retilínea da curva Mini-MCV, correspondente ao valor de Mini-MCV igual a
10. Já o coeficiente d’ é o coeficiente angular da parte retilínea mais inclinada do ramo
seco da curva de compactação, correspondente a 10 golpes, obtido na compactação em
miniatura. Com os valores de c’ e Pi, foi possível calcular o parâmetro e’.
Os índices classificatórios obtidos a partir dos ensaios de Mini-MCV e Perda de
Massa por Imersão estão apresentados na Tabela 7.
Tabela 7 - Índices classificatórios da MCT
O parâmetro c’ reflete a argilosidade do material. As amostras CA-L e CA-S
apresentaram valores de c’ entre 1,0 e 1,5, valores típicos de areias argilosas, areias
siltosas, argilas siltosas e argilas arenosas. Os solos IJ-L e IJ-S apresentaram valores
próximos de 2,0, encontrados em argilas e solos argilosos.
Amostra
c’ d’ Pi(%) e’
CA-L 1,29 50,7 38 0,92 LA’
CA-S 1,16 18 262 1,55 NS’
IJ-L 2,06 66,47 44 0,9 LG’
IJ-S 1,94 42,86 160 1,27 NG’
Índices ClassificatóriosClassificação MCT
66
Em relação ao parâmetro e’, que indica o caráter laterítico do solo, é possível
perceber que as duas amostras de horizontes lateríticos (CA-L e IJ-L) apresentaram
valores inferiores a 1,0, enquanto as amostras de horizontes saprolíticos (CA-S e IJ-S)
apresentaram valores superiores a 1,0.
A partir dos índices classificatórios e do ábaco da classificação MCT, é possível
identificar que dois dos solos estudados possuem comportamento laterítico e dois
apresentam comportamento não laterítico. O solo CA-L é considerado LA’, ou seja, um
solo arenoso laterítico. O solo CA-S, por sua vez, foi enquadrado como NS’, um solo
siltoso não laterítico. Já o solo IJ-L foi classificado como LG’, solo argiloso laterítico.
Por fim, o solo IJ-S pode ser considerado um solo não laterítico argiloso (NG’). A
Figura 42 mostra o ábaco classificatório da MCT e a posição dos quatro solos
estudados.
Figura 42 - Ábaco classificatório da MCT
Vertamatti (1988) propôs uma modificação na classificação MCT original,
incluindo uma faixa intermediária entre os solos de comportamento laterítico e não
laterítico. Tais solos, compreendidos nesta região do ábaco, foram denominados solos
transicionais. A Figura 43 mostra a classificação dos solos de acordo com o ábaco da
MCT-M proposto pelo autor.
67
Figura 43 - Ábaco classificatório da MCT-M
Somente o solo IJ-L manteve a mesma classificação da MCT original (LG’). O
solo CA-L apresentou comportamento laterítico, mas foi enquadrado como LA’G’. O
solo CA-S foi enquadrado como NS’G’ e o solo IJ-S foi classificado como um solo
transicional argiloso (TG’).
4.5. MÉTODO DAS PASTILHAS
Conforme descrito no capítulo 3, foi realizado para os quatro solos em estudo o
ensaio de classificação geotécnica pelo Método das Pastilhas de acordo com Nogami e
Villibor (1994). Neste método, são determinados os parâmetros de contração e
penetração. Estes valores e a classificação dos solos estão apresentados na Tabela 8. A
Figura 44 ilustra o ábaco de classificação dos solos estudados de acordo com o Método
das Pastilhas.
Tabela 8 - Resultados dos ensaios do Método das Pastilhas
Amostra Contração diametral (mm) c’ Penetração (mm) Classificação dos solos
CA-L 1,21 1,56 0,23 LA’-LG’
CA-S 1,38 1,68 4,56 NS’-NG’
IJ-L 2,16 2,07 0,31 LG’
IJ-S 1,25 1,59 2,08 NA’/(NG’-NS’)
68
Assim como na classificação MCT, os solos CA-L e IJ-L foram classificados
como solos de comportamento laterítico. Enquanto a primeira amostra foi classificada
como LA’-LG’, o segundo foi classificado como LG’. As outras duas amostras foram
enquadradas como solos de comportamento não laterítico. O solo CA-S foi classificado
como NS’-NG’ e o solo IJ-S foi considerado NA’/(NG’-NS’. A Figura 43 apresenta o
ábaco de classificação do Método das Pastilhas com a distribuição das quatro amostras
estudadas.
Figura 44 - Ábaco classificatório do Método das Pastilhas
4.6. COMPARAÇÃO ENTRE AS CLASSIFICAÇÕES
A Tabela 9 mostra a classificação dos solos segundo a Metodologia MCT e o
Método das Pastilhas, verificando se há ou não concordância entre os dois métodos.
Tabela 9 - Concordância entre a MCT e o Método das Pastilhas
Analisando-se a tabela, é possível perceber que houve concordância entre as
classificações obtidas pela MCT e pelo Método das Pastilhas nos quatro solos
MCT Método das Pastilhas
CA-L LA’ LA’-LG’ SIM
CA-S NS’ NS’-NG’ SIM
IJ-L LG’ LG’ SIM
IJ-S NG’ NA’/(NG’-NS’) SIM
Classificação dos solosAmostra Concordância entre os dois métodos
69
estudados. Isso confirma que este método é eficiente na identificação expedita de solos
tropicais.
Após a realização do Método das Pastilhas foi possível comparar a classificação
dos solos obtida através desta metodologia com a MCT e com as classificações
tradicionais. A Tabela 10 apresenta este comparativo.
Tabela 10 - Resumo dos resultados de todas as classificações utilizadas no estudo
É possível perceber que somente as amostras CA-L e IJ-L foram enquadradas
em grupos de características semelhantes nas quatro metodologias. Entretanto, isso não
indica uma concordância entre as classificações. Enquanto estes dois solos são
considerados com potencial de uso em camadas de pavimentos conforme a MCT, eles
são enquadrados como de fraco a pobre comportamento como subleito pela HRB. Para
as amostras saprolíticas CA-S e IJ-S, houve concordância de características na
classificação SUCS em comparação com as metodologias voltadas para solos tropicais.
Amostra Classificação SUCS Classificação HRB Classificação MCT Classificação Método das Pastilhas
CA-L CH A-7-5 LA’ LA’-LG’
CA-S MH A-7-5 NS’ NS’-NG’
IJ-L CL A-7-6 LG’ LG’
IJ-S CH A-7-5 NG’ NA’/(NG’-NS’)
70
5 CONCLUSÕES
A utilização de materiais alternativos em camadas de base e sub-base de
pavimentos possibilita a construção e pavimentação de diversas rodovias ainda não
pavimentadas. No Brasil, tem-se abundância de tais materiais, entre eles os solos
lateríticos. Quando compactados em determinadas energias e teores de umidades, estes
materiais apresentam uma capacidade de suporte considerável, baixa expansão e
elevado módulo de resiliência.
Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho foi classificar quatro amostras
de solos coletadas no noroeste do Rio Grande do Sul através de diferentes
metodologias. Utilizou-se a Classificação MCT e o Método das Pastilhas, ambos
desenvolvidos para classificação de solos tropicais. Além destas metodologias,
utilizaram-se as classificações tradicionais SUCS e HRB, fundamentadas em regiões de
clima temperado e frio.
Conforme o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS), o solo CA-L
é uma argila muito plástica com areia (CH), o IJ-L é uma argila pouco plástica (CL), o
solo CA-S é um silte elástico (MH) e o IJ-S é uma argila plástica (CH). Em relação à
classificação HRB, mais difundida na área rodoviária, os solos CA-L, CA-S e IJ-S são
do grupo A-7-5, ou seja, argilas plásticas ou medianamente plásticas com pouco ou
nenhum material grosso e de baixa compressibilidade. O solo IJ-L também é
classificado como um solo argiloso, porém no grupo A-7-6. De acordo com esta
classificação, todos os materiais são considerados de fraco a pobre comportamento
como subleito.
Em ambas as classificações tradicionais foi possível perceber uma inconsistência
entre a granulometria dos solos e sua classificação. O solo CA-S, por exemplo, possui
um predomínio de silte (61%) e, devido ao seu alto valor de limite de liquidez, foi
classificado como um solo argiloso. Isso evidencia as peculiaridades dos solos tropicais
e a falha na classificação por parte desses sistemas.
Em relação à classificação MCT, duas amostras apresentaram comportamento
laterítico. O solo CA-L é considerado um solo arenoso laterítico (LA’) e o solo IJ-L é
considerado argiloso laterítico (LG’). Os outros dois solos foram enquadrados como
solos de comportamento não laterítico. Enquanto o CA-S foi classificado como um solo
siltoso não laterítico (NS’), o solo IJ-S foi enquadrado como NG’, um solo argiloso não
laterítico.
71
Utilizando o Método das Pastilhas, a amostra CA-L foi classificada como LA’-
LG’, enquanto a CA-S foi considerada NS’-NG’. O solo IJ-L foi enquadrado como LG’
e o IJ-S foi classificado como NA’/(NG’-NS’). Comparando as classificações obtidas na
MCT com o Método das Pastilhas foi possível identificar uma concordância entre as
duas metodologias. Esta concordância confirma que o método é eficiente na
identificação expedita de solos tropicais.
Fazendo-se uma comparação entre as classificações obtidas pelos sistemas
tradicionais com a MCT, é possível perceber que apenas as amostras CA-L e IJ-L foram
enquadradas em grupos de características semelhantes, mas ainda assim com ressalvas.
Conclui-se que, entre os sistemas utilizados para classificar os solos em estudo, a
Metodologia MCT e o Método das Pastilhas são os mais eficientes e os que condizem
mais com a realidade dos solos tropicais. A utilização dos sistemas tradicionais SUCS e
HRB conduz a uma classificação incoerente, classificando solos lateríticos, como dois
dos solos estudados, como inadequados para uso em pavimentação.
Por fim, fica evidente a importância da Metodologia MCT na identificação e
classificação de materiais alternativos de pavimentação como os solos lateríticos. Dessa
forma, a construção de rodovias de baixo custo na região noroeste do estado do Rio
Grande do Sul com utilização de solos de ocorrência local pode propiciar
desenvolvimento a áreas necessitadas.
72
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