Estado Da Arte Solos Lateriticos Pavimentos

ESTADO DA ARTE SOBRE A UTILIZAO DE SOLOS LATERTICOS

EM PAVIMENTOS RODOVIRIOS

SNIA VANESSA MENESES DUTRA

Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZAO EM GEOTECNIA

Orientador: Professor Doutor Antnio Manuel Barbot Campos e Matos

Coorientador: Professora Doutora Ceclia Maria Nogueira Alvarenga

Santos do Vale e Engenheiro Srgio Cunha

SETEMBRO 2014

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2013/2014

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Tel. +351-22-508 1901

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Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Rua Dr. Roberto Frias

4200-465 PORTO

Portugal

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Reprodues parciais deste documento sero autorizadas na condio que seja

mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -

2013/2014 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade

do Porto, Porto, Portugal, 2014.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o ponto de

vista do respetivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou

outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de verso eletrnica fornecida pelo respetivo Autor.

minha famlia e ao meu noivo

A grandeza no consiste em receber honras, mas em merec-las.

Aristteles

Estado da Arte sobre a Utilizao de Solos Laterticos em Pavimentos Rodovirios

i

AGRADECIMENTOS

Gostaria de expressar a minha gratido a todos os que, de alguma forma, contriburam para a

realizao deste trabalho.

Ao Professor Doutor Antnio Viana da Fonseca, diretor da Seco de Geotecnia do Departamento de

Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, e a todos os Professores que,

com as suas excelentes aulas, me levaram a decidir por este ramo.

Ao meu orientador, Professor Doutor Antnio Campos e Matos, por ter sugerido uma dissertao

acerca do tema laterites.

Professora Doutora Ceclia Vale, por me ter orientado, pelos contactos realizados que permitiram a

realizao do inqurito, e pelos documentos disponibilizados.

Doutora Ana Cristina Freire, pela disponibilidade imediata com que sempre me recebeu, pelas

sugestes e documentos disponibilizados.

Ao Professor Doutor Amrico Dimande da Universidade Eduardo Mondlane em Moambique, que se

disponibilizou para enviar documentos.

Ao Eng Ricardo Ferreira, Eng Jos Carlos Almeida, Eng Paulo Guedes, Eng Marta Isidoro, Eng

Andr Costa, Eng Andr Maurcio, Eng Licnio Pereira e ao Eng Fernando Castelo Branco da MSF

pela colaborao pronta na resposta ao inqurito sobre laterites.

Ao Eng Paulo Fonseca da Elevogroup, coordenador do grupo de trabalho de Pavimentos Rodovirios

da Plataforma Tecnolgica Portuguesa da Construo, pelo apoio no contacto com as empresas

portuguesas que colaboraram neste trabalho.

Ao Andr Cunha e Marta Torneiro, pela ajuda na programao da base de dados.

minha famlia que me deu sempre fora para continuar, e que sempre acreditou em mim. minha

me, Rosa Meneses, s minhas tias, Paula Goulart e Sandra Meneses, e em especial Cristina

Oliveira, aos meus tios Nuno Goulart e lvaro Oliveira, e ao Alexandre Faria, por todo o apoio que

me permitiu chegar ao fim do curso. Ao meu pai, Arlindo Dutra pela ajuda na elaborao de imagens.

Ao meu noivo, Csar Duarte, por todo o apoio e fora dados ao longo do curso, e que esteve sempre

ao meu lado nos momentos mais difceis deste percurso. E sua famlia, pelo apoio e carinho.

Aos meus colegas de curso que me aturaram por 6 longos anos, que me ajudaram nos estudos, e a

passar os dias com mais alegria. Em especial ao ngelo Pereira, Diogo Silva e Filipa Garrett pela

ajuda.

A todos os que, injustamente, me esqueci de mencionar, o meu muito obrigada.


ii


iii

RESUMO

Esta tese no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto, opo de Geotecnia, surgiu da necessidade de compilao da informao

existente acerca de um tipo de solo residual tropical peculiar as laterites/solos laterticos. Este tipo de

solo muito utilizado nas zonas tropicais pela possibilidade mais econmica, no s de utilizar os

materiais disponveis, mas tambm pela necessidade crescente de se recorrer a materiais mais

sustentveis.

A informao acerca deste tema encontra-se temporal e espacialmente dispersa, sendo a compilao

um dos objetivos deste trabalho. Este foi alcanado atravs de uma pesquisa intensiva, tanto em

bibliotecas reais como em bibliotecas digitais, e da criao de uma base de dados contendo os

documentos encontrados acerca deste tipo de solo e da sua localizao.

Outro dos objetivos consistia em aprofundar a pesquisa na rea da aplicao em pavimentos, j que a

principal rea de utilizao das laterites, pelo que foi desenvolvido um captulo acerca do tema.

O ltimo dos objetivos foi recolher informao atravs de inquritos dirigidos a engenheiros com

experincia no emprego das laterites em engenharia civil, informao que foi tratada de forma

qualitativa.

PALAVRAS-CHAVE: estado da arte, laterites, solos laterticos, pavimentos rodovirios, avaliao do

comportamento, solos residuais tropicais, ferramentas de apoio.


iv


v

ABSTRACT

This thesis as part of the Master in Civil Engineering, Faculty of Engineering of University of Porto,

Geotechnical Engineering option, arose from the need to compile the existing information concerning

a peculiar type of tropical residual soil laterites/ lateritic soils. This type of soil is widely used in the

tropics for the economical opportunity, not only to use the available materials, but also for the growing

need to use more sustainable materials.

The information on this subject is temporally and spatially dispersed, being the compilation one of the

goals of the present work. This goal was achieved through intensive research, both in real libraries as

digital libraries, and with the creation of a database containing the documents found about this type of

soil and its location.

Another aim was to deepen the research in the area of application in pavements, as it is the main area

of application of laterites, for what it has been developed a chapter on the subject.

The last of the goals was to gather information through surveys directed to engineers with experience

in the use of laterites in civil engineering, information that has been treated qualitatively.

KEYWORDS: state of the art, laterites, lateritic soils, road pavements, behavior assessment, tropical

residual soils, support tools.


vi


vii

NDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i

RESUMO ................................................................................................................................. iii

ABSTRACT ............................................................................................................................................... v

1. INTRODUO .................................................................................................................... 1

1.1. MBITO E ENQUADRAMENTO .......................................................................................................... 1

1.2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 2

1.3. CONTEDO DA DISSERTAO ........................................................................................................ 2

2. SOLOS LATERTICOS ............................................................................................... 3

2.1. INTRODUO .................................................................................................................................... 3

2.1.1. SOLOS RESIDUAIS: ASPETOS GERAIS ................................................................................................ 4

2.1.2. INTEMPERISMO O PROCESSO DE FORMAO .................................................................................. 5

2.1.3. FATORES CONDICIONANTES E CARACTERSTICAS GERAIS .................................................................. 9

2.2. SOLOS RESIDUAIS TROPICAIS ...................................................................................................... 10

2.2.1. PROCESSO DE FORMAO .............................................................................................................. 10

2.2.2. DISTRIBUIO GEOGRFICA ............................................................................................................ 11

2.2.3. CARACTERIZAO FSICA E MECNICA............................................................................................. 13

2.2.3.1. Metodologia de Ensaios ........................................................................................................... 13

2.3. LATERITES ...................................................................................................................................... 17

2.3.1. DEFINIO DE LATERITE .................................................................................................................. 17

2.3.2. DISTRIBUIO GEOGRFICA ............................................................................................................ 19

2.3.2.1. Laterites de frica ..................................................................................................................... 20

2.3.2.2. Laterites da ndia ...................................................................................................................... 21

2.3.2.3. Laterites do Brasil ...................................................................................................................... 25

2.3.3. CARACTERIZAO FSICA ................................................................................................................ 27

2.3.4. CARACTERIZAO MINERALGICA E FSICO-QUMICA ....................................................................... 27

2.3.5. CARACTERIZAO MECNICA .......................................................................................................... 28

2.3.6. UTILIZAO DE LATERITES EM ENGENHARIA CIVIL ............................................................................ 30

2.3.7. BASE DE DADOS DE REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS RELACIONADAS COM LATERITES ........................ 31

2.4. CONCLUSES ................................................................................................................................. 33


viii

3. APLICAO DE SOLOS LATERTICOS EM PAVIMENTOS RODOVIRIOS ...................................................................................................................... 35

3.1. INTRODUO ................................................................................................................................. 35

3.2. PAVIMENTOS RODOVIRIOS: TIPOLOGIA, CONSTITUIO E MATERIAIS CORRENTES ............ 36

3.3. ESPECIFICAES DE LATERITES PARA PAVIMENTOS ................................................................ 38

3.3.1. GUIDE PRATIQUE DE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES POUR LES PAYS TROPICAUX .................... 38

3.3.2. MANUAL DE PAVIMENTAO - DNIT ................................................................................................ 42

3.3.3. NORMA DNIT 098/2007 ES (PAVIMENTAO-BASE ESTABILIZADA GRANULOMETRICAMENTE COM

UTILIZAO DE SOLO LATERTICO ............................................................................................................. 42

3.3.4. ESPECIFICAO 504 CAMADAS DE DESGASTE DE ASFALTO........................................................... 44

3.3.5. NORMAS DE UTILIZAO DE LATERITES AFRICANAS EM PAVIMENTOS ................................................ 44

3.3.6. OUTRAS ESPECIFICAES .............................................................................................................. 45

3.4. ESTABILIZAO DE LATERITES PARA PAVIMENTOS................................................................... 46

3.4.1. ESTABILIZAO COM CAL ............................................................................................................... 46

3.4.2. ESTABILIZAO COM CIMENTO ........................................................................................................ 47

3.4.3. PRECIPITAO DE CALCITE POR ATIVIDADE MICROBIANA (MICP) ..................................................... 47

3.4.4. SOLO CIMENTO-LATERTICO ........................................................................................................... 47

3.5. CASOS DE APLICAO DE SOLOS LATERTICOS EM PAVIMENTOS ........................................... 48

3.5.1. EXPERINCIA INTERNACIONAL ......................................................................................................... 48

3.5.1.1. Caso 1 Classificao MCT para Caracterizao de Solos Tropicais .................................... 48

3.5.1.2. Caso 2 Utilizao de solo latertico em pavimentos e sua estabilizao com cal ................ 51

3.5.1.3. Caso 3 Utilizao de materiais laterticos como bases de pavimentos ................................ 53

3.5.1.4. Caso 4 Utilizao de solo-cimento latertico em pavimentos ................................................ 53

3.5.2. EXPERINCIA PORTUGUESA ............................................................................................................ 54

3.5.2.1. Caso 1 Aplicao de laterites em pavimentos - Angola ........................................................ 54

3.5.2.2. Caso 2 Aplicao de laterites em pavimentos - Moambique .............................................. 55

3.5.2.3. Caso 3 Aplicao de laterites em pavimentos Guin Equatorial ....................................... 55

3.5.2.4. Caso 4 Aplicao de laterites em subleito e leito do pavimento Guin Equatorial, Senegal,

Costa do Marfim e Burkina Faso ........................................................................................................... 56

3.5.2.5. Caso 5 Aplicao de laterites em aterros de estradas - Senegal ......................................... 56

3.5.2.6. Caso 6 Aplicao de laterites em pavimentos e fundaes de aterro - Senegal .................. 56

3.5.2.7. Caso 7 Aplicao de laterites em pavimentos Gana (Acra) ............................................... 57

3.5.2.8. Caso 8 Aplicao de laterites em pavimentos e fundaes Gana ..................................... 57

3.6. CONCLUSES ................................................................................................................................ 58


ix

4.CONCLUSES .................................................................................................................. 61

4.1. OBJETIVOS ATINGIDOS E CONCLUSES GERAIS ......................................................................... 61

4.2. TRABALHO FUTURO ...................................................................................................................... 62

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................... 63


x


xi

NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Ciclo das Rochas e formao dos solos residuais ............................................................. 5

Figura 2.2 Distribuio das zonas morfoclimticas .............................................................................. 6

Figura 2.3 - Grau de alterao no perfil tpico de um solo residual ...................................................... 10

Figura 2.4 Perfil tpico de um solo residual tropical ............................................................................ 11

Figura 2.5 Distribuio geogrfica dos solos residuais tropicais ....................................................... 12

Figura 2.6 Relao da classificao pedolgica com o grau de alterao do solo ........................... 13

Figura 2.7. Perfil de solo tropical em clima hmido vs. clima alternadamente hmido e seco ......... 19

Figura 2.8 Distribuio das diferentes formaes laterticas em frica em1983 ............................... 20

Figura 2.9 Distribuio das laterites (ferricretes) em frica em 1991 ................................................ 21

Figura 2.10 Evoluo das laterites de Kerala .................................................................................... 22

Figura 2.11 Perfis laterticos de regies gnssicas em funo do relevo (Kerala) ............................ 22

Figura 2.12 Frao argilosa das amostras de laterites em Kerala e Kanara Sul .............................. 23

Figura 2.13 ndice de vazios in situ de laterites em Kerala e Kanara Sul .......................................... 24

Figura 2.14 - Distribuio das laterites (ferricretes) no Brasil em 1991 ................................................ 25

Figura 2.15 Perfil 1 (Solo residual tropical da Regio de Areia) ........................................................ 25

Figura 2.16 Perfil 2 (Solo residual tropical da Regio de Joo Pessoa)............................................ 26

Figura 2.17 Perfil 3 (Solo residual tropical da Regio de Sap) ........................................................ 26

Figura 2.18 Exemplo de dois registos na base de dados. ................................................................. 32

Figura 2.19 Exemplo da ligao para a tabela que contm os ttulos dos artigos. ........................... 33

Figura 2.20 Tabela exemplo com os artigos e respetivos autores. ................................................... 33

Figura 3.1 Pavimento flexvel ............................................................................................................ 36

Figura 3.2 Pavimento semirrgido estrutura direta e estrutura inversa ........................................... 37


xii

Figura 3.3 Pavimento rgido ............................................................................................................... 37

Figura 3.4 baco para Classificao MCT ......................................................................................... 42

Figura 3.5 Curva granulomtrica do solo estudado ............................................................................ 50

Figura 3.6 Curva de compactao do solo estudado .......................................................................... 50

Figura 3.7. Variao do Limite de Liquidez com a % de cal .............................................................. 52


xiii

NDICE DE TABELAS

Tabela 2.1 Zonas Morfoclimticas ........................................................................................................ 7

Tabela 2.2 Fases de um solo residual tropical .................................................................................... 12

Tabela 2.3 Ensaios realizados para classificao MCT ..................................................................... 15

Tabela 2.4 Propriedades comuns das laterites .................................................................................. 19

Tabela 2.5- Critrio de classificao granulomtrica ........................................................................... 27

Tabela 2.6-Classificao fsico-qumica baseada na relao molecular

....................................... 28

Tabela 3.1 Especificaes para colocao em obra de seixos laterticos para a camada de sub-base

............................................................................................................................................................... 38

Tabela 3.2 Classes de trfego de acordo com o guia ...................................................................... 39

Tabela 3.3 Caractersticas dos seixos laterticos adequados para classes de trfego T3 ............. 39

Tabela 3.4 Especificaes para colocao em obra de seixos laterticos para a camada de base . 40

Tabela 3.5 Caractersticas dos materiais possveis de tratar com cimento ou cal ........................... 40

Tabela 3.6 - Valores admissveis para classes T1-T3 e trfego de eixo simples de 8 a 10 toneladas 41

Tabela 3.7 Valores admissveis para classes T4-T5 e trfego de eixo de 13 toneladas .................. 41

Tabela 3.8 Recomendaes para utilizao de seixos laterticos naturais ...................................... 41

Tabela 3.9 Caractersticas dos solos laterticos adequados para base de pavimento. ..................... 43

Tabela 3.10 Normas de utilizao de laterites africanas em pavimentos .......................................... 44

Tabela 3.11 - Normas de utilizao de laterites africanas em pavimentos revestidos ......................... 44

Tabela 3.12 Propriedades recomendadas para os SAFL ................................................................... 49

Tabela 3.13 Caracterizao geotcnica pelos mtodos clssicos ..................................................... 49

Tabela 3.14 Resultados dos testes preliminares ................................................................................ 51

Tabela 3.15 Resultados dos ensaios de laboratrio .......................................................................... 54


xiv


xv

SMBOLOS, ACRNIMOS E ABREVIATURAS

# - peneiro n

ngulo de atrito

c coeso

d OPT Peso especfico seco mximo

Relao molecular slica-sesquixido

Al Alumnio

Al2O3 xido de Alumnio

(Al2(Si2O5)(OH)4) Caulinite

Ca Clcio

CaCO3 Calcite

Fe - Ferro

Fe2O3 xido de Ferro

K - Potssio

Mg - Magnsio

Na - Sdio

(N1)60 valor corrigido do SPT

R2O3 xidos Refratrios (Neutros, Viscosos e Retardadores de Cristais)

SiO2 Dixido de Silcio ou Slica

Ti - Titnio

u unidade de massa atmica

WOPT Teor em gua timo


xvi

AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials

ACV Aggregate Crushing Value

ASTM - American Society for Testing and Materials

BS - (British Standards para Projetos de Pavimentao e Drenagem)

CBR California Bearing Ratio

CHT Crosshole Test

CPT Cone Penetration Test

DHT Downhole Test

DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DNER-ME - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem - Mtodo de Ensaio

DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

IP ndice de Plasticidade

LA Los Angeles

LL Limite de Liquidez

MCT - Miniatura Compactado Tropical

MCV - Moisture Condition Value

MDV Ensaio Micro-Deval

MICP Microbial-Induced Calcite Precipitation

OPM timo do Proctor Modificado

PLT Plate Load Test

PMT Pressuremeter Test

RIS - Relao Mini-CBRis/Mini-CBRhm

SAFL - Solos Arenosos Finos Laterticos

SEM - Scanning Electron Microscope

SPT Standard Penetration Test

SR Seismic Refraction (Ensaio de Refrao Ssmica)

UCS Unified Classification System


xvii

USDA - United States Department of Agriculture

VST Vane Shear Test


xviii


1

1 INTRODUO

1.1 MBITO E ENQUADRAMENTO

Esta tese, no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto, opo de Geotecnia, surge da necessidade de compilar a informao existente

acerca de laterites, j que esta se encontra muito dispersa tanto temporal como espacialmente.

Este um tema que est a ganhar uma nova importncia nas empresas portuguesas pois a necessidade

da sustentabilidade no processo de internacionalizao das mesmas impe o recurso a opes mais

econmicas e sustentveis na construo civil e que, em simultneo, ofeream vantagens competitivas

atravs da diferenciao nos mercados onde atuam.

O clima tropical de regies como frica, ndia e Brasil leva formao em larga escala de solos do

tipo laterticos, ausentes na Europa e em Portugal. Em resultado de estudos realizados durante o

perodo de colonizao de alguns destes pases, conclui-se que este tipo de solos, pode ser melhorado

do ponto de vista estrutural e, valorizado em detrimento da utilizao de materiais granulares

produzidos propositadamente para a construo das bases e sub-bases das estradas, frequentemente

localizados a grande distncia da zona da obra. Para alm da sustentabilidade ambiental proporcionada

pela utilizao de materiais locais na construo de estradas, h ainda o reforo da competitividade

pela utilizao e valorizao dos materiais existentes, utilizando-os em camadas mais nobres do

pavimento, em substituio dos materiais granulares atrs referidos. No caso do continente Africano

h ainda a dificuldade acrescida dos recursos se encontrarem a muitos quilmetros de distncia, sendo

essencial recorrer aos recursos disponveis. Utilizando os materiais latertico disponveis para

construo de estradas, inicia-se um processo de desenvolvimento econmico e social do pas.

O facto de haver pouco conhecimento tcnico ou cientfico sobre o seu emprego na construo de

estradas tem sido um constrangimento sua utilizao em maior escala pois, como em todos os

materiais utilizados em engenharia civil necessrio conhecer bem o seu comportamento, de modo a

assegurar a estabilidade e segurana da obra. Por essa razo, fundamental identificar, estudar e

desenvolver metodologias construtivas que permitam adquirir conhecimentos no que se refere adio

de ligantes hidrulicos, betuminosos ou produtos inicos aos materiais laterticos e que garantam um

adequado comportamento estrutural das camadas granulares no ligadas, tendo em conta o trfego a

que determinada estrada ir estar sujeita.

As laterites so aplicadas em diversos tipos de construes, como em fundaes para barragens de

terra e para pavimentos e, em especial, na constituio do pavimento, como camada de sub-base ou

base, dependendo das caractersticas, do comportamento e da qualidade da laterite. Devido vasta

utilizao das mesmas em estradas, foi desenvolvido um captulo dedicado ao tema.

Estado de Arte sobre a Utilizao de Solos Laterticos em Pavimentos Rodovirios

2

Toda esta tese , portanto, uma reviso de literatura existente, com o contributo de uma base de dados

criada e do tratamento dos inquritos realizados.

1.2 OBJETIVOS

O principal objetivo desta dissertao foi a compilao da informao existente acerca de solos

residuais tropicais e laterites, como meio de aumentar o conhecimento relativo utilizao de solos

laterticos em pavimentos rodovirios, colaborando desta forma para a melhoria do desempenho das

empresas portuguesas nos pases africanos onde existem estes solos, como o caso de Angola,

Moambique, Senegal, Nambia, Zmbia, etc., pois, como j foi referido, este tipo de solos no existe

na Europa e os poucos estudos existentes referem-se ao perodo da colonizao.

Para alcanar este objetivo foi necessria a realizao de uma pesquisa bibliogrfica alargada sobre as

caractersticas intrnsecas dos solos laterticos e as suas propriedades geotcnicas, distribuio

geogrfica, possibilidades de aplicao em pavimentos, materiais, tcnicas, procedimentos de melhoria

e estabilizao, e os principais ensaios laboratoriais para avaliao das caractersticas qumicas, fsicas

e mecnicas. Como resultado da pesquisa bibliogrfica, foi proposto o desenvolvimento de uma base

de dados, que agregasse informaes acerca de todos os documentos consultados, de modo a facilitar a

pesquisa de documentos sobre solos laterticos.

Outro dos objetivos consistia em aprofundar a pesquisa na rea da aplicao em pavimentos, j que a

principal rea de utilizao das laterites, pelo que foi desenvolvido um captulo acerca do tema.

O ltimo dos objetivos pretendido era a recolha de informao sobre aplicaes recentes, atravs da

experincia prtica de engenheiros portugueses, que ajudasse a comprovar alguns aspetos do

comportamento (encontrados na literatura) deste tipo de solo. Para tal, foi estabelecido contacto com

algumas empresas nacionais que utilizaram solos laterticos na construo de pavimentos rodovirios,

em frica ou na Amrica do Sul, tendo em vista recolher resultados da caracterizao dos solos

laterticos aplicados, bem como do comportamento dos pavimentos construdos.

1.3 CONTEDO DA DISSERTAO

De modo a contextualizar este tema, o segundo captulo (2. Solos Laterticos) iniciado com uma

breve descrio dos solos residuais, sua origem, formao e outros aspetos importantes, para alm do

principal fenmeno de alterao das rochas que o intemperismo. De seguida so descritas as

laterites, ou seja, a sua definio, identificao e caracterizao. Tambm so descritas caractersticas

de algumas laterites estudadas em frica, Brasil e ndia, visto estas serem as mais representativas por

estarem registadas mais ocorrncias nestes pases, devido ao seu clima tropical.

O captulo seguinte (3. Aplicao de solos laterticos em pavimentos) centra-se na utilizao das

laterites em pavimentos, onde se pode encontrar alguns casos de estudo e ainda algumas

recomendaes para a metodologia de ensaios. iniciado por uma breve explicao da constituio

dos pavimentos, seguindo-se as especificaes mais adequadas aos solos laterticos.

Por fim, encontra-se um captulo com as concluses da tese (4. Concluses).


3

2 SOLOS LATERTICOS

2.1 INTRODUO

Neste captulo, define-se solos residuais, explica-se o processo de formao deste tipo de solos - o

intemperismo - e distinguem-se sumariamente os tipos de intemperismo, descrevem-se os fatores

condicionantes na formao dos solos residuais e as caractersticas gerais deste tipo de solo.

Caracterizam-se os solos residuais tropicais e a sua distribuio geogrfica, assim como um tipo

peculiar de solo residual tropical - as laterites - que o principal termo no qual se centra esta tese,

sendo este termo definido, indicada a sua distribuio geogrfica, e referida a sua aplicao em

engenharia civil.

Comea por definir-se solo residual, explicar-se brevemente a sua formao, integrada no ciclo das

rochas e distinguir-se os diferentes tipos de solos residuais: solo residual maduro ou eluvial, solos

saprolticos ou solo de alterao, e solos laterticos.

Quanto ao processo de formao, distinguem-se: intemperismo qumico; intemperismo fsico ou

mecnico; e intemperismo biolgico. So ainda referidas as zonas morfoclimticas (Tropical hmido,

Tropical Hmido-Seco, Tropical Semirido, Tropical rido, Hmido de Mdia-Latitude, Seco

Continental, Periglacial, Glacial, Montanhas) e a influncia do clima nos diversos tipos de

intemperismo.

Na categoria Solos Residuais existem trs graus de alterao do solo: o Grau VI (solo residual), Grau

V (completamente alterado) e Grau IV (muito alterado), e referida a relao entre o grau de alterao

do solo e o seu comportamento em engenharia civil.

Os fatores condicionantes na formao dos solos residuais so o clima, a rocha-me, o tempo, a

topografia e a atividade biolgica, sendo o clima o mais importante, conferindo caractersticas nicas

aos solos residuais. So estas a espessura, horizontalidade e composio.

Quanto aos solos residuais tropicais, que so os solos encontrados nos trpicos, estes so distinguidos

dos solos residuais normais porque nestas zonas o clima aumenta a intensidade do intemperismo e

estes solos sofrem uma maior alterao. indicada a distribuio geogrfica destes solos, com

distino das fases fersialtica, ferruginosa e ferraltica, seguindo-se a caracterizao fsica e mecnica

deste tipo de solo.

Os ensaios de caracterizao de solos residuais tropicais mais comuns so SPT, CPT, VST, PMT,

CBR in situ e PLT, e na seco da caracterizao (2.2.3 Caracterizao fsica e mecnica) encontram-

se aspetos importantes da metodologia de ensaios, assim como algumas recomendaes na recolha e

preparao das amostras e dos ensaios in situ e em laboratrio.


4

Aps caracterizao dos solos residuais tropicais, inicia-se a definio e caracterizao das laterites,

explicando-se o seu processo de formao a laterizao. As laterites so solos ricos em xidos de

ferro e alumnio, xidos estes que lhes confere uma cor avermelhada. feita a distino entre laterite e

solos laterticos.

indicada a distribuio geogrfica das laterites, que ocorrem com maior frequncia em frica, ndia

e Brasil, pelo que foram descritos alguns casos de estudo acerca das laterites encontradas e analisadas

nestes pases, consideradas as mais representativas.

As caracterizaes fsica, mineralgica e mecnica das laterites encontram-se tambm neste captulo,

no qual se referem alguns dos aspetos mais importantes acerca da resistncia ao corte, dureza,

compressibilidade, suco, expansibilidade, plasticidade, atividade, limites de consistncia e

compactao.

A maior dificuldade da utilizao das laterites em engenharia civil prende-se ao facto de este tipo de

solo possuir presses neutras negativas. Algumas desvantagens e vantagens deste solo so apontadas e

so mencionados alguns casos de rotura de solos laterticos.

A penltima seco deste captulo descreve a base de dados de referncias bibliogrficas relacionadas

com laterites que foi criada.

Por fim, indicam-se as concluses relativas a este captulo.

2.1.1 SOLOS RESIDUAIS: ASPETOS GERAIS

Em engenharia Terzaghi e Peck, em 1967, definiram o solo como sendo qualquer material natural

solto, no consolidado, facilmente desagregvel, enquanto que Johnson e De Graff, em 1988,

consideraram ser qualquer mineral com pouca resistncia [1].

Os solos residuais so aqueles que resultam da decomposio in situ das rochas que lhe so

originrias..

Esta a definio de solos residuais de Viana da Fonseca [2], referindo ainda que esta decomposio

gradual, com a fragmentao ou alterao qumica da rocha-me, e que so solos que dependem de

diversos fatores como o clima, materiais de origem, topografia.

A origem dos solos residuais faz parte do ciclo das rochas, conforme a figura 2.1, onde a exposio

dos trs tipos de rochas (sedimentar, metamrfica ou gnea) aos processos exognicos (processos

externos) provoca o intemperismo, tambm conhecido como meteorizao, e a velocidade de

decomposio da rocha superior velocidade de transporte de sedimentos. O processo de

intemperismo explicado no ponto 2.1.2.


5

Figura 2.1 Ciclo das Rochas e formao dos solos residuais

A rocha-me (sedimentar, metamrfica ou gnea) transformada in situ pelos diversos fatores

associados ao intemperismo, resultando assim o solo residual. Segundo Huat et al [1],Singh e Kataria

afirmam que durante e aps a formao dos solos residuais h pouco ou nenhum transporte do mesmo.

Os fatores que mais influncia tm na formao dos solos residuais so a composio qumica da

rocha, os fatores ambientais e o tempo, sendo o clima o mais importante de todos, cuja influncia ser

explicada no ponto 2.1.3 Fatores Condicionantes e Caractersticas Gerais.

Existem diversos tipos de solos residuais: solo residual maduro ou eluvial, que o que est

completamente exposto, tendo j perdido a estrutura original da rocha-me; solos saprolticos ou solo

de alterao que um solo residual jovem e tropical; e solos laterticos, que so o principal foco deste

trabalho.

2.1.2 INTEMPERISMO - O PROCESSO DE FORMAO

O intemperismo tambm conhecido como meteorizao, tal como foi referido no incio do captulo.

Este processo envolve um conjunto de alteraes qumicas e fsicas das rochas, levando sua

degradao, podendo resultar na perda ou ganho de novos elementos ou compostos da rocha e dos

minerais.

Existem diferentes tipos de intemperismo, uns mais dominantes que outros, dependendo da situao.

Segundo as referncias [1] e [3], os trs tipos de intemperismo que ocorrem so:

O intemperismo qumico - cujo principal reagente a gua e, como o nome indica, h

alterao qumica, sendo a decomposio dos minerais primrios da rocha resultante de

reaes qumicas como a dissoluo, oxidao, hidratao, hidrlise e/ou acidlise. Huat

et al [1] referem que, segundo Brand e Philipson, os solos residuais resultantes do


6

intemperismo qumico no existem propriamente onde o clima temperado, mas sim

onde, por um perodo de tempo, houve clima quente e hmido.

O intemperismo fsico ou mecnico o que provoca a fragmentao das rochas, atravs

da variao de temperatura e consequente dilatao ou contrao e enfraquecimento da

estrutura mineral.

O intemperismo biolgico o tipo de intemperismo que provoca a desintegrao das

rochas atravs dos organismos biolgicos, que provocam a fracturao das rochas ou a

produo de cidos que reagem com as rochas, aumentando os processos qumicos.

Os dois primeiros tipos de intemperismo muitas vezes atuam em conjunto, j que o intemperismo

fsico, ao desintegrar a rocha em vrios fragmentos, est a acelerar o intemperismo qumico.

A distribuio das zonas morfoclimticas est indicada na Figura 2.2.

Figura 2.2 Distribuio das zonas morfoclimticas

(adaptado de [4])

A tabela 2.1 descreve as caractersticas de diferentes zonas morfoclimticas e a respetiva importncia

dos processos geomrficos. Como pode ver-se pela tabela, o intemperismo qumico tem

predominncia de ocorrncia nas zonas tropical hmida, tropical hmida-seca e hmida de mdia-

latitude.


7

Tabela 2.1 Zonas Morfoclimticas (adaptado de [1])

Zona

Morfoclimtica

Temperatura

Mdia Anual

(C)

Precipitao

Mdia Anual

(mm)

Importncia relativa dos processos

geomrficos

Tropical

Hmido 20-30 >1500

Potencial de elevadas taxas de

intemperismo qumico; intemperismo

mecnico limitado; ativo e episdico

movimento do macio; taxas de corroso

moderadas a baixas.

Tropical

Hmido-Seco 20-30 600-1500

Intemperismo qumico ativo durante a

estao hmida; taxas de intemperismo

mecnico baixas a moderadas;

movimento do macio bastante ativo;

ao fluvial elevada durante a estao

chuvosa; ao do vento normalmente

mnima, mas localmente moderada na

estao seca.

Tropical

Semirido 10-30 300-600

Taxas de intemperismo qumico

moderadas a baixas; intemperismo

mecnico localmente ativo,

especialmente nas margens mais secas

e frias; movimento do macio localmente

ativo mas espordico; taxas de ao

fluvial altas mas episdicas; ao do

vento moderada a elevada.

Tropical rido 10-30 0-300

Taxas de intemperismo mecnico

elevadas (em especial intemperismo com

solues salinas); intemperismo qumico

mnimo; movimento do macio mnimo;

taxas de atividade fluvial geralmente

muito baixas mas esporadicamente altas;

mxima ao do vento.


8

Hmido de

Mdia-

Latitude

0-20 400-1800

Taxas de intemperismo qumico

moderadas, aumentando para taxas

elevadas a latitudes baixas; atividade do

intemperismo mecnico moderada, com

congelamento a latitudes altas; atividade

do movimento do macio moderada a

elevada; tavas moderadas de processos

fluviais; ao do vento confinada s

zonas costeiras.

Seco

Continental 0-10 100-400

Taxas de intemperismo qumico baixas a

moderadas; intemperismo mecnico, em

especial ao de congelamento,

sazonalmente ativo; atividade do

movimento do macio moderada e

episdica; Processos fluviais ativos na

estao hmida; ao do vento

moderada localmente.

Periglacial


9

Como se ver na prxima seco, cada rocha tem uma certa resistncia aos intemperismos,

dependendo da rocha-me da qual derivou, j que alguns minerais so mais instveis que outros,

degradando-se mais rapidamente. Para alm disso, o grau de meteorizao depende tambm da

temperatura e precipitao; da topografia; rea de superfcie exposta aos intemperismos; entre outros.

Segundo Bell [3], Fookes et al afirmam exatamente isso, que o grau de meteorizao depende no s

da ao dos agentes que a provocam, assim como da durabilidade da rocha de que deriva o solo.

Acerca da influncia do clima chegam-se s concluses gerais de que em climas hmidos e quentes, a

taxa de meteorizao maior, enquanto que em climas secos e frios, essa mesma taxa decresce[1].

Na referncia [3] encontra-se uma tabela que relaciona o grau de meteorizao da rocha com o seu

comportamento quando aplicada a engenharia civil. No anexo I encontra-se essa relao, apenas para

os graus de meteorizao que interessam para este trabalho: Grau VI (solo residual - termo), V

(completamente alterado) e IV (muito alterado), graus estes pertencentes categoria Solo Residual[1].

2.1.3 FATORES CONDICIONANTES E CARACTERSTICAS GERAIS

Os cinco fatores principais, segundo Huat et al [1] e Autret [5], responsveis pela formao do solo

residual so:

O Clima - sendo este fator o que determina a precipitao e a temperatura, que por sua

vez regulam a formao do solo, o fator mais importante. Nos trpicos, a abundncia de

chuva, que o principal reagente nos processos de meteorizao, e as altas temperaturas

implicam o aumento de reaes qumicas, logo, uma maior meteorizao, enquanto que

em climas mais frios e secos, a taxa de meteorizao menor. Como visto anteriormente,

o clima varia nas diferentes zonas do globo, o que justifica os diferentes solos residuais

que se encontram. No artigo[6], tambm afirmado que o clima tem uma grande

influncia nas propriedades dos solos, em especial nos tropicais;

A Rocha-Me - Como visto no ciclo das rochas na figura 2.1, o solo resulta da alterao

e desintegrao dos diversos tipos de rochas que se encontram expostas aos

intemperismos, sendo estas as chamadas rocha-me. Segundo Huat et al [1], Gerrard

afirma que, inicialmente, a rocha-me influencia o tipo de solo, j que as rochas diferem

na composio, textura ou falhas. Quanto mais suscetveis de alterao forem os minerais

constituintes, maior ser a taxa de meteorizao;

O Tempo - A espessura e alterao dos solos depende do tempo durante o qual os

processos de formao do solo decorreram, da que este seja um fator muito importante.

Por exemplo, nos trpicos, os solos mais antigos so geralmente mais espessos e

alterados. Com o tempo, ocorrem as alteraes climticas, o que modifica os processos de

meteorizao e eroso;

A Topografia - Esta tem grande influncia na orientao dos solos, na drenagem e

eroso. Por exemplo, a altitude afeta a humidade do solo; o declive afeta o escoamento

das guas superficiais e a eroso; o azimute o componente da topografia que

influenciar a humidade do solo, se este ser mais seco e quente;

A Atividade Biolgica - A matria orgnica fornecida pelas plantas e animais conduz

queda da vegetao morta e produo de cidos que reagem quimicamente com rochas

alteradas, para alm de que uma densa vegetao protege a superfcie da eroso. Onde

existem mais micro-organismos e plantas normal o solo formar-se mais rapidamente e

ser mais espesso, para alm de que as razes das plantas permitem que a meteorizao

qumica atinja profundidades maiores.


10

sabido que os solos residuais tm caractersticas nicas. So estas:

Espessura - formam camadas significativamente espessas acima do bedrock, dependendo

dos processos de formao e de eroso em cada local (Bergman & McKnight) [1];

Horizontalidade - o processo de lixiviao d origem a visveis horizontes distintos;

Composio inicialmente definida pelo tipo de rocha-me da qual deriva o solo

residual. Com o tempo, a lixiviao e a alterao qumica dificultam o reconhecimento da

rocha-me.

A figura 2.3 mostra duas das caractersticas acima mencionadas, visveis no perfil tpico de um solo

residual.

Figura 2.3 - Grau de alterao no perfil tpico de um solo residual

(adaptado de [7])

Como foi visto anteriormente, os graus VI, V e IV so os que pertencem categoria Solos Residuais,

pelo que na figura 2.3 se verifica a espessura significativa que pode ocorrer acima da rocha s. So

tambm claramente visveis as camadas horizontais distintas tpicas dos solos residuais, devido

lixiviao.

2.2 SOLOS RESIDUAIS TROPICAIS

2.2.1 PROCESSO DE FORMAO

Aos solos formados nos trpicos deu-se a designao de solos residuais tropicais. Quanto

composio mineralgica, so constitudos por minerais argilosos, minerais silicatados, xidos

metlicos hidratados, quartzo e SiO2, cuja proporo depende da intensidade do intemperismo e do

avano da degradao.

Segundo Cook e Newill [8], os solos que se encontram em zonas tropicais sofrem uma maior

meteorizao quando comparados com os solos que se encontram em zonas temperadas, o que exige


11

um maior cuidado na identificao e caracterizao do solo, para que se possa proceder ao uso

adequado do mesmo.

Nestas zonas morfoclimticas (zonas tropicais), o intemperismo qumico tem mais influncia do que a

desagregao mecnica[1], como se pode confirmar pela tabela 2.1. Nos trpicos h condies para

uma intensa meteorizao (acelerada pelas altas temperaturas e pela presena de gua). Os solos

residuais formados nestas reas apresentam normalmente uma camada bastante espessa.

O perfil dos solos residuais tropicais consiste em camadas horizontais distintas mais ou menos

paralelas superfcie e, simultaneamente apresenta um perfil vertical, que geralmente se encontra mais

degradado quanto mais prximo da superfcie devido s intempries, como ilustrado na figura 2.4.

Figura 2.4 Perfil tpico de um solo residual tropical

(adaptado de [1])

Com o passar do tempo, d-se a alterao qumica, pelo que os perfis so alterados, atravs do

fenmeno de laterizao, o qual ser descrito no subcaptulo 2.3 que concerne s laterites.

Dependendo se se trata de uma rocha gnea ou metamrfica, o perfil sobre a rocha s varia. Note-se

que so estes os dois tipos de rochas tpicos em zonas tropicais. Os perfis das rochas gneas

apresentam uns aglomerados arredondados e irregulares por no terem sido atingidos pelo

intemperismo, enquanto que os perfis das rochas metamrficas apresentam normalmente diclases-

relquia, descontinuidades e tambm aglomerados arredondados e irregulares[1].

2.2.2 DISTRIBUIO GEOGRFICA

Nas zonas tropicais hmidas encontram-se grandes extenses de solos residuais at grandes

profundidades. Segundo Huat et al [1], em 1982 Duchaufour sugeriu uma classificao das fases dos


12

solos residuais, dependente do clima, a qual foi suportada por Fookes em 1997 e por White em 2006

[1]. As fases so: 1 Solo Fersialtico, 2 Solo Ferruginoso e 3 Solo Ferraltico.

Um solo fersialtico tem uma proporo varivel de xidos de ferro, uma pequena quantidade de

minerais caulnicos, uma relao

e pode apresentar horizontes mais ou menos duros e

proporo varivel de concrees laterticas [9]. Um solo ferruginoso rico em xidos de ferro e

principalmente constitudo por caulinite, enquanto que um solo ferraltico constitudo por xidos de

ferro e alumnio e por minerais caulnicos, podendo o seu perfil apresentar concrees laterticas [9].

A tabela 2.2 resume as trs fases dos solos residuais propostas de acordo com as condies climticas

e, na figura 2.5, podemos ver a distribuio dos mesmos no globo.

Tabela 2.2 Fases de um solo residual tropical

(Traduzido de [1])

Fase Zona

climtica

Temperatura

Mdia Anual

(C)

Precipitao

Anual (mm)

poca de

Clima Seco

Tipo de

Solo

3 Tropical >25 >1,5 No Ferraltico

2 Subtropical 20-25 1,0-1,5 Por vezes Ferruginoso

1 Subtropical 13-20 0,5-1,0 Sim Fersialtico

Figura 2.5 Distribuio geogrfica dos solos residuais tropicais

(adaptado de [1])


13

Em Handbook of Tropical Residual Soils Engineering [1] encontra-se a relao da classificao

pedolgica de Duchaufour com o grau de alterao:

Figura 2.6 Relao da classificao pedolgica com o grau de alterao do solo

(adaptado de [1])

2.2.3 CARACTERIZAO FSICA E MECNICA

As propriedades dos solos residuais so difceis de testar em laboratrio, pelo facto de ser um solo

difcil de amostragem, logo, as propriedades so normalmente determinadas in situ. Os ensaios de

caracterizao de solos residuais tropicais mais comuns so os j conhecidos SPT, CPT, VST, PMT,

CBR in situ e PLT, [8] que sero referenciados na seco 2.2.3.1 Metodologia de Ensaios, com

algumas recomendaes. Refere-se que estes ensaios no so exclusivos para os solos residuais. Ainda

segundo Cook e Newill [8], as amostras devem ser conservadas e estudadas no estado natural do solo,

sem este ter sido remexido. A Metodologia MCT tambm muito til para identificar solos com

comportamento latertico, seguindo-se uma breve descrio desta metodologia, no ponto b) dos

Ensaios de Laboratrio.

Metodologia de Ensaios 2.2.3.1

Recolha e Preparao de Amostras

J sabendo que os solos residuais so solos difceis de amostrar, h que ter um certo cuidado neste

campo. Vrios autores criaram recomendaes neste sentido, pelo que as mais pertinentes sero de

seguida descritas, havendo um consenso geral quanto ao cuidado a ter na amostragem e transporte.

Segundo Huat et al [1], uma amostra de boa qualidade a que no foi perturbada pela perfurao,

amostragem e corte, mas na qual houve libertao de tenses, sendo que na realidade no existem

amostras no perturbadas, dependendo ento do grau de alterao do solo aps ter sido removido; da

representatividade do local; do mtodo de amostragem; e do manuseamento da amostra.

No caso dos solos residuais, muito importante conseguir amostras imperturbadas, pois os

equipamentos mecnicos podem modificar a estrutura do solo, da ser necessrio utilizar equipamento

mecnico adequado; para alm de que permite identificar, classificar o solo e realizar ensaios

representativos. O amostrador Mazier permite obter amostras na sua condio in situ[1], sendo

portanto uma boa opo.

Os solos residuais tropicais so um caso mais complicado devido sua heterogeneidade e anisotropia

[1], da ser importante definir bem o plano de amostragem para que este seja representativo do local


14

em estudo, como j foi antes referido ser importante. Para alm disso, j foi referido que a Mecnica

dos Solos Clssica no completamente adequada para este tipo de solos, pelo que alguns testes

podem no ser fiveis neste tipo de solo, sendo preciso fazer ajustes. ento necessrio que os testes

sejam realizados por especialistas em amostragem e ensaios, e tambm ter sempre algum esprito

crtico na anlise dos resultados, j que a frico durante o corte da amostra; a reduo da presso

neutra quando as amostras emergem superfcie, a vibrao aquando do transporte e os erros na

preparao e ensaios, podem perturbar as amostras.

As amostras devem ser fechadas em recipientes de vidro ou plstico, sacos de plstico ou latas; e a

estrutura do solo, ndice de vazios, interligao entre partculas e teor em gua, tendo muita influncia

na resistncia ao corte, devem ser preservados, pois algumas das propriedades dos solos residuais

tropicais so sensveis como, por exemplo, o ndice de vazios altamente varivel, que pode levar a

resultados enganadores da resistncia ao corte e da permeabilidade. ainda importante secar o menos

possvel as amostras, pois pode implicar a alterao da estrutura do solo e seu comportamento [1].

Ensaios de Laboratrio

a) Determinao de Propriedades

Na determinao do teor em gua do solo, segundo Huat et al [1], Fookes sugeriu que se realizem

testes comparativos em amostras duplicadas, medindo o teor em gua na secagem at que no haja

perda de massa, pois alguns solos residuais tropicais podem conter gua cristalizada na sua estrutura

mineral, que se liberta para temperaturas entre 105 e 110C, sendo um modo de identificar este tipo de

gua que faz parte das partculas slidas j que este no deve ser contabilizado como teor em gua.

Deve ser realizado o teste de retrao, para definir a capacidade de retrao ou expanso do solo, j

que os solos residuais tropicais tendem a alterar consideravelmente o seu volume aquando da

molhagem ou secagem, sendo importante, segundo Huat et al [1], distinguir os materiais que retraem

de forma irreversvel dos que voltam a expandir quando em contacto com a gua. Estudos realizados

por Mutaya e Huat concluram que um solo menos argiloso e com menos teor em gua tende a retrair

menos [1].

Ao determinar a densidade das partculas, deve ser conservado o teor em gua do solo e no deve ser

realizado nenhum pr-tratamento, de modo a obter o valor correto.

b) Metodologia MCT

A Metodologia MCT, criada por Nogami e Villibor segundo o Manual de Pavimentao do DNIT[10],

surge no mbito da classificao geotcnica de solos tropicais, permitindo identificar o

comportamento latertico e til para os estudos dos solos em pavimentos e outras obras de terras.

Mais tarde, Parsons introduziu o ensaio de compactao mini-MCV, que permite determinar a energia

de compactao e teor de gua mais adequados [10].

Os ensaios realizados para classificao MCT, a sua finalidade e os parmetros medidos encontram-se

enumerados na tabela 2.3. O procedimento encontra-se no Manual de Pavimentao do DNIT [10], do

qual foi adaptada a tabela do anexo II, relativa aos solos com comportamento latertico.


15

Tabela 2.3 Ensaios realizados para classificao MCT

(adaptado de [11])

Ensaio/referncia Finalidade Parmetros

Compactao miniatura

(mini-Proctor) DNER-ME

228/4

Definir parmetros de

compactao (teor em gua

timo e peso especfico seco

mximo)

Wtimo (%) e dmx

(kN/m3)

Compactao mini-MCV* -

DNER ME 258/94

Definir ndices para

classificao MCT ndices c, d e e

Perda de massa por

imerso* - DNER ME

256/94

Definir ndices para

classificao MCT

Perda de massa por

imerso (Pi em %)

Mini-CBR e expanso

DNER 254/97

Avaliar a capacidade de

suporte e o potencial de

expanso

ndice mini-CBR (em

%) e ndice RIS**

(em %)

Contrao por secagem ao

ar Nogami &Villibor

Avaliar o potencial de

contrao por secagem

Contrao por

secagem (em %)

Infiltrabilidade Avaliar a velocidade de

ascenso capilar

Coeficiente de

soro (s em

cm/min1/2

)

*Ensaios destinados para classificao MCT do solo

** O ndice RIS representa o inverso da perda percentual de capacidade de suporte (pelo

mini-CBR) com a imerso

c) CBR

Em Handbook of Tropical Residual Soils Engineering [1], referido que Parker considera

insuficientes 4 dias de embebio para terrenos laterticos, ento nos ensaios realizados e descritos

nesta referncia, aumentou-se o tempo de embebio, mas mesmo aos 7 dias de embebio nenhuma

amostra se apresentava fissurada, pelo que ainda no ser suficiente este tempo.

d) Ensaios de resistncia ao corte

Normalmente recorre-se a ensaios de corte direto (em caixa de corte) ou a ensaios triaxiais para

determinar a resistncia ao corte do solo, sendo o primeiro prefervel pelo facto de ser possvel utilizar

uma caixa circular, ideal para solos residuais tropicais que so sensveis, por evitar as perturbaes nos

cantos da caixa, e tambm porque os ensaios triaxiais supem completa saturao, o que no comum

nos solos residuais, pois estes apresentam-se em diversas condies, em especial na parcialmente

saturada [1]. Apesar do ensaio de corte direto ser o mais utilizado, este tem as desvantagens de no ser


16

possvel controlar a drenagem nem determinar a presso neutra, e de s permitir determinar a tenso

normal total.

Segundo Huat et al [1], Blight sugeriu que as amostras sejam preparadas e colocadas na caixa de corte

com as menores perturbaes possveis e sejam inundadas com gua. Depois, aplica-se a tenso

normal e realizam-se leituras at que a amostra pare de expandir [1]. Quanto aos ensaios triaxiais em

solos residuais tropicais, as amostras devem ter 75 mm de dimetro de modo a minimizar a

perturbao das mesmas e assegurar a representatividade, sendo que no Brasil, Austrlia e outros

stios, comum utilizar o dimetro 100 mm [1]. tambm recomendado nesta referncia que o

dimetro no seja inferior a oito vezes o tamanho mximo das partculas, e que a relao do

comprimento com o dimetro seja de 2:1.

e) Ensaios de presso neutra e suco

A suco matricial muito importante por ter muita influncia na estabilidade da estrutura, na

condutividade hidrulica, na resistncia ao corte, rigidez e na variao de volume, existindo uma

resistncia adicional nos solos no saturados devido suco [1]. A suco pode ser medida em

laboratrio, pelo mtodo do papel filtro, ou in situ com tensimetros. Na seco 2.3.5 Caracterizao

Mecnica, ponto c), est explicada a suco.

Ensaios In Situ

a) Furos de sondagem, SPT, CPTU, PMT, PLT e DMT

Os furos de sondagem devem ser feitos com uma distncia pequena uns dos outros, de modo a

confirmar o local dos depsitos e espessura [12].

O SPT o ensaio mais utilizado, pela sua simplicidade e capacidade de explorar camadas mais rgidas

e duras, quando combinado com a perfurao rotativa. Os solos laterticos geralmente apresentam um

maior (N1)60[1].

O CPTU tambm muito utilizado, pela vantagem de medir a presso neutra, mas em solos no

saturados, esta medio tem pouca aplicao [1].

Os resultados obtidos do PMT devem ser comparados com os resultados tericos, ou seja, com a curva

de presso-expanso calculada, para que se possa assegurar que os parmetros esto corretamente

medidos [1]. Esta referncia afirma ainda que este ensaio permite estimar o potencial de colapso de

um solo residual, assim como o PLT in situ.

O PLT, apesar de ser um ensaio comum, tem a desvantagem de nos solos cimentados a sua modelao

no ser fcil, o que exige uma anlise numrica sofisticada. Estes solos apresentam ainda um

mecanismo distinto, que no pode ser avaliado pelos mtodos clssicos [1].

Quanto ao DMT, no se sabe ao certo como a estrutura cimentcia dos materiais coesivos interfere nos

parmetros medidos [1].


17

b) Ensaios ssmicos

Os ensaios ssmicos permitem identificar a espessura do estrato, a profundidade at ao bedrock,

identificar cavidades, e identificar propriedades dos estratos e sua variao espacial, entre outras. Os

ensaios ssmicos mais utilizados so o CHT, DHT e SR.

c) Caracterizao das propriedades mecnicas

Os solos residuais tropicais so solos coesivos, pelo que se tende a ignorar a componente c,

correlacionando-se ento os parmetros in situ com . Os ensaios PMT e PLT so os mais

consistentes para determinar as propriedades mecnicas dos solos coesivos [1].

d) Compressibilidade e permeabilidade

Para determinar a compressibilidade de solos residuais tropicais, so mais comuns os ensaios SPT,

PMT e PLT [1].

A permeabilidade dos solos residuais depende do tamanho das partculas, do ndice de vazios, da

mineralogia e do grau de fissurao e caractersticas das fissuras, e pode ser determinada in situ, sendo

importante que o furo usado para o teste esteja limpo, para que o resultado seja preciso [1].

necessrio ter em conta a influncia da suco matricial na permeabilidade.

e) Ensaio para solos no saturados

Como j foi referido, os solos tropicais residuais podem estar parcialmente saturados, pelo que se deve

ter este aspeto em conta na interpretao dos resultados dos ensaios. Para solos nesta condio,

muito importante definir a curva caracterstica de gua no solo, visto que esta fornece informao

relevante como o comportamento mecnico e hidrulico do solo nestas condies [1].

At hoje, foram propostos alguns modelos de anlise de solos no saturados, dependentes da presso

mdia efetiva, tenso de desvio, suco e volume especfico, sendo portanto necessrio medir a suco

matricial in situ[1]. No captulo 4 de Handbook of Tropical Residual Soils Engineering [1] encontra-se

descrito o comportamento do solo nesta condio no saturada.

2.3 LATERITES

2.3.1 DEFINIO DE LATERITE

A primeira referncia ao termo laterite, segundo Amu et al [12], e Bell [3], surgiu na ndia, em 1807,

quando Buchanan observou que este solo, quando exposto ao sol, secava e ficava muito duro, podendo

ser usado como blocos para construo. Da ter derivado do termo later, que em latim significa

tijolo. Contudo, em Latrite et Graveleux Latritique de 1983 [5], Autret chama a ateno para o

facto de esta definio de Buchanan ter apenas significado histrico, j que as laterites conhecidas

atualmente nem permitem fazer tijolos para construo.


18

J em 1959, a definio de laterite proposta em As Laterites do Ultramar Portugus [13] a seguinte:

"Material de estrutura vacuolar, muitas vezes matizado, com cores variando do amarelo ao vermelho

mais ou menos escuro e mesmo negro, constitudo por uma crosta mais ou menos contnua de

espessura e dureza variveis, tendo muitas vezes o aspeto duma escria, ou ainda contendo

concrees isoladas, oolticas e pisolticas de maior ou menor resistncia e misturadas a uma parte

argilosa."

Em 1975, Larousse [5] definiu laterite como:

Solo vermelho vivo ou vermelho acastanhado, rico em xido de ferro e alumnio, formado em clima

quente. Os solos laterticos so altamente lixiviados, ricos em ferro (minerais da Guin) e contm

alumina livre. Na zona florestal equatorial hmida, so laterites argilosas. A norte e a sul, na estao

seca, observa-se a formao de carapaas laterticas, rochas muito duras, expostas na superfcie nas

zonas mais ridas e completamente infrteis.

As laterites devem ser distinguidas dos solos laterticos, uma vez que estes ltimos apresentam uma

menor concentrao de xidos, refere-se no artigo [12], entre outros que fazem a mesma distino. Na

Classificao de USDA (Departamento de Agricultura dos Estado Unidos), o termo laterite

substitudo por plintita e o termo solos laterticos tambm substitudo por oxissolos [14].

Os solos laterticos so caracterizados pela presena de xidos e hidrxidos de ferro e alumnio,

resultantes da laterizao, explicada aps a definio de solo latertico. As laterites tm tipicamente

uma cor avermelhada, podendo ser mais amarelado ou acastanhado, dependendo da quantidade de

xidos ou hidrxidos de ferro presentes.

Em As Laterites do Ultramar Portugus[13], de 1959, define-se solo latertico como:

"Solo cuja frao argilosa tem uma relao molecular


19

dependem das condies climticas, j que os solos em zonas cujo clima alterna entre poca hmida e

seca apresentam um perfil diferente dos que se encontram em zona sempre hmida, como se mostra na

figura 2.7.

Figura 2.7. Perfil de solo tropical em clima hmido vs. clima alternadamente hmido e seco

(adaptado de [1])

2.3.2 DISTRIBUIO GEOGRFICA

As laterites surgem principalmente em Guin, Angola, Moambique e ndia, no Ultramar Portugus.

Esto tambm registadas muitas ocorrncias no Brasil e Austrlia.

Os diversos tipos de laterites apresentam algumas propriedades em comum, as quais esto

apresentadas na tabela 2.4.

Tabela 2.4 Propriedades comuns das laterites (traduzido de [3])

Teor de gua(%) 10-49

Limite de Liquidez (%) 33-90

Limite de Plasticidade (%) 13-31

Fraco Argilosa 15-45

Peso volmico seco (kN/m3) 15,2-17,3

Coeso, cu (kPa) 466-782

ngulo Interno de Atrito, u () 28-35

Resistncia Compresso no confinada (kPa) 220-825

ndice de Compressibilidade 0,0186

Coeficiente de Consolidao (m2/ano) 262

Mdulo de Young (kPa) 5,63 x 104


20

Laterites de frica 2.3.2.1

As ocorrncias de Moambique surgem principalmente nas baixas litorais de Inhambane e nos

planaltos de Vila Pery e Nampula. Em Angola, surgem principalmente nos planaltos de Nova Lisboa,

S da Bandeira e Gabela.

Em Laterita e Solos Laterticos do Brasil [16] feita referncia a estudos de laterites africanas, que

puseram em causa a antiguidade, devido observao de possvel destruio de uma couraa pelo topo

e reconstituio pela base, e tambm observao de ndulos milimtricos das couraas que se

desprendem e contribuem para a formao de concrees laterticas.

Em Latrite et Graveleux Latritique [5] encontra-se a distribuio das diferentes formaes laterticas

em frica (figura 2.8), em 1983. J o artigo Mineralogical composition and geographical

distribution of African and Brazilian periatlantic laterites. The influence of continental drift and

tropical paleoclimates during the past 150 million years and implications for India and Australia

[17], um artigo onde pode encontrar-se caractersticas de laterites africanas (ferricretes) e sua

distribuio em 1991 (figura 2.9). Este artigo refere ainda que as laterites africanas diferem das

brasileiras devido evoluo paleoclimtica (variao do clima ao longo da evoluo da Terra), como

se pode confirmar na distribuio de 1983 para a de 1991 (figura 2.9), em frica.

Figura 2.8 Distribuio das diferentes formaes laterticas em frica em1983 [5]


21

Figura 2.9 Distribuio das laterites (ferricretes) em frica em 1991 [18]

Um estudo realizado a bolsas laterticas da Baixa de Jangamo (Moambique) [19], umas mais

laterizadas que outras, mostrou que as guas encontradas nessas bolsas apresentavam um pH entre 6,0

e 6,6, e que o transporte para o laboratrio provocou a precipitao do xido de ferro. As anlises

qumicas indicaram um alto grau de hidratao dos xidos, e as anlises granulomtricas mostraram

que nas bolsas mais laterizadas a percentagem de finos maior, devido aderncia dos xidos de ferro

ao quartzo, e que a percentagem de elementos menores que 2 de 35% a 40%. A identificao dos

minerais permitiu concluir que a origem uma rocha metamrfica argilosa e o corte mostrou manchas

ferruginosas que aumentavam em quantidade e tamanho com a profundidade, tendo sido identificados

gros de quartzo e hematite.

Outro estudo de terrenos laterticos de Nampula e Antnio Enes (Moambique) [20], mostraram que

algumas caractersticas eram distintas nestes dois locais. Os terrenos de Nampula apresentavam

poucas concrees, e eram constitudos por caulinite, gibsite, hematite e goethite, enquanto que os

terrenos de Antnio Enes continham maiores quantidades de xidos de ferro e menor quantidade de

caulinite, e continham tambm gibsite e concrees mais duras, mas em ambos os locais a quantidade

de matria orgnica era pouca.

Laterites da ndia 2.3.2.2

Na ndia, as laterites esto bastante espalhadas e contm principalmente gibsite e alguma ou nenhuma

boethite [18].

Em Lateritas [21] representada a evoluo das laterites de Kerala (figura 2.10) e tambm perfis

laterticos dessa regio (figura 2.11), e ainda referido um estudo de perfis laterticos sobre basaltos,

tambm na ndia, nos quais se constatou uma intensa lixiviao do clcio, lcalis e de parte da slica

que se encontrava acima do nvel de gua, o que levou formao de gibsite, enquanto que abaixo do

nvel da gua, devido m drenagem, formou-se caulinita.


22

Figura 2.10 Evoluo das laterites de Kerala [21]

Figura 2.11 Perfis laterticos de regies gnssicas em funo do relevo (Kerala) [21]


23

As laterites estudadas na ndia [1], em Calicut (Kerala) e Rajahmundry (Andhra Pradesh), eram

constitudas por haloisite, caulinite, goethite, gibsite, e minerais de quartzo; apresentavam um pH de

6,1 a 6,9, ou seja, cido; 7 a 10% de matria orgnica, apesar de em Kerala central o contedo em

matria orgnica ser bastante inferior (de 0 a 1,3%); valores elevados de capacidade de permuta

catinica, devido presena da haloisite mas, assim como ocorre com a matria orgnica, a

capacidade de permuta catinica bastante inferior nas laterites de Kerala central.

Quanto ao rcio

, as laterites de Kerala apresentam

muito pequeno (0,1 a 0,54); 0,71 nas

laterites de Andhra Pradesh; 0,18 nas laterites de Assam; 0,12 nas laterites de Maharastra; e 1,12 nas

laterites de Madhya Pradesh, ou seja, pela classificao fisco-qumica do ponto 2.3.4, pode concluir-

se que so todas classificadas como solo de laterite(


24

Figura 2.13 ndice de vazios in situ de laterites em Kerala e Kanara Sul

(adaptado de [1])

Registaram-se ainda outros aspetos em grficos do tipo dos anteriores (consultar Handbook of

Tropical Residual Soils Engineering [1]), como os valores do mximo peso especfico seco e teor

timo em gua resultantes do Proctor, que variam entre 1,48 e 2 Mg/m3 e entre 14 e 23%,

respetivamente, para a maioria das amostras; resistncias compresso entre 10 e 42 MPa; 10 a 81%

de perda de resistncia na molhagem; ngulos de atrito entre 25 e 35; valores de coeso entre 4 e 10

kPa. Quanto ao SPT, foram registados 50 batimentos, pelo que se classificou a laterite como dura; no

se encontrou o nvel de gua a 1,5 m.


25

Laterites do Brasil 2.3.2.3

O artigo [19] mostra a distribuio das laterites no Brasil (figura 2.14).

Figura 2.14 - Distribuio das laterites (ferricretes) no Brasil em 1991 [18]

No Estado de So Paulo, mais precisamente em Ribeiro Preto, foram encontradas laterites, as quais

foram classificadas como latossolo vermelho distrofrrico, enquanto que em Barra Bonita foram

relatados litossolos que formam uma crosta de aspeto ferruginoso, vermelha-amarelada [22].

A tese de mestrado [23] caracteriza trs locais de solos residuais tropicais no Estado da Paraba, cujos

perfis esto representados nas figuras seguintes.

Figura 2.15 Perfil 1 (Solo residual tropical da Regio de Areia)

(adaptado de [23])


26

Figura 2.16 Perfil 2 (Solo residual tropical da Regio de Joo Pessoa)

(adaptado de [23])

Figura 2.17 Perfil 3 (Solo residual tropical da Regio de Sap)

(adaptado de [23])

O solo de Areia um solo residual tpico, apresentando gibsite e goethite e partculas de quartzo e

mica muscovita junto do quartzo; o solo de Joo Pessoa constitudo por caulinita, gibsite, goethita e

uma maior quantidade de quartzo, mostrando uma lixiviao maior; as amostras de Sap revelaram a

presena de hematite cimentada, gibsite e caulinite. O solo de Joo Pessoa continha mais argila e

melhor graduao, o que leva a uma maior suco.

Os ensaios concluram que os solos apresentavam uma composio qumica tpica de solos laterticos,

e que no continham argila natural, devido aos sesquixidos de ferro unirem os constituintes argilosos

[23]. O ensaio de Proctor revelou que teor timo em gua era de 17,9 %, 20,4% e 18,9%, para as

amostras de Areia, Joo Pessoa e Sap, respetivamente, com pesos especficos mximos secos de 16,9,

16,8 e 17,0 kN/m3.

Os pH variaram de 4,7 a 5,3, sendo portanto cidos, como tpico dos solos laterticos e a matria

orgnica est presente em pequena quantidade, assim como os solos estudados na ndia. A autora da

tese, Martinez [23], concluiu ainda que a compressibilidade diminui com o aumento da suco.

Aconselha-se a consulta da tese [23] para informao mais exaustiva acerca do estudo destes solos.


27

2.3.3 CARACTERIZAO FSICA

Em 1959, de acordo com o documento As Laterites do Ultramar Portugus[13], vrias eram as

classificaes para os solos laterticos propostas at data. Alguns autores baseavam-se no grau de

avano do processo de laterizao; outros no processo de formao ou condies de ocorrncia; nas

quantidades de hidrxidos de ferro e alumnio; ou ainda, na relao molecular

ou

da frao

argilosa. Ainda segundo As Laterites do Ultramar Portugus [13], a classificao litolgica baseada

na cor, dimenso das partculas, grau de concreo e dureza das partculas, era a classificao mais

importante em geotecnia. No entanto, com o evoluir dos estudos, chegou-se concluso de que estes

caracteres macroscpicos no eram suficientes para classificar os materiais laterticos. Assim,

introduziram-se novos parmetros como a expansibilidade e a petrificao para uma melhor

caracterizao destes materiais.

Na tabela 2.5 apresenta-se o critrio granulomtrico para classificao proposto em As Laterites do

Ultramar Portugus [13]. Normalmente, as laterites apresentam uma curva granulomtrica muito bem

graduada, contendo desde argila a cascalho, ou at partculas maiores [3].

Tabela 2.5- Critrio de classificao granulomtrica [13]

Argilas laterticas < 0,002 mm

Siltes laterticos > 0,002 mm; < 0,06 mm

Areias laterticas > 0,06 mm; < 2 mm

Seixos laterticos >2 mm; 60 mm

2.3.4 CLASSIFICAO MINERALGICA E FSICO-QUMICA

Uma das condies mineralgicas dos solos laterticos a cimentao, que diminui o volume de

vazios, preenchendo as fraturas provocadas pelo intemperismo, conferindo estabilidade aos

microagregados [23]. A cimentao pode resultar da cimentao dos gros devido ao que sobra da

rocha-me e contribui para a coeso [10], influenciando a compactao, a suco e aumenta o ngulo

de atrito.

Os solos laterticos tendem a ser cidos devido concentrao dos sesquixidos de ferro e alumnio,

como se confirmou na descrio das laterites africanas, brasileiras e indianas da seco 2.3.2

Distribuio Geogrfica. O seu pH varia entre 5 a 7,7 segundo As Laterites do Ultramar Portugus

[13]. J segundo Martinez [23], Queiroz e Carvalho afirmaram que o pH varia de 4,6 a 6,6. Em

Lateritas [24] pode encontrar-se mais informao acerca da influncia do pH.

Em 1959, um dos critrios mais conhecidos para classificao fsico-qumica era o de Martin e Doyne,

que se baseava na relao molecular

da frao argilosa, mas outros autores preferiram a relao

molecular

, a qual considerada a mais apropriada em As Laterites do Ultramar Portugus [13].

Esta ltima referncia, e tambm Latrite et Graveleux Latritique [5], classificam o tipo de solo

como:


28

Tabela 2.6-Classificao fsico-qumica baseada na relao molecular

[13]

Tipo Relao

Solo de laterite 1,33; 2,00

Em As Laterites do Ultramar Portugus [13] salientado que esta relao apenas complementar, no

podendo ser admitida como conclusiva.

Outros autores recomendam ainda uma caracterizao baseada nos processos pedognicos [5].

2.3.5 CARACTERIZAO MECNICA

Como j foi referido, o clima muito importante, tendo um papel decisivo na saturao do solo. Por

evaporao pela superfcie ou por evapotranspirao de uma camada de vegetao, a gua removida

do solo. Por outro lado, a chuva provoca a saturao do solo. Ao ser influenciada a distribuio da

presso neutra, resulta uma diminuio ou aumento de volume do solo. A alterao da presso neutra

negativa devido a chuvas intensas a causa de muitos deslizamentos e aumentos da presso neutra

esto tambm associados a redues da capacidade de carga e do mdulo de elasticidade. Percebemos

ento que as presses neutras negativas desempenham um papel fundamental no comportamento

mecnico dos solos no saturados.

Os solos residuais esto normalmente situados acima do lenol fretico, da que no seja comum

estarem saturados e, portanto, tm presses neutras negativas. Certos solos, ao serem molhados, tm

tendncia a aumentar muito o volume ou a expandir, devido ao aumento da presso neutra, que tende

para valores positivos, ou tendem ainda a uma perda significativa da resistncia ao corte. O volume do

solo, as propriedades hidrulicas e a resistncia ao corte variam face s variaes climticas como, por

exemplo, a evaporao, infiltrao e transpirao, que influenciam o volume de gua e as presses

neutras negativas.

Seguem-se alguns aspetos do comportamento mecnico, relativos a caractersticas no s intrnsecas

do material, como a resistncia e dureza, mas tambm a caractersticas extrnsecas, como a

compactao.

a) Resistncia ao Corte e Dureza

Os ensaios mais utilizados para avaliar a resistncia ao corte so os ensaios triaxiais, CPT e SPT,

ensaios de corte direto e ensaios de carga. Segundo Martinez [23],Leroueil e Vaughan afirmam que a

resistncia ao corte dos solos depende do arranjo das partculas e da cimentao natural do mesmo

[23]. Sugere-se a leitura do captulo 6 de Handbook of Tropical Residual Soils Engineering [1], acerca

do modelo de resistncia ao corte em solos residuais tropicais.

Quanto dureza, as partculas concrecionadas so classificadas como concrees brandas e concrees

duras [13]. As primeiras desfazem-se por presso entre os dedos, e nas segundas isso j no se

verifica. O endurecimento das laterites, quando expostas ao ar, pode ser devida a uma alterao na

hidratao dos xidos presentes, explica Bell (1993) em Engineering Geology[3].


29

b) Compressibilidade

A compressibilidade a capacidade de um solos se deformar, com diminuio de volume, se

submetido a uma fora de compresso.

A compressibilidade, assim como a resistncia ao corte, depende do arranjo das partculas e da

cimentao natural do solo e a cimentao tpica dos solos laterticos tende a restringir a

compressibilidade [23]. Ainda segundo esta fonte, para avaliar a compressibilidade realizam-se

ensaios edomtricos com controlo de suco.

c) Suco

Quando o solo se encontra no saturado, as presses da gua do mesmo so iguais ou inferiores

presso atmosfrica, sendo essa presso designada de suco, que se divide na suco matricial e na

suco osmtica.

A suco depende da gran

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