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Geologia de Engenharia I Rochas Ígneas - aplicações Prof. Rodrigo Peroni Rochas Ígneas e a Engenharia n Construção Civil - Edificações O granito é a rocha mais empregada na construção civil. Usos do granito: blocos p/pedestal de monumentos, alicerce, muros e meio-fios, paralelepípedos e pedras irregulares p/ pavimentação, brita p/concreto e pavimentação, placas p/revestimentos. Depósitos de areia em regiões graníticas. O basalto tem utilização maior como brita. Pq. não há depósitos de areia em regiões de basalto? 1 Rochas Ígneas e a Engenharia nAterros Solos graníticos são constituídos de grãos de quartzo e argila. Com isso, são excelentes materiais para construção de aterros pois aliam as duas componentes de resistência dos solos: ângulo de atrito devido aos grãos e coesão derivada das argilas. Esses solos tem pouca deformabilidade e média permeabilidade. Solos basálticos são mais argilosos e não oferecem as mesmas características de resistência embora tenham baixa permeabilidade. Isso origina a execução de aterros com paredes de menor verticalidade, taludes mais inclinados aumentando seu custo. Rochas Ígneas e a Engenharia n Estradas Rochas graníticas fornecem brita de forma cubóide, ideal para uso em base de estradas devido a sua elevada resistência a compressão e ao desgaste. As restrições ficam por conta da pouca adesividade do asfalto em relação ao quartzo (uso de aditivos químicos). Basaltos fornecem britas de formato lamelar devido ao intenso diaclasamento dessas rochas diminuindo sua resistência . 2 Rochas Ígneas e a Engenharia n Túneis Na construção de túneis, o aspecto mais importante são as estruturas presentes no maciço. Derrames basálticos: Túneis Diacl. Tabular Diacl. Colunar Desmoronamentos maiores menores Escoramento teto mais robusto menos robusto Esp. abóboda concreto maior menor Poder explosivos menor maior Infiltrações água menor maior Rochas Ígneas e a Engenharia Túneis Granitos dependerá do grau de fraturamento. Túneis Pouco fraturado Desmoronamentos menores Escoramento teto menos robusto Esp. abóboda concreto menor Poder explosivos maior Infiltrações água menor 3 Rochas Ígneas e a Engenharia n Barragens Em regiões de rochas basálticas muito diaclasadas pode haver problemas de permeabilidade resultando em fuga de água do reservatório e problemas na barragem. Nesses casos se faz uma cortina de cimento (calda de cimento injetado) para “impermeabilizar” as fraturas abertas. n Fundações Os problemas de fundação relacionam-se, principalmente, aos solos derivados das rochas ígneas. Os solos graníticos são mais resistentes que os argilosos solos basálticos. Porém a existência de matacos em solos graníticos é maior. n Taludes Taludes em regiões graníticas podem ser mais íngremes devido a maior estabilidade dessas em relação aos basaltos. Materiais rochosos para construção Agregados Econômica n – – – O custo do agregado é muito menor do que o custo do cimento; Os agregados ocupam de 60 - 80 % do volume do concreto; A produção nacional de agregado é de aproximadamente 200 milhões de ton/ano, o que significa uma produção maior do que a própria produção de ferro nacional. Técnica n – – – – – Influenciam muitas propriedades do concreto no estado fresco e endurecido Trabalhabilidade; Retração por secagem; Propriedades mecânicas; Desgaste por abrasão. 4 Rochas Ígneas e a Engenharia Material Bloco de rocha Matacão Amostra de mão pedregulhos Areias Brita 3 Brita 2 Brita 1 Brita 0 Pedrisco Pó de pedra e areia Areia grossa Areia média Areia fina Material pulverulento Silte Argila Granulometria φ > 1m 250 mm < φ < 1m 75 < φ < 250 mm 4,8 < φ < 75 mm 4,8 < φ < 50µm 38< φ < 50 mm 25< φ < 38 mm 19< φ < 25 mm 12,5 < φ < 19 mm φ < 9,5 mm φ < 4,8 mm 4,8 < φ < 6,3 mm 1,2 < φ < 2,4 mm 0,6 < φ < 0,15 mm φ < 75µm 50 < φ < 5µm φ < 5µm Rochas Ígneas e a Engenharia Agregados – aplicações em concreto hidráulico n Contribuir na resistência do concreto aos esforços solicitantes, ao desgaste e à ação intempérica; n Reduzir as variações de volume provenientes de causas diversas; n Reduzir custos pela economia de cimento. Um concreto hidráulico deve apresentar as seguintes qualidades: n Adequada distribuição granulométrica para obter maior compacidade, resultando em menor índice de vazios, permitindo maior economia de cimento e ganho de resistência; n Forma das partículas mais equidimensional possível, para garantir a facilidade de manuseio e operação, aumentar a compacidade e promover maior resistência do concreto; n Rugosidade adequada para melhorar a aderência da argamassa/agregado; n Resistência mecânica adequada, para suportar às solicitações físico-mecânicas, tanto durante a preparação do concreto quanto àquelas advindas dos esforços estruturais; n Adequada composição mineralógica, para garantir a sua durabilidade e evitar reações químicas indesejáveis com substâncias químicas presentes no cimento; n Ausência de impurezas associadas, para impedir o empobrecimento da qualidade do concreto. 5 Rochas Ígneas e a Engenharia Agregados – aplicações em concreto betuminoso Resistir e distribuir as cargas provenientes do tráfego; Melhorar a capa de rolamento quanto ao conforto e à segurança dos veículos n Resistir aos esforços horizontais (cisalhantes) tornando mais durável a superfície de rolamento O agregado para aplicação no concreto betuminoso deve possuir: n Boa tenacidade e resistência ao polimento, para suportar as ações mecânicas promovidas pelo avanço dos pneus dos veículos; n Boa resistência à compressão, para resistir ao peso dos veículos; n Ausência de minerais alteráveis, para resistir às ações intempéricas; n Boa adesividade, para impedir o descolamento da película de betume; n Forma a mais equidimensional possível, para diminuir o consumo de betume e também melhorar a resistência mecânica. n n Rochas Ígneas e a Engenharia 6 Rochas Ígneas e a Engenharia Agregados – aplicações em lastro de ferrovia Dar a base sólida aos dormentes, distribuindo as cargas de maneira uniforme, sobre toda a superfície da plataforma; n Assegurar uma boa drenagem, evitando que os dormentes se instabilizem, caso o lastro fique saturado em água; n Preencher os vazios entre os dormentes, evitando seu deslocamento quando da passagem de composições; n Dificultar o crescimento de vegetação daninha nas vias; n Impedir a subida de lama da plataforma, quando essa eventualmente saturar; n Permitir elasticidade para a via; Para aplicação em lastro de ferrovia os agregados devem ter: n Alta tenacidade, para suportar o impacto dos instrumentos de compactação do lastro e devido à passagem das composições; n Alta resistência ao desgaste, para resistir às ações de atrito devido à passagem das composições e movimentação horizontal dos trilhos; n Alta resistência à compressão, para suportar o peso dos veículos; n Apresentar minerais inalteráveis, para resistir ao intemperismo; n Forma adequada das partículas, para garantir bom imbricamento do lastro e manter sua estabilidade geométrica. n Rochas Ígneas e a Engenharia 7 Rochas Ígneas e a Engenharia Agregados – aplicações em enrocamento n n n n n n n n n Compor o maciço da barragem Compor muros de arrimo para estabilização de taludes e aterros na forma de simples justaposição de blocos ou na forma de gabiões, em que os fragmentos de rocha são acondicionados em gaiolas metálicas; Formar camada de proteção de aterros viários de taludes costeiros, de barragens de terra e de pilares de pontes, contra a erosão de impacto de ondas; Servir como elemento de transição para evitar carreamento de partículas de aterros pela ação das chuvas ou por desagregações, pelo umedecimento ou pela secagem; Constituir barramento provisório, por exemplo, como ensecadeiras na fase de construção de barragens; Para aplicação em enrocamento os agregados devem ter: Baixa alterabilidade, para suportar os ciclos de saturação e secagem, na zona de oscilação do nível de água, evitando a desagregação e aumentando a durabilidade do enrocamento; Resistência mecânica adequada, para resistir às ações mecânicas do processo construtivo e das solicitações em serviço; Forma e distribuição granulométrica adequadas, para garantir bom imbricamento e assegurar estabilidade estrutural. Rochas Ígneas e a Engenharia 8 Rochas Ígneas e a Engenharia Agregados – aplicações em filtro de barragem n Criar meio poroso para garantir a interceptação de fluxos preferenciais de água, eventualmente existentes no aterro e conduzi-los para jusante da barragem; n Promover a drenagem da fundação com redução das subpressões que seriam prejudiciais à estabilidade da barragem. Para aplicação em filtro de barragem os agregados devem ter: n Ser mais permeável que o solo a ser protegido, permitindo a livre drenagem de água; n Ter distribuições granulométricas adequadas, evitando que as partículas do solo sejam carreadas através de seus vazios; n Ser constituído de material não desagregável e de difícil solubilização. Rochas Ígneas e a Engenharia Agregados – aplicações em lages de revestimento Manter os aspectos estéticos ao longo do tempo Promover isolamento (ou conforto) térmico na edificação; n Proteger as estruturas do intemperismo; n Facilitar a limpeza e higiene do ambiente. As Lages de revestimento devem atender aos seguintes requisitos de qualidade para que possam apresentar bom desempenho: n Alta resistência ao intemperismo e a agentes químicos agressivos, quando usados em revestimentos de exteriores e pisos principalmente; n Baixa capacidade de absorção de líquidos, visando evitar manchamentos e também sua deterioração; n Baixa dilatação térmica, para garantir estabilidade do revestimento; n Alta resistência ao desgaste, para serem usadas em pisos; n Alta resistência à flexão quando da sua utilização em revestimento fixado por ancoragens metálicas; n Aspecto estético agradável. n n 9 Rochas Ígneas e a Engenharia Ensaios e análises para caracterização de rochas – análise macroscópica para identificação da estrutura, textura, coloração e estado geral de sanidade, microscópica para identificação dos tipos de minerais, seus estados de alteração, suas granulações e quantidades. n Granulometria – Peneiramento em malhas padronizadas para obter a distribuição do tamanho de partículas. n Impurezas – identificação de materiais pulverulentos, presença de matéria orgânica, presença de argilas e materiais friáveis, presença de sais solúveis. n Massa específica, porosidade, absorção de água – importância no cálculo do traço do concreto, na avaliação do peso morto do agregado ou de uma placa de revestimento. n Massa unitária – relação da massa do agregado no estado compactado ou solto. n Forma dos fragmentos – relação entre as três dimensões do fragmento de rocha (comprimento, largura e espessura). Classifica-se em quatro grupos: cúbicos (ou esféricos), lamelar (ou achatado), alongado (ou prismático) e alongado-lamelar. n Reatividade potencial – caracterização de minerais constituintes passíveis de reação com álcalis do cimento Portland. n Adesividade – capacidade de fixar o betume na sua superfície. n Abrasão – resistência ao impacto e ao desgaste. n Esmagamento – capacidade de resistir ao carregamento compressional. n Tenacidade – capacidade de resistir à solicitações de impacto. n Compressão uniaxial – capacidade de resistir a esforços compressionais. n Flexão – revela a resistência efetiva ou potencial de placas de revestimento. n Desgaste por atrito – resistência ao desgaste por atrito devido ao tráfego de pedestres ou ao rolar e deslizar cargas. n Dilação térmica linear – depende do coeficiente de dilatação linear dos mineais. n Alterabilidade – resistência à degradação intempérica dos materiais rochosos e presença de minerais deletérios. n Petrografia Rochas Ígneas e a Engenharia 10 Rochas Ígneas e a Engenharia Rochas Ígneas e a Engenharia 11