XII CONGRESSO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

PIVIC/UFCG 2015

CARACTERIZAÇÃO DE SOLOS PARA APLICAÇÃO EM CORTINAS VERTICAIS: ESTUDO PRELIMINAR

Priscila Thalita Barros De Lima1, Claudia Maria De Oliveira Raposo2

RESUMO

Atualmente, com o crescimento da sociedade, aliado aos incontáveis avanços tecnológicos, tem trazido tanto benefícios como malefícios ao planeta, sendo um dos principais prejuízos à contaminação do solo. Foram realizados ensaios de caracterização, por difração de raios X, por fluorescência de raios X por energia dispersiva e por microscopia eletrônica de varredura, em dez amostras de solo com o objetivo de embasar a seleção de amostras para compor cortinas verticais aplicáveis na contenção de contaminantes. Com os resultados obtidos os solos foram distribuídos em três grupos, como base nas composições minerais identificadas e confirmadas através dos teores percentuais obtidos por EDX. Os perfis micrográficos mostraram a porosidade dos sólidos, com registro de poros grandes e pequenos em sua totalidade. Os resultados obtidos embasaram a seleção de solos para compor cortinas verticais aplicáveis na contenção de contaminates.

Palavras-chave: Solo, Caracterização, Difração de Raios X.

DESCRIPTION OF SOILS FOR ENFORCEMENT ON VERTICAL BLINDS: PRELIMINARY STUDY

ABSTRACT

Currently, with the growth of society, coupled with countless technological advancements, it has brought both benefits and harms the planet, one major losses to soil contamination. Characterization tests were conducted by X rays fluorescence X-ray energy dispersive and scanning electron microscopy in ten soil samples in order to base the selection of samples for composing vertical blinds applicable in containing contaminants . With the results obtained soils were divided into three groups, based on the identified mineral compositions and confirmed by the percentage contents obtained by EDX. The micrographic profiles showed the porosity of solid, with registration of large and small pores in its entirety. The results base the selection of soils to form vertical blinds applicable to contaminants containment.

Key-words: Soil, Characterization, x-ray diffraction.

1Aluna do Curso de Engenharia de Minas, Unidade Acadêmica de Mineração e Geologia, UFCG, Campina Grande, PB, e-mail: priscilabarroslima@gmail.com2Engenharia de Minas, Professora Doutora, Unidade Acadêmica de Mineração e Geologia, UFCG, Campina Grande, PB, e-mail: raposo@dmg.ufcg.edu.br

INTRODUÇÃO

O crescente avanço da tecnologia aliado ao aumento da população mundial tem elevado os problemas obtidos através da poluição. O solo é um dos principais meios afetados por esses poluentes, causando desastres em sua superfície, no subsolo e nos recursos naturais lá alocados. Faz-se, então, necessário o auxílio de barreiras para impedir que esses contaminantes cheguem a locais indesejados (LEITÃO, 2013).

O solo é classificado como uma coleção de corpos naturais constituídos por fases sólidas, líquidas e gasosas, tridimensionais, dinâmicos, formados por materiais minerais e orgânicos que ocupam a maior parte do manto superficial das extensões continentais do nosso planeta, porém, não se trata apenas de um amontoado de partículas minerais e orgânicas e, sim, de um sistema bastante dinâmico, que constantemente está se ajustando às variações das condições do ambiente ao redor (EMBRAPA, 2006; AZAVEDO).

A característica mais marcante do solo é sua estrutura em camadas resultado da diferente intensidade da atuação em profundidade dos processos de sua formação. Estes processos criam diferentes zonas ou horizontes, os quais, em conjunto, constituem o perfil pedológico (CORNER, 2007).

Os horizontes de um perfil de solo são formados por processos de adição, perdas, transformações e translocações, devido ao fato de ocorrerem com intensidades diferentes através do regolito, ou seja, todo material inconsolidado ou começando a se decompor que está sobre uma rocha. Os perfis exibem as características em profundidade e se a estas são acrescidas as que ocorrem nas duas dimensões laterais da área tem-se o corpo do solo (ZIMBACK, 2003).

A classificação geológica corresponde à interpretação da gênese do solo, com base na análise tátil-visual, e em observação de campo acerca da forma de ocorrência, morfologia, e das relações estratigráficas com outras ocorrências, outros solos ou rochas, interpretando-se os processos responsáveis pela gênese e, eventualmente, a rocha de origem (PASTORE, 1998).

Sabe-se que o solo é um material constituído por partículas sólidas e pelos vazios entre elas, podendo esta preenchido por água ou ar, constituindo suas fases, sólida, líquida e gasosa (ALMEIDA, 2005).

As propriedades físicas dos solos são: textura, granulometria, plasticidade, consistência, compacidade, estrutura, forma dos grãos, cor, cheiro, friabilidade, presença de outros materiais, conchas, matéria vegetal, mica, entre outros. Porém, a textura é a principal característica física observada, por ser bastante relacionada com a utilização e produtividade do solo, onde as partículas são agrupadas de acordo com a granulometria, sendo classificados como:

Fração argila: também conhecida como fração fina, compreende partículas com dimensões menores que 0,002 mm. Constituída em sua maior parte por minerais de argila, promove a estruturação do solo, fazendo com que ocorra o aparecimento de um alto volume de poros, principalmente de microporos, retém muita água e muitos nutrientes.

Fração silte: também conhecida como fração média, compreende partículas de dimensões entre 0,05 e 0,002 mm, é constituída em sua maior parte por quartzo, promove o aparecimento de poucos poros, podendo causar adensamento do solo, retém pouca água e poucos nutrientes.

Fração areia: também conhecida como fração grossa, compreende partículas de dimensões entre 2 e 0,05 mm, é constituída quase que essencialmente de quartzo, é responsável pelo aparecimento de macroporos, e portanto, pela aeração do solo, retém pouca água e poucos nutrientes (ZIMBACK, 2003; ALMEIDA, 2005).

Considerando as propriedades físico-químicas dos solos estas são obtidas através de características como: pH, em água, KCl e CaCl2, matéria orgânica (%), hidrogênio (meq/100g), alumínio (meq/100g), fósforo (ppm), cálcio (meq/100g), magnésio (meq/100g), potássio (meq/100g), soma de bases (meq/100g), capacidade de troca catiônica (meq/100g), saturação por bases (V%) e saturação por alumínio (m%) (ZIMBACK, 2003).

A fase sólida de um solo é constituída por grãos minerais, com ou sem presença de matéria orgânica. Quimicamente, os silicatos, feldspato, mica, quartzo, serpentina, clorita, talco, compõem a maioria da fração de solo visível a olho nu, seguida pelos óxidos, hematita, magnetita, limonita, pelos carbonatos, calcita, dolomita, e pelos sulfatos, gesso, anidrita. Já nas frações argilosas, os principais minerais argílicos encontrados são as caulinitas, as montmorilonitas e as ilitas (ALMEIDA, 2005).

Logo, a presente pesquisa tem como objetivo, inicialmente, a caracterização de solos a fim de embasar a seleção de amostras para compor cortinas verticais aplicáveis na contenção de contaminantes.

MATERIAIS E MÉTODOS

Solos

Dez amostras de solos, denominadas de: A, B, C, D, E, F, G, H, I e J, foram cedidas pelo Laboratório de Irrigação e Salinidade da UAEA/CTRN/UFCG. A coleta foi realizada na Fazenda Santa Francisca localizada no município de Mamanguape/PB com latitude: 6° 50' 19'' Sul e longitude: 35° 8' 11'' Oeste (CIDADE BRASIL).

Figura 1: Mapa de localização do município de Mamanguape (Fonte: CCAE).

Os solos foram repassados com suas fichas técnicas destacando-se resultados de análises relativas ao potencial hidrogeniônico, pH, ao teor de matéria orgânica, MO, e a capacidade de troca catiônica, CTC, os quais estão apresentados na Tabela 1.

Solos pH em Água(1: 2,5)

MO(%)

A 5,95 0,83B 7,32 1,45C 6,50 1,10D 5,56 0,67E 5,10 0,62F 4,93 1,76G 6,33 2,12H 5,34 1,33I 4,50 0,83J 4,67 0,57

Tabela 1: Principais propriedades físico-químicas dos solos analisados.

Difração de Raios X (DRX)

Na obtenção dos difratogramas dos solos foi utilizado o método do pó. O aparelho, um difratômetro de marca SHIMADZU XRD-6000, com radiação de CuKα, operou em intervalo de 2° ≤ 2θ ≤ 60°, com fendas Soller, filtro de níquel, passo de 0,02.seg-1 e step de 2º.min-1.

Espectroscopia de Fluoresncência de Raios X (EDX)

Para a obtenção dos espectros dos solos estudados, foi utilizado o Espectrômetro de Fluorescência de Raios X por Energia Dispersiva modelo EDX-720 da SHIMADZU.

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Para se obter as fotomicrografias dos solos analisados, foi utilizado um Microscópio Eletrônico de Varredura modelo SSX 550 SHIMADZU.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Os resultados da análise realizada por difração de raios X para os solos, Figura 2, mostram, em análise preliminar, perfis similares quanto a posição das reflexões favorecendo, para melhor detalhamento, uma redistribuição dos difratogramas em grupos, denominados de: Grupo 1, Grupo 2 e Grupo 3 estando apresentados nas Figuras 3, 4 e 5, respectivamente.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Inte

nsid

ade

(con

tage

m)

2 Teta (°)

A B C D E F G H I J

Figura 2: Difratogramas das amostras de solo.

No Grupo 1, Figura 3, estão presentes as amostras A, B, C, D e E, cuja análise identifica a presença de minerais como: caulinita, quartzo, montomorilonita, muscovita e ortoclásio, em valores 2teta(º) igual a 12,55; 50,32; 46,04; 36,80 e 26,72; respectivamente de alguns picos que aparecem no gráfico. Os solos em questão estão classificados texturalmente como franco arenosos/areia, em função da predominância de areia. As presenças de quartzo, SiO2, e de ortoclásio, KAlSi3O8, estão registradas em quase todos os picos. De modo discreto registram-se argilosos como a caulinita, e a montmorilonita. O conjunto destes minerais confirma a natureza franco arenosa/areia destes solos (AZEVEDO; SAMPAIO, 2006; USP: http://disciplinas.stoa.usp.br/).

Inte

nsid

ade

(u.

a)

2Teta (°)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

1. CAULINITA2. QUARTZO3. MONTMORILONITA4. MUSCOVITA

41

21

21

2

311

1Intensidade (u.a.)

2Teta (°)

GRUPO 2

F H

0 10 20 30 40 50 60 70 80

1. CAULINITA2. QUARTZO3. MONTMORILONITA4. MUSCOVITA5. ORTOCLÁSIO

52

2

245

2

32

52

242

52

52

1In

ten

sid

ad

e (

con

tag

em

)

2 Teta (°)

GRUPO 1

A B C D E

Figura 3: Difratogramas das amostras de solo do GRUPO 1.

Não diferentemente do Grupo 1, Figura 3, o Grupo 2, representado pelos solos F e H, Figura 4, apresenta solos classificados como sendo franco argila arenosa/argila arenosa, pela presença das fases argilosas em suas composições. A presença, significativa, de caulinita nos picos analisados, 2 teta (º) igual a 12,37; 21,46; 24,96; 50,23; 60,16 e 62,32; segue-se de poucos picos relativos ao quartzo, 2 teta (º) igual a 26,73; 50,23 e 60,16; o que está de acordo com a característica arenosa, confirmando, também, a classificação textural prévia (SAMPAIO, 2006; USP: http://disciplinas.stoa.usp.br/).

Figura 4: Difratogramas das amostras de solo do GRUPO 2.

Semelhante aos demais grupos, o GRUPO 3, Figura 5, solos G, I e J, mostra a presença dos mesmos minerais, caulinita, quartzo, montmorilonita e muscovita, e, mesma característica textural, confirmando assim a análise qualitativa realizada (SAMPAIO, 2006).

Inte

nsid

ade

(u.a

.)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

1. CAULINITA2. QUARTZO3. MONTMORILONITA4. MUSCOVITA

11

14

21

4

2

1

2

1

2Teta (°)

GRUPO 3

G I J

Inte

nsi

dad

e (u

.a.)

Figura 5: Difratogramas das amostras de solo do GRUPO 3.

A partir dos espectros obtidos por EDX, Tabela II, das amostras A, B, C, D, E, F, G, H, I e J, aliados ao local de origem dos solos – área litorânea, é possível caracterizá-los como sendo latossolos amarelos (SANTOS et al., Embrapa).

A princípio, o conceito de Latossolo contemplava solos cujas características encontravam-se fortemente relacionadas à intemperização e lixiviação, intensas, e responsáveis pelas baixas atividades das argilas; capacidade de troca de cátions; relações moleculares sílica/alumínio, (SiO2/Al2O3) = Ki, e sílica/óxidos de ferro e alumínio, (SiO2/Al2O3 + Fe2O3) = Kr. Além disso, os solos designados por Latossolos, além de profundos, de coloração relativamente homogênea com matizes avermelhadas e/ou amareladas, apresentariam distribuição mais ou menos uniforme de argila ao longo do perfil, elevada estabilidade de agregados e baixo conteúdo de silte em relação à argila (KER, 2013).

Os Latossolos Amarelos, LA, encontram-se espalhados em muitas áreas do Brasil. Sua maior expressividade e continuidade de área encontram-se nos platôs litorâneos e amazônicos. Apresentam baixos teores de Fe2O3, em sua maioria, abaixo de 7% e, são solos bem drenados, profundos e muito profundos, com predominância de textura média, baixa relação textural e pouca diferenciação entre os horizontes. Apresentam baixa saturação e soma de bases, enquanto os teores de saturação por alumínio são altos, o que lhes confere caráter álico (KER, 2013; SANTOS et al., Embrapa).

São derivados de sedimentos areno-argilosos ou argilo-arenosos, ou de material de cobertura destes sedimentos. A textura é variável de franco-arenosa até muito argilosa, com valores extremos de 15% a 93% de argila (CIENTEC).

Os minerais que compõe os solos possuem porcentagens próximas às encontradas nos componentes identificados através do EDX, confirmando assim a análise prévia feita por meio dos difratogramas, como podem ser visto na Tabela III (MACHADO; DANA, 1960; LEITE, 2013).

A caulinita (Al2Si2O5(OH)4), por exemplo, possui em sua composição SiO2, Al2O3. O quartzo (SiO2) é composto basicamente de sílica. Já a montmorilonita ((Mg, Ca)O.Al2O3Si5O10.nH2O) é composto de silicato de alumínio, magnésio e cálcio hidratado. Também a muscovita (KAl2Si3AlO10(OH,F)2) possui, além do Al2O3

e SiO2, óxido de potássio. Por fim, o ortoclásio (KAlSi3O8), que também possui potássio em sua composição (MACHADO).

Tabela II: Principais resultados da análise por fluorescência de raios X dos solos.Solos SiO2 (%) Al2O3 (%) Fe2O3 (%) TiO2 (%) K2O (%) CaO (%)

A 83,927 14,374 0,910 0,289 0,117 0,054B 87,316 11,468 0,684 0,221C 80,970 16,959 1,320 0,362 0,107D 68,600 28,224 2,102 0,589 0,136 0,088E 68,024 28,737 2,336 0,582 0,057 0,057F 46,536 45,724 6,341 1,093 0,058

G 57,200 37,466 3,829 0,938 0,085 0,222H 47,082 46,100 5,450 1,042 0,052 0,060I 62,968 32,422 3,678 0,619 0,084J 64,037 31,761 3,308 0,560 0,041

Tabela III: Porcentagem dos componentes em cada mineral.Mineral SiO2 (%) Al2O3 (%) Fe2O3 (%) K2O (%) CaO (%)

Caulinita 46,5 39,5Quartzo 46,74

Montmorilonita 49,94 13,89 10,44 0,15 0,66Muscovita 45,23 38,38 11,82Ortoclásio 64,7 18,4 16,9

Foram selecionadas as micrografias de uma amostra representativa de cada grupo, dividido anteriormente através da análise de difração de raios X, com ampliações de 500x e 2000x.

Através da micrografia da amostra de solo D (Figura 6), pertencente ao grupo 1, é perceptível uma superfície irregular e porosa com presença de partículas minerais em tamanho grande e relativamente anguladas, exibidas com mais detalhe na ampliação de 2000x, com características aparentemente granular, confirmando a classificação textural prévia, classificando como franco arenosa/areia os solos pertencentes ao grupo referido (GOMES et al., 2004).

Figuras 6: Micrografias do solo D, Grupo 1, com ampliações de 500x (a) e 2000x (b).

Analisando a Figura 7, que contém micrografias do solo F como representante do grupo 2, é visível uma quantidade menor de poros, comparado com o solo D, apresentando minerais com características lamelares, como também grãos pouco angulados, confirmando assim os resultados obtidos através da difração e da classificação textural prévia como solo franco argila arenosa/argila arenosa (LABOGEF: http://www.labogef.iesa.ufg.br).

Figuras 7: Micrografias do solo F, Grupo 2, com ampliações em 500x (a) e 2000x (b).

a b

a b

Assim como a micrografia apresentada anteriormente, a micrografia da Figura 8 exibe as características microscópicas do solo I que representa o grupo 3 e mostra detalhes de um solo pouco poroso e com minerais de aparência lamelar, confirmando, também, sua classificação textural como franco argila arenosa/argila arenosa (LABOGEF: http://www.labogef.iesa.ufg.br).

Figuras 8: Micrografia do solo I, Grupo 3, com ampliações em 500x (a) e 2000x (b).

CONCLUSÃO

Os resultados da caracterização por difração de raios X suportou a classificação dos solos em estudo em três grupos distintos. No grupo 1, composto pelos solos A, B, C, D e E, a presença do quartzo foi a fase predominante justificando a classificação como solos arenosos. Os resultados dos ensaios por DRX para os grupos 2, solos F e H, e 3, solos G, I e J, mostraram, como fase mais significativa, o argilomineral caulinita confirmando a classificação qualitativa deste como do tipo argila/arenosa.

Os ensaios de EDX mostraram em teores percentuais mais significativos o óxido de silício favorecendo a correlação com os dados de DRX e, portanto, evidenciando a presença de minerais como caulinita, quartzo, muscovita, montmorilonita e ortoclásio.

Os resultados obtidos por microscopia eletrônica de varredura revelaram maior ou menor porosidade e confirmaram os dados obtidos por difração de raios X, assim como, as características texturais dos referidos materiais, grupo 1 como franco arenosa/areia e grupos 2 e 3 como franco argila arenosa/argila arenosa.

AGRADECIMENTOS

A UFCG, que me concedeu a oportunidade de participar do programa PIVIC, que expandiu meu conhecimento. Ao Laboratório de Irrigação e Salinidade da UAEA/CTRN/UFCG pelas amostras cedidas e ao Laboratório de Caracterização de Materiais/UFCG/UAEMa pela realização dos ensaios.

A minha orientadora, por sua paciência e conhecimento repassado. E meu colega de laboratório, por seu apoio e contribuição.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALMEIDA, G. C. P. Caracterização Física e Classificação dos Solos. Juiz de Fora – MG, 2005. Disponível em: http://pt.slideshare.net/Arquiteturando/caracterizao-fsica-e-classificao-dos-solos-almeida-2005. Acesso em: 06 jan. de 2015.

AZEVEDO, A.C. Mineralogia de Solos. USP/ESALQ/LSO. Disponível em: http://xa.yimg.com/kq/groups/25309279/528823098/name/Mineralogia+do+solos+. Acesso em: 06 jan. de 2015.

a b

CCAE - Centro de Ciências Aplicadas e Educação. Rio Tinto/Mamanguape - Campus IV, UFPB. Disponível em: http://www.agencia.ufpb.br/mapas/riomamanguape/riomamanguape.html. Acesso em: 07 jan. de 2015.

CIDADE BRASIL. Município de Mamanguape. Disponível em: http://www.cidade-brasil.com.br/municipio-mamanguape.html. Acesso em: 07 jan. de 2015.

CIENTEC – Consultoria e Desenvolvimento de Sistema. Classe de Solo: Latossolo Amarelo. Disponível em: http://www.cientec.net/cientec/InformacoesTecnicas_Irriga/Solo_PrincClasses_06.asp. Acesso em: 09 jan. de 2015.

CORNER, G. D. Solos. Universidade de Tromsø, Noruega, 2007. Tradução de Carlos Eduardo G. Araujo. Disponível em: http://ansatte.uit.no/webgeology/webgeology_files/brazil/soils_bra.html. Acesso em: 06 jan. de 2015.

DANA, J. D. Manual de Mineralogía. 2ª Edición. Barcelona: Editorial Reverté, S. A., 1960. Pg 466; 488 - 490.

EMBRAPA. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Sistema brasileiro de classificação de solos. 2. ed. – Rio de Janeiro : EMBRAPA-SPI, p-31, 2006. Disponível em: http://www.agrolink.com.br/downloads/sistema-brasileiro-de-classificacao-dos-solos2006.pdf. Acesso em: 06 jan. de 2015.

GOMES, J. B. V.; CURI, N.; SCHULZE, D. G.; et al. Mineralogia, Morfologia E Análise Microscópica De Solos Do Bioma Cerrado. Maio, 2004. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/rbcs/v28n4/21793. Acesso em: 08 ago. de 2015.

KER, J. C. Latossolos do Brasil: uma revisão. Revista Geonomos, 2013. Disponível em: http://www.igc.ufmg.br/geonomos/PDFs/5_1_17_40_Ker.pdf. Acesso em: 09 jan. de 2015.

LABOGEF. Implicações Gerais no Domínio Geotécnico. Disponível em: http://www.labogef.iesa.ufg.br/labogef/arquivos/downloads/Mineralogia%20(silicatos%20-%20argilas)_68161.pdf. Acesso em: 08 ago. de 2015.

LEITE, I. F.; SOARES, A. P. S.; MALTA, O. M. L; SILVA, S. M. L. Influência do Tipo de Argila do Comportamento Térmico dos Nanocompósitos de PET. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v. 8.2 (2013), 80 – 86.

LEITÃO, N. R. M. Preparação e Caracterização de Sistemas Solo/Cimento/Bentonita Visando A Contenção De Contaminantes [Monografia]. Campina Grande: Universidade Federal de Campina Grande, Curso de Engenharia de Minas, Departamento de Mineração e Geologia; 2013.

MACHADO, F. B. Banco de dados. UNESP. Disponível em: http://www.rc.unesp.br/museudpm/banco/ . Acesso em: 09 jan. de 2015.

PASTORE, E. L., et al. Caracterização e classificação de solos. Antônio Manoel dos Santos Oliveira e Sérgio Nertan Alves de Brito. Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, São Paulo - SP, 1998.

SAMPAIO, E. Mineralogia dos solos. Universidade de Évora, Departamento de Geociências; 2006. Disponível em: http://home.dgeo.uevora.pt/~ems/files/Anexo%20B-03.pdf. Acesso em: 08 jan. de 2015.

SANTOS, H. G.; FIDALGO, E. C. C.; COELHO, M. R.; ÁGILO, M. L. D. Cultivo do Arroz de Terras Altas no Estado de Mato Grosso – Solos. Embrapa. Disponível em: http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Arroz/ArrozTerrasAltasMatoGrosso/solos.htm. Acesso em: 09 jan. de 2015.

USP. Arquitetura e Propriedades Físicas do Solo. Disponível em: http://disciplinas.stoa.usp.br/pluginfile.php/157680/mod_resource/content/1/ApostilaTraduzida%20-%201.pdf. Acesso em: 15 fev. de 2015.

ZIMBACK, C.R.L., Formação dos solos. Grupo de Estudos e Pesquisas Agrárias Georreferenciadas, FCA-UNESP, Botucatu - SP, ed. UNESP, 2003.