CAPITULO 6: INTEMPERISMO 6.1. INTRODUÇÃO

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1 CAPITULO 6: INTEMPERISMO 6.1. INTRODUÇÃO A afirmação a crosta terrestre é constituída por rochas faz parece que estas rochas estejam sempre à superfície possibilitando assim os trabalhos de quem se interessem em estudá-las. Quando olhamos ao nosso redor porém, verificamos que não é bem isso que acontece. Na maioria das vezes o material ao qual se tem acesso para estudo é constituído por solos e sedimentos, materiais inconsolidados decorrentes das modificações promovidas nas rochas por processos naturais de desintegração e alteração. Tal fenômeno é, como veremos, ainda mais intenso quando se trata de regiões intertrópicos como é o caso de grande parte de nosso país. O conjunto de processo responsável pelas transformações ocorridas nas rochas, sejam elas transformações de caráter físico ou químico, recebe o nome de intemperismo (nome este derivado de intempérie processo natural devido à agentes atmosféricos), sendo também conhecido como meteorização FATORES DO INTEMPERISMO Como o próprio nome indica, o intemperismo tem suas principais causas relacionadas a fatores climáticos, tais como a umidade, a variação de temperatura, o regime dos ventos, a evaporação e a insolação. A maioria dos agentes do intemperismo que vamos estudar depende, alguma forma, das condições climáticas, tais como a umidade, a variação de temperatura, o regime dos ventos a evaporação e a insolação. Grosseria, os fatores do intemperismo podem ser divididos em, físicos, químicos e biológicos, englobando-se aí processos climáticos, reações químicas atividades biológicas. A ação diferenciada de cada fator do intemperismo promove modificações diferentes nas rochas, mas de maneira geral o intemperismo foi dividido em duas categorias (físico e químico) de acordo com tipo de ação promovida pelo fator específico e com o tipo de alteração surgida na rocha. Assim é que no conjunto de processos do intemperismo físico se incluem todos aqueles responsáveis por processos de desintegração física das rochas, entre os processos do intemperismo químico todos aqueles que promovam alterações na composição química das rochas INTEMPERISMO FÍSICO É responsável pela desagregação ou desintegração das rochas, sendo geralmente anterior ao intemperismo químico e, de certa forma, preparando as rochas para as ação posterior do intemperismo químico. Compreende todos os processos de fragmentação das rochas possuindo uma atuação restrita em termos de profundidade, normalmente não ultrapassando alguns metros. Os principais agentes do intemperismo físico são: Variação da temperatura as variações da temperatura durante as estações do ano e principalmente entre o dia e a noite provocam fenômenos de expansão e contração de volume das rochas. Como as rochas são compostas, na sua maioria, de minerais diferentes (e que apresentam diferentes coeficiente de dilatação), e como um mesma espécie mineral

2 pode ter diferente coeficiente de dilatação de acordo com a direção considerada, estes grãos minerais ao se expandir e contrair provocarão o aparecimento de tensões no interior da rocha que tendem a fraturá-la. A ação continua deste fenômeno faz com que a rocha vá se fragmentando com o decorrer do tempo. Congelamento as Água é sabido que a água ao se congelar expande seu volume de até 9%. O congelamento da água presente nos poros da rocha cria desta forma pressões que tendem a abrir estes poros. A freqüência de ciclos gelo-degelo promove, a longo prazo, a fragmentação da rocha. Cristalização de Sais acontece principalmente em regiões de clima semi-árido onde os sais presentes na rocha não são removidos pela água da chuva. Quando a precipitação acontece existe em seguida um fenômeno intenso de ascenção da água por capilaridade, trazendo consigo estes íons salinos que se cristalizam fendas das rochas. Estas cristalizações criam pressões devidas ao crescimento dos cristais as quais provocam a abertura das fendas, colaborando na fragmentação da rocha. Agentes Físico-Biológicos dentre os agentes biológicos que promovem o intemperismo físico os mais comuns são os vegetais. O crescimento das raízes das plantas faz com que estas penetrem nas fendas das rochas onde passam a exercer pressões que abrem estas fendas. Outros agentes biológicos importantes são os animais que fazem buracos e túneis INTEMPERISMO QUÍMICO: Caracteriza-se pelas reações químicas entre a rocha e soluções aquosas variadas, tornando-se um processo tão mais rápido quanto mais fragmentado estiver à rocha, uma vez que a fragmentação aumenta a área de ataque das soluções sobre a rocha. A velocidade e o resultado final destes processos dependem de diversos fatores dentre os quais a rocha, o clima, a cobertura vegetal, a topografia e o tempo de duração dos processos. O clima quente e úmido é sem dúvida o mais apropriado a estas reações pois a maior presença de água implica em maior presença de agentes químicos em soluções e maiores temperaturas podem acelerar as reações químicas. Ao contrário do intemperismo físico, esta modalidade de intemperismo (químico) pode atingir profundidade consideráveis, variando o seu máximo de acordo com o nível de drenagem regional. De maneira geral pode-se distinguir três estágios na evolução do intemperismo químico: (1) início do ataque químico; (2) decomposição total dos minerais com preservação de texturas e estruturas; (3) decomposição total, com a formação de novos minerais, desaparecimento das texturas e estruturas da rocha, e formação do solo. Os processos de decomposição podem ser caracterizados de acordo com a natureza da reação química que predomina no processo: Oxidação decorrente normalmente da ação de bactérias, sendo os sulfetos e os elementos Fe e Mn os mais suscetíveis à oxidação. Os sulfetos podem fornecer o ácido sulfúrico que tem um papel importante na decomposição das rochas. Normalmente o aparecimento de cores amarelas ou avermelhadas na rocha é o primeiro sinal de oxidação. Quelação decorre da ação dos quelatos (sais orgânicos completos) originados a partir do húmus e que tem o poder de fixar e remover certos inos metálicos com Fe e Al. O processo é muito comum em regiões onde as taxas de precipitação não são muito altas e existe acúmulo de matéria orgânica no solo.

3 Hidratação e Hidrólise em geral estas reações acontecem em seqüência ou associadas. Na hidratação as moléculas de água são incorporadas aos minerais passando a fazer parte de sua estrutura cristalina. Através da hidrólise o mineral é dissolvido pela água. Normalmente elementos K, Ca, Na e Mg migram em solução e outros como Si e Al formam combinações estáveis dando origem aos argilominerais que são silicatos hidratados de alumínio. Decomposição pelo Ácido Carbônico é uma modalidade específica de hidrolise. O ácido carbônico é formado pela reação da água da chuva com o CO2 da atmosfera, Apesar de se tratar de um ácido fraco, o H 2 CO 3 encontra-se em estado dissociado na água que infiltra no solo e é um dos principais agentes do intemperismo. Ele reage com os minerais da rocha formando sais solúveis que migram e argilominerais que ficam com produtos residuais. Além do ácido carbônico é importante também a ação dos ácidos húmico e sulfúricos e de ácidos orgânicos provenientes do metabolismo de microorganismos. Dissolução efetuada pelos ácidos anteriormente citados, apresenta como modalidade mais comum a solubilização de carbonatos dando origem a bicarbonatos que migram em solução e produtos insolúveis que ficam como resíduos. Se a ação da circulação da água é intensa e a região apresenta rochas ricas em circulação da água é intensa e a região apresenta rochas ricas em carbonatos, pode haver a formação de grutas calcárias. Decomposição Químico-Biológica corresponde a decomposição das rochas através da atividade orgânica, principalmente de bactérias. A seqüência de ocupação de atividades dos organismos vivos em um local ainda não ocupado é: bactérias e fungos, liquens, algas e musgos, e finalmente vegetais superiores. Todos estes organismos segregam CO 2, nitratos e ácidos orgânicos como produtos de seu metabolismo, sendo estes produtos incorporados às soluções que atravessam os solos chegando até as rochas onde favorecem a decomposição dos minerais PRODUTOS RESIDUAIS DO INTEMPERISMO: A ação dos processos de intemperismo físico e químico produz alterações de caráter granulométrico (diminuição do tamanho das partículas) e de caráter composicional (destruição de espécies minerais e aparecimento de outras) que modificam as rochas a tal ponto que estas não podem mais ser descritas como tal. Quando estes produtos residuais do intemperismo permanecem no local onde os processos se deram eles são denominados solos, quando os materiais são resíduos e transportados para outro local eles são designados sedimentos. As condições climáticas controlam grande parte dos processos de modificação das rochas e, como decorrência, controlam também as características destes produtos residuais, afirmação que pode ser reforçada pelo fato de rochas bastante diferentes darem origem a solos muito parecidos quando sob as mesmas condições climáticas. Mineralogicamente os produtos residuais do intemperismo podem ser descritos como silicatos e óxidos de Al e Fe, podendo também aparecer hidrossilicatos de Fe e Al e outros elementos como Mg, Mn e Cr. Os metais alcalinos normalmente são lixiviados (retirados pela chuva) podendo ser transportados para camadas mais profundas ou para outros locais. Esta caracterização mineralógica depende do estágio de decomposição em que se encontre a rocha: no primeiro estágio não acontecem modificações mineralógicas profundas (as reações mais comuns são de hidratação) apenas alterações pouco significativa na estrutura dos minerais; no segundo estágio as modificações de ordem mineralógica são

4 intensas e apenas os minerais mais resistentes à alteração são preservados enquanto as estruturas e texturas permanecem intactas; no terceiro e último estágio a rocha foi totalmente modificada e o produto residual que se observa já pode receber a denominação solo. Esta evolução da alteração da rocha até o estágio final (formação do solo) pde ser visualizada esquematicamente através do perfil do solo, no qual são apresentadas todas as camadas existentes num perfil de alteração de rocha. Os três estágios de evolução da alteração da rocha podem ser cada um deles: Estágio 1 a mineralogia da rocha encontra-se inalterada; Estágio 2 a mineralogia evolui dando origem às novas espécies minerais estáveis sob as novas condições (como os silicatos hidratados e óxidos de elementos metálicos), os minerais resistentes à alteração como quartzo continuam inalterados; Estágio 3 tanto a mineralogia como textura da rocha estão totalmente alteradas (com exceção dos minerais resistentes), os íons mais móveis (como K, Na, Ca, Mg) diminuem sensivelmente sua participação na composição dos minerais e a mineralogia apresenta grande percentagem de hidrossilicatos e óxidos e Fe e Al, as condições de estabilidade química estão estabelecidas até que outro fenômeno venha a rompê-la. Dentro destas características mineralógicas um tipo de mineral tem grande importância serão presentes; no segundo estágio constituem formas instáveis que representam grande risco para obras de engenharia; no terceiro estágio normalmente já evoluíram para formas mais estáveis ARGILOMINERAIS: Denominadas errôneamente minerais de argila ou minerais argílicos esta classe mineral compreende os principais componentes das frações finas do solo. As dificuldades de obervação direta destes minerais (devido ao seu tamanho diminuto) fizeram que durante muito tempo eles fossem considerados substâncias amorfas (sem estrutura cristalina). Apenas com o uso de técnicas relativamente recentes como o Raio X, a Análise Térmica Diferencial e a Microscopia Eletrônica de Transmissão tornou-se possível a caracterização destas substâncias como crsitalinas, adotando-se então a denominação minerais de argila para estes compostos. Estudos posteriores, porém mostram que entre estas partículas encontram-se também diminutos fragmentos de rochas o que fez com que a Comissão Internacional para o Estudo das Argilas recomendasse, em 1959, que se adotasse a denominação argilominerais para estes compostos de granulometria inclusa na fragmentação argila. As dificuldades de identificação das diversas espécies de argilominerais com base nas técnicas tradicionais (observação a olho nú ou microscopia ótica usadas normalmente para os outros minerais) fizeram com que se utilizasse os estudos de raios X para sua identificação. Desta forma os argilominerais foram divididos em grupos de acordo com a medida da reflexão na camada basal dos minerais (que é reflexo direto de sua estrutura). A estrutura dos argilominerais pode ser descrita como a alternância de dois tipos de estruturais básicos: tetraedros de sílica (SiO 2 ) e octaedros de hidróxidos (normalmente Al (OH) 3 ou Mg(OH) 2. As diferentes formas de combinação dos planos destas duas estruturas básicas condicionam o comprimento de onda da luz refletida na camada basal e, conseqüentemente, a sua classificação. Desta forma tem-se os seguintes grupos de argilominerais:

5 Grupo da caulinita argilominerais constituídos pela alternância de um plano de tetraedros e um de octaedros (estrutura denomonada 1:1), comprimento de onda da luz refletida na camada basal de 7,2 Å, inclui os argilominerais caulita, haliosita e crisotila. Grupo da Montimorilonita alternância de dois planos de tetraedros e um de octaedros, a estrutura de 2:1, reflexão na camada basal de 11,4 Å, inclui a ilita e a montmorilonita. Estes minerais costumam apresentar uma camada intermadiárias entre as células básicas, na ilita ela apresentar o íon K e na montmorilonita apresente íons mais H2O Grupo da Clorita estrutura denominada 2:1:1 (ou 2:1 com camada de hidróxidos) composta por dois planos de tetraedros, um de octaedros e uma camada de hidróxidos) composta por dois planos de tetraedros, um de octaedros e uma camada de hidróxidos, comprimento de onda da reflexão basal de 14,7 Å, incluindo os minerais clorita, vermiculita e paligorsquita IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL: Com relação à mineralogia das frações de granulometria mais grosseira do solo pode-se dizer que sua maior importância está no fato de constituírem importantes matérias de construção. Já as frações mais finas (a fração argila principalmente), devido á presença de argilominerais necessitam de uma atenção especial. Estes compostos (argilominerais) apresentam propridades de expansão quando em contato com a água que são muito importantes para a engenharia civil. Todos os argilominerais apresentam este fenômeno porém o ele é mais intenso nos grupos 2:1 e 2:1:1 podendo conferir alta plasticidade aos solos, diminuindo desta forma sua resistência.