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Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 1)

Hélio Marcos Fernandes Viana

Tema:

Origem e formação dos solos (inclusive dos solos tropicais); E composição química e mineralógica dos solos

Conteúdo da parte 1

1 Origem e formação dos solos (inclusive dos solos tropicais)

2 Composição química e mineralógica dos solos

3 Superfície específica dos solos

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1 Origem e formação dos solos (inclusive dos solos tropicais) 1.1 Conceito de solo Para fins de engenharia civil, solo é todo material que pode ser escavado sem emprego de técnicas especiais como, por exemplo, escavação com uso de explosivos. 1.2 Solo é um produto do intemperismo das rochas Solos são materiais que se originam a partir do intemperismo das rochas. Sendo que, intemperismo é o conjunto de processos atmosféricos e biológicos que geram a desintegração mecânica da rocha e a decomposição química das rochas. 1.2.1 Aspectos relacionados à desintegração mecânica da rocha (ou ao intemperismo físico da rocha)

Os materiais ou solos formados a partir da desintegração mecânica ou do intemperismo das rochas são: a) Pedregulhos; b) Areias; c) Siltes; e d) Argilas. OBS(s). i) De acordo com a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), tem-se que:

a) Pedregulhos são solos com partículas com: (diâmetro) 4,8 mm;

b) Areias são solos com partículas com: 0,05 mm ≤ (diâmetro) < 4,8 mm;

c) Siltes são solos com partículas com: 0,005 mm ≤ (diâmetro) < 0,05 mm; e

d) Argilas são solos com partículas com: (diâmetro) < 0,005 mm. ii) Para o MIT (Massachusetts Institute of Technology) nos EUA, as argilas são solos

com (diâmetro) < 0,002 mm.

Os agentes do intemperismo que causam a desintegração mecânica das rochas são: a) A temperatura; b) A congelação; c) A vegetação; e d) Etc. a) Atuação da TEMPERATURA no intemperismo das rochas Os minerais que compõem a rocha sofrem dilatação térmica em temperaturas diferentes, o que causa desagregação de partículas da rocha.

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b) Atuação da CONGELAÇÃO no intemperismo das rochas A água quando congela nas fendas das rochas se expande e exerce força expansiva o que causa desagregação da rocha. c) Atuação da VEGETAÇÃO no intemperismo das rochas A pressão de crescimento das raízes vegetais pode provocar desagregação das rochas, que é um fenômeno facilmente visível nas calçadas arborizadas. 1.2.2 Aspectos relacionados à decomposição química da rocha (ou ao intemperismo químico da rocha) O último produto formado a partir da decomposição química das rochas é a argila

(ou solo com partículas com: (diâmetro) < 0,005 mm).

A decomposição química é o processo em que ocorre uma modificação química ou mineralógica da rocha.

O principal agente para decomposição química ou intemperismo químico da rocha é a água (H2O).

Os processos de decomposição química da rocha são classificados de acordo com a reação química existente no processo de decomposição da rocha; Assim sendo, tem-se os seguintes processos de decomposição química da rocha: a) Decomposição química por oxidação; b) Decomposição química por hidrólise; c) Decomposição química por hidratação; d) Decomposição química por dissolução; e

e) Etc.

Como exemplo clássico da decomposição química da rocha por hidratação, tem-se a formação da caolinita; Onde, o mineral ortoclásio presente na rocha é atacado pela água formando o argilomineral caolinita, da seguinte forma: OBS(s). a) A caolinita é um argilomineral comumente encontrado nos solos das regiões tropicais; e b) Além da caolinita, as outras moléculas formadas na reação de hidratação do ortoclásio são: o hidróxido de potássio (KOH) e o dióxido de silício ou a sílica (SiO2).

)caolinita()água()Ortoclásio(

SiO.4KOH.2)OH(OAlSiOH.3AlKOSi.2 24522283

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1.3 Perfil típico dos solos

De acordo com a geologia e a pedologia o perfil típico do solo é formado por horizontes os quais são classificados pelas letras A, B, C e D. OBS(s). a) Geologia é a ciência que estuda a formação e as transformações do globo terrestre; e b) Pedologia é a ciência que estuda os solos.

Os horizontes do perfil típico do solo apresentam as seguintes características:

Horizonte A (do perfil de solo)

O horizonte A está localizado na parte mais superior do perfil de solos; Além disso, o horizonte A é rico em húmos, e possui vida bacteriana.

Geralmente, o horizonte A possui cor escurecida e poucos centímetros de espessura.

O horizonte A é chamado de eluvial, pois neste horizonte ocorre a eluviação, ou seja, a remoção ou lixiviação das argilas e dos materiais solúveis como os álcalis. OBS(s). a) Álcalis são óxidos ou hidróxidos dos metais alcalinos, ou metais da coluna 1A da tabela periódica (Por exemplo: Na, K, etc.); b) Lixiviação é a remoção de material solúvel através da água percolante que se movimenta no subsolo; e c) Húmus é o produto da decomposição da matéria orgânica.

Horizonte B (do perfil de solo)

O horizonte B do perfil de solo está localizado logo abaixo do horizonte A.

O horizonte B não apresenta traços estruturais que podem conduzir a identificação da rocha matriz (ou rocha mãe que deu origem ao solo).

O horizonte B é chamado de iluvial, pois neste horizonte ocorre a iluviação ou deposição de partículas argilosas, de sesquióxidos, e etc., oriundas do horizonte A. OBS. Sesquióxidos são óxidos em que a proporção de átomos de oxigênio para o outro elemento e de 3 (três) para 2 (dois), por exemplo: Fe2O3 (trióxido de diferro); Al2O3 (trióxido de dialumínio) e etc.

Horizonte C (do perfil de solo)

O horizonte C do perfil de solo está localizado abaixo do horizonte B, e está acima da camada de rocha.

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O horizonte C apresenta traços estruturais que podem conduzir a identificação da rocha matriz.

No horizonte C também podem ser encontrados blocos de rochas. Horizonte D (do perfil de solo)

O horizonte D corresponde à rocha inalterada ou pouco alterada. OBS. Rocha é um agregado natural formado de um ou mais minerais. A Figura 1.1 ilustra um perfil típico de solo, que se relaciona à decomposição da rocha granito, observa-se no perfil a presença dos horizontes A, B, C e D.

Figura 1.1 - Perfil típico de solo que se relaciona à decomposição da rocha

granito 1.4 Processo de laterização (ou latolização) do solo

A decomposição química do solo, e a intensa lixiviação do solo faz com que a sílica (SiO2), os álcalis, os metais alcalino-terrosos do solo sejam levados pelas soluções da lixiviação, o que favorece a concentração de sesquióxidos de ferro e/ou alumínio no solo. Este processo recebe o nome de laterização e o produto deste processo e a laterita.

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Em regiões de clima tropical existe uma tendência de ocorrer a laterização do solo.

Os solos originados do processo de laterização são chamados de solos lateríticos. OBS(s). a) Segundo Schellmann (1981), a laterita é o produto do intenso intemperismo das rochas e, consiste principalmente de ajuntamentos dos minerais: goetita, hematita, hidróxidos de alumínio, minerais da caolinita e quartzo; b) Lixiviação é a remoção de material solúvel do solo através da água percolante que se movimenta no subsolo; c) Álcalis são óxidos ou hidróxidos dos metais alcalinos, ou metais da coluna 1A da tabela periódica (Por exemplo: Na, K, etc.); d) Metais alcalino-terrosos são os elementos químicos da coluna 2A da tabela periódica (Por exemplo: Ca, Mg, etc.); e) Metais são elementos químicos brilhantes e bom condutores de calor e eletricidade; e f) Sesquióxidos são óxidos em que a proporção de átomos de oxigênio para o outro elemento e de 3 (três) para 2 (dois), por exemplo: Fe2O3 (trióxido de diferro); Al2O3 (trióxido de dialumínio) e etc. 1.5 Tipos de solo quanto à origem

Quanto a origem os solos podem ser: - Solos residuais; - Solos sedimentares ou transportados; e - Solos de formação orgânica. 1.5.1 Solos residuais

Solos residuais são solos que resultam da decomposição da rocha, in situ (no local), e que permanece sobre ela.

Na maioria das vezes, nos perfis de solo residual pode ser observada uma transição gradual do solo até a rocha matriz, em formas de horizontes A, B e C, como apresentado anteriormente.

Dentre os solos residuais merecem destaque os seguintes solos: i) Os solos lateríticos; ii) Os solos saprolíticos; iii) Os solos expansivos; e iv) Os solos porosos.

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i) Solos lateríticos

Solos lateríticos são os solos que pertencem aos horizontes A e B dos perfis bem drenados que se desenvolvem em regiões de clima úmido tropical.

Os solos lateríticos têm sua fração argila constituída essencialmente de minerais do grupo da caolinita e óxidos hidratados de ferro e alumínio, e esses componentes são agrupados formando estruturas peculiares, que são porosas, agregadas e altamente estáveis. ii) Solos saprolíticos

Solos saprolíticos são solos no sentido geotécnico. Os solos saprolíticos exibem claramente os traços estruturais inerentes (ou próprios) que podem conduzir a fácil identificação da rocha matriz. Os solos saprolíticos são solos autenticamente residuais. OBS(s). a) Ser um solo no sentido geotécnico significa ser um material que pode ser escavado sem utilização de técnicas especiais como, por exemplo, escavação com uso de explosivos; b) Solos residuais são solos que resultam da decomposição da rocha, in situ (no local), e que permanece sobre ela; e c) O prefixo sapro vem da palavra grega “saprós” que significa podre; O sufixo lítico vem da palavra grega “lithos” que significa pedra). iii) Solos expansivos

Solos expansivos são solos que sofrem expansões significativas na presença da água.

Como exemplo clássico de um solo expansivo, tem-se o solo massapê do Estado da Bahia, o qual apresenta as seguintes características:

a) É um solo rico em argila; b) É um solo que apresenta fissuração quando seco; c) É um solo que apresenta expansão significativa na presença de água; e d) É um solo que apresenta argila do grupo da montmorilonita.

Na cidade de Santa Maria - RS, devido a solos expansivos, uma casa

apresentou uma rachadura de 5 cm na parede (Maciel Filho, 2007).

De acordo com a Federal Aviation Administration AC/150/5320-6D - 7/7/95, no caso de pistas de aeroportos, solos expansivos são solos que geralmente apresentam as seguintes características: a) Limite de liquidez (LL) acima de 40%; b) Índice de plasticidade (IP) acima de 25%; e c) Expansão acima de 3%, medida no ensaio CBR (Califórnia Bearing Ratio) na energia normal.

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OBS. No ensaio CBR, os solos que apresentam expansão maior que 2% (com sobrecarga de 4,54 kgf) não são recomendados para subleito de pavimentos de estradas, e solos com expansão maior que 3% não são recomendados para subleito de pavimentos de pistas de aeroportos.

De acordo com Tschebatorioff (1978, pag. 140, apud Maciel Filho 2007), tem-se o seguinte mecanismo para surgimento de trincas em edificações sobre solos expansivos: 1.O (primeiro): A edificação, quando em climas quentes, impermeabiliza a superfície do solo e também gera sombra sobre o solo da fundação da edificação; 2.O (segundo): O solo da fundação da edificação na sombra e com a superfície impermeabilizada impede a saída da água do solo da fundação por evaporação; 3.O (terceiro): O solo da periferia próximo ao solo de fundação, que não está na sombra e nem é impermeabilizado pela edificação, perde água por evaporação; 4.O (quarto): A umidade do solo da fundação da edificação é maior na sombra e menor na periferia fora da sombra da edificação; 5.O (quinto): A temperatura do solo de fundação é menor do que a temperatura no solo da periferia da fundação, que está fora da sombra da edificação; 6.O (sexto): Se o solo da fundação da edificação for expansivo; Então, haverá um inchamento do solo expansivo e o levantamento da edificação, pois o solo da fundação da edificação estará mais úmido do que o solo da periferia fora da sombra da edificação, e que perdeu água por evaporação devido a alta temperatura; e 7.O (sétimo): O levantamento da edificação em forma de arco causa trincas nas paredes da edificação, as quais possuem maior abertura no topo da parede e menor abertura na base da parede. É como se a parede fosse rasgada de cima para baixo.

A Figura 1.2 mostra o fenômeno do arqueamento do solo de fundação de uma edificação e as trincas geradas nas paredes da edificação devido ao solo expansivo.

De acordo com Maciel Filho (2007), os solos expansivos apresentam a seguintes características: LL (limite de liquidez) > 30%, IP (Índice de plasticidade) > 12%, e LC (limite de contração) > 8%.

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Figura 1.2 - Fenômeno do arqueamento do solo de fundação de uma edificação

e as trincas geradas nas paredes da edificação devido ao solo expansivo

iv) Solos porosos ou solos colapsíveis

Solos porosos ou solos colapsíveis são solos que sofrem colapso ou recalques elevados, quando submetidos ao acréscimo de umidade. Os solos porosos ou os solos colapsíveis apresentam uma porosidade extremamente elevada. Como exemplo de solos colapsíveis, tem-se os solos da região de Brasília - DF. OBS. Maiores detalhes sobre solos expansivos e solos colapsíveis, recomenda-se consultar: a) Hachich et al. (1996, página 260) Fundações teoria e prática. b) A 2.o (segunda) edição do livro de Tschebotarioff (1958) intitulado: “Mecânica del suelo”; e c) O 1.o (primeiro) Congresso Internacional de Geomecânica dos Solos Tropicais, Lateríticos e Saprolíticos (Brasília, 1985).

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1.5.1.1 Peculiaridades dos solos tropicais lateríticos e saprolíticos (comentário especial) Segundo Nogami e Villibor (1995), os solos lateríticos e saprolíticos são as duas grades classes destacadas dentre os solos tropicais. Solos tropicais são solos que apresentam propriedades peculiares em relação aos solos das regiões não tropicais, em decorrência da atuação de processos geológicos ou pedológicos típicos das regiões tropicais úmidas. As propriedades peculiares que os solos tropicais apresentam são relacionadas: ao CBR, a expansão, a perda de suporte (ou CBR) por imersão, e a classificação HRB (atual TRB, Transportation Research Board). A Tabela 1.1 mostra as peculiaridades dos solos tropicais lateríticos e saprolíticos. OBS. Diante do exposto, na Tabela 1.1 fica claro que os solos lateríticos podem ser usados como base e subbase de pavimentos. 1.5.1.2 Os solos tropicais lateríticos e saprolíticos e os sistemas de classificação tradicionais Merece destacar que as classificações de solos tradicionais HRB (Highway

Research Board) e USCS (Unifield Soil Classification System) têm se demonstrado ineficiente para os solos tropicais; Assim, tem-se que: a) De acordo com Nogami e Villibor (1983) os sistemas de classificação tradicionais HRB (atual TRB) e USCS, tem-se demonstrado inadequados para classificação dos solos lateríticos e saprolíticos; b) Para Fabbri (1994), as classificações HRB (atual TRB) e USCS, originárias dos países de climas temperados, foram desenvolvidas para solos lá encontrados, não sendo adaptadas para solos tropicais; e c) Para Barroso e Fabbri (1997), os sistemas HRB (atual TRB) e USCS podem classificar os solos lateríticos e saprolíticos como sendo de uma mesma classe; Assim sendo, pode ser conferido aos solos de comportamento laterítico um desempenho inferior ao observado na prática.

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Tabela 1.1 - Propriedades peculiares dos solos tropicais lateríticos e saprolíticos (Fonte: Modificada de Nogami, 1985)

OBS(s). a) Diante do exposto, fica claro que os solos lateríticos podem ser usados como base e subbase de pavimentos;

b) Solos com CBR 80% podem ser usados como base de pavimentos, e solos com

CBR 20% podem ser usados como subbase de pavimentos; c) Pela TRB, os solos do grupo A-4, A-7 e alguns solos do grupo A-2 (A-2-6 e A-2-7) têm comportamento regular a mau como subleito de pavimentos; e d) Perda suporte por imersão em água é diminuição do valor do CBR do corpo-de-prova de solo, após ele ser mergulhado por 4 (quatro) dias na água.

Item Solos lateríticos Solos saprolíticos

Geralmente, apresentam CBR mais

elevados (face aos seus índices

classificatórios).

Frequentemente, apresentam

valores piores (face aos seus

índices de classificação).

Contudo, algumas variedades

podem ser muito resistentes.

No peso específico seco máximo da

energia intermediária de Proctor, as

areias finas argilosas podem atingir CBR

de 80% e as argilas CBR de 40%.

Valor de suporte muito

dependente da sobrecarga.

Perda de suporte

(ou de CBR) por

imersão em água

Reduzida Grande

Frequentemente, apresentam

valores piores face aos seus

índices classificatórios.

Valor de expansão muito

dependente da sobrecarga.

De uma maneira geral, possuem

capacidade suporte maior do que a

prevista pela classificação.

Muitas variedades de solos dos

grupos A-1, A-2 e A-4 podem ter

capacidade suporte inferior à

prevista pela classificação.

Os solos dos grupos A-2 e A-4 podem

ser usados como base.

Os solos do grupo A-7 podem ser

usados como reforço ou subbase de

pavimentos, mesmo que tenha índice de

grupo bem acima de zero.

Classificação

HRB ou TRB -

AASHTO Índice de grupo zero, ou baixo,

pode corresponder a tipos de solo

com capacidade de suporte baixo

e expansivo.

Suporte (CBR)

Mais baixaExpansão

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Quanto aos perfis em cortes rodoviários, tem-se que os solos lateríticos costumam apresentar maior resistência à erosão dos que os solos saprolíticos. Na Figura 1.3a e 1.3b, pode-se perceber que os perfis de solos saprolíticos apresentam muitos sulcos de erosão devido água. Na Figura 1.4a e 1.4b, pode-se perceber que os perfis de solos lateríticos não apresentam sulcos de erosão devido água, o que demonstra que tais solos tendem a ser mais resistentes à erosão.

Figura 1.3 - Perfis de cortes em solos saprolíticos, os quais apresentam muitos

sulcos de erosão devido água

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Figura 1.4 - Perfis de cortes em solos lateríticos, os quais apresentam

resistência à erosão OBS. Geralmente, a cor avermelhada do solo se deve a presença do elemento químico ferro e a cor amarelada do solo se deve a presença do elemento químico alumínio. 1.5.1.3 Distribuição dos solos lateríticos e saprolíticos

Quanto à distribuição geográfica, geralmente os solos lateríticos estão situados na faixa do planeta denominada intertropical (localizada entre os trópicos de câncer e capricórnio); Onde, a região intertropical apresenta as seguintes características:

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a) É uma região com condições climáticas favorável ao Intemperismo intenso e rápido; b) É uma região úmida com chuvas abundantes e percolação de água no solo; e c) É uma região de altas temperaturas. A Figura 1.5 mostra as principais áreas de ocorrência de solos utilizados para fins de pavimentação no Brasil, não incluindo os depósitos de solos de aluvião ou transportados (dada a sua distribuição generalizada). OBS. Aluvião é o solo formado junto às margens ou na foz dos rios.

Figura 1.5 - Principais áreas de ocorrência de solos utilizados para fins de

pavimentação no Brasil, não incluindo os depósitos de solos de aluvião ou transportados (Medina, 1997)

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Pode-se observar, na Figura 1.5, que grande parte do Brasil é coberto por solos lateríticos, tais como:

a) Areias finas lateríticas; e b) Siltes e argilas lateríticas.

OBS. Também são encontrados solos saprolíticos no mapa. A Figura 1.6 mostra a distribuição de solos lateríticos em temos mundiais. Observa-se que os solos lateríticos estão presentes na Oceânia, na Ásia, e em grande parte da África e América Latina.

Figura 1.6 - Distribuição de solos lateríticos em temos mundiais

(Bernucci,1995) OBS. De acordo com Bernucci (1995) os solos lateríticos podem ser residuais ou não, contudo este fator genético (ou de origem) não é preponderante do ponto de vista geotécnico. 1.5.1.4 Distinção mineralógica dos solos lateríticos e saprolíticos

Minerais são compostos químicos inorgânicos encontrados naturalmente na crosta (ou parte solidificada do planeta terra).

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Dentre as principais diferenças mineralógicas entre os solos lateríticos e saprolíticos podem-se destacar:

Para os solos lateríticos a) A fração argila dos solos lateríticos apresenta elevada porcentagem:

De óxidos e hidróxidos de ferro (como os minerais: goetita, limonita, ferridrita, hematita e magnetita); e

De hidróxidos de alumínio (como os minerais: diásporo, gibbsita, bauxita, etc.). b) Na fração argila dos solos lateríticos, geralmente está presente o argilomineral caolinita; Além do mais, óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio costumam envolver a caolinita; e c) Além do quartzo, na fração areia e silte dos solos lateríticos são encontrados principalmente laterita e minerais pesados (Por exemplo: magnetita, ilmenita, rutilo, etc.).

Para os solos saprolíticos a) Além do quartzo, na fração areia dos solos saprolíticos podem ser encontrados vários minerais, inclusive feldspatos e micas; b) Na fração argila dos solos saprolíticos pode ocorrer a caolinita, e também podem ocorrer agilominerais mais ativos que a caolinita, tais como a montmorilonita e a ilita; c) Na fração argila dos solos saprolíticos pode ocorrer óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio, contudo estes óxidos e hidróxidos não recobrem os argilominerais; e d) Finalmente, não há registro na literatura da presença de laterita em solos saprolíticos. OBS(s). i) Segundo Schellmann (1981), a laterita é o produto do intenso intemperismo das rochas e, consiste principalmente de ajuntamentos dos minerais: goetita, hematita, hidróxidos de alumínio, minerais da caolinita e quartzo; ii) Desde 1981, existe uma classificação para os solos tropicais denominada MCT (Miniatura Compactado Tropical), a qual tem se demonstrado eficiente para classificar os solos tropicais de comportamento laterítico e saprolítico; e iii) Detalhes sobre a classificação MCT, que foi desenvolvida no Brasil, serão dados em aulas futuras. iv) Segundo Skempton (1953), a atividade indica o potencial de variação de volume de uma argila, e a atividade de uma argila é dada pela seguinte equação: (1.1) em que: AC = atividade da argila; IP = índice de plasticidade do solo; e FA = fração

de argila do solo, ou porcentagem de solo em peso com diâmetro () menor que 0,002 mm.

FAIPAC

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Uma argila com AC > 1,25 é considerada ativa; uma argila com AC < 0,75 é considerada inativa; e uma argila com 0,75 < AC < 1,25 é considerada uma argila normal. 1.5.2 Solos sedimentares ou transportados

Os solos sedimentares são solos que sofreram ação de agentes transportadores, os quais conduziram o solo para o seu local atual. Os solos sedimentares ou transportados podem ser: a) Solos aluvionares Solos aluvionares são solos que foram transportados pela água para o seu local atual. b) Solos coluvionares ou talus Solos coluvionares ou talus são solos que foram transportados pela gravidade para o seu local atual. c) Solos eólicos Solos eólicos são solos que foram transportados pelo vento para o seu local atual. d) Solos glaciares Solos glaciares são solos que foram transportados pelas geleiras para o seu local atual. OBS(s). a) O gelo congela a água que envolve o solo, e posteriormente o solo envolvido pelo gelo é arrastado pela água do degelo para regiões distantes; e b) Os solos coluvionares ou talus ocorrem no sopé (ou pé) das encostas íngremes (ou de forte declive) e são responsáveis por muitos deslizamentos em trechos de serras. 1.5.3 Solos de formação orgânica

Solos de formação orgânica são solos de origem essencialmente orgânica. Quanto à origem, os solos de formação orgânica podem ser: a) Solo de origem vegetal Quando o solo é formado, por exemplo, a partir de plantas e/ou raízes. b) Solo de origem animal Quando o solo é formado, por exemplo, a partir de conchas de animais.

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2 Composição química e mineralógica dos solos 2.1 Minerais primários e secundários

Os minerais encontrados nos solos podem ser minerais primários ou secundários; Assim sendo, tem-se que: a) Minerais primários Minerais primários são minerais que são encontrados na rocha que originou o solo. b) Minerais secundários Minerais secundários são minerais formados a partir da decomposição de outros minerais. 2.2 Principais minerais que compõem os solos grossos (pedregulhos e areias) Os principais minerais que compõem os solos grossos, ou seja, os pedregulhos e as areias, podem ser agrupados em 4 (quatro) grupos, os quais são: a) Grupo dos silicatos Fazem parte do grupo dos silicatos os seguintes minerais: feldspato, mica, quartzo, serpentina, clorita e talco. b) Grupo dos óxidos Fazem parte do grupo dos óxidos os seguintes minerais: hematita, magnetita e limonita. c) Grupo dos carbonatos Fazem parte do grupo dos carbonatos os seguintes minerais: calcita e dolomita. d) Grupo dos sulfatos Fazem parte do grupo dos sulfatos os seguintes minerais: o gesso e a anidrita. OBS(s).

a) Pedregulhos são solos com partículas com: (diâmetro) 4,8 mm;

b) Areias são solos com partículas com: 0,05 mm ≤ (diâmetro) < 4,8 mm; c) Minerais são compostos químicos inorgânicos encontrados naturalmente na crosta (ou parte solidificada do planeta terra); e

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d) Na fração silte dos solos podem ser encontrados minerais como: quartzo (do grupo dos silicatos), hematita e magnetita (do grupo dos óxidos) e etc. 2.2.1 Algumas características dos minerais do grupo dos silicatos A seguir, têm-se as principais características dos minerais do grupo dos silicatos: i) Os feldspatos

Os feldspatos são silicatos de alumínio acrescidos de um metal alcalino ou alcalino-terroso, o qual pode ser K (potássio), Na (sódio) ou Ca (cálcio).

Os principais feldspatos são: a) Ortoclásio (K2O.Al2O3.6SiO2); b) Anortita (CaO.Al2O3.2SiO2); e c) Albita (Na2O.Al2O3.6SiO2).

Os feldspatos sofrem decomposição devido a ação da água e formam uma argila branca denominada caulim, que pode ser a argila caolinita ou a argila haloisita, que também faz parte do grupo das argilas caolinitas. OBS(s). a) Metais alcalinos são os metais da coluna 1A da tabela periódica (Por exemplo: Na, K, etc.); b) Metais alcalino-terrosos são os elementos químicos da coluna 2A da tabela periódica (Por exemplo: Ca, Mg, etc.); e c) Silicato é a combinação do dióxido de silício (SiO2) com 1 (um) ou mais óxidos metálicos por exemplo:

K2O.Al2O3.6SiO2 (Mineral ortoclásio) ii) As micas

As micas geralmente são formadas pelo silício (Si), pelo oxigênio (O) e pelos seguintes metais: alumínio (Al), magnésio (Mg), potássio (K), sódio (Na) e lítio (Li).

As micas são minerais facilmente identificáveis por suas lâminas delgadas (finas) e de fácil clivagem (fragmentação ou quebra).

Os principais tipos de mica são: a) Biotita (ou mica preta); e b) Moscovita (ou mica branca).

No solo, a mica aparece sob a forma de pequenas escamas brilhantes.

A mica é um mineral comumente encontrado nas rochas granito, gnaisse e micaxisto.

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iii) O quartzo

O quartzo é considerado o mais importante mineral do grupo dos silicatos.

O quartzo é um dos minerais mais resistentes ao intemperismo, e sua composição é a sílica (SiO2) pura.

O quartzo é usado na fabricação do vidro, o qual é um material largamente utilizado na construção civil, e também no mundo moderno.

O quartzo é o mineral mais comumente encontrado na superfície do globo terrestre. iv) Outros minerais do grupo dos silicatos a) A serpentina

A serpentina é um mineral que se apresenta na natureza na tonalidade verde.

A serpentina dá origem a uma rocha que possui o mesmo nome.

b) A clorita

A clorita se apresenta na natureza na tonalidade verde, verde-escura ou amarela. A clorita ocorre nas rochas cloritaxistos e micaxistos. c) O talco (ou esteatita)

O talco é um mineral que se apresenta na natureza na tonalidade branca ou branco-esverdeada. O mineral talco é importante na produção de talco, o qual é um produto que tem uso medicinal e higiênico para pele. 2.2.2 Algumas características dos minerais do grupo dos óxidos A seguir, têm-se as principais características dos minerais do grupo dos óxidos: i) O mineral hematita

A hematita é um mineral que se apresenta na natureza na tonalidade preta ou cinza-escura, e possui brilho metálico. A hematita é usada na produção de aço. Explorada na Serra do Carajás - PA e no Quadrilátero Ferrífero - MG, a hematita é o mineral mais importante na economia brasileira.

A hematita tem fórmula Fe2O3.

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ii) O mineral magnetita

A magnetita se apresenta na natureza na tonalidade preta e com brilho metálico. A magnetita é um mineral muito comum nas rochas magmáticas.

A magnetita tem fórmula Fe3O4. iii) O mineral limonita

A limonita se apresenta na natureza na tonalidade castanha a preta, e com brilho metálico. A limonita é formada a partir da decomposição química da hematita, da magnetita e de outros minerais ferríferos.

A limonita tem fórmula Fe2O3 + n.H2O (onde, n é o número de moléculas de água na fórmula química da limonita). 2.2.3 Algumas características dos minerais do grupo dos carbonatos A seguir, têm-se as principais características dos minerais do grupo dos carbonatos: i) O mineral calcita

A calcita se apresenta na natureza nas tonalidades branca, rósea, cinza e amarela; Além disso, a calcita apresenta brilho vítreo. A calcita é importante como matéria prima usada na produção de cimento. A calcita efervesce na presença de acido clorídrico (HCl).

A calcita tem fórmula CaCO3 (carbonato de cálcio). ii) O mineral dolomita

O mineral dolomita se apresenta na natureza com as tonalidades branca, cinza-amarelada, e com brilho vítreo. A dolomita é usada na fabricação da cal, e também é usada como corretivo do solo.

A dolomita tem fórmula CaMg(CO3)2, carbonato duplo de cálcio e magnésio. 2.2.4 Algumas características dos minerais dos grupos dos sulfatos A seguir, têm-se as principais características dos minerais do grupo dos sulfatos:

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i) O mineral gesso (ou gipsita)

O gesso (ou a gipsita) se apresenta na natureza nas tonalidades, incolor, branca, cinza, amarelo, vermelho e castanho; Além disso, o gesso possui brilho sedoso.

O gesso tem fórmula CaSO4.2H2O (Sulfato de cálcio hidratado).

Destaca-se que o gesso é um produto largamente usado na construção civil para acabamentos, e também é usado na produção de cimento. ii) A anidrita

A anidrita se apresenta na natureza nas tonalidades incolor, branca, azul, violeta e cinza-escuro; Além disso, a anidrita tem brilho vítreo.

A anidrita tem fórmula CaSO4 (Sulfato de cálcio). 2.3 Argilas e minerais argílicos 2.3.1 As argilas

As argilas são solos de granulação muito fina que apresentam as seguintes características: i) São solos com partículas com diâmetro menor que 0,005 mm de acordo com a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). ii) As argilas são solos com uma plasticidade marcante. OBS. Plasticidade é a capacidade que o solo tem de ser trabalhado ou moldado. iii) As argilas são solos que apresentam alta resistência ao cisalhamento quando secas. iv) As argilas são solos muito ativos em relação à água podendo sofrer grandes expansões e retrações. v) As argilas são solos formados pelos minerais argílicos e/ou também por outros minerais, tais como: goetita, limonita, ferridrita, hematita e magnetita, gibbsita e etc..

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2.3.2 Os minerais argílicos

Quanto à constituição química, pode-se dizer que os minerais argílicos são silicatos de alumínio hidratados; Podendo ocorrer eventualmente: a) Minerais argílicos de silicatos de ferro hidratado, ou b) Minerais argílicos de silicatos de magnésio hidratado, ou ainda, c) Minerais argílicos de silicatos de outros metais também hidratados. OBS. Silicato é a combinação do dióxido de silício (SiO2) com 1 (um) ou mais óxidos metálicos, por exemplo: Al2O3.2SiO2.2H2O (argilomineral caolinita) i) Os grupos dos minerais argílicos

Os minerais argílicos, que formam as argilas são divididos em 3 (três) grupos principais, os quais são: a) Grupo das caolinitas; b) Grupo das montmorilonitas; e c) Grupo das ilitas. ii) Estrutura dos minerais argílicos

A estrutura dos minerais argílicos (ou dos argilominerais) que formam os solos argilosos compõe-se do agrupamento de duas estruturas cristalográficas básicas que são: a silícica e a alumínica. a) Características da silícica

A silícica consiste em uma unidade tetraédrica de 4 (quatro) átomos de oxigênio nas extremidades com um átomo de silício no centro. OBS. Tetraedro é um sólido que possui 4 (quatro) faces.

A Figura 2.1(a) ilustra a distribuição espacial dos átomos da silícica, e a Figura 2.1(b) mostra o símbolo utilizado para representar a silícica.

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Figura 2.1 - Distribuição espacial dos átomos da silícica, e o símbolo utilizado para representar a silícica.

b) Característica da alumínica

A alumínica consiste em uma unidade octaédrica com 6 (seis) átomos de oxigênio, ou com seis hidroxilas OH, nas extremidades do octaedro, e com um átomo de alumínio no centro do octaedro. OBS. Octaedro é um sólido de 8 (oito) faces.

A Figura 2.2(a) ilustra a distribuição espacial dos átomos da alumínica, e a Figura 2.2(b) mostra o símbolo utilizado para representar a alumínica.

Figura 2.2 - Distribuição espacial dos átomos da alumínica, e o símbolo utilizado para representar a alumínica.

iii) Características dos grupos dos minerais argílicos (ou dos argilominerais) a) Características do grupo das caolinitas

As caolinitas são argilominerais formados pela combinação alternada de uma silícica e uma alumínica como ilustra a Figura 2.3.

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Figura 2.3 - Esquema estrutural das caolinitas

A junção estrutural das caolinitas não permite a entrada de moléculas de água entre a silícica e alumínica; Assim sendo, as argilas caolinitas são relativamente estáveis na presença de água. OBS(s). Pode-se entender como solo estável, como sendo um solo pouco expansivo na presença de água. Pertencem ao grupo das caolinitas as seguintes argilas: caolinita, haloisita, diquita e nacrita. b) Características do grupo das montmorilonitas

As montmorilonitas são argilominerais formados pela superposição de 1 (uma) unidade de alumínica entre 2 (duas) unidades de silícicas como ilustra a Figura 2.4.

Figura 2.4 - Esquema estrutural das montmorilonitas

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A junção estrutural das montmorilonitas entre a silícica e alumínica é frágil e permite a penetração da molécula de água com relativa facilidade, o que causa grandes expansões neste tipo de argilomineral. OBS(s). a) As expansões do solo é fonte de inúmeros problemas para engenharia civil; e b) As argilas conhecidas como betonitas são argilas que pertence ao grupo das montmorilonitas. c) Características do grupo das ilitas

As ilitas são argilominerais com arranjo estrutural semelhante ao das montmorilonitas, contudo na estrutura das ilitas se encontra íons permutáveis (ou substituíveis).

A presença de íons permutáveis (ou substituíveis) na estrutura das ilitas torna a estrutura da ilita mais estável, e faz com que ilita não seja fortemente afetada pela água.

A Figura 2.5 mostra o esquema estrutural das ilitas. Percebe-se, na Figura 2.5, que nas bordas da junção estrutural das silícicas se encontra íons permutáveis; Contudo, no centro da junção das silícicas se encontra íons não permutáveis, por exemplo, íons de potássio (K).

Figura 2.5 - Esquema estrutural das ilitas

As ilitas são bem menos expansivas que as montmorilonitas. iv) Métodos para identificação dos argilominerais presentes no solo A identificação dos argilominerais, presentes no solo, pode ser feita por meio dos seguintes métodos: a) Método da análise termodiferencial; b) Método da microscopia eletrônica;

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c) Método da difratometria de raios X; e d) Método dos corantes orgânicos. OBS(s). a) Convém destacar que o método dos corantes orgânicos é um método simples e rápido (ou expedito) para ser realizado; e b) Os métodos da microscopia eletrônica e da difratometria de raios X, indicam somente a presença do argilomineral no solo, contudo não indicam a quantidade de argilomineral no solo. A Figura 2.6 mostra uma microfotografia do argilomineral caolinita, a qual foi obtida com o microscópio eletrônico. Observa-se no canto superior esquerdo da Figura 2.6, que a caolinita tem o aspecto de pratos empilhados.

Para maiores minúcias a respeito das técnicas de identificação de argilominerais, recomenda-se consultar Rodrigues et al. (1972).

Figura 2.6 - Microfotografia de uma caolinita. O comprimento da barra de luz é

5 m (1 micrometro = 1 m = 10-6 m) (Fonte: HOLTZ; KOVACS, 1981)

A Figura 2.7 mostra uma microfotografia do argilomineral haloisita do grupo das caolinitas, a qual foi obtida com o microscópio eletrônico. Observa-se na Figura 2.7, que a haloisita tem o aspecto de pequenos bastões empilhados.

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Figura 2.7 - Microfotografia de uma haloisita. O comprimento da barra de luz é

5 m (1 micrometro = 1 m = 10-6 m) (Fonte: HOLTZ; KOVACS, 1981)

A Figura 2.8 mostra o difratograma de um solo da região do município de Licínio de Almeida - BA, onde foram detectados no solo, por meio da difração de raios X, os minerais: Gismodina, Muscovita, Caulinita e Quartzo. OBSERVAÇÕES: a) O difratograma é o resultado final da análise dos minerais do solo por meio da difração de raios X;

b) O difratograma apresenta o ângulo 2 (onde, é ângulo de incidência do feixe de raio X) e a intensidade relativa dos picos de difração, tais parâmetros possibilitam a identificação dos minerais na amostra de solo estudada; c) O difratograma da Figura 2.8 é o resultado de uma análise feita no difratômetro de raios X do IFSC (Instituo de física de São Carlos) no campus da EESC-USP (Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo); d) O difratograma da Figura 2.8 é o da amostra de solo do trabalho de Rodrigues e Rocha (2016).

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Figura 2.8 - Difratograma de um solo da região do município de Licínio de

Almeida - BA

A Figura 2.9 mostra uma amostra de solo da região do município de Licínio de Almeida - BA, em um tubo de eppendorf de plástico com 5 ml de volume, a qual foi analisada no difratômetro de raios X do IFSC (Instituto de Física de São Carlos). OBS. Difratômetro é a máquina que faz a análise do solo por meio da difração de raios X.

Figura 2.9 - Amostra do solo da região do município de Licínio de Almeida -

BA, em um tubo de eppendorf de plástico com 5 ml de volume

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3 Superfície específica dos solos 3.1 Conceito, e superfície específica de alguns materiais

A superfície específica de um solo é a soma das superfícies de todas as partículas contidas em uma unidade de peso, ou de volume.

Quanto mais fino um solo maior será sua superfície específica; Assim sendo, a superfície específica dos solos argilosos é bem maior do que a dos solos arenosos. A Tabela 3.1 mostra a superfície específica dos argilominerais caolinita, ilita e montmorilonita. Observa-se, na Tabela 3.1, que a superfície específica da montmorilonita e 80 vezes maior do que a superfície específica da caolinita. Tabela 3.1 - Superfície específica dos argilominerais

OBS. De acordo com a Tabela 3.1, a soma das áreas das partículas contidas em apenas 1 g de montmorilonita seria suficiente para cobrir a área de um retângulo de 10 m x 80 m. 3.2 Importância da superfície específica dos solos

A superfície específica é um dos motivos para que exista diferença entre as propriedades físicas dos solos arenosos e dos argilosos. Assim sendo, um dos motivos dos solos arenosos apresentarem comportamento diferente dos solos argilosos, deve-se a superfície específica do solo, a qual é diferente para os dois solos. OBS. Como exemplo de propriedades físicas dos solos pode-se citar: Peso específico dos sólidos, granulometria, expansão, LP (limite de plasticidade), LL (limite de liquidez), etc.; Tais propriedades físicas serão estudadas em aulas futuras.

Superfície específica

(m2/g)

Caolinita 10

Ilita 80

Montmorilonita 800

Argilomineral

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Difratograma - Análise mineralógica, por difração de Raios X, realizada no rejeito de

manganês do município de Licínio de Almeida - BA, 2016. Apenas fotos dos minerais (http://pt.wikipedia.org)

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http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/solos_tropicais/arvore/CONT000gmzitqc102wx5ok0liq1mq4i6tjgq.html