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ROCHAS E SOLOS. AS ROCHAS. Agregado de um ou mais minerais, que é impossível de escavar manualmente, que necessite de explosivo para o seu desmonte.
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AS ROCHAS Agregado de um ou mais minerais, que é impossível de escavar manualmente, que necessite de explosivo para o seu desmonte. As rochas são de três tipos principais: ígneas, magmáticas (de magma) ou primárias (de primeira geração), sedimentares (de sedimentos) ou secundárias (de segunda geração) e metamórficas (de metamorfismo) ou terceárias (de terceira geração).
ROCHAS ÍGNEAS, MAGMÁTICAS OU PRIMÁRIAS A fusão do material do manto e da crosta terrestre dá origem a um líquido denominado MAGMA. O resfriamento e a solidificação do magma formam as rochas MÁGMÁTICAS. Estas rochas mantêm as marcas das condições em que se formaram. Se, por exemplo, elas têm todos os minerais bem cristalizados, do mesmo tamanho, isto indica que o magma se consolidou no interior da Terra, dando tempo para os minerais crescerem de modo uniforme. As rochas ígneas que se consolidam no interior da Terra chamam-se INTRUSIVAS ou PLUTÔNICAS. O granito é uma delas. Quando os minerais encontrados na rocha são muito pequenos - nem chegam a formar cristais – significa que o magma se resfriou subitamente. Isto acontece, por exemplo, quando o magma extravasa no fundo do mar. Ele resfria tão rapidamente que os cristais não têm tempo de crescer. As rochas ígneas que se formam na superfície da Terra são chamadas EXTRUSIVAS ou VULCÂNICAS. Um exemplo típico é o basalto (rocha encontrada em Campo Grande (MS).
ROCHAS SEDIMENTARES OU SECUNDÁRIAS À medida que os sedimentos erodidos de outros tipos de rochas (partículas sólidas que são carreadas pelos agentes geológicos - água corrente, as geleiras, os ventos e os fluxos gravitacionais) vão se acumulando nas depressões, chamadas de BACIAS SEDIMENTARES, eles vão se compactando, transformando-se nas rochas SEDIMENTARES. Elas se formam, geralmente, na superfície, a temperaturas e pressões muito baixas. As rochas sedimentares podem indicar os ambientes nos quais elas foram depositadas. Assim, os arenitos (rochas encontradas em Campo Grande-MS) podem ser indicativos, por exemplo, de desertos ou praias; os folhelhos– rochas argilosas folheadas – de pântanos ou mares calmos e, os conglomerados, de rios ou geleiras.Outros tipos de rochas sedimentares, principalmente os calcários (encontrados na Serra da Bodoquena e Bonito-MS), são formados pela precipitação de elementos químicos dissolvidos nas águas, ou por conchas e esqueletos de organismos que se depositam uns sobre os outros.
ROCHAS SEDIMENTARES OU SECUNDÁRIAS INTEMPERISMO SOLO RESIDUAL ROCHA ÍGNEA EROSÃO + TRANSPORTE + DEPOSIÇÃO SEDIMENTO SOLO RESIDUAL SEDIMENTO SEDIMENTAR LITIFICAÇÃO ROCHA
AS ROCHAS METAMÓRFICAS São formadas a partir de modificações de rochas ígneas, sedimentares ou de outras rochas metamórficas, pelo aumento da temperatura e da pressão, porém sem chegarem a se fundir. Isso ocorre, por exemplo, em regiões de choque de placas, onde as rochas são comprimidas ou em regiões em que massas de magma entram em contato com outras rochas, transformando-se por aquecimento. As rochas metamórficas mais comuns são os gnaisses, os xistos e os quartzitos (Serra da Bodoquena-MS), cada uma delas, por suas próprias características, pode indicar as condições de temperatura e pressão nas quais se formaram.
LEITURA COMPLEMENTAR: A MAGNITUDE DO TEMPO GEOLÓGICO A quantidade real de tempo geológico decorrido, visto que e tremendamente grande, significa pouco, sem qualquer base de comparação. Para este fim, têm sido inventados numerosos esquemas nos quais, eventos geológicos chaves são localizados proporcionalmente, em unidades de comprimento ou tempo atuais, de modo a tornar o tempo geológico um tanto mais compreensível. Uma forma de tornar compreensível o tempo geológico é comprimir todos os 4,5 bilhões de anos do tempo geológico em um só ano. Nesta escala, as rochas mais antigas reconhecidas datam de março. Os seres vivos apareceram inicialmente nos mares em maio. As plantas e animais terrestres surgiram no final de novembro e os pântanos, amplamente espalhados que formaram os depósitos de carvão, “floresceram” durante cerca de quatro dias no início de dezembro. Os dinossauros dominaram nos meados de dezembro, mas desapareceram no dia 26, mais ou menos na época que as montanhas rochosas se elevaram inicialmente. Criaturas humanóides apareceram em algum momento da noite de 31 de dezembro (o homem só teria aparecido quando faltasse dois minutos para a meia- noite do último dia do ano). Capas de gelo continentais começaram a regredir da área dos grandes lagos e do norte da Europa a cerca de 1 minuto e 15 segundos antes da meia-noite do dia 31. Roma governou o mundo ocidental por 5 segundos, das 23h: 59mim: 45s até às 23h: 59mim: 50s. Colombo descobriu a América 3 segundos antes da meia-noite, e a ciência da geologia nasceu com os escritos de James Hutton exatamente há mais que 1 segundo antes do final de nosso movimentado ano dos anos. Os especialistas interessados na idade total da Terra comumente consideram o princípio quando a Terra alcançou sua presente massa. Provavelmente, este era o mesmo ponto em que a crosta sólida da Terra se formou de início, mas não se tem rochas que datem deste tempo inicial. Na verdade, as evidências atualmente disponíveis sugerem que nenhuma rocha permaneceu do primeiro bilhão de anos, mais ou menos, da história da Terra. Antes do princípio, processos cósmicos desconhecidos estavam produzindo a matéria, como a conhecemos hoje, para a Terra e para o nosso sistema solar. Este intervalo incluímos no tempo cósmico. É o tempo, desde o início da Terra, que constitui propriamente o tempo geológico.
A TRANSFORMAÇÃO DA ROCHA EM SOLO AÇÃO FÍSICA Decomposição - Dilatação térmica - Ação do gelo - Expansão coloidal Efeitos secundários • Redução das dimensões dos fragmentos e aumento da área das superfícies de ataque; • Permitem-se a composição química. AÇÃO QUÍMICA Oxidação – Carbonatação – Hidrólise – Hidratação – Dissolução - Reconstituição química Efeitos secundários • Alteração quase completa das propriedades físicas e químicas com aumento sensível de volume BIOLÓGICO Ação de cunha das raízes - Ação dos ácidos orgânicos - Ação de animais Efeitos secundários • Combinação de efeitos físicos e químicos
Principais análises • Textura • Tamanho de Grão e Distribuição Granulométrica • Forma da Partícula • Análise Granulométrica
Origem e Formação dos Solos SOLO é o material que recobre a crosta terrestre, acima ou abaixo do mar, resultante do intemperismo das rochas podendo ou não conter matéria orgânica. Classificação quanto a origem geológica Solo Residual⇒que permanecem no local da decomposição da rocha Solo Transportado⇒que foram levados ao seu local atual por alguns agentes de transporte.
Solos Orgânicos (não estão nos residuais) • São aqueles que contem uma quantidade apreciável de matéria orgânicadecorrente de decomposição de origem vegetal ou animal, em vários estados de decomposição. • Cor escura e odor característico. Solos Lateríticos • Tem na sua constituição argilosminerais de caulinitae apresentam elevada concentração de ferro e alumíniona forma de óxidos e hidróxidos conferindo uma coloração vermelha. São geralmente não saturados e com um elevado índice de vazios. • Quando compactados apresentam uma boa capacidade suporte.
Composição mineralógica das partículas • Solos Granulares: Provenientes do intemperismo físico. • São formados por minerais primários Silicatos (quartzo, feldspato, mica) • Solos Argilosos: Provenientes do intemperismo químico. • Obs: O conhecimento da composição mineralógica dos solos granulares é de importância secundária para o Engenheiro Geotécnico. Nos solos granulares o comportamento mecânico e hidráulico será definido pela densidade relativa. • São formados por minerais secundários. • Obs: O conhecimento da composição química dos argilos-minerais é importante pois dele decorre as propriedades de plasticidade e expansibilidade.
Formas das Partículas Arredondadas ESFÉRICA (areias) Angulares LAMELARES (argilas) FIBRILARES (argilas) Caulinita Ilita
Forma da Partícula • Importante para solos granulares • Partículas angulares maior atrito • Partículas arredondadas menor atrito Solos granulares Subarredondada Arredondada Subangular Angular (Holtz and Kovacs, 1981)
Solos granulares: Pedregulhos Areias Solos finos: Siltes Argilas 0.075 mm (USCS) 0.06 mm (BS) Textura dos solos • A textura de um solo é sua aparência ou “sensação ao toque” e depende dos tamanhos relativos e formas das partículas, bem como da faixa ou distribuição desses tamanhos. USCS: Unified Soil Classification BS: British Standard Peneiramento Sedimentação
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT/NBR 6502/95) – Terminologia - Rochas e Solos. Bloco de rocha – Fragmentos de rocha com diâmetro superior a 1,0 m. Matacão – Fragmentos de rocha com uma dimensão compreendida entre 20 cm e 1,0 m. Pedregulho – Solos formados por minerais ou partículas de rocha, com diâmetro compreendido entre 2,0 e 60,0 mm. Quando arredondados ou semi-arredondados, são denominados cascalhos ou seixos. Areia – Solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm. As areias de acordo com o diâmetro classificam-se em: areia fina (0,06 mm a 0,2 mm), areia média (0,2 mm a 0,6 mm) e areia grossa (0,6 mm a 2,0 mm). Silte – Solo que apresenta baixa ou nenhuma plasticidade, baixa resistência quando seco ao ar. É formado por partículas com diâmetros compreendidos entre 0,002 mm e 0,06 mm. Argila – Solo de graduação fina constituída por partículas com dimensões menores que 0,002 mm. Apresentam características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido, moldam-se facilmente em diferentes formas, quando secas apresenta coesão suficiente para construir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos. Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais.
Tamanho de Grão Pedreguho Argila Areia Silte USCS 4.75 0.075 2.0 0.06 0.002 BS USCS: Unified Soil Classification BS: British Standard Unit: mm
Identificação dos solos - ensaios • Análise Granulométrica; • Índice de Consistência. Distribuição Granulométrica A curva granulométrica é a representação gráfica das dimensões das partículas que contém um determinado solo e das proporções em que se encontra.
Solos granulares: Pedregulho Areia Solos finos: Silte Argila 0.075 mm (USCS) 0.06 mm (BS) (Hong Kong) DistribuiçãoGranulométrica • Ensaios (Head, 1992) Peneiramento Sedimentação
GRADUAÇÃO DOS SOLOS Um solo bem graduado apresenta uma distribuição proporcional do tamanho de partículas, de forma que os espaços deixados pelas partículas maiores sejam ocupados pelos menores. Neste caso os grãos menores "cabem" exatamente dentro dos vazios formados pelos grãos maiores e, portanto, são solos que quando bem compactados podem atingir massas específicas muito altas e conseqüentemente elevadas resistências.
CONSIDERAÇÕES GERAIS • • Por meio da análise granulométrica verificou-se que a maior parte dos solos naturais contêm grãos representativos de duas ou mais frações, • • Solos uniformes grossos ou muito grossos são comuns, mas solos uniformes muito finos ou coloidais são encontrados muito raramente. • Todas as argilas contêm constituintes finos, muito finos e coloidais e algumas argilas contêm mesmo partículas grossas; • • Os solos granulares são perfeitamente identificáveis por meio de suas curvas granulométricas. Isto é, areias e pedregulhos de iguais curvas granulométricas comportam-se, na prática, semelhantemente. • Para os solos "finos” somente a curva granulométrica não é suficiente para prever seu comportamento. Toma-se também necessário que se conheça a forma das partículas, que por sua vez depende da constituição mineralógica. Portanto, podem ser encontrados siltes, argilas e materiais argilosos de mesma curva granulométrica cujos comportamentos não sejam semelhantes.
Ligações entre partículasGrOSSEIRAS - atrito Grãos Grosseiros (areias): ligação através do "atrito físico” e o "atrito fictício" (falsa coesão) proveniente do entrosamento de suas partículas. Nos solos não existe uma superfície nítida de contato e sim uma infinidade de contatos pontuais. Coesão Aparente ou falsa coesão:Efeito da pressão capilar na água intersticial, quando o solo sofre um esforço de ruptura. Os grãos tendem a se moverem uns em relação aos outros e, então, formam-se meniscos capilares entre seus pontos de contato. Os grãos são atraídos uns contra os outros pelo efeito da tensão superficial que age ao longo da linha de contato entre o grão sólido e o filme de água.
Ligações entre partículas FINAS COESÃO VERDADEIRA Grãos Finos (argilas): Ligação através da existência de um cimento natural aglutinando os grãos de solo entre sí, ou ligação através da coesão verdadeira. Ambas acontecem mesmo que sobre a estrutura de solo não atua nenhuma pressão externa. A água, em contato com a superfície de uma partícula adere a ela, com tal força que se torna “sólida”, formando uma película com a mesma carga eletrostática que ela. Essa força de adesão, nas menores partículas de argila pode atingir a ordem de grandeza de vinte toneladas por centímetro quadrado. Em contato com a água adesiva de outra partícula, passam a agir forças intermoleculares e tensões de superfície, e as películas se “colam” com força inversamente proporcional ao diâmetro das partículas e à distancia entre seus pontos mais próximos (pontos de contato). Coesão verdadeira: Eventual ligação entre os grãos exercidos pelo potencial atrativo de natureza molecular ou coloidal que é responsável pela formação da camada de água adsorvida (água adesiva) envolvendo os grãos, (contribui para o aumento da ligação entre os grãos).
Ligações entre partículas FINAS COESÃO VERDADEIRA A coesão é tanto maior quanto menores forem os diâmetros das partículas e maior o seu grau de “achatamento”. Em linguagem popular, é o “grudar” ou “colar” entre partículas. Observe que só existe coesão (entre partículas muito pequenas) havendo água, que muita água diminui a coesão e pouca água a aumenta.
ESTADOS DE CONSISTÊNCIA – SOLOS ARGILOSOS Todo solo argiloso dependendo do seu teor de umidade poderá apresentar características iguais às de um líquido ou de um sólido. Entre estes dois estados limites, o solo passará ainda por outros dois estados, o plástico e semi-sólido. O conjunto destes estados, que depende do teor de umidade, chama-se Estados de Consistência. • Estado líquido – propriedades e aparência de uma suspensão; • • Estado plástico – propriedade de plasticidade; • • Estado semi-sólido – aparência de sólido, porém sofre variações de volume quando secado; • • Estado sólido – não ocorre mais variação de volume pela secagem. Segundo a consistência as argilas classificam-se: Muito mole, se escorre entre os dedos, quando apertada nas mãos; Mole, se pode ser facilmente moldada pelos dedos; Média, se pode ser moldada pelos dedos; Rija, se requer grande esforço para ser moldada pelos dedos; Dura, se não pode ser moldada, e quando submetida à grande esforço os torrões desagregam-se.
PLASTICIDADE – SOLOS ARGILOSOS É a propriedade de certos sólidos serem moldados sem variação de volume. É um estado circunstancial. Nos solos, a forma lamelar de seus grãos permite um deslocamento relativo das partículas, sem necessidade de variação de volume. Depende do teor de umidade. Alguns autores definem a plasticidade como a propriedade que um solo tem de experimentar deformações rápidas, sem que ocorra variação volumétrica apreciável e ruptura. Quanto à Plasticidade as argilas podem ser Gordas (muito plásticas) ou Magras (pouco plásticas).
ESTRUTURA DOS SOLOS Nos solos formados por pedregulhos e areias as forças intervenientes na formação de estruturas são muitas bem conhecidas, visíveis à olho nu e seus efeitos são relativamente simples de qualificar. Nos solos formados por siltes e argilas, as forças que intervém nos processos de estruturação são de caráter muito mais complexo e as estruturas resultantes só podem ser parcialmente verificadas por métodos indiretos, relativamente complexos e ainda em pleno desenvolvimento. Tradicionalmente se tem considerado como básicas para os solos reais as estruturas: Simples; Alveolar; Floculenta.
ESTRUTURA SIMPLES Produzida por forças da gravidade, que influenciam claramente na disposição das partículas. Típicas de pedregulhos e areias, cujas partículas se dispõem apoiando-se diretamente umas sobre as outras e cada partícula possuem vários pontos de apoio. O comportamento mecânico e hidráulico desse tipo de estrutura é definido pela compacidade da camada e pela orientação das partículas. A compacidade se refere ao grau de acomodação alcançada pelas partículas do solo, deixando mais ou menos vazios entre elas. Em solos muito compactos, as partículas sólidas tem um alto grau de acomodação e a capacidade de deformação sob carga do conjunto será pequena. Em solos pouco compactos o grau de acomodação é menor e, por conseqüência as capacidades de deformação, serão maiores.
ESTRUTURA ALVEOLAR Estrutura típica de grãos de pequeno tamanho ( diâmetro ≤ 0,02 mm), que se depositam em um meio contínuo, normalmente água e, algumas vezes, ar. Nestas partículas, a gravidade exerce um efeito que faz com que tendam a se sedimentar, mas dada sua pequena massa a partícula, antes de chegar ao fundo do depósito, toca a outra partícula já depositada; a força de aderência desenvolvida entre ambas (coesão), pode neutralizar o peso, fazendo com que a partícula seja detida antes de completar seu percurso. Assim elas poderão chegar a formar uma tela, com quantidade importante de vazios, a modo de um painel.
ESTRUTURA FLOCULADA Quando no processo de sedimentação, duas partículas de diâmetros menores que 0,02 mm chegam a se tocar, se aderem com força e se sedimentam juntas; outras partículas podem unir-se ao grupo, formando um grumo, com estrutura similar a um painel de grandes dimensões, muito frágil e solta, cujo volume sólido pode não representar mais de 5 a 10%. A estrutura mencionada é denominada de floculenta, ou algumas vezes, alveolar de ordem superior. As partículas menores que 0,0002 mm já são consideradas colóides, que podem permanecer em suspensão indefinidamente, pois nelas o peso exerce pouca influência em comparação com as forças elétricas desenvolvidas entre as partículas carregadas negativamente; quando duas destas partículas tendem a se aproximar, suas cargas exercem uma repulsão que as afasta novamente; as vibrações moleculares da água impedem que as partículas se precipitem; o resultado é um movimento característico em rápido zig-zag, conhecido como movimento browniano. Por esse mecanismo, as partículas coloidais do solo em suspensão não se sedimentam jamais.
ESTRUTURA FLOCULADA As cargas elétricas das partículas coloidais podem neutralizar-se sob a influência da adição de íons de carga positiva oposta. Em um eletrólito, os ácidos clorídricos, quando se dissociam em água originam íons positivos e negativos (Cl- e H+). Pelo efeito dos íons H+ em solução, os colóides neutralizam suas cargas e chocam entre si, mantendo unidos pelas forças de aderência que se desenvolvem. Desta maneira podem começar a formar flocos de massa maior. Os flocos se unem entre si para formar painéis, que se depositam conjuntamente, formando novos painéis ao tocar o fundo Na água do mar, os sais contidos atuam como eletrólito, gerando o mecanismo descrito. Nas águas naturais a dissociação normal de algumas moléculas (H+, OH-) que sempre são geradas e as presenças de sais, levam ao mesmo efeito. Conforme aumenta o peso devido a sedimentação contínua, as capas inferiores expulsam a água aumentado a consolidação e resistência.
ESTRUTURAS COMPOSTAS . Considera-se que as estruturas anteriores raramente se apresentam “puras” na natureza, pois a sedimentação compreende partículas de todos os tamanhos e tipos. Existem formações definidas por um esqueleto constituído por grãos grossos e massas coloidais de flocos que proporcionam união entre elas e fornecem condições que permitem a sedimentação de partículas grossas e finas simultaneamente. Isto ocorre freqüentemente na água do mar ou lagos, com conteúdo apreciável de sais, donde o efeito floculante dos sais coexiste com o arraste de ventos, correntes de água, etc. O processo de acúmulo de sedimentos acima de um certo nível faz com que as camadas inferiores se consolidem sob o peso das sobrejacentes; as partículas mais grossas se aproximam fazendo com que a argila floculada ao tocar o fundo diminua de volume, aumentando sua resistência.
