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FORMAÇÃO E PERFIL DOS SOLOS AULA 2 CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS Disciplina Mecânica dos Solos I Curso de Engenharia Civil Profª Karina S F Pinheiro Mestre em Engenharia de Minas - UFCG Esp. em Gestão de Recursos Hídricos e Meio Ambiente – UEMA Esp. em Geotecnia de Obras de Engenharia - NAVIGARE Engenharia Civil UEMA ÍNDICE • Definição de solos • Solos sob ponto de vista da Engenharia • Noções de Intemperismo • Fatores que interferem na formação do solo • Processos pedogenéticos • Perfil do Solo 2 Engenharia Civil UEMA Definição de Solos 3 Engenharia Civil UEMA Conceitos O termo SOLO origina-se do Latim solum = suporte, superfície, base. A concepção de solo depende do conhecimento adquirido a seu respeito, de acordo com o modelo conceitual que ele representa nas diferentes atividades humanas. A ABNT (NBR 6502) define solo como “Material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos, podendo ou não ter matéria orgânica”, ou simplesmente, produto da decomposição e desintegração da rocha pela ação de agentes atmosféricos. Diferentes Conceitos Adquire significados específicos de acordo com a finalidade Agricultura Geologia Engenharia Civil Engenharia Civil UEMA Solo na Agricultura: é a camada de terra tratável, geralmente de poucos metros de espessura, que suporta as raízes das plantas. Engenharia Civil UEMA 6 Solo na Geologia: Produto do intemperismo físico e químico das rochas, situado na parte superficial do manto de intemperismo. Constitui-se de material rochoso decomposto (sedimentos ou regolitos). Engenharia Civil UEMA SOLO DO PONTO DE VISTA DA ENGENHARIA Para NOGAMI et al (2000) o solo é um material natural não consolidado, isto é, constituído de grãos separáveis por processos mecânicos e hidráulicos relativamente suave, como dispersão em água com uso de aparelhos dispersor de laboratório, e que podem ser escavados com equipamentos comuns de terraplenagem (pá carregadeira, escavadeira, etc.). Engenharia Civil UEMA Solo para Engenharia Civil: todo o material da crosta terrestre que não oferecesse resistência intransponível à escavação mecânica e que perdesse totalmente toda resistência, quando em contato prolongado com a água. O conceito de solo para os engenheiros DIFERE um pouco do conceito agrícola e geológico, uma vez que, para eles, o termo inclui todo tipo de material orgânico ou inorgânico inconsolidado ou parcialmente cimentado encontrado na superfície da Terra, materiais estes classificados em Geologia como rochas sedimentares ou sedimentos. Do ponto de vista da engenharia, SOLO é a denominação que se dá a todo material de construção ou mineração da crosta terrestre escavável por meio de pá, picareta, escavadeira, etc., sem necessidade de explosivos. Terzaghi e Peck, em 1967, definiram o solo como sendo qualquer material natural solto, não consolidado, facilmente desagregável. Engenharia Civil UEMA9 Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Como material de construção poderá ser usado, principalmente, na construção de aterros para finalidades diversas, como sub-bases e bases de pavimentos. Na Engenharia Civil é possível dar ao solo as características necessárias e desejadas em cada projeto. Engenharia Civil UEMA12 Engenharia Civil UEMA NOÇÕES DE INTEMPERISMO Engenharia Civil UEMA A ação contínua do intemperismo tende a desintegrar e decompor as rochas, dando origem ao solo. Na maioria dos casos, as construções de engenharia são assentes sobre os solos e, muitas vezes, fogem ao caso, quando nas construções de túneis, barragens ou grandes pontes que exijam fundações em rocha firme. O intemperismo é a ação de forças físicas e químicas que promovem desagregação e/ou decomposição na crosta. ✓Através da ação do intemperismo, a rocha se degrada e /ou decompõem até se tornar solo • Rocha alterada • Solo São produtos do intemperismo Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Meteorização Física ou mecânica Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA A água que circula nas fraturas e nos interstícios das rochas possui sais dissolvidos. Por vezes, esses sais podem precipitar e originar cristais. O crescimento destes cristais, no interior de fraturas e dos interstícios das rochas, provoca o seu alargamento e posterior desagregação. Este fenômeno é chamado de Haloclastia. Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Intemperismo Químico • O ambiente da superfície da Terra, caracterizado por pressões e temperaturas baixas e riqueza de água e oxigênio, muito diferente daquele onde a maioria das rochas se formaram. • Quando as rochas afloram a superfície, seus minerais entram em desequilíbrio e, através de uma série de reações químicas, transformam-se em outros minerais, mais estáveis nesse novo ambiente. • O principal agente do intemperismo químico é a água da chuva, que infiltra e percola nas rochas. Engenharia Civil UEMA Rochas carbonatadas ou calcários são rochas constituídas por calcita (carbonato de cálcio) e/ou dolomita (carbonato de cálcio e magnésio). Podem ainda conter impurezas como matéria orgânica, silicatos, fosfatos, sulfetos, sulfatos, óxidos e outros. Engenharia Civil UEMA24 Engenharia Civil UEMA Hidrólise Engenharia Civil UEMA 26 Engenharia Civil UEMA Hidratação Engenharia Civil UEMA Oxidação Muitos minerais contêm ferro na sua constituição (Ex.: piroxenas e olivinas) que reage com o oxigênio. Esse ferro é facilmente oxidado passando de ferroso a férrico. Por exemplo, na pirite, mineral que contém ferro, origina por oxidação um novo mineral, a hematite de cor avermelhada. Na presença de água a oxidação é muito rápida. Pirita Hematita Engenharia Civil UEMA29 Engenharia Civil UEMA 30 Halita Pirita Feldspato Olivinas Engenharia Civil UEMA ✓Chuva(correntes pluviais); ✓Queda (Gravidade); ✓Vento e ✓Degelo Transporte do material intemperizado Engenharia Civil UEMA Estágios de Formação do Solo ? 1 Alteração física e química das espécies minerais. Intemperismo físico Intemperismo químico 3 Evolução pedogênica 32 2 • Transporte por agente qualquer (vento, água e degelo) para local diferente ao da transformação. • Pode ou não ocorrer, permanecendo no local de origem. ❑ Processos físico-químico e biológicos ❑ Lixiviação do horizonte superficial com concentração de partículas coloidais (menores) no horizonte profundo. Impregnação com húmus (matéria orgânica) do horizonte superficial. Solos Transportado ou Não Engenharia Civil UEMA Processo de Formação do Solo Agentes físico e químicos do intemperismo Engenharia Civil UEMA Fatores que interferem na formação do solo 34 Engenharia Civil UEMA 1. Material de origem ou mineral de origem • Material do qual o perfil do solo foi derivado. • Pode ser de origem mineral ou orgânica Podemos entender que: os materiais de origem do solo podem ser formados no local (in situ), como se fossem um manto residual intemperizado da rocha, ou podem ser transportado do local onde se formaram para serem depositados em outro lugar. • São classificados como: residual ou eluvial, coluviais e aluviais Engenharia Civil UEMA 36 Engenharia Civil UEMA 37 1. Material de origem residual ou ELUVIOS ou AUTÓCTONES Em climas quentes e muito úmido: podem ser completamente lixiviadose oxidados e tem cores vermelhas e amareladas Em climas frios e mais secos: a composição química e cor do material de origem tendem a ser mais semelhantes as da rocha da qual ele se formou Materiais provenientes do substrato rochoso em que se encontram Engenharia Civil UEMA 38 1. Material de origem coluvial São detritos de rochas. Material heterogênio. Ex.: Tálus Geralmente são grosseiros e pedregulhosos, porque predomina o intemperismo FÍSICO sobre o QUÍMICO. Material bem poroso, drenante, susceptível a instabilidades. Engenharia Civil UEMA 39 1. Material de origem transportado ou AULÓCTONES Planícies de inundação DeltasLeques aluviais Os solos desenvolvidos de sedimentos aluviais geralmente têm características consideradas como desejáveis para a agricultura e a urbanização. Essas características incluem relevo quase plano, proximidade com água, alta fertilidade e elevada produtividade. Entretanto, o uso de solos de planícies de inundação para moradias e desenvolvimento urbano de ser evitado. Oriundos de fontes distantes e sofreram transportes de natureza diversas • Alúvios Engenharia Civil UEMA 40 1. Material de origem transportado ou AULÓCTONE- Marinho Os sedimentos maiores depositam- se próximo das praias; as partículas mais finas, mais distantes e em profundidade. Possuem textura bastante variada, sendo arenosos, argilosos, siltosos. Engenharia Civil UEMA 41 1. Material de origem transportado ou ALÓCTONE pelo Gelo glacial e águas de degelo À medida que o gelo glacial foi se movendo, grande parte do manto de solo do regolito existente à sua frente foi removido; morros foram arredondados, vales preenchidos e, em alguns casos, rochas subjacentes foram severamente arrancadas e/ou triturados. Material residual glacial Material depositado diretamente pelo gelo Podem ter semelhança dos materiais coluviais, exceto pelo fato de que os fragmentos são mais arredondados . São densamente compactos Engenharia Civil UEMA 1. Material de origem transportado ALÓCTONE pelo vento 42 Loess Dunas • Os depósitos de Loess ou loesse são constituídos principalmente de siltes, podem chegar até 100 metros de profundidade. • As dunas são constituídas predominantemente de areia medias a finas • Poeiras aerossóis • Cinzas vulcânicas formam solos leves e porosos e tendem a acumular matéria orgânica Engenharia Civil UEMA 43 ● Os organismos vivos atuam de forma contínua sobre o solo, tanto na sua formação quanto na sua transformação, conservando-o, degradando-o ou alterando sua composição físico-química. ● Os micro-organismos, como as bactérias, algas e fungos, atuam na ação do intemperismo biológico, fazendo-se presentes na decomposição das rochas e também na alteração dos compostos vegetais ou mineralógicos dos solos. ● As plantas atuam na contenção do transporte de sedimentos e os animais também exercem influência e impactos. ● Os seres humanos, os impactos são rápidos e profundamente sentidos, como nas ocorrências de erosões, desertificações e outros processos. 2. Organismos vivos Engenharia Civil UEMA 44 2. Organismos vivos Materiais orgânicos acumulados em brejos, pântanos, marismas e outros locais muito úmidos. Material turfosos: • Turfa de musgos • Turfa de lenhosos • Turfa sedimentar Engenharia Civil UEMA O gráfico abaixo compara precipitação, temperatura e intemperismo na superfície terrestre. É possível observar que a média de precipitação está diretamente relacionada à temperatura, criando com isso características do manto de intemperismo, diferenciado de acordo com determinadas regiões climáticas. 3. Influência do Clima Engenharia Civil UEMA Climas úmidos e quentes (intertropicais e equatoriais): abundância de água, renovação das águas por percolação, intemperismo químico > intemperismo físico, pH ácido, vegetação abundante, poucos minerais primários inalterados, minerais secundários (II) insolúveis, M.O (material orgânico) rapidamente mineralizada, cores avermelhado. 3. Influência do Clima Engenharia Civil UEMA O INTEMPERISMO e a PEDONIZAÇÃO levam a um perfil de alteração ou perfil do solo 4. Influência do Relevo Engenharia Civil UEMA 48 Engenharia Civil UEMA 49 Engenharia Civil UEMA 5. Tempo • O período de tempo também precisa ser considerado no processo de formação dos solos. • Áreas formadas em épocas geológicas mais recentes estiveram por menos tempo expostas aos agentes intempéricos e, por isso, apresentam solos jovens e mais rasos, geralmente com menor quantidade de material orgânico. • Já as áreas geologicamente mais antigas podem apresentar solos mais profundos 50 Engenharia Civil UEMA Perfil do solo 51 Engenharia Civil UEMA Perfil do Solo Engenharia Civil UEMA 53 Engenharia Civil UEMA O perfil de alteração ou perfil do solo é estruturado verticalmente, a partir da rochas fresca (rocha sã), na base, sobre a qual formam-se o SAPROLITO e o SOLUM, que constituem, juntos, o MANTO DE ALTERAÇÃO OU REGOLITO. Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA 56 AB (ou AE) - Horizonte subsuperficial, com predomínio de características de horizonte A e algumas características de horizonte B (ou E). A/B (ou A/E ou A/C) - Horizonte mesclado com partes de horizonte A e de horizonte B (ou A e E ou A e C), porém com predomínio de material de A. AC - Horizonte subsuperficial, com predomínio de características de horizonte A e algumas características de horizonte C. EA (ou EB) - Horizonte subsuperficial, com predomínio de características de horizonte E e algumas características de horizonte A (ou B). E/A - Horizonte mesclado com partes de horizonte E e de horizonte A, porém com predomínio de material de E. E/Bt - Presença de lamelas espessas (Bt), dentro de horizonte E. BA (ou BE) - Horizonte subsuperficial, com predomínio de características de horizonte B e algumas características de horizonte A (ou E). B/A (ou B/E) - Horizonte mesclado com partes de horizonte B e de horizonte A (ou E), porém com predomínio de material de B. Engenharia Civil UEMA 57 Descreve-se como transição entre horizontes ou camadas, a faixa de separação entre os mesmos, definida em função da sua nitidez ou contraste, espessura e topografia. Quanto à nitidez ou contraste e espessura, a transição é classificada como: Abrupta - quanto a faixa de separação é menor que 2,5cm; Clara - quando a faixa de separação varia entre 2,5 e 7,5cm; Gradual - quando a faixa de separação varia entre 7,5 e 12,5cm; e Difusa - quando a faixa de separação é maior que 12,5cm. Quanto à topografia a transição é classificada como: Plana ou horizontal - quando a faixa de separação dos horizontes é praticamente horizontal, paralela à superfície do solo; Ondulada ou sinuosa - quando a faixa de separação é sinuosa, sendo os desníveis, em relação a um plano horizontal, mais largos que profundos; Irregular - quando a faixa de separação dos horizontes apresenta, em relação a um plano horizontal, desníveis mais profundos que largos; e Quebrada ou descontínua - quando a separação entre os horizontes não é contínua. Neste caso, partes de um horizonte estão parcial ou completamente desconectadas de outras partes desse mesmo horizonte. Engenharia Civil UEMA58 Engenharia Civil UEMA 59 Engenharia Civil UEMA 60 Engenharia Civil UEMA Processo Pedogenéticos para formação dos solos 61 EngenhariaCivil UEMA A pedogênese (formação do solo) ocorre quando as modificações causadas nas rochas pelo intemperismo, além de serem químicas e mineralógicas, tornam- se sobretudo estruturais, como importante reorganização e transferência dos minerais formadores do solo – principalmente argilominerais e oxi- hidróxidos de ferro e de alumínio – entre os níveis superiores do manto de alteração. Engenharia Civil UEMA O clima é determinante para o desenvolvimento de processos pedogenéticos (podzolização, laterização, salinização, gleização e calcificação) do solo. Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Laterização ou Latolização: Processo pedogenético atuante em climas tropicais, onde uma profunda lixiviação (intemperismo químico) leva o solo a se enriquecer em hidróxidos de ferro e/ou alumínio. Na laterização os elementos alcalinos e alcalinos terrosos são os primeiros a serem lixiviados e em estados mais agressivos (em função do pH das soluções), processa-se também a lixiviação da sílica livre e combinada em minerais silicatados, restando somente um produto de menor solubilidade que pode ser uma mistura de hidróxidos de ferro e alumínio. Caso haja predominância de alumínio o material residual recebe o nome de bauxita, importante minério de alumínio. A laterização é economicamente importante na formação de depósitos secundários de minérios, como a bauxita, produzida a partir de rochas alcalinas e de depósitos argilosos aluvionares. Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Laterita: Produto do processo laterização. O mesmo que laterito. São formações superficiais ou subsuperficiais ferruginosas e aluminosas endurecidas, que se formam em regiões tropicais ou subtropicais. Quando se acumulam em grande quantidade formam uma camada superficial resistente que recebe o nome de canga laterítica , carapaça laterítica ou [[crosta laterítica]]. A presença de laterita em uma região onde atualmente o clima é mais ameno, indica que esta região esteve sob clima tropical ou subtropical no passado. A laterita é composta principalmente por caolinita, goethita, hematita e gibbisita. Óxidos hidratados de ferro (amorfos)como a limonita podem estar presente na forma de concreções lateríticas. Etimologia: do latim later = tijolo, em referência ao fato de que é um material endurecido que se assemelha ao tijolo Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA Engenharia Civil UEMA77 Engenharia Civil UEMA Bibliografia consultada NOGAMI, J. S., VILLIBOR, D. F., Beligni, M. e Cincerre, J. R., 2000. “Pavimentos com Solos Lateríticos e gestão de manutenção de Vias Urbanas”. Editora Vilibor, São Paulo/SP. VARGAS, M. 1978, “Introdução à Mecânica dos Solos”. Editora McGRAW-HILL do Brasil LTDA. Caputo, H.P. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. 60 ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1987, 219 p. Dias 78 OBRIGADA! Karina S. F. Pinheiro 98- 999911905 karinapinheiro@professor.uema.br karina17.uema@gmail.com ENGENHARIA CIIVIL UEMA 79