UNIDADE I - SOLOS, ORIGEM, FORMAÇÃO E MINERAIS CONSTITUINTES 1.1 - Origem e formação dos solos O solo é um típico material composto por uma combinação de partículas sólidas, líquidas e gasosas, representadas pelos grãos, água e ar respectivamente, encontrados na natureza em diferentes formas, tamanhos e arranjos. Todos estes materiais podem assim ocorrer sobre uma grande variedade de composições, densidades, teor de umidade e quantidade de ar. Mesmo assim, o engenheiro civil se vê obrigado a trabalhar com este material, e tentar prever o seu comportamento, destinando assim um enorme esforço no sentido de melhor classificar e avaliar as suas propriedades para a utilização em um projeto em particular. Os tipos, bem como as características do solo são intimamente relacionadas ao material de origem. As rochas e aos minerais encontrados na crosta terrestre foram os materiais que deram origem a estes solos. expostos aos agentes intempéricos, ação vulcânica, erosão, e tensões induzidas por deformações provenientes da própria crosta da Terra, são fatores diretamente ligados a desintegração dessas rochas e minerais. Os solos são formados por estes processos. A natureza da camada de solo é continuamente transformada. Ambas, velocidade de transformação e o produto resultante são dependentes e influenciados por um grande número de fatores. Entre estes destacam-se os seguintes : clima, particularmente temperatura e umidade; hidrologia da área (ex.: vales, condição de drenagem); topografia da área; incluindo a velocidade e quantidade de percolação da água, exposição ao sol ou vento, etc; matéria orgânica, proveniente de animais e vegetais e o tempo. Todavia, na maioria dos casos mais de um desses fatores atuam simultaneamente. Os efeitos de desintegração da rocha e a subsequente transformação do solo são mais evidentes próximo a superfície. Entretanto, isto refere-se a um processo contínuo, de vários níveis de intensidade, em profundidades apreciáveis abaixo da superfície. Durante o processo de decomposição da rocha e a gradual transformação do solo, o resultado final pode ser um novo tipo de rocha. Por exemplo, o arenito é uma rocha formada por depósitos sedimentares de areia. 1.12 - A superfície da terra A superfície de regolito, camada mais externa da crosta terrestre, é também a que desperta o maior interesse dos engenheiros basicamente. Tal relevância deve-se ao fato de que esta formação virtualmente suporta toda a estrutura das construções na engenharia. A figura 1.01 mostra os fatores básicos do regolito.
2 Nasuperfícieoupróximo A Horizonte Zonadeintensointemperismoeacumulode matériaorgânica. Usualmenteapresntamcaracterísticasindesejadascomocamadadefundação. Égeralmentemuitocompresível einstável. B Horizonte Zonade intemperismomoderadocomacumulode váriosmateriais, incluindoargilaeoutraspequenas partículasagregadas. Estacamadaérelativamenteestável, apesardequepodeapresentaralgumacaracterística indesejável aengenhariaas vezes. C Horizonte Zonalevemente intemperisada, podendoseruma rochaalteradaouumelementonãoconsolidade. Éumacamadarelativamenteestável efavoravel comosuportedefundações. D Horizonte Zonaderochamaciça Figura 1.01 - Um típico perfil de regolito Entre os vários processos que atuam continuamente na superfície terrestre, afetando não só a configuração da superfície como também os seus materiais, destacam-se os seguintes: a) Ação da gravidade - topografia do terreno; b) Diatrofismo - movimento tectônico; c) Vulcânico - ação do magma. Todos estes processos acima mencionados resultam em uma completa desintegração e decomposição da rocha. A desintegração esta relacionada ao congelamento e degelo, ação do vento, ação da água, etc... Já a decomposição corresponde a oxidação e hidratação. A combinação dos processos mecânicos e químicos é chamado de intemperismo. Resumidamente, poderíamos dizer que a rocha e os minerais da superfície terrestre foram os materiais de origem para formação dos solos. As condições atmosféricas e vulcânicas e ações tectônicas, têm transformado essas rochas em minerais em camadas de solo mais ou menos consolidadas, conhecidas como regolito. 1.1.3 - O ciclo geológico O ciclo geológico consiste basicamente no processo que a rocha sã é transformada em solo e vice versa, ou seja, o processo inverso que o solo após passar por uma série de etapas volta a dar origem a uma rocha. Esta transformação, é óbvio, ocorre durante milhares de anos resultante de complexos processos químicos e físicos.
3 GASES Resfriamento Magma Resfriamento Ignea 4,5 bilhões de anos atrás Liquefação Sedimentar Compactação e cimentação Depósito Sedimentar Intemperismo, trasnporte, deposição Consolidação e cimentação Figura 1.02 - O ciclo geológico Pressão e temepratura Solo Residual Metamorfica Este processo pode ser iniciado, então pelo resfriamento do magma, originando as chamadas rochas ígneas. Essas rochas passam a sofrer o ataque, particularmente próximo ou na superfície terrestre, de agentes intempéricos, tais como água, oxigênio, dióxido de carbono e temperatura. Consequentemente a rocha decompõem-se e desagrega, constituindo um estágio inicial do solo residual. Fatores adicionais, tais como a ação química, matéria orgânica, vento, água e gelo, podem transportar os materiais mais leves. Os materiais transportados serão no final derramados em uma forma geralmente classificada como depósitos sedimentares. Uma porção de tais depósitos podem sofrer o processo de cimentação e consolidação, dando origem a rochas sedimentares, enquanto uma outra parcela precipita-se durante o em lentes sedimentares de amostras fragmentadas. Ainda outras partes dos sedimentos transportados podem permanecer na forma de solução, conforme evidenciado pela presença de sal nos oceanos. Submetido a um novo processo intempérico, com diferentes condições de temperatura e pressão, alguns depósitos sedimentares serão transformados em rochas metamórficas. Outra parte desses depósitos podem ser submetidos novamente ao intemperísmo e desintegração, e redeposição, formando uma nova geração de rochas secundárias e materiais fragmentados e solo. Condições excessivas de temperaturas e pressão podem resultar na liquefação, virtualmente de todas as rochas, originando uma nova formação de rochas ígneas. Desse modo, um novo ciclo geológico começa novamente, tal qual o processo anteriormente descrito.
4 Em função de tudo o que foi dito anteriormente, os principais tipos de rochas são: a) rochas ígneas - mantém os minerais de origem, pois representam os primeiros tipos de rochas formados na crosta; b) rochas sedimentares - provenientes do processo de intemperismo e erosão de rochas existentes; c) rochas metamórficas - representa a maior parcela da crosta terrestre. Fortemente dependente das condições de temperatura e pressão. Os principais tipos de agentes intempéricos, associados com os respectivos processos são os seguintes: IINTEMPERISMO MECÂNICO INTEMPERISMO QUÍMICO 1. Mudança de temperatura 1. Oxidação 2. Congelamento e degelo 2. Carbonatação 3. A ação das raízes das plantas 3. Hidratação 4. Movimentos abrasivos 4. Vegetação Quando o solo, produto do processo de decomposição da rocha de origem, permanece no próprio local, chama-se de residual. Quando em seguida é carregado por um ou mais agentes é dito de transportado. Quanto a classificação genético (origem) os solos são divididos em três grupos principais: 1.2 - Solos Residuais São aqueles formados pela decomposição das rochas in situ. O principal agente de decomposição das rochas e os mecanismos de ataque são: oxidação, hidratação, carbonatação e os efeitos químicos da vegetação. As argilas representam o último estágio de decomposição. 1.3 - Solos Transportados Classificam-se segundo o agente intempérico de, nas seguintes classes: a) Solos aluvionares - ação das águas Água Áreaerodidapelaágua Perfisoriginais Depositos AreiaeSilteArgila Pedregulho Perfil depoisdaerosão Depósitodeágua Figura 1.03 - Processo de erosão pela água, e deposito
5 b) Solos eólicos - ação do vento. Destaque para as dunas. Vento Áreaerodidapelovento Depositos AreiaSolo arenoso Solo orgânico Perfisoriginais Perfil depoisdaerosão Figura 1.04 - Processo de erosão causado pelo vento, e depósito c) Solos coluvionares - ação da gravidade, destacando-se nessa classe os blocos de rocha ainda sobre os efeitos do intemperismo, depositados no pé dos taludes, chamados de talus. d) Solos glaciais - formados pela compactação e recristalização da neve, diretamente relacionado as geleiras. Correspondem aproximadamente a 10 % da área da superfície terrestre. e) Solos sedimentares - representam os solo resultante dos processos intempéricos, sujeitos a erosão e possivelmente transportados pela água, vento, movimentos glaciais. O material carregado e depositado desta forma recebe a denominação de um depósito sedimentar. 1.4 - Solos Orgânicos São aqueles formados pelo acumulo e decomposição de restos de animais e vegetais. O húmus é o produto da decomposição da matéria orgânica, sendo escuro e relativamente estável. Só impregna os solos finos pela facilidade de ser carreado pela água, em solução ou suspensão. Portanto, só existem areias, siltes e argilas orgânicas, constituindo os solos escuros de baixadas litorâneas ou das várzeas orgânicas, não existindo areias grossas e pedregulhos orgânicos, devido a alta permeabilidade. Representam um material não desejável como suporte para fundações.