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TEMA 1 GEOLOGIA DE ENGENHARIA Minerais e Rochas 1.2 - Rochas • O que é uma Rocha? • Como as rochas se formam? Como se classificam? • Quais são os seus modos de ocorrência? • Quais as suas propriedades? • Qual a relevância deste estudo para a Engenharia Civil? https://www.youtube.com/watch?v=E09APr6Qpsk 1.2 - Rochas • São agregados de uma ou mais espécies de minerais; • Rochas simples ou uniminerálicas: formadas por um só mineral; - Ex: Quartzitos constituídos somente por quartzo; 1.2 - Rochas • Rochas compostas ou pluriminerálicas: formadas por mais de uma espécie de mineral; – Ex: Granito Constituído de quartzo, feldspato e mica; 1.2 - Rochas • As rochas existentes na crosta terrestre praticamente se constituem de aproximadamente 20 minerais. – Foldspatos – Feldspatóides – Micas – Ferromagnesianos – Olivinas e serpentinas; – Silicatos – Óxidos – Carbonatos; 1.2.1 - Classificação das Rochas • A) Rochas Magmáticas ou Ígneas - Formadas a partir do resfriamento ou consolidação do magma (material em fusão); • B) Rochas Sedimentares - Formadas pela ação do intemperismo sobre rochas pré- existentes formando sedimentos; • C) Rochas Metamórficas - Formadas pela transformação de outras rochas sob efeitos de grandes variações de pressão, temperatura e ambientes químicos (sem fusão); https://www.youtube.com/watch?v=wLIzDKr7zj0 1.2.2 - Rochas Magmáticas ou Ígneas 1.2.2 - Rochas Magmáticas ou Ígneas • Magma • Material em fusão no interior da Terra Rocha no estado de fusão; • Constituído por uma mistura complexa de silicatos, óxidos, fosfatos e titanatos; • Lava: magma que atinge a superfície; • A velocidade com que as lavas escorrem pode variar de 100m por dia a 50 km/h Fluidez • Temperatura varia de 900 a 1200 ºC; • No Brasil não existem vulcões ativos; 1.2.2 - Rochas Magmáticas ou Ígneas 1.2.2 - Rochas Magmáticas ou Ígneas • Modos de ocorrência: • A) Rochas extrusivas – Quando o magma atinge a superfície esparramando-se; – Forma-se através do rápido resfriamento (derrames); – Forma e dimensões do derrame fluidez; – Derrames: corpos magmáticos de forma tabular que cobrem extensas áreas; – Ex: Derrames de basalto do sul do Brasil – bacia do Paraná. Barragem de Itaipu apoiada sobre sucessivas camadas de Basalto 1.2.2 - Rochas Magmáticas ou Ígneas • B) Rochas Intrusivas – Quando a consolidação do magma ocorre internamente; – Formas dependem da estrutura geológica e da natureza das rochas que elas penetram; – Formas comuns: • Sills, • Diques • Batólitos 1.2.2 - Rochas Magmáticas ou Ígneas • Sills: – Forma tabular; – Pouco espessas; – Posição horizontal; – Possuem superfícies paralelas; – Espessura varia de alguns centímetros a muitas centenas de metros; – Distância e espessura dependem da força com que o magma é injetado, da sua temperatura, grau de fluidez e o peso das camadas; – Brasil: Ocorrem na região sul sills de diabásio no interior de rochas sedimentares 1.2.2 - Rochas Magmáticas ou Ígneas • Diques: – Forma tabular; – Verticais; – Cortam angularmente as camadas das rochas invadidas; – Espessura de poucos centímetros a centenas de metros; – Ocorrem em grande número raro encontrar um só dique; – Brasil: Norte do Paraná e Rio Grande do Norte; – Vale do Rio Tibagi Cortados pelo rio provocando a formação de corredeiras e cachoeiras Dique mais resistente a erosão, se comparado a rocha predominante; – Dique menos resistente depressões; 1.2.2 - Rochas Magmáticas ou Ígneas • Batólitos: – Grandes massas magmáticas consolidadas internamente. – Geralmente de constituição granítica; – Abrangem grandes áreas; 1.2.2.1 - Classificação das Rochas Magmáticas • Existem diversos critérios de classificação Serão enumeradas apenas algumas propriedades mais usuais; – Porcentagem de sílica; – Cor dos minerais; – Tipo de feldspato; – Granulação; – Classificação em geologia de engenharia; 1.2.2.1 - Classificação das Rochas Magmáticas • A) Porcentagem de Sílica: – Sílica está sempre presente: livremente ou nos minerais silicatos; – Ácidas: teores de sílica superiores a 65%; – Intermediárias ou neutras: 52 a 65%; – Básicas: < 52%; 1.2.2.1 - Classificação das Rochas Magmáticas • B) Cor dos minerais: – Classificação pela quantidade de minerais escuros; – Leucocróticas: possuem menos de 30% de minerais escuros Claras; – Mesocráticas: entre 30% e 60% de minerais escuros Medianas; – Melanocráticas: acima de 60% de minerais escuros Escuras. 1.2.2.1 - Classificação das Rochas Magmáticas • C) Tipo de feldspato: – Alcalinas: predominam os feldspatos potássicos e sódicos; – Monzoíticas: quantidade de feldspato alcalino é aproximadamente igual à dos feldspatos alcalicálcicos (plagioclásios); – Alcalicálcicas: possuem maior quantidade de plagioclásios do que feldspatos alcalinos; 1.2.2.1 - Classificação das Rochas Magmáticas • C) Granulação: – Grossa: minerais com tamanho médio acima de 5mm; – Média: tamanho dos minerais varia de 1mm a 5mm; – Fina: dimensões médias inferiores a 1mm. 1.2.2.1 - Classificação das Rochas Magmáticas • B) Geologia de engenharia: (Como estudantes de engenharia não precisam ser transformados em geólogos simplificação) – Rochas Graníticas ou ácidas Características Tipos de rochas Pegmatito Granito Granodiorito Aplito Granulação Muito grossa Grossa a média Média a fina Fina Modo de ocorrência Diques Batólitos Massas e diques Diques Cor mais comum Clara Tons de cinza-rózeo Cinza Cinza-claro e rósea Pegmatito feldspato e cristais de coríndon Granito Quartzo, feldspato e mica Granodiorito semelhante ao granito, mas apresentando hornblenda (anfibólio) e biotita Aplito quartzo e ortoclásio 1.2.2.1 - Classificação das Rochas Magmáticas – Rochas Básicas Características Tipos de rochas Gabro Diabásio Basaltomaciço Basalto vesicular Granulação Grossa Média a fina Fina Fina com cavidades Modo de ocorrência Massas rochosas e diques diques derrames derrames Cor mais comum Preta, cinza e verde Preta Preta e cinza Marrom e roxa Gabrofeldspato, quartzo e olivina Diabásio plagioclásio e piroxênios Dique de diabásio Basalto maciço plagioclásio e piroxênio Basalto vesicular gases aprisionados durante sua formação 1.2.2.1 - Classificação das Rochas Magmáticas – Rochas Intermediárias ou Alcalinas Características Tipos de rochas Sienito Tiguaíto e fonólito Granulação Média a grossa Fina a média, com cristais menores Modo de ocorrência Intrusões Intrusões Cor mais comum Tons de cinza Verde-escura e preta Sienito feldspato, anfibólio e piroxênios Tiguaíto e fonólitofeldspato, feldspatóides (nefelina, leucita, sodalita, analcita), piroxênio sódico (egirina, egirina augita), hornblenda, biotita e raros plagioclásios (albita, oligoclásio) 1.2.3 - Rochas Sedimentares 1.2.3 - Rochas Sedimentares • Formadas por intemperismo físico e químico em rochas pré-existentes; • São o acúmulo do produto da decomposição e desintegração de todas as rochas presentes na crosta terrestre; • Normalmente são transportadas pelo vento ou água e depositadas em regiões mais baixas. • Continentes ou fundo dos mares 1.2.3 - Rochas Sedimentares • Quando a água é o agente de transporte, o material carregado em suspensão é depositado quando a velocidade de transporte do meio diminui; • São chamadas de secundárias ou exógenas: formadas na superfície da terra; • Podem mostrar grandes variações em sua composição mineralógica e química, bem como em sua textura. 1.2.3.1 - Condições para Formação de uma Rocha Sedimentar • Presença de rochas • Fonte dos materiais. • Presença de agentes do intemperismo que desagreguem ou desintegrem as rochas; • Vento • Água • Variação de temperatura 1.2.3.1 - Condições para Formação de uma Rocha Sedimentar • Presença de um agente transportador dos sedimentos recém formados; • Água• Vento 1.2.3.1 - Condições para Formação de uma Rocha Sedimentar • Deposição do material em uma bacia de acumulação continental ou marinha; • Brasil Vários exemplos de bacias sedimentares; • Dimensões e características variam enormemente. • Consolidação dos sedimentos; • Peso próprio das camadas superiores; • Soluções cimentantes (carbonatos, óxidos, etc.) • Ex: argilas sob influência de grandes pesos se transformam em folhelhos ou xistos; • Ex: areia atravessada por uma solução cimentante (calcário ou óxido de ferro) poderá transformar-se em arenito consistente. 1.2.3.1 - Condições para Formação de uma Rocha Sedimentar • Bacias sedimentares: áreas de ocorrência de rochas sedimentares; • Ex: Bacia sedimentar do Paraná • Abrange a região centro-sul do Brasil, estendendo-se pelo Uruguai, Argentina e Paraguai • Constituídos de arenitos, folhelhos e calcários. Ocorrem derrames de basalto com até 800m de espessura (rocha ígnea); • Ex: Bacia sedimentar de São Paulo • Região da Cidade de São Paulo; • Areias e argilas com espessuras superiores a 200m; 1.2.3.1 - Condições para Formação de uma Rocha Sedimentar 1.2.3.1 - Condições para Formação de uma Rocha Sedimentar 1.2.3.1 - Condições para Formação de uma Rocha Sedimentar • Outras bacias sedimentares: • Piauí e Maranhão; • Sergipe e Alagoas; • Bahia; • Pequena bacia sedimentar na cidade de Curitiba (3000 km²) 1.2.3.1 - Condições para Formação de uma Rocha Sedimentar 1.2.3.2 - Intemperismo • Também chamado de meteorização; • Conjunto de processos que ocasiona a desintegração e decomposição das rochas e dos minerais, por ação de agentes atmosféricos e biológicos; • Desenvolve-se de formas muito variadas; • Todas as rochas na superfície terrestre sofrem intemperização. 1.2.3.2 - Intemperismo • Até mesmo uma rocha tão resistente como o granito, quando sujeita por muito tempo à ação do intemperismo, chega a desfazer-se entre os dedos; • Importância: formação de solos, sedimentos e rochas sedimentares; • Difere da erosão por ser executado por agente imóveis. Erosão agente móveis (água, vento); 1.2.3.2 - Intemperismo • Agentes dos intemperismo: dois grupos • Físicos ou mecânicos – Variação da temperatura; – Congelamento da água; – Cristalização de sais; – Ação física de vegetais. • Químicos – Hidrólise; – Hidratação; – Oxidação; – Carbonatação; – Ação química de organismos vegetais. 1.2.3.2 - Intemperismo • Agentes Físicos: • Variação da temperatura: repetidas expansão e contração fraturas e desintegração das rochas. 1.2.3.2 - Intemperismo • Agentes Físicos: • Congelamento da água: água congelada aumento de volume (~10%) Tensões internas repetidas vezes 1.2.3.2 - Intemperismo • Agentes Físicos: • Cristalização de sais: Solução com sais dissolvidos evaporação sais se cristalizam pressão desagregação (água do mar, regiões costeiras). 1.2.3.2 - Intemperismo • Agentes Físicos: • Ação física de vegetais: Crescimento de raízes nas fraturas das rochas. 1.2.3.2 - Intemperismo • Agentes Químicos: • Água pura é inerte, porém sempre carrega substâncias dissolvidas O2, CO2, nitratos, etc... Capacidade de iniciar um ataque ao penetrar nas rochas; • Hidrólise: Combinação dos íons da água com os íons do mineral novas substâncias; – Ex: Feldspato (KAlSiO8 + H2O) Ortoclásio (HAlSi3O8 + KOH) 1.2.3.2 - Intemperismo • Agentes Químicos: • Hidratação: Adição de moléculas de água na composição dos minerais Aumento de volume Tensões e redução da coesão Desintegração. – Hematita Limonita 1.2.3.2 - Intemperismo • Oxidação: Decomposição dos minerais pela ação oxidante do O2 e CO2 dissolvidos na água Processo muito comum. – Ex: Pirita + O2 Limonita + enxofre 1.2.3.2 - Intemperismo • Carbonatação: Decomposição do CO2 formando ácido carbônico (H2O + CO2 H2CO3) Poderoso agente químico. – Ex: Calcita + ácido carbônico Bicarbonato de cálcio; – Bicarbonato de cálcio é solúvel transporte em solução precipitação forma estalactites e estalagmites. 1.2.3.2 - Intemperismo • Ação química dos organismos vegetais: Muito variada Segregação de organismos, fixação em rochas de algas e musgos formação de humus (ácido) decomposição das rochas. 1.2.3.2 - Intemperismo • Fatores que influenciam o intemperismo: • Clima: Regiões áridas tem predominância da ação de agentes físicos em relação aos químicos. Ocorre o inverso em regiões úmidas. Nordeste do Brasil Intemperismo físico Centro-sul Intemperismo químico; • Topografia: Solo protege a rocha. Regiões com declives acentuados solo é constantemente removido por enxurradas e pela ação da gravidade ataque as rochas aumenta; • Tipo de rocha: Diferentes resistências aos ataques físico e químico; • Vegetação: Pode fixar o solo com suas raízes e retardar sua remoção maior proteção à rocha. 1.2.3.2 - Intemperismo • Decomposição das rochas: • Rocha sã Rocha decomposta Solo de alteração de rocha Solo Solo orgânico 1.2.3.2 - Intemperismo • Ex: Granito composto de quartzo, feldspato e mica (biotita e moscovita) – Quaztzo não se decompõe forma grãos de areia; – Feldspato é solúvel forma argila e material solúvel; – Moscovita não se decompõe forma placas de mica; – Biotita é solúvel Argila e material solúvel. • Brasil decomposição tem grande importância Atinge grandes profundidades podendo ser superiores a 100m (Em algumas regiões). 1.2.3.3 - Classificação das Rochas Sedimentares • Diferenciam-se das rochas ígneas por serem de origem externa; • Origem Composição mineralógica é muito variada Classificação complexa prevalece o critério genético; • Podem ser classificadas em três tipos: • Rochas de origem mecânica; • Rochas de origem química; • Rochas de origem orgânica. 1.2.3.3 - Classificação das Rochas Sedimentares • Rochas de origem mecânica (Detríticas) • Classificadas de acordo com o diâmetro médio de suas partículas predominantes; • Formadas pela ação do vento, gravidade, água e gelo; com subsequente deposição; • Tamanho das partículas bastante variável ultramicroscópicas a grãos centimétricos e blocos maiores. • Grosseiras: Brechas e conglomerados grãos > 2mm; • Arenosas: Arenitos e siltitos grãos com diâmetro entre 0,01 e 2mm; • Argilosas: Argilitos e folhelhos grãos inferiores a 0,01mm. Grosseiras Arenosas Argilosas 1.2.3.3 - Classificação das rochas sedimentares • Rochas de origem química • Formadas pela precipitação de soluções químicas em bacias sedimentares; • Podem sofrer influência de agente orgânicos Depósitos ferruginosos organismos e bactérias; • Calcárias: Mármores, estalactites e estalagmites; • Ferruginosas: Minério de Ferro; • Salinas: cloretos, sulfatos, nitratos; • Silicosas: Sílex. 1.2.3.3 - Classificação das rochas sedimentares • Rochas de origem orgânica • Origem no acúmulo de matéria orgânica de natureza diversa; • Usualmente misturada a materiais de origem mecânica. • Calcárias: Calcários e dolomitos Acúmulo de conchas e carapaças; • Carbonosas: Turfas e Carvões Acúmulo de matéria vegetal; • Silicosas: Sílex; • Ferruginosas: Depósitos ferruginosos; 1.2.4 - Rochas Metamórficas 1.2.4 - Rochas Metamórficas • Transformações sofridas pelas rochas, sem que estas sofram fusão; • Transformações mecânicas: deformações nos minerais mudanças na estrutura e textura; 1.2.4 - Rochas Metamórficas • Metamorfismo normal: Transformação sem qualquer perda ou adição de material. A composição química continua a mesma, embora a rocha seja outra (mudança estrutural, recristalização); • Arenito Quartzito • Calcário Mármore • Folhelho Micaxisto 1.2.4 - Rochas Metamórficas • Metamorfismo metassomático: mudança na composição química da rocha novos minerais. • Elementos que caracterizam uma rocha metamórfica: • Minerais orientados em linhas e alongados; • Dobras e fraturas; • Dureza média a elevada; 1.2.4.1- Agentes do Metamorfismo • Aumento da temperatura: • Aproximação e contato com o magma; • Aumento da pressão: • Rochas são fragmentadas formação de zonas com materiais extremamente divididos e cimentados; • Aumento da pressão e da temperatura. 1.2.4.2 - Tipos de Metamorfismo • Metamorfismo de temperatura dominante: • Termal calor como fator dominante; • Contato ocorre ao redor de grandes massas magmáticas temperatura inferior ao metamorfismo termal. • Metamorfismo de pressão predominante: • Pressão não uniforme associada ao aumento de temperatura; • Também chamado de cataclástico ou dinâmico. • Metamorfismo dinamotermal; • Pressão e temperatura; • Modificações marcantes sobre as rochas; • Novas estruturas dobramentos formação de montanhas. 1.2.4.2 - Tipos de Metamorfismo • Metamorfismo plutônico em geral • Temperatura elevada e grande pressão uniforme; • Profundidade pressão e calor magmático; • Estruturas granulares sem direções predominantes; 1.2.5 - Ciclo das Rochas Obs: Diagênese = conjunto de processos químicos e físicos sofridos pelos sedimentos desde a sua deposição até a sua consolidação. A ? B ? C ? 1.2.5 - Ciclo das Rochas Obs: Diagênese = conjunto de processos químicos e físicos sofridos pelos sedimentos desde a sua deposição até a sua consolidação. A - Ígneas B - Sedimentares C - Metamórficas 1.2.6 - Propriedades das rochas 1.2.6 - Propriedades das rochas • As propriedades das rochas que mais interessam para sua caracterização são: • Químicas: composição, reatividade e durabilidade; • Físicas: Cor, densidade, porosidade, permeabilidade, absorção, dureza, módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson; • Geológicas: composição mineralógica, textura, estrutura, estado de alteração, fraturas, gênese; • Mecânicas: resistência a compressão, ao choque, ao desgaste, ao corte e à britagem; • Geotécnicas: grau de alteração, de resistência a compressão simples, de consistência e de fraturamento. 1.2.6 - Propriedades das rochas • Algumas propriedades terão valor como classificação, enquanto outras determinarão a possibilidade de emprego da rocha; • Dependendo da finalidade, nem todas as propriedades necessitarão ser conhecidas; • Caberá ao engenheiro indicar as necessárias, as desejáveis e as não necessárias. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de alteração; Grau de resistência à compressão simples; Grau de consistência; Grau de fraturamento. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Diferença entre rocha e maciço rochoso? Rocha Maciço Rochoso 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Diferença entre rocha e maciço rochoso? Testemunho de sondagem rotativa 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • A propriedades geotécnicas são efetuadas em furos de sondagem ou em levantamentos e cortes (superficial); • Grau de alteração, resistência a compressão e consistência aplicam-se a amostras e de rocha e maciços rochosos; • Grau de fraturamento só se aplica a maciços rochosos. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de alteração: • Três graus de alteração: – Rocha sã; – Rocha alterada; – Rocha muito alterada • Limites de alteração subjetivos número reduzido de graus; • Não se inclui rocha extremamente alterada solo de alteração perde a consistência de uma rocha. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de alteração: Granito são e muito alterado 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de resistência a compressão simples: • As rochas são subdivididas em cinco níveis de resistência a compressão simples: – Muito resistente Resistência > 120 MPa; – Resistente Entre 60 e 120 MPa; – Pouco resistente Entre 30 e 60 MPa; – Branda Entre 10 e 30 MPa; – Muito branda < 10 Mpa. • Parâmetro de grande aceitação e relativamente fácil de se obter com reduzido número de corpos de prova. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de resistência a compressão simples: Ensaio de resistência a compressão simples 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de consistência: • Baseia-se em características físicas facilmente determináveis: – Resistência ao impacto (martelo) – Resistência ao risco; – Friabilidade. • Muito consistente: – Quebra com dificuldade ao golpe do martelo; – O fragmento possui bordas cortantes que resistem ao corte por lâmina de aço; – Superfície dificilmente riscada por lamina de aço. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de consistência: • Consistente: – Quebra com relativa facilidade ao golpe do martelo; – O fragmento possui bordas cortantes que podem ser abatidas pelo corte com lâminas de aço; – Superfície riscável por lâmina de aço. • Quebradiça: – Quebra facilmente ao golpe do martelo; – As bordas do fragmento podem ser quebradas pela pressão dos dedos; – A lâmina de aço provoca um sulco acentuado na superfície do fragmento. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de consistência: • Friável: – Esfarela ao golpe do martelo; – Desagrega sob pressão dos dedos. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas • Grau de fraturamento: • Número de fraturas por metro linear, em sondagens ou em paredes de escavação, ao longo de uma dada direção. • É aplicado a trechos de qualquer extensão, desde que neles o fraturamento seja razoavelmente uniforme. • Graus: – Ocasionalmente fraturada Número de fraturas pro metro inferior a 1; – Pouco fraturada 1 a 5 fraturas por metro; – Medianamente fraturada 6 a 10; – Muito fraturada 11 a 20; – Extremamente fraturada >20; – Em fragmentos torrões ou pedaços de diversos tamanhos. 1.2.6.1 - Propriedades geotécnicas das rochas 1.2.6.2 - Caracterização geotécnica da rocha • É a reunião dos parâmetros anteriormente apresentados: • Graus de alteração, resistência, consistência e fraturamento; Referências Bibliográficas • ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE GEOLOGIA DE ENGENHARIA; OLIVEIRA, Antonio Manoel dos Santos; BRITO, Sergio Nertan Alves de (Coautor). Geologia de engenharia. São Paulo: ABGE, 1998. • CHIOSSI, N. J. Geologia de Engenharia 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2013. • PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. Oficina de Textos: São Paulo, 2006. • Imagens e vídeos da internet