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Disciplina: Mecânica dos Solos I Professora: Júlia Righi Curso: Engenharia Civil 5º período AULA 2 Conceito de solos Origem e processos de formação de solos. Notas de aula: Professor Márcio Marangon - UFJF SOLOS SOLOS Vista aérea (1994) de uma “obra de terra” - Construção de um grande aterro nas proximidades de uma cabeçeira do Aeroporto (J. Fora), que utilizou apenas solo como material de construção. Observe a coloração diferenciada do solo cortado, mostrando o contorno da antiga rocha ali existente, que se intemperizou, transformando-se. Origem e constituição No caso da rocha de origem ser por exemplo um BASALTO em clima tropical de invernos secos e verões úmidos, a decomposição se dá, principalmente pelo ataque químico das águas acidiculadas, dando como resultado predominantemente ARGILAS. Não apareceria neste solo a fração AREIA pois o BASALTO não contém QUARTZO, mas aparece grãos de ÓXIDO DE FERRO, como o caso da terra roxa. Impermeabilização em aterros sanitários O nome terra roxa é um equívoco. Os imigrantes italianos que trabalhavam nas fazendas de café referiam-se ao solo pelo nome terra rossa, já que rosso em italiano significa vermelho. Os brasileiros aportuguesaram o termo italiano, então, para terra roxa. Os ARENITOS, das formações sedimentares brasileiras do paleozóico dão origem a um solo essencialmente ARENOSO, pois não existem feldspatos ou micas em sua composição. a) Coleta em uma jazida a ser ensaiada para ser utilizada como material de construção. b) Coleta em um leito de futura Avenida em São Pedro, próximo a UFJF. c) Coleta de amostra em uma das camadas de um pavimento em construção. Classificação dos solos – quanto a granulometria Registros Fotográficos de serviços de laboratório: Ensaios para determinação das características e propriedades de amostras de solo. Diversas amostras em pátio (UFJF) de secagem ao ar, a serem ensaiadas. Tigelas esmaltadas com solo lavado, submetido ao ensaio de granulometria. Laboratoristas operando diversos equipamentos, realizando anotações e cálculos. INTEMPERISMO Os materiais que encontramos na superfície da Terra são, em sua maior parte, produto das transformações que a litosfera sofre na sua interação com a atmosfera, ou seja são produtos do intemperismo. Tipos e processos do INTEMPERISMO O intemperismo consiste da transformação das rochas em materiais mais estáveis em condições físico-químicas diferentes daquelas em que elas se originaram. Conjunto de processos que ocasionam a desintegração ou desgaste (ação física) e a decomposição (ação química) das rochas e dos minerais, por ação de agentes atmosféricos e biológicos. Os processos intempéricos são então classificados em intemperismo físico e intemperismo químico. Quando a ação de organismos vivos ou da matéria orgânica proveniente da sua decomposição participa do processo, o intemperismo é chamado de físico-biológico ou químico-biológico. INTEMPERISMO Fenômeno também conhecido como “Meteorização”. “Não existe rocha alguma que possa escapar à sua ação. Até mesmo uma rocha tão resistente como o granito, quando sujeita por muito tempo à ação intensa do intemperismo, chega a desfazer-se entre os dedos”. FATORES QUE INFLUENCIAM NO INTEMPERISMO Clima: Regiões áridas ou geladas - ação mais intensa dos agentes físicos; Regiões úmidas e quentes - ação mais intensa dos agentes químicos; Topografia: Regiões de aclive (elevada) - A ação da gravidade favorece a remoção da camada de solo que protege a rocha da ação das intempéries; Tipo de Rocha: Diferentes são as resistências oferecidas ao ataque físico e químico; Vegetação: A fixação do solo, com suas raízes, contribui para que esta camada superficial não seja removida protegendo a rocha da ação de intempéries. INTEMPERISMO FÍSICO Constitui o conjunto de processos que resultam na desagregação física das rochas. Nesses caso altera-se apenas a unidade física da rocha e não a sua composição química. De acordo com os fatores atuantes, o intemperismo físico pode ser subdividido em termal e mecânico. INTEMPERISMO TERMAL: É o mais comum dos processos intempéricos de natureza física. São processos de desagregação mecânica devidos à variação de temperatura nos corpos rochosos; INTEMPERISMO TERMAL Ação da variação de temperatura: As variações de temperatura repentinas (durante o dia a temperatura nas rochas chegando a 60 a 70oC e a noite podendo cair próximo a 0oC) fazem com que os minerais das rochas estejam ora em estado de expansão, ora em contração. Como os coeficientes de dilatação térmica são diferentes, causam nas rochas pequenas trincas que vão se alongando com o tempo, fraturando todo o maciço o que contribui para a sua desintegração em blocos. INTEMPERISMO TERMAL A cor e a granulometria da rocha também têm influência no intemperismo físico termal; Assim, rochas mais escuras se aquecem mais, e desagregam mais facilmente. Do mesmo modo rochas de cor uniforme são menos susceptíveis de se fragmentarem do que rochas de coloração variada; Rochas grosseiras se desintegram mais facilmente do que rochas de grãos pequenos; O intemperismo físico é observado em quaisquer ambientes, embora seja favorecido em ambientes onde ocorrem fortes variações de temperatura. INTEMPERISMO MECÂNICO Neste tipo de intemperismo, os fatores imprimem esforços mecânicos às rochas levando a sua fragmentação. O processo consiste na presença de um agente qualquer em fendas das rochas, o qual se expande e contrai, pressionando a rocha até a sua ruptura. De acordo com o agente, temos os seguintes processos: Congelamento de água: consiste no congelamento da água inclusa em fraturas nas rochas. Ao se congelar a água aumenta seu volume exercendo altas pressões sobre as paredes envolventes, podendo fragmentá-las. Para que este processo ocorra, devem ser satisfeitas condições como a presença de poros e fendas na rocha, presença de água e temperaturas características de climas frios. INTEMPERISMO MECÂNICO Cristalização de sais: Certas águas que circulam no interior de fendas existentes contendo soluções com sais dissolvidos se infiltram nas rochas e com sua posterior evaporação precipitam (sais), cristalizando-se e exercendo uma certa pressão, que contribui para a desintegração das rochas (comum em regiões costeiras - água do mar rica em sais). INTEMPERISMO QUÍMICO O principal agente de intemperismo químico é a água, que infiltra e percola as rochas, sendo o seu efeito mais intenso na medida em que ela se acidifica devido à dissolução de CO2 da atmosfera e à presença de ácidos orgânicos. A água da chuva dissolve o CO2 da atmosfera, onde uma parte desse CO2 se combina com a água formando ácido carbônico, que é fácilmente dissociado. Água Pura ⇒ é relativamente inerte, não reagindo, com os minerais; Água + substâncias dissolvidas - ácidos, sais, nitratos, óxidos, produtos orgânicos ⇒ ataque aos minerais INTEMPERISMO QUÍMICO O intemperismo químico compreende a decomposição química dos minerais primários das rochas, e a síntese de minerais secundários. A decomposição dos minerais primários das rochas resulta de várias reações químicas, onde as principais são: oxidação, hidratação, dissolução e hidrólise. INTEMPERISMO BIOLÓGICO Processos de intemperismo de rochas causados por fatores biológicos. O papel dos organismos é determinado pela sua capacidade de assimilar vários elementos da rocha em processo de alteração. Destaca-se os processos no quais os vegetais promovem a dissolução química das rochas através de substânciasácidas produzidas pelas suas raízes, e assimilam elementos tais como K, Na, Ca, Al, Fe, etc, existentes nos minerais das rochas. Os primeiros estágios da decomposição biológica de rochas são associados com microrganismos (fungos e bactérias) que "preparam" a rocha para o ataque químico seguinte promovido por líquens, algas e musgos. INTEMPERISMO As características das rochas que influenciam a sua alteração devem ser avaliadas quanto à sua importância relativa no intemperismo. Desse modo, ao se avaliar a resistência de uma rocha ao intemperismo devem ser consideradas as seguintes características: Composição mineralógica; Textura; Estrutura. INTEMPERISMO O tamanho dos minerais na rocha também influencia a sua resistência ao intemperismo, uma vez que quanto mais grosseira a granulometria da rocha, mais facilmente ela se intemperizará. A presença de estruturas tais como, xistosidade, foliação gnáissica, estratificação, vesículas, etc, tende a facilitar o intemperismo de uma rocha em relação àquelas que tenham estrutura homogênea. INTEMPERISMO As rochas constituem o material de origem e que formam o solo. A influência do material de origem nos solos é muito importante. Solos jovens mostram minerais primários provenientes da rocha de origem, guardando suas características. Mesmo em solos muito intemperizados ("velhos"), persistem heranças da rocha de origem. FORMAÇÃO DO SOLO Fatores de Formação do Solo Em 1898, Dokuchaev consolidou a concepção de que as propriedades do solo são resultado dos fatores de formação do solo que nele atuaram e ainda atuam, a saber: material de origem, clima, organismos, topografia(relevo) e tempo. Assim, temos que clima e organismos, controlados pelo relevo, atuando sobre um material de origem, ao longo do tempo, geram uma situação de desequilíbrio que resulta em intemperismo e formação de solos (pedogênese). Dentre os fatores de formação do solo: material de origem e o tempo : fatores passivos clima e organismos: fatores ativos relevo :controlador. Fator passivo é aquele que não adiciona e não exporta material, nem gera energia que possa acelerar os processos de intemperismo. Fator ativo: se atribui o provimento de energia e compostos químicos que promovem os processos de formação do solo. Material de Origem O material de origem de um solo pode ser uma rocha ou um sedimento inconsolidado, aluvial (depósito de rio), ou coluvial (depósito de material no sopé das elevações). Tempo O início da formação de um solo ocorre quando uma rocha sã começa a ser alterada, e a partir daí começam a ocorrer os processos de formação do solo. Mas como existe a erosão atuando em sentido contrário à pedogênese, é difícil precisar o início exato da formação do solo. O uso do termo tempo/idade em pedologia normalmente está relacionado à maturidade, ao grau de desenvolvimento de um solo, e não ao tempo cronológico. Assim, quando se diz que um solo é jovem, isto significa que a pedogênese foi pouco intensa, formando um solo pouco espesso, podendo apresentar minerais ainda passíveis de intemperização. Ao contrário, um solo velho é um solo espesso, quimicamente pobre, com minerais profundamente intemperizados e acúmulo de óxidos. Clima (precipitação e temperatura) O clima é o fator que, isoladamente, mais contribui para o intemperismo. Mais do que qualquer outro fator, determina o tipo e a velocidade do intemperismo em uma dada região. Os dois parâmetros climáticos mais importantes são a precipitação e a temperatura, regulando a natureza e a velocidade das reações químicas. Para que as reações químicas de intemperismo ocorram, é necessário que exista água no sistema. Dessa forma, a água está envolvida diretamente no processo, seja como solvente, seja indiretamente, favorecendo a instalação de seres vivos que irão acelerar o intemperismo. A temperatura acelera as reações químicas. A elevação da temperatura em 10°C, aumenta de duas a três vezes a velocidade das reações químicas. . Organismos Compreende os vegetais, animais, bactérias, fungos, liquens, os quais têm influencias dinâmicas nos processos de formação do solo. Estes organismos exercem ações físicas e químicas sobre o material de origem e continuam a atuar no perfil do solo. Tipologia (relevo) A topografia regula a velocidade do escoamento superficial das águas pluviais (o que também depende da cobertura vegetal) e, portanto, controla a quantidade de água que se infiltra nos perfis. O intemperismo se acentua quanto mais a água se infiltrar pelo perfil do solo, levando os produtos mais solúveis do intemperismo. Processos Gerais de Formação do Solo São processos que produzem as modificações que ocorrem no solo devido à atuação dos fatores de formação do solo ADIÇÃO - Compreende qualquer contribuição externa ao perfil do solo. Entre estas, consideram-se a adição de matéria orgânica (restos orgânicos de animais e vegetais), poeiras e cinzas trazidas pelo vento, materiais depositados tanto por enchentes como por movimentos de massa nas encostas, gases que entram por difusão nos poros do solo (CO2, O2, N2), adubos, corretivos, agrotóxicos, adição de solutos pela chuva, etc. REMOÇÃO OU PERDA - Compreende as perdas de gases, líquidos ou sólidos sofridas por uma determinada porção de solo, podendo ser em superfície ou em profundidade. As primeiras compreendem a exportação de nutrientes pelas colheitas, perdas de compostos voláteis por queimadas, perdas por erosão hídrica ou eólica, etc. TRANSLOCAÇÃO - É caracterizada pelo movimento de materiais de um ponto para o outro dentro do perfil do solo. São processos de translocação, entre outros, o movimento de argilas e/ou solutos de um horizonte para o outro no perfil, o preenchimento de espaços deixados por raízes decompostas, cupins, minhocas, formigas, etc., TRANSFORMAÇÃO - São processos que consistem na transformação física, química ou biológica dos constituintes do solo, envolvendo síntese e decomposição. Transformações físicas incluem quebras de minerais e rochas, umedecimento e secagem do solo com quebra de agregados, compressão provocada pelo crescimento de raízes, etc. Transformações químicas consistem dos processos de intemperismo químico já conhecidos, assim como a neoformação de minerais da fração argila do solo. FORMAÇÃO GEOLÓGICA DOS SOLOS Tipos de solos segundo a origem dos seus constituintes: RESIDUAL TRANSPORTADO (ou sedimentar) ORGÂNICO SOLOS RESIDUAIS São aqueles provenientes da decomposição e alteração das rochas “in situ”. Os produtos de alteração permanecem ainda no local em que se deu a transformação. Subdivididos, conforme a zona de intensidade de intemperismo, em horizontes que, geralmente, se organizam da superfície para o mais profundo. PERFIL DE INTEMPERISMO DE UM SOLO RESIDUAL SOLOS RESIDUAIS O perfil do slide anterior (dados reais obtidos em uma boletim de sondagem) evidencia a ocorrência de solo do tipo residual. Há ocorrência de grãos de quartzo não “rolados” (angulosos - ausência de transporte de material na formação desse tipo de solo), ocorrência de placas ocasionais de mica e após 10.00 m solo micáceo, rocha alterada, fraturada até sã. SOLOS RESIDUAIS Fenômeno de erosão contribuindo para o visualizar um horizonte (mais superficial) de solo residual maduro - mais escuro e abaixo de saprolito. Solo Residual maduro - É a situação em que o solo perdeu toda a estrutura original da rocha-madre e tornou-se relativamente homogêneo. Solo Residual Jovem ou Saprolito - Situação em que o solo mantém a estrutura original darocha-madre, inclusive veios intrusivos, fissuras, xistosidade e camadas, mas perdeu totalmente sua consistência. Solo de alteração de rocha - é o horizonte em que a alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, deixando relativamente intactos grandes blocos da rocha original envolvidos por solo de alteração de rocha. SOLOS TRANSPORTADOS (ou sedimentares) Quando os produtos da alteração foram transportados por um agente qualquer, para local diferente ao da transformação. Classificam-se segundo o agente de transporte: SOLOS TRANSPORTADOS (ou sedimentares) - Solos Coluviais: talus Transporte e sedimentação por um agente transportador : desde a simples gravidade, que faz cair as massas de solo e rocha ao longo dos taludes, até um enxurrada, por exemplo, que carreia o material constituinte dos solos residuais. Os talus são formados por grãos de tamanho muito variável, inclusive blocos de rocha (matacões). Em geral, os grãos de argila são levados pela enxurrada e carreados pelas ribeiras que descem a serra. SOLOS TRANSPORTADOS (ou sedimentares) - Solos Aluviais: Quando o transporte é feito por grandes volumes de água, aparecem os solos aluviais; A princípio as grandes torrentes carregam consigo todo o detrito das erosões, mas logo depositam os grandes blocos e depois os pedregulhos. Ao perder sua velocidade, e portanto sua capacidade de carrear os sedimentos, os grandes rios passam a depositar as camadas de areia e, em seguida, os grãos de menor diâmetro, formando os leitos de areia fina e silte. SOLOS TRANSPORTADOS (ou sedimentares) - Solos Aluviais: Embora os aluviões sejam, via de regra, fonte de materiais de construções, são, por outro lado, péssimos materiais de fundações. Ocorrência de aluvião no traçado do “Acesso Norte” em Juiz de Fora, Observa- se o fato de estar próximo do rio Paraibuna. -Solos Aluviais: SOLOS EÓLICOS Dépositos de material granular, proveniente do transporte, pelo vento, das areias das praias ou desertos. Apresenta uma grande uniformidade dos grãos (seleção dos ventos). Ex: dunas SOLOS ORGÂNICOS Dá-se pela impregnação da matéria orgânica em sedimentos pré-existentes ou pela transformação carbonífera de materiais, geralmente de origem vegetal, contidos no material sedimentar. São os solos de cor escura encontrados nas baixadas litorâneas ou nas várzeas dos rios interioranos. Decomposição da matéria orgância: Produto escuro: húmus Facilmente carregado pela água O húmus impregna permanentemente as argilas e siltes, que são solos finos, e em menor extensão as areias e os pedregulhos (solos permeáveis). SOLOS ORGÂNICOS Quando a matéria orgânica provém da decomposição sobre o solo de grande quantidade de folhas, caules e troncos de árvores há um processo incipiente de carbonificação, então forma-se um solo fibroso, essencialmente de carbono, que se chama turfa.
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