MÉTODO DAS PASTILHAS PARA IDENTIFICAÇÃO EXPEDITA DE SOLOS TROPICAIS
RITA MOURA FORTES PROFESSORA DA UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE E DIRETORA TÉCNICA DA LENC – LABORATÓRIO DE ENGENHARIA E CONSULTORIA LTDA
JOÃO VIRGILIO MERIGHI PROFESSOR DA UNIVERSIDADE PRESBITERIANA PRESBITERIANA MACKENZIE MACKENZIE
ALEXANDRE ZUPPOLINI NETO DIRETOR
PRESIDENTE
DA
LENC
–
LABORATÓRIO
DE
ENGENHARIA
E
CONSULTORIA LTDA
RESUMO Sendo o Brasil país de clima predominantemente tropical, salienta-se a importância excepcional de uma metodologia de identificação e classificação, que atenda as peculiaridades desses desses solos. Nogami e Villibor [1] propuseram uma nova sistemática de classificação denominada Miniatura, Compactada, Tropical (MCT), visando sobretudo agrupar os solos tropicais de acordo com suas peculiaridades de comportamento sob o ponto de vista mecânico e hidráulico. Contudo para esses grupos de solos, não existia ainda, um procedimento para a sua identificação. O objetivo dessa pesquisa é de difundir esta identificação que tem sido utilizada com sucesso na fase de estudo de viabilidade e de projeto executivo, como uma maneira de reduzir o custo do estudo de opções, quer de jazidas, quer de alternativas alt ernativas para a pavimentação econômica.
INTRODUÇÃO Das classificações geotécnicas, duas são as que mais se salientam: a classificação HRB AASHTO e o Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS), que se baseiam nos limites de Atterberg (LL e LP) e na granulometria. As classificações tradicionais quando aplicadas a solos de países de clima tropical, apresentam sérias discrepâncias quanto ao comportamento geotécnico esperado do solo, como
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por exemplo, dois solos geneticamente diferentes, um laterítico e outro saprolítico, podem apresentar a mesma classificação e comportamento geotécnico completamente diferente.
1.
APRESENTAÇÃO DA METODOLOGIA MCT
Tendo em vista as dificuldades e deficiências existentes no uso das classificações tradicionais quando empregadas em solos de clima tropical, Nogami e Villibor [1,2,3] desenvolveram uma metodologia designada MCT (Miniatura Compactada Tropical) que utiliza ensaios de dimensões reduzidas (corpos de prova com 50 mm de diâmetro) com solos tropicais compactados. Esta Metodologia abrange dois grupos de ensaios conforme apresentado no esquema da Figura 1: Mini-CBR e associados e Mini-MCV e associados. A partir dos ensaios de Mini-CBR e associados pode-se obter as características dos solos apropriados para bases de pavimentos. Geralmente, após a compactação dos corpos de prova, determina-se uma série de propriedades, tais como: capacidade de suporte (Mini-CBR), expansão, contração, infiltrabilidade, permeabilidade, etc. Os ensaios Mini-MCV e associados fornecem parâmetros para a determinação dos coeficientes c’ e e’, que por sua vez permitem a classificação dos solos de acordo com a classificação MCT, podendo-se aferir propriedades geoténicas além de permitirem a determinação de todas as propriedades referidas nos ensaios Mini-CBR e associados. METODOLOGIA MCT
GRUPO DE ENSAIOS
GRUPO DE ENSAIOS
GRUPO DE ENSAIOS
Mini-CBR e Associados
Mini-MCV e Associados
Ensaios "in situ"
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
Mini-Proctor
Mini-MCV
Mini-CBR com Penectrômetro
Mini-CBR Convencional
Mini-MCV Controle de Umidade
ENSAIO DE PERDA DE MASSA POR IMERSÃO
ENSAIOS ASSOCIADOS Capacidade de Sup orte Mini-CBR, Expanão, Contração, Infiltrabilidade, Permeabilidade, Penetração de Imprimadura
Figura 1- Grupos de Ensaios da Metodologia MCT [4].
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2. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS COM USO DA METODOLOGIA MCT A classificação de solos com uso da Metodologia MCT foi desenvolvida especialmente para o estudo de solos tropicais baseada em propriedades mecânicas e hidráulicas, obtidas de corpos de prova compactados de dimensões reduzidas. Essa classificação não utiliza a granulometria, o limite de liquidez e o índice de plasticidade, como acontece no caso das classificações geotécnicas tradicionais, separando os solos tropicais em duas grandes classes, os de comportamento laterítico e os de comportamento não laterítico. Os solos lateríticos e saprolíticos, segundo a classificação MCT, podem pertencer aos seguintes grupos: - Solos de comportamento laterítico, designado pela letra L, sendo subdivididos em 3 grupos: LA - areia laterítica quartzosa; LA’ - solo arenoso laterítico e LG’ - solo argiloso laterítico. -
Solos de comportamento não laterítico (saprolítico), designados pela letra N, sendo subdivididos em 4 grupos: NA – areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de grão de quartzo e/ou mica, não laterítico; NA’– misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico (solo arenoso); NS’– solo siltoso não laterítico e NG’– solo argiloso não laterítico.
Para se classificar os solos lateríticos e saprolíticos, através da Metodologia MCT, utiliza-se o gráfico da Figura 2, onde a linha tracejada separa os solos de comportamento laterítico dos de comportamento não laterítico. O comportamento mecânico e hidráulico do solo pode ser estimado utilizando-se a tabela 1.
Figura 2 – Carta de Classificação de Solos da Metodologia MCT [5].
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Posteriormente, Nogami e Cozzolino [6], propuseram inicialmente um procedimento expedito para atender a necessidade da identificação expedita de solos tropicais. Fortes [7] e Fortes e Nogami [8] apresentaram uma proposta para o procedimento de ensaio e identificação dos grupos MCT, que corresponde a uma série de determinações rápidas e simples, baseada em índices empíricos e determinações qualitativas, utilizando aparelhagem simples, podendo ser executada no campo, identificando-se com um baixo custo, os solos de comportamento laterítico, dos de comportamento não-laterítico, conforme grupos da classificação MCT.
Tabela 1 – Propriedades e Utilização dos Grupos de Solos da MCT [5]
Nogami e Villibor [9, 10], apresentaram simplificações do método, conseguindo obter a identificação dos grupos MCT através de um gráfico do valor da contração diametral versus penetração. Assim sendo, o método baseia-se em determinações efetuadas em pastilhas que são moldadas em anéis de inox, secadas, verificando-se a contração diametral, e submetidas a reabsorção de água, quando se observa o surgimento de trincas, expansão, e resistência a penetração de uma agulha padrão. Em 1997, Fortes [11] apresentou uma proposta de normalização na 1ª Câmara Permanente de Desenvolvimento Tecnológico ocorrida na Universidade Mackenzie. Desde então este procedimento para investigação expedita geotécnica segundo a metodologia MCT tem sido utilizado, com sucesso, em todo o país, em locais onde ocorrem solos tropicais, tais como no estado de São Paulo, pelo Departamento de Estradas de Rodagem de São Paulo (DER-SP),
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como no projeto de duplicação de 120 km da Rodovia Raposo Tavares – SP 270, trecho Assis-Prudente, EMURB - Empresa Municipal de Urbanização e em Brasília, pela NOVACAP e que está em processo de normalização no DER-SP [12] .
3 MÉTODO DAS PASTILHAS PARA IDENTIFICAÇÃO EXPEDITA DO GRUPO MCT 3.1 Definições e convenções a) Contração (Ct): é aquela diametral da pastilha, expressa em mm, com aproximação de 0,1 mm. b) Penetração: é aquela verificada por uma agulha padrão de um penetrômetro (mini), expressa em mm, com aproximação de 0,1 mm, quando aplicada verticalmente na superfície da pasta de solo ou da pastilha após a reabsorção de água efetuada sob condições padronizadas neste método. c) Trincas: são aquelas que surgem nas pastilhas após a reabsorção d’água. d) Expansão: é o aumento qualitativo do diâmetro da pastilha verificado após a reabsorção d'água. 3.2. Aparelhagem e materiais Além da aparelhagem usual de laboratório são utilizados especificamente para a realização deste ensaio: anéis de aço inoxidável com diâmetro interno de 20 ± 0,05 mm, 5,0 mm de altura e espessura da parede da ordem de 3 mm; cuba para reabsorção d'água pela pastilha constituída essencialmente de uma placa porosa com espessura de 5 mm e permeabilidade de cerca de 10 -2 cm/s, capaz de manter pressão negativa de aproximadamente 5 mm de coluna d’água na sua superfície superior conforme esquemas da Figura 3(a) ou Figura 3 (b); dispositivos para medida da contração, podendo ser paquímetro com precisão de 0,1 mm; espátula flexível de lâmina de cerca de 80x20mm; estufa ou dispositivo que permita manter a temperatura de aproximadamente 60ºC; fio de nylon ou de arame muito fino devidamente tensionado; peneiras de malhas quadradas, com aberturas nominais de 0,42 e 2,00 mm; penetrômetro padrão (mini) de 10 g de massa e agulha de 1,3 mm de diâmetro, cerca de 5 mm de comprimento útil e ponta plana perpendicular ao seu eixo ou o penetrômetro universal com as adaptações necessárias; papel filtro grosso e outro fino; placa de vidro plano esmerilhado de cerca de 100 x 100 x 4 mm. Na Figura 4a está apresentada a aparelhagem utilizada.
3.3 Procedimento de ensaio a) calibração: a placa de pedra porosa dever ser limpa, saturada e nivelada, com pressão negativa conforme descrito no item 3.2.;
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b) preparação da amostra: a amostra deve ser coletada, seca ao ar. Obter no mínimo 30 ml ou gramas (desejável 50) da fração que passa na peneira de 2,00 mm. Passar em seguida a fração na peneira de 0,42 mm. Umedecer a fração que passa na peneira 0,42 mm em cápsula estanque e deixá-la em repouso por 8 horas no mínimo;
(a)
Nº A1 A2 A3 A4 A5
DESIGNAÇÃO Água destilada ou potável filtrada Base com pedra porosa Papel filtro Recipiente de plástico ou similar Tubo de borracha flexível, comprimento de cerca de 150 mm A6 Anel de aço inox. φ = 20 mm, altura de 5 mm
(b)
Figura 3 – Aparelho para reabsorção. c) ensaio: - espatulação da pasta e ajustagem de sua consistência (vide figura 4b): colocar a amostra sobre a face esmerilhada da placa de vidro e efetuar uma espatulação preliminar dando algumas dezenas de espatuladas. Adicionar mais água ou deixar secar, a fim de que possa efetuar a espatulação eficiente. Em solos não lateríticos arenosos, siltosos ou argilosos, uma centena de espatuladas é suficiente, mas nos solos lateríticos argilosos ou arenosos, chega a cerca de 400 espatuladas. Terminada a espatulação, determinar a consistência da pasta utilizando-se do penetrômetro, ajustando-se o teor de umidade até conseguir a penetração 1 mm. - Moldagem e Secagem das Pastilhas: obter um pequeno esferóide (diâmetro de cerca de 10 mm). Colocar o esferóide dentro do anel e com uso de dedos amolgá-lo, fazendo pressão suficiente para preencher inteiramente o anel. Cortar o excesso com uso de fio apropriado. Ao terminar a operação de corte, se for observado qualquer vazio em qualquer de suas duas faces, repetir a operação de preenchimento e corte, até que tanto a face superior como inferior do anel esteja totalmente preenchido pela pasta de solo (Figura 4c). Acondicionar os anéis preenchidos em suporte apropriado que permita mantê-los em posição vertical e transferi-los a uma estufa a 60ºC, mantendo-os por cerca de 6 horas no mínimo ou 12 horas se seco ao ar ambiente.
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-
Determinação da Contração das Pastilhas: esfriar, por cerca de 15 minutos, o conjunto anel-pastilha se o mesmo foi seco em estufa. Colocá-los sobre uma superfície plana e horizontal. Efetuar, no mínimo três em pontos da pastilha distanciados em cerca de 120º (Figura 4d).
- Embebição e Determinação da Penetração: transferir os anéis de aço com as respectivas pastilhas para uma placa porosa saturada e recoberta de papel filtro (Figura 4e). Deixar em repouso por cerca de duas horas. Efetuar a penetração das pastilhas com o penetrômetro padrão (Figura 4f), encostando a sua ponta na superfície da área central da pastilha ou de blocos separados por trincas, soltando-o de maneira que a penetração se dê na vertical e em situação de queda livre. Efetuar pelo menos 3 determinações em cada pastilha.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Figura 4 – Método da Pastilha. (a) aparelhagem; (b) espatulação da amostra; (c) moldagem das pastilhas; (d) medida da contração; (e) reabsorção d`água; (f) penetração
3.4 Resultados a) contração (Ct), expressa em mm, com aproximação de 0,1 mm: obter a média aritmética dos valores de contração obtidos;
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b) penetração: é o valor da medida de penetração, em milímetros, com aproximação de 0,1 mm.
3.5 Classificação Uma vez obtidos os valores da contração diametral e da penetração, locá-los na carta apresentada na Figura 5, obtendo-se o grupo de solo da metodologia MCT. 3.6 Determinações Complementares Quando os valores de penetração efetuados nas pastilhas submetidas a embebição (ou reabsorção) for próximo ou igual a 2 mm, isto é, quando o resultado corresponder às amostras que se localizam próximo da linha que separa os solos de grupos lateríticos (prefixo L) do não laterítico ( prefixo N) no gráfico de classificação, MCT, deve-se repetir o ensaio aplicando na moldagem das pastilhas uma pressão, com auxílio de uma pequena placa rígida e um pedaço de papel filtro grosso. Os novos valores obtidos serão adotados para a classificação preliminar.
Figura 5 – Carta de Classificação do Método das Pastilhas (Nogami e Villibor, 1994).
4. COMPARAÇÃO DE RESULTADOS OBTIDOS PELO MÉTODO DA PASTILHA E PELA METODOLOGIA CONVENCIONAL Na Tabela 2 observa-se que os resultados obtidos pela nova metodologia e pela metodologia convencional, para 34 amostras diferentes. Observa-se que as discrepâncias de classificação são mais representativas para os solos arenosos, quer possuam ou não comportamento laterítico, no entanto no caso desses solos as suas propriedades não diferem muito. Os demais resultados estão coerentes, levando-se em conta que o método da pastilha é utilizado para identificação preliminar de solos.
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Além da limitação da metodologia MCT, deve-se tomar o máximo cuidado para utilizar uma amostra representativa, já que a quantidade de solo necessária para realizar este ensaio é pequena. Nos casos duvidosos, recomenda-se proceder de acordo com a metodologia MCT convencional, que utiliza corpos de prova compactados. Cabe reportar que até o final desse ano, terminará o primeiro programa interlaboratorial do ensaio das pastilhas, uma vez que este ensaio foi acrescentado a lista de ensaios que compõe o programa interlaboratorial de solos que ocorre desde 1995 e que é coordenado pela LENC.
Tabela 2 - Correlação de Classificação MCT x Pastilhas. Solos Am 01 Am 02 Am 03 Am 04 Am 05 Am 06 Am 07 Am 08 Am 09 Am 10 Am 11 Am 12 Am 13 Am 14 Am 15 Am 16 Am 17
Classificação convencional MCT LA'/LG' LA'/LG' LA' LG' LG' LA' LG' LG' LA' LA' LA' LG' LA'/LG' LA'/LG' NS' NA'/NG'LA'/LG' NA'
Classificação Pastilhas LA' LA'/LG' LA' LA' LA'/LG' LA' LA'/LG' LA'/LG' LA/LA' LA/LA' LA' LG' LA'/LG' LA'/LG' NA/NS'LA'/LG NG' NA/NS'LA'/LG
Solos
Classificação
Classificação
Am 18 Am 19 Am 20 Am 21 Am 22 Am 23 Am 24 Am 25 Am 26 Am 27 Am 28 Am 29 Am 30 Am 31 Am 32 Am 33 Am 34
LA’ LG’ LA’ LG’ LA’/NA’ LA’ NA LG’ LG’ NA LA’ NA NS’/NA’ NA’ NS’/NA’ NS’ NA’/NS’
LA’/LG’ LG’ LG’ LG’ NA NA/LA NA LG’ LG’ NA LG’ NA NA/NS’ NA/NS’ NA/NS’ NS’/NA’ NA/NS’
AGRADECIMENTOS Ao Dr. Job Shuji Nogami do Laboratório de Tecnologia da Pavimentação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (LTP-EPUSP) pela contribuição e orientação para elaboração do método de ensaio da pastilha, ora em processo de normalização. Referências Bibliográficas [1] NOGAMI, J.S. e VILLIBOR, D.F.- “Uma Nova Classificação para Finalidades Rodoviárias”, In: SIMP. BRAS. SOLOS TROPICAIS EM ENG., COPPE/ABMS, Rio de Janeiro, Brasil, 1981, p.30-40.
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[2] NOGAMI, J.S. e VILLIBOR, D.F. - “Caracterização e Classificação Gerais de Solos para a Pavimentação: Limitações do Método Tradicional, Apresentação de uma nova Sistemática”, In: 15ª Reunião Anual de Pavimentação, Belo Horizonte, Brasil, 1980. [3] NOGAMI, J.S. e VILLIBOR, D.F. -“Additional Considerations about a New Geotechnical Classification for Tropical Soils”, In: FIRST INT. CONFERENCE ON GEOMECHANICS IN TROPICAL LATERITIC AND SAPROLITIC SOILS, Brasília, Brasil, 1985, Anais...v1, p.165-174. [4] VILLIBOR, D.F.; NOGAMI, J.S.; BELIGNI, M. e CINCERRE, J.R. – Pavimentos com Solos Lateríticos e Gestão de Manutenção de Vias Urbanas” ABPv – Associação Brasileira de Pavimentação e Univ.Federal de Uberlândia – Fac. de Eng. Civil, São Paulo, Brasil, 2000. [5] NOGAMI, J.S. e VILLIBOR, D.F. - “Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos”. São Paulo: Villibor, Brasil, 1995. [6] NOGAMI, J.S.; COZZOLINO, V.M.N. - "A Identificação de Solos Tropicais: dificuldades e proposta de um método preliminar",– Fortaleza, Brasil, 1985, Anais da 20ª Reunião Anual de Pavimentação, volume 2. [7] FORTES, R.M. - "Método Expedito de Identificação MCT de Solos Tropicais, para Finalidades Rodoviárias, Utilizando-se Anéis de PVC Rígido" - (Dissertação de Mestrado) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PTR, Brasil, 1990, 210p. [8] FORTES, R.M.; NOGAMI, J.S.- "Método Expedito de identificação do grupo MCT de Solos Tropicais, utilizando-se anéis de PVC Rígido.”. Anais da 25ª Reunião Anual de Pavimentação - São Paulo, 1991, v.1, p.591-604. [9] NOGAMI, J.S; VILLIBOR, D.F. - “Identificação Expedita dos Grupos de Classificação MCT para Solos Tropicais”. - Foz do Iguaçu, Brasil, 1994, Anais do 10 ° COBRAMSEFABMS, Vol. 4, 1293-1300. [10] NOGAMI, J.S; VILLIBOR, D.F. - “Importância e determinação do Grau de Laterização em Geologia de Engenharia”. VIII Congresso da ABGE - Rio de Janeiro, Brasil, Anais vol. 1, 345/358, 1996. [11] FORTES, R.M. - "Método das Pastilhas para Identificação Expedita do Grupo MCT – Miniatura, Compactada, Tropical” – 1ª Câmara Permanente de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Mackenzie, São Paulo, Brasil, 1997. [12] FORTES, R.M.; ZUPPOLINI NETO, A.; MERIGHI, J.V. “Proposta de normalização do método das pastilhas para identificação expedita de solos tropicais” – Anais da 11ª Reunião Anual de Pavimentação Urbana, 2002, Porto Alegre, RS, Brasil.
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