5º Encontro em Engenharia da Edificações e Ambiental Cuiabá-MT, 21 e 22 de novembro, Universidade Federal de Mato Grosso

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1 5º Encontro em Engenharia da Edificações e Ambiental Cuiabá-MT, 21 e 22 de novembro, Universidade Federal de Mato Grosso PROCESSO DE INTEMPERISMO EM SOLOS TROPICAIS, ANÁLISE PRELIMINAR DO SOLO EM PRIMAVERA DO LESTE-MT Fabiani Maria Dalla Rosa Barbosa (fabianidalla@ufmt.br) Universidade Federal de Mato Grosso Instituto de Engenharia Campus Várzea Grande Newton Moreira de Souza (nmsouza@unb.br) Universidade de Brasília Programa de Pós Graduação em Geotecnia Cristhiano Sarto Miranda Soares (cristhiano_soares@hotmail.com) Universidade Federal de Mato Grosso Instituto de Engenharia Campus Várzea Grande RESUMO: Há um interesse crescente em estudar solos tropicais, seja pela agronomia ou geotecnia. O desenvolvimento do agronegócio tem impulsionado investimento em infraestrutura de armazenagem e transporte, e consequentemente a necessidade de avançar em estudos geotécnicos nessas regiões, principalmente no estado de Mato Grosso, que tem se despontado como celeiro mundial. Nesses solos o processo de intemperismo possui grande relevância no entendimento do comportamento. Vargas apud Massad (2005) observou que qualquer classificação dos solos tropicais restringe-se às circunstâncias particulares de um determinado meio ambiente. Em Primavera do Leste, município ao sul do estado de Mato Grosso, foram executados ensaios geotécnicos num campo experimental, com objetivo de entender melhor as características e o comportamento destes solos, visto que algumas obras da região apresentam problemas como recalque de grande magnitude. Os resultados encontrados indicam ser solos muito intemperizados, formado por concreções lateriticas e com características colapsíveis. Palavras-chave: Solos tropicais. Intemperismo. Ensaios Geotécnicos. PROCESS OF INTEMPERISM IN TROPICAL SOILS, PRELIMINARY ANALYSIS OF PRIMAVERA DO LESTE-MT ABSTRACT: There is growing interest in studying tropical soils, whether by agronomy or geotechnical. The development of agribusiness has driven investment in storage and transportation infrastructure, and consequently the need to advance geotechnical studies in these regions, especially in the state of Mato Grosso, which has emerged as a global granary. In these soils the process of weathering has great relevance in the understanding of behavior. Vargas apud Massad (2005) noted that any classification of tropical soils is restricted to the particular circumstances of a particular environment. In Primavera do Leste, county south of the state of Mato Grosso, geotechnical trials were carried out in an experimental field, in order to better understand the characteristics and behavior of these soils, since some constructions in the region present problems such as settlement of great magnitude. The results indicate be very weathered soils, formed by concretions lateritic and collapsible features Keywords: Tropical Soils, Weathering, Geotechnical Testing

2 1_INTRODUÇÃO Os solos tropicais estão presentes numa grande faixa continental. Em alguns locais os estudos geotécnicos iniciaram há algumas décadas, em outros há pouco tempo ou ainda muitos não foram analisados. No estado de Mato Grosso o solo vem sendo motivo de estudo como fonte agrícola desde meados da década de 60, quando as pesquisas da EMPRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) produziram espécies adaptadas aos cerrados e os avanços da pecuária bovina de corte contribuíram para a ocupação de grandes áreas, formando núcleos ligados às atividades agropecuárias (AGEITEC, 2017). Tamanho desenvolvimento agrícola trouxe como consequência o desenvolvimento urbano dos municípios ligados principalmente a cultura da soja (APROSOJA, 2017). Conciani e Soares (1996), Raush (1997), Alcântara (1998) apud Barbosa (2002) realizaram os primeiros estudos geotécnicos no estado. Há uma grande lacuna de investimento em pesquisas geotécnicas buscando o entendimento das propriedades e do comportamento dos solos tropicais se comparado com os investimentos em pesquisas que envolvem agricultura no estado. Tais investimentos reduziriam problemas como recalques de silo e edifícios, patologias nos pavimentos, preservação de recursos naturais, dentre outros inúmeros benefícios para a sociedade (BARBOSA, 2002). Neste intuito, este trabalho visa apresentar algumas características geotécnicas de um campo experimental localizado no município de Primavera do Leste-MT, as quais podem contribuir com novas pesquisas e projetos. 2_SOLOS TROPICAIS Solos Tropicais, é um termo utilizado e que vários autores o abrangem de forma mais ou menos ampla. Freitas (2016) entende como solos lateríticos, típico das regiões tropicais e subtropical, provenientes do intenso intemperismo físico e químico das rochas. Para Bigarella et al. (1996), as lateritas ferruginosas e as aluminosas, bem como os solos lateríticos, ocorrem praticamente sobre todos os tipos de rocha, sendo mais intenso e generalizados nas rochas básicas. Para Fookes (1997), os solos residuais tropicais se diferenciam basicamente por dois fatores: a profundidade da camada intemperizada, que pode ultrapassar dezenas de metros e não padronização da disposição destas camadas. Camapum de Carvalho (2017), descreve que no perfil de solo tropical são normalmente distinguidos três tipos de solos: O solo laterítico, que é um solo residual ou não, intemperizado em condições tropicais e rico em minerais de argila e sesquióxidos principalmente de ferro e alumínio. Este solo compõe a camada superficial chamada de horizonte laterítico. São solos profundamente intemperizados. O solo saprolítico, corresponde a camada mais profunda do perfil de solo tropical, na qual o solo mantém a estrutura da rocha mãe. A transição, ocorre entre essas duas camadas e é constituída por partes mais alteradas e partes menos alteradas o que os torna heterogêneos.

3 Nogami apud Massad (2005) relata sobre a heterogeneidade horizontal e vertical dos solos lateríticos, apesar de apresentarem aspecto visual semelhante. Nogami e Villibor (1995), descrevem sobre a importância da identificação da linha de seixos encontrada nos solos tropicais. Esta linha normalmente indica uma descontinuidade genética do perfil, onde as camadas de solos subjacente e sobrejacente a esta linha poderão apresentar comportamento diferentes. Somado a todas estas características é importante considerar a composição mineralógica e a estrutura dos solos lateríticos pela grande influência nas propriedades geotécnicas. A ação combinada da lixiviação e da cimentação das partículas é responsável pela formação de agregados e pela estrutura porosa, resultando um solo geralmente com alto índice de vazios e alta permeabilidade. Campos et al. (2008), analisando as curvas características, observaram que esses solos apresentam-se geralmente agregados, conduzindo à predominância de microporos no interior dos agregados e macroporos entre eles. Segundo Fookes (1997), os óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio conferem ao solo laterítico a cor avermelhada ou amarelada e a cimentação entre os grãos que, juntamente com a sucção, garantem rigidez e resistência. 3_ CARACTERIZAÇÃO GEOGRÁFICA, GEOLÓGICA E HISTÓRICA O campo experimental está localizado no município de Primavera do Leste, situado a sudeste do estado de Mato Grosso, com coordenadas 15º34 52,16 e 54º20 00, distante 240 km da capital Cuiabá, Figura 02. Fundado em 1986, hoje com população estimada de habitantes (IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, 2017). A Figura 03, indica o campo experimental inserido geograficamente na Região Hidrográfica Tocantins e Araguaia (RHTA), nos limiares das bacias Paraguai e Amazônica. Figura 02: Localização do Campo Experimental, Primavera do Leste- MT. Fonte: Google Earth. Acessado em 01/06/2017.

4 Figura 03: Localização do Campo Experimental - RHTA Campo Experimental Fonte: O embasamento rochoso é constituído por arenitos da Formação Furnas. Santos (2000) descreve a Formação Furnas conforme descrito a seguir: A Formação Furnas consiste de arenitos esbranquiçados, localmente arroxeados, médios a grosseiros, friáveis em superfície, regularmente selecionados, grãos angulares a subangulares, quartzosos e com matriz caulinítica. Secundariamente, desenvolvem-se intervalos de pequena espessura de arenitos conglomeráticos, arenitos finos e siltitos argilosos, sendo estes últimos frequentemente micáceos. Os arenitos conglomeráticos são mais frequentes na parte inferior da formação e as partículas constituem-se principalmente de seixos e grânulos de material quartzoso. Estratificação cruzada acanalada é a feição sedimentar mais conspícua da formação. Além desta, encontram-se também intervalos com estratificação cruzada planar e estratificação plano-paralela. O ambiente de sedimentação é controverso sendo postulado ambiente praial, estuarino principalmente, francamente marinho a continental para sua gênese. Conforme Schneider et al. (1974) apud Silva (2014), constituem esta formação arenitos médios a grossos, em geral, esbranquiçados, alumínicos, moderadamente selecionados, angulosos e subangulosos. Segundo Barbosa (2002), a região é constituída basicamente por uma cobertura areno-siltosa. Importante compreender um pouco da história deste município, pois ela reflete de certa forma, as mudanças ocorridas em grande parte do estado de Mato Grosso. A região sofreu um grande impulso com a abertura da rodovia Belém Brasília e, na década de 60, pela construção de Brasília e as pesquisas da EMBRAPA. Este crescimento em infraestrutura e desenvolvimento tecnológico na parte da produção agrícola foi e continua sendo incrementado e implantado de forma crescente e veloz. A estimativa de produção feita pela CONAB (2017) para o estado de Mato Grosso, é de ,9 mil toneladas na safra 2017/2018. No entanto conforme observado por Soares (2016), existe na região um alto nível tecnológico associado às diversas atividades na produção de grãos, no entanto tamanha tecnologia não é utilizada por exemplo nas soluções geotécnicas. Observou este mesmo autor uma espécie de resignação diante do que se entende como uma consequência natural dos solos da região.

5 4_ INTEMPERISMO A superfície da Terra é formada por materiais, na maioria das vezes originados de transformações que a crosta continental sofre na interação com a atmosfera, a hidrosfera e a biosfera, ao longo do tempo (Toledo et al., 2009), podendo ser acelerado pela ação antrópica. Os solos tropicais são extremamente influenciados pelas condições ambientais. Vargas apud Massad (2005) observou que qualquer classificação destes solos restringe-se às circunstâncias particulares de um determinado meio ambiente. Camapum de Carvalho (2004) relata que a origem dos solos pouco intemperizados é importante. Nos solos muito intemperizados a origem deixa de ser fator preponderante. Os fatores que controlam a ação do intemperismo são o clima, o relevo, a fauna e a flora, o material de origem e o tempo transcorrido sob ação dos demais fatores. A formação do solo ocorre quando as modificações químicas e mineralógicas do intemperismo dão lugar as modificações estruturais, com reorganização dos minerais, principalmente argilominerais e óxi-hidroxidos de ferro e de alumínio (Toledo et al., 2009). Ao considerar que as rochas normalmente são originadas em grandes profundidades, sob temperatura e pressão elevadas. Quando expostas a atmosfera, se tornam instáveis. Além do que a maior parte das rochas são constituídas por mais de um mineral, com características diferentes, proporcionando ações intempéricas diferentes. Os processos de intemperismo podem ser agrupados segundo Conciani et al. (2015) em processos químicos e físicos. Alguns autores admitem o termo físico-biológico ou químico biológico, quando há ação de organismos vivos ou matéria orgânica. 4.1 Intemperismo Físico O intemperismo físico trata da desintegração ou desagregação das rochas, promovendo um aumento da superfície específica das partículas minerais, mantendo as estruturas químicas dos minerais constituintes. Conforme Toledo et al., (2009), os principais condicionantes deste tipo de intemperismo são: as variações de temperatura, a mudança cíclica de umidade, o congelamento e a evaporação das águas, a ascensão de corpos rochosos mais profundos e atuação das raízes das plantas. Os autores descrevem: As variações de temperatura ao longo dos dias e noites e ao longo das diferentes estações do ano causam expansão e contração térmica nos materiais rochosos, levando à fragmentação das rochas e dos grãos minerais. Esse processo observado nas rochas também pode ser estendido para os agregados do solo, os quais sofrem alterações físicas em decorrência desta variação climática. Outro fator, é o fenômeno de congelamento da água em fraturas provocando aumento do volume e a ação desagregadora promovida pelas espécies vegetais de raízes profundas, provocam ampliação das fendas e por vezes deslocamento de blocos de rocha, Salomão e Antunes (1998). 4.2 Intemperismo Químico A condição básica para ocorrer tal fenômeno é a presença de água e temperatura favorável ao desenvolvimento das reações. Toledo et al., (2009), simplificam o entendimento das reações do intemperismo químico com a seguinte equação genérica:

6 Mineral I + solução de alteração Mineral II + solução de lixiviação. O ph das águas percolantes é fator primordial para as reações. Esse fator está relacionado com as duas principais reações químicas: hidrólise (5<pH<9) e a acidólise (ph<5), segundo Toledo et al., (2009). Além dessas reações outras como hidratação, dissolução e oxidação podem ocorrer de forma mais localizadas. Para Loughan (1969) os valores de ph das águas naturais normalmente se situam entre 4 e 9 e que os componentes: Ti(OH) 4, CaCO 3 e Fe(OH) 2, são mais influenciados pelas mudanças no ph ambiental. Sendo que a precipitação anual das chuvas é grande, as temperaturas são elevadas e variam em torno de 10º durante um dia (Conciani et al. 2015) estes fatores somados nas regiões de clima tropical favorecem o intemperismo principalmente por hidrolise e hidratação. 5_ ANALISE DE DADOS Neste campo experimental foram realizados alguns ensaios geotécnicos nos últimos anos. Em 2010 foi realizado uma sondagem tipo SPT, os dados podem ser observados na Figura 04. O solo foi classificado como areia siltosa. O nível d água não foi encontrado até a profundidade sondada. A sondagem foi realizada em dezembro, período das chuvas. Até a profundidade de 10 metros os valores de N SPT são baixos não ultrapassando 6. A resistência aumenta nos próximos metros e cai bruscamente na profundidade de 18 m, com N na ordem de 3. Figura 04: Perfil dos valores de SPT. Profundidade (m) N SPT

7 Soares (2016), realizou alguns ensaios neste campo experimental nas profundidades de 1, 2 e 5 m. O autor constatou uma grande variação de resultados na caracterização granulométrica, quando o ensaio de sedimentação foi realizado com e sem o uso de deflocultante, conforme Figura 05. Tal resultado é esperado em solos lateríticos. O resultado sem defloculante confirma a classificação expedita de campo realizado no ensaio de SPT. A Tabela 01 apresenta os resultados dos ensaios de granulometria. Tabela 01: Resultado análise granulométrica, modificado de Soares (2016). Profundidade (m) Uso de Defloculante Argila Silte Fina Areia Média Grossa Pedreg. Classificação ASTM Classificação AASTHO Sim CL A7 Não CL A7 Sim CL A7 Não CL A7 Sim CH A7 Não CH A7 A Tabela 02 apresenta os resultados dos ensaios de caracterização realizados por Soares (2016): Limites de Atterberg, umidade, densidade real e índice de vazios estimado pelo ensaio edométrico. Tabela 02: ensaios de caracterização, Soares (2016). Profundidade (m) Limite de Plasticidade (%) Limite de Liquidez (%) Índice de Plasticidade (%) Umidade natural (%) Densidade real dos grãos (g/cm³) e Grau de Saturação (%) ,62 1, ,60 1, ,65 0,9 71 Os resultados dos ensaios edométricos de Soares (2016) indicam índice de vazios na ordem de 1,3 na camada superior e de 0,9 para camada inferior, ambos os valores são considerados altos e podem indicar solos colapsíveis segundo Vargas (1977).

8 Figura 05: Resultado análise granulométrica, Soares (2016). Com Defloculante Sem Defloculante Com Defloculante Sem Defloculante Com Defloculante Sem Defloculante

9 O índice de atividade de uma argila foi definido por Skempton (1953), apud Camapum de Carvalho et al. (2015). A argila é considerada ativa quando o índice de atividade é maior que 1,25; para valores entre 0,75 e 1,25 a argila é normal e quando o índice de atividade é menor que 0,75 a argila é considerada inativa. Considerando esta correlação os valores encontrados para o solo considerando na análise granulométrica com defloculante foram de 0,7; 0,6 e 1,25 para as profundidades de 1, 2 e 5 m respectivamente, o que indica argilas inativas com possibilidade de serem normalmente ativas na profundidade de 5 m. Estes valores por si só não são conclusivos visto se tratar de solos tropicais. A EMBRAPA (2006), propõe que a atividade da fração argila está relacionada com a capacidade de troca de cátions (CTC). A proposta considera atividade alta para valores superiores a 27 cmol c /kg de argila, sem correção do carbono. Esta análise não foi realizada com o solo em estudo. No entanto conforme citado por Camapum de Carvalho et al. (2015) a caulinita, principal mineral identificado, apresenta os valores de referência entre 3 e 15 cmol c /kg de argila, o que poderia indicar baixa atividade da argila. Na análise mineralógica (Soares, 2016) utilizou difratômetro de raios X com lamina orientada pela técnica do esfregaço, com amostra de solo na condição normal, glicolada e aquecida a 500º C. Tais ensaios confirmam o predomínio da caulinita, presença de gibsita e goethita, confirmando ser um solo laterítico. A Figura 06 indica os minerais encontrados. A soma dos minerais caulinita e gibsita (K+G) indicam a formação de solos tropicais muito intemperizados. A maior presença de gibsita até a profundidade de 2 m indica a forte intemperização sofrida até esta cota. Bigarella et al. (1996) relata sobre a movimentação lateral da água favorecendo a concentração do ferro nas camadas superiores dos solos lateríticos. A localização do campo experimental próximo da escarpa que divide a Bacia do Paraguai da Araguaia Tocantins e o resultado mineralógico confirmam este processo. Figura 06: Análise mineralógica, modificado de Soares, Minerais (%) Profundidade (m) Caulinita Goethita Gibsita K+G A análise da caracterização física e mineralógica indica solos no estado predominantemente agregado, intemperizados e colapsíveis. As diferenças encontradas nos ensaios de sedimentação por Soares (2016) indicam a importância da verificação in loco do solo e da

10 geologia e a necessidade dos resultados laboratoriais retratar o solo realmente encontrado em campo. A atividade da argila ainda precisa ser melhor analisada para afirmar tais resultados. Todos estes resultados fornecem indicativos da importância da busca do entendimento das propriedades e do comportamento dos solos tropicais na região em estudo e também indicam a imprescindibilidade de outras pesquisas geotécnicas. 7_REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGEITEC - Agência Embrapa de Informação Tecnológica. Árvore Conhecimento: Soja Evolução. Disponível em: G01_10_ html. Acessado em 13 de junho de ANA - Agência Nacional de Águas. Plano estratégico de recursos hídricos da bacia hidrográfica dos rios Tocantins e Araguaia: relatório síntese. Brasília. 256 p. : Il. ISBN , APROSOJA - Associação do Produtores de Soja Brasil. A História da Soja. Disponível em: Acessado em 13 de junho de ASTM D , Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System), ASTM International, West Conshohocken, PA, Bacias hidrográficas do Brasil. Publicado por: Wagner de Cerqueira e Francisco. Geografia Física do Brasil. Disponível em: Acessado em 01 de junho de BARBOSA, F. M. D. R. Monitoramento de recalque de um edifício construído sobre solo colapsível. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande, PB, BARBOSA, F. M. D. R.; CONCIANI, W. Estudo de Caso: Recalques Diferenciais Provocados por Inundação do Solo. Anais COBRAMSEG. ABMS BIGARELLA, J. J. Estrutura e origem das paisagens tropicais e subtropicais. Editora UFSC, SC, Brasil. p , CAMPOS, I. C. de O; GUIMARÃES, E. M.; CAMAPUM DE CARVALHO, J. Busca de entendimento da curva característica de materiais expansivos. Anais COBRAMSEG. ABMS, CAMAPUM DE CARVALHO, J. Propriedades e comportamento de solos tropicais nãosaturados - Relatoria. 5º Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados. Vol 2. ABMS e EESC. p , CAMAPUM DE CARVALHO, J.; BARBOSA, M. C.; MENDONÇA, R. M. G.; FARIAS, W. M.; CARDOSO, F. B. Da F. Propriedades químicas, mineralógicas e estruturais de

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