BIOENGENHARIA DE SOLOS | ENGENHARIA NATURAL

AULA 2
PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DO SOLO

IGOR PINHEIRO DA ROCHA
ENGENHEIRO FLORESTAL, M.Sc.

AS FASES DO SOLO

·

Fase sólida (Matriz do solo)
­

Material mineral (Rochas)
­ Primários

·

São originados do material de origem do solo e facilmente
se desintegram.

·

São produtos do intemperismo e na maioria das vezes
apresentam composição química diferenciada.

­ Secundários

­

Material orgânico (Organismos)
· O arranjo destes dois materiais possibilita espaços porosos
entre as partículas. Ao contrário do que o nome sugere
(sólido) pode haver movimentação entra as partes.

1

AS FASES DO SOLO
·

Fase líquida (Solução do solo)
­

A fase líquida é constituída de água, sais em dissolução (K+, Ca2+) e

matéria coloidal em suspensão.
­

·

Solo saturado e solo não saturado

Fase gasosa (Ar do solo)
­

Essa fase caracteriza a aeração do solo, a qual contém gases como
O2, CO2, N2, NH3, vapor de água, etc.

COMPOSIÇÃO VOLUMÉTRICA DO SOLO

Argissolo vermelhoamarelo

Latossolo vermelho

Neossolo

2

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
1. TEXTURA DO SOLO
­ A parte inorgânica (sólida) do solo é constituída de partículas de
diferentes tamanhos: argila, silte, areia, cascalhos, calhaus e
matacões. Refere-se à proporção das frações argila, silte e
areia.
­ A textura do solo é estudada pela análise granulométrica, a qual
permite classificar os componentes sólidos em classes de
acordo com seus diâmetros.
· Ensaio de Granulometria
Escala da Sociedade Internacional de Ciência do Solo - SICS
2,0 mm

Esqueleto
de solo

0,2 mm

Areia grossa
Areia
Areia
Areia
muito
médi
grossa
grossa
a
2,0 mm

1,0

0,5

0,02 mm

Areia fina
Areia fina

0,25

Areia
muito fina
0,10

0,002 mm

Silte
Argila

Silte

0,05

0,002 mm

Escala do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos - USDA

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
Argila ­ 1 mm ­ cabeça de alfinete
Silte ­ 25 mm ­ bola de gude
Areia muito fina ­ 50 mm ­ bola de bilhar
Areia fina ­ 125 mm ­ Novelo de linha
Areia média ­ 250 mm ­ bola de futebol
Areia grossa ­ 500 mm ­ meio metro de diâmetro
Areia muito grossa ­ 1000 mm ­ um metro de diâmetro

Microporos

Macroporos

· Classificação textural
·

É realizada de acordo com a proporção de cada partícula de solo

·

Diagrama de classe textural

·

Determinação em campo: Texturação com tato, utilizando os perfis de solo.

3

Diagrama de classificação textural

4

Algumas propriedades dos solos conforme a textura predominante
Textura fina

Textura média

Textura grosseira

Argilosos

Barrentos ou francos

Arenosos

Sentido do aumento das propriedades físicas favoráveis
Sentido do aumento das propriedades químicas favoráveis
- Capacidade de água elevada

- Capacidade de água baixa

- Circulação de água difícil

- Circulação de água fácil

- Solos frios, biologicamente pouco
ativos, de difícil preparo mecânico,
pouco lavado e mais ricos em
elementos fertilizantes.

- Solos quentes, biologicamente
ativos, de fácil preparo mecânico,
mais lavados e mais pobres em
elementos fertilizantes

- Porosidade total maior

- Porosidade total menor

- Microporosidade maior

- Macroporosidade maior

- Capacidade de troca catiônica
elevada

- Capacidade de troca catiônica baixa

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
2. ESTRUTURA DO SOLO
­ Apresenta-se em camadas ou horizontes, denominados de O, A,
B, C e R.
­ Quanto mais estruturado um solo, maior o volume total de poros
que ele possui, e, portanto maior a capacidade de
armazenamento de água.
­ A estruturação do solo é promovida pelos minerais de argila,
pelos óxidos de ferro e alumínio e pela matéria orgânica coloidal
(húmus).
­ Agregado é a junção de partículas primárias do solo com forças
variadas de coesão.

· Tipos de Estrutura

5

Horizontes
Superficiais

TIPOS DE ESTRUTURA

Horizonte B

Granular

Blocos

Laminar

Horizonte C

Colunar

Horizonte B

TIPOS DE ESTRUTURA

6

Camadas /
Neossolos

TIPOS DE ESTRUTURA

Sem
estrutura

·

Grau de desenvolvimento da Estrutura

Estão relacionados com o grau de adesão e à estabilidade dos agregados.
Sem estrutura ­ Não ocorre agregação das partículas do solo.
Fraca ­ Agregados insatisfatoriamente formados.
Moderada ­ Agregados bem formados e resistentes à fragmentação.
Forte ­ Estruturas bem formadas, difíceis de serem fracionadas.

·

Origem das Estruturas do solo

·

Principais fatores de formação: Argila, Matéria
Orgânica e Óxidos de Fe e Al (Agentes cimentantes)

·

A formação de um agregado depende:
­
­

·

Força mecânica (raízes, animais, expansão/contração)
Presença de um agente cimentante

Teoria de Russel

AREIA

ARGILA -

+ ÁGUA -

+

- ÁGUA +

- ARGILA

AREIA

7

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO

3.

CONSISTÊNCIA DO SOLO
É a influência que as forças de coesão e adesão exercem sobre
os constituintes do solo, de acordo com seus variáveis estados de
umidade.
Coesão: refere-se à atração de partículas sólidas por partículas
Sólidas, ou líquidas por líquidas (semelhantes).
Adesão: refere-se à atração das moléculas de água pela
superfície das partículas sólidas.
* a coesão é inversamente proporcional ao tamanho das partículas de
solo devido às forças de tensão superficial.

Perda de água do solo tornando-o duro, a coesão se dá pela atração
sólido-sólido.

Partículas de solo envolvidas por película de
água.

Atração por coesão líquida-líquida.

Atração por coesão sólida-sólida.

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Formas de Consistência

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
4. DENSIDADE DO SOLO
·

É a relação entre a massa seca e um determinado volume de solo, levando
em consideração os poros do solo.

·

É utilizada para avaliar o impacto de alterações no solo.

·

A densidade do solo sofre influencia direta da estrutura, uma vez que os
poros estão localizados dentro e entre os agregados.

·

A destruição da Estrutura do solo aumenta a densidade do solo.

·

A densidade do solo aumenta à medida que os perfis de solo vão se
aprofundando, pois as camadas superiores exercem pressão sobre as
subjacentes.

9

4.1 DENSIDADE DO SOLO (DS ­ Global)
Compactação do Solo
· Afeta diretamente o crescimento e o desenvolvimento do
sistema radicular das plantas, pelo fato da estrutura ter sido
alterada.
· A compactação do solo ainda não tem um conceito definido
e é de difícil descrição e mensuração. Pode ser considerada
como a redução da macroporosidade.
· Possui como principal agente causador o tráfego de
máquinas.
· Compactação vs. Adensamento
A densidade do solo é expressa em g/cm³ através da fórmula:

D = M(g) / V (cm³).

Solo compactado

Solo normal

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4.1 DENSIDADE DO SOLO (DS ­ Global)
·

Métodos de determinação
­ Obtenção dos dados Massa e Volume.

·

Método do Anel Volumétrico

·

Método do Penetrômetro

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
4.2 DENSIDADE DAS PARTÍCULAS (DR ­ REAL)
·

É a relação existente entre a massa de uma amostra de solo e o
volume ocupado pelas suas partículas sólidas, desconsiderando o ar
e a água do solo.

·

É expressa em g/cm3 através da fórmula: D = M(g) / V (cm3).

·

Densidade aparente vs. Densidade Real

·

Normalmente possui um valor médio de 2,65 g.cm-3, que está
relacionado ao predomínio de constituintes minerais (quartzo,
feldspatos e silicatos de alumínio - DRmédia = 2,65 g/cm³).

·

A densidade real da matéria orgânica varia de 0,6 a 1,0 g/cm3.

11

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
4.2 DENSIDADE DAS PARTÍCULAS (DR ­ REAL)
·

Matéria orgânica

Densidade Real

·

Representa a média ponderada da densidade de todos os
componentes do solo, minerais e orgânicos.

·

Esta é uma propriedade que dificilmente é alterada, estando
relacionada com a composição do solo.

·

Densidade Aparente ­ Estrutura

·

Densidade Real ­ Textura

·

Método de determinação: Método do Picnômetro

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
·

OUTRAS PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS DO SOLO
­ Colóides

·

Menores que 1 µm (micrômetro) de diâmetro

·

Tipos
­ Inorgânicos
· Minerais argilosos (diversas formas)
­ Tetraedros de silício
­ Octaedros de alumínio ou magnésio
­ Orgânicos
· Humus

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PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
·

OUTRAS PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS DO SOLO
­

Minerais de argila (Colóides inorgânicos)

·

Argilas amorfas (Alofanitas)

·

Argilas cristalinas
­

Minerais do tipo 1:1 : São compostos por uma lâmina de sílica e
uma lâmina de alumínio. São pouco expansíveis, ou seja, dificilmente
as camadas se expandem quando molhadas devido a forte ligação
entre as lâminas.

­

Membro mais importante: Caulinita.

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
·

OUTRAS PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS DO SOLO
­

·

Minerais de argila (Colóides inorgânicos)

Argilas cristalinas
­

Minerais do tipo 2:1 : São compostos por uma folha de sílica, uma
de alumínio e novamente outra folha de sílica.
a) Expansíveis ­ É possível encontrar água e íons entre as lâminas,
devido a menor força nas ligações entre elas. Membros mais
importantes: Montmorilonita (Massapê) e Vermiculita.

b) Não expansíveis ­ Ocorre a substituição do Si pelo Al na lâmina
de sílica, enquanto na lâmina de alumínio o Fe ou o Mg assumem
a posição do Al, tornando a estrutura mais rígida. Membro mais
importante: Ilita (Caatinga).

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Colóides
orgânicos

Húmus

Colóides inorgânicos

Argilas amorfas (Alofanitas)
Argilas Cristalinas

Minerais 1:1 Caulinita

Minerais 2:1 Montmorilonita
e Vermiculita

Minerais 2:1 Ilita

ESTRUTURA ATÔMICA DAS ARGILAS

ARGILA 1:1

ARGILA 2:1

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PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
·

OUTRAS PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS DO SOLO
­

Forma

·

Só é possível a visualização com uso microscópio eletrônico.

·

Placas, constituídas de lâminas como as micas.

·

Superfície específica

·

Área por unidade de massa
·
·

Argilas do tipo 2:1 Maior superfície específica
Argilas do tipo 1:1 Menor superfície específica

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PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
·

OUTRAS PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS DO SOLO
­

·
·
·

Superfície específica

Caulinita ­ 5 a 10 m²/g
Montmorilonita ­ 700 a 800 m²/g
Húmus ­ 700 a 1000 m²/g
*Quanto maior a superfície específica, maior a retenção de água e íons
cátions.
­

Cor

·

Fácil identificação. Não determina comportamento, permite fazer
inferências na classificação do solo, no próprio nome do solo muitas
vezes já vem a cor predominante. Ex: Latossolo Amarelo.

·

A cor do solo reflete a cor da partícula predominante.

Carta de cores de Munsell

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PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
5. POROSIDADE
Definição: é a porcentagem do volume do solo não ocupado pelos
componentes sólidos.

- O arranjamento e a forma das partículas do solo determinam a
quantidade e natureza dos poros existentes.

- O tamanho, forma, comprimento, largura, tortuosidade e outras
características dos poros estão relacionadas com a variação das
características das partículas (forma, tamanho, regularidade e
expansividade).

Gás

Volume de
gases

Água

Volume de
água

Sólidos

Volume
de
Vazios
Volume
Total

Volume
de
Sólidos

P = (1 ­ DA/DR) x 100

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Não é uma informação importante para caracterizar suas
propriedades, entretanto, é necessário conhecer a
distribuição do tamanho dos poros.
Solo saturado Porosidade = água
Solo seco Porosidade = ar

· MACROPOROS (não capilar)
­ É onde ocorre uma maior circulação de ar e água.
­ Ø > 0,05mm (perdem a água em tensões menores que 6kPa)

· MICROPOROS (capilar)
­ É onde ocorre uma alta retenção de ar e água.
­ Ø entre 0,05 e 0,0002mm (perdem a água em tensões entre 6 e

1500kPa)

· CRIPTOPOROS (capilar)
­ É onde ocorre uma maior retenção de ar e água.
­ Ø < 0,0002mm (perdem a água em tensões maiores que 1500kPa).

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Fotomicrografia de seção delgada do horizonte A de um
LATOSSOLO VERMELHO Distrófico, mostrando diminuição da
porosidade por cultivo. a) sob mata, b) cultivado com cana-deaçúcar. Áreas claras = poros, áreas escuras = porção sólida
(matéria mineral + matéria orgânica) (LIMA, 1995).

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Causas da variação
O tamanho e o arranjamento das partículas de solo determinam o
tamanho e a distribuição dos poros.
Textura do solo
Arenoso (35 ­ 50%)

Argiloso (40 ­ 60%)

DA = 1,50 g/cm³

DA = 1,30 g/cm³

DR = 2,65 g/cm³

DR = 2,65 g/cm³

Estrutura do solo
Quanto mais estruturado for o solo, maior a porosidade.
Profundidade do solo
Quanto mais profundo for o perfil, menor a porosidade.

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Escala de porosidade

Porosidade
< 40%

Designação
Agrícola
Forte

40 ­ 45%
45 ­ 50%
50 ­ 60%
> 60%

Média
Fraca-nula
Nula
Média-forte

Observações
As sementes brotam mal e as raízes de
desenvolvem inadequadamente

Terra fouxa, pouco favorável à sustentação das
raizes

Perguntas:
O que é a porosidade do solo?
Quais componentes do solo podem existir dentro dos poros?

ÁGUA NO SOLO
Um dos principais componentes do sistema solo
"Solução do solo" ­ Solvente dos nutrientes

Embora seja o recurso mais disponível no planeta, é o menos disponível
na agricultura.

Água no solo = 0,078%.

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ÁGUA NO SOLO
Porque é importante?
a)

Para satisfazer as exigências de evapotranspiração

b)

Solvente (solução do solo)

c)

Controle de ar e temperatura

d)

Incidência de erosão

Funções da água:
a)

Transporte (solutos e minerais)

b)

Regulador térmico

c)

Reações metabólicas (fotossíntese)

d)

Manutenção do turgor celular

CICLO DA ÁGUA

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CICLO DA ÁGUA

Características da água no solo
- Tensão superficial: Fenômeno que ocorre na interface sólidolíquido-gasoso. Sendo resultante da maior atração das
moléculas liquidas entre si, do que entre liquido-sólido e líquidogás.
- Capilaridade: Fenômeno decorrente das forças de adesão e
coesão das moléculas de água e pela força da gravidade.

- Adsorção: é o fenômeno em que as moléculas de um fluído
entram em contato e aderem à superfície de um sólido.
- Água na fotossíntese: a planta absorve gás carbônico da
atmosfera e água do solo.

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MENISCO CAPILAR

CLASSIFICAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO
-

Está relacionado ao estado de energia (cinética e potencial) em
que ela se encontra.
O potencial de energia da água do solo é expresso em
unidades de massa ou em volume de água.

T = P +G + O + M
-

Potencial de Pressão (P) ­ Peso da coluna de água
Potencial Gravitacional (G) ­ Equivalente a profundidade
Potencial Osmótico (O) ­ Interação da água com as
substâncias dissolvidas nela.
Potencial Matricial (M) ­ Interação da água com a matriz do
solo. Ocorrendo fenômenos de adsorção e capilaridade.

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