Origem e formação dos solos

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Mecânica dos Solos II
Prof. Gilson Gitirana Jr.
Mecânica dos Solos I
Pré-requisitos: Geologia Geral e
Resistência dos Materiais I
Bibliografia:
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Origem e formação dos solos
 Introdução
 Origem dos solos
 Tamanho das partículas
 Constituição mineralógica
 Sistema solo-água-ar
 Identificação dos solos por meio de ensaios
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Introdução
 Alguns aspectos de utilização do solo em sua condição natural e como material 
de construção
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A água no solo
AHE Foz do Chapecó, SC
 Problemas 
práticos
 Cálculo de 
vazões
 Análise de 
recalques
 Estudos de 
estabilidade
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Introdução
 Conceitos
 O significado da palavra solo não é o mesmo para todas as ciências 
que estudam a natureza.
 Na língua portuguesa, solo significa a superfície do chão, original da 
palavra herdada do latim “solum”.
 Na agricultura solo é a camada de terra tratável, que suporta as 
raízes das plantas.
 Na geologia, o solo é somente a capa superficial sobrejacente a 
rocha.
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Introdução
 Conceitos
 Para o Engenheiro, os solos são um aglomerado de partículas provenientes 
de decomposição da rocha, que podem ser escavados com facilidade, sem o 
emprego de explosivos, e que são utilizados como material de construção ou 
de suporte de estruturas. O solo em contato prolongado com a água perde 
totalmente a sua resistência.
 O solo forma a fina camada superficial que recobre quase toda a crosta 
terrestre e no seu estado natural apresenta-se composto de partículas sólidas 
(com diferentes formas e tamanhos), líquidas e gasosas.
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Origem dos solos
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 Origem do solo
 Todos os solos se originam da decomposição das rochas que constituíam 
inicialmente a crosta terrestre através do intemperismo.
 Intemperismo físico
 Rochas grandes são quebradas em pedaços menores. Não ocorre alteração 
química
 Variação de temperatura provoca trincas, o congelamento exerce elevadas 
tensões, fragmentando blocos. Outros agentes: Geleiras glaciais, o vento, a 
água corrente 
 Intemperismo químico
 Ocorre reações químicas para formação de novos minerais
 Agua, sais, a fauna e flora provoca ataques químicos; hidratação, hidrólise, 
oxidação, lixiviação troca de cátions, carbonatação, etc..
 Esses processos são mais atuantes em climas quentes do que frios, levando 
a formação de solos com diferentes partículas e composições químicas
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Origem dos solos
 A maior ou menor concentração de 
cada tipo de partícula depende da rocha 
que lhe deu origem
 FATORES DE INFLUÊNCIA: Tipo de 
rocha; Condições climáticas; 
Cobertura Vegetal; Relevo; Duração da 
ação química.
 ROCHAS – Agregado natural 
constituído por um ou mais minerais, 
que através do intemperismo origina o 
solo.
 SOLOS – Mistura de diversos 
minerais, as vezes matéria orgânica, 
que pode ser escavado manualmente 
ou por equipamento leve.
Figura 1: Processo de formação dos solos
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 Calcários e mármores – elevada 
solubilidade da calcita
 Granitos – minerais mais resistentes
 Rocha maciça x rocha fraturada
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Origem dos solos
 Material de origem
Rochas basálticas dão origem a solos de textura argilosa;
Solos derivados de arenito são arenosos;
Material rico em quartzo, conferem ao solo cor clara.
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Origem dos solos
 O:-‐ horizonte onde predomina restos de 
matéria orgânica em processo de decomposição
 A:-‐ horizonte escuro com acúmulo de material 
orgânico em estado avançado de alteração 
(material húmico, humus) intimamente misturado 
com a fração mineral, onde se processa uma alta 
atividade biológica. É o horizonte mais afetado 
pelas atividades agrícolas
 B-‐Horizonte, no qual não se pode reconhecer 
vestígios das estruturas da rocha mãe
 C:-‐Horizonte pouco atingido pelos processos 
pedogênicos, onde se pode encontrar muitas das 
características e estruturas da rocha mãe. 
Figura 2: Perfil de solos residualMecânica dos solos I
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Origem dos solos
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Figura 1: Processo de formação dos solos
 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS QUANTO À ORIGEM
 Solo residual: São solos de decomposição das rochas que se encontram no 
próprio local onde foram formados.
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 solo residual maduro: é um solo 
superficial e que perdeu a estrutura 
original da rocha mãe e tornou-se 
relativamente homogêneo;
 solo saprolítico: solo que mantém a 
estrutura original da rocha mãe, 
inclusive fissuras, mas perdeu a 
consistência de rocha, solo residual 
jovem.
 rocha alterada: horizonte em que a 
alteração progrediu ao longo de fraturas, 
deixando intactos grandes blocos de 
rochas
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Figura 2: Perfil de solos residual
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Origem dos solos
 Solos transportados: são aqueles que foram levados por algum agente de 
transporte.
 solos coluvionares: são formados por ação da gravidade, como em 
deslizamentos de terra 
 Solos glaciais: formados pelo transporte e sedimentação de geleiras
 Solos aluviais: transportados pela água corrente e depositado ao longo dos 
rios
 Solos lacustres: formado pela sedimentação em lagos de água parada
 Solos marinhos: formado pela sedimentação nos oceanos
 Solos eólicos: transportados pela ação do vento
 Solos lateríticos: apresentam elevada concentração de ferro e alumínio, ficando 
assim avermelhados. Quando compactados possuem alta capacidade de suporte.
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Prof. Vinicius Kühn Figura 3: Perfil de solo de região tropical
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Origem dos solos
 Tamanho das partículas 
 Nomenclatura mais comum 
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Figura 4: Granulometria
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 Tamanho das partículas
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NBR 6502/1995
Figura 5: Granulometria
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Origem dos solos
 Forma das partículas
 Arredondadas: predominam em pedregulhos, grão de areia e siltes;
 Lamelares: predominam em argilas e mica;
 Fibrilares: característica de solos altamente orgânicos (Turfas)
 Constituição mineralógica
 Dependem da rocha matriz
 Siltes e areias: o quartzo é bastante resistente a desagregação. Partículas 
equidimensionais, como cubos ou esferas
 Outros minerais nesse tamanho são: feldspato, gibbsita, calcita e mica
 Os Feldspatossão os minerais mais atacados pela natureza, dando origem 
aos argilominerais
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Origem dos solos
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Figura 6: Estrutura de uma camada de 
caulinita: a) atômica, b) simbólica
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 Constituição mineralógica
 Argilominerais: constituem a fração 
fina do solo
Tem comportamento diferenciado em 
relação aos grãos de silte e areia
 Argilominerais mais comuns: 
caulinita, ilita e montmorilonita
(esmectita)
 Composição química: tetraedro de 
sílica e octaedro de alumínio
 Caulinita: estrutura 1:1, camadas 
firmemente empacotadas. A ligação entre 
as estruturas é feita pelo hidrogênio, que 
é uma ligação forte.
 Espessura de 7Ȧ (1 Angstron = 10-10 m)
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 Constituição mineralógica
 Ilita: Minerais formados pela associação de uma camada octaédrica entre 
duas tetraédricas (2:1). A ligação dos minerais é feita por íons de potássio 
(K), que são ligações firmes.
 Montmorilonita: Também são argilominerais 2:1, em que a ligação entre 
os minerais é feita por diversos cátions (Ca++, Na+), que promovem 
ligações fracas e não impedem a entrada ou saída de moléculas de água nas 
ligações.
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Prof. Vinicius Kühn Figura 7: Estrutura simbólica de minerais com camadas 2:1: a) 
montmorilonita com duas camadas de moléculas de b) ilita
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 Constituição mineralógica
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Figura 8: Imagens MEV
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 Montomorilonita
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 Montomorilonita
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 Ilita
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 Caulinita
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 Constituição mineralógica
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 Característica dos solos
Prof. Ilço Ribeiro Jr (IFMT)
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 Superfície especifica grande, forças gravitacionais pouco importantes, arranjo 
das partículas mais forças entre partículas importantes.
 Superfície específica da montmorilonita da ordem de 800 m2/g. Se fosse 
possível espalhar, lado a lado, todas as partículas contidas em 10g de 
montmorilonita, elas ocupariam uma área de 4000 m2 (40 x 100m, um campo de 
futebol!).
 Permeabilidade
 Plasticidade
 Expansão e contração
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Origem dos solos
Mineral ou 
partícula
Superfície 
específica (m²/g)
CTC (cmolckg
-1)
Caulinita 10-20 3-15
Ilita 70-120 10-40
Clorita 79-150 10-40
Vermiculita 300-500 100-150
Esmectita 700-800 60-150
Silte <1 Muito pequena
Areia Fina <0,1 Muito pequena
Areia grossa < 0,01 Muito pequena
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Formação do solo
 Dupla camada
 A superfície dos colóides sólidos do solo possui
carga elétrica predominantemente negativa.
 Alguns íons de carga positiva, que estão
normalmente dissociados na solução do solo,
tendem a permanecer na vizinhança desta
superfície, atraídos que são pelo campo elétrico
formado.
 As forças de difusão tendem a trazer estes
cátions de volta à solução em equilíbrio, onde sua
concentração é menor.
 Com a ação concomitante destas duas forças
opostas, uma distribuição espacial de cátions
numa "camada difusa" é estabelecida, na qual a
concentração deles aumenta em direção à
superfície, partindo de um valor igual àquele na
solução para um valor maior, determinado,
principalmente, pela magnitude da carga
superficial (Uehara & Gillman, 1981)
Figura 8: Dupla camada
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Formação do solo
 Argilas não silicatadas
 Minerais originados da precipitação dos íons de oxidação de minerais primários
(ex. Óxdos de ferro) ou do intemperismo das argilas (ex. óxidos de alumínio)
 Os principais são:
a) Hematita. Óxido de ferro (α-Fe2O3), responsável pela cor vermelha dos solos.
b) Goetita. Oxi-hidróxido de ferro (α-FeOOH), responsável pela coloração 
amarelada dos solos.
c) Ferridrita. Óxido de ferro de baixa cristalinidade, resultante da precipitação de 
ferro reoxidado; considerado precursora da hematita.
d) Gibbsita. Hidróxido de alumínio (Al(OH)3).
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Sistema solo-água-ar
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Prof. Vinicius Kühn Figura 9: Partículas de solo e vazios
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Sistema solo-água-ar
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Figura 10: Sistema solo-água-ar nas zonas saturadas e não 
saturadas
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Sistema solo-água-ar
 Da combinação das forças de atração e repulsão entre as partículas resulta a 
estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo 
e às forças entre elas. Há dois tipos básicos de estrutura:
 estrutura floculada: quando os contatos se fazem entre face-aresta
 estrutura dispersa: quando as partículas se posicionam paralelamente, 
face-face.
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Figura 11: Exemplo de estruturas de solos sedimentares: a) floculada em água 
salgada, b) floculada em água não salgada, c) dispersa
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Identificação dos solos por meio de ensaios
 Análise granulométrica (NBR 7181/84)
 Peneiramento e sedimentação
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Figura 12: Peneiras utilizando em ensaios de peneiramento e ensaio de sedimentação
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Identificação dos solos por meio de ensaios
 Análise granulométrica (NBR 7181/84)
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Figura 13: Exemplo de curva granulométrica 41
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Identificação dos solos por meio de ensaios
 “Argila” – possui comportamento argiloso, ainda que contenha outras 
frações de silte e areia.
 “Areia” – possui comportamento ditado pelos grãos arenosos.
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Figura 14: Curvas granulométricas de alguns solos brasileiros
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Identificação dos solos por meio de ensaios
 Solos tropicais, macro x micro poros
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Figura 15: Curva granulométrica do solo de Brasília-DF (1,7 a 2,30 m): ensaio 
convencional com o uso de defloculante e sem defloculante (BORGES, 2014)