3 Estrutura e composição do solo PDF

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Solos: formação, estrutura e 
composição
1 – Formação dos solos
1.1 - Aspectos do intemperismo
1.2 - Agentes do intemperismo
1.3 - Fatores influentes no intemperismo
1.4 - Tipos de intemperismo
1.5 – Natureza da formação dos solos
2 – Estrutura e composição dos solos
3 - Bibliografia
1 – Formação dos solos
• O intemperismo é o conjunto de processos
que ocasiona a desintegração e decomposição
das rochas e dos minerais. O intemperismo
pode ocorrer por ação de agentes
atmosféricos e biológicos.
1.1 – Aspectos do Intemperismo
• O intemperismo está presente em toda a área
da superfície terrestre e é capaz de decompor
e desintegrar qualquer tipo de rocha.
� Uma importância fundamental do intemperismo é que
este ocasiona a destruição das rochas que formarão
outros materiais como os solos, os sedimentos e as
rochas sedimentares.
1.1 – Aspectos do Intemperismo
• Ao destruir rochas pré-existentes o intemperismo contrubui
para a concentração de minerais úteis tais como ouro,
prata, platina, etc. Estes minerais podem ficar concentrados
mediante a separação dos outros minerais presentes.
� A ação da água pode dissolver os minerais da rocha
desintegrada e depositá-los em bacias, formando
depósitos destes materiais.
1.1 – Aspectos do Intemperismo
• Diferentemente da erosão o intemperismo é
resultado de agentes imóveis e sua ação se dá em
forma de alteração de rocha. A erosão se dá por
agentes móveis como vento e água.
� O produto final do intemperismo é o regolito ou manto
de decomposição que recobre a rocha inalterada,
sendo que a espessura do regolito varia de centímetros
a metros.
1.2 – Agentes do intemperismo
• Os agentes que causam o intemperismo podem ser de origem
mecânica ou física e também químicos.
• i) Agentes mecânicos
• a) variação de temperatura
• b) congelamento da água
• c) cristalização de sais
• d) ação física de vegetais
1.2 – Agentes do intemperismo
• ii) Agentes químicos
• a) hidrólise
• b) hidratação
• c) oxidação
• d) carbonatação
• e) ação química de organismos
1.3 – Fatores influentes no intemperismo
Os agentes do intemperismo trabalham em conjunto
A contribuição relativa de cada um depende de diversos fatores
CLIMA TOPOGRAFIA TIPO DE ROCHA VEGETAÇÃO
1.3 – Fatores influentes no intemperismo
• O CLIMA
Intemperismo físico
Intemperismo químico
Predomina em regiões como:
Regiões geladas ou desertos
Predomina em regiões quentes e 
úmidas, como:
Florestas tropicais
1.3 – Fatores influentes no intemperismo
• TOPOGRAFIA
Regiões acidentadas 
topograficamente
Regiões acidentadas topograficamente 
tendem a promover a retirada de solo 
que protege as rochas expondo-as aos 
agentes do intemperismo, acelerando 
sua decomposição.
1.3 – Fatores influentes no intemperismo
• VEGETAÇÃO
Proteção da rocha pela 
vegetação
A vegetação pode proteger a rocha na 
medida em que fixa o solo acima desta, 
protegendo a rocha subjacente da ação 
de intempéries. 
1.4 – Tipos de intemperismo
TIPOS DE INTEMPERISMO
FÍSICO
QUÍMICO
Variação de temperatura
Congelamento da água
Cristalização de sais
Ação física de vegetais
Hidrólise
Hidratação
Carbonatação
Decomposição químico -
biológica
1.4 – Tipos de intemperismo
• Intemperismo físico
Ação da variação de 
temperatura
A ação da temperatura se dá por causa 
de gradientes témicos a que a rocha está 
submetida.
Durante o dia temperaturas chegam a 60 
e 70°C, a noite principalmente em 
regiões áridas a temperatura cai muito.
A rocha sofre constante expansão e 
contração térmica, causando pequenas 
fraturas que vão aumentando com o 
tempo até a desintegração.
1.4 – Tipos de intemperismo
• Intemperismo físico
Congelamento da água
A água quando congela aumenta em 
cerca de 10% de volume e assim exerce 
pressão nas fendas das rochas onde a 
água pode se alojar.
O congelamento força as paredes das 
rochas.
Este processo de intemperismo é mais 
intenso quanto maior for o número de 
repetições, ocorrendo em climas 
temperados onde a água congela e 
descongela repetidamente.
1.4 – Tipos de intemperismo
• Intemperismo físico
Cristalização de sais
Decorre da força de cristalização. Águas 
que circulam no interior das rochas com 
sais dissolvidos podem evaporar e os sais 
se precipitam cristalizando-se e 
exercendo certa pressão na rocha, 
desintegrando-a.
Esta ação é mais comum em regiões 
costeiras, com a presença de água 
salgada.
1.4 – Tipos de intemperismo
• Intemperismo físico
Ação física dos vegetais
O crescimento de raízes dos vegetais ao 
longo de fraturas das rochas pode 
pressioná-las, causando sua 
desintegração.
1.4 – Tipos de intemperismo
• Intemperismo químico
Hidrólise
É um dos agentes químicos mais 
importantes. 
Neste caso a água dotada de íons 
penetra finíssimos capilares das rochas e 
ao se combinarem com íons do mineral 
da rocha forma novas substâncias, 
alterando a rocha matriz.
1.4 – Tipos de intemperismo
• Intemperismo químico
Carbonatação
Neste processo de decomposição o CO2
contido na água forma pequena 
quantidade de ácido carbônico.
Este ácido facilita o processo de 
lixiviação dos minerais das rochas. 
A combinação de CO2 + H2O forma o 
H2CO3 que é um forte agente químico.
1.4 – Tipos de intemperismo
• Intemperismo químico
Decomposição químico -
biológica
Decorre da ação química de organismos. 
Organismos ao se fixarem nas rochas 
produzem secreções químicas. Estas 
secreções químicas ao reagirem com o 
material da rocha produzem buracos 
nesta.
Outros organismos ao se fixarem na 
superfície das rochas produzem uma fina 
camada de solo que vai aumentando até 
permitir a fixação de plantas que irão 
penetrar na rocha, decompondo-a. 
1.5 – Natureza da formação dos solos
Solo é o material proveniente da decomposição das rochas
O tipo de solo depende da rocha matriz e meio transportador, 
se houver
A alteração e decomposição da rocha é gradual, formando 
horizontes de solo/rocha
2 – Estrutura e composição dos solos
• Água no contato das partículas do solo
1 - água adsorvida: está aderida à partícula por forças elevadas. Não é removida
por secagem em estufa
2 – umidade higroscópica : secagem em estufa
3 - água capilar: é mantida no solo pela Tensão Superficial (Ts)
4 - água gravitacional : livre nos poros, removida por drenagem.
5 - água de hidratação na estrutura do solo: em geral não é removida do solo 
(exceto para alguns solos tropicais)
2 – Estrutura e composição dos solos
► Sistema solo-água
Souza Pinto (2006)
• Quando duas partículas de argila estão muito próximas, na preseça de água, 
ocorrem forças de atração e repulsão entre elas. As forças de atração devem-se às
cargas líquidas negativas que elas possuem. As forças de atração decorrem de 
forças de Wan der Waals e de ligações secundárias que atraem materiais
adjacentes;
• Da combinação das forças de atração e de 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. Considera-se a existência de dois tipos básicos de estrutura: 
floculada, quando os contatos se fazem entre as faces e arestas, ainda que
através da água adsorvida; e dispersa, quando as partículas se posicionam
paralelamente face a face.
2 – Estrutura e composição dos solos
• Estrutura física dos solos ► Estruturas floculadas
A estrutura do solo possui formato
chamado de “castelo de cartas”. Podem
suportar tensões maiores que quando as
partículas estão alinhadas (estrutura
dispersa). Com a ruptura desta estrutura o
solo perde resistência sob baixas
deformações.Estrutura do solo FLOCULADA
(em água não salgada)
Estruturado solo DISPERSA
• Para um mesmo solo e mesmo
índice de vazios o solo com
estrutura floculada apresentará:
→maior resistência;
→ menor compressibilidade;
→ maior permeabilidade.
2 – Estrutura e composição dos solos
• Estrutura física dos solos
► Estruturas floculadas
A presença de água salgada altera a
estrutura do solo. Em argilas
sedimentares na presença de água
salgada a estrutura é bastante aberta,
embora haja um relativo paralelismo
entre as partículas.
Estrutura do solo FLOCULADA
(em água salgada)
• Obs: O conhecimento das estruturas
permite o entendimento de diversos
fenômenos observados no
comportamento dos solos, como por
exemplo, a sensitividade das argilas
2 – Estrutura e composição dos solos
► No caso de solos residuais e de solos compactados, a posição relativa das 
partículas é mais elaborada. Existem aglomerações de partículas argilosas que se 
dispõe de forma a determinar vazios de maiores dimensões, como apresentado 
na figura abaixo.
Estrutura de um solo residual, nota-se 
a presença de micro e macro poros
Esta diferença de estrutura é importante para 
o entendimento de certas propriedades 
destes tipos de solo, como a elevada 
permeabilidade observada em alguns solos 
residuais
2 – Estrutura e composição dos solos
►Observa-se que , em solos evoluídos pedologicamente (já 
sofreram considerável ação do intemperismo), principalmente em 
climas quentes e úmidos, aglomerações de partículas minerais se 
apresentam envoltas por deposição de sais de ferro e alumínio 
(agentes cimentantes), um aspecto determinante para seu 
comportamento. 
►Os agentes cimentantes aumentam a resistência ao 
cisalhamento dos solos.
2 – Estrutura e composição dos solos
►Sistema solo-água-ar
•Quando o solo não se encontra saturado (todos os vazios não 
estão preenchidos por água) o ar pode se apresentar em forma de 
bolhas oclusas (caso exista em pequena quantidade) ou em forma 
de canalículos intercomunicados, inclusive com o meio externo. O 
aspecto mais importante com relação à presença do ar é que a 
água na superfície se comporta como uma membrana. Este 
comportamento é medido pela tensão superficial da água. 
•A tensão superficial da água gera uma tensão chamada de 
sucção. A sucção é responsável por diversos fenômenos 
referentes ao comportamento do solo, entre eles a ascenção
capilar. A sucção aumenta a resistência ao cisalhamento do solo. 
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
•As partículas resultantes da desagregação de rochas dependem da composição da 
rocha matriz;
•Algumas partículas maiores, dentre os pedregulhos, são constituídas 
freqüentemente de agregações de minerais distintos. É mais comum, entretanto que 
as partículas maiores sejam constituídas de um único mineral. O quartzo, presente na 
maioria das rochas, é bastante resistente à desagregação e forma grãos de siltes e 
areias. Sua composição química é simples, SiO2, são equidimensionais, como cubos 
ou esferas, e apresentam baixa atividade (A) superficial. Outros minerais como 
feldspato, gipsita, calcita e mica, também podem ser encontrados nesse tamanho.
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
• Os feldspatos são os minerais mais atacados pela natureza e dão origem aos 
argilominerais, que constituem a fração mais fina dos solos, geralmente com 
dimensão inferior a 2mm. Não só o reduzido tamanho mas, principalmente, a 
constituição mineralógica faz com que essas partículas tenham um comportamento 
extremamente diferenciado em relação aos grãos de silte e areia.
• Os argilominerais apresentam uma estrutura complexa. Uma síntese do assunto, 
que permite compreender o comportamento dos solos argilosos perante a água, é 
apresentada a seguir, com o exemplo de três dos minerais mais comuns na natureza 
(a caulinita, a ilita e a smectita ou montmorinolita), que apresentam 
comportamentos bem distintos, principalmente na presença de água.
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
• Na composição química das argilas, existem dois tipos de estruturas: uma estrutura de 
tetraedros justapostos num plano, com átomos de oxigênio que pertencem simultaneamente 
a ambas. 
•Alguns minerais-argila são formados por uma camada tetraédrica e uma octaédrica (estrutura 
de camada 1:1), determinando uma espessura da ordem de 7 Å (1 Angstron = 10-10 m), como 
a caulinita, cuja estrutura está representada na Figura a seguir. 
•As camadas assim constituídas encontram-se firmemente empacotadas, com ligações de 
hidrogênio que impedem sua separação e que entre elas se introduzam moléculas de água. A 
partícula resultante fica com espessura da ordem de 1.000 Å, sendo sua dimensão longitudinal 
de cerca de 10.000Å.
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
• Estrutura de uma camada de caulinita: a) estrutura atômica; b) estrutura simbólica.
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
• Noutros minerais o arranjo octaédrico é encontrado entre duas estruturas do 
arranjo tetraédrico (estrutura de camadas 2:1), definindo uma espessura de cerca de 
10 Å. Com esta constituição estão as esmectitas e as ilitas, cujas estruturas simbólicas 
estão apresentadas na Figura a seguir. 
•Nestes minerais, as ligações entre as camadas se fazem por íons O²- e O²+ dos 
arranjos tetraédricos, que são mais fracos que a ligações entre camadas de caulinita, 
em que íons O²+ da estrutura tetraédrica se ligam a OH- da estrutura octaédrica. 
•As camadas ficam livres, e as partículas, no caso das esmectitas, ficam com a 
espessura da própria camada estrutural, que é de 10 Å. Sua dimensão longitudinal 
também é reduzida, ficando com cerca de 1.000 Å, pois as placas se quebram por 
flexão. 
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
• Noutros minerais o arranjo octaédrico é encontrado entre duas estruturas do 
arranjo tetraédrico (estrutura de camadas 2:1), definindo uma espessura de cerca de 
10 Å. Com esta constituição estão as esmectitas e as ilitas, cujas estruturas simbólicas 
estão apresentadas na Figura a seguir. 
•Nestes minerais, as ligações entre as camadas se fazem por íons O²- e O²+ dos 
arranjos tetraédricos, que são mais fracos que a ligações entre camadas de caulinita, 
em que íons O²+ da estrutura tetraédrica se ligam a OH- da estrutura octaédrica. 
•As camadas ficam livres, e as partículas, no caso das esmectitas, ficam com a 
espessura da própria camada estrutural, que é de 10 Å. Sua dimensão longitudinal 
também é reduzida, ficando com cerca de 1.000 Å, pois as placas se quebram por 
flexão. 
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
•Estrutura simbólica de minerais com camada 2:1; (a) esmectita com duas camadas de 
moléculas de água, (b) ilita.
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
• As partículas de esmectita apresentam um volume 10E-4 vezes menor do que as de 
caulinita e uma área 10E-2 vezes menor. Isto significa que para igual volume ou massa, 
a superfície das partículas de esmectita é 100 vezes maior do que das partículas de 
caulinita. 
•A superfície específica (superfície total de um conjunto de partículas dividida pelo 
seu peso) das caulinitas é da ordem de 10 m²/g, enquanto que a das esmectitas é de 
cerca de 1.000m²/g. 
•As forças de superfície são muito importantes no comportamento de partículas 
coloidais, sendo a diferença de superfície específica uma indicação da diferença de 
comportamento entre os solos comdistintos minerais-argila. 
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
• O comportamento das argilas seria menos complexo se não ocorressem 
imperfeições na sua composição mineralógica. É comum, entretanto, a ocorrência de 
um átomo de alumínio, Al³+, substituindo um de silício, Si4+, na estrutura tetraédrica, 
e que na estrutura octaédrica, átomos de alumínio estejam substituídos por outros 
átomos de menor valência, como o magnésio, Mg++. Estas alterações são definidas 
como substituições isomórficas, pois não alteram o arranjo dos átomos, mas as 
partículas resultam com uma carga negativa. 
•Para neutralizar as cargas negativas, existem cátions livres nos solos, por exemplo, 
cálcio, Ca++, ou sódio, Na+, aderidos às partículas. Estes cátions atraem camadas 
contíguas, mas com força relativamente pequena, o que não impede a entrada de 
água entre as camadas. A liberdade de movimento das placas explica a elevada 
capacidade de absorção de água de certas argilas, sua expansão quando em contato 
com a água e sua contração considerável ao secar. 
2 – Estrutura e composição dos solos
• Composição mineralógica (adaptado texto Sousa Pinto, 2006)
•As bordas das partículas argilosas apresentam cargas positivas, resultantes das 
descontinuidades da estrutura molecular, mas íons negativos neutralizam estas cargas. 
Os cátions e íons são facilmente trocáveis por percolação de soluções químicas. O tipo 
de cátion presente numa argila condiciona o seu comportamento. Uma argila 
esmectita com sódio absorvido, por exemplo, é muito mais sensível à água do que 
tendo cálcio absorvido. Daí a diversidade de comportamentos apresentados pelas 
argilas e a dificuldade de correlacioná-los por meio de índices empíricos. 
2 – Estrutura e composição dos solos
•Argilas
Argilo minerais⇒ os argilo minierais são tipos de argilas com 
propriedades particulares.
São três os principais argilo-minerais: caolinita, ilita e montmorilonita. 
A caolinita é o mais inerte. 
Caolinita Ilita Montmorilonita ou Smectita
3 – Bibliografia
� Craig, R. F., 2007, Mecânica dos Solos, 7ª Edição, Editora
LTC.
� Nivaldo, J. C., 1979, Geologia aplicada à engenharia, 2
edição.
� Sousa Pinto, C, 2006, Curso básico de mecânica dos solos,
editora Oficina de Textos.