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PROJETO DE ESTRADAS Fernanda Dresch Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Classificar os solos através das classificações geotécnicas tradicionais – Sistema de Classificação Unificado (USCS – Unified Soil Classification System) e a Classificação Rodoviária HRB (Highway Research Board). � Caracterizar os materiais a partir da Classificação Geotécnica MCT para solos Tropicais. � Discutir as limitações dos métodos de Classificação Geotécnica. Introdução Devido à grande variedade de solos que existem na natureza, é indispen- sável um sistema de classificação que indique características geotécnicas comuns de um determinado grupo de solos a partir de simples ensaios de identificação. Desta forma, a classificação dos solos permite a seleção de materiais substitutos, visto que em uma mesma classificação existem vários materiais a serem utilizados. Neste capítulo, você aprenderá a definição das classificações geo- técnicas tradicionais do Sistema de Classificação Unificado e, também, a classificação rodoviária HRB. Além disso, você estudará a Classificação Geotécnica MCT para solos tropicais, bem como as limitações de cada método de classificação geotécnica. Classificação dos solos O solo tem sido estudado por vários ramos da ciência, como a agricultura, geologia e, também, a engenharia. Cada uma dessas áreas tem desenvolvido classificações próprias para finalidades específicas. É de suma importância conhecer as propriedades dos materiais geotécnicos envolvidos na implantação de uma estrada, no tocante ao subsolo de fundação e aos materiais de empréstimo que serão utilizados na construção de aterros e de camadas de pavimento. Portanto, esses materiais devem ter suas pro- priedades estudadas e avaliadas em relação à resistência, deformabilidade e permeabilidade, tanto no seu estado natural quanto no seu estado compactado (SANTOS, 2006). Quando falamos, em especial, na área da Engenharia Civil, onde busca-se cada vez mais a otimização na utilização do solo, tem sido aplicada classifi- cações que podem ser divididas em genéticas e geotécnicas. No que se refere às classificações genéticas, pedológicas e geológicas, podemos dizer que são essencialmente científicas, preocupando-se com a origem e evolução dos solos. Ao analisarmos o caso das rodovias, as quais se desenvolvem ao longo de enormes distâncias e, muitas vezes, atravessam regi- ões que apresentam diferentes composições geotécnicas, toda essa variabilidade dos materiais, acaba dificultando a utilização do mesmo. Assim, defronta-se com a necessidade de se obter parâmetros necessários para a identificação dos solos e seu comportamento a partir de ensaios simples. As diferentes classificações, apesar das inúmeras limitações a que estão sujeitas, constituem em um meio prático para a caracterização e identificação dos solos. Existem diferentes sistemas de classificação, que podem ter como base a origem dos solos (residuais, transportados/sedimentares, orgânicos), o sistema de classificação pedológica (solos zonais, intrazonais e azonais), sistema baseado na textura (tamanho das partículas), sistema de classificação visual e táctil e, ainda, sistemas que levam em consideração parâmetros dos solos, que são os sistemas geotécnicos. Entre as classificações geotécni- cas destaca-se o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (Unified Soil Classification System − USCS), e a HRB (Highway Research Board), mais conhecida como classificação rodoviária. No entanto, para sabermos qual classificação podemos utilizar é importante conhecer suas limitações para que não ocorra interpretações e aplicações erradas. Sistema unificado e classificação HRB O Sistema Unificado primeiramente utilizado para classificação de solos em construção de aeroportos, depois, expandido para outras aplicações e normalizado pela American Society for Testing and Materials (ASTM). Esse sistema é oriundo do Airfield Classification System e foi concebido por Arthur Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT2 Casagrande. Nele, os solos são classificados em grossos, finos e solos altamente orgânicos. Como parâmetros para a classificação, a fração grossa manteve as características granulométricas, enquanto que para fração fina optou-se por usar os limites de consistência, parâmetros estes mais importantes que o tamanho das partículas. (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, [2017?]). Assim, cada tipo de solo recebe um símbolo e um nome. Os nomes dos grupos são simbolizados por um par de letras, em que o prefixo é uma das subdivisões ligada ao tipo de solo, e o sufixo corresponde às características granulométricas e à plasticidade. Para os solos em que mais de 50% da fração fina fica retida na peneira de 0,075 mm as seguintes letras: G (pedregulho), S (areia) que podem ser bem graduados e designados pela letra W, ou, caso contrário, pela letra P. Para os solos cuja fração fina passa mais que 50% na peneira de malha 0,075 mm, temos as letras M (silte) e C (argila) que recebem os sufixos L (baixa) e H (alta) plasticidade. E ainda temos a letra O para representar os solos orgânicos, geralmente bastante compressíveis. Sendo assim, os pedregulhos, por exemplo, e as areias com pouco material fino, conforme suas propriedades granulométricas, classificadas como bem graduadas, levam a simbologia GW e SW, ou, caso sejam de granulometria uniforme, GP e SP. No entanto, caso um solo grosso contenha uma porcentagem de material fino maior que 12%, suas propriedades são levadas em conta na classificação e, por isso, os pedregulhos e areias têm outras duas subdivisões, em virtude de essa fração final ter influência no comportamento do solo. Na Tabela 1, nas duas últimas colunas, estão indicados os símbolos de cada grupo e seus respectivos nomes, bem como uma série de observações necessárias à classificação do solo. Por exemplo, se um solo apresenta sua fração fina com mais de 50% retida na peneira de número 200 (0,075 mm), ele é considerado, primeiramente, como grosso. Após, é feita nova granulometria para determinar quanto passa e quanto fica retido na peneira número 4. Se mais de 50% da fração grossa ficar retida na peneira, então esse solo é classificado como pedregulho e, por fim, deve-se saber qual a porcentagem de finos, para se poder classificar o subgrupo, sendo que, se apresentar menos que 5% pode ser pedregulho bem ou mal graduado (GW ou GP) e, se apresentar mais que 12% é classificado como pedregulho siltoso ou argiloso (GM ou GC). Além disso, com a Tabela 1 podemos verificar que aqueles cuja fração fina é o silte, são classificados como GM ou SM, e aqueles os quais os finos contém argilas plásticas, são os GC ou SC. 3Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT Figura 1. Sistema de Classificação Unificada dos Solos. Fonte: American Society for Testing and Materials ([2017?]). Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT4 A classificação HRB (Highway Research Board) recomendada pela AASHTO (American Association State Highway Officials), é fundamentada na granulometria, no limite de liquidez e no índice de plasticidade dos solos, e tem sido bastante empregada em finalidades rodoviárias. O Índice de Grupo, que deve ser um número inteiro variando de 0 a 20, é um dos parâmetros ana- lisados nessas classificações. O IG define a capacidade de suporte do terreno de fundação de um pavimento, em que os valores extremos representam solos ótimos para IG = 0 e solos péssimos para IG = 20. Sabe-se que, sob boas condições de drenagem e compactação e, ainda, visto que o IG atribui um valor ao solo, sendo que esse valor varia inversamente com a capacidade de suporte do subleito, estabelece-se uma ordenação dos solos dentro de um determinado grupo, conforme suas aptidões, caso um solo possua IG igual a zero, este será considerado um bom material e, quanto mais elevadofor o seu valor, pior será o material. A determinação do IG é baseada nos limites de Atterberg (LL – Limite de Liquidez e LP – Limite de Plasticidade) do solo e na porcentagem de material fino que passa na peneira de número 200 (0,075 mm). Seu valor é obtido utilizando a seguinte expressão: IG=(F-35).[0,2+0,005 .(LL-40)]+0,01.(F-15).(IP-10) Onde: F: porcentagem de solo que passa na peneira número 200, expressa em número inteiro; LL: limite de liquidez (%); IP: índice de plasticidade (%). Desta forma, este número auxilia no dimensionamento das camadas do pavimento, uma vez que estabelece a ordenação dos solos dentro de um grupo, conforme suas aptidões. De acordo com a granulometria dos solos e, ainda, conforme os intervalos de variação dos limites de consistência e do IG, estes são classificados em sete grupos e oito subgrupos. Além disso, os solos se dividem em dois grandes grupos: solos grossos (quando a porcentagem passante na peneira de número 200 é inferior a 35%) e solos finos (quando a porcentagem passante na peneira de número 200 é superior a 35%). O procedimento de classificação é bastante simples, bastando executar ensaios de granulometria, limites de liquidez e de plasticidade e calcular o IG. De posse desses resultados, consulta-se a tabela de classificação HRB, sempre da esquerda para a direita, obtendo-se o grupo a que pertence o solo ensaiado. 5Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT Os grupos A-1, A-3 e A-2 são classificados como materiais granulares, considerados de comportamento excelente a bom como subleito, com o aumento do valor de IG. Os grupos A-4 e A-5 representam os solos siltosos e os grupos A-6 e A-7 são os solos argilosos, sendo que estes grupos possuem, segundo essa classificação, um comportamento como material de subleito que varia de regular a mau, com o acréscimo do IG. Leia mais sobre os diferentes sistemas de classificação geotécnica, em Estudo com- parativo de diferentes sistemas de classificações geotécnicas aplicadas aos solos tropicais (SANTOS, 2006). Classificação geotécnica MCT para solos tropicais Em virtude de o Sistema Unificado não se ter mostrado satisfatório, quando usado em projetos de pavimentos para solos tropicais, em face do seu com- portamento diferenciado, foi proposta uma classificação mais apropriada para este tipo de solo por Nogami e Villibor (1995). A metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) permite classi- ficar os solos quanto ao seu comportamento, quando compactado, como solo laterítico ou solo não laterítico. Segundo Nogami e Villibor (1995), os solos laterítico, no sentido pedológico, são caracterizados por serem uma variação de solos superficiais pedogenéticos, típicos de partes bem drenadas de regiões tropicais úmidas. O resultado do trabalho desses autores foi reunido no gráfico da Figura 2, subdividido em sete regiões, onde os solos de comportamento não laterítico ocupam a parte superior e os de comportamento laterítico estão situados na parte inferior do gráfico. A cada uma das regiões foi associado duas letras, sendo que a primeira (N ou L) indica o comportamento não laterítico ou laterítico do solo, e a segunda (A, A’, G’, S’) completam a classificação. Há também referência ao tipo de mineral encontrado no solo. Por meio do gráfico, os solos coesivos estão localizados à direita e os não coesivos à esquerda. Conforme a figura apresentada, é possível visualizar areias siltosas Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT6 e argilosas (NA), areias lateríticas (LA), solos siltosos não lateríticos (NS’), solos arenosos não lateríticos (NA’), solos arenosos lateríticos (LA’), solos argilosos não lateríticos (NG’) e solos argilosos lateríticos (LG’), onde os solos coesivos estão localizados no lado direito e os não coesivos no lado esquerdo. O gráfico dessa metodologia foi montado utilizando variáveis extraídas dos resultados do ensaio de Mini MCV (Mini-moisture Condition Value) de forma que todas as regiões tivessem a mesma área. A primeira variável, usada como abscissa e simbolizada por C’, representa a inclinação do trecho reto da curva MCV para 10 golpes. Na ordenada estão colocados os valores de e’, calculados a partir da equação: e’ = (20/d’ + Pi/100)1/3 Onde d’ é a inclinação do ramo seco da curva de compactação para uma energia correspondente a 12 golpes (aproximadamente igual a do Proctor Normal – 6 kg/cm³) e Pi é a porcentagem de perda de material por imersão. É importante lembrarmos de que essa equação é empírica, em que chegou-se a ela por meio da imposição de áreas iguais para as diversas regiões do gráfico. Essa classificação, de acordo com Cozzolino e Nogami (1993), pode ser considerada como um subproduto da metodologia MCT, desenvolvida com o objetivo inicial de aproveitar mais apropriadamente, em bases de pavimentos, solos arenosos finos lateríticos, considerados inapropriados pelas classificações e especificações tradicionais. Utilizou-se, então, para o desenvolvimento da classificação, a fração do solo que passa na peneira de 2 mm e várias de suas propriedades, determinadas em corpos de prova compactados. A aplicabilidade da classificação desenvolvida, para solos contendo elevada porcentagem de fração grossa retida na referida peneira, apresenta restrições constatadas também para as classificações geotécnicas tradicionais. Assim, com a realização do ensaio de Mini MCV, tendo posse da curva obtida para 10 golpes, é possível obter o valor de C’, o qual representa a inclinação do trecho reto desta curva. Esse valor é localizado no eixo x, o qual varia de uma escala zero até 3,0 ou mais. Após, calcula-se através da fórmula do método, o valor do índice e’, sendo este representado pelo eixo y do gráfico. Assim, através da localização e marcação desses dois parâmetros, é possível encontrar o ponto dentro do gráfico onde este se localiza e, assim, classifica-se o material de acordo com a localização desse ponto determinado. 7Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT Figura 2. Gráfico de classificação MCT e principais propriedades dos grupos dessa classificação. Fonte: Nogami e Villibor (1995). Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT8 O atual gráfico, mostrado na Figura 1, foi construído com base em apenas meia centena de solos típicos das rodovias do estado de São Paulo. Para tanto, a metodologia MCT tem base no princípio de que os índices classificatórios tradicionais não podem ser aplicados diretamente aos solos tropicais. Há necessidade de desenvolver novos índices mais significativos. Em lugar disso, efetuam-se ensaios mecânicos e hídricos simplificados, mais diretamente correlacionáveis com o comportamento dos solos tropicais. A miniaturização da aparelhagem foi indispensável, pois se fossem usados os procedimentos tradicionais, o método seria inexequível por motivos econômicos. Objetivando o estudo e o aprimoramento de técnicas mais adequadas, expeditas e com melhor aplicação na identificação e na caracterização de solos tropicais, Cozzolino e Nogami (1993) propuseram, dentro da classificação MCT, um procedimento deno- minado Ensaio Expedito das Pastilhas. Esse experimento se baseia nas características de contração, expansão e resistência após a reabsorção de água de pastilhas de solo moldadas, o qual permite que se possa identificar, assim, os grupos da classificação MCT com maior rapidez. Limitações dos métodos de classificação geotécnica A identificação e classificação dos solos tropicais, os mais frequentes e im- portantes dentre os demais tipos de solos existentes nas regiões tropicais, são necessárias em quase todos os estudos geotécnicos. Consistem, sobretudo, em uma etapa preliminar e essencial de obtenção do perfil de um solo e para a escolha de amostras mais apropriadas para ensaios por procedimentos sofis- ticados e onerosos, como nos projetos de grandes barragens, cortes e aterros muito altos e fundações de grandes estruturas. Em outras circunstâncias,sobretudo nas fundações de pequenas edificações e no projeto de obras viárias de baixo volume de trânsito, a identificação e classificação poderão ser o dado geotécnico definitivo, segundo Cozzolino e Nogami (1993). Atualmente, utilizam-se quase que exclusivamente para identificação e classificação dos solos, tanto no Brasil como no estrangeiro, os procedimentos baseados na granulometria e características plásticas dos solos, desenvolvidos 9Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT por Casagrande. Frequentemente, o uso dessas classificações para os solos, tipicamente tropicais, leva a resultados que não condizem com o desempenho real dos seus diversos grupos. Por isso, várias tentativas foram feitas para solucionar essa dificuldade, em que os motivos desse problema residem nas peculiaridades mineralógicas e estruturais dos solos tropicais. Conforme já comentamos, entre as classificações geotécnicas mais difun- didas, destacamos o Sistema Unificado e a classificação para fins rodoviários, HRB. Essas classificações, desenvolvidas em países de clima temperado e baseada na distribuição granulométrica e nos limites de Atterberg (LL e LP), são denominadas classificações tradicionais. Porém, elas apresentam limita- ções quando utilizadas para a previsão de propriedades dos solos tropicais (SANTOS, 2006). Algumas dessas limitações ocorrem, principalmente, devido às diferenças existentes entre a natureza da fração de argila e de areia de solos de regiões tropicais e de regiões temperadas, para as quais as classificações foram de- senvolvidas. Essas limitações podem ser observadas na falta de correlação existente entre os resultados de ensaios tradicionais de classificação de alguns solos tropicais e o seu comportamento geotécnico (NOGAMI; VILLIBOR, 1995). Em uma fração de argila de um solo laterítico existem óxidos de ferro e/ ou alumínio hidratados. Além disso, também apresentam argilo-minerais que contém expansibilidade baixa e capacidade de suporte alta ao serem compactados, não sendo encontrados em solos não lateríticos. A mica e/ou feldspato presentes nos solos saprolíticos diminui a densidade seca. Ainda, reduz a capacidade de suporte e o índice de plasticidade. Além disso, os métodos tradicionais de classificação de solos desen- volvidos no exterior não têm sido satisfatórios quando aplicados aos solos tropicais, pois, com frequência, as características dos grupos não coincidem com o comportamento de muitos de nossos solos nas rodovias. Devido a essas limitações e deficiências existentes na utilização das classificações tradicionais para solos tropicais e com o objetivo de diferenciar este tipo de solo dos demais, no início da década de 80, Nogami e Villibor (1995) desen- volveram a classificação denominada MCT específica para solos tropicais, sendo que esta não se baseia nas propriedades índices como as classificações tradicionais. Portanto, as limitações quanto a classificação MCT podem ser resumidas em: Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT10 � Repetibilidade dos resultados dos ensaios; � Falta de correlação da classificação e o comportamento geotécnico (propriedades mecânicas e hidráulicas) observado. Sendo assim, sem nenhuma dúvida, de acordo com Cozzolino e Nogami (1993), as limitações dos procedimentos tradicionais de classificação geotécnica devem-se às peculiaridades dos solos tropicais. Acredita-se ser muito difícil falar de generalidades sobre os solos tropicais, porquanto o seu universo comporta duas grandes classes, além de outras menos im- portantes, a não ser local ou regionalmente. As duas grandes classes mais frequentes são muito diferentes e são conhecidas como solos lateríticos e solos saprolíticos. Leia mais sobre o Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos, na obra Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos (EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA, 2006). 1. Com relação aos tipos de sistemas de classificação dos solos, marque a resposta correta: a) Sistema de classificação pedológica = Sistema que classifica os solos por meio do tamanho das partículas. b) Sistema com base na textura = Classifica os solos em solos residuais, solos transportados/ sedimentares e solos orgânicos. c) Sistema baseado na origem dos solos = Sistema que classifica os solos pelo tamanho das partículas. d) Sistema Unificado de Classificação dos Solos = Os solos nesse sistema são classificados em solos grossos, solos finos e solos altamente orgânicos. e) Classificação geotécnica MCT = Classificação para finalidades rodoviárias. 2. O Sistema Unificado é oriundo do Airfield Classification System idealizado por Arthur Casagrande e, inicialmente, utilizado para classificação de solos para construção de aeroportos, depois expandido para outras 11Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT aplicações e normalizado pela American Society for Testing and Materials (ASTM). Os solos nesse sistema são classificados em: a) Solos grossos, solos finos. b) Solos grossos, solos finos e solos altamente orgânicos. c) Solos altamente orgânicos. d) Solos A-1, A-3 e A-2. e) M (silte) e C (argila). 3. Sobre o sistema de classificação HRB (Highway Research Board) ou AASHO (American Association State Highway Officials) é correto afirmar: a) O sistema de classificação HBR tem base no índice de plasticidade dos solos. b) Este sistema de classificação fundamenta-se no índice de grupo. c) Este sistema de classificação tem como base a granulometria, limite de liquidez e índice de plasticidade dos solos, sendo proposto para ser utilizada na área de estradas. d) O sistema de classificação HBR tem como base o limite de liquidez, índice de plasticidade dos solos e no índice de grupo. e) O sistema de classificação HBR baseia-se no limite de liquidez e índice de plasticidade dos solos. 4. Os grupos A-1, A-3 e A-2 são classificados como materiais granulares, considerados de comportamento excelente a bom como subleito, com o aumento do valor de IG. Os grupos A-4 e A-5 representam os solos siltosos e os grupos A-6 e A-7 são os solos argilosos, sendo que estes grupos possuem, segundo esta classificação, um comportamento como material de subleito que varia de regular a mau, com o acréscimo do IG. Com base no parágrafo anterior, marque a resposta que identifica o sistema de classificação de solo correspondente: a) Classificação geotécnica MCT. b) Sistema Unificado de Classificação dos Solos. c) Sistema de classificação HRB (Highway Research Board) ou AASHO (American Association State Highway Officials). d) Sistema de classificação pedológica. e) Sistema de classificação visual e táctil. 5. Imagine que você é engenheiro de uma rodovia e você recebe um projeto em que o solo conta com as seguintes características: Um solo analisado apresenta 97% passando em peso pela peneira nº 200 e 100% passando na peneira nº 40 e os limites iguais a LL = 55% e IP = 15,0%. Assinale as alternativas que o classifica corretamente pela classificação HRB. a) A-1b = Fragmentos de pedra, pedregulhos e areia. b) A-7-5 = Solos argilosos - regular a mal para pavimentação. c) A-4: Solos formados por siltes e argilas com graus variáveis de plasticidade. d) A-6: Contém argila, tendo normalmente 75% ou mais, passando na peneira 200. e) A-7-5: Contém materiais com moderado índice de plasticidade. Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT12 AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Annual book of ASTM standards. Section 4: construction, v. 04.08: soil and rock, dimension stone, geosynthetics. Philadelphia: ASTM, [2017?]. COZZOLINO, V. M. N.; NOGAMI, J. S. Classificação geotécnica MCT para solos tropicais. Solos e Rochas, São Paulo, v. 16, n. 2, p. 77-91, 1993. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Sistema brasileiro de classificação de solos. 2. ed. Brasília, DF: EMBRAPA, 2006. Disponível em: <https://www.agrolink. com.br/downloads/sistema-brasileiro-de-classificacao-dos-solos2006.pdf>.Acesso em: 19 nov. 2017. NOGAMI, J. S.; VILLIBOR, D. F. Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos. São Paulo: Villibor, 1995. SANTOS, E. F. Estudo comparativo de diferentes sistemas de classificações geotécnicas aplicadas aos solos tropicais. 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil)- Uni- versidade de São Paulo, São Carlos, 2006. Disponível em: <http://www.teses.usp.br/ teses/disponiveis/18/18137/tde-29052007-163758/pt-br.php>. Acesso em: 18 nov. 2017. Leituras recomendadas BARROSO, S. H. A.; FABBRI, G. T. P. Algumas considerações sobre a classificação MCT e seus índices. In: REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, 30., 1996, Salvador. Anais... Salvador: ABPV, 1996. v. 2. p. 494-505. NOGAMI, J. S.; VILLIBOR, D. F. A identificação de solos tropicais: dificuldades e pro- posta de um método preliminar. In: REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, 20. 1985, Fortaleza. Anais... Fortaleza: ABPV, 1985. p. 117-134. 13Classificações Unificada, HRB e Metodologia MCT https://www.agrolink/ http://com.br/downloads/sistema-brasileiro-de-classificacao-dos-solos2006.pdf http://www.teses.usp.br/ Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual da Instituição, você encontra a obra na íntegra. Conteúdo:
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