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1. ORIGEM E FORMAÇÃO DO SOLO A Mecânica dos Solos lida com várias propriedades e características dos solos avaliadas por meio de exames e ensaios laboratoriais executados sobre amostras de solos. Nos problemas ideais, as grandes massas de solo são consideradas homogêneas de forma que as propriedades físicas em qualquer ponto dessa massa sejam idênticas àquelas determinadas em laboratório com algumas amostras representativas do terreno. Mas como infelizmente os solos resultam de processos naturais complexos esse processo não pode ser considerado verdadeiro, pois a situação raramente corresponde à realidade, porque a maioria dos solos naturais é heterogênea. Assim, para avaliar conscientemente as propriedades de uma extensa massa de solo a partir de ensaios laboratoriais executados com um número limitado de amostras é fundamental compreender os processos responsáveis pela formação dos solos e como estes influenciam nas respectivas propriedades. Os processos de formação dos solos são complexos, uma vez que os fatores de erosão e transporte se combinam nas mais diferentes formas, mas aqui serão apenas encarados do ponto de vista dos seus efeitos sobre as propriedades de interesse à Engenharia dos Solos. 1.1 Conceitos Fundamentais Na linguagem popular a palavra solo está intimamente relacionada com a palavra terra, a qual poderia ser definida como material solto, natural da crosta terrestre, utilizado como material de construção e de fundação das obras feitas pelo homem. Uma definição precisa e teoricamente sustentada do significado da palavra solo é, contudo, bastante difícil, de modo que o termo solo adquire diferentes conotações a depender do ramo do conhecimento humano que o emprega. Para a agronomia, o termo solo significa o material relativamente fofo da crosta terrestre, consistindo de rochas decompostas e matéria orgânica, o qual é capaz de sustentar a vida. Desta forma, os horizontes de solo para agricultura possuem em geral pequena espessura. Para a geologia, o termo solo significa o material inorgânico não consolidado proveniente da decomposição das rochas, o qual não foi transportado do seu local de formação. Na engenharia, é conveniente definir como rocha aquilo que é impossível escavar manualmente, que necessite de explosivo para seu desmonte. Chamamos de solo, em engenharia, a rocha já decomposta ao ponto granular e passível de ser escavada apenas com o auxílio de pás e picaretas ou escavadeiras. A crosta terrestre é composta de vários tipos de elementos que se interligam e formam minerais. Esses minerais poderão estar agregados como rochas ou solo. Todo solo tem origem na desintegração e decomposição das rochas pela ação de agentes intempéricos ou antrópicos. As partículas resultantes deste processo de intemperismo irão depender fundamentalmente da composição da rocha matriz e do clima da região. Por ser o produto da decomposição das rochas, o solo invariavelmente apresenta um maior índice de vazios do que a rocha mãe, vazios estes ocupados por ar, água ou outro fluido de natureza diversa. Devido ao seu pequeno índice de vazios e as fortes ligações existentes entre os minerais, as rochas são coesas, enquanto que os solos são granulares. Os grãos de solo podem ainda estar impregnados de matéria orgânica. Desta forma, podemos dizer que para a engenharia, solo é um material granular composto de rocha decomposta, água, ar (ou outro fluido) e eventualmente matéria orgânica, que pode ser escavado sem o auxílio de explosivos. Origem e Formação do Solo |14 1.2 Processos de Alteração As rochas que constituem a crosta terrestre estão em equilíbrio. Porém, quando entram em contato com a atmosfera ou ficam próximas desta situação, as rochas sofrem a ação de um conjunto de processos físicos, químicos, físico-químicos e biológicos, que produzem sua destruição. Deve-se ressaltar, contudo, que na natureza todos estes processos tendem a acontecer ao mesmo tempo, de modo que um tipo de intemperismo auxilia o outro no processo de transformação rocha-solo. Os processos de intemperismo físico reduzem o tamanho das partículas, aumentando sua área de superfície e facilitando o trabalho do intemperismo químico. Já os processos químicos e biológicos podem causar a completa alteração física da rocha e alterar suas propriedades químicas. Tabela 1.1 – Processos de formação dos solos Processo Exemplos Tipo e Importância dos Efeitos Físico Decomposição Efeitos secundários: - Redução das dimensões dos fragmentos e aumento da área das superfícies de ataque; - Permitem-se a composição química Dilatação térmica Ação do gelo Expansão coloidal Químico Oxidação - Alteração quase completa das propriedades físicas e químicas com aumento sensível de volume Carbonatação Hidrólise Hidratação Dissolução Reconstituição química Biológico Ação de cunha das raízes - Efeitos secundários - Combinação de efeitos físicos e químicos Ação dos ácidos orgânicos Ação dos animais Fonte: Davilla (2008) Os diferentes minerais constituintes das rochas originarão solos com características diversas, de acordo com a resistência que estes tenham ao intemperismo local. Há, inclusive, minerais que têm uma estabilidade química e física tal que normalmente não são decompostos. O quartzo, por exemplo, por possuir uma enorme estabilidade física e química é parte predominante dos solos grossos, como as areias e os pedregulhos. 1.2.1 Processos Físicos É o processo de decomposição da rocha sem a alteração química dos seus componentes. Os principais agentes do intemperismo físico são citados a seguir: a) Variações de Temperatura – da física sabemos que todo material varia de volume em função de variações na sua temperatura. Estas variações de temperatura ocorrem entre o dia e a noite e durante o ano, e sua intensidade será função do clima local. Acontece que uma rocha é geralmente formada de diferentes tipos de minerais, cada qual possuindo uma constante de dilatação térmica diferente, o que faz a rocha deformar de maneira desigual em seu interior, provocando o aparecimento de tensões internas que tendem a fraturá-la. Mesmo rochas com uma uniformidade de componentes não têm uma arrumação que permita uma expansão uniforme, pois grãos compridos deformam mais na direção de sua maior dimensão, tendendo a gerar tensões internas e auxiliar no seu processo de desagregação. Highlight Origem e Formação do Solo |15 b) Repuxo coloidal – o repuxo coloidal é caracterizado pela retração da argila devido à sua diminuição de umidade, o que em contato com a rocha pode gerar tensões capazes de fraturá-la. c) Ciclos gelo/degelo – as fraturas existentes nas rochas podem se encontrar parcialmente ou totalmente preenchidas com água. Esta água, em função das condições locais, pode vir a congelar, expandindo-se e exercendo esforços no sentido de abrir ainda mais as fraturas preexistentes na rocha (Figura 1.1), auxiliando no processo de intemperismo (a água aumenta em cerca de 8% o seu volume devido à nova arrumação das suas moléculas durante a cristalização). Vale ressaltar também que a água transporta substâncias ativas quimicamente, incluindo sais que ao reagirem com ácidos provocam cristalização com aumento de volume. d) Alívio de pressões – alívio de pressões irá ocorrer em um maciço rochoso sempre que da retirada de material sobre ou ao lado do maciço, provocando a sua expansão, o que por sua vez, irá contribuir no fraturamento, estricções e formação de juntas na rocha. Estes processos, isolados ou combinados (caso mais comum) "fraturam" as rochas continuamente, o que permite a entrada de agentes químicos e biológicos, cujos efeitos aumentam a fraturação e tende a reduzir a rocha a blocos cada vez menores. Figura 1.1 – Bloco de gnaisse sofre ação do gelo Fonte: http://educacao.globo.com/geografia1.2.2 Processos Químicos É o processo de decomposição da rocha com a alteração química dos seus componentes. Há várias formas através das quais as rochas decompõem-se quimicamente. Pode-se dizer, contudo, que praticamente todo processo de intemperismo químico depende da presença da água. Entre os processos de intemperismo químico destacam-se os seguintes: a) Hidrólise – dentre os processos de decomposição química do intemperismo, a hidrólise é a que se reveste de maior importância, porque é o mecanismo que leva a destruição dos silicatos, que são os compostos químicos mais importantes da litosfera. Em resumo, os minerais na presença dos íons H+ liberados pela água são atacados, reagindo com os mesmos. O H+ penetra nas estruturas cristalinas dos minerais desalojando os seus íons originais (Ca++, K+, Na+, etc.) causando um desequilíbrio na estrutura cristalina do mineral e levando-o a destruição. b) Hidratação – como a própria palavra indica, é a entrada de moléculas de água na estrutura dos minerais. Alguns minerais quando hidratados (feldspatos, por exemplo) sofrem expansão, levando ao fraturamento da rocha. Origem e Formação do Solo |16 c) Carbonatação – o ácido carbônico é o responsável por este tipo de intemperismo. O intemperismo por carbonatação é mais acentuado em rochas calcárias por causa da diferença de solubilidade entre o CaCO3 e o bicarbonato de cálcio formado durante a reação. d) Oxidação – no processo de oxidação, o oxigênio reage com os minerais, principalmente com aqueles que contêm ferro, manganês e enxofre. Quando a água com oxigênio dissolvido penetra no subsolo, a oxidação processa-se primeiramente nos primeiros metros superficiais, cessando totalmente o lençol freático. Na ausência de água, é pouco efetiva. (Figura 1.2) Figura 1.2 – Processo de oxidação em fragmentos de rocha Fonte: http://gpemso.wordpress.com 1.2.3 Processos Biológicos Neste caso, a decomposição da rocha se dá graças a esforços mecânicos produzidos por vegetais através das raízes (Figura 1.3), por animais através de escavações dos roedores, da atividade de minhocas ou pela ação do próprio homem, ou por uma combinação destes fatores, ou ainda pela liberação de substâncias agressivas quimicamente, intensificando assim o intemperismo químico, seja pela decomposição de seus corpos ou através de secreções, como é o caso dos ouriços do mar. Figura 1.3 – Fragmentação da rocha através das raízes Fonte: http://meioambiente.culturamix.com Origem e Formação do Solo |17 Logo, os fatores biológicos de maior importância incluem a influência da vegetação no processo de fraturamento da rocha e o ciclo de meio ambiente, entre solo e planta, e entre animais e solo. Pode-se dizer que a maior parte do intemperismo biológico poderia ser classificada como uma categoria do intemperismo químico em que as reações químicas que ocorrem nas rochas são propiciadas por seres vivos. 1.3 Fatores que Influenciam o Intemperismo Os fatores que controlam os processos de alteração das rochas estão continuamente relacionados e a sua importância relativa depende de certas condições específicas. São vários os fatores que influenciam o intemperismo, Branco (2014) enumera os seguintes: a) Clima: é o mais importante. É ele que determina a distribuição sazonal das chuvas - fundamentais porque é a água o principal agente transportador dos produtos do intemperismo - e as variações de temperatura, que contribuem para a fragmentação das rochas, através da alternância de períodos de dilatação com períodos de contração. Quanto maior a disponibilidade de água e quanto mais frequente for sua renovação, mais completas serão as reações químicas do intemperismo. Quanto à temperatura, para cada 10ºC de elevação há um aumento de duas a três vezes na velocidade das reações químicas. Isso explica por que o intemperismo é mais intenso nos trópicos. b) Relevo: determina a maior ou menor velocidade do fluxo da água das chuvas, com consequente menor ou maior infiltração no solo. Em encostas de alta declividade, a água fica pouco tempo em contato com as rochas e assim não consegue promover adequadamente as reações químicas. Nas baixadas, a água fica, ao contrário, bastante tempo em contato, mas não se renova facilmente, de modo que fica saturada nos componentes solúveis e perde sua capacidade de continuar atacando os minerais. Portanto, é nas encostas suaves que o intemperismo é mais intenso. c) Rocha-Mãe: importante porque, dependendo de sua composição mineralógica, textura e estrutura, terá maior ou menor resistência à decomposição e à desagregação. Os primeiros minerais a cristalizar no resfriamento de um magma são os mais instáveis nas condições normais de pressão e temperatura e, assim, são os primeiros a se alterar. Por essa razão, o quartzo é dos mais resistentes e na alteração de um granito, por exemplo, é o último a se decompor. Os mármores, por sua vez, por serem formados de carbonato de cálcio, mineral altamente solúvel em água, alteram-se com muito mais facilidade que os granitos (daí ser o granito muito mais indicado para tampos de pia que o mármore). d) Tempo: quanto maior o tempo de exposição de uma rocha, mais intensa será a ação intempérica sobre ela. Calcula-se que em um milhão de anos o intemperismo rebaixe o relevo de 20 a 50 metros. Na Escandinávia, onde o clima é muito frio, sobre superfícies graníticas expostas há 10 mil anos desenvolveu-se um manto de alteração de apenas poucos milímetros. Em compensação, no Havaí, região muito úmida, no período de apenas um ano desenvolveu-se sobre lavas basálticas recentes uma camada de solo suficiente para uso agrícola. e) Fauna e Flora: são fatores de importância menor, mas que atuam fornecendo matéria orgânica para reações químicas e remobilizando materiais. A concentração de CO2 no solo, proveniente da decomposição da matéria orgânica morta, pode ser até 100 vezes maior que na atmosfera. Isso facilita muito a acidificação da água, o que favorece, por Origem e Formação do Solo |18 exemplo, a dissolução do alumínio. Superfícies rochosas cobertas de liquens são muito mais rapidamente atacadas pelo intemperismo químico que aquelas sem liquens, e raízes de árvores têm grande poder de penetração em fendas de rochas, provocando sua dilatação. Os materiais produzidos pelo intemperismo podem ser transportados para outro local ou permanecerem na posição original. Em qualquer um dos casos, origina um solo, chamado de solo transportado no primeiro caso e de solo residual no segundo. 1.4 Ciclo das Rochas Rocha é uma associação natural de minerais (geralmente dois ou mais), em proporções definidas e que ocorre em uma extensão considerável. O granito, por exemplo, é formado por quartzo, feldspato e, muito frequentemente, também mica. Algumas rochas são constituídas por um único mineral, mas são consideradas rocha e não mineral porque ocorrem em grandes volumes, formando, por exemplo, um morro inteiro ou camadas que podem se estender por dezenas de quilômetros. Essas rochas são chamadas de monominerálicas. São exemplos o calcário (formado de calcita) e o quartzito (formado de quartzo). Os minerais presentes em uma rocha podem ser essenciais ou acessórios. Minerais essenciais são aqueles que definem a natureza da rocha. São eles que dizem que uma rocha vulcânica é um basalto e não um riolito. Minerais acessórios são aqueles que aparecem na rocha em quantidades pequenas e que não afetam sua classificação, podendo servir para definir uma variedade de rocha. Um basalto costuma ter magnetita, mas se ela não estiver presente ele continuará sendo um basalto. As rochas podem ser agrupadas em três grandes grupos, conforme o processo de formação: ígneas, metamórficas ou sedimentares. As rochas sedimentares constituem apenas 5% da crosta terrestre,os restantes 95% são de rochas ígneas ou metamórficas. A Figura 1.4 mostra um diagrama do ciclo de formação de diferentes tipos de rocha e os processos associados a eles. Figura 1.4 – Ciclo das rochas Fonte: http://ajudaalunos.blogspot.com.br Origem e Formação do Solo |19 As rochas ígneas sofrem erosão, dando origem a sedimentos que por transporte, deposição e diagênese (compactação + cimentação) geram rochas sedimentares. Estas, por metamorfismo, geram rochas metamórficas. As metamórficas, por sua vez, podem sofrer fusão, formando magma que vai originar nova rocha ígnea, fechando o ciclo. Porém, as rochas metamórficas também sofrem erosão e, portanto, também originam sedimentos. Do mesmo modo, uma rocha sedimentar pode sofrer erosão ou fusão e originar outra rocha sedimentar ou uma rocha ígnea, respectivamente. Rochas ígneas, por sua vez, podem sofrer metamorfismo, dando origem a uma rocha metamórfica. Portanto, qualquer um dos três tipos de rocha pode originar qualquer um dos outros dois. A seguir apresenta-se uma breve análise de cada elemento desse ciclo. 1.4.1 Rochas Ígneas Também chamadas de magmáticas, são rochas que se formaram pelo resfriamento e solidificação do magma, sendo este o material em estado de fusão que existe abaixo da superfície terrestre e que pode extravasar através dos vulcões (passando então a se chamar lava). Se o magma resfria na superfície da Terra, após ser expelido por um vulcão, origina uma rocha ígnea vulcânica (também chamada de extrusiva), como por exemplo, o basalto. Se o magma sobe através da crosta, mas resfria ainda dentro dela, em grandes profundidades, ele origina uma rocha ígnea plutônica (também chamada de intrusiva), o exemplo mais comum é o granito. Rochas que se formam no interior da crosta, mas a pouca profundidade, são chamadas de hipoabissais, como é o caso do diabásio. Figura 1.5 – Exemplos de rochas ígneas Fonte: http://www.ulbra.br/mineralogia O magma que extravasa na superfície, por entrar em contato com o ar e com o solo, resfria mais depressa que aquele que se solidifica no interior da crosta. Por isso, os minerais que formam as rochas vulcânicas aparecem em cristais numerosos, mas muito pequenos, pois não tiveram tempo de se desenvolver. Um basalto, por exemplo, é formado por piroxênio e plagioclásio, mas não se consegue distinguir esses minerais a olho nu, apenas ao microscópio. O granito forma-se por um processo de resfriamento bem mais lento, dando tempo para que os cristais de quartzo e feldspato cresçam mais. Assim, podem-se ver nele grãos de cores diferentes, com alguns milímetros ou centímetros de diâmetro. Se a larva resfria muito depressa, forma-se vidro vulcânico, e não um agregado de minerais (ou seja, não se formam cristais). A obsidiana, material usado como pedra preciosa, é um vidro vulcânico. As rochas vulcânicas costumam conter cavidades formadas por gases que ficaram aprisionados durante o resfriamento. Essas cavidades podem ter desde alguns milímetros até alguns metros de diâmetro e são chamadas de vesículas, quando vazias, ou amígdalas, quando estão preenchidas por minerais. Já as plutônicas são geralmente maciças e, quando contêm cavidades, elas são milimétricas. Origem e Formação do Solo |20 As rochas ígneas costumam ser maciça, ter boa resistência mecânica e cristais bem formados, portanto proporcionam bom polimento e são valiosas como rochas ornamentais. Os canyons do Itaimbezinho e os morros da praia de Torres, todos no Rio Grande do Sul, são formados por rochas ígneas. Os rochedos do arquipélago de Fernando de Noronha e o morro Dedo de Deus, em Teresópolis (RJ), são outros exemplos. Figura 1.6 – Dedo de Deus (RJ) Fonte: www.mochileiros.com 1.4.2 Rochas Sedimentares São rochas que se formam na superfície da crosta terrestre sob temperaturas e pressões relativamente baixas, pela desagregação de rochas pré-existentes, seguida de transporte e de deposição dos detritos ou, menos comumente, por acumulação química. Possuem porosidade, permeabilidade, uma marcante estratificação e baixa resistência mecânica, são muito difíceis de polir e podem conter fósseis. As camadas de rochas sedimentares podem totalizar vários quilômetros de espessura. As rochas sedimentares detríticas são aquelas formadas pela deposição de fragmentos de outras rochas (ígneas, metamórficas ou mesmo sedimentares). Esses fragmentos, principalmente quartzo e silicatos, constituem os sedimentos e surgem por efeito da erosão. Chuva, vento, calor e gelo vão fragmentando as rochas e os pedaços que se soltam são transportados para lugares mais baixos pela ação da gravidade, de rios, de geleiras ou do vento. O mais extenso e mais duradouro dos ambientes de deposição é o marinho, sendo este o destino final de todos os sedimentos, e nele está a maior parte dos sedimentos detríticos. Esses sedimentos são transportados até uma bacia sedimentar, deserto ou delta de rio e, então, começam a ser compactados pelo peso de mais sedimentos que sobre eles se depositam. As rochas argilosas são as mais abundantes das rochas sedimentares, mas também as mais difíceis de estudar, devido à granulação fina dos sedimentos que as formam. A deposição começa sempre pelas partículas maiores e mais pesadas. Já as menores, mais leves e menos esféricas tendem a prosseguir, sendo depositadas depois e mais adiante. Com o passar do tempo, os grãos ou seixos vão se unindo, muitas vezes pela precipitação, entre eles os de óxido de ferro ou de carbonato de cálcio, de modo a ficarem cimentados, originando então a rocha sedimentar. Se o sedimento for areia, formará um arenito; se for argila, formará uma argilito etc. As mudanças na textura e na composição sofridas pelos sedimentos em temperaturas relativamente baixas e que levam à formação da rocha sedimentar chamam-se diagênese, que pode ocorrer logo após a deposição ou tempos depois. Origem e Formação do Solo |21 Rochas sedimentares não detríticas surgem pela precipitação química de sais ou pela acumulação de restos orgânicos de animais e plantas. Quando formadas por sais, são chamadas de químicas (calcário e evaporito). Se formadas por restos orgânicas, são chamadas de orgânicas (guano e carvão). Figura 1.7 – Exemplos de rochas sedimentares Fonte: http://www.ulbra.br/mineralogia As rochas sedimentares costumam ser muito porosas, o que permite que nelas se acumule água. São, por isso, importantes fontes de água subterrânea. Aquelas que possuem água em poros que se interconectam (isso é, que são porosas e permeáveis) constituem aquíferos, ou seja, massa rochosa capaz de armazenar e fornecer água. Arenitos costumam ser ótimos aquíferos. Exemplos de rochas sedimentares muito conhecidas no Brasil são as que formam os morros de Vila Velha (PR), a Chapada Diamantina (BA) e a Gruta de Maquiné (MG). No exterior, é muito conhecido o Grand Canyon (Colorado, EUA). Figura 1.8 – Grand Canyon (EUA) Fonte: Fonte: http://www.ulbra.br/mineralogia 1.4.3 Rochas Metamórficas São aquelas formadas a partir de outra rocha (sedimentar, ígnea ou metamórfica) por ação do metamorfismo. Entende-se por metamorfismo o crescimento de cristais no estado sólido, sem fusão. A mudança nas condições de pressão e temperatura provoca mudanças na composição mineralógica da rocha ou pelo menos deformações físicas. O metamorfismo, processo que gera uma rocha metamórfica, pode ser: a) Metamorfismo de contato – surge pela ação de um magma sobre as rochas vizinhas. Ocorre principalmente nas proximidades de rochas plutônicas ácidas; Origem e Formação do Solo |22 b) Metamorfismo regional – surge em massas de rocha que são enterradas e submetidas a determinadas condições de pressão e temperatura. Pode ser de baixo, médio ou alto grau. Afeta áreas com até milhares de quilômetros quadrados e em grandesprofundidades. Quando a temperatura ultrapassa a faixa de 700-800ºC, as rochas começam a se fundir, produzindo magma; c) Metamorfismo dinâmico (ou cinemático) – ocorre em zonas de deformação estreitas, com intenso deslocamento; d) Metamorfismo de impacto – ocorre em decorrência do impacto de um meteorito. Um calcário, por exemplo, submetido a um aumento de pressão e temperatura, transforma-se em mármore; um arenito transforma-se em quartzito; um folhelho (rocha sedimentar argilosa) transforma-se em ardósia. A Tabela 1.2 ilustra alguns exemplos dessas transformações, onde podemos observar a rocha de origem e o tipo de metamorfismo para cada caso. As rochas metamórficas distribuem-se principalmente nas regiões montanhosas. A mais antiga de todas as rochas, encontradas até hoje na Terra, é uma rocha metamórfica que existe no Canadá, o Gnaisse Acasta, de 3,96 bilhões de anos, descoberto em maio de 1984. Tabela 1.2 – Exemplos de rochas metamórficas Tipo de Metamorfismo Rocha de Origem Rocha Metamórfica Regional (Pressão) Granito Gnaisse Argilito Xisto Contato (Temperatura) Arenito Quartzito Calcário Mármore Fonte: http://espacociencias.com Origem e Formação do Solo |23 1.5 Classificação dos Solos Quanto a Origem Há diferentes maneiras de se classificar os solos, como pela origem, pela sua evolução, pela presença ou não de matéria orgânica, pela estrutura, pelo preenchimento dos vazios, etc. Neste item apresenta-se uma classificação genética para os solos, ou seja, conforme o seu processo geológico de formação. Na classificação genética, os solos são divididos em dois grandes grupos, sedimentares e residuais, a depender da existência ou não de um agente de transporte na sua formação, respectivamente. Os principais agentes de transporte atuando na formação dos solos sedimentares são a água, o vento e a gravidade. Estes agentes de transporte influenciam fortemente nas propriedades dos solos sedimentares, a depender do seu grau de seletividade. 1.5.1 Solos Residuais São solos que permanecem no local de decomposição da rocha. Para que eles ocorram é necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior do que a velocidade de remoção do solo por agentes externos. A velocidade de decomposição depende de vários fatores, entre os quais a temperatura, o regime de chuvas e a vegetação. As condições existentes nas regiões tropicais são favoráveis a degradação mais rápida da rocha, razão pela qual há uma predominância de solos residuais nestas regiões (centro sul do Brasil, por exemplo). Como a ação das intempéries se dá, em geral, de cima para baixo, as camadas superiores são, via de regra, mais trabalhadas que as inferiores. Este fato nos permite visualizar todo o processo evolutivo do solo, de modo que passamos de uma condição de rocha sã, para profundidades maiores, até uma condição de solo residual maduro, em superfície. A Figura 1.9 ilustra um perfil típico de solo residual. Figura 1.9 – Perfil típico de solo residual Origem e Formação do Solo |24 Conforme se pode observar na figura acima, a rocha sã passa paulatinamente à rocha fraturada, depois ao saprolito, ao solo residual jovem e ao solo residual maduro. Em se tratando de solos residuais, é de grande interesse a identificação da rocha sã, pois ela condiciona, entre outras coisas, a própria composição química do solo. A rocha alterada caracteriza-se por uma matriz de rocha possuindo intrusões de solo, locais onde o intemperismo atuou de forma mais eficiente. O solo saprolítico ainda guarda características da rocha mãe e tem basicamente os mesmos minerais, porém a sua resistência já se encontra bastante reduzida. Este pode ser caracterizado como uma matriz de solo envolvendo grandes pedaços de rocha altamente alterada. Visualmente pode confundir-se com uma rocha alterada, mas apresenta relativamente a rocha pequena resistência ao cisalhamento. Nos horizontes saprolíticos é comum a ocorrência de grandes blocos de rocha denominados de matacões, responsáveis por muitos problemas quando do projeto de fundações. O solo residual jovem apresenta boa quantidade de material que pode ser classificado como pedregulho (# > 4,8 mm). Geralmente são bastante irregulares quanto a resistência mecânica, coloração, permeabilidade e compressibilidade, já que o processo de transformação não se dá em igual intensidade em todos os pontos, comumente existindo blocos da rocha no seu interior. Pode- se dizer também que nos horizontes de solo jovem e saprolítico as sondagens a percussão a serem realizadas devem ser revestidas de muito cuidado, haja vista que a presença de material pedregulhoso pode vir a danificar os amostradores utilizados, vindo a mascarar os resultados obtidos. Os solos maduros, mais próximos à superfície, são mais homogêneos e não apresentam semelhanças com a rocha original. De uma forma geral, há um aumento da resistência ao cisalhamento, da textura (granulometria) e da heterogeneidade do solo com a profundidade, razão esta pela qual a realização de ensaios de laboratório em amostras de solo residual jovem ou do horizonte saprolítico é bastante trabalhosa. 1.5.2 Solos Sedimentares Os solos sedimentares ou transportados são aqueles que foram levados ao seu local atual por algum agente de transporte e lá permaneceram depositados. As características dos solos sedimentares são função do agente de transporte. Cada agente de transporte seleciona os grãos que transporta com maior ou menor facilidade, além disto, durante o transporte, as partículas de solo se desgastam e/ou quebram. Resulta daí um tipo diferente de solo para cada tipo de transporte. Esta influência é tão marcante que a denominação dos solos sedimentares é feita em função do agente de transporte predominante. Podem-se listar os agentes de transporte, por ordem decrescente, da seguinte forma: • Ventos (Solos Eólicos) • Águas (Solos Aluvionares) − Água dos Oceanos e Mares (Solos Marinhos) − Água dos Rios (Solos Fluviais) − Água de Chuvas (Solos Pluviais) • Geleiras (Solos Glaciais) • Gravidade (Solos Coluvionares) Os agentes naturais citados acima não devem ser encarados apenas como agentes de transporte, pois eles têm uma participação ativa no intemperismo e, portanto na formação do próprio solo, o que ocorre naturalmente antes do seu transporte. Origem e Formação do Solo |25 a) Solos eólicos O transporte pelo vento dá origem aos depósitos eólicos de solo. Em virtude do atrito constante entre as partículas, os grãos de solo transportados pelo vento geralmente possuem forma arredondada. A capacidade do vento de transportar e erodir são maiores do que possa parecer à primeira vista. Vários são os exemplos de construções e até cidades soterradas parcial ou totalmente pelo vento, como foram os casos de Itaúnas/ES e Tutóia/MA; os grãos mais finos do deserto do Saara atingem em grande escala a Inglaterra, percorrendo uma distância de mais de 3000 km. Como a capacidade de transporte do vento depende de sua velocidade, o solo é geralmente depositado em zonas de calmaria. O transporte eólico é o mais seletivo tipo de transporte das partículas do solo. Se por um lado grãos maiores e mais pesados não podem ser transportados, os solos finos, como as argilas, têm seus grãos unidos pela coesão, formando torrões dificilmente levados pelo vento. Esse efeito também ocorre em areias e siltes saturados (falsa coesão) o que faz da linha de lençol freático (definida por um valor de pressão da água intersticial igual a atmosférica) um limite para a atuação dos ventos. Pode-se dizer que a ação do transporte do vento se restringe ao caso das areias finas ou silte. Por conta destas características, os solos eólicos possuem grãos de aproximadamente mesmo diâmetro, apresentando uma curvagranulométrica denominada de uniforme. São exemplos de solos eólicos: − Dunas As dunas são exemplos comuns de solos eólicos nordeste do Brasil. A formação de uma duna se dá inicialmente pela existência de um obstáculo ao caminho natural do vento, o que diminui a sua velocidade e resulta na deposição de partículas de solo (Figura 1.10). A deposição continuada de solo neste local acaba por gerar mais deposição de solo, já que o obstáculo ao caminho do vento se torna cada vez maior. Durante o período de existência da duna, partículas de areia são levadas até o seu topo, rolando então para o outro lado. Este movimento faz com que as dunas se desloquem a uma velocidade de poucos metros por ano, o que para os padrões geológicos é muito rápido. Figura 1.10 – Atuação do transporte eólico na formação de dunas Fonte: http://www.fotosefotos.com Origem e Formação do Solo |26 − Solos loéssicos Formado por deposições sobre vegetais que ao se decomporem deixam seu molde no maciço, o Loess é um solo bastante problemático para a engenharia, pois é provido de uma capacidade de formar paredões de altura fora do comum e inicialmente suportar grandes esforços mecânicos, mas podem romper completa e abruptamente devido ao umedecimento. É comum na Europa oriental, geralmente contêm grandes quantidades de cal, responsável por sua grande resistência inicial. Quando umedecido, contudo, o cimento calcáreo existente no solo pode ser dissolvido e solo entra em colapso. Figura 1.11 – Atuação do transporte eólico na formação de Loess Fonte: http://epod.usra.edu b) Solos aluvionares São solos resultantes do transporte pela água e sua textura depende da velocidade da água no momento da deposição, sendo frequente a ocorrência de camadas de diferentes granulometrias, devidas às diversas épocas de deposição. O transporte pela água é bastante semelhante ao transporte realizado pelo vento, porém algumas características importantes os distinguem: • Viscosidade – por ser mais viscosa a água tem uma capacidade de transporte maior, transportando grãos de tamanhos diversos. • Velocidade e Direção – ao contrário do vento que em um minuto pode soprar com forças e direções bastante diferenciadas, a água têm seu roteiro mais estável; suas variações de velocidade tem em geral um ciclo anual e as mudanças de direção estão condicionadas ao próprio processo de desmonte e desgaste do relevo. • Dimensão das Partículas – os solos aluvionares fluviais são, via de regra, mais grossos que os eólicos, pois as partículas mais finas mantêm-se sempre em suspensão e só se sedimentam quando existe um processo químico que as flocule (isto é o que acontece no mar ou em alguns lagos). • Eliminação da Coesão – sabe-se que o vento não pode transportar os solos argilosos devido a coesão entre os seus grãos. A presença de água em abundância diminui este efeito e, com isso somam-se as argilas ao universo de partículas transportadas pela água. Origem e Formação do Solo |27 De um modo geral, pode-se dizer que os solos aluvionares apresentam um grau de uniformidade de tamanho de grãos intermediário entre os solos eólicos (mais uniformes) e coluvionares (menos uniformes). − Solos Pluviais A água das chuvas pode ser retida em vegetais ou construções, podendo se evaporar a partir daí. Ela pode se infiltrar no solo ou escoar sobre este e, neste caso, a vegetação rasteira funciona como elemento de fixação da parte superficial do solo ou como um tapete impermeabilizador (para as gramíneas), sendo um importante elemento de proteção contra a erosão. A água que se infiltra pode carrear grãos finos através dos poros existentes nos solos grossos, mas este transporte é raro e pouco volumoso, portanto de pouca relevância em relação à erosão superficial. De muito maior importância é o solo que as águas das chuvas levam ao escoar de pontos mais elevados no relevo aos vales. Os vales contêm rios ou riachos que serão alimentados não só da água que escoa das escarpas, como também de matéria sólida. − Solos Fluviais Os rios durante sua existência têm várias fases. Em áreas de formação geológicas mais recentes, menos desgastadas, existem irregularidades topográficas muito grandes e por isso os rios têm uma inclinação maior e consequentemente uma maior velocidade. Existem vários fatores determinantes da capacidade de erosão e transporte dos rios, sendo a velocidade a mais importante. O transporte fluvial (Figura 1.12) pode ser descrito sumariamente da seguinte forma: • Os rios desgastam o relevo em sua parte mais elevada e levam os solos para sua parte mais baixa, existindo com o tempo uma tendência a planificação do leito. Rios mais velhos têm, portanto, menor velocidade e transportam menos. • Cada tamanho de grão será depositado em um determinado ponto do rio, correspondente a uma determinada velocidade, o que leva os solos fluviais a terem uma certa uniformidade granulométrica. Solos muito finos, como as argilas, permanecerão em suspensão até decantar em mares ou lagos com água em repouso. Figura 1.12 - Atuação do transporte fluvial na formação de solos Origem e Formação do Solo |28 − Solos Marinhos As ondas atingem as praias com um pequeno ângulo em relação ao continente. Isso faz com que a areia, além do movimento de vai e vem das ondas, desloquem-se também ao longo da praia. Obras que impeçam esse fluxo tendem a ser pontos de deposição de areia, o que pode acarretar sérios problemas. c) Solos coluvionares São solos formados pela ação da gravidade. Os solos coluvionares são dentre os solos transportados os mais heterogêneos granulometricamente, pois a gravidade transporta indiscriminadamente desde grandes blocos de rocha até as partículas mais finas de argila. Entre os solos coluvionares estão os escorregamentos das escarpas da Serra do Mar formando os Tálus nos pés do talude, massas de materiais muito diversas e sujeitas a movimentações de rastejo. Têm sido também classificados como coluviões os solos superficiais do Planalto Brasileiro depositados sobre solos residuais. Figura 1.13 – Exemplos de solos coluvionares (tálus) encontrados na chapada diamantina Fonte: http://pt.wikipedia.org − Tálus São solos coluvionares formados pelo deslizamento de solo do topo das encostas. De extrema beleza é os tálus encontrados na Chapada Diamantina, Bahia, ilustrada na Figura 1.13. A parte mais inclinada dos morros corresponde à formação original, enquanto que a parte menos inclinada é composta basicamente de solo coluvionar (tálus). d) Solos Glaciais De pequena importância para nós, os solos formados pelas geleiras (Figura 1.14), ao se deslocarem pela ação da gravidade, são comuns nas regiões temperadas. São formados de maneira análoga aos solos fluviais. A corrente de gelo que escorre de pontos elevados onde o gelo é formado para as zonas mais baixas, leva consigo partículas de solo e rocha, as quais, por sua vez, aumentam o desgaste do terreno. Os detritos são depositados nas áreas de degelo. Uma ampla gama de tamanho de partículas é transportada, levando assim a formação de solos bastante heterogêneos que possuem desde grandes blocos de rocha até materiais de granulometria fina. Origem e Formação do Solo |29 Figura 1.14 – Solos formados por geleiras e) Solos orgânicos Formados pela impregnação do solo por sedimentos orgânicos preexistentes, em geral misturados a restos de vegetais e animais. Podem ser identificados pela cor escura e por possuir forte cheiro característico. Têm granulometria fina, pois os solos grossos têm uma permeabilidade que permite a "lavagem" dos grãos, eximindo-os da matéria impregnada. − Turfas Solos que encorporam florestas soterradas em estado avançado de decomposição. Têm estrutura fibrilar composta de restosde fibras vegetais e não se aplicam aí as teorias da Mecânica dos Solos, sendo necessários estudos especiais. Têm ocorrência registrada na Bahia, Sergipe, Rio Grande do Sul e outros estados do Brasil. f) Solos com evolução pedogênica Alguns solos sofrem, em seu local de formação (ou de deposição) uma série de transformações físico-químicas que os levam a ser classificados como solos de evolução pedogênica. Os solos lateríticos (Figura 1.15) são um tipo de solo de evolução pedogênica. O processo de laterização é típico de regiões onde há uma nítida separação entre períodos chuvosos e secos e é caracterizado pela lavagem da sílica coloidal dos horizontes superiores do solo, com posterior deposição desta em horizontes mais profundos, resultando em solos superficiais com altas concentrações de óxidos de ferro e alumínio. Origem e Formação do Solo |30 Figura 1.15 – Diferença entre solos laterítico e saprolítico Fonte: Almeida (2013)