GEOLOGIA DE ENGENHARIA

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MECÂNICA DOS SOLOS E GEOTECNIAMECÂNICA DOS SOLOS E GEOTECNIA
GEOLOGIA DE ENGENHARIAGEOLOGIA DE ENGENHARIA
Autor: Me. João Vitor Rodrigues de Souza
Revisor : Suely Medeiros Gama
IN IC IAR
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introdução
Introdução
Na Engenharia, o solo apresenta um papel fundamental, atuando como
matéria-prima para construção, como material natural ou mesmo na forma in
natura .   Assim, para elaborar projetos e realizar obras com segurança e
economia, torna-se indispensável conhecer suas características de
identi�cação e de classi�cação, que em geral são as propriedades de
engenharia de um solo.
Este capítulo abordará os conceitos básicos que envolvem o solo.
Apresentaremos um breve histórico dessa área da ciência; falaremos sobre os
processos de formação de um solo; fatores que atuam nas modi�cações
físico-químicas dos minerais e rochas; formas e tamanho de partículas; os
conceitos básicos relacionados às propriedades físicas do solo.
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Vamos começar esta unidade revendo um pouco da história dessa Ciência do
Solo e do seu ramo que mais especi�camente aprofundaremos: a Mecânica
dos Solos.
Desde os primórdios da civilização, o povo reconhecia a importância dos
solos, e os costumes de seus seguidores evoluíram em uma especial ligação
com a “mãe terra”. Os povos Mesopotâmicos, Egípcios, Indianos, Chineses,
Astecas e Incas usavam o solo com a prática de agricultura e pastoreio, e,
paralelamente, buscando decifrar seus segredos e aprender mais com ele. Foi
nessa época que surgiram as primeiras observações sobre o solo: o porquê
de determinado cultivo desenvolver em um local; a capacidade do solo em
produzir (fertilidade); o porquê que um solo necessitava de mais água que
outro; e assim por diante. O conhecimento então deixava de ser algo
compartilhado igualmente entre todos, e passava a ser difundido entre
estudiosos de diversas áreas da ciência.
Em 1776, o físico francês Charles Augustin de Coulomb estudou o problema
das pressões laterais da terra nas estruturas de retenção. Ele usou a teoria do
A História da Mecânica dos SolosA História da Mecânica dos Solos
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equilíbrio de limites, que considera o bloqueio do solo em falha como um
corpo livre, a �m de determinar a pressão horizontal limitante da terra. Foi a
primeira obra de valor relacionada a essa área da ciência.
Quase 80 anos mais tarde, o também francês Henry Darcy estudou o �uxo de
�uidos através de �ltros de areia utilizados no sistema de tratamento de água
da cidade de Paris. Através de seus experimentos, descobriu que a vazão era
proporcional à diferença de pressão ao longo do �uxo, à área da seção do
conduto e a uma constante característica do meio poroso e do �uido, além de
inversamente proporcional ao comprimento do conduto. Tal descoberta foi
de suma importância e explica, até hoje, alguns �uxos hidráulicos como
�ltros, reservatórios de petróleo e aquíferos.
No início do século XX, Albert Mauritz Atterberg abordou os primeiros
mecanismos de limites de tamanho de partícula. Propôs uma classi�cação das
argilas de acordo com a consistência, usando a água como parâmetro
limitante (índice de plasticidade, limite de plástico e limite de líquido). A escala
granulométrica Atterberg ainda permanece sendo utilizada como referência.
No ano de 1925, o Prof. Karl Terzaghi publicou o seu famoso livro
Erdbaumechanik. A obra constitui um marco decisivo na nova orientação a ser
seguida no estudo do comportamento dos solos. Àquela data, nascia a área
da ciência chamada de Mecânica dos Solos, isto é, a mecânica dos sistemas
constituídos por uma fase sólida granular e uma fase �uida.
Diversas áreas da ciência se intercalam e, por vezes, sobrepõem campos de
atuação. Assim, é inevitável confundirmos qual a aplicação de determinada
área. Na lista abaixo, conheça algumas das áreas da ciência que abordam o
conhecimento sobre a Terra em outras perspectivas:
Mineralogia: dedica-se ao estudo da composição química,
propriedades físicas, estrutura, aparência, estabilidade, ocorrência e
associações dos minerais;
Geologia: aborda a descrição dos materiais que constituem o globo
terrestre, o estudo das transformações atuais e passadas que se
processaram na Terra;
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Geomorfologia: estuda a origem e a estrutura das formas de relevo,
identi�cando as ações naturais atuantes;
Edafologia: ramo da ciência que estuda a in�uência dos solos nos
seres vivos, abordando principalmente a interferência do uso da
terra pela humanidade para o crescimento das plantas.
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O conceito de solo apresenta diferentes conotações, conforme o tipo de
abordagem que se tem. Na agronomia, por exemplo, entende-se como uma
pequena espessura da superfície terrestre. Na engenharia, é chamado de solo
qualquer material proveniente da decomposição da rocha, escavável com o
auxílio de pás, picaretas ou escavadeiras. Por não ter um signi�cado intuitivo,
o conceito usualmente utilizado é o da ABNT (NBR 6502), que o de�ne como
“Material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes
físicos ou químicos, podendo ou não ter matéria orgânica” (ABNT, 1995), ou
simplesmente, produto da decomposição e desintegração da rocha pela ação
de agentes atmosféricos.
A ação contínua do intemperismo tende a desintegrar e decompor as rochas,
dando origem ao solo. A forma mais conhecida concebe-as a partir de sua
origem, isto é, a partir do processo que resultou na formação dos seus
diferentes tipos. Nessa divisão, existem três tipos principais: as rochas ígneas
ou magmáticas, as rochas metamór�cas e as rochas sedimentares.
A Formação do SoloA Formação do Solo
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Figura 1.1 - Os três grandes grupos rochosos e seus diferentes processos de
formação
Fonte: Teixeira  et al.  (2009, p. 105).
Nos tópicos a seguir, entenderemos melhor os tipos de rocha, os conceitos
que envolvem o intemperismo e como os fatores atuam sobre as rochas para
originar o solo.
Tudo isso está ligado às placas tectônicas. Os processos tectônicos constroem
formas de relevo, causando a elevação ou subsidência de material rochoso,
de camadas da crosta terrestre, lavas derretidas e até grandes massas que
incluem toda a crosta e a parte superior do manto do planeta. Em algumas
áreas, esses processos resultam em altas elevações, como montanhas e
planaltos. Em outros, eles produzem depressões topográ�cas, como
exempli�cado no Vale da Morte no oeste dos Estados Unidos, no Mar Morto
no Oriente Médio ou na Depressão de Turfan no oeste da China. Praticamente
todas as áreas abaixo do nível do mar foram formadas por processos
tectônicos.
reflita
Re�ita
Já parou para pensar como que são formadas as montanhas? Ou mesmo os vales? Ou
então, por que que ocorrem terremotos?
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Intemperismo
O intemperismo é entendido como um conjunto de modi�caçõesde ordem
física, química e biológica que as rochas sofrem na superfície da Terra. Os
produtos resultantes do intemperismo são friáveis e sujeitos às forças que
atuam na superfície terrestre, podendo se deslocar. Assim o material pode
sofrer erosão, transporte e sedimentação.
Intemperismo Físico
O principal mecanismo físico intempérico que atua em rochas e minerais é a
desintegração. Como o próprio nome sugere, quando o material de origem é
submetido a algum evento físico (choque, queda etc.), ocorre uma
desagregação dos minerais em tamanhos cada vez menores, mas sem
qualquer alteração das características químicas do mineral. Com a redução do
tamanho das partículas, a superfície de contato aumenta, o que possibilita
que haja maior interferência do processo no mineral.
Existem, basicamente, três mecanismos físicos comuns que atuam como
agentes intempéricos físicos: variações de temperatura, alívio de pressão e
ciclo de gelo/degelo.
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Quando ocorre uma oscilação da temperatura - hora mais quente, hora mais
frio - qualquer matéria responde automaticamente a isso, dilatando e
contraindo. Com as rochas, esse mecanismo não é diferente. Esse processo
de dilatar e contrair gerar �ssuras, pequenas aberturas que, com o passar do
tempo (e intensidade do processo) vão alargando. Somado a isso, como
vimos, a rocha é composta por uma enorme quantidade de minerais. Cada
um deles possui coe�ciente de dilatação próprio. Isso faz com que cada
mineral presente na rocha se comporte de determinada forma às variações
térmicas. Todo esse processo é ainda mais acentuado em ambientes
desérticos, locais estes que apresentam uma amplitude térmica enorme, com
dias quentes e noites frias. Além da variação térmica, a umidade do ar, aliada
à temperatura, também exerce uma forte ação intempérica sob as rochas.
Como vimos, a água pode percolar pela rocha, dentre os poros existentes.
Quando há uma redução da temperatura, essa água presente na rocha pode
congelar. Consequentemente, quando isso acontece, seu volume aumenta,
Figura 1.2 - Intemperismo físico ocasionado pela aridez climática
Fonte: ThorstenF / Pixabay.
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exercendo uma força de expansão no mineral. Tal força, dependendo da
intensidade e do volume pode gerar a fragmentação do mineral. Esse tipo de
fragmentação é um dos principais problemas que afetam monumentos feitos
com rocha. Seja qual for a causa da fragmentação, ela sempre acaba
facilitando a penetração da água e o consequente intemperismo químico da
rocha.
Figura 1.3 - Esquema da formação do gelo e consequência degelo. Abaixo,
bloco de gnaisse sofre processo descrito
Fonte: Teixeira et al. (2019, p. 147).
Intemperismo Químico
As condições naturais de temperatura e pressão existentes na litosfera são,
em suma, extremamente diferentes das presentes nas camadas mais
profundas da Terra. Como consequência, os minerais que se formaram
nesses ambientes adversos tendem, quando atingem a superfície, a se
transformar em outros minerais, para se estabilizarem com o meio em que,
agora, se encontram.
Essa transformação dos compostos minerais da rocha é resultado do
intemperismo químico.  Ao contrário do intemperismo físico, nesse processo
ocorre uma alteração, reorganização e/ou redistribuição dos minerais
presentes na rocha. O intemperismo químico é mais comum em áreas úmidas
do que nas secas, uma vez que a água atua como o principal agente desse
processo. A partir dela, existem diversas reações que podem ocorrer,
resultando em diferentes processos químicos intempéricos.
A dissolução talvez represente o primeiro estágio do processo de
intemperismo químico, principalmente em rochas que contêm carbonato de
magnésio ou carbonato de cálcio, duas substâncias que são facilmente
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dissolvidas pela água ou outras soluções ácidas. Nesse processo, a água atua
como um poderoso solvente, promovendo a solubilização completa de
minerais por ácidos.
Quando misturada com água, essa reação resulta na hidrólise . O processo
ocorre quando os minerais de silicato reagem com a água, de modo que o
mineral se recombina com a molécula de água para formar um novo mineral.
É o caso, por exemplo, do feldspato, que se transforma em argila ao reagir
com a água. Ao reagir com água levemente ácida, pode ser transformado em
caulinita, um mineral com característica argilosa. Existem subclassi�cações
para o processo de hidrólise, quanto à porcentagem da reação ocorrida: Total
(eliminação da sílica e formação de oxi-hidróxidos de alumínio e ferro) ou
Parcial (Sialitização, Monossialitização ou Bissialitização).
Já quando a água é absorvida pelo mineral, promovendo a formação de um
novo material, ocorre o processo de hidratação. A hidratação faz com que a
rocha expanda seu volume, o que pode colocar pressão sobre a rocha e
torná-la mais vulnerável a outros tipos de intemperismo (incluindo processos
de intemperismo físicos). Os processos de gesso a partir de anidrita e a
formação de limonita a partir de hematita são exemplos de reação de
hidratação.
A reação entre rochas e oxigênio é conhecida como oxidação .  A oxidação é a
reação de uma substância com oxigênio. Você provavelmente está
familiarizado com a oxidação, porque é o processo que causa a ferrugem.
Assim como seu carro �ca enferrujado pela oxidação, as rochas também
podem �car enferrujadas se contiverem ferro. Você deve ter notado que o
metal enferrujado no seu carro é um pouco frágil; você poderia até cutucar
seu dedo através de uma mancha de ferrugem, se for grande o su�ciente.
Isso ocorre porque, quando o ferro reage com o oxigênio, forma óxido de
ferro, que não é muito forte. Da mesma forma, quando uma rocha é oxidada,
ela é enfraquecida e desmorona facilmente, permitindo que a rocha se
quebre. O óxido de ferro é caracterizado pelo tom vermelho, e isso explica
por que algumas pedras parecem vermelhas.
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Quando o dióxido de carbono presente no ar se dissolve na água, forma ácido
carbônico. Embora o ácido carbônico seja bastante fraco, pode causar uma
forma de intemperismo químico conhecida como carbonatação . A calcita,
por exemplo, é um mineral de carbonato de cálcio composto de cálcio,
carbono e oxigênio. Quando reage com o ácido carbônico, o carbonato de
cálcio se decompõe em seus componentes, cálcio e bicarbonato. Esse tipo de
intemperismo químico é particularmente importante na criação de topogra�a
cárstica, como cavernas e buracos. O calcário, que é amplamente composto
de carbonato de cálcio, reage com a água subterrânea. Quando a água
quebra e dissolve a rocha, as cavernas se desenvolvem no espaço deixado no
subsolo. Quando o espaço subterrâneo �ca muito grande, a terra na
superfície pode entrar em colapso, originando espaços sob a superfície.
Intemperismo Biológico
O intemperismo biológico consiste no enfraquecimento e subsequente
desintegração de rochas por plantas, animais e micróbios.
As raízes das plantas em crescimento podem exercer estresse ou pressão
sobre as rochas. Embora o processo seja físico, a pressão é exercida por um
processo biológico (isto é, raízes em crescimento).
Os processos biológicos também podem produzir intemperismo químico, por
exemplo, onde raízes de plantas ou microorganismos produzem ácidos
orgânicos que ajudam a dissolver minerais. A atividade microbiana decompõe
os minerais da rocha alterando a composição química da rocha, tornando-a
mais suscetívelàs intempéries.
Um exemplo de atividade microbiana é o líquen; líquen são fungos e algas,
vivendo juntos em uma relação simbiótica. Os fungos liberam substâncias
químicas que decompõem os minerais das rochas; os minerais assim
liberados das rochas são consumidos pelas algas. Enquanto esse processo
continua, buracos e lacunas continuam a se desenvolver na rocha, expondo a
rocha ainda mais a intempéries físicas e químicas.
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Alguns animais escavadores também podem mover fragmentos de rochas
para a superfície, expondo-as a processos químicos, físicos e biológicos mais
intensos e, assim, indiretamente, aprimorando o processo de intemperismo
das rochas.
Embora as intempéries física, química e biológica sejam processos separados,
alguns ou todos os processos podem atuar juntos na natureza.
A Figura 1.4 mostra a in�uência das zonas climáticas, aproximadamente
paralelas às faixas equatoriais, tropicais, temperadas e frias da Terra.
Fatores de In�uência na Formação do Solo
Conforme declarado no início deste capítulo, os solos evoluem sob a ação de
in�uências biológicas, químicas e físicas. Somado a isso, todos esses
processos são dinâmicos, formando-se continuamente por um longo período
de tempo. Os tipos de solo diferem, dependendo dos materiais originais de
onde vieram e do ambiente circundante. Dessa forma, existem basicamente
cinco fatores fundamentais que in�uenciam as propriedades do solo.
1. Material de origem (rocha-mãe): O material original é o estado
inicial da matéria sólida que compõe o solo. Os tipos de materiais
originais e as condições sob as quais eles se decompõem
in�uenciarão as propriedades do solo formado;
2. Clima: a variação sazonal pode interferir na temperatura e na
precipitação. A temperatura pode afetar a taxa de intemperismo e
decomposição orgânica. Com um clima mais frio e seco, esses
processos podem ser lentos, mas, com calor e umidade, são
Figura 1.4 -  Distribuição, no globo terrestre, dos diferentes tipos geoquímicos
de intemperismo
Fonte: Toledo, Oliveira e Mel� (2009, p. 46).
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relativamente rápidos. Já a chuva dissolve alguns dos materiais do
solo e mantém outros em suspensão. A água transporta ou lixivia
esses materiais através do solo. Com o tempo, esse processo pode
alterar o solo, tornando-o menos fértil;
3. Relevo: A forma, o comprimento e o grau de uma inclinação afetam a
capacidade de in�ltração e drenagem do solo. O aspecto de uma
inclinação determina o tipo de vegetação e indica a quantidade de
chuva recebida. Esses fatores mudam a forma como os solos se
formam;
4. Organismos: À medida que o solo se forma, as plantas começam a
crescer nele. As plantas amadurecem, morrem e as novas
substituem. Suas folhas e raízes são decompostas ao solo. Os
animais comem plantas e seus resíduos e, eventualmente, seus
corpos são adicionados ao solo. Todo esse processo muda o solo.
Bactérias, fungos, vermes e outras escavadoras quebram o lixo e
restos de animais e restos de plantas, tornando-os matéria orgânica.
5. Tempo: O tempo como fator de formação do solo não é uma
propriedade do terreno nem uma fonte de estímulo externo. É uma
variável abstrata cujo signi�cado é apenas um marcador da evolução
das características do solo. Certas características do per�l do solo
podem ser interpretadas como indicadores da passagem do tempo.
Uma série de per�s de solo cujas características diferem apenas
como resultado da idade é um exemplo.
Figura 1. 5 - Processo temporal de formação do solo (e de seus horizontes)
Fonte: Teixeira et al.  (2009, p. 114).
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atividade
Atividade
O material de origem, ao atingir a superfície terrestre, pode sofrer alguns processos
intempéricos, como a decomposição e desagregação , transformando-se em
sedimentos ou material sedimentar, que podem ser transportados para outras
áreas. Os termos destacados fazem referência, respectivamente, aos
intemperismos:
a) Biológico e mecânico.
b) Orgânico e físico-químico.
c) Químico e físico.
d) Natural e antrópico.
e) Físico e Químico.
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Quando se observa um poço do solo ou um corte do terreno em uma estrada,
dá para perceber a existência de várias camadas no solo. Essas camadas são
chamadas de horizontes do solo . A disposição desses horizontes em um
solo é conhecida como per�l do solo . Os cientistas do solo, também
chamados podologistas, observam e descrevem os per�s e os horizontes do
solo para classi�car e interpretar o solo para vários usos.
Os horizontes do solo diferem em várias propriedades do solo facilmente
visíveis, como cor, textura, estrutura e espessura. Outras propriedades são
menos visíveis, como conteúdo químico e mineral, consistência e testes
laboratoriais especiais. Todas essas propriedades são usadas para de�nir
tipos de horizontes do solo.
Per�l e Classi�cação GeotécnicaPer�l e Classi�cação Geotécnica
do Solodo Solo
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A Figura 1.6 é uma representação esquemática do recorte de um solo: desde
a rochão-mãe (R) até o regolito (tudo que está acima). O regolito divide em
saprólito (C) e solum (camadas O, A, E e B).
Devido ao dinamismo dos processos que atuam na formação do solo, sua
classi�cação pode ser feita em relação à origem da rocha-mãe, em relação à
in�uência da vegetação e do relevo.
Classi�icação Quanto à Origem
Quando os solos se formam por rochas encontradas no mesmo local da
formação, ou seja, quando a rocha que se decompôs e se alterou para a
formação do solo se encontra no mesmo local do solo, eles recebem o nome
de solo in situ , eluviais ou residual . A composição mineralógica e
granulométrica, estrutura e espessura, dependem do clima, relevo, tempo e
tipo de rocha de origem. Regiões tropicais, como na maior parte do Brasil, o
manto de solo residual, formado pela decomposição das rochas com
predomínio do intemperismo químico, apresenta, quase sempre, espessura
da ordem de dezenas de metros, enquanto que, em regiões com predomínio
de clima temperado, esse manto tem espessura normalmente de poucos
metros (MARANGON, 2008).
Conforme a zona de intensidade de intemperismo, os horizontes do solo vão
sendo formados (conforme vimos no capítulo anterior). Porém, em solos
residuais, o tempo de formação de diferentes horizontes é gradativo e
demanda maiores espaços de tempo. Assim, podem ser subdivididos em:
Figura 1.6 - Representação esquemática do recorte de um solo
Fonte: Lepsch (2012, p. 72).
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A. Residual maduro: situação em que o solo perdeu toda a estrutura original
da rocha-mãe, tornando-se relativamente homogêneo;
B. Residual jovem: ocorre quando o solo mantém a estrutura original da
rocha-mãe, mas já perdeu totalmente sua consistência. Visualmente pode ser
confundido com uma rocha de alteração. Mas através do tato, pressionando-
se os dedos, pode-se observar que esse solo se caracteriza por desintegrar
completamente.
C. Solo de alteração: é quando o material proveniente das rochas se
encontra em estágio avançado de desintegração. Possui a estrutura original
da rocha-mãe e a ela se assemelha em todos os aspectos visuais perceptíveis,
salvo na coloração. Pode ser descrito em relação pela textura, plasticidadee
consistência ou compacidade, com indicação do grau de alteração e, se
possível, da rocha de origem.
Figura 1.7 - Corte de um solo, evidenciando a ocorrência do solo maduro e
jovem
Fonte: Ivan Kulikov / 123RF.
Já quando os solos foram formados por rochas localizadas em outros lugares,
esses recebem o nome de aluvionar ou transportado . Os solos
transportados são os que sofreram transporte por agentes geológicos do
local onde se originaram até o local onde foram depositados, não tendo ainda
sofrido consolidação. A ocorrência desse solo se dá graças a algum evento
natural que possibilitou seu transporte e sedimentação. Sua subclassi�cação,
portanto, se dá em função do agente transportador/sedimentar atuante,
podendo ser:
A. Coluvionar: é um tipo de material original transportador devido à ação
gravitacional ou, em alguns casos, devido à ação violenta da água, como por
exemplo, durante enxurradas. Os depósitos coluvionares consistem em
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fragmentos angulares de rochas a�adas e acumulados na base de encostas
íngremes. Nesses locais, como próximo a serras e cachoeiras, os mantos de
solo residual com blocos de rocha podem escorregar, sob a ação de seu
próprio peso, durante chuvas violentas, acumulando-se ao pé do talude em
depósito de material detrítico, geralmente fofo, formando os tálus .
B. Aluvionar: consiste de materiais erodidos, remodelados, transportados e
depositados pelos cursos d’água nos seus leitos e margens. Geralmente é
observado na parte inferior do curso de um rio, formando planícies de
inundação e deltas. Os depósitos aluvionares são formados por areia, argila e
cascalho e geralmente contêm uma grande quantidade de matéria orgânica,
produzindo, assim, solos muito férteis. Em algumas regiões, os depósitos
podem conter ouro, platina ou pedras preciosas, sendo ainda a principal
fonte de minério de estanho.
A Figura 1.9 mostra os diferentes tamanhos de grãos que são formados e
podem ser encontrados em depósitos aluvionares. Quanto maior a distância
do depósito em relação à rocha de origem, menor o tamanho das partículas
encontradas.
C. Eólico: São solos transportados e depositados pela ação do vento. Sua
ocorrência se dá principalmente junto à costa. São constituídos por areia �na,
Figura 1.8 - Diferentes tamanhos de grãos que são formados e podem ser
encontrados em depósitos aluvionar
Fonte: Toledo, Oliveira e Mel� (2009, p. 26).
Figura 1.9 - Diferentes tamanhos de grãos
Fonte: Marangon (2008, p. 2).
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bem arredondada, ocorrendo na forma de franjas de dunas, margeando a
costa ou, quando os ventos são mais intensos, criando ambientes desérticos.
Classi�icação Quanto à In�uência Natural
A classi�cação taxonômica do solo, proposta pelo United States Department of
Agriculture - USDA (traduzido - Departamento de Agricultura dos Estados
Unidos) infere uma divisão dependente do relevo e, por consequência, da
vegetação local.
Quando um solo se encontra bem desenvolvido a partir do material parental
e da ação normal de formação de sol do clima e dos organismos vivos, esse
solo recebe o nome de zonal . Esses solos são maduros, bem delineados e
profundos, e geralmente cobrem uma ampla região ou zona geográ�ca.
Alguns exemplos de solo zonal são os latossolos, podzóis, solos de pradaria e
desérticos.
Já os solos intrazonais se caracterizam por serem moderadamente
desenvolvidos, determinados por fatores relativamente locais (como a
natureza do material original) que prevalecem sobre os fatores normais de
formação do solo de clima e organismos vivos (intemperismo). Esse grupo de
solo é facilmente encontrado próximo a margens de rios e mares. Por
consequência, os dois grupos intrazonais existentes são o solo salino e o solo
hidromór�co.
Por �m, quando o solo não possui horizontes bem desenvolvidos devido à
imaturidade ou outros fatores que têm impedido o seu desenvolvimento, ele
recebe o nome de azonal . De forma geral, são solos rasos, com material
rochoso de tamanhos maiores quando comparado aos outros dois tipos,
sendo facilmente encontrados próximos a encostas íngremes. Os solos
aluviais (visto no capítulo anterior) e os litossolos são dos exemplos de solo
pertencentes a esse grupo.
Sistema Brasileiro de Classi�icação
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O Sistema Brasileiro de Classi�cação de Solos (SiBCS) é o sistema taxonômico
o�cial de classi�cação de solos do Brasil. Desenvolvido pela Embrapa e
compartilhado com várias instituições de ensino e pesquisa do País desde
1970, o sistema utiliza de uma metodologia multicategórica e aberta, que
permite a inclusão e a possibilidade da classi�cação de todos os solos
existentes no território nacional.
Atualmente em sua 5ª edição (EMBRAPA, 2018), o SiBCS agrupa os solos
brasileiros em seis níveis: 1º nível categórico (ordens), 2º nível categórico
(subordens), 3º nível categórico (grandes grupos), 4º nível categórico
(subgrupos), 5º nível categórico (famílias) e o 6º nível categórico (séries),
carecendo ainda de uma melhor de�nição. A seguir, é descrito
resumidamente o processo adotado em cada nível de classi�cação (EMBRAPA,
2018).
1. Ordem: os solos são diferenciados conforme a presença ou ausência
de determinados atributos, horizontes ou propriedades, no tipo e
grau de desenvolvimento dos processos que atuaram em seu
processo de formação;
2. Subordem: re�ete a atuação de outros processos de formação de
solo que agiram conjuntamente ou afetaram os processos
dominantes cujos atributos apresentam diagnósticos já utilizados
para separar os solos no 1º nível categórico;
3. Grandes grupos: são de�nidos em função do tipo e arranjo dos
horizontes; atividade da fração argila, condição de saturação do
complexo sortivo por bases, por alumínio ou por sódio e/ou presença
de sais solúveis; presença de horizontes ou propriedades que
restringem o desenvolvimento das raízes e afetam o livre movimento
da água no solo.
Figura 1.10 - Hierarquia do Sistema Brasileiro de Classi�cação de Solos
Fonte: Adaptada de Embrapa (2018).
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4. Subgrupos: podem ser divididos em típicos (quando não são
necessariamente os de ocorrência mais extensiva, nem representam
o conceito central do grande grupo ao qual pertencem),
intermediários (quando propriedades podem ser resultantes de
processos que levam um dado solo a se desenvolver a partir ou na
direção de outra classe de solo, ou ainda, que têm propriedades
intermediárias para outras classes);
5. Família: função das características e propriedades morfológicas,
físicas, químicas e mineralógicas importantes para uso e manejo dos
solos;
6. Série: ainda objeto de discussão, esse nível hierárquico caracteriza o
solo em função do crescimento de plantas, principalmente no que
concerne ao desenvolvimento do sistema radicular, às relações solo-
água-planta e às propriedades importantes nas interpretações para
�ns de engenharia, geotecnia e planejamento ambiental.
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atividade
Atividade
O solo corresponde à �na camada de material que cobre a superfície da Terra,
formado a partir do intemperismo que atua sobre as rochas. À medida que se
desenvolvem ao longo do tempo, as camadas (ou horizontes) formam um per�l de
solo. A �gura a seguir ilustra um corte feito, demonstrando os estratos existentes.
De acordo com o per�l apresentado,pode-sea�rmar que:
a) O horizonte B se caracteriza por apresentar baixo grau de
desenvolvimento e fertilidade, sendo um dos primeiros horizontes a se
formar.
b) O horizonte R (ou rocha-mãe) é o horizonte de composição essencialmente
mineral. Ele é formado pela acumulação de argila e também de oxi-
hidróxidos de ferro e alumínio.
Figura - Camadas do Solo
Fonte:Brgfx / Freepik.
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c) O horizonte C corresponde à transição entre solo e rocha, apresentando,
normalmente, em seu interior, fragmentos de rocha não alterados.
d) O horizonte A é a zona de transição entre o solo e a sua rocha formadora,
sendo chamado também de saprólito . É formado por alguns sedimentos
maiores e menos decompostos, representando o processo de decomposição
da rocha.
e) O horizonte O corresponde ao acúmulo de material orgânico que é
gradualmente decomposto e incorporado aos horizontes inferiores,
acumulando-se nos horizontes B e C.
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Conforme vimos nos capítulos anteriores, as características mudam muito de
um local para outro, e são constituídas por uma mistura complexa de sólidos,
líquidos e gases. Assim, é importante reconhecer quais as propriedades que
elas vêm a apresentar, conforme sua composição. Neste capítulo, iniciaremos
o estudo sobre as propriedades e os processos físicos de um solo, abordando
os assuntos mais simples, como tamanho das partículas, textura,
granulometria, estrutura, densidade e porosidade. Esses estudos são de
fundamental importância, uma vez que as propriedades físicas do solo podem
in�uenciar os seus processos químicos e biológicos e, por consequência, na
qualidade, aplicação e utilidade técnica dele.
Tamanho das Partículas e Distribuição
Uma das primeiras características evidentes do solo e que diferenciam os
horizontes é o tamanho das partículas que o compõem. Normalmente,
pouquíssimos horizontes apresentam uma variação do tamanho das
partículas capaz de ser observada a olho nu: desde fragmentos de tamanho
Física do Solo IFísica do Solo I
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microscópico, como argila, até os com alguns centímetros, como cascalhos e
calhaus.
Como a variação de tamanho pode ser muito grande, faz-se necessário
relativizar de acordo dentro de uma faixa. Nesse conceito, entra a textura ,
que compreende justamente o tamanho relativo (e sua distribuição) das
partículas que formam a fase sólida do solo. No Brasil, a NBR 6502 (ABNT,
1995) de�ne os limites das frações de solo pelo tamanho dos grãos.
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Tabela 1.1 - Análise Comparativa dos tamanhos relativos das frações
granulométricas
Fonte: Adaptada de ABNT (1995).
Denominação
Tamanho
(mm)
Comparativo
Matacões > 200 ---------------
Calhaus 200 - 20 dentes humanos
Cascalho 20 - 2 moedas brasileiras
Areia grossa 2 - 0,2 percevejo aquático
Areia �na 0,2 - 0,05 �o de cabelo
Silte 0,05 - 0,002 escama de asas de borboleta
Argila <0,002 cabeça de al�nete
Uma forma de caracterizar o solo, ainda em campo, é através da
identi�cação visual e tátil. O benefício dessa análise é compreender,
de maneira rápida, as características principais do solo, utilizando os
sentidos do corpo. Alguns desses testes podem ser feitos da seguinte
forma:
1. Aspereza: esfrega-se uma porção de solo na mão p/ sentir a
aspereza. Areia: elevada aspereza; Argila: baixa aspereza;
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2. Plasticidade: molda-se cilindros ou bolinhas com solo úmido.
Argila: moldável (elevada plasticidade); Areias e silte: não são
moldáveis (baixa plasticidade);
3. Resistência: pressiona-se entre os dedos uma porção de solo
para desagregar os torrões. Argilas: resistentes; Siltes: média
resistência; Areia pura: baixa resistência (não formam
torrões).
Quando levada para laboratório, a amostra de solo, depois de
coletada, é seca ao ar, destorroada e passada por uma peneira com
malha de 2 mm, com intuito de reter as raízes e partículas com
diâmetros maiores que esse. O material retido então é lavado e
pesado, para se calcular a quantidade de partículas com diâmetro
maior que 2mm.
A partir desse ponto, um dos métodos mais utilizados para efetuar a
caracterização do solo é a análise granulométrica. Nesse processo,
uma massa conhecida de solo (peso seco) passa por um conjunto de
peneiras, de diâmetros diferentes (conforme NBR 5734/1980).
Durante um período de 10 a 15 min, as peneiras são agitadas
mecanicamente, com intuito de fazer com que as partículas de
diâmetros menores que a peneira caiam, sucessivamente, até
determinado diâmetro de corte. Caso a partícula tenha um diâmetro
inferior a todas as peneiras utilizadas, a massa �nal �cará retida no
prato, sendo essa massa também contabilizada para caracterizar a
amostra estudada.
Figura 1.11 - Agitador eletromagnético de peneiras que pode ser
utilizado no processo
Fonte: Marangon (2008, p. 2).
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Figura 1.12 - Conjunto de peneiras com diâmetros diferentes
Fonte: Marangon (2008, p. 2).
Veja algumas de�nições importantes:
Massa acumulada: refere-se à soma das massas retidas nas
peneiras superiores, com a massa retida na peneira em
estudo;
% passada: razão entre a massa do solo que passa em cada
peneira e a massa total seca da amostra;
% retida: razão entre a massa retida numa determinada
peneira e a massa total seca da amostra;
Diâmetro máximo: corresponde ao número da peneira da
série normal na qual a porcentagem acumulada é inferior ou
igual a 5%, desde que essa porcentagem seja superior a 5%
na peneira imediatamente abaixo;
Diâmetro efetivo: diâmetro correspondente a 10% das
partículas menores que ele, mensurado através da massa
total. Basicamente caracteriza a porção de �nos presente no
solo;
Coe�ciente de uniformidade (Cu): de�nido pela razão entre
D60 e D10. Quanto menor a razão, mais uniforme são as
partículas que constituem o solo;
Coe�ciente de curvatura (CC): caracteriza as partículas do solo
em relação à variabilidade de seus tamanhos, podendo ser
observado através da curva granulométrica.
Depois de realizado o procedimento, a quantidade de massas retidas
em cada peneira, bem como no prato, é quanti�cada. Depois disso,
uma representação grá�ca é realizada com intuito de veri�car o per�l
granulométrico da amostra.
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Quanto maior for o valor de Cu mais bem graduado é o solo. Solos
que apresentam Cu ≅ 1 possuem uma curva granulométrica em pé,
indicando um solo mal graduado – Curva C . Se o valor de CC for
menor que 1, a curva será descontínua com ausência de grãos,
indicado pela Curva B . Di�cilmente ocorrem areias com valores de CC
fora do intervalo de 1 a 3. Já a Curva A indica uma boa distribuição
granulométrica da amostra estudada.
A partir dos agrupamentos de solo obtidos na análise granulométrica,
é possível caracterizá-lo em função do percentual de argila, silte e
areia presente na amostra.
Os contrastes texturais entre horizontes dos solos são expressos por
notação binária ou ternária, na forma de frações, como, “textura
média/argilosa” (binária) e “textura arenosa/média/muito argilosa”
(ternária). Podem ser utilizados nas várias classes desolos para
Figura 1.13 - Per�l granulométrico e curva obtida conforme o tipo de
amostra estudada
Fonte: Varela (s.d., p. 2).
Figura 1.14 - Guia para grupamento de classes de textura
Fonte: Embrapa (2018, p. 47).
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indicar variações das classes texturais em profundidade (EMBRAPA,
2018).
Estrutura e Agregados
As partículas presentes no solo podem se organizar em unidades
maiores, através de um processo de agregação , que gerará os
agregados. Essa estrutura pode ter tamanho, forma e estabilidade
variada, e está associada ao conjunto de interações mineralógicas,
químicas e biológicas que atuam sobre o solo.
O tamanho e o grau de desenvolvimento dos agregados do solo são
indicadores de processos envolvidos na degradação do solo, uma vez
que in�uenciam diretamente na in�ltração, retenção de água, aeração
e resistência à penetração de raízes.
Para estudar esse parâmetro físico, a amostra pode ser submetida a
vários ensaios laboratoriais. Em suma, a metodologia empregada
resume-se a mensurar sua distribuição, agrupando-os em classes de
diâmetros arbitrários e conforme a estabilidade medida. No método
do peneiramento úmido, por exemplo, uma porção de solo é colocado
para ser peneirado (sequência com diâmetros diferentes) dentro
d’água, durante um determinado tempo. Os agregados que se
mantiverem estáveis e permanecerem nas várias peneiras são então
secados e pesados. Com base nesses valores, é possível então calcular
o índice de estabilidade dos agregados: quanto mais bem
estruturados, menos eles irão se desfazer quando mergulhados.
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Tabela 1.2 - Distribuição de diferentes classes de agregados em per�s de
solo com Horizonte B Latossólico e Horizonte B Argílico
Fonte: Adaptada de Grohmann (1972, p. 49).
Horizonte
Profundidade
(cm)
Classes de tamanhos de
agregados (mm)
7 -
4
4 -
2
2 -
1
1 -
0,5
>0,5
%
Latossolo Vermelho Eutroférrico
Ap 0 - 9 11 15 17 19 38
AB 9 - 28 27 26 19 12 17
BA 28 - 55 12 15 15 17 44
B1w 55 - 85 8 13 14 17 48
B2w 85 - 100 3 6 9 18 67
Argissolo Vermelho-Amarelo
Ap 0 - 10 35 28 20 7 10
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Conforme pode ser visto na Tabela 1.2, o tipo do solo
in�uencia diretamente na granulometria do material e, por
consequência, na distribuição percentual dessas partículas ao
longo da profundidade do solo.
Densidade e Porosidade
A densidade e a porosidade são parâmetros intrínsecos, uma
vez que estão diretamente relacionados com a massa e o
volume de constituintes do solo.
Quando uma partícula do solo não possui espaço poroso ela
nada mais é do que um pedacinho de rocha muito pequeno. O
peso de uma partícula individual do solo por unidade de
volume é chamado densidade de partículas (Dp),
normalmente, a densidade expressa em unidades de gramas
por centímetro cúbico. Uma partícula, por exemplo, que
apresente uma densidade da partícula de 2,66 g/cm³ signi�ca
que a cada partícula de solo com 1 centímetro cúbico de
volume pesa 2,66 g.
A densidade de partículas desempenha um papel importante
em nossa compreensão e determinação de outras
propriedades físicas, incluindo densidade do solo e
porosidade. Normalmente, varia em função da quantidade e
disposição dos minerais e orgânicos presentes no solo.
E 10 - 25 35 27 16 8 14
Bt 25 - 50 27 30 19 10 15
BC 50 - 90 20 27 20 12 22
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Contudo, a densidade mais útil para as aplicações agrícolas e
estruturais do solo é a densidade do solo (Ds), de�nida pela
razão entre o peso seco e o volume de solo. Basicamente, a
diferença existente é que a densidade do solo considera os
sólidos e o espaço poroso, enquanto que a densidade de
partículas considera apenas os sólidos minerais.
O preparo do solo pode aumentar a densidade se quebrar os
agregados e permitir que o solo se separe para se compactar
com mais força. A adição de material orgânico, por exemplo,
reduz a densidade do solo, pois o material orgânico possui
uma densidade menor que o solo. No entanto, as adições são
tipicamente tão pequenas em proporção ao peso do solo que
não in�uenciam acentuadamente em sua densidade do solo,
exceto na interface solo-atmosfera.
saiba mais
Saiba mais
A porosidade refere-se ao volume de vazios do solo que podem
ser preenchidos por água e/ou ar, sendo, portanto, inversamente
relacionada à densidade aparente. Pode ser calculada através da
relação [(1 - (DS/DP)) x 100], sendo seu resultado expresso em
porcentagem.
A porosidade varia dependendo do tamanho e agregação das
partículas. É maior em solos argilosos e orgânicos do que em
solos arenosos. Um grande número de pequenas partículas em
um volume de solo produz um grande número de poros do solo.
Menos partículas grandes podem ocupar o mesmo volume de
solo, portanto, há menos poros e menos porosidade. No
pequeno experimento a seguir, é possível veri�car na prática o
comportamento dessa propriedade tão importante para o solo.
Fonte: Elaborado pelo Autor.
ACESSAR
https://youtu.be/awj8Z3dZQKU
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atividade
Atividade
Um estudante, durante a aula de geologia, pegou uma porção de solo na mão,
umedeceu-a com água à mostra, e a enrolou em formato de “cobrinhas”. Depois de
um tempo, percebeu que a amostra �cou �rme e não houve quebra de suas
estruturas. É possível a�rmar que a textura predominante naquela porção de solo é
formada de:
a) Feldspato
b) Silte
c) Areia
d) Argilito
e) Argila
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indicações
Material Complementar
LIVRO
Manual de Métodos de Análise de Solo
Editora: Embrapa
Autor: Embrapa
ISBN: 85-85864-03-6
Comentário: O livro discute o uso de diferentes
metodologias aplicadas em análises do solo,
apresentando todas as normas, técnicas e
procedimentos necessários em análises físicas,
químicas, mineralógicas, micromorfológicas e de
matéria orgânica.
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FILME
Nosso Planeta
Ano: 2019
Comentário: O documentário, realizado pela Net�ix,
explora o Planeta Terra de uma forma única,
mostrando como os processos dinâmicos atuam e
moldam os continentes e oceanos continuamente, a
todo segundo. Uma ótima oportunidade de entender e
aprender sobre a formação do nosso Planeta.
TRA ILER
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conclusão
Conclusão
O Planeta Terra é composto por um conjunto de processos dinâmicos e
interligados, que moldam o relevo continuamente ao longo do tempo.
Entender como, por que e de que forma esses processos atuam sobre a
litosfera é essencial para a utilização do solo, essencial para as mais diversas
�nalidades.
Nesta unidade, aprendemos que uma diversidade de arranjo e proporções de
partículas sólidas, líquidas e de gases, aliados a mecanismos físicos, químicos
e biológicos resultam em uma variedade de solos, que, por consequência,
in�uenciará na possibilidade de uso e necessidade de um manejo adequado,
conforme a atividade que se pretenda desenvolver.
Na próxima unidade, abordaremos outros parâmetros físicos também
importantes nacaracterização do solo; os principais mecanismos da
engenharia aplicados na investigação do solo; e como é feita a determinação
da capacidade de suporte de um solo, antes que ele venha a se romper.
referências
Referências Bibliográ�cas
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