palavras-chave Geotecnia, composição mineralógica, mineral argiloso, compactação, teor de humidade, coesão, ângulo de atrito.
resumo O objectivo principal da presente dissertação que procuramos satisfazer foi investigar a influência das composições granulométrica ou textural e mineralógica de solos argilosos, no seu comportamento geomecânico. Para o efeito, os estudos efectuados tiveram por base um conjunto de 72 amostras de solos colhidas ao longo dos traçados da A8 – Lanço entre Caldas da Rainha e Leiria, e da A15 – Lanço entre as Caldas da Rainha e Santarém.
A amostragem incidiu sobre os níveis de solos argilosos das formações ocorrentes nesses traçados.
A composição mineralógica dos solos foi determinada, quer na fracção constituída pelas partículas de d.e.e. inferior a 0,063 mm, utilizando a difracção de raios X (DRX) e amostras de pó sem orientação preferencial do grão, quer na fracção (argila) constituída pelas partículas de d.e.e. inferior a 0,002mm utilizando também a difracção de raios X (DRX) amostras preparadas sob a forma de agregados orientados.
Para além da caracterização mineralógica, os solos foram caracterizados ainda através da realização de ensaios, tais como: análise granulométrica, limites de consistência, expansibilidade e ensaio de compactação tipo Proctor pesado, ensaio CBR, ensaio edométrico, ensaio de corte directo e ensaio de corte triaxial.
Dada a importância que o tema tratado tem na construção de obras de terra, onde é importante que a compactação dos solos seja optimizada, um aspecto dos estudos realizados que mereceu uma investigação mais detalhada, foi a análise, para diferentes tipos de solos argilosos, da variação dos parâmetros resistentes, coesão e ângulo de atrito interno, em função do teor de humidade com que estes foram compactados. Assim sendo, foram realizados ensaios de corte sobre amostras extraídas de provetes compactados de acordo com a compactação tipo Proctor pesado, nos quais se fez variar o teor de humidade. Tal, permitiu observar a tendência de evolução dos parâmetros resistentes dos solos, de acordo com a diferença entre o teor de humidade do solo e o teor óptimo de compactação, bem como analisar essa mesma tendência em função das composições granulométrica ou textural e mineralógica dos solos estudados.
keywords Geotechnical, mineralogical composition, clay mineral, compaction, moisture content, cohesion and internal attrition angle.
abstract The main goal of the present thesis is to investigate how both texture and minerological composition of clayey soils condition the geomechanical behaviour of such soils. The studies being carried out were based on 72 samples of soils collected along two motorways: A8 (segment between Caldas da Rainha and Leiria, and A15 (segment between Caldas da Rainha and Santarém.
Soil sampling took place on clayey soils occuring in the road segments referred to.
Soils mineralogical composition was determined, either on the granulometric sixe fraction with e.s.d less than 0,063 mm, using X-ray diffraction (XRD) and powder samples without preferred orientation, or the granulometric size fraction with e.s.d. less than 0,002mm using XRD as well and oriented aggregates. Besides mineralogical and textural analyses, the selected soils were submitted to several geomechanical tests, such as: Consistency limits, expansibility, heavy compaction Proctor, CBR, oedometric, direct and triaxial shear
Due to the importance of the studied subject on earth works, requiring the optimization of soil compaction, on of the studies being carried out involved the detailed analysis for distinct clayey soils, of the changes found for resistant parameters, such as, cohesion and internal attrition angle, depending upon the moisture content used for soil compaction. Therefore, shear tests were carried out on test samples of compacted soil using compaction of heavy Proctor type, with disctinct moisture contents. Such allowed to observe the tendency of the evolution shown by the soil resistant parameters, function of both soil moisture contents and soil optimum compaction values. Also, it allowed to establish the dependency of soil resistant parameters, function of both soil texture and mineralogy.
ÍNDICE
Índice ... i
Índice de Figuras... v
Índice de tabelas... xxiii
Capítulo I 1 1 - Objectivos ... 1
Capítulo II 7 2 - Enquadramentos geográficos e geológicos... 7
2.1 - Enquadramento geográfico... 7
2.2 - Enquadramento geológico... 9
2.2.1 - Enquadramento geológico do traçado da A8... 10
2.2.1.1 - Recente... 11
2.2.1.2 - Quaternário... 13
2.2.1.3 - Terciário... 14
2.2.1.4 - Secundário ... 17
2.2.1.5 - Rochas eruptivas ... 27
2.2.2 - Enquadramento geológico do traçado da A15 ... 28
2.2.2.1 - Recente ... 28 2.2.2.2 - Terciário... 30 2.2.2.3 - Secundário... 40 2.2.3 - Geomorfologia ... 43 2.2.3.1 - Traçado da A8... 43 2.2.3.2 - Traçado da A15... 45 2.2.4 - Tectónica... 46 2.2.4.1 - Traçado da A8... 46 2.2.4.2 - Traçado da A15... 48 Capítulo III 51 3 Minerais Argilosos ... 51
3.1 O que são os minerais argilosos ... 52
3.2 Classificação dos minerais argilosos ... 57
3.3 Génese dos minerais argilosos ... 62
3.4.1 Tamanho e forma das partículas ... 63
3.4.2 Superfície específica (SE) ... 65
3.4.3 Capacidade de troca iónica (catiónica e aniónica) ... 66
3.5 Tipos de ligações entre a água e as partículas de minerais argilosos ... 73
Capítulo IV 77 4 Materiais e métodos... 77
4.1 Amostragem... 78
4.1.1 Localização das amostras... 78
4.1.2 Amostras remexidas... 78
4.1.3 Amostras indeformadas... 79
4.2 - Preparação das Amostras... 83
4.3 - Ensaios realizados e metodologia adoptada... 84
4.3.1 - Ensaios de classificação e caracterização mecânica... 84
4.3.1.1 - Análise granulométrica... 84
4.3.1.1.1 - Importância da determinação da composição granulométrica do solo... 84
4.3.1.1.2 - Procedimento de execução do ensaio... 89
4.3.1.2 - Limites de consistência ou de Atterberg... 91
4.3.1.2.1 - Importância da determinação dos limites de consistência... 91
4.3.1.2.2 - Procedimento de execução do ensaio... 97
4.3.1.2.3 - Determinação dos limites de consistência para a fracção < 63mm... 101
4.3.1.3 - Limite de liquidez pelo método do penetrómetro... 102
4.3.1.3.1 - Importância da determinação do limite de liquidez... 102
4.3.1.3.2 - Procedimento de execução do ensaio... 103
4.3.1.4 - Expansibilidade... 106
4.3.1.4.1 - Importância da determinação da expansibilidade do solo... 106
4.3.1.4.2 - Procedimento de execução do ensaio de expansibilidade... 107
4.3.1.5.1 - Importância da determinação do peso volúmico
máximo laboratorial, por compactação do solo... 110
4.3.1.5.2 - Procedimento de execução do ensaio de compactação pesada em molde grande... 111
4.3.1.6 - Ensaio de C.B.R. (California Bearing Ratio)... 114
4.3.1.6.1 - Importância da determinação do C.B.R... 114
4.3.1.6.2 - Procedimento de execução do ensaio de C.B.R... 115
4.3.1.7 - Ensaio Edométrico... 118
4.3.1.7.1 - Importância da realização do ensaio edométrico... 118
4.3.1.7.2 - Procedimento de execução do ensaio edométrico... 119
4.3.1.8 - Ensaio de Corte Directo... 124
4.3.1.8.1 - Importância da realização do ensaio de corte directo.... 124
4.3.1.8.2 - Procedimento de execução do ensaio de corte directo.. 125
4.3.1.9 - Ensaio de Corte Triaxial... 135
4.3.1.9.1 - Importância da realização do ensaio de corte triaxial.... 135
4.3.1.9.2 - Procedimento de execução do ensaio de corte triaxial.. 136
4.3.2 - Determinação da composição mineralógica e química... 141
4.3.2.1 - Difracção de Raios X... 141
4.3.2.1.1 - Importância da utilização da DRX... 141
4.3.2.1.2 - Procedimento de aplicação do método... 142
4.3.2.2 - Espectrometria de Fluorescência de Raios X (FRX)... 150
4.3.2.2.1 - Importância da utilização da FRX... 150
Capítulo V 157 5 - RESULTADOS E DISCUSSÃO DE RESULTADOS... 157
5.1 - Mineralogia dos solos... 158
5.2 - Granulometria ou distribuição dimensional do grão... 169
5.3 - Limites de consistência... 188
5.4 - Classificação dos solos... 195
5.5 - Expansibilidade... 202
5.6 - Ensaio de compactação Proctor... 209
5.7 - Ensaio C.B.R... 211
5.9 - Ensaio de corte directo... 215
5.10 - Ensaio de corte triaxial... 263
Capítulo VI 265 6 -Considerações finais ... 265 6.1 -Conclusões ... 266 6.1.1 - Limites de consistência ... 267 6.1.2 - Expansibilidade ... 268 6.1.3 - C.B.R e Edométrico ... 269 6.1.4 - Corte directo ... 269
6.2 - Propostas para trabalhos futuros ... 271
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 - Esboço do desenvolvimento dos traçados da A8 e A15, definidos a cor de rosa... 7 Figura 2.2 - Pormenor da figura 2.1, com o esboço do desenvolvimento dos
traçados da A8 e A15, definidos a cor de rosa... 8 Figura 2.3 - Ambiente geológico em que se inserem os traçados da A8 e A15... 9 Figura 2.4 - Imagem de uma zona de escavação nas proximidades de Pataias.
Superiormente pode observar-se o nível de solos arenosos de cobertura... 15 Figura 2.5 - Imagem representando um nível de sedimento do Miocénico,
posicionado entre o nível superior do Plio-Plistocénico e o Jurássico. Esta imagem foi colhida no sublanço Valado de Frades – Marinha Grande, ao Km10+050... 17 Figura 2.6 - Esta imagem, mostra a escavação realizada no maciço Cretácico (C
1-2), localizada no sublanço Marinha Grande – Leiria, entre o Km8+000
e o Km8+500... 18 Figura 2.7 - Pormenor do material ocorrente no maciço Cretácico Inferior (C1-2).. 19 Figura 2.8 - Outro pormenor do material ocorrente no maciço Cretácico Inferior
(C1-2)... 19 Figura 2.9 - Imagens da escavação que se estava a executar na formação «Grés
superiores» (J3-4), próximo da localidade de Macarca. Salienta-se que os dois blocos que se observam no canto inferior direito da imagem, têm cerca de 1,20 m de altura... 20 Figura 2.10 - Imagem da formação «Camadas de Alcobaça» (J3c), onde se nota
uma bancada espessa de calcário margoso fossilífero... 21 Figura 2.11 - Pormenor que ilustra um estreito nível argiloso a intercalado no
calcário margoso... 22 Figura 2.12 - Vista de uma escavação no maciço constituído pela formação
«Camadas de Alcobaça» (J3c)... 23
Figura 2.13 - Imagem desta formação «Margas e Calcários de Dagorda» (J1ab),
a marga avermelhada... 25 Figura 2.14 - Imagem da formação «Margas e Calcários de Dagorda» (J1ab),
junto ao encontro Sul do Viaduto da mata da Torre. Nota-se alternância ou bandeado, entre a marga avermelhada e a argila cinzenta... 25 Figura 2.15 - Imagem do contacto entre a formação «Margas e Calcários de
Dagorda» (J1ab) e «Camadas de Alcobaça» (J3c)... 26
Figura 2.16 - Imagem da formação «Margas e Calcários de Dagorda» (J1ab) em
que se pode observar o nível de margas gipsíferas, próximo do final do sublanço Marinha Grande – Leiria... 26 Figura 2.17 - Aspecto das margas na proximidade do filão de Dolerito alterado,
exibindo um bandeado cinzento escuro... 27 Figura 2.18 - Imagem ilustrativa dos depósitos do Plio-Plistocénico que ocorrem
ao Km0+500 do sublanço Caldas da Rainha – Rio Maior... 30 Figura 2.19 - Imagem tomada ao Km1+025 do sublanço Caldas da Rainha – Rio
Maior... 31 Figura 2.20 - Imagem de uma escavação no maciço Plio-Plistocénico após
Inverno anormalmente chuvoso, onde se podem observar fenómenos típicos de erosão... 31 Figura 2.21 - Estrato de areia cinzenta que ocorre num dos ramos do Nó com a
E.N. 115... 32 Figura 2.22 - Aspecto dos depósitos do Plio-Plistocénico observados num talude
de escavação ao Km 4+000 do sublanço Caldas da Rainha – Rio Maior... 32 Figura 2.23 - Calcários margosos existentes no Nó de Malaqueijo, ocorrendo com
duas tonalidades, rosa e amarela. Neste caso, os calcários com tonalidade rosa ocorrem superiormente aos calcários de tonalidade amarela... 33 Figura 2.24 - Pormenor de um bloco existente no estrato calcário. Ao fundo, no
talude pode observa-se alternância entre calcários margosos de tonalidade amarela e calcários margosos de tonalidade rosa... 34 Figura 2.25 - Imagem de uma sequência do Miocénico com níveis argilosos
amarelo-esverdeados e acinzentados, e níveis gresosos esbranquiçados. Imagem colhida ao Km 1+200 do sublanço Malaqueijo – Santarém... 34 Figura 2.26 - Imagens que registam pormenores de um dos níveis argilosos
retratado na figura anterior. Nelas se pode observar o aspecto brilhante e “lustroso” da argila. Na primeira imagem observa-se ainda a presença de gesso associado à argila... 35 Figura 2.27 - Imagem de um calcário margoso e pulverulento, correspondente a
um estrato que ocorre ao Km 6+775 do sub-lanço Malaqueijo – Santarém... 35 Figura 2.28 - Calcário com aspecto pulverulento. Imagem da escavação ao
Km5+150 do sublanço Rio Maior – Malaqueijo... 36 Figura 2.29 - Pormenor de um nível margoso com concreções carbonatadas... 37 Figura 2.30 - Pormenor de um nível margoso com concreções carbonatadas... 37 Figura 2.31 - Imagem de uma escavação no local de construção de uma passagem
superior, numa parte do maciço constituído por margas... 38 Figura 2.32 - Imagem dum depósito do Miocénico (M4), recolhida ao Km5+525
do sublanço Rio Maior – Malaqueijo. Nesta imagem pode observar-se um nível arenoso, com todas aquelas cores, anteriormente referidas, presentes... 39 Figura 2.33 - Pormenor do material correspondente aos níveis mais argilosos... 39 Figura 2.34 - Pormenor do material correspondente aos níveis mais arenosos... 40 Figura 2.35 - Aspecto da formação onde predomina a argila silto-margosa
avermelhada com laivos acinzentados... 41 Figura 2.36 - Aspecto da formação, com alternância dos níveis arenosos,
argilosos, argilo-siltosos e areno-siltosos. Encontro NW do Viaduto da Ribeira da Moita... 42 Figura 2.37 - Pormenor da argila cinzenta (que por sua vez contém finíssimos
leitos da areia), que intercala a argila siltosa vermelho-acastanhada... 42 Figura 2.38 - Pormenor da argila cinzenta contendo finíssimos leitos de areia... 43 Figura 3.1 Representação esquemática de um tetraedro de sílica (a) e de uma
folha estrutural tetraédrica (b)... 53 Figura 3.2 Representação esquemática de um octaedro (a) e de uma folha
estrutural octaedrica (b)... 53 Figura 3.3 Representação esquemática do modelo estrutural da caulinite... 54 Figura 3.4 Representação esquemática do modelo estrutural da ilite... 55 Figura 3.5 Representação esquemática do modelo estrutural da montmorilonite... 56 Figura 3.6 Movimentação das partículas, com a deformação do solo pela
aplicação de uma carga exterior. (a) – situação sem partículas lamelares; (b) - situação com partículas lamelares... 64 Figura 3.7 Ilustração da posição relativa das partículas dum solo: (a) – solo sem
partículas lamelares; (b) – solo com partículas lamelares... 65 Figura 3.8 Representação esquemática da dupla camada difusa que envolve a
partícula de um mineral argiloso... 69 Figura 3.9 Representação esquemática da variação da concentração dos iões em
solução, com a distância à superfície da partícula do mineral argiloso. 69 Figura 3.10 (a) - Modelo hipotético de configuração multi-camadas para a
interface mineral argiloso – água (adaptado de Guven, 1992); (b) – Variação do potencial de superfície (Ψ0) na zona de interface... 72
Figura 3.11 Esquema ilustrativo das duplas camadas difusas de duas partículas com disposição paralela de minerais argilosos (adaptado de Guven, 1992)... 73 Figura 3.12 Ilustração do mecanismo por dipolos de água entre as superfícies de
duas partículas paralelas... 75 Figura 4.1 - Colheita de amostras remexidas... 79 Figura 4.2 - Colheita de amostra indeformada com recurso a percussão na
cravação... 80 Figura 4.3 - Colheita de amostra indeformada com recurso a cravação
estática... 81 Figura 4.4 - Sequência de acções relativas à colheita de amostras indeformadas,
por percussão... 81 Figura 4.5 - Tubo extractor, para colheita de amostra intacta, protegido com gaze
Figura 4.6 - Nesta imagem observa-se uma janela aberta num tubo amostrador,
que permite observar as fissuras existentes numa amostra intacta... 83
Figura 4.7 (a) - Esquema ilustrativo de um solo bem graduado... 85
Figura 4.7 (b) - Curva granulométrica de um solo bem graduado... 85
Figura 4.8 (a) - Esquema ilustrativo de um solo bem calibrado, ou mal graduado... 85
Figura 4.8 (b) - Curva granulométrica de um solo bem calibrado, ou mal graduado.... 85
Figura 4.9 (a) - Esquema ilustrativo de um solo mal calibrado e mal graduado ... 86
Figura 4.9 (b) - Curva granulométrica de um solo mal calibrado e mal graduado... 86
Figura 4.10 - Representação esquemática do significado físico dos limites de consistência. Este esquema foi inspirado num outro in Folques (1987) 93 Figura 4.11 - Pormenores do ensaio de determinação do Wl com a Concha de Casagrande... 99
Figura 4.12 - Representação gráfica da determinação do limite de liquidez (Wl)... 99
Figura 4.13 - Pormenor da determinação do limite de plasticidade... 101
Figura 4.14 - Correlação entre os limites de liquidez obtidos pela realização dos dois métodos (in Head, K. H.,1992)... 103
Figura 4.15 - Equipamento utilizado para a determinação do limite de liquidez pelo método do cone... 105
Figura 4.16 - Representação gráfica da determinação do limite de liquidez pelo método do penetrómetro... 106
Figura 4.17 - Conjunto de peças que compõem o aparelho de expansibilidade... 109
Figura 4.18 - Ensaio de expansibilidade em execução... 109
Figura 4.19 - Pormenor da máquina de compactação utilizada na execução dos ensaios Proctor, com um molde montado... 112
Figura 4.20 - Aspecto do ensaio de compactação Proctor em molde grande... 113
Figura 4.21 - Curva de compactação Proctor correspondente a compactação pesada em molde grande, de um solo silto-argiloso... 113
Figura 4.22 - Fase de embebição do provete de solo compactado... 117
Figura 4.23 - Pormenor da realização do ensaio, com penetração do pistão... 117
Figura 4.24 - Conjunto de peças que constitui a célula de consolidação... 120
Figura 4.25 - Célula de consolidação do ensaio edométrico... 120
Figura 4.27 - Provete montado na célula de consolidação (após realização do
ensaio)... 123
Figura 4.28 - Pormenor da desmontagem da célula... 123
Figura 4.29 - Colocação da primeira porção do solo no molde Proctor... 127
Figura 4.30 - Compactação da primeira porção do solo no molde Proctor... 127
Figura 4.31 - Preparação para a extracção do primeiro provete... 128
Figura 4.32 - Imagem da cravação do molde para a extracção do provete na fase final... 128
Figura 4.33 - Pormenores do processo de extracção do provete... 129
Figura 4.34 - Sequência de operações que permitem saber exactamente onde se posiciona a superfície de ligação entre duas camadas de solo compactado... 130
Figura 4.35 - Cravação do molde para extracção de um provete garantindo que a superfície de separação entre duas camadas compactadas fique no meio do provete, por forma a que no ensaio coincida com a superfície de corte imposta... 131
Figura 4.36 - Colocação do provete na caixa de corte e montagem desta na máquina de corte directo... 132
Figura 4.37 - Gráfico relativo ao ensaio de corte directo realizado com a amostra n.º 15 com tensões verticais de 98.07 kN/m2, 196.14 kN/m2 e 294.21 kN/m2, respectivamente para os cortes 1, 2 e 3... 133
Figura 4.38 - Gráfico que permitirá a determinação dos parâmetros de corte relativos ao ensaio realizado com a amostra n.º15. Neste caso, os valores obtidos para aqueles parâmetros foram: c = 150,27 kN/m2 e φ = 28,75º... 134
Figura 4.39 - Sistema de eixos de aplicação de tensões ao provete de ensaio... 135
Figura 4.40 - Provete dentro da câmara de consolidação, após a realização do corte... 138
Figura 4.41 - Pormenor do provete após ter sido retirado da câmara de consolidação, no final do ensaio de corte... 139
Figura 4.42 - Pormenor do provete após ter sido retirado o encamisamento... 140 Figura 4.43 - Porta amostras de pó para DRX (fotografia cedida pela Sra. Eng.ª
Cristina Sequeira – Departamento de Geociências da. U.A.)... 143 Figura 4.44 - Aparelho de Difracção de Raios X (DRX), difractómetro Phillips
(fotografia cedida pela Sra. Eng.ª Cristina Sequeira –Departamento de Geociências da U.A.)... 143 Figura 4.45 - Esquema de funcionamento de um difractómetro de fonte linear... 145 Figura 4.46 - Secções dos perfis de DRX duma mesma amostra de caulino e
correspondente a quatro montagens (amostra total, fracção < 38µm e fracção < 2µm não orientado e em agregado orientado), em que: K - Caulinite; M – Muscovite; Q – Quartzo; F – Feldspato (in Gomes, 1986)... 147 Figura 4.47 - Lâminas com suspensão diluída para obtenção de agregados
orientados. Na imagem podem observar-se lâminas naturais e tratadas com solução de sal de Mg. A identificação da amostra, do tratamento e do autor, é feita no outro lado da lâmina, por forma a que nunca ocorram enganos... 149 Figura 4.48 - Philips Automatic Bead Machine “Perl X3” , para preparar discos
fundidos das amostras para serem analisadas por Fluorescência de Raios X (fotografia cedida pela Sra. Eng.ª Cristina Sequeira –Dep. Geociências da U.A.)... 151 Figura 4.49 - Esquema de funcionamento de um espectrómetro de Raios X... 153 Figura 4.50 - Pormenor do molde dos discos fundidos (fotografia cedida pela Sra.
Eng.ª Cristina Sequeira – Dep. Geociências da U.A.)... 153 Figura 4.51 - Fornalha de preparação dos discos fundidos (fotografia cedida pela
Sra. Eng.ª Cristina Sequeira –Dep. Geociências da U.A.)... 154 Figura 5.1 - Difractograma da fracção constituída por partículas com diâmetro
esférico equivalente inferior a 0,63 µm, correspondente à amostra J1ab20... 159
Figura 5.2 - Difractograma de agregado orientadosda amostra J1ab 20 (fracção <2 µm), no estado natural... 166 Figura 5.3 - Curvas granulométrica correspondentes às amostras de solo
representativas da formação J1ab , com excepção das localizadas no
Figura 5.4 - Curvas granulométrica correspondentes às amostras de solo representativas da formação J1ab , localizadas no Diapiro de Leiria... 170
Figura 5.5 - Curvas granulométrica correspondentes às amostras de solo representativas da formação J, do Nó de Leiria... 171 Figura 5.6 - Curvas granulométrica correspondentes às amostras de solo
representativas da formação J3c... 171
Figura 5.7 - Curvas granulométrica correspondentes às amostras de solo representativas da formação J3-4... 172 Figura 5.8 - Curvas granulométrica correspondentes às amostras de solo
representativas do Cretácico... 172 Figura 5.9 - Curvas granulométrica correspondentes às amostras de solo
representativas do Miocénico (M4-5)... 173 Figura 5.10 - Distribuição granulométrica das amostras representativas do
Miocénico (M4)... 173 Figura 5.11 - Curvas granulométrica correspondentes às amostras de solo
representativas do Plio-Plistocénico... 174 Figura 5.12 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e. inferior a 0,063mm, relativa à totalidade dos solos amostrados... 175 Figura 5.13 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e. inferior a 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Jurássico (J1ab)... 175
Figura 5.14 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes à % de material de d.e.e. < 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Jurássico (J1ab), em Leiria... 176
Figura 5.15 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes à % de material de d.e.e. < 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Jurássico, no Nó de Leiria... 176 Figura 5.16 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e. < 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Jurássico (J3c)... 177
à % de material de d.e.e < 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Jurássico (J3-4)... 177 Figura 5.18 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e. < 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Cretácico (C1-2)... 178 Figura 5.19 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e < 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Miocénico (M4)... 178 Figura 5.20 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e. < 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Miocénico (M4-5)... 179 Figura 5.21 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e. < 0,063mm, relativa às amostras de solo representativas do Plio-Plistocénico (P)... 179 Figura 5.22 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e. < 0,074mm, relativa à totalidade dos solos amostrados... 180 Figura 5.23 - Distribuição por frequências, das classes de valores correspondentes
à % de material de d.e.e < 0,074mm, relativa à totalidade dos solos amostrados... 181 Figura 5.24 - Distribuição granulométrica do material de d.e.e < 0,063mm,
relativa a um grupo de solos analisados no Sedigraph, modelo 5100, da Micrometrics... 182 Figura 5.25 - Distribuição granulométrica do material de d.e.e < 0,063mm, de
solos pertencentes ao J1ab, analisados no Sedigraph, modelo 5100, da
Micrometrics... 182 Figura 5.26 - Distribuição granulométrica do material de d.e.e < 0,063mm, de
solos pertencentes ao J3c, analisados no Sedigraph, modelo 5100, da
Micrometrics... 183 Figura 5.27 - Distribuição granulométrica do material de d.e.e < 0,063mm, de
solos pertencentes ao M4, analisados no Sedigraph, modelo 5100, da Micrometrics... 183
Figura 5.28 - Distribuição granulométrica do material de d.e.e < 0,063mm, de solos pertencentes ao M4-5, analisados no Sedigraph, modelo 5100, da Micrometrics... 184 Figura 5.29 - Distribuição granulométrica do material de d.e.e < 0,063mm, de
solos pertencentes ao P, analisados no Sedigraph, modelo 5100, da Micrometrics... 184 Figura 5.30 - Distribuição granulométrica, relativa ao grupo de solos em que se
efectuou análise granulométrica por peneiração e no Sedigraph, para a fracção de d.e.e. < 63µm... 185 Figura 5.31 - Distribuição granulométrica, de solos da formação J1ab, em que se
efectuou análise granulométrica por peneiração e no Sedigraph, para a fracção de d.e.e. < 63µm... 185 Figura 5.32 - Distribuição granulométrica, de solos da formação J3c, em que se
efectuou análise granulométrica por peneiração e no Sedigraph, para a fracção de d.e.e. < 63µm... 186 Figura 5.33 - Distribuição granulométrica, de solos da formação M4, em que se
efectuou análise granulométrica por peneiração e no Sedigraph, para a fracção de d.e.e. < 63µm... 186 Figura 5.34 - Distribuição granulométrica, de solos da formação M4-5, em que se
efectuou análise granulométrica por peneiração e no Sedigraph, para a fracção de d.e.e. < 63µm... 187 Figura 5.35 - Distribuição granulométrica, de solos da formação P, em que se
efectuou análise granulométrica por peneiração e no Sedigraph, para a fracção de d.e.e. < 63µm... 187 Figura 5.36 Curvas granulométricas de solos mal graduados... 205 Figura 5.37 Distribuição granulométrica de um grupo de solos. As linhas verticais
a vermelho, verde e amarelo representam, respectivamente, os limites correspondentes às dimensões 0,002 mm, 0,063 mm e 0,425 mm... 208 Figura 5.38 Distribuição granulométrica da fracção constituída pelas partículas de
d.e.e. < 63 µm de um grupo de solos. A linha vertical a vermelho, representa o limite correspondente à dimensão 2 µm. 208
Figura 5.39 - Tensão de corte “versus” tensão vertical aplicada, para três patamares de carga vertical. O ponto assinalado a laranja, corresponde a um ensaio de corte realizado para a tensão vertical intermédia, em que se verificou influência da superfície de contacto entre camadas do Proctor e a superfície de rotura... 216 Figura 5.40 - Tensão de corte “versus” tensão vertical aplicada, para três
patamares de carga vertical. O ponto assinalado a laranja, corresponde a um ensaio de corte realizado para a tensão vertical mais elevada, em que se verificou influência da superfície de contacto entre camadas do Proctor e a superfície de rotura... 216 Figura 5.41 - Variação da coesão em função do teor de humidade, para um grupo
de solos do Jurássico (J1ab)... 218
Figura 5.42 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 218
Figura 5.43 - Variação da coesão em função do teor de humidade, para um grupo de solos do Jurássico (J3c)... 219
Figura 5.44 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para um grupo de solos do Jurássico (J3c)... 219
Figura 5.45 - Variação da coesão em função do teor de humidade, para dois solos do Jurássico (J3-4)... 220 Figura 5.46 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para
dois solos do Jurássico (J3-4)... 220 Figura 5.47 - Variação da coesão em função do teor de humidade, para um grupo -
de solos do Miocénico (M4)... 221 Figura 5.48 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para
um grupo de solos do Miocénico (M4)... 221 Figura 5.49 - Variação da coesão em função do teor de humidade, para um grupo
de solos do Miocénico (M4-5)... 222 Figura 5.50 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para
um grupo de solos do Miocénico (M4-5)... 222 Figura 5.51 - Variação da coesão em função do teor de humidade, para um grupo
Figura 5.52 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para um grupo de solos do Plio-Plistocénico (P)... 223 Figura 5.53 - Variação da coesão em função do teor de humidade, para dois solos
do Cretácico(C1-2)... 224 Figura 5.54 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para
dois solos do Cretácico(C1-2)... 224 Figura 5.55 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor
óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 225
Figura 5.56 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 225
Figura 5.57 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J3c)... 226
Figura 5.58 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para um grupo de solos do Jurássico (J3c)... 226
Figura 5.59 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para dois solos do Jurássico (J3-4)... 227 Figura 5.60 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa
ao teor óptimo de compactação, para dois solos do Jurássico (J3-4)... 227 Figura 5.61 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor
óptimo de compactação, para um grupo de solos do Miocénico (M4)... 228 Figura 5.62 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa
ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Miocénico (M4)... 228 Figura 5.63 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor
óptimo de compactação, para um grupo de solos do Miocénico (M4-5). 229 Figura 5.64 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa
ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Miocénico (M4-5)... 229
Figura 5.65 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Plio-Plistocénico (P)... 230
Figura 5.66 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Plio-Plistocénico (P)... 230 Figura 5.67 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor
óptimo de compactação, para dois solos do Cretácico(C1-2)... 231 Figura 5.68 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa
ao teor óptimo de compactação, para dois solos do Cretácico(C1-2)... 231 Figura 5.69 - Variação da coesão em função do teor de humidade de compactação,
para um grupo de solos do Jurássico (J1
ab)... 232
Figura 5.70 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 232
Figura 5.71 - Variação da coesão em função do teor de humidade de compactação, para dois solos do Jurássico (J3c)... 233
Figura 5.72 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade de compactação, para dois solos do Jurássico (J3c)... 233
Figura 5.73 - Variação da coesão em função do teor de humidade de compactação, para um solo do Miocénico (M4)... 234 Figura 5.74 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade de
compactação, para um solo do Miocénico (M4)... 234 Figura 5.75 - Variação da coesão em função do teor de humidade de compactação,
para um solo do Miocénico (M4-5)... 235 Figura 5.76 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade de
compactação, para um solo do Miocénico (M4-5)... 235 Figura 5.77 - Variação da coesão em função do teor de humidade de compactação,
para três solos do Plio-Plistocénico (P)... 236 Figura 5.78 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade de
compactação, para três solos do Plio-Plistocénico (P)... 236 Figura 5.79 - Variação da coesão em função do teor de humidade de compactação,
para um solo do Cretácico (C1-2)... 237
Figura 5.80 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade de compactação, para um solo do Cretácico (C1-2)... 237 Figura 5.81 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor
óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 238
Figura 5.82 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 238
Figura 5.83 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para dois solos do Jurássico (J3c)... 239
Figura 5.84 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade, para dois solos do Jurássico (J3c)... 239
Figura 5.85 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4)... 240 Figura 5.86 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa
ao teor óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4)... 240 Figura 5.87 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor
óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4-5)... 241 Figura 5.88 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa
ao teor óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4-5)... 241 Figura 5.89 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor
óptimo de compactação, para três solos do Plio-Plistocénico (P)... 242 Figura 5.90 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa
ao teor óptimo de compactação, para três solos do Plio-Plistocénico (P)... 242 Figura 5.91 - Variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor
óptimo de compactação, para um solo do Cretácico (C1-2)... 243 Figura 5.92 - Variação do ângulo de atrito em função do teor de humidade relativa
ao teor óptimo de compactação, para um solo do Cretácico (C1-2)... 243 Figura 5.93 - Variação da tensão de resistência ao corte, em função do teor de
humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 246
Figura 5.94 - Variação da tensão de resistência ao corte, em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para dois solos do Jurássico (J3c)... 246
humidade relativa ao teor óptimo de compactação, um solo do Miocénico (M4)... 247 Figura 5.96 - Variação da tensão de resistência ao corte, em função do teor de
humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4-5)... 247 Figura 5.97 - Variação da tensão de resistência ao corte, em função do teor de
humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para três solos do Plio-Plistocénico (P)... 248 Figura 5.98 - Variação da tensão de resistência ao corte, em função do teor de
humidade relativa ao teor óptimo de compactação, um solo do Cretácico (C1-2)... 248 Figura 5.99 - Variação da tensão de resistência ao corte, em função do teor de
humidade relativa ao teor óptimo de compactação, e da tensão vertical instalada, para o solo J1ab 01... 249
Figura 5.100 - Variação da tensão de resistência ao corte, em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, e da tensão vertical instalada, para o solo P 64... 250 Figura 5.101 - Coesão de um provete com compactação inferior e variação da
coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 251
Figura 5.102 - Ângulo de atrito de um provete com compactação inferior e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 251
Figura 5.103 - Coesão de um provete com compactação inferior e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Jurássico (J3c)... 252
Figura 5.104 - Ângulo de atrito de um provete com compactação inferior e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Jurássico (J3
c)... 252
Figura 5.105 - Coesão de um provete com compactação inferior e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4-5)... 253
Figura 5.106 - Ângulo de atrito de um provete com compactação inferior e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4-5)... 253 Figura 5.107 - Coesão de um provete com compactação inferior e variação da
coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para dois solos do Plio-Plistocénico (P)... 254 Figura 5.108 - Ângulo de atrito de um provete com compactação inferior e variação
da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para dois solos do Plio-Plistocénico (P)... 254 Figura 5.109 - Coesão de um provete com compactação inferior e variação da
coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Cretácico (C1-2)... 255 Figura 5.110 - Ângulo de atrito de um provete com compactação inferior e variação
da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Cretácico (C1-2)... 255 Figura 5.111 - Tensão de resistência ao corte de um provete, com compactação
inferior, e variação da tensão de resistência ao corte, em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Jurássico (J1ab)... 256
Figura 5.112 - Superfície de corte de um provete, preparado para romper pela superfície de contacto entre duas camadas compactadas. Na metade à esquerda da imagem, notam-se muito bem as marcas deixadas na superfícies de compactação, pela base do pilão de compactação, cuja forma é triangular... 257 Figura 5.113 - Coesão de um provete cortado pela superfície de contacto entre
camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 258
Figura 5.114 - Ângulo de atrito de um provete cortado pela superfície de contacto entre camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um grupo de solos do Jurássico (J1ab)... 258
Figura 5.115 - Coesão de um provete cortado pela superfície de contacto entre camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Jurássico (J3c)... 259
Figura 5.116 - Ângulo de atrito de um provete cortado pela superfície de contacto entre camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Jurássico (J3c)... 259
Figura 5.117 - Coesão de um provete cortado pela superfície de contacto entre camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4-5)... 260 Figura 5.118 - Ângulo de atrito de um provete cortado pela superfície de contacto
entre camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Miocénico (M4-5)... 260 Figura 5.119 - Coesão de um provete cortado pela superfície de contacto entre
camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para dois solos do Plio-Plistocénico (P)... 261 Figura 5.120 - Ângulo de atrito de um provete cortado pela superfície de contacto
entre camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para dois solos Plio-Plistocénico (P)... 261 Figura 5.121 - Coesão de um provete cortado pela superfície de contacto entre
camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo do Cretácico (C1-2)... 262 Figura 5.122 - Ângulo de atrito de um provete cortado pela superfície de contacto
entre camadas, e variação da coesão em função do teor de humidade relativa ao teor óptimo de compactação, para um solo Cretácico(C1-2). 262
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 3.1 Classificação dos minerais argilosos cristalinos 60 Tabela 3.2 Valores de CTC e CTA das principais espécies de minerais argilosos 68 Tabela 4.1 - Série de peneiros ASTM utilizada nas análises granulométricas... 90 Tabela 4.2 - Classificação baseada no índice de plasticidade... 96 Tabela 4.3 - Classificação dos solos coerentes quanto à sua consistência... 96 Tabela 4.4 - Classificação das argilas com base em AC, proposta por Skempton.... 97 Tabela 4.5 - Sequência de tensões utilizadas nos ensaios edométricos realizados... 121 Tabela 5.1 - Resultados da análise qualitativa e semiquantitativa dos
difractogramas correspondentes à fracção <63µm dos solos amostrados... 160 Tabela 5.2 - Resultados da análise dos difractogramas correspondentes à fracção <
2µm de um conjunto de solos representativos dos grupos estudados... 163 Tabela 5.3 - Valores das percentagens dos diferentes minerais argilosos no solo... 164 Tabela 5.4 - Valores das percentagens dos diferentes minerais argilosos na fracção
do solo, composta pelas partículas de d.e.e. < 63 µm... 165 Tabela 5.5 - Resultados das análises por Fluorescência de raios X... 167 Tabela 5.6 - Resultados relativos aos limites de consistência... 189 Tabela 5.7 - Resultados dos limites de consistência determinados para as fracções
de solo de d.e.e. < 0,425mm e de d.e.e. <0,063mm, e da análise semiquantitativa dos minerais argilosos, obtidos para um conjunto de amostras. Todos os valores são expressos em %... 192 Tabela 5.8 - Factores de correlação determinados por aplicação do método de
correlação de Pearson... 195 Tabela 5.9 - Classificação dos solos amostrados... 196 Tabela 5.10 - Classificação e distribuição dos 72 solos amostrados e estudados, de
acordo com a classificação de solos para fins rodoviários, utilizando o valor do limite de liquidez obtido pela concha de Casagrande... 199 Tabela 5.11 - Classificação e distribuição dos 72 solos amostrados e estudados, de
acordo com a classificação de solos para fins rodoviários, utilizando o valor de limite de liquidez obtido pelo método do penetrómetro... 199 Tabela 5.12 - Classificação e distribuição dos 99 solos estudados e amostrados em
poços realizados na fase de prospecção da A-8, de acordo com a classificação de solos para fins rodoviários... 200 Tabela 5.13 - Classificação e distribuição dos 131 solos estudados e amostrados em
poços realizados na fase de prospecção da A-15, de acordo com a classificação de solos para fins rodoviários... 200 Tabela 5.14 - Classificação e distribuição dos 72 solos amostrados e estudados, de
acordo com a classificação unificada, utilizando o valor do limite de liquidez obtido, quer pelo método da concha de Casagrande (A), quer pelo método do penetrómetro (B)... 201 Tabela 5.15 - Resultados dos ensaios de expansibilidade realizados... 202 Tabela 5.16 - Representação dos valores de expansibilidade para as fracções <
0,425 mm e < 0,063 mm, para um grupo de solos ... 204 Tabela 5.17 - Representação dos valores de expansibilidade para as fracções <
0,425 mm e < 0,063 mm, bem como a quantificação da esmectite e interestratificados expansivos presentes naquela fracção... 206 Tabela 5.18 - Resultados dos ensaios de compactação tipo Proctor pesado,
realizados... 210 Tabela 5.19 - Resultados dos ensaios de C.B.R., realizados... 211 Tabela 5.20 - resultados dos ensaios edométricos realizados... 212 Tabela 5.21 - Mineralogia da fracção argila para um grupo de solos... 244 Tabela 5.22 - Representação dos valores da percentagem da fracção composta pelas
CAPÍTULO I
1 - OBJECTIVOS
Durante a nossa actividade profissional, na situação de responsável pelo acompanhamento do controlo de qualidade na construção de obras rodoviárias, tivemos oportunidade de estudar e caracterizar centenas de amostras de solos, aplicados ou saneados em terraplanagens realizadas nos trabalhos de construção de diversas estradas e auto-estradas. À construção deste tipo de obras, está sempre associado um caderno de encargos que define as características dos materiais a empregar nas diversas etapas da construção dos aterros, bem como os parâmetros a atingir na aplicação desses materiais.
As prescrições definidas nos cadernos de encargos, variavam de Dono de Obra para Dono de Obra, e variavam ainda em função do tipo de empreitada a realizar. No entanto, em Maio de 1998, a Junta Autónoma de Estradas (J.A.E.), publicou um caderno de encargos tipo que passou a ser adoptado em todas as obras lançadas por aquela instituição, bem como pelos organismos em que se subdividiu (ICOR, IEP e ICERR) e que, actualmente é adoptado pelo IEP resultante da nova “fusão” destes, tendo, igualmente, sido já adoptado por algumas concessionárias actualmente existentes, em particular no que se refere às exigências prescritas para os materiais a adoptar e sua aplicação em obra.
De qualquer modo, exceptuando um ou outro pormenor, as exigências estabelecidas tanto para as características dos materiais empregados, como para as que eles deverão exibir após aplicação em obra, não variam significativamente.
Assim, e em particular no que respeita aos solos utilizados na construção dos aterros, os valores exigidos para os diversos parâmetros que intervêm na sua caracterização são muito semelhantes. Em todos os cadernos de encargos, a definição dos solos a utilizar nas diversas fases de construção dos aterros, é baseada no resultado obtido pela aplicação da classificação de solos para fins rodoviários, sendo geralmente permitida, nos níveis inferiores dos aterros (salvo na base em zonas cuja fundação pode vir a ter o nível freático mais elevado durante o Inverno), e no corpo dos aterros, a utilização de solos de qualidade inferior (solos pertencentes aos grupos A-4 (x) a A-6 (x)), ao contrário dos níveis superiores dos aterros onde a qualidade dos solos a utilizar deve ser superior (pertencentes aos grupos A-1(x) a A-4(x)), devendo ser de excelente qualidade os solos a aplicar nas
camadas de leito de pavimento (grupo A-1(x) e, eventualmente, alguns solos do grupo A-2 com baixo valor para o índice de grupo (x)), exactamente por serem estas camadas as que suportarão o pavimento (entendendo-se por pavimento as camadas de sub-base e base (normalmente constituídas por inertes britados), bem como as camadas de pavimento flexível (constituídas por misturas betuminosas), ou ainda as camadas de pavimento rígido (constituídas por betões de cimento).
Deste modo, as características que permitem, em primeira instância, decidir se dado solo pode ou não ser aplicado na construção do aterro, são a sua distribuição granulométrica e a sua consistência, visto serem estes os parâmetros que permitem classificar o solo em conformidade com a classificação para fins rodoviários.
Relativamente aos solos a usar nos níveis superiores dos aterros, para além de terem que pertencer a determinados grupos classificativos, terão ainda que cumprir algumas exigências relativamente a outros parâmetros, como por exemplo, o equivalente de areia, a absorção de azul de metileno e o índice de CBR.
Caso o resultado da classificação dos solos permita a sua aplicação em obra, procede-se então à determinação dos restantes parâmetros que os caracterizam, dos quais alguns irão ainda permitir a realização do controlo de qualidade da sua aplicação em obra, como são os casos dos valores de baridade máxima teórica e teor óptimo de humidade, obtidos pela realização do ensaio de compactação Proctor.
No que respeita às exigências relativas aos valores a obter no controlo de qualidade a incidir nas diversas camadas de solo compactado, estas prendem-se com o grau de compactação atingido (função da razão entre a baridade seca determinada na camada e a baridade máxima teórica obtida em laboratório através da realização do ensaio Proctor com uma amostra do mesmo solo) e ainda com o teor de humidade existente na camada. Regra geral, os limites mínimos aceites para o grau de compactação são 95% nas camadas inferiores de aterro (excepto nos casos em que a base do aterro é executada com solos melhores), e 97% nas camadas superiores do aterro. Quanto ao teor de humidade, admite-se normalmente, na maior parte dos cadernos de encargos, uma variação de ±1% relativamente ao teor óptimo de humidade.
Salienta-se que, relativamente aos parâmetros de resistência ao corte, normalmente nada é prescrito em caderno de encargos, não se baseando a avaliação da estabilidade da geometria dos taludes de aterro, definida em projecto, naqueles parâmetros determinados
em condições idênticas àquelas em que estes se encontrarão após aplicação em camada. Nos casos em que a geometria dos taludes de aterro provém de análise de estabilidade dos taludes (situações que constituem honrosas excepções aos procedimentos normalmente adoptados), os cálculos são geralmente efectuados com base em valores comuns na bibliografia existente, a qual, por seu turno, se baseia em resultados obtidos pela realização de ensaios de corte em amostras intactas ou em provetes de amostras preparadas sem compactação idêntica àquela que se utiliza nos ensaios de compactação Proctor. Quando no projecto se apresenta o cálculo de estabilidade dos taludes de escavação, este é realizado com base em ensaios realizados em amostras intactas ou em dados constantes da bibliografia.
Para além do anteriormente referido, infelizmente para boa parte das situações, a definição das inclinações a adoptar para os taludes de aterro, e muitas vezes também para os taludes de escavação, é condicionada em função das áreas de expropriação existentes, as quais são muitas vezes minimizadas, especialmente nas zonas em que a valorização dos terrenos é mais elevada, conduzindo a uma tendência de “verticalização” dos taludes.
Tendo em atenção a problemática relativa ao cálculo de estabilidade em taludes de aterro, anteriormente referido, duas questões assumem grande importância:
- as características que os solos deverão apresentar são definidas em caderno de encargos, em função das diferentes zonas dos aterros onde esses solos serão colocados, garantindo uma boa resposta do aterro face às solicitações de utilização, por um lado, e em função dos problemas de deformação e de assentamento da fundação, por outro; no entanto, um outro aspecto que parece ficar um pouco esquecido, é o da estabilidade dos taludes, dependente das características de resistência ao corte dos materiais aplicados no aterro; de facto, as características definidas para os solos a aplicar nas diversas fases de construção dos aterros, para além de não contemplarem os seus parâmetros de resistência ao corte, são as mesmas para qualquer aterro, independentemente da sua geometria, nomeadamente:
o da sua altura, sendo que, regra geral, são exigidas as mesmas características para todos os aterros da mesma empreitada, mesmo que nelas existam aterros com alturas muito diferentes;
o da sua largura, uma vez que não há diferenciação, mesmo para aterros altos, entre os aterros executados para a plena via e os aterros executados para a construção de ramos de entrada ou saída da plena via ou ainda para a implementação de restabelecimentos de trânsito;
o do seu traçado, ou seja, não depende do facto de o aterro se desenvolver em recta ou em curva, sendo que esta situação não será importante para um aterro largo de plena via, mas poderá ser importante, por exemplo, para um aterro mais estreito e alto, como muitas vezes é o caso de ramos de acesso à plena via.
- a classificação dos solos utilizada, tal como já se referiu, é função da distribuição granulométrica e da consistência dos solos; no entanto, solos com distribuição granulométrica semelhante podem assumir, para o mesmo teor de humidade, diferentes valores de consistência, função da natureza mineralógica das partículas que os constituem, particularmente por minerais argilosos, bem como da quantidade de cada tipo mineralógico presente.
De um modo geral assume-se que nos solos em que a fracção grosseira é predominante, o seu comportamento é “comandado” por essa fracção, sendo o comportamento dos solos, em que predomina a fracção fina, dependente das características dessa fracção. De resto, mesmo a norma que define o procedimento para a determinação dos limites de consistência define a sua aplicabilidade apenas aos solos em que a fracção constituída pelas partículas com diâmetro esférico equivalente inferior a 2 µm, é superior a 30%, considerando que nas situações em que tal não se verifica, a determinação dos limites de consistência ou de Atterberg é desprovida de sentido.
Assim, por outro lado, solos com distribuição granulométrica semelhante podem ter na sua constituição partículas de diferentes tipos mineralógicos, mas presentes em
tais proporções que contribuem para a obtenção de idênticos valores para os limites de consistência.
Face a estas questões, tornou-se importante compreender melhor a relação existente entre a presença de diferentes tipos mineralógicos na fracção fina dos solos e o seu comportamento mecânico. Este estudo tem particular interesse na investigação do comportamento de solos argilosos.
Importava ainda perceber até que ponto a classificação normalmente utilizada para a escolha de solos a aplicar na construção de aterros é ou não permissiva quanto à qualidade dos solos a aplicar em obras rodoviárias.
Relativamente aos parâmetros de resistência ao corte dos solos aplicados em aterros, pretende-se estudar a sua alteração quando se variam os teores de humidade dos solos compactados, ou quando se variam os valores do grau de compactação relativa das camadas de solo aplicadas.
Para realizar este estudo, importava proceder a uma amostragem variada, no sentido de possibilitar a recolha de materiais com composições mineralógicas distintas, que permitissem garantir uma significativa diversidade de comportamentos.
Decidimos então realizar este estudo, com materiais a recolher em diversos locais inseridos na construção da A8 e da A15, cujos trabalhos de prospecção estávamos a acompanhar na qualidade de coordenadora da equipa da Universidade de Évora, de acordo com protocolo estabelecido entre a Universidade de Évora e a Nova Estrada A.C.E., empresa que promovia a elaboração dos projectos de execução daquelas duas auto-estradas, da concessionária Auto-estradas do Atlântico. Assim, para além de poder desenvolver um trabalho com solos variados, detinha já um conhecimento mais vasto sobre estes materiais, as suas características, os locais em que ocorriam as diversas formações e o projecto de execução que definia a sua reutilização.
CAPÍTULO II
2 - ENQUADRAMENTOS GEOGRÁFICO E GEOLÓGICO 2.1 – Enquadramento geográfico
Como já se referiu no capítulo I, os estudos desenvolvidos na presente dissertação incidiram sobre materiais recolhidos ao longo dos traçados da A8 (lanço entre Caldas da Rainha e Leiria) e da A15 (lanço entre Caldas da Rainha e Santarém). Nas figuras 2.1 e 2.2 apresentam-se esboços do desenvolvimento destes dois traçados.
Figura 2.2 – Pormenor da figura 2.1, com o esboço do desenvolvimento dos traçados da A8 e A15, definidos a cor de rosa
A auto-estrada A8 (continuação do lanço existente entre Lisboa e Caldas da Rainha), desenvolve-se entre a cidade das Caldas da Rainha e a cidade de Leiria, paralelamente à costa, numa extensão de 46,5 km. Nela existem dois túneis, um na zona da Tornada e outro em Cela Velha, 7 Nós de ligação, 10 Viadutos e 34 Obras de arte correntes (22 Passagens superiores e 12 Passagens inferiores).
A auto-estrada A15 desenvolve-se entre Caldas da Rainha e Santarém, com implantação quase ortogonal à A8 ao longo de 37 km, possui 6 Nós de ligação, 10 viadutos e 40 Obras de arte correntes (29 Passagens superiores e 11 Passagens inferiores).
2.2 – Enquadramento geológico
O ambiente geológico em que se inserem os traçados da A8 e A15, representa-se na figura 2.3, correspondente a um excerto da carta geológica à escala 1 / 1.000.000
Legenda: QA - Plistocénico (Q) e Holocénico (A); MP∅ - Miocénico (M), Pliocénico (P) e Paleogénico (∅); Cs – Cretácico superior; Cm – Cretácico médio; Ci – Cretácico inferior;
Js – Jurássico superior; Jim – Jurássico médio e inferior
Com base nas cartas geológicas, correspondentes aos locais de implantação dos dois traçados de auto-estrada, na amostragem realizada na fase de prospecção, e ainda na cartografia de superfície realizada, pode definir-se com pormenor o enquadramento geológico destes dois traçados.
Muito embora os trabalhos de prospecção tenham permitido uma cartografia detalhada destas ocorrências, que se apresenta em anexo, ela não é descrita com esse pormenor dado ele não ser necessário tendo em atenção o objectivo desta dissertação.
Por uma questão de organização descreve-se separadamente o enquadramento dos dois traçados.
2.2.1 – Enquadramento geológico do traçado da A8
Em anexo apresenta-se a cartografia geológica tida em consideração
As diferentes unidades lito-estratigráficas constituintes do ambiente geológico local constam na seguinte coluna:
RECENTE - At - Depósitos de aterro - So – Solo orgânico ou arável - a – Depósitos aluvionares
- a/Co – Depósitos alúvio-coluvionares - Dv – Depósitos de vertente
QUATERNÁRIO - Depósitos de terraço fluvial (Q) TERCIÁRIO - P - Pliocénico
- M - Miocénico SECUNDÁRIO - Cretácico
C3 - Cretácico Médio C1-2 - Cretácico Inferior
- Jurássico
J3-4 - «Grés superiores» J3c - «Camadas de Alcobaça»
J1ab - «Margas e Calcários de Dagorda»
ROCHAS ERUPTIVAS - δ - Doleritos
Procede-se em seguida à descrição das características litológicas, estruturais e modos de jazida, entre outros aspectos mais específicos, das diferentes unidades individualizadas, aludindo-se genericamente às características geotécnicas mais marcantes.
2.2.1.1 RECENTE - Depósitos de aterro (At)
Os materiais de depósitos de aterro têm fraca representatividade ao longo dos traçados em análise.
Estão associados às estradas e caminhos existentes e agora interceptados pelo traçado implantado (que, regra geral, são constituídos por materiais certamente recolhidos em locais próximos dos locais em que foram aplicados), e com os materiais de depósito de entulhos, rejeitados em locais com forte implantação urbana.
- Solo orgânico ou arável (So)
Recobrindo com carácter generalizado os terrenos ocorrentes ao longo dos traçados está presente um horizonte superficial de solos orgânicos ou aráveis, resultantes da alteração pedogénica promovida pelas condições hidroclimáticas prevalecentes na região e pelas características de alterabilidade dos maciços interessados.
O horizonte de terra vegetal evidenciou composição litológica concordante com a natureza dos terrenos de base.
Nos trechos que interferem com os depósitos Plio-Plistocénicos, os solos orgânicos exibem composição areno-siltosa e, menos frequentemente, areno-argilosa. Quando o ambiente geológico é dominado pelos terrenos Jurássicos, ocorrem materiais essencialmente argilo-siltosos.
A matéria orgânica (húmus) está representada por restos vegetais e por disseminações na matriz dos solos, fazendo parte dum horizonte superficial de solo de coloração castanho escura, com espessura variável oscilando entre cerca de 0.2 e 1.5m, função sobretudo da agressividade dos declives naturais circundantes. Assim, nas zonas de relevo mais acidentado, o horizonte de solos orgânicos assume reduzida expressão, não ultrapassando, regra geral, espessuras além de 40cm ou 50cm. Nas zonas de cotas mais baixas, correspondentes às depressões mais pronunciadas da topografia, em boa medida ocupadas pelas deposições aluvionares e alúvio-coluvionares, este horizonte tende a apresentar um desenvolvimento mais significativo, atingindo geralmente valores em torno de 0.8 a 1m de espessura.
- Depósitos aluvionares (a)
Os depósitos aluvionares ocorrem sempre na dependência das linhas de água existentes e com as quais o traçado interfere. São depósitos muito descomprimidos com consequente comportamento geotécnico muito débil, justificando, em muitas situações a necessidade de análise complementar, face às características dos aterros a implantar e/ou à espessura desses depósitos, por forma a que se estudassem soluções geotécnicas que garantissem a estabilidade desses aterros.
Na sequência desses estudos, decidiu-se pelo saneamento de alguns depósitos aluvionares muito pequenos e verificou-se a necessidade de tratar algumas outras baixas aluvionares quando a sua espessura era significativa.
- Depósitos alúvio-coluvionares (a/Co)
Englobaram-se nesta unidade os depósitos alúvio-coluvionares que se estabelecem em relação com as depressões associadas a linhas de água secundárias, de carácter sazonal
e/ou de enxurrada, de regime de transporte apenas durante parte do ano hidrológico ou imediatamente após os períodos de maior pluviosidade.
Trata-se de deposições localizadas, de geometria transversal em forma de lente, formadas à custa da deposição de materiais carreados dos relevos circundantes, associando geralmente sintomas de reduzido transporte.
- Depósitos de vertente (Dv)
A inserção do traçado da via rodoviária em zona de sopé de vertentes com grande desenvolvimento concorre para a ocorrência deste tipo de deposições. São depósitos recentes, originados à custa da desarticulação e desmantelamento progressivo das encostas, com geometria transversal em cunha. Exibem, como reflexo da génese pouco selectiva, composição bastante heterogénea, representada por fragmentos e blocos rochosos de natureza calcária e gresosa, envoltos numa matriz de granulometria extensa.
2.2.1.2 - QUATERNÁRIO
- Depósitos de terraços fluviais (Q)
Os terraços fluviais ocorrentes, fracamente representados ao longo do traçado, afloram apenas sob a forma de duas manchas, entre os Kms 7+050 e 7+240 e entre os Kms 7+840 e 7+980 do sub-lanço Marinha Grande - Leiria .
São depósitos gerados à custa da acção morfogenética da rede fluvial, correspondendo a testemunhos de antigas planícies de inundação. O posterior encaixe da superfície aluvial, em resultado de uma intensificação da erosão vertical e/ou de uma descida generalizada do nível de base regional, determina a ocorrência de depósitos escalonados a diferentes altitudes.
Os depósitos de terraço interferidos pelo traçado da via rodoviária representam o nível regional que se estabelece sensivelmente entre as cotas 60-75m.
Nos trechos referidos e com base nos trabalhos de prospecção realizados, foram registadas espessuras de depósitos de terraço variáveis entre cerca de 3.5 e 6.5 m.
São constituídos por areias de granulometria fina a média, com importante fracção detrítica grosseira, de coloração acastanhada. Os elementos grosseiros, representados sob a forma de seixos e calhaus de natureza siliciosa (quartzo e quartzito), exibem elevado grau de rolamento.
2.2.1.3 TERCIÁRIO - Plio-Plistocénico (P)
Esta cobertura sedimentar bordeja, com carácter quase generalizado, as vertentes que enquadram o desenvolvimento do traçado assentando transgressivamente sobre os terrenos margosos da unidade Jurássica J1ab. Junto ao contacto (que possui inclinação acentuada)
entre as formações, a espessura de materiais Pliocénicos é pouco expressiva, aumentando com o afastamento em direcção ao núcleo do «Vale Tifónico» de Caldas da Rainha.
Os depósitos ocorrentes no sub-lanço Caldas da Rainha - Valado de Frades, representam o período final do Pliocénico, de fácies continental fluvial e ocorrem em camadas com estratificação horizontal.
No sub-lanço Valado dos Frades - Marinha Grande, ocorrem pontualmente níveis lentículares, pouco espessos, de acumulações com abundante matéria orgânica, constituindo os vulgarmente designados depósitos de lignitos (carvões pobres lenho-celulósicos). Neste sub-lanço, os depósitos Plio-Plistocénicos apresentam maioritariamente, fácies sedimentar marinha, dispondo-se igualmente em camadas com estratificação sub-horizontal. Em alguns locais, à semelhança do verificado no lanço Caldas da Rainha – Valado de Frades, relativamente ao Pliocénico, quando se fazem sentir os fenómenos de deformação dúctil da estrutura diapírica de base, a estratificação apresenta-se arqueada, desenhando dobras em sinclinal com grande raio de curvatura. O ambiente paleogeográfico de deposição dos terrenos Pliocénicos conferiu alguma heterogeneidade composicional aos materiais ocorrentes. Regra geral, são constituídos por areias de granulometria fina e média, com fracção silte e argila em maior ou menor quantidade, de coloração amarelada, acinzentada e acastanhada clara. Alguns níveis patenteiam componente detrítica grosseira, representada por seixo quartzoso disperso.
Determinados horizontes arenosos associam percentagens de finos muito reduzidas (areias uniformes). Intercalam, contudo, com alguma frequência, horizontes de solos finos, de composição silto-argilosa e argilo-siltosa predominantes.
Os terrenos Plio-Plistocénicos estão quase exclusivamente representados por areias de granulometria média e fina, bem calibradas, com componente fina siltosa e/ou argilosa em reduzida quantidade, e apresentam coloração amarelada, acastanhada clara, esbranquiçada e alaranjada. Alguns horizontes, sobretudo em relação com os níveis de base destes depósitos, incluem componente detrítica grosseira de seixo e calhau quartzoso rolados. Ocasionalmente, envolvem alguns níveis de materiais finos, levemente micáceos, de composição argilo-siltosa e silto-argilosa.
Marcando episódios de sedimentação em ambiente continental no período Pliocénico terminal ocorrem ainda, e de forma pontual, níveis muito pouco espessos de materiais ricos em matéria orgânica.
Na figura 2.4, apresenta-se uma imagem desta formação colhida no sub-lanço Valado de frades Marinha Grande.
Figura 2.4 – Imagem de uma zona de escavação nas proximidades de Pataias. Superiormente pode observar-se o nível de solos arenosos de cobertura
