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CARACTERSTICAS GEOLGICO-GEOTCNICAS DO SOLO RESIDUAL DO GRANITODE MARVO (PORTALEGRE)

GEOLOGICAL AND GEOTECHNICAL CHARACTERISTICS OF RESIDUAL SOIL OFTHE MARVO GRANITE (PORTALEGRE)

Duarte, I.M.R.- Assistente do Dept. de Geocincias da Univ. de voraLadeira, F.L. - Professor Associado do Dept. de Geocincias da Univ. de AveiroGomes, C.F. - Professor Catedrtico do Dept. de Geocincias da Univ. de Aveiro

RESUMO

O solo residual do Granito de Marvo localizado no Distrito de Portalegre, Nordeste Alentejano, chegaa atingir espessuras superiores a 10 metros.Procedeu-se ao estudo mineralgico por difraco de raios X e anlise qumica por fluorescncia deraios X, deste solo, assim como determinao das suas caractersticas geotcnicas: parmetrosgranulomtricos, limites de consistncia, peso especfico dos gros, expansibilidade, permeabilidade,equivalente de areia, teor em matria orgnica, resistncia ao corte directo e triaxial, consolidao emclula edomtrica e compactao.No local, realizaram-se os seguintes ensaios penetromtricos: DPL; CPT; SPT; DPSH.Pretende-se, com este trabalho, contribuir para o conhecimento dos parmetros geotcnicos dos solosresiduais de rochas granticas, que ocorrem em regies de clima temperado.

ABSTRACT

The residual soil derived from the Marvo granite, which occur in the Portalegre District, NEAlentejo, can have more than 10 metres of thickness.This paper presents the mineralogical and chemical analyses using X-ray diffraction and X-rayfluorescence techniques, respectively, and also some geotechnical parameters such as grain sizedistribution, Atterberg limits, particle density, swelling capability, permeability, sand equivalent,organic matter content, shear strength (from direct shear and triaxial tests), consolidation obtained inoedometer test and compaction (standard Proctor compaction test).The results of in situ tests such as DPL, CPT, SPT and DPSH are presented.The present paper aims to contribute to the knowledge of the geotechnical parameters of graniticresidual soils, typical from regions of temperate climate.

1 - CONSIDERAES GERAIS

1.1 - Introduo

A alterao o processo de modificao dos materiais rochosos, na superfcie terrestre ou perto dela,por decomposio qumica e desagregao fsica (ANON,1995). O tipo de alterao e a natureza dosseus produtos fortemente influenciada pelo clima e litologia. Assim sendo, certo tipo de rocha, quepode ser muito afectado pela decomposio qumica em regies tropicais, produz solos comcaractersticas completamente distintas dos solos produzidos pelo mesmo tipo de rocha, mas emcondies climticas mais temperadas.

Os factores dominantes, que controlam o modo como a meteorizao evolui, so a precipitao e atemperatura mdia (Ollier,1984). Entre outros importantes factores, est a periodicidade das mudanasque se verificam relativamente a estas duas variveis.

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A taxa de alterao funo do tipo de rocha, clima (precipitao e temperatura) e geomorfologia(ANON,1995). Alm disso, um macio rochoso intensamente fracturado, logo com umapermeabilidade considervel, tende a alterar-se muito mais rapidamente que outro menos fracturado,consequentemente, menos permevel.

O solo residual o material resultante da alterao da rocha me e que nunca foi transportado do seulocal de origem (Bligt, 1997). Este facto contribui para que os solos residuais possuam caractersticasgeomecnicas distintas das dos solos transportados e redepositados. Estes solos dependemgrandemente das caractersticas herdadas da rocha me, principalmente no que respeita mineralogia, textura e estrutura, factores que so determinantes no seu comportamento geotcnico.

Parmetros tais como: ndices de plasticidade e de consistncia, compacidade relativa, teor em argila,etc., so largamente informativos acerca da deformabilidade e da resistncia dos solos sedimentares; eso muito menos, ou mesmo nada, para os solos residuais (Matos Fernandes et al., 1994).

Nos solos residuais comum verificar-se grande variabilidade da dimenso e forma das partculas, dondice de vazios, dos produtos de alterao, da estrutura, etc., o que dificulta a sua caracterizao, emtermos geotcnicos, quando se recorre aos critrios da Mecnica dos Solos, aplicveis em solostransportados e redepositados.

Por tudo isto, os solos residuais apresentam exigncias especficas na sua identificao ecaracterizao. Para alm das classificaes clssicas da Mecnica dos Solos, devero incluir-se adescrio do perfil de alterao e aspectos qumicos, mineralgicos e fsicos dos materiais presentes(Viana da Fonseca, 1996).

1.2 - Localizao geogrfica

O local escolhido, para os estudos efectuados, foi uma saibreira com um perfil de alterao superior a10 metros, que ocorre no Distrito de Portalegre, Concelho de Marvo, a 2 Km de Marvo, junto aocruzamento da EN 359 com a EN 359-6.

A saibreira constituda por solo residual do Granito de Marvo e est includa na mancha grantica,que consta na Carta Geolgica de Marvo, escala 1/50 000, correspondente folha 29-C do InstitutoGeogrfico e Cadastral (Perdigo, 1976). Est identificada e caracterizada (ficha n 13) na Carta deMateriais do Distrito de Portalegre, escala 1:200 000 (JAE, 1983).

1.3 - Enquadramento geolgico

A regio enquadra-se na Zona Centro Ibrica (ZCI) e faz parte do CEN - Complexo Eruptivo de Nisa(Pereira et al., 1998).O Granito de Marvo, de idade hercnica, contacta os terrenos paleozicos do sinclinal de Portalegre,que metamorfiza. Trata-se de um granito calco-alcalino de gro grosseiro, com fenocristais defeldspato e com duas micas, estas predominantemente biotticas.

Ao microscpio, revelou como minerais essenciais: quartzo, oligoclase, albite-oligoclase, micropertite,microclina-pertite, biotite e moscovite; como minerais acessrios: turmalina, andaluzite, zirco,apatite, minerais negros de ferro e acidentalmente fluorite e silimanite. Os minerais secundrios so:caulinite, sericite, clorite, esfena e calcite (Fernandes in Perdigo,1976).

1.4 - Geomorfologia

O perfil estudado situa-se em plena Serra de S. Mamede, a qual tem locais que ultrapassam os milmetros de altitude, mais precisamente numa encosta virada a NNE, a uma cota aproximada de 800metros.

Prospeco, Amostragem e Caracterizao de Macios

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A regio acidentada possuindo vrias elevaes que rondam os mil metros de altitude. No sop daserra, corre o rio Server, afluente da margem esquerda do Tejo. Para alm deste rio, existem outroscursos de gua, seus tributrios, sendo a ribeira das guas, a mais prxima do local onde se situa asaibreira e para onde confluem as guas de drenagem da rea do macio em estudo.

Devido ao relevo acidentado e ao micro-clima que se verificam na Serra de S. Mamede, sendo estelocal o mais pluvioso do Nordeste Alentejano, existem condies favorveis escorrncia das guasprecipitadas nas encostas, e sua infiltrao nas descontinuidades dos afloramentos rochosos e nasdescontinuidades "relquia" dos solos expostos. Estes factores facilitam a drenagem e a infiltrao,contribuindo para que se verifiquem taxas elevadas de alterao fsica e qumica.

1.5 - Aspectos tectnico-estruturais

Na regio, as rochas magmticas esto representadas por ortognaisses ante-hercnicos e granitoshercnicos, tendo sido os movimentos hercnicos, especialmente os ocorridos na fase Sudtica ouAstrica, e posteriormente na fase Slsica, que preguearam os terrenos sedimentares e provocaram atectonizao dos granitos j ento existentes, bem como a fracturao regional. Essa ltima,possivelmente, foi tambm influenciada pelos movimentos alpinos, pois, por vezes, observa-se terhavido jogo das fracturas e falhas hercnicas (Perdigo, 1976).

A partir do Paleozico superior, a regio manteve-se emersa e sofreu intensa eroso, que ao provocar aalterao e remoo dos terrenos mais superficiais, contribuiu para o aparecimento de fracturas dedescompresso.

A meteorizao dos macios granticos da regio , assim, bastante controlada pelos sistemas dedescontinuidades presentes. Na geopaisagem grantica, o granito apresenta-se em grandes blocos comformas arredondadas, com aspecto de enormes bolas granticas, mais concentradas nas elevaestopogrficas e mais esparsas nos vales onde abundam os perfis de solo residual, revelando alteraodiferencial, dependente de ntido controle estrutural.

2 - ESTUDOS REALIZADOS E RESULTADOS OBTIDOS

2.1- Descrio do perfil e da amostragem

O perfil de alterao do solo residual do granito de Marvo, apresenta uma altura superior a 10 m, umavez que as sondagens penetromtricas demonstram que a espessura do solo se prolonga emprofundidade para alm do material exposto, e apresenta-se praticamente vertical. A saibreira tementre 60 e 80m de largura. Solos do mesmo tipo, so abundantes nos taludes das estradas da regio.

O solo composto por areia grossa siltosa, branca acinzentada ou amarelada. Trata-se de um solomuito frivel e fcil de colher. Possui poucos gros de quartzo e onde os feldspatos se encontrampraticamente alterados. Todavia, por vezes, observam-se fenocristais de feldspato, assim comoalgumas biotites (2 - 5 mm) dispersas, as quais, quando alteradas, conferem uma aurola ferruginosa matriz branca. No topo do perfil, a terra vegetal no ultrapassa os 20 cm de espessura.

Vertical e lateralmente o perfil apresenta-se relativamente homogneo, no que respeita granularidadee cor, exceptuando algumas descontinuidades oblquas. Colheram-se amostras de solo com extractoresa 3 e 8 metros de profundidade, sobre as quais se determinaram: teor em gua, densidades nos estadosnatural e seco e parmetros granulomtricos. Os dados obtidos, ao longo do perfil, comprovaram ainexistncia de uma variao gradual destas propriedades.

Colheram-se amostras remexidas para os ensaios de identificao e compactao, e amostrasindeformadas, a partir de blocos ou em amostradores, para os ensaios de resistncia mecnica ecompressibilidade. Houve dificuldades no processo de amostragem, porque o solo apresentava pouca

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coeso entre partculas e como tal, desagregava-se com facilidade. Colheu-se rocha s e alterada paraanlise qumica e macroscpica.

2.2 - Caracterizao mineralgica e qumica

Caracterizao mineralgica

Uma poro do solo residual grantico de Marvo (fraco inferior a 0.425 mm) foi sujeita difracode raios X (DRX). Utilizando-se os mximos de difraco especficos de cada um dos mineraispresentes nas amostras, pde-se determinar a respectiva composio mineralgica aproximada. Odifractograma correspondente, apresenta-se na Fig.1.

Fig.1 - Difractograma do solo residual grantico de Marvo

A anlise mineralgica identificou a presena de quartzo (Qz); Plagioclase (Plag.), esta ltima, sendoresponsvel pelo caracter calco-alcalino da rocha-me, e que embora alterada, se mantem no soloresidual; feldspato potssico (Feld. K), em menor quantidade e filossilicatos, estes mais abundantesnos finos do solo e que so essencialmente representados por caulinite e ilite/mica.

Os picos da caulinite so bem definidos, facto que prova que a estrutura deste mineral bem ordenada,e que o processo de alterao tpico de relevos com declives acentuados e de condies de drenagemfavorveis.

Anlise qumica

O mtodo adoptado para se proceder anlise qumica do granito so e do respectivo solo residual, foia fluorescncia de raios-X. Os resultados obtidos expressos em percentagens ponderais de xidos doselementos maiores, so apresentados no Quadro 1.

Comparando a composio qumica do granito so e do solo residual, constata-se que a meteorizaoproporciona uma diminuio da percentagem de alguns elementos qumicos, facto devido lixiviaodos elementos caracterizados por possurem maior mobilidade geoqumica, como so os casos de Si,Ca e Na.

O teor de alumnio aumentou no solo residual, pois este elemento tende a ficar retido nos produtos dameteorizao, participando, principalmente, na formao de caulinite, mineral que conjuntamentecom a ilite/mica compe a fraco argilosa do solo residual. Tambm a perda ao rubro aumentousignificativamente, devido incorporao de gua nos minerais argilosos de neoformao, que soaluminossilicatos hidratados.

Prospeco, Amostragem e Caracterizao de Macios

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Quadro 1 - Composio qumica do granito so e do respectivo solo residual

xidos (%) Rocha s Solo residual

SiO2 71,92 59,53Al2O3 15,04 25,07Fe2O3 1,56 1,84MnO 0,04 0,02CaO 0,40 0,04MgO 0.075 mm) e, utilizando um granulmetro de raios X(fraco < 0.1 mm); limites de consistncia, limite de liquidez obtido com a concha de Casagrande(LL) e com o cone penetromtrico BS (LLc), limite de plasticidade (LP) e respectivos ndices deplasticidade (IP e IPc). Com os resultados obtidos foi possvel determinar a actividade do solo (act),ndice de liquidez (IL), ndice de consistncia (IC) e o limite de retraco (LR), bem como parmetrosgranulomtricos, como sejam: o dimetro efectivo (D10), coeficiente de uniformidade (Cu) ecoeficiente de curvatura (Cc).

O solo residual grantico de Marvo, foi classificado com base nas classificaes geotcnicas doSistema Unificado ( ASTM D2487-85, Gomes Correia) e AASHTO (LNEC E 240-1970).

Efectuou-se o ensaio de compactao tipo Proctor, tendo sido possvel determinar o peso volmicoseco mximo (dmx) e o teor em gua ptimo (Wpt.), para este tipo de solo. Determinou-se ainda o

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equivalente de areia (EA), expansibilidade (Exp), permeabilidade (K), peso especfico das partculasslidas (s) e teor em matria orgnica (MO) existente no solo.

Quadro 2 - Caractersticas fsicas e geotcnicas do solo residual grantico de Marvo.

argila(%)

silte(%)

areia(%)

D10 Cc Cu LL(%)

LLc(%)

LP(%)

IP(%)

IPc(%)

1,04 16,01 67,67 0,02 2,5 40 33 38 31 2 7

EA(%)

Exp.(%)

K(m/s)

MO(%)

s(KN/m3)

Act. IL(%)

IC(%)

LR(%)

Classif.unificada

Classif.AASHTO

49 8.2 3,4*10-5 0,11 26,28 1,9 -10,9 11,9 30 SM A-1-b

Wo(%)

o(KN/m3)

d(KN/m3)

eo n dmx.(KN/m3)

Wpt.(%)

C(KPa)

(o)

Cc Cs

9,2 16,97 15,59 0,686 40,7 16,92 16,6 6,7 32,70,12(1)0,25(2)

0,02(1)0,03(2)

Com as amostras indeformadas, realizaram-se ensaios de corte directo em caixa quadrada de 100 cm2

e uma velocidade de corte de 1 mm/min, e ensaios de compressibilidade em clula edomtrica, comuma carga mxima de 3532.8 KPa, seguida de descarga total, que permitiram obter os valores dosndices de compresso (Cc) e de expanso (Cs) apresentados no Quadro 2.

Para o ensaio triaxial, colheram-se amostras com amostradores de parede dupla mas, ao retirar aamostra, devido fraca coeso entre partculas, o solo desagregou-se em placas. Recorreu-se ento aamostras remoldadas, tentando reproduzir o melhor possvel as caractersticas fsicas "in situ". Asamostras, com dimetro igual a 102 mm, foram saturadas (Sr > 95 %), consolidadas e, posteriormente,sujeitas ao corte no drenado, com leitura de presses neutras. A velocidade de deformao imposta nafase de corte foi de 0,15 mm/min. Na fase de consolidao foram realizadas leituras, que permitiramobter dados para estimar o valor do coeficiente de permeabilidade. Os valores dos parmetros deresistncia em termos de tenses efectivas e tenses totais (coeso-c e ngulo de atrito-), bem como omdulo de deformabilidade tangente (Eti), constam no Quadro 3.

Quadro 3 - Valores dos parmetros determinados no ensaio triaxial

Parmetros fsicos iniciais e finais Parmetros geotcnicos obtidos'c

(KPa)d

(KN/m3)Wi(%)

Sr(%)

Wf(%)

K(m/s)

Eti(MPa)

Af Resistnciatotal

Resistnciaefectiva

50 16,65 12,8 95,0 18,6 9,9*10-7 13,074 0,255

100 16,6 12,7 96,6 18,6 3,8*10-7 17,768 0,180

200 16,5 12,7 97,2 18,7 7,5*10-7 24,458 0,145

= 30,6

c = 0 KPa

' = 36,9

c' = 0 KPa

2.4 - Ensaios de penetrao "in situ"

No topo do perfil de alterao do Granito de Marvo, foram realizados os seguintes ensaios depenetrao: o ensaio de penetrao super-pesada (DPSH), ensaio com o penetrmetro dinmico ligeiro(DPL), o ensaio " standard penetration test - SPT" e o ensaio com o penetrmetro esttico (CPT). NaFig.2, pode-se comparar os valores obtidos nos ensaios DPL, DPSH e SPT, em termos de nmero de

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pancadas necessrias para penetrar 10 cm (DPL), 20 cm (DPSH) e 30 cm (SPT). Os valores do CPT,so apresentados em termos de resistncia de ponta (qc), atrito lateral (fs) e razo de frico (Fr) naFig.3.

Fig.2 - Ensaios de penetrao dinmica

Fig.3 - Ensaio de penetrao esttica

SOLO RESIDUAL GRANTICO DE MARVO

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 20 40 60 80 100 120 140

N PANCADASP

RO

FU

ND

IDA

DE

(m

DPL

DPSH

SPT

Re sist ncia de ponta qc (M Pa )

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Pro

f. (

m)

Atrito Lateral fs (MPa)

0

1

2

3

4

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

Fr (%)

0

1

2

3

4

0 2 4 6 8

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3 - CONSIDERAES FINAIS

Dos estudos efectuados e dos resultados obtidos podem retirar-se as seguintes concluses:

3.1 - Perfil de alterao

Ausncia de uma variao gradual das propriedades visuais ao longo do perfil, facto que levou aestud-lo como um todo.

Evidncia no solo da estrutura e textura herdadas da rocha-me, salientando-se as diaclases"relquia", que tm um forte controle sobre a alterao diferencial e que so responsveis por umacerta heterogeneidade nas propriedades destes solos, podendo mesmo surgir blocos de rocha s oumais ou menos alterada, no seio do solo residual. Este gnero de alterao em bolas usual emgranitos de gro grosso (Irfan, 1996).

Dificuldades na execuo da amostragem, devido fraca coeso entre partculas (Quadro 2) e baixa percentagem de argila presente no solo grantico.

3.2 - Mineralogia e geoqumica

A presena de caulinite com boa ordem estrutural, revela que no s o relevo actual, mas tambmo paleorelevo, so caracterizados por declives acentuados que favorecem a drenagem e alixiviao dos elementos qumicos mais mveis (Gomes, 1988).

A relao SiO2/ Al2O3 > 2, significa que a Bissialitizao, foi o processo de meteorizaogeoqumico mais importante na gnese destes solos (Gomes, 1988). A Bissialitizao engloba ofenmeno da arenizao, tpico de zonas temperadas e que consiste na transformao, porhidrlise, das rochas granitides em saibro, formao evoluda que preserva a estrutura da rochaprimitiva embora esta se mostre pouco coesa e fortemente lixiviada (Aires-Barros, 1991).

O valor do ndice de lixiviao encontrado, = 0,56, inferior ao valor obtido para o solo residualdo Granito do Porto, = 0,65 (Viana da Fonseca, 1996), mas superior aos valores determinadosem solos residuais de granitos de regies tropicais, mais precisamente do Brasil, em que variaentre 0,36 e 0,5 (Sert, 1986 in Viana da Fonseca, 1996). A variabilidade deste ndice reflecte ainfluncia que diferentes condies de meteorizao tais como: clima e relevo, actuando em tiposlitolgicos semelhantes, podem originar produtos (solos residuais), com composies qumicasdiferentes, mineralogias distintas e tambm comportamentos fsicos e geotcnicos prprios decada local.

3.3 - Caractersticas geotcnicas

O solo residual do Granito de Marvo, apresenta um peso volmico seco natural baixo(d=15,6KN/m3), prprio de uma estrutura aberta, caracterizada por um volume de vaziosrelativamente elevado (eo= 0,69), estrutura que resulta do processo de lixiviao a que o soloesteve sujeito.

Os parmetros granulomtricos obtidos, revelam tratar-se de um solo com uma granulometriaextensa (Cu=40) e bem graduado (Cc=2.5), mas aqueles parmetros no so to correlacionveiscom as propriedades geomecnicas, como o so para os solos sedimentares. Na verdade eles notraduzem a disposio natural das partculas "in situ", uma vez que as partculas finas seaglomeram em agregados mais grosseiros, proporcionando uma estrutura relativamente porosa quetem reflexos no comportamento hidrulico e mecnico dos solos residuais "in situ".

Prospeco, Amostragem e Caracterizao de Macios

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O solo ligeiramente plstico (IP=2), facto tpico de materiais fortemente arenizados com umacomponente siltosa elevada (SM) e com uma percentagem de argila muito baixa, essencialmentecaulintica e iltica, portanto pouco expansiva.

A resistncia deste solo residual grantico praticamente controlada pelo seu caracter granular,friccional, uma vez que a coeso muito fraca. Os valores obtidos, para o ngulo de atrito,=32,7 (corte directo) e '=36,9 (triaxial), so comuns em solos arenosos.

Os valores obtidos para os ndices de compresso (Cc) e de expanso (Cs), so respectivamentepara amostras pequenas (rea 1=20cm2) de 0,12 e 0,02; e para amostras maiores (rea 2=77cm2)de 0,25 e 0,03. Estes resultados provam que a influncia do tamanho da amostra a ensaiar considervel, neste tipo de solo, quer devido ao tamanho das partculas (ou agregados) em causa,quer ao efeito perturbador do processo de amostragem, que superior em amostras mais pequenas.

A permeabilidade mdia do solo (K= 7,1*10-7 m/s) obtida na fase de consolidao em cmaratriaxial substancialmente menor que a obtida no ensaio de permeabilidade de carga constante(Quadro 3). O valor mdio, deste parmetro, determinado a partir do ensaio edomtrico foiK=2,9*10-9 m/s. Na realidade a permeabilidade um parmetro muito varivel, principalmente emsolos residuais com uma granulometria extensa e cujas partculas mais finas esto, geralmente,agregadas no seu estado natural. O mais correcto seria avaliar este parmetro "in situ", at porquea permeabilidade nas descontinuidades no tida em conta nos ensaios laboratoriais.

3.4 - Ensaios "in situ"

Pela anlise da Fig.2, pode-se concluir que com o penetrmetro super-pesado podem atingir-seprofundidades superiores, praticamente duplas das conseguidas com o penetrmetro ligeiro, nestetipo de solos. Por outro lado, este ltimo ensaio muito mais susceptvel s pequenasheterogeneidades do terreno, como sejam pequenos seixos, diaclases "relquia" preenchidas pormateriais com resistncias diferentes, etc..

No SPT, apesar de se usar o mesmo peso de pilo que no DPSH, o amostrador de Terzaghi temum poder menos penetrativo que a ponteira do DPSH e, oferece maior resistncia lateral, logo huma maior dissipao de energia devido coluna de varas e amostrador. A diferena verificadaentre os dois agrava-se com a profundidade. O SPT muito mais moroso, pois necessrio retirarsempre o amostrador aps um ensaio a determinada profundidade.

O CPT muito sensvel para solos granulares e, a profundidade atingida limitada partida parazonas um pouco mais resistentes, como acontece com frequncia nos solos resultantes da alteraode granitos.

Em suma, o DPSH demonstrou ser o ensaio de penetrao mais indicado para solos residuaisgranitides, pois para alm de atingir profundidades maiores, pode fornecer um registo contnuoda resistncia penetrao.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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