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ELIANA FERNANDES DOS SANTOS
ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES SISTEMAS DE CLASSIFICAES GEOTCNICAS
APLICADAS AOS SOLOS TROPICAIS
Orientador: Prof. Assoc. ALEXANDRE BENETTI PARREIRA
So Carlos 2006
Dissertao apresentada Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil: Transportes
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AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Alexandre Benetti Parreira pela orientao e pelo apoio na realizao
deste trabalho.
CAPES, agncia financiadora, pela concesso da bolsa de mestrado.
Ao Departamento de Transportes, pela oportunidade de realizao do curso de
mestrado. Aos tcnicos do laboratrio de estradas de EESC, Gigante, Paulo e Joo pelo
auxlio e presteza.
Ao Prof. Dr. Orencio Monje Vilar e ao Sr. Jos Luis pela ateno e pela
disponibilidade do laboratrio de solos do Departamento de Geotecnia.
Profa.. Dra. Liedi Bariani Bernucci e ao Sr. Edson Moura pela ateno e pela
permisso para a utilizao do laboratrio de estradas da Escola Politcnica da USP.
Aos pesquisadores Marcelo Takeda e Hlio Marcos Viana que muito cooperaram
para a realizao deste trabalho.
Aos meus colegas do Departamento de Transportes pelo convvio construtivo, em especial a Shirley, Vivian, Antonio, Rogrio, Rodrigo, Leonardo, Idalria e Joo pela
compreenso e companheirismo.
Aos meus pais, Manuel e Helena, pelo incentivo, apoio e carinho.
Ao pessoal de "Maring" pela fora, em especial aos meus irmos Giseli e Rogrio.
Ao Tobias, presena constante em todos os momentos de concentrao.
Ao meu esposo Cludio, por todo o carinho, apoio, incentivo e pela presena
imprescindvel no decorrer deste trabalho, Obrigada.
A Deus por fazer com que todas estas graas operassem em minha vida.
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SUMRIO
LISTA DE FIGURAS _________________________________________________________________ III LISTA DE TABELAS_________________________________________________________________ V LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS _________________________________________________ VII LISTA DE SMBOLOS ______________________________________________________________VIII RESUMO__________________________________________________________________________IX ABSTRACT ________________________________________________________________________ X 1 INTRODUO_________________________________________________________________ 1
1.1 CONSIDERAES INICIAIS _______________________________________________ 1
1.2 OBJETIVOS__________________________________________________________ 3 1.3 ORGANIZAO DO TRABALHO ____________________________________________ 4
2 REVISO BIBLIOGRFICA ______________________________________________________ 6
2.1 IMPORTNCIA DAS CLASSIFICAES GEOTCNICAS ____________________________ 6
2.2 CLASSIFICAES GEOTCNICAS TRADICIONAIS _______________________________ 7
2.2.1 SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAO DE SOLOS (USCS) _________________ 7
2.2.2 CLASSIFICAO HRB (HIGHWAY RESEARCH BOARD) _____________________ 11
2.3 CLASSIFICAO RESILIENTE DOS SOLOS (DNER, 1996) _______________________ 15
2.4 SOLOS TROPICAIS E SUAS PECULIARIDADES ________________________________ 19 2.5 ALGUMAS LIMITAES DA APLICAO DAS CLASSIFICAES GEOTCNICAS TRADICIONAIS
NA IDENTIFICAO E CARACTERIZAO DOS SOLOS TROPICIAS __________________ 22
2.6 CLASSIFICAES DESENVOLVIDAS PARA SOLOS TROPICAIS _____________________ 24
2.6.1 O SISTEMA DE CLASSIFICAO MCT _________________________________ 24
2.6.2 O MTODO EXPEDITO DAS PASTILHAS ________________________________ 28
2.6.2.1 O MTODO EXPEDITO DAS PASTILHAS (NOGAMI & VILLIBOR,1994B) ________ 28
2.6.2.2 O MTODO EXPEDITO DAS PASTILHAS (GODOY & BERNUCCI,2002) _________ 29
2.6.3 O ENSAIO DE ADSORO DE AZUL DE METILENO PELO MTODO DA MANCHA (FABBRI, 1994) ____________________________________________________________ 31
2.7 PERMEABILIDADE DOS SOLOS ___________________________________________ 33
2.7.1 FATORES QUE INFLUENCIAM NA PERMEABILIDADE DOS SOLOS_______________ 34
2.7.1.1 FLUIDO FILTRANTE _____________________________________________ 35
2.7.1.2 SOLO _______________________________________________________ 37
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3 MATERIAIS E MTODOS_______________________________________________________ 41
3.1 CONSIDERAES INICIAIS ______________________________________________ 41
3.2 ESCOLHA DOS SOLOS _________________________________________________ 41
3.3 CARACTERIZAO DAS AMOSTRAS _______________________________________ 44
3.4 ENSAIOS DE COMPACTAO ____________________________________________ 45
3.5 CLASSIFICAO MCT _________________________________________________ 45 3.6 MICROSCOPIA ELETRNICA DE VARREDURA ________________________________ 45
3.7 DIFRAO DE RAIOS-X ________________________________________________ 46
3.8 ENSAIOS DE SUCO _________________________________________________ 47
3.9 MTODO DAS PASTILHAS (NOGAMI &VILLIBOR, 1994B) ________________________ 47
3.10 MTODO DAS PASTILHAS (GODOY & BERNUCCI, 2002) ________________________ 49
3.11 O ENSAIO DE ADSORO DE AZUL DE METILENO (FABBRI, 1994) ________________ 51
3.12 PERMEABILIDADE DOS SOLOS ___________________________________________ 53 3.12.1 COMPACTAO DOS CORPOS DE PROVA _____________________________ 53
3.12.2 ENSAIO DE PERMEABILIDADE ______________________________________ 54 4 APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS__________________________________ 56
4.1 CONSIDERAES INICIAIS ______________________________________________ 56
4.2 RESULTADOS DA CLASSIFICAO MCT ____________________________________ 57
4.3 ENSAIO DE MICROSCOPIA ELETRNICA DE VARREDURA (MEV) __________________ 61
4.4 ENSAIO DEDIFRAO DE RAIOS-X (DRX)___________________________________ 67
4.5 ENSAIO DE ADSORO DE AZUL DE METILENO _______________________________ 70
4.6 MTODO DAS PASTILHAS (NOGAMI & VILLIBOR, 1994B) ________________________ 75 4.7 MTODO DAS PASTILHAS (GODOY & BERNUCCI, 2002) ________________________ 80
4.8 CLASSIFICAO RESILIENTE DOS SOLOS ___________________________________ 84
4.9 ENSAIOS DE PERMEABILIDADE___________________________________________ 88
4.10 ANLISE DA SUCO DOS SOLOS ________________________________________ 90 5 CONCLUSES _______________________________________________________________ 92
5.1 CONSIDERAES INICIAIS ______________________________________________ 92
5.2 CONCLUSES_______________________________________________________ 92 6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS _______________________________________________ 95 ANEXO A _______________________________________________________________________ 100 ANEXO B _______________________________________________________________________ 101 ANEXO C _______________________________________________________________________ 102 ANEXO D _______________________________________________________________________ 103 ANEXO E________________________________________________________________________ 104 ANEXO F________________________________________________________________________ 105 ANEXO G _______________________________________________________________________ 106 ANEXO H _______________________________________________________________________ 107
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1 - GRFICO DE PLASTICIDADE (ASTM, 1990) ______________________________ 11
FIGURA 2.2 CLASSIFICAO RESILIENTE DE SOLOS GRANULARES (DNER, 1996)___________ 17
FIGURA 2.3 - GRFICO DE CLASSIFICAO RESILIENTE DOS SOLOS FINOS (DNER, 1996) ______ 19
FIGURA 2.4 - FOTOGRAFIAS MICROSCPICAS DE UM SOLO LATERTICO (TAKEDA, 2005) _______ 20
FIGURA 2.5 - DISTRIBUIO DOS SOLOS LATERTICOS EM TERMOS MUNDIAIS (CHARMAN, 1988)__ 21
FIGURA 2.6 - DISTRIBUIO DOS SOLOS LATERTICOS NO BRASIL (BERNUCCI, 1995)__________ 22
FIGURA 2.7 - GRFICO DE CLASSIFICAO MCT (NOGAMI & VILLIBOR, 1994)_______________ 26
FIGURA 2.8 - BACO DE CLASSIFICAO MCT-M (VERTAMATTI, 1988)____________________ 27
FIGURA 2.9 - GRFICO DE CLASSIFICAO MCT PELO MTODO DAS PASTILHAS (NOGAMI, 1996) 29
FIGURA 2.10 - BACO PARA CARACTERIZAO DO GRAU DE ATIVIDADE DA FRAO ARGILA DOS SOLOS (FABBRI, 1994) __________________________________________________ 33
FIGURA 2.11 - INFLUNCIA DO NDICE DE VAZIOS NO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE (LAMBE &
WHITMAN, 1969) _________________________________________________ 38
FIGURA 3.1 - DISTRIBUIO GEOGRFICA DOS LOCAIS DE COLETA DAS 91 AMOSTRAS DE SOLOS NO
ESTADO DE SO PAULO (TAKEDA, 2005) _______________________________ 42
FIGURA 3.2 - MINIPENETRMETRO PARA A DETERMINAO DAS LEITURAS DE PENETRAO E DETALHE
DA AGULHA E ANSI UTILIZADOS PARA A MOLDAGEM DAS PASTILHAS ____________ 48
FIGURA 3.3 - CONTRAO E EXPANSO DAS PASTILHAS APS SECAGEM E ABSORO DE GUA
RESPECTIVAMENTE, DESTACANDO O COMPORTAMENTO DE 3 SOLOS DISTINTOS ___ 49
FIGURA 3.4 - MINIPENETRMETRO UTILIZADO NA DETERMINAO DAS MEDIDAS DE UMIDADE DE
MOLDAGEM E DE PENETRAO E DETALHE DO CONJUNTO DE CONES QUE COMPEM O
EQUIPAMENTO ___________________________________________________ 50
FIGURA 3.5 - A) EXEMPLO DA UTILIZAO DO CONE DE 60G ACOPLADO AO MINIPENETRMETRO PARA
A DETERMINAO DA UMIDADE DE MOLDAGEM DE UMA AMOSTRA DE SOLO. B) DETALHE
DO CONE _______________________________________________________ 50
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iv
FIGURA 3.6 - EXEMPLO DE CONTRAO E EXPANSO DE DOIS SOLOS QUE APRESENTARAM
COMPORTAMENTOS DISTINTOS______________________________________ 51
FIGURA 3.7 - EQUIPAMENTO UTILIZADO NA EXECUO DO ENSAIO DE AZUL DE METILENO _______ 52
FIGURA 3.8 - EXEMPLO DO PONTO DE VIRAGEM DE UMA AMOSTRA DE SOLO_________________ 53
FIGURA 3.9 - MODELO DO ARRANJO DO CORPO DE PROVA UTILIZADO NOS ENSAIOS DE
PERMEABILIDADE _________________________________________________ 55
FIGURA 3.10 - EQUIPAMENTO UTILIZADO PARA A REALIZAO DOS ENSAIOS DE PERMEABILIDADE_ 55
FIGURA 4.1 - BACO DE CLASSIFICAO MCT COM INDICAO DOS SETENTA E TRS SOLOS
COLETADOS _____________________________________________________ 57
FIGURA 4.2 - BACO DE CLASSIFICAO MCT COM INDICAO DOS TRINTA E OITO SOLOS UTILIZADOS
NESTA PESQUISA _________________________________________________ 58
FIGURA 4.3 - BACO DE CLASSIFICAO MCT COM INDICAO DOS TRINTA E OITO SOLOS COM SUA
NOVA DESIGNAO________________________________________________ 59
FIGURA 4.4 - GRFICO DE CLASSIFICAO MCT-M COM INDICAO DOS TRINTA E OITO SOLOS
ESTUDADOS _____________________________________________________ 60
FIGURA 4.5 - IMAGENS MICROSCPICAS DE SOLOS QUE APRESENTAM COMPORTAMENTO LATERTICO
______________________________________________________________ 63
FIGURA 4.6 - IMAGENS MICROSCPICAS DE SOLOS QUE APRESENTAM COMPORTAMENTO NO
LATERTICO _____________________________________________________ 64
FIGURA 4.7 - SOBREPOSIO DOS GRFICOS DE CLASSIFICAO MCT E MCT-M DESTACANDO A
AMOSTRA QUE APRESENTOU DIVERGNCIA ENTRE AS INDICAES DE MEV E A
CLASSIFICAO MCT ______________________________________________ 66
FIGURA 4.8 - MICROFOTOGRAFIA DA AMOSTRA 23N, AUMENTO DE 3000 E 10000X ___________ 67
FIGURA 4.9 - BACO PARA CARACTERIZAO DA FRAO ARGILA DOS SOLOS _______________ 74
FIGURA 4.10 - BACO DE CLASSIFICAO DO MTODO DAS PASTILHAS (NOGAMI & VILIBOR, 1994B)
COM A DISTRIBUIO DAS 38 AMOSTRAS ESTUDADAS_______________________ 77
FIGURA 4.11 - BACO DE CLASSIFICAO DO MTODO DAS PASTILHAS DESTACANDO AS AMOSTRAS
QUE APRESENTARAM DIVERGNCIAS COM A MCT _________________________ 79
FIGURA 4.12 - GRFICO DE CLASSIFICAO RESILIENTE PARA SOLOS FINOS COM AS CURVAS DAS
AMOSTRAS ESTUDADAS ____________________________________________ 87
FIGURA 4.13 - EXEMPLO DA NO RELAO ENTRE K E O TEOR DE ARGILA DOS MATERIAIS ESTUDADOS
______________________________________________________________ 90
FIGURA 4.14 - EFEITO DA GRANULOMETRIA NA SUCO _______________________________ 91
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v
LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1 - CLASSIFICAO DOS SOLOS SEGUNDO A USCS (ASTM, 1990)________________ 9
TABELA 2.2 - CLASSIFICAO DOS SOLOS SEGUNDO A HRB (DNER, 1996) ________________ 13
TABELA 2.3 - CLASSIFICAO RESILIENTE DOS SOLOS FINOS PELO MTODO INDIRETO (DNER, 1996) ______________________________________________________________ 19
TABELA 2.4 - GUIA IDENTIFICATRIO DE SOLOS TROPICAIS (GODOY & BERNUCCI, 2002)_______ 30
TABELA 2.5 - GRAU DE PERMEABILIDADE DOS SOLOS SEGUNDO SEUS VALORES DE COEFICIENTE DE
PERMEABILIDADE (LAMBE & WHITMAN, 1969) ____________________________ 35
TABELA 3.1 - SOLOS ESTUDADOS NESTA PESQUISA E SEU COMPORTAMENTO (LATERTICO / NO
LATERTICO) SEGUNDO A MCT _______________________________________ 44
TABELA 4.1 - INDICAO DA NOMENCLATURA DOS 38 SOLOS SELECIONADOS (TAKEDA, 2005)___ 58
TABELA 4.2 - DISTRIBUIO DOS SOLOS NAS CLASSES MCT____________________________ 59 TABELA 4.3 - DISTRIBUIO DOS SOLOS NAS CLASSES MCT-M E MCT____________________ 61
TABELA 4.4 - RESULTADOS DAS ANLISES REALIZADAS A PARTIR DE IMAGENS OBTIDAS NOS ENSAIOS
DE MEV _______________________________________________________ 65
TABELA 4.5 - CONCORDNCIAS E DISCORDNCIAS OBSERVADAS NA COMPARAO ENTRE OS
RESULTADOS DOS ENSAIOS DE MEV E A METODOLOGIA MCT ________________ 65
TABELA 4.6 MINERAIS ENCONTRADOS NAS AMOSTRAS DE SOLOS SELECIONADAS E A
CARACTERSTICA DETERMINADA PELA CONSTITUIO DOS SOLOS ______________ 69 TABELA 4.7 - RELAES ENTRE OS RESULTADOS OBTIDOS A PARTIR DOS ENSAIOS DE DRX, MCT E
MEV __________________________________________________________ 70
TABELA 4.8 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE AZUL DE METILENO COM INDICAO DA ATIVIDADE DOS
ARGILOMINERAIS E SEU COMPORTAMENTO_______________________________ 71
TABELA 4.9 - COMPARAO ENTRE OS RESULTADOS DE AZUL DE METILENO, MEV, DRX E MCT _ 73
TABELA 4.10 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DAS PASTILHAS SEGUNDO O MTODO DE NOGAMI &
VILLIBOR (1994B) ________________________________________________ 76
TABELA 4.11 - CONCORDNCIA ENTRE OS RESULTADOS DAS PASTLHAS E A MCT ____________ 78 TABELA 4.12 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DAS PASTILHAS SEGUNDO O MTODO DE GODOY &
BERNUCCI (2002) ________________________________________________ 82
TABELA 4.13 - COMPARAO ENTRE AS CLASSIFICAES SEGUNDO O MTODO DAS PASTILHAS DE
GODOY & BERNUCCI (2002) E A MCT _________________________________ 84
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vi
TABELA 4.14 - CLASSIFICAO RESILIENTE DOS SOLOS _______________________________ 85
TABELA 4.15 - RESULTADOS DA CLASSIFICAO MCT E DA CLASSIFICAO RESILIENTE _______ 85
TABELA 4.16 - PARMETROS DE RESILINCIA (TAKEDA, 2005) __________________________ 87
TABELA 4.17 - COEFICIENTES DE PERMEABILIDADE DOS SOLOS ESTUDADOS E SEUS RESPECTIVOS
LOGARITMOS ____________________________________________________ 88
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vii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials
ASTM American Society for Testing and Materials
CA Coeficiente de Atividade CBR ndice de Suporte Califrnia
DER Departamento de Estradas de Rodagem
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DRX Difrao de Raios-x HRB Higway Research Board
MCT Miniatura Compactada Tropical MCV Moisture Condiction Value
MEV Microscopia Eletrnica de Varredura NBR Norma Brasileira Registrada USCS Unified Soil Classification System
VA Valor de Azul
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viii
LISTA DE SMBOLOS
IG ndice de grupo
IP ndice de Plasticidade K Coeficiente de Permeabilidade
LL Limite de Liquidez
LP Limite de Plasticidade
MR Mdulo de Resilincia Wo Umidade tima
dmx. Massa Especfica Seca Mxima
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ix
RESUMO
SANTOS, ELIANA FERNANDES DOS (2006). Estudo comparativo de diferentes
sistemas de classificaes geotcnicas aplicadas aos solos tropicais. So Carlos,
2006. Dissertao de Mestrado. Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade
de So Paulo.
Neste trabalho apresenta-se um estudo comparativo de sistemas de classificaes
geotcnicas aplicadas aos solos tropicais. Para 38 solos do interior paulista foram
realizados ensaios de classificao/identificao pelo Mtodo das Pastilhas segundo
os procedimentos de Nogami e Villibor (1994b) e Godoy e Bernucci (2002) e ensaios
de Azul de Metileno (Fabbri, 1994). Alm disso, foram executados ensaios de
permeabilidade buscando-se relaes entre esta varivel e o comportamento
(latertico/ no latertico) dos solos e suas caractersticas fsicas. Tambm foram
analisados resultados de ensaios de suco na umidade tima, obtidos por Takeda
(2005). Inicialmente foram analisados resultados dos ensaios de Difrao de Raios-X,
Microscopia Eletrnica de Varredura e da Classificao MCT, todos obtidos por
Takeda (2005), onde foi constatada uma coincidncia entre a gnese dos solos e seu
comportamento (latertico/ no latertico). A partir desta constatao, foram
confrontados os resultados obtidos atravs do mtodo das pastilhas, segundo os dois
procedimentos destacados acima, e dos ensaios de Azul de Metileno com a
Classificao MCT. Nesta etapa, foi verificada uma concordncia de 81,6% entre o
mtodo das pastilhas de Nogami e Villibor (1994b) e a MCT. Os resultados dos
Ensaios de Azul de Metileno (Fabbri, 1994) concordaram com a MCT em 92,1%. Com
relao ao Mtodo das Pastilhas de Godoy e Bernucci (2002), observou-se que este
procedimento necessita de revises. Os coeficientes de permeabilidade no revelaram
uma relao clara com o comportamento latertico ou no latertico dos materiais.
Tambm no foi observada uma relao entre este coeficiente e caractersticas fsicas
dos solos, quando tomadas isoladamente. Os valores de suco mostraram que os
solos com maiores teores de argila apresentam maiores valores de suco. Tambm
se observou que para iguais teores de argila, solos de comportamento latertico
apresentaram suces menores que os solos de comportamento no latertico.
Palavras-chave: classificao do solo; solos tropicais, latertico.
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x
ABSTRACT
SANTOS, ELIANA FERNANDES DOS (2006). Comparative study of differents tropical
soils geotechinical classification systems. So Carlos, 2006. Masters Dissertation.
EESC, USP.
This work presents a comparative study of different tropical soils geotechinical
classification systems. Classification/identification tests of Tablet Method as proposed
by Nogami and Villibor (1994b) and Godoy and Bernucci (2002) and Methylene Blue
Adsorption Tests (Fabbri, 1994) were done for 38 soil samples of So Paulo State
countryside, in Brazil. Futhermore, Hydraulic Conductivity tests were performed in
intent of search relations between this variable and the soil behavior (lateritic/non
lateritic), and its physical characteristics. Suctions results (Takeda, 2005) on optimum
water content, also were analyzed. Iniatially XRD and SEM tests results, and MCT
classifications results, obtained from Takeda (2005), were analyzed, where a
coincidence between soil genesis and its behavior (lateritic/non lateritic) was observed.
At this point, the Methylene Blue Adsorption Test and Tablet Methods results were
compared with the ones obtained from MCT classification. At this time, Tablet Method
as proposed by Nogami e Villibor (1994b) and MCT classification presented a 81.6 %
of agreement rate. Methylene Blue Adsorption showed a agreement rate of 92.1% with
the MCT classification. The Tablet Method proposed by Godoy e Bernucci (2002)
seemed to need some revision. The hydraulic conductivity values didnt show any clear
relationship with the soils lateritic/non lateritic behavior. A relation between the
hydraulic conductivity and the physical characteristics wasnt observed, when these
last ones was correlated, one by one, with the hydraulic conductivity. The Suction
Values showed that the most clay content leads to higher suctions values. Lateritic
Soils with less clay content showed lower suctions values then Non Lateritic Soils with
the same clay content.
Key words: soil classification; tropical soil, lateritic.
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1 INTRODUO
1.1 Consideraes Iniciais
imprescindvel conhecer as propriedades dos materiais geotcnicos
envolvidos na implantao de uma estrada, no tocante ao sub-solo de
fundao e aos materiais de emprstimo que sero utilizados na construo de
aterros e de camadas do pavimento. Portanto, esses materiais devem ter suas
propriedades estudadas e avaliadas em relao resistncia, deformabilidade
e permeabilidade, tanto no seu estado natural quanto em seu estado
compactado.
As rodovias desenvolvem-se ao longo de grandes distncias e, muitas
vezes atravessam regies que apresentam diferentes constituies
geotcnicas. Logo, toda essa variabilidade, acaba dificultando a utilizao de
ensaios laboratoriais para a determinao das propriedades dos solos
constituintes de cada perfil. Assim, defronta-se com a necessidade de obter-se
os parmetros necessrios identificao dos solos e seu comportamento a
partir de ensaios mais simples, quando comparados aos ensaios convencionais
utilizados na avaliao da resistncia, deformabilidade e permeabilidade.
Com este intuito, foram criadas as classificaes geotcnicas, que
permitem agrupar os diferentes materiais segundo categorias que tm
caractersticas comuns relacionadas ao comportamento geotcnico.
Dentre as classificaes geotcnicas mais difundidas, destacam-se o
Sistema Unificado de Classificao dos Solos (USCS Unified Soil
Classification System) e a classificao para fins rodovirios HRB
(HighwayResearch Board). Estas classificaes, desenvolvidas em pases de
clima temperado e baseada na distribuio granulomtrica e nos limites de
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Captulo 1 - Introduo 2
Atterberg (LL e LP), so denominadas classificaes tradicionais. Porm, estas
classificaes apresentam limitaes quando utilizadas para a previso de
propriedades dos solos tropicais.
Algumas destas limitaes ocorrem principalmente devido s diferenas
existentes entre a natureza da frao de argila e de areia de solos de regies
tropicais e de regies temperadas. Estas limitaes podem ser observadas na
falta de correlao existente entre os resultados de ensaios tradicionais de
classificao de alguns solos tropicais e o seu comportamento geotcnico
(NOGAMI & VILLIBOR, 1995).
Segundo NOGAMI & VILLIBOR (1981), os mtodos tradicionais de
classificao de solos desenvolvidos no exterior no tm sido satisfatrios
quando aplicados aos solos tropicais, pois, com freqncia as recomendaes
neles baseados no coincidem com o comportamento de muitos de nossos
solos nas rodovias.
Devido s limitaes e deficincias existentes na utilizao das
classificaes tradicionais para solos tropicais e com o objetivo de diferenciar
este tipo de solo dos demais, no incio da dcada de 80, Nogami e Villibor
desenvolveram uma classificao denominada MCT (Miniatura, Compactada,
Tropical), especfica para solos tropicais. Esta classificao no se baseia nas
propriedades ndices como as classificaes tradicionais.
A MCT considerada uma sistemtica de caracterizao e classificao
de solos tropicais. Essa classificao baseada em ensaios de laboratrio,
como compactao e imerso em gua, a partir de corpos de prova
compactados e de dimenses reduzidas tais, que representam, de certa forma,
as situaes a que os solos so submetidos quando compactados e utilizados
em obras virias.
A metodologia MCT permite classificar os solos quanto ao seu
comportamento, quando compactado, como solo latertico ou solo no
latertico. Segundo Nogami e Villibor (1995), os solos laterticos, no sentido
pedolgico, so caracterizados por serem uma variao de solos superficiais
pedogenticos, tpicos de partes bem drenadas de regies tropicais midas.
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Captulo 1 - Introduo 3
Os solos de comportamento latertico, quando compactados em
condies especficas previamente determinadas, adquirem altas resistncias e
uma excelente capacidade de suporte apresentando pequena perda dessa
capacidade quando imersos em gua (GODOY, 1997). Estes solos podem
possuir variedades plsticas contrcteis, porm, so pouco expansivos.
Portanto, a distino deste tipo de solo de fundamental interesse no
meio geotcnico, uma vez que os solos de comportamento latertico constituem
uma preciosa fonte de matria prima em obras de terra e pavimentao,
podendo ser utilizados em aterros, proteo de taludes contra eroso,
estruturas de pavimentos como reforos de subleito, sub-bases e bases
(BERNUCCI & GODOY, 2002).
Com a finalidade de estudar e aprimorar tcnicas adequadas, expeditas
e aplicveis identificao e caracterizao de solos tropicais, Nogami e
Cozzolino (1985), propuseram inicialmente, dentro da classificao MCT, um
procedimento expedito designado de "Ensaio Expedito das Pastilhas".
Conforme Bernucci (1995), o Mtodo das Pastilhas baseia-se nas
caractersticas de contrao, expanso e resistncia aps a reabsoro de
gua de pastilhas de solo moldadas, permitindo assim identificar os grupos da
classificao MCT com maior rapidez.
Esse mtodo tem sofrido modificaes no decorrer dos ltimos anos,
destacando-se entre os trabalhos realizados Nogami e Villibor (1994b) e Godoy
e Bernucci (2002), possibilitando assim, uma hierarquizao preliminar dos
solos no que se refere aplicao nas obras de pavimentao.
1.2 Objetivos
O principal objetivo deste trabalho a anlise comparativa de diferentes
mtodos de classificao de solos tropicais aplicados a solos do interior
paulista. Complementarmente, sero confrontadas caractersticas fsicas e
propriedades mecnicas de solos laterticos e no laterticos.
Esta pesquisa parte de um projeto mais amplo, do qual ainda fazem
parte dois trabalhos de doutorado e um trabalho de mestrado em andamento
na Escola de Engenharia de So Carlos. Nestes trabalhos j foram realizados
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Captulo 1 - Introduo 4
ensaios de classificao pela metodologia MCT e pelas classificaes
tradicionais USCS e HRB, ensaios de caracterizao, microscopia eletrnica de
varredura e difrao de raios x, ensaios de suco e ensaios de compresso
simples e triaxiais convencionais e cclicos.
A pesquisa est dividida em duas etapas, sendo que na primeira etapa,
38 solos do interior do estado de So Paulo, foram caracterizados atravs do
ensaio de adsoro de azul de metileno (Fabbri, 1994), e tambm atravs do
Mtodo Expedito das Pastilhas segundo dois procedimentos: Nogami e Villibor
(1994b) e Godoy e Bernucci (2002). Tambm ser realizada a identificao dos
solos atravs da classificao resiliente pelo mtodo do DNER. O objetivo
desta primeira etapa ser verificar a compatibilidade entre os diferentes
procedimentos de classificao/ identificao dos solos.
Na segunda etapa do trabalho sero realizados ensaios de
permeabilidade carga varivel dos solos classificados anteriormente, com a
finalidade de complementar o estudo de suas caractersticas e verificar uma
possvel relao entre algumas caractersticas fsicas dos solos e seu
comportamento (latertico ou no latertico). Nesta etapa tambm sero
analisados resultados de suco, buscando-se relaes entre esta varivel e a
gnese e as caractersticas dos materiais estudados.
1.3 Organizao do trabalho
Este texto foi elaborado em forma de dissertao de mestrado, estando
dividido em cinco captulos. O primeiro captulo a presente introduo e os
demais foram organizados da seguinte forma:
No captulo 2 apresentada a reviso bibliogrfica, destacando-se os
aspectos mais relevantes para o desenvolvimento desta pesquisa. So
abordadas as classificaes de solos mais utilizadas na rea da engenharia de
pavimentao alm dos principais problemas encontrados pelos profissionais
da rea da engenharia quanto utilizao das classificaes tradicionais em
solos tropicais. Ressalta-se neste captulo a importncia das classificaes
geotcnicas e da utilizao dos solos laterticos como material de construo
em bases, sub-bases e subleitos de pavimentos.
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Captulo 1 - Introduo 5
O captulo 3 descreve os critrios de escolha, a origem e a
caracterizao dos materiais estudados. Neste captulo tambm relatado o
mtodo experimental utilizado na pesquisa.
No quarto captulo so apresentados e confrontados os resultados dos
ensaios de classificao aplicados aos solos tropicais. Neste captulo tambm
so analisadas e discutidas caractersticas fsicas e propriedades mecnicas
destes solos.
No captulo 5 so apresentadas as concluses desta pesquisa e as
recomendaes para trabalhos futuros, considerando-se os aspectos
relevantes verificados durante o desenvolvimento do trabalho.
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2 REVISO BIBLIOGRFICA
2.1 Importncia das Classificaes Geotcnicas
Freqentemente, os solos tm sido utilizados como material de
construo de rodovias constituindo algumas de suas camadas (base, sub
base e reforo do subleito), alm de constiturem aterros, barragens e
estruturas de conteno. No entanto, para que isto seja possvel, essencial
que o engenheiro conhea as propriedades geotcnicas dos solos envolvidos
na construo de obras de terra e pavimentao.
Na elaborao de um projeto de pavimento, necessrio que o
projetista recorra a uma srie de ensaios que possam caracterizar os solos, de
forma que identifique suas caractersticas de comportamento geotcnico.
Porm, dependendo da quantidade e da complexidade dos ensaios a serem
realizados, a obra pode vir a se tornar excessivamente onerosa. Desta forma,
uma maneira de resolver o problema, seria recorrer a uma classificao, que
possa ser realizada atravs de ensaios menos complexos que forneam os
parmetros necessrios previso do comportamento do solo que ir compor
o futuro pavimento.
Segundo Sria (1985), para que uma classificao de solos seja
apropriada engenharia, ela deve agrupar solos de comportamentos
semelhantes para que quando se tenha um grande nmero de amostras, sejam
ensaiadas apenas algumas que representem todos os solos que possuam o
mesmo ndice classificatrio. A classificao tambm deve permitir que, atravs
da classe do solo, o engenheiro possa correlacionar comportamento do
material em questo com o de outros solos j conhecidos podendo, desta
maneira, prever o comportamento do solo na obra.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 7
Os clculos de um projeto de engenharia envolvendo solos sero
baseados nas propriedades especficas da classe a que pertence o solo. Da
perfeio com que for realizada tanto a identificao como a classificao do
material depender todo o processo do trabalho posterior. Assim, antes de
tudo, quando o engenheiro enfrenta um problema de solos, proceder a sua
identificao e conseqente classificao (VARGAS, 1977).
Em resumo, pode se dizer que as classificaes geotcnicas so muito
importantes, pois agrupam solos de comportamento similar, permitem prever
ou estimar o comportamento dos solos, e facilitam a comunicao entre
engenheiros e tcnicos.
2.2 Classificaes Geotcnicas Tradicionais
As classificaes denominadas tradicionais, desenvolvidas em pases de
clima temperado, so essencialmente baseadas nas propriedades ndices
(limites de Atterberg) e na composio granulomtrica dos solos.
As classificaes mais difundidas no Brasil so o Sistema Unificado de
Classificao de Solos (Unified Soil Classification System - USCS), descrito
pela norma americana D2488-69 (ASTM, 1980), e a classificao para
finalidades rodovirias da AASHTO, a Highway Research Board (HRB),
descrito pela norma, tambm americana, D3282-73 (ASTM, 1973).
2.2.1 Sistema Unificado de Classificao de Solos (USCS)
Essa classificao apresentada por Arthur Casagrande, na dcada de
40, visava classificar os solos com o propsito de utiliz-los na construo de
aeroportos. Foi depois adotada pelo U.S. Corps of Engineers que lhe deu o
nome e a divulgou.
O Sistema Unificado de Classificao de Solos USCS possui como
parmetros para a determinao da classificao dos solos a granulometria e
os limites de Atterberg (LL e IP), alm da presena de matria orgnica. Os
solos so reunidos em quinze grupos distintos representados por duas letras,
sendo que a primeira relativa a granulometria e a segunda plasticidade.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 8
A USCS apresenta uma tabela de classificao (Tabela 2.1) onde se identificam trs principais divises de solos: solos de granulometria grossa,
solos de granulometria fina e solos altamente orgnicos.
Conforme esta classificao, solos de granulometria grossa, ou seja,
com mais de 50% em massa de solo retido na peneira no. 200 so
representados pelos grupos:
Grupos GW e SW: Estes grupos compreendem solos pedregulhosos e arenosos bem graduados que contm menos de 5% de finos no plsticos
passantes na peneira no. 200. Os finos encontrados neste material no
interferem nas caractersticas de resistncia da frao grosseira e nas
caractersticas de livre drenagem desta frao;
Grupos GP e SP: Estes grupos compreendem solos pedregulhosos e arenosos mal graduados que contm menos de 5% de finos no plsticos
passantes na peneira no. 200. Estes solos podem ser constitudos de
pedregulhos uniformes, areias uniformes ou misturas no uniformes de material
muito grosseiro e areia muito fina com vazios de tamanhos intermedirios;
Grupo GM e SM: Normalmente estes grupos incluem pedregulhos ou areias que contm mais de 12% de finos com pouca ou nenhuma plasticidade. A
graduao no relevante e tanto materiais bem ou mal graduados podem
estar includos nestes grupos;
Grupos GC e SC: Estes grupos compreendem solos pedregulhosos ou arenosos com mais de 12% de finos que exibem tanto baixa quanto alta
plasticidade. A graduao no relevante, porm sua frao fina normalmente
constituda por argilas que exercem maior influncia sobre o comportamento
do solo.
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Tabela 2.1 - Classificao de solos segundo a U.S.C.S. (ASTM, 1990)
Grupo Nome do GrupoB
Solos de Pedregulhos Pedregulhos limpos Cu 4 e 1 Cc 3 E GW Pedregulho bem graduado F
granulometria grossa mais que 50% Menos que 5 % de finos C Cu < 4 e/ou 1 > Cc > 3 E GP Pedregulho mal graduado F
mais de 50 % da frao grossa Pedregulhos com finos Finos classificam-se como ML ou MH GM Pedregulho siltoso F, G, H
do solo retido retida na peneira no 4 Mais que 12 % de finos C Finos classificam-se como CL ou CH GC Pedregulho argiloso F, G, ,H
na peneira no 200 Areias Areias limpas Cu 6 e 1 Cc 3 E SW Areia bem graduada
50 % ou mais Menos de 5 % de finos D Cu < 6 e/ou 1 > Cc > 3 E SP Areia mal graduada
da frao grossa Areias com finos Finos classificam-se como ML ou MH SM Areia siltosa G, H, I
passa na peneira no 4 Mais de 12 % de finos D Finos classificam-se como CL ou CH SC Areia argilosa G, H, I
Solos de Siltes e argilas IP > 7 e sobre ou acima da linha "A" CL Argila pouco plstica K, L, M
granulometria fina Limite de liquidez IP < 4 e abaixo da linha "A" ML Silte
50 % do solo menor que 50 Argila orgnica K, L, M
ou mais passa Silte orgnico K, L, M, O
na peneira no 200 Limite de liquidez IP sobre ou acima da linha "A" CH Argila muito plstica K, L, M
maior ou igual a 50 IP abaixo da linha "A" MH Silte elstico K, L, M
Argila orgnica K, L, M, P
Silte orgnico K, L, M, Q
Solos altamente orgnicos TurfaPrincipalmente matria orgnica, escura na cor e com odor orgnico PT
Inorgnicos
Orgnicos OH
Classificao do Solo
Inorgnicos
Orgnicos OL
Critrios para Estabelecer Smbolos de Grupos e Nomes de Grupos Usando Ensaios de LaboratrioA
0,75estufa em seco no-LL
estufa em seco-LL k1 (2.6) Solos Tipo lll: MR = 530 Kgf/cm2 (2.7)
sendo k1, k2, k3 e k4, os parmetros de resilincia determinados em ensaios
triaxiais de carregamento repetido sob tenses-desvio d, e MR o mdulo de resilincia correspondente.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica
19
Figura 2.3 - Grfico de classificao resiliente dos solos finos (DNER,
1996)
Conforme o Manual de Pavimentao do DNER (1996), na
impossibilidade de se determinar o MR para estes solos, possvel estimar a
classificao indiretamente a partir da percentagem de silte, S%, e do CBR (Tabela 2.3).
2.4 Solos Tropicais e suas Peculiaridades
Os solos tropicais ocorrem em locais que apresentam caractersticas
climticas tropicais e midas. Geralmente, pases onde ocorre este tipo de solo
esto localizados entre trpicos, mas vale a pena ressaltar que isto no
representa uma regra, pois o solo tropical dever possuir propriedades
.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 20
de processos geolgicos e/ou pedolgicos tpicos das regies tropicais midas.
(Nogami e Villibor, 1995; Committee on Tropical Soils of ISSMEF,1985).
Os solos tropicais podem revelar comportamentos distintos relacionados
com seu comportamento mecnico e hidrulico devido ao processo de
"laterizao". O processo de laterizao ou latolizao ocorre em regies
tropicais midas onde os ctions bsicos so lixiviados, com conseqente
concentrao residual de xidos de ferro e de alumnio.
Devido ao processo de laterizao, a frao argila dos solos laterticos
constituda essencialmente de argilo-minerais do grupo das caulinitas e de
hidrxidos e xidos hidratados de ferro e/ou alumnio. A combinao desses
componentes responsvel pela formao de agregaes estveis em
presena de gua, graas ao recobrimento dos argilo-minerais pelos hidrxidos
e xidos hidratados que, alm de reduzirem a capacidade de adsorso de gua
pelos argilo-minerais, atuam como agentes cimentantes naturais entre as
partculas. Na frao areia e silte, so encontrados principalmente quartzo,
agregaes laterticas e, em menor escala, minerais pesados.
A Figura 2.4 mostra um exemplo, em escala microscpica, de um solo latertico analisado por Takeda (2005) onde os gros mais finos encontram-se
agregados e o solo apresenta um aspecto cimentado.
Figura 2.4 - Fotografias microscpicas de um solo latertico - aumento e
3000 e 10000x respectivamente (Takeda, 2005)
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 21
1 CHARMAN, J.H.(1988). Laterite in Road Pavements. Construction Industry Research and Information Association. London.
Quanto forma de ocorrncia, segundo Nogami & Villibor (1981) os
solos de comportamento latertico constituem a camada mais superficial de
reas bem drenadas, caracterizados pela cor, onde predominam os matizes
vermelho e amarelo. Sua espessura freqentemente pode atingir mais de 2
metros, porm raras vezes ultrapassa 10 metros.
Em relao s propriedades mecnicas, cabe destac-las no seu estado
natural e em seu estado compactado. Para as obras de pavimentao
interessa, sobretudo as propriedades aps a compactao. Um solo que
apresenta comportamento latertico adquire, quando compactado em condies
ideais, alta capacidade de suporte e baixa perda dessa capacidade quando
imerso em gua.
Quanto sua distribuio geogrfica, os solos laterticos esto situados
geralmente, na faixa do planeta denominada intertropical, em regies com
condies climticas favorveis ao intemperismo intenso e rpido, com altas
temperaturas, ambiente mido, com chuvas abundantes e percolao d'gua
(BERNUCCI, 1995).
Na Figura 2.5 podemos observar a vasta distribuio geogrfica, em termos mundiais, dos solos laterticos.
Figura 2.5 - Distribuio dos solos laterticos em termos mundiais
(Charman, 1988 apud Bernucci,1995)1
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 22
Estima-se que os solos laterticos ocupem cerca de 8,1% da superfcie
dos continentes. No Brasil, os solos laterticos encontram-se distribudos em quase todo territrio, o que pode ser observado na Figura 2.6.
Figura 2.6 - Distribuio dos solos laterticos no Brasil (Medina e Motta, 1989)
2.5 Algumas Limitaes da Aplicao das Classificaes Geotcnicas Tradicionais na Identificao e Caracterizao dos Solos Tropicais
As classificaes mais utilizadas no Brasil so o Sistema Unificado de
Classificao de Solos (USCS - Unified Soil Classification System), e a
classificao para finalidades rodovirias da AASHTO, a HRB (Highway
Reseasch Board).
No entanto, a aplicao das classificaes tradicionais aos solos
tropicais se torna restrita devido s peculiaridades destes solos. Neste
contexto, destaca-se o fato de a hierarquizao dos solos utilizados em
pavimentao baseada nas classificaes geotcnicas tradicionais no
corresponderem ao real desempenho dos mesmos nas obras.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 23
De acordo com a classificao HRB, solos que possuem baixos valores
de LL e IP e baixa porcentagem de finos, ou seja, baixo ndice de grupo (IG),
possuem um desempenho superior aos demais solos com maior valor do IG.
Assim, de acordo com esta classificao solos arenosos, areno-siltosos e
areno-argilosos, apresentam um comportamtento excelente como material de
construo em obras de pavimentao. Em contrapartida, os solos siltosos e
argilosos (com alto IG) so considerados inferiores quando comparados aos
demais solos.
Segundo FORTES et al. (2002), solos classificados no grupo A-7-5,
segundo a classificao HRB, quando adequadamente compactados, podem
se comportar como um timo subleito (caso latertico). Outro exemplo pode ser
verificado a partir de solos do grupo A-4 (laterticos) que vm sendo utilizados
com sucesso em bases de pavimentos.
No que diz respeito ao grfico de plasticidade, utilizado na classificao
da frao fina do solo pela classificao unificada, h uma srie de deficincias
quando se trata de classificar solos tropicais.
Tais deficincias so expostas por Nogami e Villibor (1994a), entre as
quais:
Os valores das propriedades ndices nos solos laterticos variam com a
destruio dos torres ou agregados, e no se fixou qual o critrio mais
apropriado: se a destruio total ou parcial dos agregados. Desta forma, um
solo latertico, como o latossolo roxo, por exemplo, pode variar
significativamente os valores das propriedades ndices conforme o grau de
destruio dos agregados, comprometendo a classificao deste solo, j que
esta depende dos valores de LL e IP;
Atravs do grfico de plasticidade no pode se distinguir os solos que
apresentam comportamento latertico dos no laterticos. Portanto os
mesmos valores de LL e IP podem agrupar solos de comportamento
completamente distintos;
A presena de mica e de macrocristais de caulinita e/ou haloisita, freqente
em solos saprolticos, modifica os valores de LL, interferindo na classificao
deste tipo de solo.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 24
2.6 Classificaes Desenvolvidas para Solos Tropicais
Diante das incompatibilidades verificadas ao longo dos anos entre os
resultados obtidos pelas classificaes tradicionais em solos de pases de
clima tropical e seu comportamento geotcnico em campo, veio a necessidade
de se obter uma classificao especialmente desenvolvida para os solos
tropicais.
Para a identificao dos solos tropicais existem alguns mtodos, como
exposto por Nogami e Villibor (1996). Entre eles destacam-se a metodologia
MCT, o procedimento das pastilhas e o ensaio de adsoro de azul de
metileno.
No entanto, a classificao MCT, vem sendo, dentre todas, a de maior
aceitao e uso no meio tcnico rodovirio brasileiro. Graas classificao
MCT, solos tradicionalmente considerados imprprios para a utilizao em
obras de pavimentao, puderam ter suas propriedades geotcnicas
reavaliadas e desta forma serem utilizados com sucesso como material de
base, sub base e subleito de muitos pavimentos brasileiros.
2.6.1 O Sistema de Classificao MCT
Com a finalidade de melhorar a identificao e caracterizao dos solos
tropicais, no incio da dcada de 80, Nogami e Villibor propuseram uma nova
sistemtica de classificao denominada M (Miniatura), C (Compactada),
T(Tropical).
O mtodo, que utiliza corpos de prova compactados de dimenses
reduzidas de 5 cm de dimetro e 5 cm de altura, permite avaliar propriedades
fundamentais dos solos como contrao, permeabilidade, expanso,
coeficiente de penetrao dgua, coeso, capacidade de suporte e famlias de
curvas de compactao.
Nesta classificao, Nogami & Villibor (1981) propuseram dois grupos de
solos que podem apresentar comportamento latertico (L) ou comportamento
no latertico (N) subdivididos em sete grupos, conforme relacionado em
Nogami e Villibor (1995):
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 25
Areias laterticas (LA): Neste grupo esto inclusas as areias com poucos finos de comportamento latertico, tpicas do horizonte B dos solos
conhecidos pedologicamente como areias quartzosas e regosolos;
Solos arenosos laterticos (LA): Solos tipicamente arenosos, e constituintes do horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente no
Brasil por latossolos arenosos e solos podzlicos ou podzolizados arenosos
(textura mdia). Estes solos, alm da presena dos matizes vermelho e
amarelo, do cortes firmes (pouco ou no erodveis), nitidamente trincados,
quando expostos s intempries;
Solos argilosos laterticos (LG): Este grupo formado por argilas e argilas arenosas, que constituem o horizonte B dos solos conhecidos
pedologicamente por latossolos, solos podzlicos e terras roxas
estruturadas. Quando apresentam percentagem de areia elevada, tem um
comportamento semelhante aos solos do grupo LA;
Areias no laterticas (NA): Os solos pertencentes a este grupo so as areias, siltes e misturas de areias e siltes, nos quais os gros so
constitudos essencialmente de quartzo e/ou mica. Praticamente no
possuem finos argilosos coesivos siltes caolinticos;
Solos arenosos no-laterticos (NA): Compostos granulometricamente por misturas de areias quartzosas (ou de minerais de propriedades
similares) com finos passando na peneira de 0,075mm, de comportamento
no latertico. Geneticamente os tipos mais representativos so solos
saprolticos originados de rochas ricas em quartzo tais como os granitos,
gnaisses, arenitos e quartzitos impuros;
Solos siltosos no laterticos (NS): Este grupo compreende os solos saprolticos silto-arenosos peculiares, resultantes do intemperismo tropical
nas rochas eruptivas e metamrficas, de constituio predominantemente
feldsptica-miccea-quartzosa. As variedades mais ricas em areia
quartzosa podem ter caractersticas mecnicas e hidrulicas que se
aproximam dos solos do grupo NA;
Solos argilosos no laterticos (NG): Este grupo compreende os solos saprolticos argilosos, provenientes de rochas sedimentares argilosas
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 26
(folhelhos, argilitos, siltitos), ou cristalinas pobres em quartzo e ricas em
anfiblios, piroxnios e feldspatos clcicos. Classificam-se neste grupo os
solos superficiais pedogenticos no laterticos, como os vertissolos bem
como muitos solos transportados.
Atravs do baco de classificao (Figura 2.7), podemos observar a distribuio destes solos conforme os valores do coeficiente c' e do ndice e'.
O coeficiente c', associado argilosidade do solo, corresponde s
abcissas do baco da classificao MCT e o ndice e', que reflete o carter
latertico do solo, corresponde s ordenadas.
Para a determinao do coeficiente c' e do ndice e', so necessrias as
execues dos ensaios de Mini-MCV (DNER-ME 258/94) e Perda de Massa
por Imerso (DNER-ME 256/94).
NS'NA
LALA' LG'
NG'
NA'
0 0.5 1.0 1.5 2.52.0 3.00.5
1.0
1.5
2.0 L = LATERTICON = NO LATERTICOA = AREIAA'= ARENOSOG'= ARGILOSOS'= SILTOSO
Coeficiente c'
ndice e'
Figura 2.7 - Grfico da classificao MCT (Nogami e Villibor, 1981)
A Tabela A.1 do Anexo A, proposta por Nogami e Villibor (1995), apresenta algumas propriedades e utilizao dos grupos de solos da MCT.
Segundo Barroso (2002), o mtodo MCT aplicado somente aos solos
que apresentam, no mnimo, 95% de material passante na peneira de abertura
nominal igual a 2 mm, tendo em vista as dimenses reduzidas do cilindro de
compactao Mini-MCV.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 27
Vertamatti (1988) props a utilizao de um equipamento semelhante ao
MCV, desenvolvido por Parsons (1976), para o estudo das caractersticas dos
solos granulares. Este autor estudou os chamados solos plintticos da
Amaznia, que podem passar totalmente ou ter uma parcela retida na peneira
de abertura igual a 2 mm. Foi apresentada uma proposta de modificao da
classificao MCT, incluindo no baco de classificao, o grupo de solos transicionais (T), conforme mostra a Figura 2.8.
O baco apresentado por Vertamatti (1988) foi denominado de MCT-M
(M de modificado). No baco podemos observar que os solos transicionais
ocupam uma faixa intermediria entre os solos que apresentam
comportamento latertico e no latertico.
Conforme discorrido em Barroso (2002), para a determinao do
parmetro Pi, Vertamatti (1988) sugere que a massa desprendida seja
multiplicada por uma constante adicional em funo da forma de desagregao
do solo: 0,25 x Pi (queda do bloco macia); 0,50 x Pi (queda parcial do bloco ou
queda quando o bloco apresenta fissuras); 0,75 x Pi (queda fragmentada).
0,5
0,7
0,9
1,1
1,3
1,5
1,7
1,9
2,1
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Coeficiente c'
ndice e'
NG'
NS'NA
LA'LG'
TA'
LA'G'
TG'TA'G'
NS'G'
LA
Figura 2.8 - baco de classificao MCT-M (Vertamatti, 1988)
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 28
2.6.2 O Mtodo Expedito das Pastilhas
Nas ltimas dcadas, a classificao para solos tropicais vem sendo
estudada e aprimorada a fim de simplificar os ensaios necessrios
classificao e fornecer resultados coerentes com o real comportamento
geotcnico dos solos nas obras de pavimentao. Assim, em decorrncia da
classificao MCT, foi desenvolvido um novo mtodo de classificao
denominado Mtodo Expedito das Pastilhas.
Segundo Nogami e Villibor (1994b), o Mtodo Expedito das Pastilhas foi
proposto com a finalidade de simplificar os procedimentos dos ensaios de
classificao de solos tropicais, utilizando menor quantidade de amostra,
equipamento mais simples, mo de obra com menor treinamento, de modo que
possa ser utilizada para fins gerais e preliminares.
Neste mtodo so avaliadas principalmente as propriedades de
resistncia, deformabilidade e permeabilidade dos solos, atravs de
observaes e medidas realizadas em pastilhas de solos moldadas.
2.6.2.1 O Mtodo Expedito das Pastilhas (Nogami & Villibor, 1994b)
Este procedimento permite determinar os grupos da classificao
geotcnica MCT, especialmente desenvolvida para os solos tropicais, de uma
maneira expedita (NOGAMI & VILLIBOR, 1994b).
O ensaio consiste basicamente na moldagem de corpos de prova em
forma de "pastilhas" em anis de ao inox com dimenses de 20 mm de
dimetro e 5 mm de altura, e nas medidas de contrao (Ct) e penetrao
(consistncia) das pastilhas.
A classificao do solo determinada a partir do Grfico de Classificao do Mtodo das Pastilhas, apresentado na Figura 2.9.
O grfico apresenta classes de solos de acordo com a classificao
MCT. O smbolo separa duas opes de tipo de solos diferentes de maneira
equivalente, e o smbolo / separa opes de solos de maneira decrescente.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 29
LA
NA-NS'
NA
NS'-NA'
NA'/NS'
LA-LA' LA' LA'-LG' LG'
NA'-NS' NA'/(NG'-NS')
NG'
NS'/NA' NS'-NG'
0 0,15 0,22 0,55 0,9 1,4
Contrao Diametral (mm)
P
enet
ra
o (m
m) 4
3
2
0
c' 0,2 0,5 0,9 1,3 1,7
Figura 2.9 - Grfico de Classificao MCT pelo Mtodo das Pastilhas
(Nogami et al., 1996)
Na parte superior do grfico situam-se os valores do coeficiente c, que
calculado atravs das equaes (2.8) e (2.9):
( ) 904,0/1log' 10 += Ctc (2.8) para valores de contrao Ct entre 0,1 e 0,5 mm e,
( ) 5,0/7,0log' 10 += Ctc (2.9) para valores de contrao Ct maiores ou iguais a 0,6 mm.
Desta forma, possvel determinar a classe do solo a partir dos valores
da penetrao e da contrao diametral ou coeficiente c.
2.6.2.2 O Mtodo Expedito das Pastilhas (Godoy & Bernucci, 2002)
Godoy e Bernucci (2002) propuseram modificaes no mtodo das
pastilhas apresentado por Nogami e Villibor (1994). Dentre as alteraes
destaca-se a mudana nas dimenses das pastilhas utilizadas nos ensaios,
que neste caso possuem 35 mm de dimetro e 10 mm de altura.
Outra importante modificao realizada neste mtodo, a utilizao de
um minipenetrmetro para obteno das medidas de penetrao, o que resulta
numa menor interferncia do operador nos resultados.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 30
Conforme ilustra a Figura 3.4, apresentada no Captulo 3, o minipenetrmetro, composto por um cone com abertura de 60o e pesos de 10
e 30g (utilizados nas medidas de penetrao), e um cone com igual abertura ao
anterior, porm com 60g (utilizado para a determinao da consistncia de
moldagem das pastilhas).
O ensaio consiste na moldagem de corpos de prova em anis de ao
inox com a frao de solo que passa na peneira de malha 0,42mm e nas
medidas de contrao por perda de umidade, inchamento por contato com a
gua, penetrao dos cones de 10 e 30 gramas e ndice de reabsoro.
Segundo os autores deste mtodo, a principal proposta do ensaio a
quantificao do fenmeno de irreversibilidade adquirida, total ou parcial, dos
solos laterticos, realizada de uma maneira expedita.
A classificao realizada atravs do Guia Identificatrio de solos
tropicais apresentada na Tabela 2.4.
TABELA 2.4 - Guia identificatrio de solos tropicais (Godoy & Bernucci, 2002)
Classesde Solos
Caractersticasdos Solos
Contrao (%)
Inchamento(%)
Penetrao(mm)
Cone de 10g
Penetrao(mm)
Cone de 30 g
ndice deReabsoro
TPICOS >2 < 1 0 0 negativo
ARGILOSOS 6 10,5 4 6 < 0,6
ARENOSOS 2 a 6 10,5 4 6 < 0,6
LATE
RTI
COS
AREIAS 2 10,5 4 6 < 0,6
ARGILOSOS 6 5,5 a 13 3 a 5 6 a 8 0,3 a 0,9
ARENOSOS 2 a 6 5,5 a 13 3 a 5 6 a 8 0,3 a 0,9
TRA
NSIC
ION
AIS
AREIAS 2 5,5 a 13 3 a 5 6 a 8 0,3 a 0,9
ARGILOSOS 6 > 8 4 8 > 0,4
SILTOSOS 2 a 4 9 a 15 6 11 0,4 a 0,7
ARENOSOS 2 a 6 > 8 4 8 > 0,4
NO
LAT
ERT
ICO
S
AREIAS 2 > 5 4 8 > 0,4
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 31
2.6.3 O Ensaio de Adsoro de Azul de Metileno pelo Mtodo da Mancha (Fabbri,1994)
Os argilominerais presentes nos solos so responsveis, em grande
parte, por seu comportamento. O azul de metileno um corante orgnico cuja
molcula quando em contato com um argilomineral em meio aquoso, forma
uma camada mono-molecular quase que completa sobre a sua superfcie
(FABBRI & SRIA, 1991).
O ensaio de adsoro de azul de metileno permite avaliar a superfcie
especfica total (SE) e a capacidade de troca catinica (CTC) dos
argilominerais presentes nos solos, uma vez que a SE inversamente
proporcional ao dimetro equivalente e que a contribuio das fraes
granulomtricas de dimenses superiores s da argila, em termos de SE,
muito pequena (FABBRI & SRIA, 1994).
Desta forma, quanto maior a superfcie de um argilomineral (interna e
externa), maior a quantidade de azul de metileno adsorvida.
O ensaio de adsoro de azul de metileno pelo mtodo da mancha
consiste, resumidamente, na titulao de uma suspenso de solo mais gua
com uma soluo de azul de metileno padronizada, em meio intensamente
agitado. Aps a adio de uma certa quantidade de corante, retira-se uma gota
da soluo (corante + gua + solo), que pingada sobre uma folha de papel
filtro. Esta operao repetida at que a mancha formada pela difuso da gota
no papel apresente uma aura azul clara ou esverdeada, significando que h
excesso de corante na soluo, designado como ponto de viragem (FABBRI,
1994).
De posse do volume de azul de metileno adicionado suspenso, do
teor de umidade da frao ensaiada e da porcentagem de solo que passa na
peneira #200, possvel calcular o volume de azul (VA) consumido por 1 g de
amostra integral de solo seco.
Deste modo, o valor de azul (VA), corresponde quantidade consumida
por 1 g de amostra de solo, cuja unidade expressa em ml de soluo padro
por grama de solo (FABBRI & SRIA, 1994).
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 32
Fabbri e Sria (1991) propuseram o coeficiente de atividade (CA),
expresso pela relao entre a quantidade de azul de metileno consumido, em
peso, por um grama de amostra de solo integral (VA) e a porcentagem PF que o solo contm da frao < 0,005 mm, conforme exposto na Equao (2.10).
=
F
A
PVCA 100 (2.10)
sendo:
VA: Volume de azul consumido por 1 grama de solo seco (ml);
PF: Porcentagem que o solo contm da frao < 0,005 mm.
De acordo com o CA, Fabbri definiu trs graus de atividade para os
grupos de argilominerais, a saber: Muito ativos (CA > 80), Ativos (11 < CA < 80)
e Pouco Ativos (CA < 11). Este autor confrontou o ensaio de azul de metileno
com a classificao MCT, obtendo uma correlao em torno de 82%,
concluindo que solos com CA < 11 tem tendncia de apresentar
comportamento latertico e os solos com CA > 11 comportamento no latertico
(COSTA & GANDOLFI, 1998).
Desta forma, este coeficiente menor para solos de comportamento
latertico do que para solos de comportamento no latertico, visto que os
primeiros tm menor capacidade de adsoro do corante do que os ltimos
(FABBRI, 1994).
Fabbri (1994), props um baco para a avaliao do grau de atividade da frao fina presente no solo apresentado na Figura 2.10. Neste baco, o coeficiente de atividade (CA) dado pela tangente do ngulo formado entre o
eixo das abscissas e a reta que passa pela origem dos eixos cartesianos e pelo
ponto cuja abscissa assume o valor da porcentagem de partculas com
dimenses inferiores a 0,005 mm e cuja ordenada expressa o valor de azul
(BARROSO & FABBRI, 1996).
Conforme Barroso e Fabbri (1996), estudos realizados no Brasil como os
de Casanova (1986), Fabbri e Sria (1991), Pejon (1992) e Fabbri (1994),
comprovam que o ensaio de adsoro de azul de metileno surge como uma
alternativa eficiente, rpida e econmica para o processo de caracterizao dos
solos.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 33
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80 100
Porcentagem de argila (< 0,005 mm)
VA (E-3 g/g)
Argilo-Minerais Muito Ativos Argilo-Minerais Ativos
Argilo-Minerais Pouco Ativos
1111
62,511
Figura 2.10 - baco para caracterizao do grau de atividade da frao
argila dos solos (Fabbri, 1994)
2.7 Permeabilidade dos Solos
O solo constitudo de uma fase slida e de uma fase fluida (gua e/ou
ar). A fase fluida ocupa vazios deixados pelas partculas slidas que compem
o esqueleto do solo. Em se tratando de gua, podemos dizer, que ela pode
estar presente no solo sob as mais variadas formas. Nos solos grossos, onde
as foras de superfcie so inexpressivas, essa gua se encontra livre entre as
partculas slidas, podendo estar sob equilbrio hidrosttico ou podendo fluir
sob a ao da gravidade, desde que haja carga hidrulica. Para os solos finos,
a situao se torna mais complexa, uma vez que passam a atuar foras de
superfcie de grande intensidade. Assim, nestes solos, existe uma camada de
gua adsorvida, a qual pode estar sujeita a presses muito altas, devido s
foras de atrao existentes entre as partculas. Essa gua prxima as
partculas pode se encontrar solidificada, mesmo temperatura ambiente. O
restante de gua existente nesses solos finos se encontra livre, podendo fluir
por entre as partculas, desde que haja um potencial hidrulico para tal.
(BUENO & VILAR, 1998).
A permeabilidade de um solo est relacionada maior ou menor
facilidade que a gua possu para fluir pela por toda sua estrutura, ou seja,
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 34
permeabilidade a propriedade do solo de permitir o fluxo de gua por entre
seus vazios.
A avaliao da permeabilidade realizada atravs do coeficiente de
permeabilidade. O coeficiente de permeabilidade a velocidade de descarga
de um fludo que atravessa uma seo unitria de solo, quando sujeita a um
gradiente unitrio, portanto, o valor da permeabilidade depende das
caractersticas do fluido e do solo, alm de outros fatores que sero
comentados no item 2.7.1.
Para a determinao deste parmetro, existem mtodos diretos e
mtodos indiretos. Nos mtodos diretos, o coeficiente de permeabilidade
determinado atravs de ensaios de campo e de laboratrio. Nos mtodos
indiretos, o coeficiente de permeabilidade determinado atravs de
correlaes empricas.
Em relao aos ensaios de laboratrio, para se obter o coeficiente de
permeabilidade dos solos granulares (permeabilidade alta), utiliza-se o
Permemetro de Carga Constante (NBR 13292/1995, "Solo - Determinao do
coeficiente de permeabilidade de solos granulares a carga constante") e para
solos de graduao mais fina (permeabilidade baixa), utilizado o
Permemetro de Carga Varivel (NBR 14545/2000, "Solo - Determinao do
coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga varivel").
2.7.1 Fatores que Influenciam na Permeabilidade dos Solos
A permeabilidade um dos parmetros de maior variao em materiais
inconsolidados, variando de 10+2 cm/s para materiais de altssima
condutividade hidrulica como pedregulhos, at 10-12 cm/s, para os de
baixssima condutividade, geralmente solos com grande quantidade de argilo
minerais de alta atividade. Em um mesmo solo, este parmetro pode
apresentar variaes de algumas ordens de grandeza como resultado de
mudanas na sua estrutura, viscosidade do fluido, ndice de vazios, teor de
umidade, grau de saturao, entre outros fatores (DOURADO, 2003).
A Tabela 2.5 mostra a classificao dos solos segundo os valores de seus coeficientes de permeabilidade.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 35
Tabela 2.5 - Grau de permeabilidade dos solos segundo seus valores de coeficiente de permeabilidade K (Lambe & Whitman, 1969)
Grau de permeabilidade
Elevado Superior a 10-1
Mdio 10-1 a 10-3
Baixo 10-3 a 10-5
Muito baixo 10-5 a 10-7
Praticamente impermevel Menos que 10-7
Valor de K (cm/s)
2.7.1.1 Fluido Filtrante
Uma equao que reflete a influncia do fluido e das caractersticas do
solo sobre a permeabilidade foi deduzida por Taylor (1948), a partir da Lei de
Poiseuille. Essa equao baseia-se em considerar o fluxo atravs de meios
porosos anlogo ao que se produz atravs de um sistema de tubos capilares.
( )Ce1eDk
32
s +
= (2.11)
Onde:
k : coeficiente de permeabilidade de Darcy;
sD : dimetro efetivo das partculas;
: peso especfico do fluido;
: viscosidade do fluido;
e : ndice de vazios do solo;
C : fator de forma.
A equao (2.12) expressa a permeabilidade dos meios porosos e conhecida como equao de Kozeny-Carman, uma vez que foi proposta por
Kozen e melhorada por Carman.
( )e1e
Sk1k
3
20 +
= (2.12)
Onde:
k : coeficiente de permeabilidade;
0k : fator que depende da forma dos gros e da relao entre o comprimento
da trajetria real e a espessura da camada atravessada;
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 36
S : superfcie especfica;
: viscosidade do fluido;
: peso especfico do fluido;
e : ndice de vazios do solo.
Como sD definido como dimetro das partculas que tem uma
superfcie especifica S , pode-se considerar a equao (2.11) como uma simplificao da equao de Kozeny-Carman.
Estas duas equaes so de grande utilidade para o estudo sobre as
variveis que influem sobre a permeabilidade. Neste estudo se consideram
inicialmente as caractersticas que se referem ao fluido e posteriormente
aquelas que dizem respeito a composio do solo.
As equaes (2.11) e (2.12) mostram que tanto a viscosidade quanto o peso especifico do fluido tem influncia sobre o valor da permeabilidade. Estas
duas caractersticas podem ser eliminadas como variveis definindo-se outra
permeabilidade, a permeabilidade especfica absoluta (K), da seguinte forma:
=kK (2.13)
Como k tem unidade de velocidade, K est expressa em unidade de
comprimento ao quadrado.
Entretanto a viscosidade e o peso especfico no so as nicas variveis
do fluido que tem influncia sobre a permeabilidade dos solos. Outras
caractersticas do fluido podem ter um efeito importante sobre a permeabilidade
de solos relativamente impermeveis. Por exemplo, Michael & Lin (1954)
mostram dados experimentais de permeabilidade de caulinita sujeita
percolao por vrios tipos de fludos (gua, cicloheaxano, acetona, metanol e
dioxano) com variaes de permeabilidade absoluta superiores a 100%. Estas
variaes podem ser explicadas pela variao da estrutura do solo com a
utilizao dos diferentes fluidos.
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 37
2.7.1.2 Solo
Entre as propriedades dos solos que influenciam a permeabilidade,
destacam-se o tamanho das partculas, o ndice de vazios, a composio, a
estrutura e o grau de saturao.
As equaes apresentadas a seguir, apenas consideram diretamente o
tamanho das partculas e o ndice de vazios. Isto revela que as outras
caractersticas so tratadas indiretamente ou so ignoradas. Infelizmente,
difcil analisar a influncia de uma destas variveis isoladamente, uma vez que
estas esto estritamente relacionadas. Por exemplo, a estrutura de um solo
depende do tamanho das partculas, do ndice de vazios e da composio
deste solo.
A equao (2.14) sugere que a permeabilidade varia com o quadrado do dimetro de partculas. Desta forma, lgico supor que quanto menores sejam
as partculas dos solos menores sero os vazios que constituem os canais de
fluxo e portanto, menor ser a permeabilidade. Neste caso, se torna mais
razovel uma relao entre a permeabilidade e o tamanho das partculas nos
siltes e areais do que nas argilas, uma vez que nestes primeiros as partculas
so mais equidimensionais e as diferenas de estruturas no so to
pertinentes quanto no caso das argilas. Em seu estudo sobre areias, Hazen
props:
210D100k = (2.14)
onde:
k : coeficiente d epermeabilidade (cm/s)
10D : dimetro das partculas que corresponde 10% da massa de solo (cm)
A maior influncia sobre a permeabilidade deve-se s partculas mais
finas do solo. A equao de Hazen, por exemplo, utiliza 10D como o dimetro
que relaciona o tamanho das partculas com a permeabilidade.
Lambe & Whitman (1969), apresentam dados experimentais, vide Figura 2.11, que mostram a existncia de uma relao linear entre o ndice de vazios (e), e o logaritmo do coeficiente de permeabilidade (k). Observa-se que para os
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 38
30 tipos de solos estudados, o valor do coeficiente de permeabilidade decresce
com o decrscimo do ndice de vazios.
A estrutura do solo uma das caractersticas mais influentes sobre a
permeabilidade, especialmente quando se trata de solos finos. Em amostras de
solo com o mesmo ndice de vazios, observa-se que a amostra em estado mais
floculado tende a apresentar maior permeabilidade do que a que se encontra
em estado mais disperso.
Quanto mais dispersas estiverem as partculas, ou seja quanto mais
paralelamente estejam orientadas, mais tortuoso ser o percurso do fludo no
sentido normal s partculas. Isto pode explicar em parte a baixa
permeabilidade existente em uma estrutura modificada mecanicamente.
Legenda de Identificao dos Solos
1 - "Caliche" Compactado 10 - Areia de Otawa 19 - Argila Pouco Plstica
2 - "Caliche" Compactado 11 - Areia de Gaspee Point 20 - Areia de Union Falls
3 - Areia Siltosa 12 - Areia de Frankli Falls 21 - Silte de North Carolina
4 - Argila arenosa 13 - Areia de Scituate 22 - Areia de Dique
5 - Areia de Praia 14 - Areia de Plum Island 23 - Argila Azul de Boston - Sdica
6 - Argila Azul de Boston Compactada 15 - Areia de Fort Peck 24 - Caolinita Clcica
7 - Argila "Buckshort de Visksburg" 16 - Silte de Boston 25 - Montmorilonita Sdica
8 - Argila Arenosa 17 - Silte de Boston 26 a 30 - Areia (Filtro de Barragem)
9 - Silte de Boston 18 - Loss
Figura 2.11 - Influncia do ndice de vazios no coeficiente de permeabilidade (Lambe e Whitman, 1969)
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 39
Em um solo floculado, existem canais maiores para o fluxo. Como o
fluxo atravs de um canal maior ser muito maior do que atravs de vrios
canais menores de mesma seo total que o maior, se ressalta que quanto
maiores sejam os canais para um determinado volume de poros maior ser a
permeabilidade.
Lambe e Whitman (1969) estudaram a variao do coeficiente de
permeabilidade ao longo da curva de compactao. Os autores analisaram a
permeabilidade de um solo argilo-siltoso da Jamaica. Neste estudo verificou-se
que o valor do coeficiente de permeabilidade obtido para teores de umidade
abaixo da umidade tima diminuiu bruscamente. Em contrapartida, para teores
de umidade acima da umidade tima, os valores do coeficiente de
permeabilidade permaneceram na mesma ordem de grandeza.
Segundo os autores, este resultado pode estar relacionado disposio
das partculas de solo nos diferentes pontos da curva de compactao.
Enquanto no ramo seco da curva de compactao as partculas de solo
apresentam-se floculadas e, no ramo mido da curva as partculas do solo
apresentam-se dispostas paralelamente.
O grau de saturao de um solo tem uma influncia importante sobre a
sua permeabilidade. A rea total para o fluxo decresce com a diminuio do
nmero de poros saturados por gua, pois o ar passa a obstruir a trajetria do
fluido.
Em se tratando de solos laterticos, Nogami e Villibor (1995), relata que
estes materiais com suas estruturas naturais caracterizam-se por ter elevada
permeabilidade, conseqente ao grande desenvolvimento de agregados
argilosos, bastante resistentes, mesmo aps imerso total em gua. Isso
acontece mesmo nas variedades com granulometria de argila ou argilosos.
No caso de solos laterticos compactados, a resistncia relativamente
grande dos agregados argilosos naturais, ou resultantes da prpria
manipulao do solo no laboratrio (por exemplo, secagem e destorroamento)
e no campo, reflete-se na permeabilidade. Assim, a variao da permeabilidade
ao longo da curva de compactao bastante acentuada. A considerao da
permeabilidade apenas nas condies timas de compactao pode no
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Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica 40
explicar muitos problemas de movimentao d gua em obras virias. As
argilas laterticas podem apresentar permeabilidade elevada no ramo seco da
curva de compactao e as areias pouco argilosas podem tornar-se
praticamente impermeveis nas condies timas de compactao (NOGAMI &
VILLIBOR, 1995).
Outros fatores que influenciam a permeabilidade dos solos foram
estudados por Macambira (2002). A autora analisou alguns pontos
correspondentes s caractersticas originais dos solos, como a porcentagem de
argila, o ndice de plasticidade e o c' da classificao MCT e observou que a
permeabilidade dos solos tambm sofre influncia destes fatores.
Em relao a granulometria dos solos estudados pela autora, o valor da
condutividade hidrulica apresentou uma tendncia ao decrscimo com o
aumento da porcentagem de argila. Macambira (2002) tambm observou que a
condutividade hidrulica decresce com o aumento do IP. O coeficiente c' da
classificao MCT, que est relacionado ao grau de argilosidade do solo,
apesar de uma certa disperso, apresentou uma leve tendncia de aumento
com a diminuio da condutividade hidrulica (MACAMBIRA, 2002).
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3 MATERIAIS E MTODOS
3.1 Consideraes Iniciais
A investigao experimental foi conduzida de forma a possibilitar a
classificao de solos de rodovias do interior paulista atravs do mtodo
expedito das pastilhas e pelo ensaio de adsoro de azul de metileno, sendo
que os resultados destes ensaios foram posteriormente comparados com os
obtidos pela Metodologia MCT e indicaes inferidas a partir de ensaios de
microscopia eletrnica de varredura e difrao de raios-x. Posteriormente,
tambm foi realizada a Classificao Resiliente para algumas amostras, e seus
resultados confrontados com a MCT.
Numa segunda etapa, foram realizados ensaios de permeabilidade a fim
de complementar o estudo das caractersticas fsicas destes solos, procurando-
se determinar a existncia de relaes entre os coeficientes de permeabilidade
obtidos e a gnese dos solos estudados. Tambm foram analisados os
resultados de ensaios de suco buscando-se relaes desta varivel com as
caractersticas e tambm com a gnese do solo.
Neste captulo sero apresentados os critrios que nortearam a escolha
dos materiais utilizados durante a pesquisa, bem como a metodologia utilizada
para a realizao dos ensaios destacados anteriormente.
3.2 Escolha dos Solos
Conforme apresentado no Captulo 1, Introduo, a presente pesquisa
integra um trabalho mais amplo que vem sendo desenvolvido na Escola de
Engenharia de So Carlos. Os solos escolhidos para as anlises destacadas
no item 3.1 foram selecionados entre os estudados por Takeda (2005).
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Captulo 3 - Materiais e Mtodos 42
Takeda (2005) coletou 91 amostras de solos pertencentes a taludes de
rodovias do interior paulista, principalmente em regies ao longo das rodovias
SP-270, BR-116 e proximidades.
Segundo Takeda (2005), o critrio de escolha dos locais de coleta, entre
outros, foi a anlise comparativa de categorias de solos determinadas em
mapas pedolgicos do Estado de So Paulo, buscando-se selecionar materiais
que representassem um maior nmero possvel de classes pedolgicas,
dando-se preferncia aos solos classificados como PV, PVA, LV e LVA,
respectivamente, argissolo vermelho, argissolo vermelho amarelo, latossolo
vermelho e latossolo vermelho amarelo. As 91 amostras de solos receberam
como cdigo uma numerao conforme a ordem cronolgica em que foram
sendo coletadas.
A Figura 3.1 ilustra a distribuio geogrfica dos locais de coleta dos solos no mapa do Estado de So Paulo. Devido proximidade de algumas
regies amostradas e escala do mapa, alguns pontos destacados podem
representar mais de um solo.
Figura 3.1 - Distribuio geogrfica dos locais de coleta das 91 amostras
de solo coletadas no Estado de So Paulo (Takeda, 2005)
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Captulo 3 - Materiais e Mtodos 43
Dentre as 91 amostras coletadas, 21 eram da regio da cidade de So
Carlos. Aps uma anlise preliminar 18 destas amostras foram descartadas e
na continuidade do estudo foi considerado um total de 73 solos para a
realizao da pesquisa. Para estes solos, alm de ensaios de caracterizao
foram realizados ensaios de compactao, difrao de raios-x, microscopia
eletrnica de varredura e classificao segundo a Metodologia MCT.
Takeda (2005), em sua tese de doutorado, deu preferncia aos solos de
granulometria fina, visto que estudou a influncia da variao da umidade no
comportamento mecnico de materiais pertencentes ao subleito de rodovias,
uma vez que estes materiais so os mais sensveis ao da gua.
Assim, dos 73 solos, o pesquisador escolheu 30 solos para o estudo do
comportamento mecnico, sendo 16, portanto a maioria, com granulometria
fina (mais de 50% de material que passa na peneira de malha 0,075 mm), 7
com granulometria intermediria, (porcentagem de material que passa na
peneira de malha 0,075 mm entre 35 e 50%), e 7 com faixa granulometria
grossa, (porcentagem que passa na peneira de malha 0,075 mm menor que
35%). Os limites para os grupos granulomtricos em questo foram propostos
pelo pesquisador.
Para o desenvolvimento da presente pesquisa, dos 30 solos estudados
por Takeda (2005), foram selecionados 29, sendo descartada uma das
amostras devido escassez do material. De forma a obter-se uma distribuio
eqitativa dos solos entre as classes MCT, foram acrescidas mais 9 amostras
utilizadas por Viana (2006) e tambm pertencentes ao grupo original das 73
amostras.
Outro critrio de seleo das amostras foi que os solos formassem
pares granulomtricos, ou seja, possussem curvas granulomtricas muito
parecidas e diferentes classificaes MCT em relao ao comportamento latertico ou no latertico. A Tabela 3.1 relaciona os 38 solos utilizados nesta pesquisa separados conforme seus "pares" granulomtricos e seu
comportamento latertico/no latertico.
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Captulo 3 - Materiais e Mtodos 44
A Tabela 3.1 mostra 6 "pares" e 4 "trincas" de solos agrupados segundo o critrio destacado, totalizando 24 materiais. As 14 amostras restantes no
apresentaram correspondncia entre suas curvas granulomtricas.
Tabela 3.1 - Solos estudados nesta pesquisa e seu comportamento (latertico ou no latertico) segundo a MCT
11 Latertico 21 Latertico17 No Latertico 77 No latertico38 Latertico 39 No latertico53 No Latertico 67 Latertico55 No Latertico 76 Latertico60 Latertico 85 No latertico22 No Latertico 27 No latertico25 Latertico 30 Latertico34 No Latertico 57 Latertico48 Latertico 65 No latertico78 No Latertico 71 Latertico91 Latertico 86 No latertico28 Latertico 62 No latertico32 No Latertico 75 No latertico33 No Latertico 80 Latertico36 No Latertico 81 No latertico43 No Latertico 82 Latertico46 Latertico 88 Latertico50 Latertico 89 No latertico
Pares ou trincas de solos
Comportamento Pares ou trincas de solos
Comportamento
A Tabela B.1 do Anexo B relaciona os 38 solos utilizados nesta pesquisa e seus respectivos locais de coleta em termos de latitude e longitude,
profundidade e posio em relao linha de seixos.
3.3 Caracterizao das Amostras
Os ensaios de caracterizao das amostras foram todos realizados por
Takeda (2005) e Viana (2006).
Inicialmente, as amostras foram submetidas a ensaios de granulometria
conjunta conforme a norma NBR 7181 Solos Anlise Granulomtrica, para
a determinao de suas curvas granulomtricas. Posteriormente, foram
realizados ensaios para a determinao dos limites de Atterberg, segundo as
normas NBR 6459 Solo Determinao do Limite de Liquidez e NBR 7180
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Captulo 3 - Materiais e Mtodos 45
Solo Determinao do Limite de Plasticidade. Desta forma, as amostras
puderam ser classificadas conforme as classificaes tradicionais USCS e
HRB. Tambm foi determinada a massa especfica dos slidos (NBR 6508
Gros de solo que passam na peneira 4,8 mm Determinao da Massa
Especfica).
Os resultados dos ensaios de granulometria conjunta dos solos utilizados nesta pesquisa so apresentados na Tabela C.1 do Anexo C. Os limites de consistncia e a classificao destes solos segundo a USCS e a HRB so apresentados na Tabela D.1 do Anexo D.
3.4 Ensaios de Compactao
Alm dos ensaios de caracterizao, Takeda (2005) e Viana (2006),
realizaram ensaios de compactao na energia normal para a determinao da
umidade tima e massa especfica seca mxima de cada amostra. Estes
ensaios foram realizados de acordo com a norma DER M 13-71 e seus resultados encontram-se na Tabela E.1 do Anexo E.
3.5 Classificao MCT
As amostras tambm foram classificadas segundo a metodologia MCT
por Takeda (2005). Para isto, foram realizados ensaios de Mini-MCV e de
Perda de Massa por Imerso, conforme os procedimentos descritos pelas
normas DNER - M 256-94 Solos compactados com equipamento miniatura
Determinao da perda de massa por imerso e DER M 196-89
Classificao de solos tropicais segundo a metodologia MCT.
A classificao dos solos s