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Fundamentos de Engenharia GeotécnicaClassificação dos Solos
Nota de Aula | Prof. Marcos Porto
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1. Classificação dos Solos
A diversidade e diferentes comportamentos apresentados pelos
solos, considerando as
solicitações de interesse da engenharia, levou ao seu natural
agrupamento em conjuntos
distintos, aos quais podem ser atribuídas algumas propriedades.
Desta tendência racional
de organização da experiência acumulada, surgiram os sistemas de
classificação dos
solos. O objetivo da classificação dos solos, sob o ponto de
vista de engenharia, é o de
poder estimar o provável comportamento do solo ou, pelo menos, o
de orientar o
programa de investigação necessário para permitir a adequada
análise de um problema.
Apesar das limitações a que estão sujeitas as diferentes
classificações, estas constituem
um meio prático e indispensável para a identificação dos
solos.
1.1 Principais Sistemas de Classificação dos Solos
No Brasil, os principais sistemas considerados para
classificação dos solos são:
Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS): Método
resultante de um
trabalho conjunto desenvolvido por órgãos de engenharia
americanos (“Bureau of
Reclamation” e “Corps of Engineers”) assistido pelo professor
Arthur
Casagrande, da Universidade de Harvard, sendo publicado em 1953
pelo
“Waterways Experiment Station” como aperfeiçoamento e ampliação
do sistema
elaborado por Casagrande para aeroportos em 1943. O SUCS
baseia-se na
identificação dos solos de acordo com as suas qualidades de
textura e plasticidade,
agrupando-os de acordo com seu comportamento quando usados em
estradas,
aeroportos, aterros e fundações;
• Sistema de Classificação TRB (“Transportation Research
Board”): Procedimento aprovado em 1945 nos Estados Unidos constitui
um aperfeiçoamento do antigo
sistema da “Public Roads Administration”, proposto em 1929.
Nesse sistema são
considerados resultados de ensaios de granulometria e limites de
Atterberg, sendo
principalmente utilizado em projetos rodoviários.
• Sistema de Classificação MCT (Miniatura Compactada Tropical):
Sistema desenvolvido no Brasil por Nogami e Villibor (1981), tendo
em vista considerar
características específicas de solos de regiões tropicais, é
baseada em
propriedades obtidas em corpos de prova cilíndricos compactados
em
equipamento miniatura e padronizado de acordo com DNER
(1996).
1.1.1 Sistema Unificado de Classificação de Solos – SUCS
O SUCS baseia-se na identificação dos solos de acordo com as
suas qualidades de
textura e plasticidade, a partir de resultados de ensaios de
granulometria e índices de
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Atterberg, e organiza-os em grupos de acordo com seu
comportamento quando usados
em estradas, aeroportos, aterros e fundações.
Nesse sistema, são consideradas as seguintes características dos
solos:
a) Percentagens de pedregulhos, areia e finos (fração que passa
na peneira nº 200 ou
0,075mm: silte e argila);
b) Forma da curva granulométrica;
c) Plasticidade e Compressibilidade.
As principais divisões são: solos de granulação grossa (mais de
50% em peso retido
na peneira nº 200), solos de granulação fina (mais de 50% em
peso passando na peneira
nº 200) e solos altamente orgânicos (facilmente identificáveis
pelo seu aspecto).
As vantagens do emprego do SUCS estão no exercício da
identificação de campo, na
adoção de uma simbologia que diz da natureza do solo e no valor
prático das indicações
que a classificação proporciona aos vários ramos da engenharia
de solos.
a) Gráfico de Plasticidade
Idealizado pelo Prof. Artur Casagrande o gráfico de plasticidade
(Figura 01), é um
diagrama cartesiano com limite de liquidez (LL) em abcissas e o
índice de plasticidade
(IP) em ordenadas, onde são identificadas duas linhas, uma reta
inclinada, chamada linha
“A”, e a outra vertical com LL = 50. A linha “A” representa uma
importante fronteira
empírica entre as argilas tipicamente sem matéria orgânica (CL e
CH), em geral acima
dessa linha, os solos plásticos contendo colóides orgânicos (OL
e OH) ou solos siltosos
sem matéria orgânica (ML e MH). A linha vertical LL = 50 separa
os siltes e argilas, com
baixo LL (L), daqueles que têm LL alto (H).
Na parte inferior do gráfico, abaixo de LL = 50, com
aproximadamente IP entre 4
e 7, há considerável superposição nas propriedades dos solos
argilosos e dos siltosos. Por
esse motivo, a linha “A” nessa zona limita uma área, e os solos
ai situados são
classificados como limítrofes.
A experiência tem demonstrado que a compressibilidade é
aproximadamente
proporcional ao LL, e que os solos com o mesmo LL têm
aproximadamente a mesma
compressibilidade, supondo que os outros fatores sejam
essencialmente os mesmos.
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Verificou-se que nos solos como o mesmo LL, quando cresce o IP,
crescem
também as características coesivas e diminui a
permeabilidade.
10 20 30 40 50 60 70 80 90
10
20
30
40
50
60
Solos não coesivos
Siltes Inorgânicos de Baixa Compressibilidade
Argilas Inorgânicas
de Baixa Plasticidade
LL = 30
LL = 50
Argilas Inorgânicas
de PlasticidadeMédia
CL
CLML ou
LINHA
"A" IP
= 0,7
3(LL-2
0)
CH
Siltes Orgânicos de Alta
Compressibilidade e Argilas Orgânicas
CH MHou
Siltes Inorgânicos de Compressibilidade
Média e Siltes Orgânicos
Limite de liquidez (%)
Índic
e d
e p
lasticid
ade (
%)
Figura 01 – Gráfico de plasticidade.
b) Terminologia
Neste sistema de origem americana, as iniciais adotadas nos
símbolos têm os
significados apresentados na Tabela 01. A Tabela 02 mostra
exemplos de terminologia
de grupos de solo.
Tabela 01 – Terminologia utilizada no SUCS.
Inglês Português
G Gravel Cascalho (pedregulho)
S Sand Areia
C Clay Argila
W Well graded Bem graduado
P Poor graded Mal graduado
F Fines Finos (passando na peneira nº 200)
M Mo Mó ou limo (areia fina)
O Organic Matéria orgânica
L Low Liquid Limit LL baixo
H High Liquid limit LL alto
Pt Peat Turfa
SímbolosSignificado
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Tabela 02 – Grupos de solos.
Símbolos dos Grupos Significado dos Símbolos dos Grupos de
Solos
GW Cascalho bem graduado, cascalho e areia sem muito finos.
GP Cascalho mal graduado, cascalho e areia sem muito finos.
GM Cascalho siltoso com areia.
GC Cascalho argiloso com areia
SW Areia bem graduada, com cascalho e sem muito finos.
SP Areia mal graduada, com cascalho e sem muito finos.
SM Areia siltosa, mistura de areia e silte ou limo.
SC Areia argilosa, mistura de areia e argila.
Material siltoso e areias muito finas, pó-de-pedra, areias
finas siltosas ou argilosas, ou siltes argilosos com baixa
plasticidade.
Argilas magras, argilas de plasticidade baixa ou média,
argilas com cascalho, areia ou silte.
OL Siltes orgânicos, argilosos ou não, com baixa
plasticidade.
Siltes, limos, areias finas micáceas ou diatomáceas, solos
siltosos, siltes elásticos.
CH Argilas gordas de plasticidade média ou alta.
OH Argilas orgânicas de plasticidade média ou alta, siltes
orgânicos.
Pt Turfa e outros solos altamente orgânicos
ML
CL
MH
c) Granulometria
As curvas granulométricas dos solos, além de nortear a
identificação inicial dos grupos
de solos, permitem a determinação dos coeficientes de não
uniformidade ou uniformidade
(CNU) e de curvatura (CC) necessários a este sistema de
classificação.
Coeficiente de Não-Uniformidade ou Uniformidade
O coeficiente de não uniformidade (CNU), também chamado de
coeficiente de
uniformidade, indica a amplitude dos tamanhos de grãos e é
calculado, conforme equação
a seguir, em função de D10 e D60, parâmetros obtidos da curva
granulométrica de acordo
com a Figura 02.
10
60
D
DCNU (01)
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Figura 02 – Curva granulométrica com indicação de D10 e D60.
Coeficiente de Curvatura
O coeficiente de curvatura (CC), como mostra a equação que
segue, identifica o
formato da curva granulométrica e acusa eventuais
descontinuidades ou concentração
muito elevada de grãos mais grossos. Os parâmetros da curva
granulométrica D10, D30 e
D60 são utilizados para obtenção de CC (Figura 03).
6010
2
30
.
)(
DD
DCC (02)
Figura 03 – Curva granulométrica com indicação de D10, D30 e
D60.
Para que um solo (areia ou pedregulho) possa ser classificado
como bem graduado,
deve satisfazer as condições apresentadas na Tabela 03.
Tabela 03 – Condições para um solo bem graduado.
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Para a classificação de solos, de acordo com o SUCS, são
apresentadas, em anexo, as
Figuras A01, A02, A03 e A04, respectivamente, com o fluxograma
geral de classificação
SUCS, o fluxograma de classificação SUCS considerando somente os
solos de granulação
grossa, o fluxograma de classificação SUCS considerando somente
os solos de
granulação fina e o gráfico de plasticidade.
1.1.2 Sistema de Classificação do TRB (“Transportation Research
Board”)
Muito empregado na engenharia rodoviária em todo o mundo, o
sistema TRB foi
originalmente proposto nos Estados Unidos e considera resultados
de ensaios de
granulometria e limites de Atterberg.
Os parâmetros utilizados são:
Limite de Liquidez (LL);
Índice de Plasticidade (IP);
Granulometria;
Índice de Grupo (IG).
Neste sistema de classificação de solos, parte-se da constatação
da porcentagem de
material que passa na peneira nº 200, sendo considerados solos
de granulação grossa os
que têm menos de 35% passando nesta peneira. Estes são os solos
dos grupos A-1, A-2 e
A-3. Os solos com mais de 35% passando na peneira nº 200 formam
os grupos A-4, A-5,
A-6 e A-7 como segue. A identificação dos solos de acordo com o
sistema TRB é
apresentada na Tabela 04.
Tabela 04 – Identificação dos solos de acordo com a
classificação TRB.
• Índice de Grupo
No sistema de classifica de solos TRB utiliza-se o Índice de
Grupo (IG), que varia de
0 a 20, qualificando o solo quanto a quantidade de finos e
resistência de maneira
decrescente. O referido parâmetro pode ser obtido por meio da
equação que segue e com
o ábaco da Figura A05, em anexo.
Grupo Sub-grupo
A-1 a; b
A-2 4; 5; 6; 7
A-3 -
A-4 -
A-5 -
A-6 -
A-7 5; 6
Solos granulares - p # 200 < 35%
Solos finos - p # 200 > 35%
Classificação TRB
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bdacaIG 01,0005,02,0 (03)
Onde:
a = p # 200 – 35 (0 < a < 40)
b = p # 200 – 15 (0 < b < 40)
c = LL – 40 (0 < c < 20)
d = IP – 10 (0 < d < 20)
Sendo p # 200 a porcentagem que passa na peneira nº 200.
Para classificação de solos de acordo com o sistema TRB, são
apresentados, em
anexo, a Tabela A01 e o ábaco da Figura A05.
1.1.3 Sistema Miniatura Compactada Tropical – MCT
Este sistema de classificação foi desenvolvido por Nogami e
Villibor (1981) com a
finalidade básica de melhor caracterizar os solos tropicais. A
técnica permite avaliar
propriedades fundamentais dos solos associados à contração,
permeabilidade, expansão,
coeficiente de penetração d’água, coesão, capacidade de suporte
e famílias de curvas de
compactação, utilizando corpos-de-prova de dimensões
reduzidas.
A sistemática inicialmente proposta foi simplificada com a
introdução do ensaio
de compactação desenvolvido por Parsons (1976), envolvendo a
determinação do
parâmetro MCV, que adaptado a corpos-de-prova miniaturas foi
designado ensaio mini-
MCV. Este ensaio permite determinar, dentre outras, uma
propriedade empírica do solo
(mini-MCV), que está associada a sua aptidão à compactação,
indicação do teor de
umidade e energia de compactação mais adequada, identificação
dos solos problemáticos
à compactação.
Para fins de classificação dos solos lateríticos ou
saprolíticos, foi introduzido por
aqueles pesquisadores um novo ensaio para avaliar o
comportamento de corpos-de-prova
obtidos no ensaio de mini-MCV, após a imersão de água e sob
condições padronizadas,
resultando como subproduto, uma nova sistemática classificatória
de solos para fins
rodoviários, denominada MCT – Miniatura Compactada Tropical.
A metodologia MCT permite retratar as peculiaridades dos solos
quanto ao
comportamento laterítico ou saprolítico, quantificando
propriedades importantes para uso
em serviços rodoviários. Considera duas classes distintas de
solos, ou seja, de
comportamento laterítico (L) e de comportamento não laterítico
(N) e sete subclasses
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correspondentes, conforme a Figura 04. A execução da metodologia
MCT baseia-se
resumidamente no seguinte procedimento:
a) Compactação de cerca de 200 g de solos com diferentes
umidades, em molde
cilíndrico de 50 mm de diâmetro, para determinação de curvas de
compactação
(d x w) em diferentes energias, ou número de golpes aplicados
por soquete
padronizado e curvas correlacionando a redução de altura do
corpo-de-prova (h)
em função do número de golpes aplicados.
b) Perda por imersão (Pi) dada pela relação percentual entre as
massas seca e úmida
da parte primitivamente saliente desprendida por imersão, cerca
de 1,0 cm, do
molde de compactação (DNER-ME 254:1989).
Os resultados obtidos são assoviáveis ao valor mini-MCV definido
pela
expressão:
𝑀𝐼𝑁𝐼 −𝑀𝐶𝑉 = 10𝑙𝑜𝑔𝑁 (04)
Em que:
N é o número de golpes a partir do qual o solo compactado não
sofre redução
sensível de altura (h 1 mm).
c) Conforme Figura 05, determinam-se os parâmetros
classificatórios c’, d’, Pi e e’,
onde:
c’ é a inclinação da reta que passa pelo ponto de mini-MCV = 10,
interpolada
entre os trechos retos das curvas mais próximas;
d’ é a inclinação, multiplicada por 10³, do ramo seco da curva
de compactação
correspondente a 10 golpes;
Pi é determinado para o mini-MCV = 10 e na curva relaciona as
perdas por imersão
dos corpos-de-prova, ensaiados e os mini-MCVs correspondentes,
para H = 2
mm;
𝑒′ = √𝑃𝑖
100+
20
𝑑′
3 (05)
d) Com os valores de e’ e c’, o solo é classificado em
subclasses (Figura 04);
A Tabela 05 apresente as propriedades típicas dos solos, segundo
os diferentes
grupos classificatórios.
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'
Coeficiente c'
N - Solos de Comportamento não laterítico
L - Solos de comportamento laterítico
A - areias
A' - arenosos
S' - siltosos
G' - argilosos
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
1,0
1,5
2,0
LA LA'
Figura 04 – Ábaco para classificação MCT
h
c
H x nº de golpes
s
nº golpes
h
161286
20d'
Pi100
3e'=
Umidade de moldagem x MINI - MCV
PI X MINI - MCV
CURVAS DE
COMPACTAÇÃO TOTAL
Um
idad
e de
Mon
tagem
Pi
0 2 4 6 8 10 12 14 MINI - MCV
0
2
4
6
8
10
12
0
100
200
22
26
30
34
d'
Figura 05 - Gráficos para Classificação MCT.
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Tabela 05 – Propriedades típicas dos solos de acordo com a
classificação MCT.
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D
10 x
D60
GW
SW
2
CU
> 4
CU
> 6
1 <
CC
<3
Figura A01 - Fluxograma geral de classificação SUCS.
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M -
GC
Figura A02 - Fluxograma de classificação SUCS considerando
somente os solos de
granulação grossa.
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GRANULAÇÃO FINAMAIS DE 50% PASS PEN Nº200
FAZER ENSAIOS DE LL E LPNA FRAÇÃO QUE PASSA NA PEN Nº40
LLIMITE DE LIQUIDEZ
INFERIOR A 50
HLIMITE DE LIQUIDEZ
SUPERIOR A 50
ABAIXO DA LINHA``A´´ E DA ZONA
HACHURADA DO
GRÁFICO DE
PLASTICIDADE
PONTO DA ZONAHACHURADA DO
GRÁFICO DE
PLÁSTICIDADE
ACIMA DA
LINHA `` A ´´ DO
GRÁFICO DEPLASTICIDADE
ABAIXO DALINHA ``A´´DO
GRÁFICO DE
PLASTICIDADE
ACIMA DE
LINHA ``A´´ DO
GRÁFICO DEPLASTICIDADE
COR, ODOR, SE
POSSÍVEL O LL E LP
DO SOLO SECO NAESTUFA
ORGÂNICO
INOR
GÂNICO
OL ML
COR, ODOR, SE
POSSÍVEL LL E LP
DO SOLO SECO NAESTUFA
ORGÂNICO
INOR
GÂNICO
CL OH MH CHML - CL
CU= D60 D10
CC= (D30) D10 x D60
GW
SW
2
CU > 4
CU > 6
1 < CC
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0
4
7
10
20
30
40
50
60
ÍND
ICE
DE
PL
AS
TIC
IDA
DE
GRÁFICO DE PLASTICIDADE
CLARGILAS DE BAIXA PLASTICIDADE
CHARGILAS DE ALTA PLASTICIADE
10 20 30 40 50 60 70 80 900 100
ML SILTE DE BAIXA
COMPRESSIBILIDADE
MHSILTES DE ALTA COMPRESSIBILIDADE
LIMITE DE LIQUIDEZ
CL - ML
ML
LIN
HA
A
Figura A04 - Gráfico de plasticidade.
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0
2
4
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8
10
12
PORCENTAGEM PASSANDO Nº 200
FR
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LL
55
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LL60
150
2
4
6
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75 65 55 45 35
25 35 45 55
PORCENTAGEM PASSANDO Nº 200
FR
AÇ
ÃO
DO
IG
CO
RR
ES
PO
ND
EN
TE
AO
IP
IG = SOMA DAS DUASORDENADAS
ÁBACOS PARA O CÁLCULO DO ÍNDICEDE GRUPO
28
26
24
22
20
18
16
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Figura A05 - Ábaco para obtenção do Índice de Grupo (IG).
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Tabela A01 - Quadro de Classificação TRB.
A-3 A-4 A-5 A-6 A-7
≤ 50 - - - - - - - - -
≤ 30 ≤ 30 > 50 - - - - - - - -
≤ 15 ≤ 25 ≤ 10 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 > 35 > 35 > 35 >
35
- - ≤ 40 > 40 ≤ 40 > 40 ≤ 40 > 40 ≤ 40 > 40
≤ 6 ≤ 6 NP ≤ 10 ≤ 10 > 10 > 10 ≤ 10 ≤ 10 > 10 >
10
0 0 0 0 0 ≤ 4 ≤ 4 ≤ 8 ≤ 12 ≤ 16 ≤ 20
A - 7 - 5 IP ≤ LL - 30
A - 7 - 6 IP > LL - 30
ÍNDICE DE GRUPO (IG)
A - 1b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7A-7-5
A-7 -6
P200 > 35%
SUB-GRUPOS
A-2
A - 1a
SOLOS SILTOSOS SOLOS ARGILOSOSTIPOS DE MATERIAL
CLASSIFICAÇÃO COMO
SUBLEITO REGULAR MAU EXCELENTE BOM
FRAGMENTOS DE
PEDRA, PEDREGULHO E
AREIA
AREIA
FINA
PEDREGULHOS E AREIAS SILTOSAS OU
ARGILOSAS
SOLOS GRANULARES
SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO TRB
CLASSIFICAÇÃO
GERAL
GRUPOS
P200 35%
A-1
SOLOS SILTO - ARGILOSOS
P10
P40
P200
LL
IP
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