Origem e Formação dos Solos

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Origem e Formação dos Solos
Salvador
30/01/2015
ÁREA1 - FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
ENGENHARIA CIVIL
Disciplina: Mecânica dos Solos
Prof. Engº : Landson Soares
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Introdução
A mecânica dos solos estuda as características físicas dos solos e as suas propriedades mecânicas (equilíbrio e deformação) quando submetido a acréscimos ou alívio de tensões;
 O estudo das propriedades e do comportamento dos solos prática da Engenharia de fundações é aplicada na construção de barragens, estradas, viadutos, túneis, aeroportos, etc.
 Constitui requisito prévio para o projeto de qualquer obra (barragem, túnel, obra de arte, corte, aterro), o conhecimento da formação geológica local, estudo das rochas, solos, minerais que o compõem, bem como a influência da presença de água sobre ou sob a superfície da crosta.
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Introdução
Por causa da sua heterogeneidade e das suas propriedades bastante complexas, não existe modelo matemático ou um ensaio em modelo reduzido que caracterize, de forma satisfatória, o seu comportamento;
Tais estudos são, de fato, indispensáveis, para se alcançar a “boa engenharia”, isto é, aquela que garante a necessária condição de segurança e, também, de economia;
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Introdução
 Mecânica dos Solos 
Engenharia de Solos 
Mecânica das Rochas
Geotecnia
Atualmente, a Mecânica dos Solos situa-se dentro de um campo mais envolvente que congrega ainda a Engenharia de Solos (Maciços e Obras de Terra e Fundações) e a Mecânica das Rochas. Esta área, denominada Geotecnia, tem como objetivo estudar as 
propriedades físicas dos materiais 
geológicos (solos, rochas) e 
suas aplicações em obras de 
Engenharia Civil, quer como 
material de construção quer 
como elemento de fundação.
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OBJETIVOS DA MECÂNICA DOS SOLOS
Substituir por métodos científicos os métodos empíricos aplicados no passado.
 
PROBLEMA DA MECÂNICA DOS SOLOS
 
A própria natureza do solo.
ORIGEM E EVOLUÇÃO DA MECÂNICA DOS SOLOS
 Os primeiros trabalhos sobre o comportamento dos solos datam do século XVII.
 COULOMB, 1773, RANKINE, 1856 e DARCY 1856 publicaram importantes trabalho sobre o comportamento dos solos. 
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O acúmulo de insucessos em obras de Engenharia observados no início do século XX como: 
 O escorregamento de solo durante a construção do canal do Panamá, 1913;
Rompimento de grandes Barragens de Terra e Recalque e m Grandes edifícios, 1913;
Escorregamento de Muro de Cais na Suécia, 1914. Que levou em 1922 a publicação pelos suecos de uma nova teoria para o cálculo e Estabilidade de taludes;
Deslocamento do Muro de cais e escorregamento de solo na construção do canal de Kiev na Alemanha,1915.
 
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 Em 1925 o professor Karl Terzaghi publicou seu primeiro livro de Mecânica dos solos, baseado em estudos realizados em vários países, depois do início dos grandes acidentes.
 
 A mecânica dos solos nasceu em 1925 e foi batizada em 1936 durante a realização do primeiro Congresso Internacional de Mecânica dos Solos.
 
 Em meados de 1938 foi instalado o primeiro Laboratório de Mecânica dos solos em São Paulo. Em novembro de 1938 foi instalado o Laboratório de Solos e Concreto da Inspetoria Nacional de Obras Contra a Seca em Curemas Paraíba. 
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Conceituação de Solo
 Linguajar popular: material solto, natural da crosta terrestre onde habitamos, utilizado como material de construção e de fundação das obras do homem;
 Agronomia: material relativamente fofo da crosta terrestre, consistindo de rochas decompostas e matéria orgânica, o qual é capaz de sustentar a vida;
Geologia: material inorgânico não consolidado proveniente da decomposição das rochas, o qual não foi transportado do seu local de formação;
Engenharia (não apenas a civil): material que possa ser escavado, sem o emprego de técnicas especiais, como, por exemplo, explosivos.
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Origem e Formação dos Solos
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Intemperismo
Intemperismo é o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos pelos quais a rocha se decompõe para formar o solo;
Por questões didáticas, o processo de intemperismo é freqüentemente dividido em três categorias: intemperismo físico, químico e biológico;
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.
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Intemperismo Físico 
	É o processo de decomposição da rocha sem a alteração química dos seus componentes. Através de seus agentes, formam-se os pedregulhos e areias (solos de partículas grossas) e até mesmo os siltes (partículas intermediárias), e, somente em condições especiais, as argilas (partículas finas).
Agentes da desintegração mecânica:
Variação de temperatura;
Congelamento de água;
Cristalização de sais;
Ação física de vegetais;
Vento.
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Agentes da Desintegração Mecânica
Variação de temperatura:
Pelos quais os materiais desintegrados nas regiões áridas, em virtude da absorção do calor dos raios solares, durante o dia, a temperatura das rochas chega a alcançar de 60o a 70 oC, até a temperatura local entre 35o a 40oC, essas variações de temperaturas afetam as rochas que tem seus minerais, ora em estado de expansão, ora em estado de contração. Esses fenômenos causam nas rochas pequenas fraturas que vão se alargando por se desintegrar;
b) Congelamento de água: 
A água ao se congelar, aumenta seu volume em 10%, exercendo certa pressão. Assim, se as fendas e as aberturas de uma rocha estiverem preenchidas com água, esta, ao se congelar, forçará suas paredes;
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Agentes da Desintegração Mecânica
c) Cristalização de sais: 
Certas águas circulantes quem contém em solução sais dissolvidos, podem se infiltrar nas rochas. Com a evaporação, os sais se precipitam formando sólidos, cristalizando-se, ou seja, obtendo sua forma cúbica, hexagonal, etc. Dessa forma, aumenta o seu volume e exerce certa pressão, que pode desagregar as rochas;
d) Ação física de vegetais: 
Muitas rochas podem desagregar-se pelo crescimento de raízes ao longo de suas fraturas.
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Intemperismo Químico
 É o processo de decomposição da rocha onde os vários processos químicos alteram solubilizam e depositam os minerais das rochas transformando-a em solo, ou seja, ocorre a alteração química dos seus componentes. 
 Neste caso há modificação na constituição mineralógica da rocha, originando solos com características próprias. Este tipo é mais freqüente em climas quentes e úmidos e, portanto muito comum no Brasil. 
Os tipos mais comuns são: 
Hidrólise;
Hidratação; 
Oxidação ;
Carbonatação.;
Ação química dos organismos e matéria orgânica:
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Agentes da Decomposição Química
Hidrólise: É o mais importante agente químico. Os minerais são dotados de finíssimos capilares. A água penetra nesses capilares e combinando com íons do mineral, forma novas substâncias;
Hidratação: Certos minerais podem adicionar moléculas de água a sua composição, formando novos compostos. Na hidratação, os minerais têm seus volumes aumentados, tensionando-se mutuamente, diminuindo a coesão e causando a decomposição das rochas;
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Agentes da Decomposição Química
c) Oxidação: Os minerais de decompõem pela ação oxidante de O2 e CO2, dissolvidos em água, formando hidratos, óxidos, carbonatos, etc.;
d) Carbonatação: Formação de ácido carbônico pela presença de CO2 contido na água;
e) Ação química dos organismos e matéria orgânica: O produto de decomposição microbiana e química dos detritos orgânicos é o Húmus que se transforma dando ácido húmico que, como outros ácidos, aceleram grandemente a decomposição das rochas e solos.
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Intemperismo Biológico
 Neste caso a decomposição da rocha se dá graças a esforços mecânicos produzidos por vegetais através das raízes, por animais através de escavações dos roedores, da atividade de minhocas ou pela ação do próprio homem, ou de ambos, ou ainda pela liberaçãode 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.
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Classificação dos Solos quanto a Origem e Formação
 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. 
 No nosso estudo iremos classificar o solo geneticamente, ou seja, iremos classificá−los conforme o seu processo geológico de formação;
Nesta 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.
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Solos Residuais
 É o produto da alteração permanece sobre a rocha mãe. A separação entre a rocha mãe e o solo residual não é nítida, mas gradual, passando rocha para uma camada de rocha alterada, desta para uma camada de solo de alteração e por fim o solo residual;
 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 degradações mais rápidas da rocha, razão pela qual há uma predominância de solos residuais nestas regiões (centro sul do Brasil, por exemplo).
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Solos Residuais
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Solos Residuais
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 pequena resistência ao manuseio.
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Solos Residuais
 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;
 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.
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D
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Solos Residuais – Recôncavo Baiano
No Recôncavo Baiano é comum a ocorrência de solos residuais oriundos de rochas sedimentares;
Merece uma atenção especial o solo formado pela decomposição da rocha sedimentar denominada de folhelho, muito comum no Recôncavo Baiano. Esta rocha, quando decomposta, produz uma argila conhecida popularmente como "massapê", que tem como mineral constituinte a montimorilonita, apresentando grande potencial de expansão na presença de água. As constantes mudanças de umidade a que o solo está submetido provocam variações de volume que geram sérios problemas nas construções (aterros ou edificações) assentes sobre estes solos.
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Solos Residuais – Recôncavo Baiano
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Solos Sedimentares
 Os solos sedimentares ou transportados são aqueles que foram levados ao seu local atual por algum agente de transporte e lá 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. 
A influência do agente de transporte é tão marcante que a denominação dos solos sedimentares é feita em função do agente de transporte predominante.
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Solos Sedimentares
Pode−se listar os agentes de transporte, por ordem decrescente de seletividade, 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)
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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 é muito maior do que possa parecer à primeira vista. Por exemplo os grãos mais finos do deserto do Saara atingem em grande escala a Inglaterra, percorrendo uma distância de mais de 3000km!. São exemplos de solos eólicos as DUNAS e os solos LOÉSSICOS.
 DUNAS: As dunas são exemplos comuns de solos eólicos no 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.
Solos Eólicos
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São solos resultantes do transporte pela água e sua textura depende da velocidade da água no momento da deposição, sendo freqüente a ocorrência de camadas de granulometrias distintas, devidas às diversas épocas de deposição.
O transporte pela água é bastante semelhante ao transporte realizado pelo vento, porém algumas características importantes os distinguem:
a) Viscosidade − por ser mais viscosa a água tem uma capacidade de transporte maior, transportando grãos de tamanhos diversos.
Solos Aluvionares
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Solos Aluvionares
b) 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.
c) 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).
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Solos Aluvionares
d) Eliminação da Coesão − o vento não pode transportar os solos argilosos devido a coesão entre os seus grãos. A presença de água em abundância diminui este efeito; com isso somam−se as argilas ao universo de partículas transportadas pela água.
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).
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Solos Pluvionares
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.
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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 conseqüentemente uma maior velocidade. Existem vários fatores determinantes da capacidade de erosão e transporte dos rios, sendo a velocidade a mais importante. Assim, os rios mais jovens transportam mais matéria sólida do que os rios mais velhos.
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Solos Fluviais
O transporte fluvial pode ser descrito sumariamenteda seguinte forma:
a) 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.
b) 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 grande uniformidade granulométrica. Solos muito finos, como as argilas, permanecerão em suspensão até decantar em mares ou lagos com água em repouso.
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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.
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Solos Glaciais
 De pequena importância para nós, os solos formados pelas geleiras, 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.
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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.
 Exemplo de Solos coluvionares: Tálus
Os tálus são solos coluvionares formados pelo deslizamento de solo do topo das encostas. No sul da Bahia existem solos formados pela deposição de colúvios em áreas mais baixas, os quais se apresentam geralmente com altos teores de umidade e são propícios à lavoura cacaueira. 
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Solos Coluvionares
De extrema beleza são os tálus encontrados na Chapada Diamantina, Bahia. A parte mais inclinada dos morros corresponde à formação original, enquanto que a parte menos inclinada é composta basicamente de solo coluvionar (tálus).
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