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Os principais sistemas de classificação de solos utilizados na geotecnia e mecânica de solo, incluindo o sistema de feret, uscs (unified soil classification system) e mct. O texto aborda os objetivos, motivos e características de cada sistema, além de suas respectivas classificações e previsões de comportamento.
O que você vai aprender
Tipologia: Slides
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1 Introdução
2 Sistemas de classificação de solos para a Geotecnia ou Mecânica dos Solos
3 Considerações finais
1 Introdução
1.1 Principais objetivos de um sistema de classificação de solos
Para a Geotecnia ou Mecânica dos Solos, os principais objetivos dos sistemas de classificação de solos são os seguintes:
a) O sistema de classificação deve facilitar a caracterização das classes de solos; e b) O sistema de classificação deve prever o comportamento das classes de solos diante das solicitações, que os solos são submetidos.
1.2 O tipo de classificação de solos que interessa a Mecânica dos Solos
O sistema de classificação de solo que interessa a Mecânica dos Solos é o sistema de classificação que considera o comportamento físico do solo.
1.3 Motivo da existência de vários sistemas de classificação de solos na Mecânica dos Solos
Bem, é necessário haver vários sistemas de classificação na geotecnia (ou Mecânica dos Solos), pois na geotecnia existem vários campos (estradas, fundações, barragens, etc.); Assim sendo, tem-se que: Um sistema de classificação que é mais eficiente para área de estradas, pode não ser tão eficiente para área de fundações.
1.4 É necessário ter cautela, quando se utiliza um sistema de classificação de solos
A maioria dos sistemas de classificação de solos existentes, com exceção do sistema de classificação MCT, são oriundos de países de climas temperados; Assim sendo, tem-se que: os sistemas HRB, atual TRB, e USCS oriundos de regiões de climas temperados, quando usados para solos das regiões de climas tropicas devem ser usados com uma certa cautela.
OBS(s). a) O clima tropical é o clima que prevalece nas regiões sudoeste, nordeste e centro- oeste do Brasil; b) A região tropical sul é a região compreendida entre a linha do equador e o trópico de capricórnio; e c) TRB significa Transportation Research Board.
A Figura 1.1 ilustra a distribuição dos principais climas tropicais brasileiros. Observa-se, na Figura 1.1, que, apenas, uma parte da região sul do Brasil possui clima temperado.
2 Sistemas de classificação de solos para a Geotecnia ou Mecânica dos Solos
2.1 Principais sistemas de classificação de solos para a Geotecnia ou Mecânica dos Solos
Dentre os vários sistemas de classificação de solos existentes merece destaque os seguintes sistemas de classificação:
a) Sistema de classificação por tipo de solo; b) Sistema de classificação genético geral; c) Sistema de classificação granulométrica pelo triângulo de FERET; d) Sistema de classificação unificado ou USCS (Unified Soil Classification System); e) Sistema de classificação HRB (Highway Research Board), atual TRB (Transportation Research Board); e f) Sistema de Classificação MCT (Miniatura Compactado Tropical).
OBS. Até então, sabe-se que o único sistema de classificação originalmente desenvolvido em uma região de clima tropical foi o sistema de classificação MCT.
2.2 Sistema de classificação por tipo de solo
O sistema de classificação por tipo de solo faz o reconhecimento do grupo, que o solo pertence, baseado na análise visual e táctil do solo.
O sistema de classificação por tipo de solo, que é baseado na análise visual e táctil do solo, classifica os solos conforme a quantidade de partículas predominantes no solo, em 3 (três) grupos principais, que são:
a) Areia; b) Silte; e c) Argila.
O critério de classificação do solo por meio da análise visual e táctil já foi apresentado em aula anterior.
Sabe-se que os principais testes para identificação visual e táctil dos solos são:
a) Teste da sensação ao tato; b) Teste da plasticidade com rolinhos de 3 mm; c) Teste da resistência do solo seco; d) Teste da desagregação do solo submerso; e) Teste da mobilidade da água intersticial (ou da água presente entre as partículas de solo); e f) Etc.
2.3 Sistema de classificação genético geral
O sistema de classificação genético geral foi proposto para ser usado em problemas relacionados à construção de estradas.
O sistema de classificação genético geral divide os solos em 3 (três) categorias, as quais são:
a) Solo superficial; b) Solo de alteração; e c) Solo transportado ou sedimentar.
a) Solo superficial
Solo superficial é o solo que constitui o horizonte superficial do perfil de solo, normalmente, contendo matéria orgânica.
O solo superficial ou horizonte superficial é onde se concentra o estudo da pedologia ou edafologia.
OBS. Pedologia ou edafologia é a parte da ciência que estuda o solo para fins agrícolas.
O solo do horizonte superficial possui: estrutura, cor, e constituição mineralógica diferente das camadas inferiores.
O solo superficial ou horizonte superficial varia de alguns decímetros a alguns metros.
b) Solo de alteração
Solo de alteração é o solo proveniente da decomposição da rocha graças ao processo de intemperismo.
Em condições normais, o solo de alteração acha-se subjacente ao solo superficial ou abaixo do horizonte superficial.
O solo de alteração, no Brasil, frequentemente, pode atingir até dezenas de metros.
Solos de alteração são solos que a granulometria cresce com a profundidade, ou seja, quanto mais profundo o solo de alteração mais grosso é o solo de alteração (o solo tende a areia ou a pedregulho).
OBS. Os indícios apontam que o solo de alteração é um solo residual. Solos residuais são solos que resultam da decomposição da rocha, in situ (no local), e que permanece sobre ela; por exemplo: solo saprolítico (O prefixo sapro vem da palavra grega saprós que significa podre; O sufixo lítico vem da palavra grega líthos que significa pedra).
Figura 2.1 - Escala granulométrica da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
ii) Classificação granulométrica com base no triângulo de FERET
Os principais passos para a classificação granulométrica do solo com base no triângulo de FERET são os que se seguem:
a) Inicialmente, deve-se definir, no gráfico da curva granulométrica, os intervalos de porcentagem, em peso, correspondentes à argila, silte e areia;
OBS. Para definir os intervalos das porcentagens, em peso, correspondentes à argila, silte e areia, na curva granulométrica, é necessário ter como referência a escala granulométrica da ABNT da Figura 2.1.
b) Em seguida, deve-se calcular as percentagens, em peso, correspondentes à argila, silte e areia do solo;
c) Então, para classificar o solo, deve-se fazer uso do diagrama triangular de FERET, que indica em cada um dos seus lados a porcentagem, em peso, de argila, silte e areia, que o solo possui;
d) Realiza-se o cruzamento das porcentagens de argila, silte e areia do solo no triângulo de FERET;
e) A soma das porcentagens (ou frações), em peso, de argila, silte e areia do solo deverá ser 100%, e conduzem a um ponto no interior do triângulo de FERET; e
f) Finalmente, a área em que o ponto do cruzamento das porcentagens (ou frações) de argila, silte e areia cair (ou se localizar) no interior do triângulo de FERET fornece a classificação do solo.
A Figura 2.2 ilustra uma curva granulométrica de um solo, e a definição dos intervalos das porcentagens (ou frações), em peso, de argila, silte e areia do solo de acordo com a escala da ABNT.
Figura 2.2 - Exemplo de uma curva granulométrica de um solo, e a definição dos intervalos das porcentagens (frações), em peso, de argila, silte e areia do solo de acordo com a escala granulométrica da ABNT
Com base na curva granulométrica da Figura 2.2, e na escala granulométrica da ABNT, tem-se as seguintes frações (porcentagens) para argila, silte e areia do solo em questão:
a) % de Argila (ou % partículas, em peso, com < 0,005 mm) = 48%
b) % de Silte (ou % partículas, em peso, com 0,005 ≤ < 0,05 mm) = = 64% - 48% = 16%
c) % Areia (ou % partículas, em peso, com 0,05 ≤ < 4,8 mm) = = 100% - 64% = 36%
OBS. = diâmetro das partículas de solo em mm.
Finalmente, a Figura 2.3 ilustra um triângulo de FERET, inclusive com um pequeno ponto preto correspondente à classificação do solo da curva granulométrica da Figura 2.2, o qual foi classificado como argila arenosa.
2.5.2 Critério de classificação do solo pela classificação unificada
i) Representação do tipo de solo
Na classificação unificada, cada solo é representado por 2 (duas) letras: por um PREFIXO, e por um SUFIXO. Bem, O PREFIXO da classificação unificada se relaciona ao tipo de solo (Por exemplo: pedregulho, areia, silte, argila). Já O SUFIXO da classificação unificada se relaciona às características granulométricas e à plasticidade do solo.
ii) As duas grandes classes de solo da classificação unificada
Na classificação unificada, os solos são inicialmente divididos em duas grandes classes, as quais são:
a) Classe dos solos grossos, ou seja, classe dos solos com mais de 50% de solo, em peso, retidos na peneira número 200, ou na malha (#) 200 (ou na peneira de malha de diâmetro correspondente à 0,075 mm); e
OBS. O símbolo # indica malha da peneira, ou o número da peneira.
b) Classe dos solos finos, ou seja, classe dos solos com mais de 50% de solo, em peso, passando na peneira número 200.
iii) Grupos e subgrupos da classe dos solos grossos da classificação unificada
A classe dos solos grossos da classificação unificada foi dividida em 2 (dois) grupos, os quais são indicados pelos seguintes PREFIXOS: -> G (gravel), que indica o grupo dos pedregulhos; e -> S (sand), que indica o grupo das areias.
OBS. Os PREFIXOS são as iniciais dos nomes pedregulho e areia em inglês, que significam gravel e sand respectivamente.
Cada um dos 2 (dois) grupos dos solos grossos, G (gravel) e S (sand), possuem 4 (quatro) subgrupos, os quais são representados pelos seguintes SUFIXOS: -> W (well), que significa material limpo e bem graduado; -> P (poor), que significa material limpo e mal graduado; -> C (clay), que significa material bem graduado com bom aglutinante argiloso; e -> F (fine), que significa material com excesso de finos.
OBS(s). a) Os materiais do subgrupo W (well), bem graduado, possuem: Coeficientes de não uniformidade (Cu), para areias Cu > 6 e para pedregulhos Cu > 4; e ainda Coeficiente de curvatura do solo (Cc) no seguinte intervalo: 1 < Cc < 3. b) Os materiais do subgrupo P (poor), mal graduado, geralmente possuem coeficiente de não uniformidade (Cu) inferiores a 5; e c) Os temas: coeficiente de não uniformidade (Cu) e coeficiente de curvatura do solo (Cc) serão abordados em aula futura.
Por meio da combinação dos prefixos e sufixos, podem ser obtidos os seguintes subgrupos para os solos grossos pela classificação unificada:
-> Solo GW (gravel well) = pedregulho limpo bem graduado; -> Solo GP (gravel poor) = pedregulho limpo mal graduado; -> Solo GC (gravel clay) = pedregulho bem graduado com bom aglutinante argiloso; -> Solo GF (gravel fine) = pedregulho com excesso de finos; -> Solo SW (sand well) = areia limpa bem graduada; -> Solo SP (sand poor) = areia limpa mal graduada; -> Solo SC (sand clay) = areia bem graduada com bom aglutinante argiloso; e -> Solo SF (sand fine) = areia com excesso de finos.
iv) Grupos e subgrupos da classe dos solos finos da classificação unificada
A classe dos solos finos da classificação unificada foi dividida em 3 (três) grupos, os quais são indicados pelos seguintes PREFIXOS:
-> M (mo), que indica silte e areia muito fina; -> C (clay), que indica silte e argila inorgânica; e -> O (organic), que indica argilas orgânicas.
OBS. O PREFIXO M significa mo , que é uma palavra sueca que se refere ao silte; E clay significa argila em inglês.
Cada um dos 3 (três) grupos dos solos finos, M (mo) e C (clay) e O (organic), possuem 2 (dois) subgrupos, os quais são representados pelos seguintes SUFIXOS:
-> H (high), que indica solos com alta compressibilidade com LL 50%; e -> L (low), que indica solos com baixa compressibilidade com LL < 50%.
Por meio da combinação dos prefixos e sufixos, podem ser obtidos os seguintes subgrupos para os solos finos pela classificação unificada:
-> Solo ML (mo low) = silte e areia muito fina de baixa compressibilidade; -> Solo MH (mo high) = silte e areia muito fina de alta compressibilidade; -> Solo CL (clay low) = silte e argila inorgânica de baixa compressibilidade; -> Solo CH (clay high) = silte e argila inorgânica de alta compressibilidade; -> Solo OL (organic low) = argila orgânica de baixa compressibilidade; e -> Solo OH (organic high) = argila orgânica de alta compressibilidade.
OBS(s). a) Na classificação unificada existe um subgrupo de solos que não se enquadra em nenhum dos subgrupos citados, o qual é o subgrupo Pt (peat), que apresenta as seguintes características:
-> São solos turfosos com alto teor de matéria orgânica; e -> São solos com elevada compressibilidade.
b) Peat em inglês significa turfa; e
Pode-se observar, na Figura 2.5, que a carta de plasticidade do solo é função do limite de liquidez (LL) e do índice de plasticidade (IP) do solo.
Figura 2.5 - Carta de plasticidade da classificação unificada ou USCS
v) Previsão de comportamento dos solos da classificação unificada ou USCS (Unified Soil Classification System)
Para os solos grossos da classificação USCS, a Tabela 2.1 mostra previsão de comportamento para algumas importantes propriedades do solo.
Tabela 2.1 - Previsão de comportamento dos solos grossos da USCS para importantes propriedades dos solos
GW Bom a excelente Despresível Excelente GP Bom a excelente Despresível Boa GM Bom a excelente Despresível Boa GC Bom a excelente Muito pequena Regular a boa SW Bom a excelente Despresível Excelente SP Bom a mau Muito pequena Boa SM --- Pequena Boa SC Bom a mau Pequena Regular a boa
Quando compactado Comportamento como fundação Solo Compressibilidade Resistência
Para os solos finos da classificação USCS, a Tabela 2.2 mostra a previsão de comportamento para algumas importantes propriedades do solo.
Tabela 2.2 - Previsão de comportamento dos solos finos da USCS para importantes propriedades dos solos
A Tabela 2.3 mostra a previsão do valor do CBR (California Bearing Ratio) do solo, em função do grupo da classificação USCS que o solo pertence.
Tabela 2.3 - Previsão do valor do CBR (California Bearing Ratio) do solo, em função do grupo da classificação USCS que o solo pertence (Fonte: Manual de Pavimentação - DNIT, 2006)
A classificação USCS fornece inúmeras informações sobre o solo. As Tabelas 2.4 e 2.5 apresentam valiosas informações dos grupos de solos da classificação USCS, as quais são muito importantes nas fases preliminares dos projetos.
ML Muito mau Média Regular CL Bom a mau Média Regular OL Mau Média Baixa MH Mau Alta Baixa a regular CH Regular a mau Alta Baixa OH Muito mau Alta Baixa
Quando compactado
OBS. Solos tipo Pt apresentam compactação extremamente difícil, não devem ser usados em aterros, devem ser removidos das fundações, pois apresentam recalques excessivos.
Comportamento como fundação Solo Compressibilidade Resistência
Solos da USCS CBR GW 40 a mais de 80 GP 30 a mais de 60 GM 20 a mais de 60 GC e SW 20 a 40 SP e SM 10 a 40 SC 5 a 20 ML, CL e CH 15 a menos de 2 MH 10 a menos de 2 OL e OH 5 a menos de 2
Tabela 2.5 - Diversas características dos solos da classificação USCS, quanto à resistência, ao comportamento como fundação e às características drenantes (Fonte: Modificada de Bueno e Villar, 1980)
A Tabela 2.6 mostra as inclinações recomendadas para os taludes de barragens de terra, com altura máxima de 15 m do leito do rio, com aterros homogêneos (ou com o mesmo tipo de solo) localizados sobre fundações estáveis. Tais inclinações são recomendadas pelo BUREAU OF RECLAMATION (apud BORDEAUX, 1982, capítulo 19).
Tabela 2.6 - Inclinações recomendadas para os taludes de barragens de terra, com altura máxima de 15 m do leito do rio, com aterros homogêneos localizados sobre fundações estáveis (BUREAU OF RECLAMATION apud BORDEAUX, 1982, capítulo 19)
GW Excelente Excelente a boa Excelente GP Boa Excelente a boa Excelente GM Boa Excelente a boa Regular a má GC Regular a boa Excelente a boa Má SW Excelente Excelente a boa Excelente SP Boa Boa a má (depende do pesoespecífico) Excelente SM Boa -- Regular a má SC Regular a boa Boa a má Má ML Regular Muito má (pode ocorrerliquefação) Regular a má CL Regular Boa a má Má OL Baixa Má Má MH Regular a baixa Má Regular a má CH Baixa Regular a má Má OH Baixa Muito má Má Pt Não recomendado para aterros efundações, deve ser removido^ Não recomendado para aterros efundações, deve ser removido^ Não recomendado para aterros efundações, deve ser removido
Resistência (quando compactado e saturado)
Solo (pela classificassão USCS)
Carracterísticas, quando usado como dreno
Comportamento como fundação, mas é importante verificar o N(SPT)
Montante Jusante 1V : 3H 1V : 2H
1V : 3,5H 1V : 2,5H
1V : 4H 1V : 2,5H
Onde: V = inclinação vertical, e H = inclinação horizontal.
Tipo de Material Pela classificação Unificada
Talude
GC, GM, SC, SM
CL, ML
CH, MH
2.6 Classificação HRB (Highway Research Board), atual TRB (Transportation Research Board)
2.6.1 Introdução à classificação HRB (atual TRB)
A Classificação HRB (atual TRB) também é adotada pela AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials).
A Classificação HRB (Highway Research Board) foi inicialmente proposta para ser usada na área de estradas.
A classificação HRB é fundamentada nos seguintes elementos classificatórios:
a) Granulometria; b) Limite de liquidez (LL); e c) Índice de plasticidade (IP).
OBS. IP = LL – LP.
2.6.2 Índice de grupo da classificação HRB
i) Introdução ao índice de grupo (IG) da HRB
Antes de apresentar os grupos de solos da classificação HRB, é conveniente explicar o que vem a ser o índice de grupo da classificação HRB.
O índice de grupo (IG) é um índice que estabelece uma ordem de qualidade para solos, dentro de um mesmo grupo de solos da classificação HRB. Assim sendo, tem-se que um mesmo solo, da classificação HRB, pode ser melhor ou pior dependendo do seu índice de grupo, pois quanto maior o índice de grupo pior é o solo. Por exemplo: um solo do grupo A-5 da HRB com IG = 3, é melhor que um solo A-5 da HRB com IG = 11; sendo IG = índice de grupo.
ii) Determinação do índice de grupo (IG) da HRB
a) Determinação do índice de grupo da HRB por meio de gráfico
A Figura 2.6, apresentada a seguir, mostra os gráficos utilizados na determinação do índice de grupo (IG) da classificação HRB (Highway Research Board).
OBS. O valor do índice de grupo é dado pela soma de IG 1 e de IG 2 obtida, a partir dos 2 (dois) gráficos da Figura 2.6, ou seja:
IG = IG 1 + IG 2
Determinação do a da eq. (2.1)
(2.2)
em que: % passa # 200 = porcentagem de solo, em peso, que passa na peneira n.o^ 200.
OBS(s). Se % passa # 200 ≤ 35%, então adotar a = 0; e Se % passa # 200 75%, então adotar a = 40.
Determinação do b da eq. (2.1)
(2.3)
em que: % passa # 200 = porcentagem de solo, em peso, que passa na peneira n.o^ 200.
OBS(s). Se % passa # 200 ≤ 15%, então adotar b = 0; e Se % passa # 200 55%, então adotar b = 40.
Determinação do c da eq. (2.1)
(2.4)
em que: LL = limite de liquidez (%);
OBS(s). Se LL 60%, então adotar c = 20; e Se LL ≤ 40%, então adotar c = 0.
Determinação do d da eq. (2.1)
(2.5)
em que: IP = índice de plasticidade (%);
OBS(s). Se IP ≤ 10%, então adotar d = 0; e Se IP 30%, então adotar d = 20.
a %passa# 200 35
b %passa # 200 15
c LL 40
d IP 10
2.6.3 Os grupos de solos da classificação HRB, e a previsão do comportamento dos solos como subleito de pavimento
i) Elementos classificatórios dos solos pelo sistema HRB
Os elementos classificatórios dos solos pelo sistema de classificação HRB, são:
a) % (porcentagem) de solo, em peso, que passa na # 10; b) % (porcentagem) de solo, em peso, que passa na # 40; c) % (porcentagem) de solo, em peso, que passa na # 200; d) Limite de liquidez (LL); e) Índice de plasticidade (IP); e f) Índice de grupo (IG).
OBS. O símbolo # indica a malha da peneira, ou número da peneira.
A Tabela 2.7 indica as principais peneiras usadas na classificação da HRB, e os seus respectivos diâmetros correspondentes.
Tabela 2.7 - Principais peneiras usadas na classificação da HRB e seus respectivos diâmetros correspondentes
ii) Descrição dos grupos de solos do sistema HRB
Os solos GROSSOS do sistema HRB, são os solos com menos de 35% de solo passando na # (malha ou peneira) 200; Estes solos formam os seguintes grupos:
Grupo A-1 = grupo dos pedregulhos e areias grossas bem graduadas, com nenhuma ou pouca plasticidade;
Grupo A-2 = grupo dos pedregulhos e areias grossas, com material cimentante de natureza friável ou plástica; e
OBS(s). a) Material friável é um material semelhante a pó; e b) Plasticidade é a propriedade que o solo tem de experimentar deformações rápidas sem ocorrer variações volumétricas apreciáveis, e sem ocorrer ruptura do solo.
N.o^ 10 ou # 10 2, N.o^ 40 ou # 40 0, N.o^ 200 ou # 200 0,
Peneira da HRB Diâmetro correspondente (mm)
