Marco Antônio de Morais Alcantara
#MateriaisDeConstrução #InfraestruturaUrbana
Tipos
de rochas, alterações e disponibilidade no meio físico
Uma abordagem deve ser feita
inicialmente sobre a natureza dos materiais pétreos. Inicialmente pode se considerar a ideia de um escudo de granito
sobre um manto de basalto, e o oceano conforme Rodrigues (1977). Seguindo as
considerações do autor, da atividade vulcânica surgiram derrames de magma que
se solidificaram na superfície ou entre rochas encaixantes. A erosão, o
transporte, e a sedimentação também tiveram lugar. Têm-se as rochas ígneas e as
rochas sedimentares, pela deposição e cimentação de detritos.
Outros processos contribuintes na
formação dos materiais rochosos são os soerguimentos, e posterior processo
erosivo e transporte, bem como o mergulho que pode sofrer rochas da superfície,
passando então por processo de metamorfose a partir da atuação das pressões e
da temperatura.
Como
resultados destes processos podemos pensar no perfil do terreno, em termos de
geologia, conforme a ilustração á seguir:
Perfil de um
continente e a disposição dos materiais disponíveis
De início pode-se apontar o
contraste entre um afloramento cristalino e um terreno sedimentar.
Outro aspecto é a graduação de
materiais quanto ao intemperismo. Denomina-se por “regolito” ao manto de
intemperismo que está sobreposto ao material menos intemperizado, e também por
consequência sobre a rocha sã (RODRIGUES, 1977). Continuando a descrição dos
materiais que são resultantes do processo de intemperismo, tem-se que, para
determinada profundidade, este pode não formar um manto propriamente dito, mas,
blocos podem permanecer imersos à massa intemperizada, estes blocos são os “matacões”.
Em uma sequência do perfil completo desenvolvido, conforme apresenta Rodrigues
(1977), têm-se o “regolito”, o “moledo” e a rocha fresca. O moledo é o material
menos intemperizado do que o material do regolito, e que se encontra mais
abaixo deste.
Intemperismo e
formação de extratos rochosos. Regolito (a), matacão sob regolito (b) moledo
sob regolito e matacão exposto
O Regolito apresenta um papel
relevante para a sociedade. De modo geral é sobre este que a sociedade se
desenvolve (RODRIGUES, 1977). A sua importância está relacionada ao regime
hídrico, por exemplo, pois, é ele quem estoca a água para as plantas e hospeda
o lençol. As escavações menos profundas estão situadas neste extrato do
terreno.
Quanto aos matacões, estes são
preocupantes, pois, diante das intervenções antrópicas eles podem ser desestabilizados e
movimentados por ação da gravidade, e, da mesma forma, eles podem confundir
sondagens do terreno.
O Moledo se constitui em um
material menos coeso do que o material do regolito, mais permeável, e menos
estável do ponto de vista da erosão. Normalmente os cortes e desbastes que
exponham este tipo de material podem contribuir para a formação de processos
erosivos, sob os diversos aspectos que serão abordados.
Do exposto, conclui-se que é importante
para o engenheiro conhecer a localização do município onde ele está intervindo,
identificando, por exemplo, o tipo de formação geológica e o tipo de materiais de
que se pode obter na própria região, bem como, conhecer as propriedades de
engenharia destes materiais.
Solos
e minerais
Para o engenheiro o solo é todo tipo de
material que pode ser desmontado com a pá, sem o uso de explosivos (RODRIGUES,
1977); diferentemente da posição do geólogo que considera como rocha tudo que
apresente um conjunto mineral, podendo, inclusive, ser um grão de areia. Os
materiais podem ser distinguidos quanto às suas dimensões em pedregulho, seixo,
areia, silte e argila.
O solo é resultado do
intemperismo sobre os materiais rochosos, e podem ser distinguidos quanto aos
solos finos, argilosos, e os solos grossos como o silte e areia. Pode-se associar à granulometria do solo o
seu grau de intemperismo. Os solos mais grosseiros apresentam mineralogia mais
próxima da que é apresentada pela rocha mãe, enquanto que os solos finos tendem
a apresentar mineralogia mais particularizada, a partir dos argilo-minerais, ou
minerais de neo-formação, compatíveis com as condições onde os solos foram
formados.
Porto (2003) distingue a ação do
intemperismo com base nos fatores intrínsecos aos materiais e às ações
externas, distinguindo-se o intemperismo físico e o intemperismo químico, assim
como, as reações mais comuns que podem atuar em os minerais, e distingue os
minerais que podem ser mais estáveis em função do tipo de ligações presentes e
da estrutura do mineral. Ainda, ressalta o autor a influência da temperatura e
dos índices pluviométricos, facilitando o intemperismo físico e químico em
regiões tropicais, sobretudo, no sentido de que estes apresentem mantos mais
espessos de intemperismo.
Os argilo-minerais, conforme Segantini & Alcantara (2010) são constituídos
normalmente por unidades estruturais compostas por uma base no silício e no oxigênio,
e uma outra à base de alumínio, oxigênio e hidrogênio. A geometria destas
unidades é compatível com os elementos básicos que as compõem, com as condições
de valência e de hibridação destes, bem como com os ângulos das ligações que
podem ser impostos para os respectivos elementos. As unidades básicas podem ser
interligadas para constituir os argilo-minerais, através de ligações químicas
em locais específicos, constituindo dois tipos básicos de argilo-minerais: os
do tipo 1:1, e os do tipo 2:1. No primeiro caso tem-se a caulinita, e, para o segundo caso da
montmorilonita, e que podem ser visualizadas na figura a seguir.
Tipos de
estruturas de argilo-minerais. Tipi 1:1 e tipo 2:1 com cargas expostas e íons
adsorvidos
Este tipo de associação e do
empacotamento resultante são muito importantes. Para o caso das caulinitas, a
forma do empacotamento contribui para que o sistema seja o mais hermético com
relação ao meio externo. Os argilo-minerais podem apresentar substituição de um
átomo por outro na estrutura interna, muitas vezes com valência menor,
provocando então deficiências de cargas, e isto pode contribuir para a
polarização de íons presentes no meio.
No caso da caulinita esta
exposição de cargas seria mínima, quando somente no caso de quebra de minerais.
Já para os casos dos minerais do tipo 2:1, o espaço deixado entre as lâminas
pode contribuir para o acesso de íons presentes no meio, para satisfazer cargas
decorrentes de substituição isomórfica. Um aspecto interessante é que os solos
de regiões mais intemperizadas tendem a apresentar minerais com estruturas mais
simples, minerais 1:1, e óxi-hidróxidos de ferro e de alumínio.
Propriedades
dos materiais solos e rochas com interesse para a construção urbana
Do conjunto de materiais solo e rochas
tanto pode-se produzir mesclas como se fazer a utilização destes de modo
individual. A princípio pode-se considerar o empacotamento que pode ser
proporcionado pelas misturas, implicando-se em valores respectivos para as
densidades alcançadas em uma dada energia de compactação, e capacidade de
suporte, assim como, o empacotamento pode implicar na condição de vazios e
porosidade, implicando em maior ou menor impermeabilidade e maior ou menor condição
de acesso à água no interior da mescla.
Alguns aspectos também são
interessantes como a mineralogia predominante nos solos, na fração fina, de
modo a influenciar no comportamento físico-químico. À uma atividade
físico-química muito intensa pode-se pensar na tendência do solo para a
absorção de água, e de expansão. A propriedades químicas da composição são
importantes dentro de enfoques particulares.
O
solo compreendido do ponto de vista da geologia
Para os geólogos o solo é compreendido
como o produto do intemperismo das rochas, devendo ser importantes o tipo de
rocha, os minerais, e o estágio de intemperismo.
Como
já bastante evocado neste estudo, a partir da análise de um perfil genérico do
terreno são percebidos os “horizontes de alteração”, onde, o horizonte “A”,
superficial, é compreendido como aquele que contém o material decomposto em
estágio mais avançado, somado à matéria orgânica; enquanto que o horizonte “B”
representa o solo em decomposição somado ao material transportado e acumulado vindo
do horizonte “A”, e, finalmente, o horizonte “C” representa o material solo em
alteração. Abaixo do horizonte “C” está situada a rocha sã.
Perfil de
alteração do terreno
Quando se considera que existe
uma graduação no estágio de intemperismo quando considerados estes extratos, e
conhecendo a condição preferencial de gênese dos elementos minerais e
orgânicos, pode-se associar a estes estágios de alteração a disponibilidade de
se encontrar elementos orgânicos e minerais neles presentes, assim, a maior
concentração de matéria orgânica e de minerais do tipo 1:1, como a caulinita, e
assim como os óxi-hidróxidos de ferro e de alumínio se situam nos horizontes
mais superficiais, enquanto que, a presença de materiais menos intemperizados
se situam no horizonte “C”.
O horizonte “B”, além de também
conter minerais mais intemperizados, estes tendem a ser um horizonte de
acumulação de substancias deslocadas para este local em razão da lixiviação
promovida pelas águas pluviais.
Os minerais do tipo 2:1, tais
como as micas, cloritas, e montmorlonitas tendem a se situar no horizonte “C”
pois guardam maior relação com a natureza da rocha mãe. O horizonte “C” é
também conhecido pelo nome de “saprolito”, em decorrência da junção dos termos
“sapros”, podre, e “litos”, rocha. Compreende-se então que o termo designa
solos de “rocha podre”.
Os
solos dos horizontes superficiais, em especial os do horizonte “A” se
apresentam de modo geral coesivos, e isto em decorrência da presença da argila
de oxi-hidróxidos de ferro, e da matéria orgânica.
São conhecidas as associações
cimentícias argila-óxidos de ferro e de alumínio. O caráter finura e a presença
de agentes cimentantes se mostram como fatores importantes para a aglomeração
do material. Nos solos tropicais são conhecidas as “lateritas”, concreções
resultantes destes tipos de associações. Os solos do horizonte C são chamados
também no meio técnico de solos de alteração de rocha, bastante problemáticos,
face aos problemas geotécnicos já abordados em razão da baixa coesão e
erodibilidade, assim como, a expansão, em decorrência do tipo de mineralogia.
Outras considerações para este tipo de solo serão abordadas no tema “Solos
Saprolíticos”.
Além desta visão do perfil, pode-se
considerar também o caso de os solos serem residuais ou transportados. No
primeiro caso, o processo de formação de solo se deu “in-situ”, no próprio
local, e no segundo caso houve em fase anterior a formação do depósito, com
posterior consolidação. As propriedades de engenharia destes materiais dependem
sobretudo do tipo de material do depósito. Tem-se por exemplo os casos de
aluviões, coluvios e das turfas.
O
solo do ponto de vista da pedologia
Dentro das diversas possibilidades para
o histórico da formação de um solo, observa-se que é relevante considerar a sua
gênese em termos da natureza dos materiais de origem e de sua evolução sob
ações diversas. É o propósito por exemplo do estudo apresentado em Palmieri e
Larach (2003). Neste sentido existe a pedologia, a qual procura classificar as
famílias de solos, com base em que o solo é o resultado do tipo de material de
origem, e ainda de outros fatores, como o relevo, o tipo de clima, os
microorganismos atuantes, o tipo de vegetação e o tempo. Aos fatores
apresentados pode-se associar a influência da energia dada ao sistema
evolutivo, como no caso do clima, implicando na maior ou menor velocidade dos
processos.
Solos com diferentes tipos de
materiais de origem podem ser representados pelas mesmas famílias, caso o
conjunto de fatores atuante seja igual.
Neste sentido existem, por exemplo, os
latossolos, os quais são formados em terrenos planos e sob alta pluviometria.
Os latossolos são típicos de regiões tropicais como em cerrados, florestas e
savanas, e, em decorrência das condições onde eles foram formados, apresentam
os horizontes A e B bastante espessos e pouco discriminados, porosos, e com
intensa lixiviação de elementos químicos como as bases trocáveis,
constituindo-se em um arcabouço de minerais caulinita, oxi-hidróxidos de ferro,
quartzo e matéria orgânica.
Os latossolos apresentam baixa
expansão e comportamento colapsível frente às condições de saturação e
aplicação de cargas. Os latossolos tem esta expressão em decorrência da cor
destes solos e da cimentação, onde o radical “latos”, tijolo, é evocado para a
denominação do solo.
Latossolos com
os perfis de alteração até a rocha sã
Os solos podzólicos, por sua vez,
se constituem em materiais formados sob condições de declives, e são típicos de
regiões de colinas. Face às condições de drenagem destes tipos de terrenos, os
solos podzólicos apresentam horizontes de alteração menos espessos, mais perceptíveis.
Normalmente o horizonte “A” se apresenta mais siltoso, enquanto que o horizonte
“B” se constitui no horizonte de acumulação. Uma coisa preocupante é a
impermeabilidade apresentada por este extrato, induzindo-se então à formação de
processos erosivos, sobretudo quando é desnudado o terreno.
Solos podzólicos
com horizonte B de acumulação
Os solos litólicos são solos
pouco evoluídos do ponto de vista da formação de solos. Este tipo de material
pode ser encontrado por exemplo em encostas íngremes, onde a atuação da água
não é bastante favorável, assim como em regiões áridas. Normalmente estes solos
são ricos em minerais típicos de regiões de baixo intemperismo, como os
minerais mais próximos dos da rocha de origem.
Os solos hidromórficos são solos
oriundos de regiões de baixadas, várzeas. São formados em regiões de imersão, e
recebem contribuições diversas em termos minerais, orgânicas e sais. Outros
tipos de solos podem ser os decorrentes de regiões glaciares, costeiras,
desérticas, e outras, merecendo cada uma delas o estudo de suas
especificidades. Para os casos correntes no Brasil os tipos mais relevantes são
os que foram ora apresentados.
a)
b)
Solos litólicos (a) e hidromórficos (b)
Classificação
de solos conforme a engenharia para solos de regiões tropicais
Muito conhecidas são as propriedades
de coesão e de cimentação apresentada pelos solos de regiões tropicais, face às
algumas diferenças de comportamento tecnológico para alguns tipos de solos de
regiões tropicais, instituiu-se conforme a visão de alguns pesquisadores,
dentre eles Villibor et al (2009) o conceito se “solos lateríticos”, sob o
ponto de vista da engenharia.
Esta classificação é inerente ao
comportamento dos solos em termos tecnológicos e independe do termo adotado
comumente para solos lateríticos, como sendo os solos vermelhos típicos de
regiões tropicais. É evidente que o solo pode satisfazer à ambas as definições.
Para a identificação ou reconhecimento do caráter laterítico de um solo existe
uma metodologia preconizada por Villibor et al (2009), e conhecida como
metodologia M.C.T.
Contrariamente aos casos dos
solos ditos lateríticos, existem os solos do tipo “saprolíticos”, cuja
compreensão é fácil pelo que já foi exposto sobre o assunto.
Uma diferenciação entre os solos
lateríticos e os solos saprolíticos é apresentada em Nogami (1982). Conforme o autor,
os solos lateríticos se situam normalmente nos horizontes A e B dos solos de
regiões tropicais, enquanto que os solos saprolíticos se situam normalmente nas
camadas subjacentes ao horizonte superficial, seja nos solos residuais ou nos
solos transportados.
Horizontes de
alteração de solos tropicais
Algumas
diferenças podem ser apontadas tanto quanto aos dois tipos de extratos como aos
materiais oriundos destes. Do ponto de vista da espessura, os solos lateríticos
podem apresentar de menos de um metro à até dezenas de metros; já os solos
saprolíticos podem apresentar de centímetros à também dezenas de metros.
Os solos lateríticos apresentam
horizontes que tendem a acompanhar os terrenos, horizontes “A” e “B” pouco
distintos e isotrópicos, enquanto que os solos saprolíticos podem apresentar
heterogeneidades no perfil, e como conseqüência apresentar anisotropia.
A cor dos solos laterítico pode
ser vermelha, amarela ou marrom, enquanto que para os solos saprolíticos existe
a possibilidade de haver diversas cores e manchas. Quanto às condições de
drenagem, os solos lateríticos se constituem em solos bem drenados, com a
possibilidade de haver temporariamente o lençol suspenso sobre o horizonte
iluvial, ao passo que para os solos saprolíticos o lençol se encontra
normalmente na parte inferior da camada que o constituem, e pode haver lençol
confinado.
Em termos da rocha matriz e a sua
associação com o solo, pode haver ausência entre os solos lateríticos e a rocha
subjacente, mas por outro lado, para os casos dos solos saprolíticos existe
normalmente a identificação deste com a rocha matriz.
A mineralogia dos solos
lateríticos é composta basicamente por minerais muito resistente ao
intemperismo, como o quartzo, e minerais como a caulinita e os oxi-hidróxido de
ferro, ao passo que para os casos dos solos saprolíticos a mineralogia pode ser
mais complexa, envolvendo minerais instáveis 2:1, como a mica e o feldspato.
Estes elementos podem formar macro-estruturas do tipo macro-poros distintos com
agregação para os solos lateríticos, apresentando baixa densidade e elevada
permeabilidade quando no estado natural, e podem as estruturas serem contínuas,
com macro-poros raros e anisotropia para os casos dos solos saprolíticos.
Em termos de micro-estrutura, os
grãos individualizados se tornam difíceis de serem identificados para os casos
dos solos lateríticos, enquanto que para os casos dos solos saprolíticos os
grãos individualizados se tornam fáceis de serem identificados.
Em termos de comportamento de
engenharia, sobretudo para a construção de obras urbanas, o desempenho destes
dois tipos de solos vai depender do contexto de aplicação. Os solos lateríticos
apresentam normalmente maiores índices tecnológicos em compactação, grande
cimentação, baixo valor de absorção e de expansão e menores índices de
plasticidade. Já os solos saprolíticos podem apresentar maiores intervalos no
valor do índice de plasticidade, e comportamento mecânico anisotrópico, face a
sua variedade de composição e de anisotropia na sua estrutura. Os solos
saprolíticos também apresentam maior grau de erodibilidade quando expostos,
pois apresentam baixa coesão.
Bibliografia
Bibliografia
NOGAMI, J.S. Características de solos tropicais.
São Paulo, 1982, V Reunião Aberta da Indústria da Cal, ABPC, pp. 47-55
PALMIERI,
F; LARACH, J.L.I Pedologia e geomorfologia. Geomorfologia uma atualização de bases e conceitos, Rio de Janeiro,
2007, Bertrand Brasil, pp.59-122
PORTO,
C.G. Intemperismo em regiões tropicais. Geomorfologia
uma atualização de bases e conceitos, Rio de Janeiro, 2007, Bertrand
Brasil, pp.25-57
RODRIGUES, J.C. Geologia para engenheiros civis. 1977,
São Paulo, Mc Graw Hill, 208p.
SEGANTINI, A.A; ALCANTARA, M.A.M. Solo-cimento e solo-cal . In: INSTITUTO BRASILEIRO DE CONCRETO - IBRACON (Org.). Materiais de construção civil e princípios básicos de ciência e engenharia de materiais. 2. ed.São Paulo
SEGANTINI, A.A; ALCANTARA, M.A.M. Solo-cimento e solo-cal . In: INSTITUTO BRASILEIRO DE CONCRETO - IBRACON (Org.). Materiais de construção civil e princípios básicos de ciência e engenharia de materiais. 2. ed.
VILLIBOR, D.F; NOGAMI, J.S; CINCERRE, J.R;
ZUPPOLINI NETO, A. Pavimentos de baixo
custo para vias urbanas. São Paulo, 2009, Arte & Ciência, 193p.
Sobre o autor:Marco Antônio de Morais Alcantara
é Engenheiro Civil formado pela Universidade Federal de São Carlos-BR, com
ênfase em Engenharia Urbana (1986); Mestre em Engenharia Civil, área de
concentração em Geotecnia, pela Universidade Federal de Viçosa-BR (1995); Master
Génie Civil, Matériaux et Structures, pelo Institut National des Sciences
Appliquées de Toulouse-FR (2001); Docteur Génie Civil, Matériaux et Structures,
pelo Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse-FR (2004); e tem pós-doutorado em Estruturas pela
Universidade do Porto-PT (2012). É docente da FEIS/UNESP desde 1987.
