Na decomposição sob condições tropicais de altas temperaturas e precipitação de chuvas, os minerais de argila tendem a decompor-se em várias formas de oxi-hidróxidos de ferro e alumínio de acordo com a natureza das condições de intemperismo. O teor de óxido de ferro livre e o estado dos complexos alumino-ferruginosos (grau de desidratação e/ou endurecimento), bem como a estrutura granular típica de alguns solos lateríticos, são responsáveis pelas diferenças no comportamento de engenharia destes em relação às expectativas da mecânica dos solos convencional para solos de zona temperada (Gidigasu, 1976).
2.12.1. ESTRUTURAS E CARACTERÍSTICAS SECUNDÁRIAS
A estrutura e ligação inter-partículas são geralmente aceitas como os mais importantes parâmetros dos solos lateríticos (De Brito Galvão, 1993). Esta estrutura é resultante dos processos químicos sofridos durante o intemperismo, que normalmente mostram uma estrutura granular, onde as partículas de solo, principalmente a argila, formam agregados de vários tamanhos, envolvendo uma grande variação de tamanhos de poros.
Para a maioria dos estudiosos da área de geotecnia, a formação desta estrutura agregada e porosa deve-se à forte presença dos oxi-hidróxidos de ferro, que quimicamente são responsáveis pela floculação das partículas e suas ligações inter-partículas na forma de cimentantes, como pode ser observado nos trabalhos de Newill (1961) e Wallace (1973). Esses trabalhos definiram que o solo laterítico possui uma estrutura granular devido à presença de oxi-hidróxidos de Fe que cobrem a parede dos poros, preenche os vazios e agrega as menores partículas de argila em agregados de vários tamanhos. Botelho da Costa (1973) descreve que a agregação em solos lateríticos decorre também devido à ação floculante (irreversível ou não) dos hidróxidos de ferro ou alumínio.
Esse fenômeno ocorre, segundo ele, porque os hidróxidos de alumínio e os hidróxidos de ferro são anfóteros; têm ponto isoelétrico, sendo eletropositivos para pH inferior e eletronegativos para pH superior àquele ponto. A Tabela 2.4 apresenta os pontos isoelétricos dos hidróxidos.
Tabela 2.4 - Pontos isoelétricos de alguns hidróxidos e amorfos (Van Schuylenborgh e Sanger, 1949).
Mineral Ponto Isoelétrico pH
Gibbsita 4,8
Geles amorfos de Al e Si 8,3
Goethita 3,2
Geles amorfos de Fe 8,5
A magnitude do seu potencial elétrico e a facilidade de floculação do solo serão tanto maiores quanto menos afastado estiver o pH do ponto isoelétrico. Deste modo, floculam para pH suficientemente próximo do ponto isoelétrico, porque, um pouco abaixo deste, têm superfície com carga positiva e, acima dele, têm carga negativa.
Outras áreas das ciências do solo, além de estabelecer a importância aos oxi-hidróxidos de ferro e alumínio na estrutura dos solos tropicais, apresentam como outro fator preponderante a fraca resistência à floculação dos sistemas dominados por íons de Al3+ e H+ em comparação com os solos saturados por elementos alcalinos e principalmente alcalinos-terrosos, típicos de regiões temperadas (Russell, 1961).
Em solos lateríticos, a lixiviação geralmente provoca a libertação de Al3+ da malha cristalina que passa a ocupar posições de troca. À forte retenção do íon trivalente corresponde fraca espessura da camada dupla e forte neutralização das cargas negativas das partículas coloidais, o que principalmente deve explicar o domínio do processo de floculação em sistemas controlados por íons de Al3+ e H+ em comparação com solos saturados por Mg2+ e, sobretudo,
com os saturados com K+ e mais ainda Na+ (Botelho da Costa, 1973).
Os solos ácidos de minerais de argila (típicos de regiões tropicais), com alto teor de íons de Al3+ e H+, são no geral mais facilmente floculáveis do que solos com elevado grau de saturação devido à abundância de alcalinos e/ou alcalinos-terrosos de troca (típicos de regiões temperadas).
Após a discussão neste item, pode-se estabelecer algumas características físicas dos solos tropicais de grande importância para a área geotécnica e oriundas diretamente da estrutura dos solos lateríticos:
• Índices de vazios de solos lateríticos normalmente maiores do que seria ao associado com a distribuição granulométrica, sendo uma função do processo de intemperismo e não está relacionada à história de tensões;
• O índice de vazios de solos lateríticos pode variar bastante, independente da rocha-mãe. Na Tabela 2.5 são dados índices de vazios típicos para solos residuais do Brasil;
Tabela 2.5 - Índice de vazios em solos lateríticos.
Índice de Vazios Referência
0,25 - 1,50 Vargas (1953)
0,30 - 2,15 Sandroni (1985)
0,95 - 2,21 Guori (1986)
0,48 - 2,10 Zongyuan (1986)
Resistências mais baixas e compressibilidades mais altas como conseqüência da estrutura dos solos e a sua pedogênese. Estas características são claramente observadas em Dias (1994); Permeabilidades normalmente mais altas do que seria associada à distribuição granulométrica, como resultado dos elevados índices de vazios.
2.12.2. PLASTICIDADE
Uma das mais importantes propriedades dos solos lateríticos é a plasticidade. Vários são os fatores que podem influenciar nos valores finais do limite de liquidez e do limite de plasticidade. Normalmente a natureza mineralógica e o teor da fração fina, são os principais fatores citados como aqueles que definem praticamente a plasticidade de um solo (Queiroz de Carvalho, 1986). Independente da origem do solo (de região tropical ou temperada), os limites de plasticidade e liquidez aumentam à medida que aumentam os teores de argila no solo.
Em solos formados em regiões tropicais, os principais constituintes argilominerais são os dos grupos da caulinita, ilita e montmorilonita. Um fator também muito importante na plasticidade dos solos, lateríticos ou não, é o seu teor em oxi-hidróxidos de ferro. Queiroz de Carvalho (1986) formula duas hipóteses para explicar a influência dos oxi-hidróxidos na plasticidade:
Se o ferro presente no solo ocorre associado às partículas finas, recobrindo-as ou mesmo cimentando-as, é de se esperar que a plasticidade seja afetada por uma redução nos valores dos limites de liquidez e de plasticidade (Gidigasu, 1976). Assim, a extração deste ferro deve aumentar a plasticidade.
Se por outro lado, o ferro ocorre no solo como partículas discretas ou parcialmente discretas, é de se esperar que o mesmo não tenha efeito (ou se o tiver será em escala reduzida), sobre os valores dos limites de plasticidade e liquidez.
Yong et al. (1980) mostram uma correlação direta da superfície específica com a plasticidade. De acordo com este trabalho, ao se inserir elementos amorfos de sílica e ferro em solos naturais em diferentes proporções, ocorre um acréscimo dos limites de Atterberg em função do aumento da superfície específica no solo tratado. Yong et al. (1992) complementam esta análise, associando o aumento da plasticidade não somente ao aumento da superfície específica, mas também ao da capacidade de troca catiônica (CTC) e ao decréscimo do pH no
ambiente a partir da inserção de amorfos de sílica e ferro no sistema estudado (solos ricos em ilita). Este trabalho também descreve que os amorfos de sílica possuem maior superfície específica e capacidade de troca catiônica (CTC) e, por isso, dão maior incremento aos limites de Atterberg, quando comparados aos amorfos de ferro.
Paul e Barras (1999) mostram que a extração da matéria orgânica de solos pobres neste componente, reduz o limite de liquidez e o índice de plasticidade a valores mais comensuráveis à mineralogia dos solos, enquanto que no limite de plasticidade a redução é menor. Isto demonstra que a plasticidade aumenta de acordo com o crescimento do teor de matéria orgânica em um solo.
Outra característica fundamental da plasticidade em solos lateríticos é a mudança irreversível na desidratação. Solos que contêm hidróxidos de ferro e alumínio podem se tornar menos plásticos, i.e., exibir valores dos limites de Atterberg mais baixos sob secagem. Isto é em parte devido à desidratação dos hidróxidos que cria uma ligação mais forte entre as partículas e resiste à penetração pela água. O processo não pode ser revertido pela re-umidificação. O efeito é observado durante a secagem ao ar, mas é mais evidente na secagem em estufa à alta temperatura (Vargas, 1982; Camapum de Carvalho et al., 1985; Queiroz de Carvalho, 1985).