Resumo Da Geologia Da Engenharia

Transcript

______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 1. GEOLOGIA DE ENGENHARIA 1.1. Definição de Geologia de Engenharia “Engenharia é a arte de aplicar conhecimentos científicos e empíricos, e certas habilitações específicas à criação de estruturas, dispositivos e processos que se utilizam para converter recursos naturais em formas adequadas ao atendimento das necessidades humanas”. (Novo Dicionário da Língua Portuguesa) “Geologia é a ciência que estuda a estrutura da crosta terrestre, seu modelado externo e as diferentes fases da história física da terra”. (Dicionário Geomorfológico) Como vem acontecendo em outras áreas do conhecimento, o conceito de Geologia de Engenharia tem evoluído com o tempo, procurando acompanhar as novas tecnologias e necessidades desenvolvidas pelo homem. Um dos conceitos mais antigos é o de Krynine, Judd (1957), estabelece que a “Geologia de Engenharia pode ser definida como um ramo do conhecimento humano que usa a informação geológica, combinada com a prática e a experiência para assistir ao engenheiro na solução de problemas nos quais este conhecimento é aplicável”. Num dos conceitos mais atuais, a Geologia de Engenharia, ramo aplicado das Geociências, foi definido nos estatutos da Associação Internacional de Geologia de Engenharia (IAEG), conforme aprovado em setembro de 1992 em Kyoto no Japão, e adotado pela ABGE - Associação Brasileira de Geologia de Engenharia como “a ciência dedicada à investigação, estudo e solução de problemas de engenharia e meio ambiente, decorrentes da interação entre a Geologia e os trabalhos e atividades do homem, bem como à previsão e desenvolvimento de medidas preventivas ou reparadoras de acidentes geológicos”. Nestes 35 anos que separam estas duas definições, observam-se duas novas abordagens da Geologia de Engenharia: uma refere-se a transformação de um caráter apenas informativo, subordinado e passivo de sua ação à atividade de Engenharia para um importante papel no sentido de solucionar e intervir na sua correção (Engenharia) e prevenção de acidentes geológicos; uma outra abordagem relaciona-se a um caráter multidisciplinar com um enfoque a questões ambientais. No próprio IPT, onde nas últimas décadas tem-se concentrado o maior número de especialistas desta área no país, é possível verificar esta tendência refletida na estrutura de sua Divisão de Geologia - DIGEO, onde dois de seus agrupamentos (Geologia Aplicada a Obras e Geologia Aplicada (1) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia ao Meio Ambiente) foram organizadas segundo duas áreas básicas de atuação da Geologia de Engenharia (Bitar, 1995). Assim, a Geologia de Engenharia, anteriormente também conhecida como Geologia Aplicada, pode ser definida como a união entre o campo do conhecimento da Terra, representada pela Geologia como base científica, e o campo de desenvolvimento das técnicas de transformação da Terra pelo homem, tendo como área de aplicação a Engenharia. Ainda de acordo com o novo estatuto da IAEG a Geologia de Engenharia abrange: a) a identificação das condições da geomorfologia, estrutura, estratigrafia, litologia e águas subterrâneas das formações geológicas; b) a caracterização das propriedades mineralógicas, físicas, geomecânicas, químicas e hidráulicas de todos os materiais terrestres envolvidos na construção, recuperação de recursos e alterações ambientais; c) a avaliação do comportamento mecânico e hidrológico dos solos e maciços rochosos; d) a previsão de alterações, ao longo do tempo, das propriedades acima; e) a determinação dos parâmetros a ser considerados na análise de estabilidade de obras de engenharia e de maciços naturais; e f) a melhoria e manutenção das condições ambientais e das propriedades do terreno”. A Geologia de Engenharia tem uma grande relação com a Mecânica dos Solos e a Mecânica das Rochas, formando o campo da Geotecnia, conforme se observa na figura apresentada a seguir. (2) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia OBRAS CIVIS E MINEIRAS MECÂNICA DAS ROCHAS MEIO AMBIENTE GEOLOGIA DE ENGENHARIA MECÂNICA DOS SOLOS APLICAÇÃO ACERVO TECNOLÓGICO GEOTECNIA GEOLOGIA MECÂNICA RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS BASE CIENTÍFICA ( Bitar, 1995 ) 1.2. Evolução Histórica No Exterior Embora a aplicação empírica dos resultados de observações de natureza geológica tenha se processado ao longo de todo o desenvolvimento da civilização, a Geologia somente foi definida a partir do final do século XVIII, no estudo dos aspectos estruturais dos Alpes suíços. Durante esse século e o seguinte, destacaram-se vários pesquisadores, como Hutton (1726-1797), Lyell (1797-1875), Darwin (1809-1882), dentre outros que criaram as bases da Geologia. James Hutton publicou na Escócia, em 1785, a “Teoria da Terra”. Neste livro ele estabelece conceitos pioneiros na época, como por exemplo: dos processos lentos que atuam na dinâmica da Terra e da divisão em três grupos fundamentais de rochas que são adotados até nossos dias. O século XIX foi em grande parte consumido na defesa de novos conceitos a respeito da evolução da Terra, que foram duramente contestados pela Igreja católica. A partir de meados do século XIX, obras necessárias para atender as exigências do grande crescimento industrial europeu, principalmente nos sistemas de comunicação e transporte, forçaram os técnicos envolvidos a apurar sua capacidade de previsão e prevenção de dificuldades em obras (3) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia subterrâneas nos Alpes, contribuindo enormemente para o conhecimento geológico. Após a Primeira Guerra Mundial, um grande surto de desenvolvimento varreu a Europa dos anos 20, destacando-se na Geologia de Engenharia de Obras Subterrâneas nomes como: J. Schmidt, J. Stini e Hans Cloos. Este último destacou-se na interpretação de fenômenos tectônicos e sua implicação em obras subterrâneas, enfatizando a necessidade de se efetuar um estudo geoestrutural adequado para conhecer o maciço rochoso. No início do século XX, foram estabelecidas por Karl Terzaghi (1883-1963) as bases teóricas e conceituais da Mecânica dos Solos, que enfatizou em toda a sua obra a importância da geologia na compreensão dos fenômenos que ocorrem nos terrenos e na resolução de problemas de engenharia. São clássicos os trabalhos “Efeito de detalhes geológicos secundários na segurança de barragens” (1929) e “Mecanismos de Escorregamentos” (1950). No intervalo de tempo compreendido entre as duas guerras, tornou-se corriqueira a participação de equipes de geólogos de engenharia em empresas e organizações voltadas a projetos e execução de grandes obras. A partir da década de 50, ocorre um crescimento acelerado da Geologia de Engenharia, em grande parte devido à utilização crescente em todas as áreas de crescimento científico e tecnológico.  Final do século XVIII – De Saussure (1740-1799) define Geologia  Século XVIII e XIX – Hutton (1726-1797), Lyell (1797-1875) e Darwin (1809-1882) criaram as bases da Geologia  Meados XIX – Grande contribuição ao conhecimento geológico  Após 1ª Guerra Mundial – Desenvolvimento da Geologia de Engenharia, valiosas contribuições de Schmidt, Stini e Hans Cloos  Década de 20 – Karl Terzaghi (1883-1963) lança as bases teóricas e conceituais da Mecânica dos Solos  Período entre Guerras – Corriqueira a participação de geólogos de engenharia em empresas e organizações voltadas a projetos e execução de grandes obras  A partir da década de 50 – participação ativa em trabalhos multidisciplinares, com grande atuação na área ambiental  1964 – Criação da IAEG (4) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia No Brasil: 1.3.  1875 – criação da Comissão Geológica do Brasil  1893 – início do ensino de geologia na Escola Politécnica / SP  1907 – trabalho pioneiro do Engenheiro Miguel Arrojado Lisboa sobre Geologia Aplicada  1909 – criação do Centro de Pesquisas Geológicas da IFOCS  1937 – criação da Seção de Geologia e Minas / IPT Engenheiro Tarcísio Damy de Souza Santos  Década 40 – estudo pioneiro de Geologia de Engenharia de barragens sobre Salto Grande – Engenheiro Pichler  1947 – visita de Terzaghi ao Brasil  1957 – aula inaugural do Curso de Geologia da USP  1961 – início do ensino de Geologia de Engenharia no Rio de Janeiro, Rio Grande do Sul e Pernambuco  1968 – início do Programa de Pós-Graduação e Pesquisa em Geologia de Engenharia – UFRJ Criação da APGA  1974 – criação da ABGE Realização em São Paulo do 2º Congresso Internacional de Geologia de Engenharia  1976 – realização no Rio de Janeiro do 1º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia  Década 80 e 90 – enfoque para as questões ambientais Áreas de Atuação A prática tem demonstrado que os projetos de engenharia são bem sucedidos quando há uma adequada integração entre o geólogo e o engenheiro. (5) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia A Geologia de Engenharia tradicionalmente está em grande parte voltada para as atividades de Engenharia, atuando em planos diretores, estudos de inventário, de viabilidade técnica-econômica, projetos básicos e executivo de obras, fiscalização das etapas construtivas, concluindo com o acompanhamento durante a operação. O geólogo define o quadro físico, o engenheiro concebe a obra e ambos ajustam a concepção e o projeto às condições do meio físico. Na verdade, enquanto as atividades humanas representarem qualquer interferência no meio físico geológico os conhecimentos da Geologia de Engenharia serão de grande importância, seja, mais tradicionalmente, nos estudos da fundação de uma obra, de áreas de empréstimo de materiais naturais para construção, do rebaixamento ou exploração das águas subterrâneas, da construção de taludes, ou mais recentemente com uma forte componente ambiental, para disposição de resíduos sólidos ou líquidos, da recuperação de áreas degradadas e da ocupação e uso do solo. ENGENHARIA  MEIO AMBIENTE  Fundação de Barragens e outras  obras civis;  Pesquisa de materiais naturais para construção;  Estabilidade de Taludes;  Mineração;  Túneis;  Exploração Subterrâneas;   das Águas  Monitoramento;  Zoneamento de Áreas de Risco; 1.4. Planejamento Urbano e Territorial Recuperação e Remediação de Áreas Degradadas; Estudos de Impacto Ambiental; Análise de terrenos e elaboração de diretrizes de projetos habitacionais populares;  Controle de erosão;  Sistemas de Gestão Ambiental (ISO 14000);  Seleção de Áreas para Disposição de Resíduos; Exemplos de Aplicações  Barragem Jacarecica II/SE;  Escavação Casa de bombas – Platô de Neópolis / SE;  Mapeamento Geológico-Geotécnico – Região de Poço Redondo / SE;  Fundação em solos moles – Torre de Pisa;  Mapeamento Geológico-Geotécnico – Vista Chinesa / RJ. (6) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 2. GEOLOGIA 2.1 Fundamentos da Geologia A geologia representa como ciência básica, já definida na aula anterior, o conjunto de conhecimentos sobre o globo terrestre em que vivemos. Assim, trata de explicar, através da Geologia Física a constituição e propriedades dos materiais que compõem a Terra, sua distribuição, os processos que os formaram e alteraram, a maneira que foram transportados e estruturados e a natureza e evolução da paisagem. A Geologia Histórica estuda a evolução da vida sobre a Terra e as mudanças ocorridas em nosso planeta ao longo dos seus 4,6 bilhões de anos. A Geologia moderna se originou em 1785, quando James Hutton formulou o princípio de que os mesmos processos que atuam no presente se manifestaram também no passado – Princípio do Uniformitarismo. “O presente é a chave do passado”. A partir deste princípio, e reconhecendo que os processos que ocorreram no passado sucedem-se com a mesma lentidão dos atuais, ficou claro quando observamos um Grand Canyon ou uma cadeia montanhosa a imensa dimensão do tempo necessário para formar tais feições. Acredito que a maior contribuição da ciência geológica ao pensamento da civilização moderna seria a concepção da imensa dimensão do tempo – Tempo Geológico, que acaba por demonstrar o pequeno espaço de tempo da existência do homem e contrapõe o imenso impacto ao meio ambiente do planeta causado por uma única espécie em tão pouco tempo. Com toda essa imensidão de tempo nada é permanente tudo muda. Como exemplos: rochas calcárias originadas de mares (Riachuelo), rochas vulcânicas originadas de erupções no passado (Paraná, São Paulo, etc). Muitas vezes este fato demonstra a dificuldade do geólogo em tentar interpretar situações para aplicações em geologia de engenharia. Pois este profissional dispõe algumas vezes de uma tênue imagem dos processos geológicos que ficaram registrados em afloramentos, boletins de sondagem, etc. Agrava esta situação o caráter geralmente pontual das investigações, requerendo uma boa dose de experiência, raciocínio e imaginação para compreender os fenômenos ocorridos. Nos últimos 220 anos, a geologia tem evoluído de uma ciência basicamente qualitativa para uma mais quantitativa, impulsionada essencialmente pela evolução dos equipamentos e técnicas de investigação. (7) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia ESCALA GEOLÓGICA DO TEMPO ERAS PERÍODOS ÉPOCAS TEMPO DECORRIDO (anos) CENOZÓICA Quaternário Holoceno Pleistoceno 11.000 1.500.000 Terciário Plioceno Mioceno Oligoceno Eoceno Paleoceno 12.000.000 23.000.000 35.000.000 55.000.000 70.000.000 MESOZÓICA Cretáceo Jurássico Triássico 135.000.000 190.000.000 230.000.000 PALEOZÓICA Permiano Carbonífero Devoniano Siluriano Ordoviciano Cambriano 280.000.000 350.000.000 400.000.000 440.000.000 500.000.000 570.000.000 PRÉ-CAMBRIANO SUPERIOR PRÉ-CAMBRIANO MÉDIO Mais de 2 bilhões PRÉ-CAMBRIANO INFERIOR ± 4,5 bilhões Segundo Leinz e Amaral (1998) (8) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 2.2 O Planeta Terra – Principais características e estrutura interna Idade e origem A datação radiométrica permitiu aos cientistas calcular a idade da Terra em 4 bilhões 650 milhões de anos. Depois de condensar-se a partir da poeira cósmica e do gás, por força da atração gravitacional, a Terra ficou quase homogênea e relativamente fria. Mas a contínua contração desses materiais fez com que se aquecesse, aquecimento que contribuiu para a radioatividade de alguns elementos mais pesados. Quando a Terra se tornou mais quente, começou a fundir-se sob a influência da gravidade. Isso levou à diferenciação entre a crosta, o manto e o núcleo, com os silicatos mais leves movimentando-se para cima para formar a crosta e o manto; e os elementos mais pesados, sobretudo o ferro e o níquel, submergindo para formar o núcleo. Ao mesmo tempo, erupções vulcânicas provocaram a saída de vapores e gases voláteis e leves do manto e da crosta. Alguns foram atraídos pela gravidade da Terra e formaram a atmosfera primitiva, enquanto o vapor de água condensada formou os primeiros oceanos do mundo. Características Principais Forma – A Terra é aproximadamente um elipsóide de rotação com diâmetro equatorial de 12.756.776m e 12.713.824m nos pólos (raio médio 6.370km). Densidade – As rochas possuem em média uma densidade de 2,76. No entanto o valor da densidade global achou-se o valor de 5,527. Grau Geotérmico – número de metros para elevar a temperatura em 1ºC. O valor normal é de 30m, variando de 11m para locais com eventos vulcânicos recentes até 125 m para regiões antigas (Escudo Canadá e África). Composição da Terra A Terra se divide em cinco partes. A atmosfera é a cobertura gasosa que rodeia o corpo sólido do planeta. A litosfera, composta principalmente pela fria, rígida e rochosa crosta terrestre, estende-se até uma profundidade de 100 km. A hidrosfera é a camada de água que, em forma de oceanos, cobre 70,8% da superfície da Terra. O manto e o núcleo formam o interior da Terra e constituem a maior parte de sua massa. Acredita-se que o núcleo se compõe em grande parte de ferro, com uma pequena porcentagem de níquel e outros elementos. As temperaturas do núcleo podem chegar a 6.650°C. ATMOSFERA - É a capa gasosa que envolve a Terra. É composta por cinco camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera, dependendo do gradiente de temperatura da região; (9) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia HIDROSFERA – É formada pela água dos mares e oceanos, cobre a maior parte da superfície da Terra; CROSTA - Os continentes, as ilhas e as terras do fundo do mar compõem a parte externa da crosta terrestre. Sua espessura varia de 5 a 10 km sob os oceanos e, de 25 a 90 km, nos continentes. É formada por três grandes grupos de rochas: magmáticas ou ígneas, metamórficas e sedimentares. MANTO - Camada pastosa com cerca de 2.900 km de espessura. Silício, alumínio, ferro e magnésio são os elementos químicos predominantes. Sua temperatura varia de 870º C, junto à crosta, até 2.200º C, junto à parte externa do núcleo; NÚCLEO - O núcleo do globo é constituído de ferro e níquel derretidos. Sua temperatura varia de 2.200º C na parte superior até cerca de 5.000º C nas regiões mais profundas. Apesar da alta temperatura, a parte central do núcleo é formada de níquel e ferro em estado sólido – conseqüência da grande pressão do interior do planeta. O ponto central fica a 6.500 km da superfície; Rochas e Minerais As rochas são agregados naturais de um ou mais minerais. Os minerais são formados por processos inorgânicos. Podem ser classificados segundo sua composição química, tipo de cristal, dureza e aparência. Os depósitos de minerais metálicos de valor econômico e cujos metais são exportados chamam-se jazidas. Os minerais são elementos ou compostos químicos, sólidos. ROCHAS MAGMÁTICAS ou ÍGNEAS – rochas formadas pelo esfriamento e solidificação de matéria rochosa fundida, conhecida como magma. Quando a solidificação acontece no interior da crosta originam-se as rochas magmáticas intrusivas, como o granito. Quando o magma se solidifica na superfície terrestre, como resultado de erupções vulcânicas, surgem as rochas magmáticas extrusivas, como o basalto. Ígnea quer dizer fogo. Representam rochas originadas a partir da fusão de materiais no interior da crosta da Terra (magma), tanto nos continentes quanto nos oceanos. O magma pode chegar até a superfície e formar os vulcões com seus produtos (lava, derrame). ROCHAS METAMÓRFICAS – Como o nome diz, são rochas produzidas por metamorfose ou modificação. Esta modificação resulta de novas condições de: pressão e temperatura sobre uma rocha pré-existente, seja esta sedimentar, ígnea ou ainda uma metamórfica mais antiga. Nesta situação, os minerais constituintes dessas rochas sofrem um novo arranjo, de modo que alguns minerais transformam-se em outros. Ou, ainda, um mesmo mineral é fundido e depois cristaliza-se novamente. Além das mudanças de composição, mudanças maiores podem ocorrer nas rochas, sob a ação do aumento de pressão e temperatura, formando: dobras de tamanho milimétrico a quilométrico, quando a compressão empurra minerais uns (10) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia sobres os outros, promovendo a deformação da rocha e falhas e fraturas, quando a rocha não consegue dobrar-se, quebrando-se. ROCHAS SEDIMENTARES – rochas compostas por materiais transformados, constituídas pela acumulação e consolidação de matéria mineral pulverizada, depositada pela ação da água e, em menor quantidade, do vento ou do gelo. Muitas vezes, nas rochas sedimentares são encontrados fósseis, que são restos de partes resistentes (ossos, conchas, folhas, troncos) e marcas (moldes, rastros) de animais e plantas extintos. Sua formação depende de condições especiais existentes em alguns locais da Terra (lagos, mares, rios, cavernas). Os organismos que vivem nestes habitats, ou são para aí transportados, sofrem soterramento e alterações pelo acúmulo de sedimento, após a sua morte. 2.3 A Crosta Terrestre Composição litológica da crosta externa: Volume Total da Crosta 5% 95% Superfície da Crosta Rocha Ígnea Rocha Sedimentar 25% 75% (11) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia A proporção aproximada das rochas que ocorrem na crosta, segundo A. Poldervaart está resumida na tabela a seguir: PROPORÇÃO APROXIMADA DAS ROCHAS NA CROSTA Rocha % Sedimentos 6,2 Granodioritos, granitos e gnaisses 38,3 Andesito 0,1 Diorito 9,5 Basaltos 45,8 Apesar da existência de uma grande variedade de rochas magmáticas (cerca de 1.000, 95% das rochas intrusivas pertencem a família dos granitos e granodioritos que se acham localizadas nos continentes e 95% das rochas extrusivas são basálticas. O relevo é formado a partir de agentes internos e externos. Os agentes internos são as forças do interior da Terra, como o vulcanismo, o tectonismo e os abalos sísmicos. Os fatores externos são aqueles provocados por agentes localizados na superfície terrestre, como ventos, chuvas, insolação, enchentes de rios, marés, animais, vegetação e a ação do homem com obras como, por exemplo, o represamento de um rio. 2.4 Dinâmica Interna a) Terremotos Vibrações produzidas na crosta terrestre quando as rochas que se haviam tensionado se rompem e saem do lugar, de forma súbita. As vibrações variam entre as que mal se percebem e as que se tornam catastróficas. No processo, geram-se seis tipos de ondas de choque. Duas são classificadas como ondas internas — viajam pelo interior da Terra — e as outras quatro são ondas superficiais. Atualmente, reconhecem-se três tipos de terremotos: tectônicos, vulcânicos e artificiais. Os sismos do primeiro tipo são os mais devastadores e os mais difíceis de se prever. (12) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia As causas dos terremotos tectônicos são as tensões criadas pelos movimentos em torno das 12 placas que formam a crosta terrestre. A maioria dos sismos tectônicos acontecem nas fronteiras destas placas, em zonas onde uma desliza sobre a outra. Os terremotos de origem vulcânica podem ser fortes e destrutivos e anunciam as erupções vulcânicas. Por outro lado, os seres humanos podem induzir a ocorrência de terremotos quando realizam determinadas atividades, como detonações subterrâneas de explosivos atômicos ou o bombeamento de líquidos das profundidades da Terra. Os terremotos podem causar muitas perdas de vidas, demolindo edifícios, pontes e represas. Também provocam deslizamentos de terras. b) Deriva dos Continentes Processo de deslocamento da crosta terrestre que provoca mudanças na posição dos continentes e modifica o relevo da Terra. A primeira Teoria da Deriva Continental é elaborada pelo geofísico e meteorologista alemão Alfred Wegener (1880-1930). No livro A Origem dos Continentes e dos Oceanos (1915), Wegener afirma que as terras do planeta se encontram inicialmente agrupadas em um único supercontinente - o Pangéia -, que se fragmenta há cerca de 200 milhões de anos. No entanto, sua hipótese não é confirmada pelos cientistas da época, porque não explica qual a força que teria provocado os deslocamentos. Logo após a II Guerra Mundial, em 1947 um grupo de cientistas do Observatório Geológico de Lamont, nos EUA, comprova a teoria de Wegener, que é aceita até hoje. Desde a desagregação do Pangéia, a superfície terrestre encontra-se em movimento contínuo, até chegar à configuração mais recente dos continentes, que se estabelece há cerca de 60 milhões de anos. Atualmente, a deriva continua: a América do Sul, por exemplo, afasta-se da África cerca de 5 cm por ano. Ao se movimentar, as placas tectônicas se chocam entre si provocando alterações no relevo e formando as cadeias de montanhas, como o Himalaia (do choque entre as placas sob a Índia e a Ásia), os Andes e os Alpes, cadeia do Atlas e as Rochosas. 2.5 Dinâmica Externa 2.5.1 Intemperismo É o conjunto de processos operantes na superfície terrestre que ocasionam a decomposição dos minerais das rochas, através da ação de agentes atmosféricos e biológicos. Diversos são os fenômenos que agem em íntima correlação nos processos intempéricos. Tais fenômenos podem ser físicos, químicos e biológicos. Sua ação consiste, pois, na degradação da rocha (13) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia matriz com a conseqüente formação do solo, sendo este o produto final do intemperismo das rochas. Principais fatores: » Clima (temperatura, umidade, precipitação, vento, etc.); » Topografia; » Tipo da rocha; » Cobertura vegetal; » Tempo. Embora a crosta terrestre seja formada de rochas, nem sempre elas ocorrem sob a forma de grandes e contínuos afloramentos. Exceção são as regiões desérticas ou geladas, onde a degradação superficial da rocha é retardada ou mesma impedida, devido a falta de água ou a baixa temperatura. Os seguintes processos atuam no intemperismo: Desintegração Física: ocorre através de fatores relacionados a variação de temperatura dos diferentes minerais (coeficiente de dilatação variáveis), cristalização de sais, congelamento e agentes físico-biológicos. - A variação do coef. de dilatação dos diferentes minerais que compõem uma rocha faz com que estes recebam esforços intermitentes durante séculos e séculos, com o contínuo aquecimento diurno (a superfície da rocha geralmente é de 1,5 a 2,5 vezes mais que a temperatura da atmosfera) e resfriamento noturno. Ocorre então a fadiga desses minerais. As variações de temperatura são gradativamente menores quanto maior é a profundidade do solo. As variações diárias atingem no máximo 50 cm, já as anuais atingem no máximo 20m. MINERAL / ROCHA COEF. DE DILATAÇÃO LINEAR (micros/m) para aumento de 1ºC Quartzo Feldspato 8 a 14 1,5 a 19 Granitos 6 a 22 Arenitos 5 a 20 - A água ao congelar aumenta em 9% o seu volume. Decomposição Química: devido principalmente a adaptação dos minerais às novas condições de temperatura e pressão. É caracterizada pela reação química entre a rocha e soluções aquosas diversas. (14) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia Os seguintes fatores contribuem para a decomposição química: oxidação, hidrólise e hidratação, ácido carbônico e dissolução. a) Oxidação (Fe, Mn e S) b) Hidrólise e Hidratação KAlSi3O8 + H2O HAlSi3O8 + KOH + H2O + CO2 2KAlSi3O8 + H2CO3 + nH2O H + HCO3 K2CO3 + Al2(OH)2Si4O10.nH2O + 2SiO2 2KMg2Fe(OH)2AlSi3O8 + ½ O2 + 10H2CO3 + nH2O 2KHCO3 + 4Mg(HCO3)2 + Fe2O3.nH2O + Al2(OH)2Si4O10.nH2O + 2SiO2 + 2H2O c) Dissolução CaCO3 Ca CaCO3 + H2CO3 ++ = + CO3 Ca (HCO3)2 Decomposição Químico-biológica: fungos e bactérias Processos do Meio Físico segundo as Esferas ATMOSFERA Circulação de água no ar Circulação de partículas e gases HIDROSFERA Escoamento das águas em superfície Movimentação das águas de subsuperfície LITOSFERA Endógenos: sismos e vulcanismo Exógenos: intemperismo e movimentos de massa (15) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 2.5.2 Fenômenos Associados à Risco ESCORREGAMENTOS Apresentam como principais características velocidades de deslocamento médias a altas, mobilizam desde pequenos a grandes volumes de solo, rocha e detritos, e podem ser planares, circulares e em cunha. RASTEJO Apresentam velocidades de deslocamento muito baixas, mobilizam solo, rocha e depósitos. QUEDAS Apresentam velocidades altas, mobilizam principalmente materiais rochosos e podem ocorrer na forma de rolamento de matacão, tombamentos e quedas livres de lascas e blocos rochosos. CORRIDAS Apresentam velocidades médias a altas, mobilizam grandes volumes de solo, rocha e detritos, desenvolvem-se ao longo de drenagens com grande raio de alcance e alto poder de destruição. (16) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia Características dos Principais Movimentos de Encosta na Dinâmica Ambiental Brasileira (Augusto Filho, 1992) CARACTERÍSTICAS DO MOVIMENTO, MATERIAL E GEOMETRIA PROCESSOS Rastejo (creep) - Escorregamentos (slides) - Quedas (falls) - Corridas (flow) - - Vários planos de deslocamento (internos) Velocidades muito baixas (cm/ano) a baixas e decrescentes com a profundidade Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes Solo, depósito, rocha alterada/fraturada Geometria indefinida Poucos planos de deslocamento Velocidades médias (m/h) a altas (m/s) Pequenos a grandes volumes de material Geometria e materiais variáveis Planares (solos pouco espessos homogêneos e rochas muito fraturadas) Circulares (solos espessos homogêneos e rochas muito fraturadas) Em cunha ( solos e rochas com dois planos de fraquezas) Sem planos de deslocamento Movimentos tipo queda livre ou em plano inclinado Velocidades muito altas (vários m/s) Material rochoso Pequenos a médios volumes; Geometria variável (lascas, blocos, placas, etc.) Rolamento de matacão Tombamento Muitas superfícies de deslocamento (internas e externas à massa em movimentação) Movimento semelhante ao de um líquido viscoso Desenvolvimento ao longo da drenagem Velocidades médias a altas Mobilização de solo, rocha, detritos e água Grandes volumes de material Extenso raio de alcance, mesmo em áreas planas (17) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia Agentes e Causas dos Escorregamentos ( Guidicini e Nieble, 1976) AGENTES Predisponentes Efetivos Preparatórios Imediatos Complexo Pluviosidade, Chuvas geológico, erosão pela intensas, fusão morfológico, climato- água e vento, do gelo, hidrológico, congelamento erosão, gravidade, calor e degelo, terremoto, solar, tipo de variação da ondas, vento e vegetação temperatura, ação do dissolução homem química, oscilação do freático, ação de animais e antrópica CAUSAS Internas Efeito das oscilações térmicas, redução dos parâmetros de resistência por intemperismo Externas Mudanças na geometria do sistema, efeitos de vibrações Intermediárias Elevação do nível piezométrico, elevação da coluna d’água em descontinuidades, rebaixamento rápido do lençol freático. Erosão subterrânea retrogressiva (piping), diminuição do efeito de coesão aparente AFUNDAMENTOS CÁRSTICOS São afundamentos de terreno que têm como condicionante principal a presença de um substrato rochoso carbonático, que é submetido à dissolução por circulação de água de subsuperfície. Essa dissolução resulta na formação de cavernas subterrâneas, que podem desencadear afundamentos na superfície do terreno. A presença de coberturas de material inconsolidado tende a aumentar o significado geoténico desse processo. Isso se deve à ampliação física da área em afundamento, além do próprio mascaramento dos corpos carbonáticos, produzindo até mesmo terrenos de topografia mais suave em relação ao entorno e, conseqüentemente, podendo atrair usos mais intensivos. O afundamento pode se desenvolver de maneira natural, ou ser acelerado ou deflagrado - por ações próprias do uso do solo, principalmente aquelas que resultam em alterações na dinâmica e nas características da circulação das águas subterrâneas, como a exploração dessas águas. COLAPSO DO SOLO Esse processo consiste no abatimento, mais ou menos rápido, do terreno por adensamento do solo, a partir do colapso de sua estrutura sob saturação, sem haver necessariamente aumento de cargas aplicadas em superfície. Em áreas urbanas, o processo pode ser agravado pela concentração de água a partir de vazamentos dos sistemas de saneamento e de distribuição de água. No primeiro caso, o problema se agrava quando os efluentes lançados nas redes de esgoto são corrosivos ao material da própria tubulação e reagentes do solo, como no caso de dispersantes de argila usados na lavagem de vasilhames em fábricas de bebidas. (18) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia EXPANSÃO DE SOLO Os problemas ligados à variação volumétrica dos solos pela presença de argilo-minerais expansivos ocorrem, quase exclusivamente, como conseqüência das alterações introduzidas pelo próprio uso. Tais alterações resultam na exposição de rocha/solo de alteração a ciclos de umedecimento e ressecamento, em taludes de corte e áreas terraplenadas, gerando um fenômeno também denominado empastilhamento. As áreas onde tal fenômeno ocorre correspondem a formações geológicas, onde predominam litologias com presença significativa de argilo-minerais expansivos. Foram consideradas como tal: Formação Corumbataí/Estrada Nova, na Bacia do Paraná; Formação Tremembé e parte da Formação Caçapava, na Bacia de Taubaté, concentrando-se na Depressão Periférica. Outras formações geológicas podem conter litologias com essas características, mas com menor expressão e não diferenciadas das demais, como é o caso de parte da Formação Itararé, na Bacia do Paraná. Parte significativa dos problemas gerados pela expansão/contração do solo ou da rocha está associada à abertura de estradas (instabilização de taludes por desagregação superficial ou empastilhamento), que conta normalmente com investigações geotécnicas específicas considerando esse aspecto. Entretanto, tal consideração dificilmente ocorre em relação aos problemas de fundação, cujo processo pode se desenvolver associado a edificações e outras obras civis, caso os terrenos com argilo-minerais expansivos sejam expostos a ciclos de umedecimento/ressecamento, promovendo a danificação das estruturas das obras executadas por fundação direta nesses locais. As recomendações mais importantes para a ocupação dessas áreas referemse aos cuidados a ser tomados durante a execução de terraplenagens, quando ocorre a exposição desses materiais a intempéries, e às técnicas adequadas de fundação das edificações nesses terrenos. RECALQUE DE SOLOS MOLES Esse processo tem como condicionante principal a ocorrência de argilas orgânicas moles em subsuperfície. Por serem não-consolidadas, contêm grande quantidade de água em seus vazios. A água, ao ser expulsa, quer por processos naturais de consolidação, devido ao próprio peso das camadas sobrejacentes, quer por indução, drenagem e sobrecargas, leva ao adensamento das argilas. A redução do volume dos sedimentos reflete em recalques na superfície e nas estruturas fundadas nesses materiais, como os aterros, pavimentos ou fundações de edificações e estradas. Esses sedimentos distribuem-se principalmente na planície litorânea, onde se observa, como em Santos, por exemplo, prédios inclinados em conseqüência de recalque de solos moles encontrados em subsuperfície. Outras áreas bastante propícias à ocorrência do problema são as planícies aluviais. (19) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia EROSÃO No Brasil, sobretudo nos estados de São Paulo, Paraná, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Goiás e Minas Gerais, o processo de erosão resulta predominantemente da ação das chuvas (erosão pluvial), responsáveis pela desagregação das partículas das camadas de solo que recobrem as rochas. Essas partículas, por sua vez, são carregadas pela enxurrada. O histórico da ocupação do estado de São Paulo incluiu, de início, o desmatamento, a primeira intervenção antrópica que gerou desequilíbrio das condições naturais. Posteriormente, iniciou-se a ocupação do território, seguida pelo cultivo intenso da terra, pela instalação de rodovias e ferrovias, pelo surgimento dos núcleos urbanos. Hoje, o estado vem sendo marcado por um expressivo processo de expansão urbana. Todas essas alterações, sobretudo quando realizadas de modo inadequado, constituem fatores decisivos para a deflagração e a aceleração dos processos erosivos. Erosão é o processo de desagregação e remoção de partículas de solo ou fragmentos e partículas de rochas, pela ação combinada da gravidade com a água, vento, gelo e/ou organismos (plantas e animais). (IPT, 1986) A erosão pode ser natural ou geológica, quando se desenvolve em condições de equilíbrio com a formação do solo; acelerada ou antrópica, quando a intensidade de sua formação/evolução é superior à do solo, não permitindo a sua recuperação natural. A erosão acelerada pode ser de dois tipos: laminar (ou em lençol), quando provocada por escoamento difuso das águas das chuvas, resultando na remoção progressiva dos horizontes superficiais do solo; ou linear, quando provocada pela concentração das linhas de fluxo das águas de escoamento superficial (enxurrada), resultando incisões na superfície do terreno. A ação da erosão laminar é de percepção difícil mas muito prejudicial à agricultura, pois junto com as partículas da superfície do solo são carreados nutrientes necessários ao desenvolvimento das plantas, expondo as raízes mais superficiais e deixando o solo com baixa fertilidade, o que provoca a queda da produção rural. O controle da erosão laminar é feito por meio de práticas de conservação do solo tais como rotação de culturas, terraços etc. As principais feições que caracterizam a erosão linear são: sulcos, calhas, ravinas e boçorocas. Os sulcos e calhas apresentam uma profundidade inferior a 50 centímetros e podem ser mais facilmente corrigidos pelo manejo do solo. As ravinas são formadas apenas pelo escoamento superficial concentrado de água, onde atuam mecanismos de desprendimento de material dos taludes laterais, que geram o alargamento da feição erosiva. As boçorocas são feições geralmente ramificadas que combinam a ação do escoamento superficial à ação das águas de subsuperfície, proporcionando a aceleração e a complexidade do processo. A ação da água subterrânea ocorre pelo fenômeno do “piping” (erosão interna que remove as partículas do interior do solo, formando “tubos” vazios que provocam colapsos e escorregamentos laterais na parede da boçoroca, promovendo o seu alargamento contínuo). As ravinas e as boçorocas são as feições mais expressivas do processo erosivo, que se desenvolvem em áreas urbanas e rurais. São importantes (20) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia fontes de produção de sedimentos e também servem como canais de transporte desses sedimentos. Quando ocorrem em áreas urbanas, provocam sérios impactos, como a destruição de infra-estrutura urbana (moradias e equipamentos públicos tais como rede viária, postes etc.), expondo a população a situações de risco, e o assoreamento de canais fluviais e reservatórios de abastecimento urbano. O controle dos processos erosivos lineares de médio a grande porte, sejam eles ravinas ou boçorocas, envolve obras de alto custo e complexas de drenagem superficial e subsuperficial, além de obras de estabilização dos taludes. ASSOREAMENTO O assoreamento é um processo de deposição sedimentar acelerada que ocorre em corpos d'água de diversas naturezas, como córregos, rios, lagos, estuários e ambientes praiais. Sua ocorrência já denota um desequilíbrio entre a produção de sedimentos de uma bacia e a capacidade transportadora de sua rede de drenagem. Em ambientes continentais, o assoreamento pode ser resultado de uma alta produção sedimentar de uma bacia hidrográfica, devido à eficiência dos processos erosivos que se instalam em função da alta suscetibilidade de seus terrenos e/ou dos impactos das formas de uso do solo (expansão urbana desordenada, utilização agrícola inadequada, desmatamentos, obras que provocam escoamento concentrado das águas pluviais etc.). É também muito freqüente ocorrer em áreas de remanso de lagos e reservatórios, na forma de deltas arenosos, que por sua vez auxiliam na retenção dos sedimentos vindos de montante. Os materiais argilosos são transportados mais facilmente para o interior dos lagos, sendo os primeiros a atingir a tomada d'água nos reservatórios. Em ambientes costeiros, o assoreamento pode ser fruto de um excesso material sedimentar despejado no mar, em estuários e baías fechadas que não conseguem dispersá-lo ao longo das correntes oceânicas; como pode ser resultado de processos erosivos na própria costa, com carreamento e deposição de material que depende dos vetores resultantes das correntes marinhas. São inúmeros os impactos ambientais causados pelo assoreamento, entre eles a diminuição do volume e da vida útil de reservatórios, a abrasão de turbinas em hidroelétricas, problemas de regularização de curso d'água em reservatórios de controle de cheias, diminuição do calado para navegação em rios, portos e hidrovias, enchentes em áreas urbanas, erosão de margens de rios e praias, impactos na limnologia das águas aumentando a eutrofização, perda da eficiência de obras hidráulicas e da drenagem urbana, além de prejuízos ao lazer. As medidas corretivas e preventivas do assoreamento requerem estudos específicos, considerando-se a dinâmica sedimentar desde as áreas fonte até as áreas de deposição. Esses estudos devem contemplar amostragens diretas (testemunhagens) e indiretas (geofísica) e ensaios laboratoriais, além da caracterização qualitativa e quantitativa dos depósitos. As medidas preventivas pressupõem o controle e a prevenção da erosão nas áreas de (21) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia produção de sedimentos e as corretivas, como dragagens, aproveitamento mineral dos depósitos e obras hidráulicas específicas. 3. MINERAIS Definição: Mineral é uma substância sólida natural, inorgânica e homogênea, que possui composição química definida e estrutura atômica característica. Um ou mais elementos químicos podem constituir os minerais. Os minerais geralmente formados por apenas um elemento, são geralmente elementos nativos (cobre, ouro, enxofre, etc.). Alguns minerais são amorfos e não tem forma própria, sendo que os minerais não amorfos formam os cristais, que são corpos com formas geométricas, limitadas por faces, arranjadas de maneira regular e relacionadas com a orientação da estrutura atômica. Os minerais podem apresentar polimorfismo, que indicam uma mesma composição química, mas com estrutura cristalina e consequentemente, propriedades físicas distintas (diamante e grafita). Algumas vezes apresentam isomorfismo, fenômeno apresentado por substâncias que possuem estrutura cristalina semelhante e composição química distinta (plagioclásio). 3.1 Propriedades Físicas  Estrutura  Brilho (metálico, vítreo, resinoso ou graxo, sedoso, perláceo, adamantino, fosco, etc.)  Cor  Traço  Clivagem (perfeita, boa, distinta e imperfeita)  Fratura, para aqueles minerais que não apresentam clivagem (irregular ou concóide);  Dureza (escala de Mohs) (22) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia ESCALA DE DUREZA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MINERAIS PADRÃO Talco Gipsita Calcita Fluorita Apatita Ortoclásio Quartzo Topázio Córindon Diamante COMPOSIÇÃO QUÍMICA Mg3SiO4(OH)2 CaSO4.2H2O CaCO3 CaF2 Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) KAlSi3O8 SiO2 Al2SiO4(OH,F)2 Al2O3 C REFERÊNCIAS RELATIVAS Riscam-se com a unha Risca-se com objeto de cobre Riscam-se com o canivete ou com o canto do vidro Risca o vidro com dificuldade Riscam o vidro Riscam o vidro com facilidade  Tenacidade  Magnetismo  Peso Específico Peso Específico = Par Par - P imerso água Par – Peso do mineral no ar P imerso água – Peso do mineral imerso na água 3.2 Principais Minerais Formadores de Rocha Na formação dos minerais, três fatores são importantes: pressão, temperatura e disponibilidade de material químico. De um modo geral, existem aproximadamente 2.000 minerais estudados e classificados, apesar de poucos representarem os que formam as rochas. Assim, os feldspatos perfazem cerca de 60% da totalidade dos minerais, depois seguem-se os anfibólios e piroxênios 17%, seguidos pelo quartzo (12%) e as micas (4%). Durante o processo de diferenciação geoquímica da terra, dez elementos se concentraram na crosta e formam a grande maioria dos minerais. São eles: Oxigênio (46,6%) Silício (28,2%) Alumínio (8,2%) Ferro (5,6%) Cálcio (4,2%) Outros (Na, K, Mg, Ti, P) (23) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia A classificação dos minerais é baseada em sua composição química, sendo o principal grupo formado pelos silicatos. 3.1. – Silicatos Os silicatos, estruturalmente, apresentam o íon Si+4 situado entre quatro íons de O-2 compondo um arranjo tetraédrico (SiO4) -4, o alumínio, como também o ferro e o magnésio substituem a sílica neste arranjo. O restante das estruturas dos silicatos é formada por outros cátions de outros elementos comuns (Na, K, Ca, etc.), moléculas de água e íons hidroxila. Os silicatos são subdivididos em subclasses conforme o tipo de ligação entre as estruturas tetraédricas. a) Nesossilicatos São silicatos que contém tetraedros (SiO4) cátions de Fe, Mg, etc. –4 Independentes, ligados por Principais exemplos: olivina e minerais acessórios (granada, titanita e zircão) b) Inossilicatos Contém unidades tetraédricas ligadas por oxigênio em comum, formando cadeias simples e compostas. Por causa disso, o hábito destes minerais é em geral alongado, do tipo prismático. Principais exemplos: piroxênios e anfibólios c) Filossilicatos Os minerais desta classe são hidratados e suas unidades tetraédricas se dispõem em folhas, onde cada tetraedro e ligado a outros três por oxigênios em comum. O hábito destes minerais é foliáceo. Principais exemplos: micas (biotita e muscovita) e argilominerais d) Tectossilicatos Apresentam tetraedros ligados entre si por oxigênios em comum, resultando em uma estrutura tridimensional. Principais exemplos: feldspato, quartzo, feldspatóides e zeólitas. 3.2. – Não - silicatos a) Elementos Nativos Compreende qualquer elemento, na sua forma não combinada, encontrado na natureza (grafita). (24) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia b) Sulfetos Como exemplo podemos citar a pirita. c) Óxidos e Hidróxidos Nestes minerais os ânions O-2 ou OH- se ligam a um ou mais metais. São exemplos: magnetita, hematita, ilmenita, limonita e goethita, bauxita e pirolusita. d) Carbonatos São caracterizados pelo ânion (CO3)-2. A calcita e a dolomita são os principais representantes. e) Halóides São minerais caracterizados pela presença de um ânion de um elemento halogênico. O mais comum é o NaCl (halita). f) Sulfatos Caracterizam-se pela presença do ânion (SO4)-2, sendo o mais comum o gipso. 4. ROCHAS Definição: Agregado natural formado por um ou mais minerais, que constitui uma parte essencial da crosta terrestre. São divididas em três grandes grupos: - Magmáticas ou ígneas; Sedimentares; Metamórficas. 4.1 . Rochas Ígneas Definição: Provêm da consolidação do magma, portanto diz-se que tem origem primária, pois delas se derivam, por vários processos as rochas sedimentares e metamórficas. (25) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia Uma rocha magmática expressa as condições geológicas em que se formou através da análise de sua textura, composição mineralógica e composição química. Textura: engloba os aspectos descritivos da rocha, relativos ao grau de cristalização, tamanho e forma dos grãos minerais, relações mútuas entre eles. GRAU DE CRISTALIZAÇÃO Holocristalina Inteiramente constituída por cristais (lentamente resfriada) Hipocristalina Constituída por vidro e cristais Holohialinas Constituída por vidro (rapidamente resfriada) FORMA Euédrico (idiomórfico) Mineral completamente limitado por suas faces cristalinas Subédrico (hipidiomórfico) Mineral parcialmente limitado por suas faces cristalinas Anédrico (xenomórfico) Mineral que não apresenta faces cristalinas CRISTALINIDADE Fanerítica Cristais individuais visíveis a olho nu Afanítica Cristais invisíveis a olho nu. Microcristalina Podem ter vidro ou ser totalmente cristalinas Criptocristalina Cristais reconhecidos ao microscópio Cristais reconhecidos microscópio não ao TEXTURA Granular Rocha holocristalina, com os minerais constituintes aproximadamente eqüidimensionais. Ineqüigranular Rochas apresentando cristais de diferentes tamanhos Porfirítica Rocha apresentando cristais maiores (fenocristais), dispersos em uma matriz uniformemente mais fina Poiquilítica Rocha apresentando cristais relativamente maiores de determinado mineral, que engloba cristais menores (26) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia GRANULAÇÃO TAMANHO (mm) Muito Grossa > 60 (> 30) 2 – 60 (5 – 30) Grossa 0,06 – 2 (1 – 30) Média 0,002 – 0,06 (< 1) Fina Muito Fina < 0,002 (IAEG, 1981) Composição Mineralógica: - minerais essenciais – normalmente são apenas 2 ou 3 ( feldspato, quartzo, anfibólio - piroxênio, olivina, muscovita, biotita e nefelina) - minerais acessórios – granada, zircão, etc. Em função da presença de minerais claros e escuros podem classificar-se em: - leucocrática (ricas em minerais claros com menos de 30% de minerais escuros); - mesocrática (30 a 60% de minerais escuros); - melanocrática (mais de 60% de minerais escuros). Composição Química: Em função do teor de SiO2 (quartzo + silicatos) as rochas magmáticas classificam-se em: - ácidas (> 65% SiO2); - neutras (65 a 52% SiO2); - básicas (52 a 45% SiO2); - ultrabásicas (< 45% SiO2). Classificação de Rochas Ígneas CLASSIFICAÇÃO QUÍMICA Ácidas TEOR DE SIO2 > 65% CLASSIFICAÇÃO PETROGRÁFICA / GRANULOMÉTRICA Granito (>0,06mm) e riolito (<0,06mm) Intermediárias 65 – 52% Diorito (>0,06mm) e andesito (<0,06mm) Básicas 52 – 45% Gabro (>2mm), diabásio (2-0,06mm) e basalto (<0,06mm) Ultrabásicas < 45% Peridotito e piroxenito Formas de Ocorrência (27) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia - rocha intrusiva / plutônica / abissais - rocha extrusiva / vulcânica / efusivas - hipoabissais - (pegmatitos e aplitos) 4.1.1 Principais Rochas Magmáticas ROCHA Granito (ácidas) P L U T Ô Diorito NI (intermed.) C A S Sienito / Nefelina Sienito ESTRUTURA maciça maciça TEXTURA Porfirítica MINERAIS ESSENCIAIS Cinza a rosaQuartzo (20-30%), avermelhada plagioclásio+ feldspato potássico (50-70%) e (biotita /hornblenda – 5 a 25%) Cinza-escura Plagioclásio, biotita, (mesocrático) hornblenda (quartzo (<10%), feldspato potássico) Esbranquiçada, Feldspato potássico rosa a marrom- (biotita / hornblenda, avermelhada quartzo <10%) (leucocrático) Cinza-escura Plagioclásio cálcico preta (45-65%), augita (mesocrático) (25-45%) e opacos Preta, Olivina / piroxênio esverdeada (melanocrático) Cinza a rosada Quartzo, plagioclásio, feldspato potássico (biotita / hornblenda) Cinza-escuro / Plagioclásio, biotita, marromhornblenda (quartzo, esverdeada feldspato potássico) (mesocrático) Cinza a verde Feldspato potássico escuro (biotita / hornblenda) (leucocrático) (mesocrático) (nefelina / sodalita) Afanítica microgranular Cinza-escuro a preta Granular fina a grossa (granular, menos freqüente porfirítica) Granular fina a grossa (fanerítica) maciça Granular fina a grossa Gabro / Diabásio maciça Peridotito / Piroxenito maciça Granular grossa fina a média Granular fina a grossa Riolito Maciça / vesículoamigdaloidal V U L Andesito C Â NI C Traquito A S Fonolito Basalto Maciça Granular cripto a microcristalina (porfirítica) Porfirítica Maciça Porfirítica Maciça / vesículoamigdaloidal COR Plagioclásio cálcico (35-50%), augita (20-40%) e opacos (5-15%) (IAEG, 1981) (28) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 4.1.2 Principais Características Geotécnicas - São as que apresentam melhor comportamento geomecânico; - São as mais utilizadas em construção civil; - Algumas são importantes matérias-primas industriais; - Rochas plutônicas têm resistências mecânicas altas (homogeneidade, forte coesão dos minerais e granulação mais grossa); - Rochas vulcânicas maiores resistências que as plutônicas quando compactas (cuidado especial com vesículas ou amígdalas); - Grande quantidade de quartzo aumentam a resistência mecânica porém aumentam a abrasividade; - Os granitos devido a sua homogeneidade, isotropia, elevadas resistências a compressão e alteração, baixa porosidade, etc., favorecem seu uso em obras civis tanto em fundações, como em material para construção. Sua aparência contribui para o uso como rocha ornamental; - Granito: - - - - Presença ocasional de juntas de alívio próximo à superfície (até 20 – 30 metros); - Perfil de Intemperismo sequencial característico; - Cuidados com zonas de alteração hidrotermal; - Alteração dos feldspatos para caulinita (saibro). Vulcânicas: - Complexidade geológica; - Presença de fraturas de resfriamento sub-verticais; - Presença freqüente de minerais expansivos; - Canais e ou vales soterrados; - Vazios e túneis; - Presença de intertraps. - Rochas ornamentais (sodalita sienito – Azul Bahia); - Processos intempéricos e lixiviação levam a formação de bauxita. - Usos como pedra britada, em agregados asfálticos e lastros para ferrovias; - Presença de montmorilonita (mineral de alteração) leva a rápida desagregação para ciclos de umidade e secagem. Sienitos: Basaltos: (29) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 4.2 . Rochas Sedimentares Definição: São aquelas formadas a partir de material originado da destruição erosiva de qualquer tipo de rocha. Material que deverá ser transportado e posteriormente depositado ou precipitado em um dos muitos ambientes de sedimentação da superfície terrestre. As rochas sedimentares são geralmente classificadas conforme sua origem em: - Detríticas; - Químicas; - Bioquímicas. Rochas Detríticas Uma rocha sedimentar detrítica típica consiste em uma fração principal formada por clastos e uma fração secundária de caráter químico, que preenche os espaços intersticiais e serve para manter unidas as partículas. A fração principal é proveniente de algum processo erosivo e é levada ao local de deposição por algum agente de transporte. Durante o transporte e a deposição certos grãos da mistura original são selecionados e outros acrescidos, dando como produto final uma mistura de partículas cujas dimensões podem variar entre grandes limites (mal selecionados) ou estarem muito restritas (bem selecionadas). Estas relações entre os tamanhos, formas e disposição entre as partículas, chamada de textura, caracteriza o ambiente de transporte e deposição, além da fonte de material. Assim, a textura e as estruturas primárias (estratificação cruzada, marcas onduladas, gretas de contração, marcas de sola, estratificação gradativa, etc.), originadas durante a deposição dos sedimentos, além da presença de fósseis e as relações estratigráficas imprimirão nas rochas sedimentares as principais características dos ambientes de deposição. Os principais componentes das rochas detríticas são: clastos, matriz e cimento. Clastos: fragmentos de rochas e grãos minerais; Matriz: de granulometria mais fina localizada entre os clastos; Cimento: une os grãos e matriz, sendo determinante para uma maior ou menor resistência mecânica da rocha. Estas rochas se formam a partir dos processos que compõem o ciclo sedimentar: o intemperismo, a erosão, o transporte, a deposição e a litificação. (30) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia CICLO SEDIMENTAR ROCHA ÍGNEA OU MAGMÁTICA ROCHA SEDIMENTAR ROCHA METAMÓRFICA INTEMPERISMO Físico (temperatura) Químico (hidrólise) P R EROSÃO O C Água Vento Gelo TRANSPORTE E SEDIMENTO S Aparecimento das estruturas sedimentares (acamamento) S DEPOSIÇÃO O S Cimentação Compactação Recristalização LITIFICAÇÃO ROCHA SEDIMENTAR (31) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 4.2.1 Formas de Ocorrência As rochas sedimentares constituem apenas 5% do volume da crosta conhecida, no entanto correspondem a 75% das áreas de afloramentos. Apesar de sua espessura variar de zero até 12,8km, a média alcançaria cerca de 2,2km nas superfícies continentais. Dos muitos tipos de rochas sedimentares conhecidas, somente poucas são comuns, sendo que 99% destas rochas são constituídas por três tipos principais: argilitos/siltitos/folhelhos (42%), arenitos (40%) e calcários (18%), segundo Krynine (1948). 4.2.2 Principais Rochas Sedimentares DETRÍTICAS - Conglomerado; Arenito; Siltito; Argilito / Folhelho; Calcário (acumulação fragmentos ou grãos carbonáticos). Escala de Classificação Granulométrica dos Sedimentos Detríticos TAMANHO LIMITE DA CLASSE (mm) CLASSE > 256 Bloco 256 – 64 Pedra 64 – 4 Seixo SEDIMENTO Cascalho ROCHA A B C Conglomerado ou Brecha Psefito Rudito Psamito Arenito Pelito Lutito (>25% ->2mm) 4–2 Grânulo 2–1 Areia muito grossa 1 – 0,5 Areia grossa Areia 0,5 – 0,25 Arenito Areia média (>50% - 2 a 0,06mm) 0,25 – 0,125 Areia Fina 0,125 – 0,06 Areia muito fina 0,06 – 0,004 Silte Silte Siltito < 0,004 Argila Argila Argilito (32) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia QUÍMICAS E BIOQUÍMICAS - Calcário (química e bioquímica); Dolomito (química inorgânica); Evaporitos (química inorgânica); Carvão (bioquímica) Classificação Mineralógica e Granulométrica das Rochas Carbonáticas Sedimentares CLASSIFICAÇÃO MINERALÓGICA DOLOMITA (%) CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA (IAEG, 1981) TAMANHO DOS GRÃOS (mm) Calcário 0 – 10 Calcirudito >2 Calcário dolomítico 10 – 50 Calcarenito 0,06 – 2 Dolomito calcítico 50 – 90 Calcissiltito 0,002 – 0,06 Dolomito 90 - 100 Calcilutito < 0,002 4.2.3 Principais Características Geotécnicas - Geralmente presença de estruturas originadas durante o processo de deposição (acamamento). ARENITOS: - Influência da Cimentação: - Quartzo (mais resistência – comportamento frágil); - Carbonatos (solubilização); - Argilominerais (menos resistentes); - Minerais evaporíticos (fluência com o tempo). - Tendência a comportamento frágil; - Importante reservatório de água e hidrocarbonetos; - Presença de intercalações de argilito e siltito (principal/e inclinados e com água) – dificuldade de recuperação de amostras; - Não apresenta um perfil de alteração típico; - Presença de níveis de água suspenso, quando da ocorrência de intercalações de argilito e folhelhos. PELITOS (SILTITOS, ARGILITOS E FOLHELHOS): - Um dos materiais mais críticos do ponto de vista geotécnico; - Susceptibilidade à desagregação (slaking) – presença de minerais argilosos expansivos e pirita; - Baixa resistência paralela ao acamamento; - Folhelhos escuros de grande importância como rochas geradoras de hidrocarbonetos; (33) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia - Alta deformabilidade, principalmente quando alterados; - Susceptibilidade à expansão (montmorilonita/ilita e pirita). CARBONATOS: - Solubilidade (cavernas) em meio ácido; - Efeitos de solubilidade no passado (dolinas); - Presença de finas camadas de argila; - Cavernas preenchidas por argila não adensada; - Perfil de Intemperismo bastante característico; - Ocorrência restrita; - Utilização como material de construção (brita e pedra de mão); - Obtenção de cal, utilização como corretivo de solo e indústria de cimento; - Resistência e deformabilidade bastante variável. EVAPORITOS (halita, karnalita, silvinita e taquidrita): - Solubilidade; - Variação de umidade causa variação volumétrica; - Resistência e deformabilidade variam em função da umidade; - Baixa permeabilidade. CARVÃO: - Importantes depósitos de valor econômico. 4.3 . Rochas Metamórficas Definição: tanto as rochas magmáticas como as sedimentares podem ser levadas por processos geológicos a condições diferentes daquelas nas quais se formou a rocha. Estas condições podem determinar a instabilidade dos minerais preexistentes, estáveis nas condições em que forma formados. Estas rochas sofrem transformações sob a ação das novas condições de temperatura, pressão, presença de voláteis e fortes atritos. As rochas metamórficas constituem cerca de 15% da crosta terrestre e são produtos resultantes de condições intermediárias entre aquelas das rochas ígneas e sedimentares. Processos: - recristalização dos minerais preexistentes formação de novos minerais deformação mecânicas nos minerais (34) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia - textura orientada Estima-se que, no metamorfismo, a pressão varie de 200 a 1000MPa e a temperatura atinja até 800ºC. Dependendo do ambiente geológico e da extensão geográfica onde ocorram estas transformações, o metamorfismo pode ser classificado em: local, regional ou dinâmico. O metamorfismo local ou de contato ocorre quase que exclusivamente pela ação do aquecimento de rochas ígneas, sedimentares ou metamórficas, ao redor de intrusões ígneas ou abaixo de derrames espessos. São em geral maciças e não foliadas. (Exemplos: serpentinito e esteatito) O metamorfismo regional está associado a grandes áreas e geralmente ligados a formação de cinturões orogênicos (formação de montanhas). São atingidas temperaturas da ordem de 700 e possivelmente 800ºC. (Exemplos: ardósias, filitos, xistos, gnaisses, migmatitos, mármores e quatzitos) Metamorfismo dinâmico é aquele que ocorre ao longo de zonas de cisalhamento, onde predomina processos relacionados a deformação mecânica que origina uma redução na granulação e recristalização subseqüente. (Exemplo: milonito) (35) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 4.3.1. Principais Rochas Metamórficas ROCHA ESTRUTURA COR TIPO METAMORFISMO MINERAIS ESSENCIAIS Ardósia Clivagem ardosiana Tons de cinza ou Regional marrom Sericita, quartzo Filito Xistosidade Tons de cinza ou Regional marrom Sericita, quartzo Xisto Xistosidade Tons de cinza ou Regional marrom Micas, quartzo Gnaisse Gnáissica Tons de cinza Regional por vezes róseo Feldspatos, quartzo, biotita e/ou hornblenda Migmatito Migmatítica Tons de cinza Regional por vezes róseo Feldspatos, quartzo, biotita e/ou hornblenda Milonito Milonítica Tons de cinza Dinâmico Variada Hornfels Maciça Variada Contato Variada Quartzito Maciça foliada ou Branca, com Regional tons róseos ou verde Mármore Maciça Cinza a Branca, Regional com tons róseos ou verde Anfibolito Maciça foliada ou Verde escura a Regional preta Serpentinito Maciça Verde marrom Esteatito Maciça Cinza ou marrom Contato ou Contato Quartzo sericita e Calcita e dolomita ou Hornblenda plagioclásio e Serpentina Talco (36) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 4.3.2 Principais Características Geotécnicas - Anisotropia – as características geotécnicas variam extremamente em função da direção da anisotropia (xistosidade); - Complexidade estrutural (maior número de sondagens); - Zonas de baixa resistência ( xistosidade); - A resistência é função do ângulo da xistosidade; - Presença de Falhas e ou zonas fraturadas; - Alterabilidade; - Quanto maior o grau de metamorfismo maior a resistência da rocha e melhores as características geotécnicas; FILITO /XISTOS Altera-se facilmente; Geralmente expansíveis; Não são utilizadas como materiais de construção GNAISSE/MIGMATITO Resistentes e adequadas a maioria dos propósitos da engenharia desde que não alterados ou possuidoras de planos de foliação em quantidades que venham a configurar descontinuidades ou planos propícios a escorregamentos; Ótimo agregado; Ótimo como fundação; Presença de juntas de alívio, próximo à superfície. QUARTZITO Muito pouco susceptível a erosão e intemperismo; Deformabilidade adequada; Muito duro, com altas resistências à britagem e ao corte de serras diamantadas; Quando da presença de micas são utilizados como revestimentos (pedra mineira); Como agregado, problemas de sílica amorfa. SERPENTINITO Fontes de amianto ESTEATITO Apresentam baixa dureza e resistência mecânica. ARDÓSIA Favorece a escorregamento e outros processos; Sua fissibilidade permite a retirada de placas para revestimento de pisos e telhados em climas frios. MÁRMORE Características físico-mecânicas semelhantes ás dos calcários; Muito utilizados como revestimentos de pisos e paredes. MILONITOS Baixa qualidade físico-mecânica; Muito sujeitas ao intemperismo (37) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia Bibliografia  BRANCO, P. M. Dicionário de Mineralogia. 1 Ed. Rio de Janeiro, P.M.Branco/CPRM, 1979. 254p.  CLARK JR., S. P. Estrutura da Terra. 1 Ed. São Paulo, Blücher, 1973. 121p.  DAPLLES, E.C. Geología Básica en Ciencia e Ingeniería. 2. Ed. Barcelona, Omega, 1968. 640p.  EICHER, D.L. Tempo Geológico. 1. Ed. 172p.  ERNST, W. G. Minerais e Rochas. 1 Ed. São Paulo, Blücher, 1971. 162p.  LEET, L.Don; JUDSON, Sheldon. Fundamentos de Geología Física. 1. Ed. (2. Reimpresión). México, Limusa, 1975. 450p.  LEINZ, Viktor; AMARAL, S.E. do. Geologia Geral.13. Ed. Rev. São Paulo, Nacional, 1998. 399 p. São Paulo, Blücher, 1975.  MEDINA, J. de. Um Engenheiro Geotécnico Face à Geologia. In: 9º Congresso Brasileiro de Geologia. ABGE. São Paulo. 1999;  OLIVEIRA, A.M.S. & BRITO, S.N.A. Geologia de Engenharia. São Paulo. ABGE, 1998. 587p.  OLIVEIRA, A.M.S. & BRITO, S.N.A. Geologia de Engenharia. São Paulo. ABGE, 1998. 587p.  OLIVEIRA, A.M.S. & BRITO, S.N.A. Geologia de Engenharia. São Paulo. ABGE. 587p., 1998;  OLIVEIRA, A.M.S.; BITAR, O.Y.; FORNASARI, N. F. Curso de Geologia Aplicada ao Meio Ambiente. ABGE/IPT. São Paulo, 1995 (Série Meio Ambiente);  PELOGGIA, A.G. Avanços Recentes na Geologia de Engenharia: O Homem no Ambiente Geológico. In: 9º Congresso Brasileiro de Geologia. ABGE. São Paulo, 1999;  PETTIJOHN, F.J. Rocas Sedimentarias. Trad. 2. Ed. Eudeba. Buenos Aires, 1963. 731p.  ROCHA, J.C.S. da; ANTUNES, F. dos S.; ANDRADE, M.H. de N. Caracterização Geológica-Geotécnica dos Materiais Envolvidos nos Escorregamentos da Vista Chinesa. In: 1.ª Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas. ABGE. Rio de Janeiro, 1992; (38) ______________________________________________________FACULDADE “PIO DÉCIMO” Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia  SIAL, A.N. & McREATH, I. Petrologia Ígnea – Os Fundamentos e as Ferramentas de Estudo. Volume1. 1.Ed. Salvador, SBG/CNPq/Bureau, 1984.180p.  TARGAS, D.N. Associação Brasileira de Geologia de Engenharia - 30 anos - Edição Comemorativa. ABGE. São Paulo, 1999.  TOGNON, A.A. Glossário de Termos Técnicos de Geologia de Engenharia. 1. Ed. São Paulo, ABGE, 1985. 139p.  WINKLER, H. Petrogênese das Rochas Metamórficas. Tradução da 4.Ed. São Paulo, Blücher, 1977. 254p. (39)