Evolutionary chemical weathering processes and their influence on the hydro-mechanical behavior of soils of the Plateau Central Brazilian

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2012.Os solos tropicais têm em seu processo de formação aspectos climáticos e intempéricos diferenciados das regiões de clima temperado. As principais diferenciações promovidas pelo intemperismo são as reações químicas da água, as quais processam a mineralogia dos solos tropicais a nível evolutivo avançado formando os oxi-hidróxidos de Fe e Al. Como na maioria dos solos lateríticos a mineralogia 2:1 é inexistente ou incipiente, a principal modificação física advinda da evolução intempérica são as formações de agregados que definem a estrutura da matriz do solo. Essa característica associada, em geral, a elevados teores da fração argila gera uma distribuição bimodal dos poros que determinarão o comportamento da sucção no meio não saturado, a permeabilidade e resistência dos materiais, bem como os fenômenos de histerese e colapsibilidade. Portanto, o presente trabalho buscou o entendimento dos processos intempéricos em topossequências à luz da química e mineralogia visando o conhecimento do comportamento hidromecânico em uma sequência de solos típica do Cerrado brasileiro. Os resultados desse trabalho são relações envolvendo a mineralogia e granulometria da fração argila, ponto de carga zero, índices químicos Ki e Kr, e seus desdobramentos no comportamento hidromecânico de solos do Planalto Central. Outro entendimento importante são as comparações entre a área preservada e os impactos advindos do manejo agrícola e suas implicações físicas e químicas nos solos lateríticos. Ainda como contribuições desta tese pode-se destacar o modelo conceitual do pré-adensamento superficial tendo como base a teoria do meio não saturado considerando processos cíclicos de secagem e umedecimento, a proposta de classificação química e mineralógica reformulada a partir da Soil Taxonomy, que adequa-se melhor aos solos tropicais, e por fim o modelo conceitual do processo de cisalhamento abrangendo aspectos físico-químicos e mineralógicos. Neste contexto, pode-se concluir, de forma generalizada, que estudos em topossequências podem ser extremamente eficientes para o entendimento do comportamento hidromecânico de solos tropicais baseando-se nos processos intempéricos. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTTropical soils have their formation processes affected by climate and weathering aspects different from those of temperate regions. The main differences are weathering promoted by the chemical reactions of water, which process the mineralogy of soils at advanced evolutionary levels forming the oxy-hydroxides of Fe and Al. As in most laterite soils mineralogy 2:1 is lacking or incipient and the main changes arising from the physical weathering are the evolution of aggregate formations that define the structure of the soil matrix. This characteristic associated, in general, with the high clay contents generates a bimodal distribution of pores that will determine the values of suction under unsaturated conditions, permeability and strength of materials, hysteresis phenomena and collapsibility. Therefore, this thesis aimed at understanding the weathering processes in toposequences in the light of chemistry and mineralogy in order to assess the hydro-mechanical behavior of soils typical of the Brazilian Cerrado. The main findings were relations involving the mineralogy and grain sizes of clay fraction, point of zero charge, chemical indices Ki and Kr, and their influences on hydro-mechanical behavior of soils of the central plateau region of Brazil. Another important findings came from comparisons between results from a preserved region and from a region impacted by agricultural management and its physical and chemical implications on lateritic soils. Additional contributions of this thesis are de development of a conceptual over–consolidation model based on unsaturated soil theory considering cyclic processes of wetting and drying, a proposal of chemical and mineralogical classification based on Soil Taxonomy, which is more suitable to tropical soils, and, finally, a conceptual model of shear processes including physical, chemical and mineralogical aspects. In this context, it can be concluded in a generalized way that the study in toposequences can be extremely efficient for the understanding of the hydro-mechanical behaviour of tropical soils based on weathering processes