34a Reunio Anual de Pavimentao Campinas, SP Agosto de 2003

MODIFICAES RECENTES NA CLASSIFICAO GEOTCNICA MCT

Autores: J.S.Nogami Prof. Aposentado, PTR/ EPUSP D.F.Villibor Prof. Aposentado, EESC-USP, LENC Laboratrio de Engenharia e Consultoria

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MODIFICAES RECENTES NA CLASSIFICAO GEOTCNICA MCT

Autores: J.S.Nogami Prof. Aposentado, PTR/ EPUSP D.F.Villibor Prof. Aposentado, EESC-USP, LENC Laboratrio de Engenharia e Consultoria Resumo O trabalho apresenta modificaes na tabela e no grfico da classificao geotcnica MCT, para solos tropicais, respectivamente para uso na fase preliminar expedita do mtodo das pastilhas e para a fase definitiva baseada em resultados obtidos a partir de corpos de prova compactados. Essas modificaes tornaram-se necessrias face introduo de novos procedimentos de ensaio aps 1994, bem como pela obteno de resultados de novos tipos de solos aps o ano citado. Os referidos procedimentos so descritos sumariamente e so apresentados esquemas que permitem a construo artesanal de aparelhagem necessria, sobretudo para o procedimento visual-tctil do mtodo das pastilhas.

J.S.Nogami Escola Politcnica da USP Caixa Postal: 61548 CEP: 05508-900 So Paulo - SP D.F.Villibor R. Salvador Garcia, n 39 1 andar Butant CEP: 05503-030 So Paulo SP e-mail: douglas..villibor@lenc.com.br

Palavras chave: Classificao geotcnica, Classificao MCT, Identificao preliminar, Identificao expedita, Identificao visual-tctil, Mtodo das Pastilhas, Solos Tropicais, Aparelhagem de Ensaio.

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MODIFICAES RECENTES DA CLASSIFICAO MCT PARA S0L0S TROPICAIS 1. INTRODUO Vrias modificaes foram introduzidas nos ltimos anos, objetivando o aperfeioamento da classificao geotcnica MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) desde que foi introduzida (Nogami e Villibor,1981). Essas modificaes referem-se tanto ao procedimento bsico, que utiliza corpos de prova compactados como na classificao expedita obtida atravs do Mtodo das Pastilhas, executado segundo ao procedimento apresentado por Nogami e Villibor (1994). Essas modificaes, recentemente introduzidas, foram feitas para atender as necessidades de se adaptarem vrios procedimentos envolvidos na classificao considerada, conseqente aos fatos seguintes: a) deficincias visuais e de habilidade manual decorrente do envelhecimento do autor snior deste trabalho, que j completou 78 anos; b) introduo do procedimento designado simplificado (Nogami e Villibor, 2000) para a obteno da curva de deformabilidade de corpos de prova de 50 mm de dimetro compactados com equipamento geralmente conhecido como Mini- Proctor; c) considerao de resultados de ensaios de solos pedogenticos atualmente designados argissolos pela classificao pedolgica adotada presentemente no Brasil (Embrapa, 1999). Esses solos constituem importantes ocorrncias naturais, de larga distribuio geogrfica, constituindo freqentemente importante material para construo de rodovias, sobretudo aqueles do tipo designado baixo custo, econmico ou ainda baixo volume de trfego. Cabe observar que a maioria dos argissolos do Brasil por ns ensaiados, pertence classe de comportamento latertico da classificao MCT; d) apresentao de novo grfico para classificao de corpos de prova compactados, como tambm nova tabela de classificao para procedimento das pastilhas. O trabalho ser desenvolvido dividindo-o nos seguintes itens principais: 2.0 novos procedimentos e dispositivos de ensaio, para corpos de prova compactados; 3.0 novo grfico de classificao geotcnica MCT para corpos de prova compactados;

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4.0 novos dispositivos e procedimentos para o mtodo das pastilhas; 5.0 nova tabela de classificao geotcnica MCT para o mtodo das pastilhas. A ordenao acima objetivou dar uma seqncia de assuntos que evite a necessidade de consulta a itens fora dessa ordem para a compreenso deste trabalho. Alm disso limitou-se a citao bibliogrfica somente essencial e de fcil disponibilidade. O autor snior deste trabalho, apesar de aposentado compulsoriamente por idade, continua trabalhando no Laboratrio de Tecnologia de Pavimentao da EPUSP, e informa que no mesmo vem sendo desenvolvido um procedimento similar ao das pastilhas, desenvolvido pela Profa Liedi L. B. Bernucci e pelo Geol. Helder Godoy (vide por exemplo Bernucci e Godoy, 2000) ao qual neste trabalho no se fez referncia alm destas notas, porquanto o mtodo que os mesmos vem desenvolvendo no estabeleceu, por enquanto, uma ligao com os grupos da classificao MCT, e este trabalho trata especificamente dessa classificao.. 2. PROCEDIMENTOS INTRODUZIDOS NA COMPACTAO DE CORPOS DE PROVA 2.1. Introduo do Procedimento Simplificado O procedimento designado Simplificado tem sido motivo de vrios trabalhos j publicados, dos quais se destaca Nogami e Villibor( 2000 e 2001), razo pela qual s ser apresentado neste trabalho apenas alguns aspectos julgados essenciais. Em primeiro lugar abandonou-se a srie de golpes de soquete a submeter os corpos de prova em compactao, proposto por Parsons (1976) consistente da srie 1,2,3,4, 6, 8, 12,....n.....4n adotado por Nogami e Villibor (1981) e pelo British Standards (BS 177:Part 4:1990.Method 5(1990)), podendo ser adotado qualquer seqncia de golpes que permita traar curvas de deformabilidade por compactao, suficientemente detalhado para obteno do coeficiente c e outros detalhes considerados essenciais para fins classificatrios, representando no eixo horizontal os golpes de soquete em escala logartmica e no eixo vertical a deformao do corpo de prova. Tem-se adotado no procedimento simplificado, uma srie caracterizada por uma seqncia de golpes tal como 2, 6, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140,... que facilita sobretudo quando a leitura da deformao dos corpos de prova em compactao for feita com uso de escala submilimtrica solidria ao soquete de compactao e uma lupa (detalhes no item 4 deste trabalho) e no com uso de extensmetro (ou relgio comparador) ou de outro dispositivo equivalente ou superior em preciso para medida da referida deformao. Em segundo lugar, adotou-se novo critrio para clculo da deformao Dn dos corpos de prova em funo do nmero de golpes de soquete considerando a expresso Dn = Lf Ln, onde: 47

Dn = Deformao do corpo de prova aps n golpes, em mm; Lf = Leitura final correspondente a mxima deformao atingida, em mm; Ln = Leitura aps n golpes, em mm. Todos as leituras e deformaes devem ser feitas com aproximao de 0,1 mm. Cabe acrescentar que Lf deve corresponder a um aumento da deformao relativamente leitura anterior, menor ou igual a 0,05 mm/golpes. Essa deformao especfica corresponde geralmente a um patamar ou nega, que dependendo do tipo de solo mais ou menos caracterstica. Assim, nas areias no coesivas ou pouco coesivas o patamar geralmente atingido sem que a curva de deformabilidade termine em um patamar geomtrico. De outro lado as argilas e solos argilosos possuem patamar geomtrico bem ntido, podendo as vezes exibir um calombo invertido, isto uma depresso num patamar geomtrico. Das vantagens que o procedimento simplificado apresenta, cabe destacar as seguintes: a) reduo do nmero de golpes para obteno das curvas de deformabilidade; b) curva de deformabilidade obtida idntica usada em Mecnica dos Solos; c) possibilidade de classificar diretamente muitas areias apenas com dados obtidos nas curvas de deformabilidade obtidas, pois como foi citado acima, as areias atingem o patamar, sem que haja um patamar geomtrico; d) paralelismo mais acentuado entre as diversas curvas de deformabilidade obtidas para uma grande amplitude de teores de umidade de compactao (o que corresponde a uma grande amplitude de Mini MCV) facilitando a determinao do coeficiente c; e) eliminao das dvidas quanto a determinao do coeficiente c de areias e solos muito arenosos, em que esse coeficiente no pode ser determinado pelo fato de todas as curvas de deformabilidade no cortarem a linha horizontal correspondente a Dn = 2 mm no Mini MCV 10, sendo que s corta essa linha horizontal em pontos correspondentes a Mini MCV > 10, isto correspondente a nmero de golpes maior que 10 . Cabe lembrar que o coeficiente c o coeficiente angular (em valor absoluto) da curva de deformabilidade no ponto correspondente ao Mini MCV=10 (o que corresponde a 10 golpes e linha horizontal correspondente deformao Dn = 2 mm). Quando a condio descrita ocorrer, segundo o procedimento simplificado, o solo ser classificado como NA, no havendo necessidade de determinar a perda de massa por imerso em gua.

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A adoo do procedimento simplificado entretanto obrigou-nos a modificar o grfico da classificao geotcnica MCT, conforme consta no Item 3.0 deste trabalho e alm disso, modificao na parte inicial da curva de correlao do coeficiente c e contrao das pastilhas para c < 0,8 conforme detalhado no Item 5 deste trabalho e eventual novo valor de Pi (Perda de Massa por Imerso) para o calculo do valor do ndice e. a partir do qual, um solo passa de comportamento latertico para no latertico A verificao dessa eventualidade envolve uma ampla pesquisa envolvendo grande quantidade de amostras e ensaios sobretudo para solos arenosos, estando em fase de execuo. 2.2. Introduo de Lupa e Escala Submilimtrica para Medida da Deformao Axial dos Corpos de Prova na Compactao Este dispositivo apresenta vrias vantagens relativamente ao procedimento que vinha sendo recomendado e geralmente utilizado, baseado nas medidas das deformaes axial nos sucessivos golpes do soquete, com utilizao do relgio comparador ou extensmetro de curso de 50 mm e leituras diretas em 0,01 mm. O extensmetro do tipo disponvel no mercado apresenta alguns inconvenientes, dos quais se destacam os seguintes: a) custo relativamente elevado, (cerca de 730 Reais em maio/2003); b) exigncia de dispositivo que permita afastar o extensmetro da haste do soquete, a fim de evitar efeitos prejudiciais dos golpes do mesmo, durante a compactao dos corpos de prova, difcil de ser adaptado para execuo no campo; c) durabilidade relativamente pequena, dependendo do cuidado do operador e eficincia do sistema para diminuir o efeito de vibrao prejudicial dos golpes do soquete nos corpos de prova durante a compactao dos mesmos. O dispositivo que desenvolvemos muito mais elementar e menos preciso, basicamente idntico quele utilizado no mini penetrmetro com p (Figuras 3-B, 3-C), apresentando vrias vantagens, discriminadas a seguir: a) custo inicial relativamente pequeno, sendo que o componente mais caro a lupa de 10x de aumento, de fabricao nacional que custa cerca de 15 Reais (maio/2003) e a escala submilimtrica do tipo por ns utilizada (Fig 3-C.) pode ser produzida com o programa Corel Draw e impressora a laser, geralmente disponvel na maioria dos nossos laboratrios para finalidades virias; b) montagem do conjunto de medida facilmente executada com materiais de fcil disponibilidade exigindo, entretanto, muita engenhosidade e pacincia na sua montagem e ajuste;

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c) leitura mais rpida, aps treino apropriado; podendo se bem construdo e ajustado, ser utilizado mesmo no ambiente mais agressivo como no canteiro de obras ou nas proximidades dos locais de amostragem como nas prprias jazidas de solos.

3. NOVO GRFICO DE CLASSIFICAO GEOTCNICA MCT OBTIDA COM CORPOS DE PROVA COMPACTADOS 3.1. Inverso da Escala Vertical para o Coeficiente e Esta forma de apresentao (Fig.1) caracterizase por apresentar o zero da escala vertical na parte superior e no na sua parte inferior como na verso original apresentada em Nogami e Villibor, 1981. A nova disposio de uso generalizado na apresentao de perfis geotcnicos, em que o zero geralmente coincide com a superfcie do terreno.

Figura 1 Grfico de classificao geotcnica MCT Aproximao 2003

A nova disposio coincide, alm disso, com aquela que se observa na maioria dos perfis naturais das ocorrncias, em que as camadas de solos de comportamento latertico ocorrem na parte mais superficial e superior, sendo que geralmente o grau de laterizao diminui sensivelmente nas proximidades do contato com a camada subjacente de solos de comportamento no latertico (transportados e/ou saprolticos). A apresentao na nova forma, nitidamente 50

e didaticamente melhor, se bem que no o seja do ponto de vista matemtico, em que mais convencional usar o zero na parte inferior de um grfico. 3.2. Modificao na Escala de Valores do Eixo Horizontal (Coeficiente c) A escala horizontal, que representa o coeficiente c foi modificada em dois aspectos: a) valor inicial, que se inicia com c=0,3, tendo sido suprimida o trecho de zero a esse valor; b) adoo de escala logartmica abandonando-se a escala linear. Essas modificaes foram feitas porquanto com o procedimento simplificado (Nogami e Villibor, 2000) de compactao dos corpos de prova utilizando novo procedimento de traar a curva de deformabilidade no se obteve valores inferiores ao valor acima referido. O valor zero, corresponderia a uma deformabilidade axial zero na compactao nas proximidades de 10 golpes do soquete, o que uma impossibilidade prtica a no ser em solos anormais. A adoo da escala logartmica e no linear, foi feita a fim de que a rea correspondente aos grupos LA e NA no ficassem muito reduzidas. um refinamento de importncia secundria. Poder-se-ia adotar qualquer escala de tipo exponencial, mas o uso da logartmica mais fcil de localizar os resultados obtidos dos ensaios pela fcil disponibilidade da referida funo. Cabe observar, entretanto que isso trouxe uma complicao no traado dos limites dos grupos NA com NA, NA com NS e NA com NS. A fim de facilitar o traado dos referidos limites, as curvas foram substitudas por trechos retilneos da maneira indicada na Figura 1. Acredita-se que um traado mais preciso, a partir da equao da curva, no apresenta vantagens do ponto de vista pragmtico. 4. NOVOS DISPOSITIVOS E PROCEDIMENTOS RELACIONADOS COM O MTODO DAS PASTILHAS 4.1. Consideraes Gerais Vrios dispositivos foram introduzidos, que visam sobretudo aumentar a preciso e obter resultados mais correlacionveis com a classificao obtida com o procedimento bsico de compactao de corpos de prova. Os dispositivos desenvolvidos e a serem descritos nos itens seguintes, so: Mini penetrmetro com p (pedestal, base etc.); Reabsoro de gua normal das pastilhas secas; Reabsoro de gua lenta das pastilhas secas; Compresso esttica e axial na moldagem das pastilhas; Medida rpida da contrao radial por secagem das pastilhas; Acabamento superficial das pastilhas aps a sua moldagem;

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Espatulador mecnico de acionamento eltrico; Diversos, incluindo comentrios referentes a vrios dispositivos e procedimentos. 4.2. Mini penetrmetro com P 4.2.1. Generalidades Dois motivos principais levaram a desenvolver um mini penetrmetro provido de p: 1) necessidade de aumentar a preciso e repetibilidade dos valores da penetrao utilizados na identificao de solos pelo mtodo das pastilhas (Nogami e Cozzolino, 1985; Nogami e Villibor, 1994). 2) incapacidade, do autor snior, utilizar adequadamente o mini penetrmetro de operao exclusivamente manual e visual, devido as suas deficincias, o que impedia o prosseguimento das pesquisas objetivando o aperfeioamento do mtodo considerado. A falta de firmeza da mo e dedos, ocasionava aplicao de peso que varia de aproximadamente + ou 1gf, alm de produzir movimentos de efeitos quantitativos desconhecidos. Os resultados obtidos com uso do mini penetrmetro com p resultam, contudo na obteno de valores diferentes daqueles obtidos com o mini penetrmetro manual, uma vez que no provido de p, a penetrao da agulha medida pelo deslocamento vertical do corpo do mini penetrmetro, enquanto que no manual, pela penetrao da agulha que para isso possui uma graduao marcada na mesma. O esquema da Fig.2 ilustra as diferenas no valor das leituras. Evidentemente h casos em que o afastamento entre as duas modalidades de leitura desprezvel, enquanto que em certos solos muito expansivos, a diferena pode ser aprecivel (valores superiores a 1 mm foram constatados) conforme ilustrado na referida figura, obrigando o desenvolvimento de tabelas diferentes para cada tipo dos citados penetrmetros. Alm disso, nos mini penetrmetros manuais, os valores da penetrao dependem bastante do eventual afastamento da vertical, da firmeza em manter essa posio e ainda da velocidade de liberao do mini penetrmetro, que por sua vez depende da consistncia dos dedos que efetuam essa liberao.

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Figura 2 Diferenas de medidas dos mini penetrmetros de tipo manual com os de tipo com p.

A parte de maior dificuldade construtiva do p do suporte do mini penetrmetro o dispositivo que permite de maneira precisa o seu deslocamento vertical. Esse dispositivo pode ser aproveitado de parte de vrios aparelhos fabricados em srie disponvel no comrcio ou parte de lupas e microscpios fora de uso. bastante promissor, por exemplo o uso da parte que permite a variao da altura do espelho ou prisma de certos retroprojetores. Cabe alertar, entretanto, que muitos retroprojetores no asseguram a adequada movimentao sub-milimtrica. A adaptao de pedestal de microscpios e lupas binoculares pode ser muito fcil, tanto que o primeiro mini penetrmetro de p que construmos utilizou uma lupa binocular para estudantes, j em desuso no nosso laboratrio. H ainda a possibilidade de utilizar o penetrmetro destinado medida de penetrao de cimentos asflticos. Neste caso, inclusive a medida da penetrao poder ser feita usando o prprio medidor de penetrao. O grande inconveniente deste tipo de soluo est no fato do p do aparelho ser geralmente fixo ou difcil de ser movimentado. Essa peculiaridade faz com que a medida da penetrao de pastas de solo em fase de preparao e de pastilhas embebidas dificilmente podem ser efetuadas cmoda e rapidamente.

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4.2.2 Partes Constituintes - As partes constituintes foram designadas conforme o seguinte: a) Mini Penetrmetro - Fig 3A; b) Suporte da Lupa e Lupa - Fig 3B; c) P ou Suporte Mvel do Mini Penetrmetro - Fig. 4.

Figura 3-A) Mini penetrmetro, B) suporte da lupa com lupa e C) escala sub-milimtrica

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Figura 4 - Suporte do mini penetrmetro com p.

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Devido as limitaes para apresentao de trabalhos para esta RAPv, as figuras vo aparecer com escala grfica distorcida e as caractersticas essenciais das diversas partes numeradas no foram apresentadas. Desenhos mais apropriados para construo dos aparelhos apresentados e os detalhes construtivos das diversas partes discriminadas nas figuras apresentadas podero ser fornecidas a preo de custo. Estas observaes so extensveis para os dispositivos a serem apresentados nos itens seguintes. 4.3. Prensa Para Comprimir Pastilhas 4.3.1. Generalidades O objetivo desta prensa uniformizar a compresso das pastilhas logo aps a sua moldagem, a fim de investigar a sua influncia nas propriedades das pastilhas, que aps a operao considerada prosseguida nas operaes subseqentes, analogamente rotina normal que realizada sem a compresso. Obtm-se, ento, contrao menor na secagem e o que mais significativo, uma maior consistncia (menor penetrao do mini penetrmetro) aps a secagem e reabsoro efetuadas da maneira normal, nos solos de comportamento latertico. Esse aumento no tem sido observado nos solos de comportamento no latertico. O seu uso limita-se portanto quando h dvida quanto ao seu carter latertico, devido ao fato do resultado da penetrao, aps reabsoro dgua, resultar em valores pouco acima do limite adotado para a classe latertica. Quando no se dispunha do dispositivo ora em considerao, usou-se o procedimento mais rpido porm sujeito a maior disperso dos resultados, de no rasar o topo da pastilha na fase de sua moldagem, mas deixar uma salincia de superfcie arredondada sobre a qual colocava-se papel filtro e sobre o mesmo uma placa plana de acrlico; sobre essa placa aplicava-se com o dedo mxima presso possvel. Os resultados obtidos, permitiam dirimir dvidas do seu carter latertico, pela obteno de penetrao satisfazendo ou no o seu carter latertico. Apesar de ser um procedimento aparentemente sujeito a grande disperso, isso geralmente no ocorreu na maioria das amostras ensaiadas. Acredita-se porm, que operadores diferentes possam obter resultados significativamente diferentes. Um dos inconvenientes do procedimento acima descrito, que havia necessidade de preparo de nova pasta para realizao do ensaio em pastilhas comprimidas. Mais tarde, diante dos resultados obtidos, fixou-se um valor de Ct (contrao radial por secagem), para o qual recomendado efetuar o ensaio de pastilhas comprimidas. Para solos arenosos finos do Estado de So Paulo, o valor recomendado contrao radial das pastilhas Ct