AULA 02 MEC SOLOS I ORIGEM DOS SOLOS

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MECÂNICA DOS SOLOS I
AULA 02
PROF.: ROSIEL FERREIRA LEME
Tema: Origem do solo
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PROGRAMA DA AULA
Origem e formação do solo
Tamanho das partículas
Argilominerais
Interação dos minerais argílicos
1 - Origem e formação do solo
1. A origem dos solos
O que é um sólido particulado?
Um material composto de materiais sólidos de tamanho reduzido (partículas).
Não têm forma definida como os sólidos
Não fluem livremente como os líquidos 
Não são compressíveis como os gases
1. A origem dos solos
	São materiais que resultam do intemperismo ou meteorização das rochas, por:
1.1 Desintegração mecânica da rocha
ARENITO
AREIA
1. A origem dos solos
O QUE É O INTEMPERISMO?
	É o conjunto de processos que causam a desintegração e a decomposição das rochas.
1.1 Intemperismo
Qualquer rocha sofre ação do intemperismo?
1. A origem dos solos
IMPORTÂNCIA DO INTEMPERISMO?
A importância do intemperismo é a produção do outros materiais que irão constituir:
Os solos
Os sedimentos
As rochas sedimentares
Mineração 
1.1 Intemperismo
SOLOS COMO USO AGRÍCULA
SEDIMENTOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
ROCHAS TAMBEM UTILIZADAS NA CONSTRUÇÃO CIVIL 
1. A origem dos solos
Qual a diferença entre intemperismo e erosão?
O intemperismo provoca a alteração da rocha por agentes imóveis (temperatura, reação química, etc.)
A erosão é a remoção deste material alterado, através de agentes moveis (água, vento, etc.)
Os agentes do intemperismo são:
Físicos ou mecânicos
Químicos
1.1 Intemperismo
1. A origem dos solos
1.2 Desintegração mecânica da rocha
Agentes físicos:
	a) Variação de temperatura
O deserto do Saara pode atingir 50 º durante o dia e -10º a noite
Essas variações térmicas fazem com que a rocha sofra alterações volumétricas (dilatações e retrações), gerando o desgaste da mesma.
 
Segundo Chiossi (2013), em locais em que a temperatura ambiente atinja 35 graus, as rochas podem chegar a apresentar quase o dobro estas temperaturas, entorno de 60 graus.
Em locais desérticos, a variação de temperatura pode ser extrema como no deserto do Saara em que a temperatura pode atingir 50 graus durante o dia e -10 graus a noite. 
Essas alterações constantes de temperatura fazem com que a rocha sofra alterações volumétricas (dilatações e retrações), gerando o desgaste da mesma.
Como se pode observar, a agente físico de temperatura é mais evidente em climas da zona equatorial (principalmente em regiões semiáridas), e sendo de pouca influência em regiões do planeta de clima mais frio como nas zonas temperadas.
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1. A origem dos solos
1.2 Desintegração mecânica da rocha
Agentes físicos:
	b) Congelamento da água
É comum água penetrar em fraturas rochosas.
Em países de clima frio, a agua pode congelar, provocando esforços mecânicos na fratura.
Congelamento da água: é comum que rochas apresentem trincas e fraturas, de maneira que a água possa percolar por estes locais. Em locais de clima frio e estações bem definidas, a agua entre fraturas pode congelar durante o inverno. A agua após o congelamento tende a aumentar de volume em até 10%, fazendo pressão na região fraturada e conseguentemente deteriorando a rocha. Assim como a temperatura, o congelamento ocorre em zonas mais frias do planeta.
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1. A origem dos solos
1.2 Desintegração mecânica da rocha
Agentes físicos:
	c) Cristalização
Semelhante a água congelada, esses cristais expandem as fraturas existentes nas rochas, promovendo a deteriorização mecânica.
A cristalização consiste no fenômeno que ocorre a partir de um germen de cristalização ou cristal-semente, que numa solução com sais dissolvidos, esta semente cresce gerando um cristal a partir do soluto presente. Semelhante a água congelada, esses cristais expandem as fraturas existentes nas rochas, promovendo a deteriorização mecânica.
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1. A origem dos solos
1.2 Desintegração mecânica da rocha
Agentes físicos:
	d) Ação física dos vegetais
A ação biológica consiste na ação de raízes de plantas que penetram nas rochas.
As raízes existentes em substratos rochosos buscam nutrientes entre as fraturas das rochas, penetrando pouco a pouco, e provocando uma compressão mecânica na mesma que resulta na desintegração mecânica do material.
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1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
	Retirada de minerais da rocha devido a reações de natureza química.
Agentes químicos:
Hídrolise
Hidratação
Oxidação
Carbonatação
Decomposição química e biológica
1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
Agentes químicos:
Hidrólise
	Os íons da água se combinam com os compostos, ocorrendo a formação de novas substâncias.
1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
Agentes químicos:
b) Hidratação
		Alguns minerais podem adicionar H2O a sua composição, formando novos compostos.
HIDRATAÇÃO
ANIDRITA (CaSO4)
GIPSO (CaSO4.2H2O)
Com a hidratação, os minerais tem os volumes aumentados, criando um acréscimo de tensões devido a compressão, reduzindo a resistência e provocando a desintegração da rocha.
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1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
Agentes químicos:
	c) Oxidação
		A oxidação decompõem minerais pela ação do O2 e do CO2 dissolvidos na água, resultando em hidratos, óxidos e carbonatos.
OXIDAÇÃO
PIRITA (FeS2)
ACIDO SULFURICO (CaSO4.2H2O)
LIMONITA (FeOH3.nH2O)
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1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
Agentes químicos:
	c) Oxidação
		A oxidação decompõem minerais pela ação do O2 e do CO2 dissolvidos na água, resultando em hidratos, óxidos e carbonatos.
DISSOLVE
ACIDO SULFURICO (CaSO4.2H2O)
MINERAIS
Ca
Mg
K
Na
SULFATOS
CaSO4
MgSO4
NaSO4
K2SO4
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1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
Agentes químicos:
d) Carbonatação
		A presença de CO2 na água forma uma pequena quantidade de ácido carbônico, que em contato com rochas, podem provocar a lixiviação de minerais.
CALCITA (CaCO3.)
ACIDO CARBONICO
(H2CO3.)
BICARBONATO DE CALCIO
H2CO3
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1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
Agentes químicos:
d) Carbonatação
		O Bicarbonato de cálcio do exemplo pode ser transportado pela água e precipitar formando rochas calcárias.
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1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
Agentes químicos:
d) Carbonatação
		O Bicarbonato de cálcio do exemplo pode ser transportado pela água e precipitar formando rochas calcárias.
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1. A origem dos solos
1.3 Decomposição química da rocha
Agentes químicos:
e) Decomposição química e biológica
		É resultante da liberação de substancias químicas de origem biológica que possam causar a decomposição da rocha.
OURIÇO DO MAR
HÚMOS
O OURIÇO DO MAR LIBERA SUBSTANCIAS QUE PODEM DISSOLVER ROCHAS MARINHAS
O HUMOS PRESENTE NO SOLO PODE GERAR O ACIDO HUMICO, QUE TRANSPORTADO PELA AGUA INFILTRADA PODE GERAR A DETEORIZAÇÃO DA ROCHA PRESENTE EM CAMADAS INFERIORES AO SOLO.
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1. A origem dos solos
1.4 Fatores que influenciam no intemperismo
O clima
Influi de diversas maneiras, sendo que, em regiões áridas, há uma predominância da ação dos agentes físicos em relação aos químicos, acontecendo o inverso nas regiões úmidas
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1. A origem dos solos
1.4 Fatores que influenciam no intemperismo
A topografia
Nas regiões de declives acentuados, ele é constantemente removido pelas enxurradas ou por efeito direto da gravidade
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1. A origem dos solos
1.4 Fatores que influenciam no intemperismo
O tipo de rocha
Influi na ação de intemperismo segundo as diferentes resistências oferecidas ao ataque físico e químico.
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1. A origem dos solos
1.4 Fatores que influenciam no intemperismo
A vegetação
Influi, pois pode fixar o solo com suas raízes e retardar sua remoção
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2. Tamanho das partículas
2. Tamanho das partículas
	Dimensão de uma argila:0,0000001 mm
	Dimensão de uma areia:4 mm
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2. Tamanho daspartículas
	O tamanho das partículas dividem-se: 
PEDREGULHO
AREIA GROSSA
AREIA MÉDIA
AREIA FINA
SILTE
ARGILA
76,0 >D> 4,8
mm
4,8 >D> 2,0
mm
2,0 >D> 0,42
mm
0,42 >D> 0,05
mm
0,05 >D> 0,005
mm
D < 0,005
mm
	Classificação granulométrica segundo a ABNT
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2. Tamanho das partículas
COMO SE DEFINE OS TAMANHOS DAS PARTÍCULAS?
Ensaios de granulometria
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3. Constituição mineralógica
3. Constituição mineralógica
O quartzo é o segundo mineral mais abundante da Terra. Possui estrutura cristalina trigonal composta por tetraedros de sílica (dióxido de silício, SiO2)
3.1 Composição química dos minerais
QUARTZO
Pedregulho
Areia
Silte
i
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3. Constituição mineralógica
Feldspato derivada do alemão feld (campo) + spath (pedra). Designa um dos grupo de minerais mais importante uma vez que perfaz o maior volume da crosta terrestre, cerca de 60%
3.1 Composição química dos minerais
FELDSPATOS
i
Ortoclase KAlSi3O8
Albita  NaAlSi3O8
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 2 mm. 
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Os minerais argílicos são silicatos complexos de alumínio compostos de duas unidades básicas: 
0.26 nm
O
Si
O
Al
Tetraedro de silício
Octaedro de alumínio
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Si
Al
Representação simbólica das lâminas:
Tetraedro de sílica
Octaedro de alumínio
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Por meio de combinações entre as unidades básicas, são formados os seguintes grupos de minerais argílicos:
Caolinitas
Ilitas
Montmorilonitas 
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Arranjo das caulinitas
	As camadas assim constituídas encontram-se firmemente empacotadas, com ligações de hidrogênio que impedem sua separação e a introdução de moléculas de água entre elas.
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Arranjo das Ilitas
	Nesses minerais, as ligações entre as camadas ocorrem por íons O2- e O2+ dos arranjos tetraédricos, que são mais fracos do que as ligações entre camadas de caulinita.
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Arranjo das Ilitas
	O comportamento das argilas seria menos complexo se não ocorressem imperfeições na sua composição mineralógica.
	Ocorrência de substituições isomórfas!
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Arranjo das Ilitas
	É comum um átomo de alumínio (Al3+) substituir um de silício (Si4+) na estrutura tetraédrica .
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Arranjo das Ilitas
	Na ilita, a substituição isomorfa ocorre no tetraedro de sílica. (Partículas ficam com carga negativa)	
	Ions de potássio (K+) presentes na ilita se ligam as laminas tetraédricas. 
K
K
Íons fixos
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Arranjo das Montmorilonita
	As substituições isomorfas ocorrem no octaedro de alumínio. 
	Íons de cálcio “Ca++” ou sódio “Na+” dissolvidos na água são atraídos, permitindo a absorção.
nH2O e cátions Intercambiáveis
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3. Constituição mineralógica
3.2 Minerais argílicos
Superfície Específica
	A soma da superfície de todas as partículas por unidade de volume ou peso do solo (m²/g)	
	Para os minerais argílicos, as superfícies específicas podem assumir os seguintes valores:
MINERAL
SUPERFÍCIE ESPECIFICA
Caolinita
10 m²/g
Ilita
80 m²/g
Montmorilonita
800 m²/g
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3. Constituição mineralógica
Exercício
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4. Interação dos minerais argílicos
4. Interação dos minerais argílicos
4.1 Sistema solo-água
A água é um mineral de comportamento bem mais complexo do que sua simples composição química (H2O) sugere...
Molécula de H2O
( - )
O
H
H
( + )
( + )
104,5º
Atua como um BIPOLO
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4. Interação dos minerais argílicos
4.1 Sistema solo-água
-
-
-
-
-
Partícula
Argilosa
	A argila seca, a carga negativa é equilibrada pelos cátions intercambiáveis Ca2+, Mg2+, Na+, K+
Cátion
Cátion
Quando a água se encontra em contato com as partículas argilosas, as moléculas orientam-se em relação a elas e aos íons que circundam as partículas. Os íons afastam-se das partículas e ficam circundados por moléculas de água. No caso das esmectitas, por exemplo, a água penetra entre as partículas e forma estruturas
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4. Interação dos minerais argílicos
4.1 Sistema solo-água
-
-
-
-
-
Molécula Dipolar de água
Partícula
Argilosa
	Na presença de água, as moléculas H2O são atraídas pela partícula argilosa.
	Os cátions dissolvidos também são atraídos. 
Cátion
Cátion
Quando a água se encontra em contato com as partículas argilosas, as moléculas orientam-se em relação a elas e aos íons que circundam as partículas. Os íons afastam-se das partículas e ficam circundados por moléculas de água. No caso das esmectitas, por exemplo, a água penetra entre as partículas e forma estruturas
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4. Interação dos minerais argílicos
4.1 Sistema solo-água
Partícula Argilosa
	As características da camada dupla dependem da valência dos íons presentes na água, da concentração eletrolítica, da temperatura e da constante dielétrica do meio.
Água adsorvida
Água de dupla camada
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