Geologia Aplicada a Engenharia

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NOÇÕES DE GEOLOGIA APLICADA A 
ENGENHARIA
● INTRODUÇÃO
Importância do conhecimento básico de Geologia em 
Engenharia:
– Perfis rochosos ou compostos (rocha e solo)
– Os solos têm origem na decomposição das rochas e 
podem preservar características mineralógicas e físicas
● NOÇÕES DE MINERALOGIA
– Mineral → Substância inorgânica e homogênea que 
ocorre naturalmente, com uma combinação química 
definida e com uma estrutura atômica ordenada
– Estrutura interna dos minerais
Arranjo geométrico interno → estrutura cristalina
• macrocristalina
• microcristalina
• criptocristalina
S/ arranjo cristalino → estrutura amorfa
Importância nas propriedades físicas: grafite x diamante
Sistemas cristalinos:
• cúbico
• tetragonal
• rômbico
• hexagonal
• romboédrico
• monoclínico
• triclínico
Ex: Halita (NaCl)
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Departamento de Materiais e Construção – FURG
Mecânica dos Solos - Notas de Aula - Prof. Cezar Augusto Burkert Bastos
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Sistemas cristalinos (ABGE, 1998)
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– Classificação dos minerais
• silicatos
• não silicatos
Silicatos
Unidade básica ⇒ tetraedro de sílica (SiO4)-4
Neutralizando as valências:
Cátions metálicos: Al+3, Fe+2, Fe+3, Ca+2, Mg+2, K+, Na+,...
Ânions simples: OH-, Cl-, F-, ... 
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Estrutura dos silicatos - agrupamento dos tetraedros 
de sílica
• Nesossilicatos - tetraedros isolados
• Sorossilicatos - tetraedros unidos pelo vértice
• Ciclossilicatos - tetraedros unidos formando anéis
• Inossilicatos - tetraedros em linha (cadeia)
• Filossilicatos - tetraedros em estrutura planar 
(lâminas)
• Tectossilicatos - tetraedros 
numa estrutura tridimensional
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cadeia simples cadeia dupla
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– Principais minerais formadores das rochas
quartzo, feldspatos, anfibólios, piroxênios e micas
quartzo → SiO2, arranjo estrutural compacto dos tetraedros
alta resistência à alteração / dureza: 7 / densidade: 2,65 / hábito: 
prismático, maciço, granular / cor: incolor (puro) / sem clivagem
feldspatos → silicatos de Al, K, Ca e Na - substituição parcial Al+3 → Si+4
deficiência de carga positiva compensada por cátions → Ca+2, Na+ e K+
ortoclásio/microclínio - KAlSi3O8, 
plagioclásios → albita - NaAlSi3O8, anortita - CaAl2Si2O8
alteração → liberação de K, Na, Ca, Al, Si e O para a formação de outros 
minerais / dureza: 6 a 6,5 / densidade: 2,5 a 2,7 / boa clivagem
anfibólios e piroxênios → silicatos de Al, Fe, Mg - substituição parcial 
Al+3 → Si+4 compensada por Ca+2, Mg+2 e Fe+2
augita - (Ca, Na)(Mg, Fe+2, Fe+3, Al)(Si, Al)2O6
hornblenda - Ca2(Mg, Fe, Al)5(OH)2[(Si, Al)4 O11]2
alteração → liberação de Fe, Al, Si, Mg e O para a formação de outros 
minerais / dureza: 5 a 6 / densidade: 3,2 a 3,4 / hábito: prismáticos, 
lamelares ou granulares, colunar curto / cor: verde escuro ao preto
micas → aspecto estratificado plano → filossilicatos
muscovita - KAl2(Si3Al)O10(OH)2
dureza: 2 a 2,5 / densidade: 2,8 a 3,1 / cor: incolor a cinza, amarela ou 
verde / hábito: tabular, lamelar / clivagem extremamente perfeita
biotita - K2(Fe+2,Mg)3Si3AlO10(OH)2
dureza: 2,5 a 3 / densidade: 2,8 a 3,2 / cor: verde a preto / hábito: tabular, 
lamelar / clivagem extremamente perfeita
não-silicatos → carbonatos → calcita: CaCO3 e dolomita: CaMg(CO3)2
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Quadro 3.1. Principais minerais silicatados e as respectivas proporções médias na litosfera
SILICATO PROPORÇÃO EM VOLUME (%)
Quartzo 12
Feldspatos 51
Micas 5
Anfibólios 5
Piroxênios 11
Olivina 3
Argilominerais 5
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Cristais de alguns minerais formadores das rochas:
Quartzo: Feldspato alcalino (ortoclásio):
Mica muscovita: 
Olivina:
Calcita:
Epidoto:
(mineral secundário)
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Composição química e principais propriedades físicas dos silicatos (ABGE,1998):
Composição química e principais propriedades físicas dos não silicatos (ABGE,1998):
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– Minerais secundários:
argilominerais, clorita, epidoto, pirita, zeolitas
– Identificação dos minerais
Métodos:
• macroscópicos
• microscopia ótica
• químicos
Reconhecimento macroscópico dos minerais:
• forma cristalográfica
• cor / traço
• brilho
• dureza - escala de dureza de Mohs (ABGE, 1998)
• tenacidade
• clivagem
• fratura
• reação com ácidos
• outras: densidade, fusibilidade, condutividade térmica e elétrica,
piezoeletricidade, piroeletricidade, magnetismo, ...
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Hábitos (ABGE, 1998):
Clivagem:
Cor e traço:
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● NOÇÕES DE PETROLOGIA
– Origem e composição da Terra
SiAl (Si + Al) - rochas ácidas (graníticas)
Crosta :
SiMa (Si + Mg) - rochas básicas e ultrabásicas
até 2 km - 75% rochas sedimentares e metamórficas de baixo grau
25% rochas ígneas
2 a 15 km - 95% rochas ígneas
5% rochas sedimentares e metamórficas de alto grau
ROCHA - “Agregados de uma ou mais espécies de minerais que 
constituem unidades mais ou menos definidas da crosta terrestre”
CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS ROCHAS:
• rochas ígneas
• rochas sedimentares
• rochas metamórficas
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NÚCLEO MANTO
CROSTA
120 km
1000 km
2000 km
3300 km
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– Rochas Ígneas
Formadas do resfriamento e consolidação do MAGMA
Formação das rochas ígneas:
Fusão e ascensão do magma
– rochas intrusivas
– rochas extrusivas
Magma de fusão do manto → MAGMA BÁSICO (SiO2 < 55%)
Magma de fusão da crosta ou de diferenciação →
MAGMA ÁCIDO ( SiO2 > 65%)
COMPOSIÇÃO MÉDIA DOS MAGMAS:
SiO2 - 59% , Al2O3 - 15% , Fe2O3 e FeO - 7% , MgO - 3.5% , CaO - 5% , 
Na2O - 4% , K2O - 3%
Modo de ocorrência das rochas ígneas:
– INTRUSIVAS:
• Abissais ou plutônicas
– batólitos
– stocks
• Hipoabissais
– dique
– sill
– lacólito
– chaminé
– EXTRUSIVAS
• Derrame - magma básico, T↑ , ↓ % gases
• Depósito piroclástico - magma ácido, T ↓ , ↑ % gases
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Aspectos classificatórios das rochas ígneas
– Constituintes essenciais primários
• Essenciais (+ 50%) : granitos: quartzo, feldspatobasaltos: plagioclásios, piroxênio, ...
• Varietais (5 a 15%): biotita e anfibólios
• Acessórios (< 5%): vários
– Coloração
• Máficas
• Félsicas
% minerais máficos:
– < 30% leucocrática (félsica)
– 30 a 60% mesocrática (félsica)
– 60 a 90% melanocrática (máfica)
– > 90% hipermelânica (ultramáfica)
– % SiO2
• > 66% - ácidas → granito (> 0,06mm) e riolito (< 0,06mm)
• 52 a 66% - intermediárias → diorito (> 0,06mm) e andesito (< 0,06mm)
• 45 a 52% - básicas → gabro (> 2mm), diabásio (2-0,06mm) e basalto (< 0,06mm)
• < 45% - ultrabásicas → peridotito e piroxenito
– Textura
• fanerítica - muito grosseira (> 60mm) / grosseira (2-60mm) / média (0,06-2mm) / 
fina (0,002-0,06mm)
• afanítica (< 0,002mm) - microcristalina / criptocristalina / vítrea
Quanto a uniformidade dos grãos:
– equigranular
– inegranular (porfirítica / pórfira / seriada)
Quanto a forma do mineral:
– euédrico
– subédrico
– anédrico
– Estrutura
• maciça
• fendilhada ou diaclasada
• porosa (vesicular ou amigdalóide)
– Classificação petrográfica
IUGS → diagrama QAP
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Grau de compactação, forma, cristalinidade e textura das rochas ígneas (ABGE, 1998):
Exemplos de estruturas de rochas ígneas (ABGE, 1998)
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Classificação e nomenclatura das rochas ígneas recomendada pela IUGS 
(International Union of Geological Sciences)
Q - quartzo
FA - feldspato alcalino
P - plagioclásio
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Características das principais rochas ígneas (ABGE, 1998):
Classificação das rochas de depósitos piroclásticos (ABGE, 1998):
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Exemplos de rochas ígneas
Rochas ígneas extrusivas
Rochas ígneas intrusivas
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Camadas estruturais de um derrame vulcânico
rocha vesicular ou amigdalóide
rocha tabular (disjunção horizontal)
rocha colunar (disjunção vertical)
rocha tabular
rocha vítrea
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Propriedades de engenharia e aplicações
– Alta resistência ao desgaste
– Adesividade ao asfalto: basalto > granito
– Bons agregados para fins diversos
– alta resistência a compressão
– porosidade e permeabilidade - f (diaclasamento)
Aplicações industriais
• pedra britada
• pedra ornamental (polimento) 
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– Rochas Sedimentares
Formadas pelo material de intemperismo de outras 
rochas, sujeito a processos de transporte, deposição e 
consolidação.
Formação das rochas sedimentares :
Agentes do intemperismo:
– Físico
• variações de temperatura
• pressões por congelamento e cristalizações
• ações mecânicas de organismos
– Químico
• dissolução
• oxidação e redução
• hidrólise
– Biológico
• organismos
• húmus
Agentes de transporte:
– Gravidade
– Água
– Vento
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ROCHA FONTE
INTEMPERISMO
TRANSPORTE
SEDIMENTO ⇒ ROCHA SEDIMENTAR
BACIA DE SEDIMENTAÇÃO
DIAGÊNESE
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Ambientes de deposição
Diagênese:
• cimentação
• compactação
• outros
Classificação das rochas sedimentares qto a origem
• Mecânica → fragmentos de outras rochas
• Química → precipitação química 
• Orgânica → sedimentação de material orgânico
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Principais rochas sedimentares:
Origem Sedimento Diagênese Rocha
Mecânica matacões/pedreg. cimentação Rudito*
(ou detrítica) areia cimentação Arenito
silte ciment.+compact. Siltito**
argila compactação Argilito**
Orgânica celulose → turfa hulheificação Carvão min.
Corais e conchas cimentação Calcário
Carapaças diatom. cimentação Diatomito
Química precip. CaCO3 cristalização Calcário
precip. CaMg(CO3)2 cristalização Dolomito
precip. NaCl cristalização Sal gema
* conglomerado ou brecha
** pelitos, lamitos, folhelhos, lutitos 
Ruditos - partículas φ > 2 mm
– seixos angulosos → brecha
– seixos arredondados → conglomerados
Classificação do sedimento:
% matacão ou pedregulho 50 a 100% → cascalho
% matacão ou pedregulho 25 a 50% → cascalho arenoso
Classificação quanto a origem
– epiclástico
– piroclástico
– cataclástico
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Arenitos - partículas 0,0625 < φ < 2 mm
Composição:
quartzo, feldspato, fragmentos de rocha, micas, ...
Modo de transporte:
rolamento, saltação e suspensão
Ambientes de deposição:
litorâneo, marinho profundo, varvas, fluviais
Classificação dos arenitos
Rochas argilosas e sílticas - partículas φ < 0,0625 mm
Técnicas de estudo:
análise química, difração de raio X, microscopia eletrônica
Classificação:
Tamanho dos grãos inconsolidado consolidado consolidado
da fração fina s/ fissilidade c/ fissilidade
> 2/3 silte SILTE SILTITO FOLHELHO SÍLTICO
silte ≈ argila LAMA LAMITO FOLHELHO LAMÍTICO
> 2/3 argila ARGILA ARGILITO FOLHELHO ARGILOSO
Mineralogia:
– componentes produzidos pelo intemperismo
– componentes resistentes ao intemperismo
– componentes autigênicos
– componentes orgânicos
Composição química:
– sílica: 55 a 85% → lutitos a lutitos silicosos
– alumina: 15 a 25% → lutitos a lutitos aluminosos
– carbonato: 5 a 65% → lutitos a margas
– matéria orgânica: 1 a 15%
Ambientes de deposição:
– lutitos continentais
– lutitos marinhos
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Classificação dos arenitos (matriz < 15%):
Q - quartzo
F - feldspato
FR - fragmento de rocha
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Sedimentos detríticos e rochas sedimentares mecânicas (ABGE, 1998):
Exemplos de rochas sedimentares de origem mecânica:
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Calcários - rochas carbonatadas
Classificação quanto à origem:
– detrítico
– bioquímico
– químico
Composição química:
– minerais carbonatados
• calcita → calcário
• dolomita → dolomito
– sílica
– feldspatos
– argila
Classificação quanto ao teor de dolomita (ABGE, 1998):
Classificação granulométrica (ABGE, 1998):
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Rochas carbonosas
Turfa → C: 55-65%, H2O: 65-90%, P.C.: 3000-5000 cal/g
Linhito → C: 65-75%, H2O: 10-30%, P.C.: 4000-6000 cal/g
Carvão → C: 75-90%, H2O: 2-7%, P.C.: 5000-6800 cal/g
Antracito → C: 90-93%, P.C. > 8000 cal/g
Processos envolvidos:
– humificação → celulose ⇒ turfa - formação da turfa
– hulheificação → perda de O e H - formação do carvão
Condições a formação do carvão:
– vegetação desenvolvida
– acúmulo sub-aquoso
– soterramento contínuo e prolongado
– instabilidade da crosta
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diagênese
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Estágios na formação 
do carvão:
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Estrutura das rochas sedimentares
– maciça
– estratificada
Estratificação:
• plano - paralela
• ondulada
• plano - subparalela
• cruzada
• cruzada acanelada
• outras: flaser, lenticular, cruzadas por ondas, ...
Propriedades de engenharia e emprego das rochas 
sedimentares– porosidade e permeabilidade → f (compactação/cimentação)
– resistência mecânica → f(tipo de cimento, grau ciment./comp.)
– friabilidade → cimentação
– solubilidade → Ex: sal gema (água), calcário (ácidos)
– estratificação → planos de fraqueza
– lixiviação → remoção do cimento e finos por percolação d’água
– presença de argilominerais expansivos → fácil degradação
– fissilidade → propriedade da rocha partir-se naturalmente na 
direção paralela ao acamadamento
Aplicação industrial:
• arenitos e rochas argilosas e sílticas → elementos 
decorativos e lajes
• calcário → fabricação do cal (construção civil e agricultura)
• carvão → fonte energética 
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– Rochas Metamórficas
Originadas do metamorfismo de rochas pré-existentes.
Agentes do intemperismo
• calor
• pressões: orientadas e litostáticas
• fluídos
Caracteres metamórficos
• Deformação dos minerais
• Achatamento dos minerais
• Orientação dos minerais
• Dobramento das bandas com 
orientação dos minerais
• Recristalização de minerais
Tipos de metamorfismo
• Metamorfismo regional→calor+pressão+movimentos da crosta
• Metamorfismo térmico → calor
– Metamorfismo de contato
– Pirometamorfismo
• Metamorfismo cataclástico → movimento de falhas
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Zonas do metamorfismo
• Epizona → metamorfismo de baixo grau ⇒ ardósia
• Mesozona → metamorfismo de médio grau⇒ muscovita-xisto
• Catazona →metamorfismo de alto grau⇒ gnaisse e migmatito
Rochas metamórficas e respectivas origens
• Rochas metamórficas pelíticas → sedimentos argilosos 
e siltosos
• Rochas metamórficas quartzo-feldspáticas →
sedimentos quartzosos e rochas ígneas félsicas
• Rochas metamórficas carbonatadas → calcários e 
dolomitos
• Rochas metamórficas básicas → rochas básicas
• Rochas metamórficas ultrabásicas → rochas 
ultrabásicas
Principais rochas metamórficas
ROCHA PRIMITIVA ROCHA METAMÓRFICA
arenito silicoso ⇒ quartzito branco
arenito impuro ⇒ quartzito colorido
arenito alt. ferruginoso ⇒ itabirito
argilitos e folhelhos ⇒ seqüência: ardósia→filito→
micaxisto→gnaisse(paragnaisse) 
→granito
calcário ⇒ mármore puro
calcário impuro ⇒ mármore colorido
dolomito ⇒ mármore dolomítico
carvão mineral ⇒ antracito
granito e riolito ⇒ gnaisse (ortognaisse)
basalto e gabro ⇒ xistos verdes → anfibolito
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ARDÓSIA → granulometria fina, estrutura paralela, originada de folhelhos, 
epizona, mineralogia: sericita, clorita, argilominerais (50%) e quartzo (silte)
FILITO → textura microcristalina, estrutura paralela, epizona, originado de 
folhelhos, arenitos argilosos e margas, mineralogia: sericita
MICAXISTO → granulometria média a grossa, estrutura xistosa, mesozona, 
mineralogia: micas e quartzo (areia)
GNAISSE → estrutura bandeada, catazona, mineralogia: quartzo, feldspato, 
biotita, hornblenda, piroxênio, tipos: granulitos, anfibolitos, eclogitos
Textura das rochas metamórficas
• Granoblástica → minerais equidimensionais. Ex: mármore
• Lepidoblástica → minerais micáceos. Ex: xistos
• Nematoblástica → minerais prismáticos. Ex: anfibolito
• Porfiroblástica → fenoblasto + matriz
Estrutura das rochas metamórficas
• Maciça
• Xistosa (plana, ondulada, linear)
• Gnaíssica e migmatítica
• Milonítica
Propriedades de engenharia das rochas metamórficas
• Xistosidade, bandeamento e dobras
• Porosidade e permeabilidade → fraturas
• Solubilidade → rochas metamórficas carbonatadas
• Resistência mecânica → > rochas sedimentares
< rochas ígneas
• Resistência ao desgaste → grande variação
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Características das principais rochas metamórficas (ABGE, 1998):
Exemplos de estruturas de rochas metamórficas (ABGE, 1998):
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Exemplos de rochas metamórficas
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– Ciclo das rochas
rochas ígneas
sedimentos
rochas metamórficas rochas sedimentares
I - intemperismo
E - erosão
T - transporte
D - deposição
C - calor
P - pressões
F - fluídos
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Fu
sã
o (
an
ate
xi
a)
C 
+ 
P 
+ 
F
I + E + + T + D
I +
 E 
+ T
 + 
D
C + P + F
di
ag
ên
es
e
I +
 E
 +
 T
 +
 D
C + P + F
Fusão
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● GEOLOGIA FÍSICA
Falha → fratura numa rocha ao longo da qual ocorre 
deslocamento de um lado em relação ao outro.
– Tipos de falhas
• Falha de tração
• Falha de compressão
• Falha horizontal
– Elementos Geométricos de uma falha
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re
je
ito
mergulho
dire
ção
 da
 fal
ha
plano de falha
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NOÇÕES DE GEOLOGIA APLICADA À 
ENGENHARIA
– Zonas de falhas
• falhas de tração → rochas adjacentes não afetadas
• falhas de compressão → fraturamento / trituração / 
cimentação / decomposição
– Reconhecimento de falhas
• alinhamento de espécies vegetais
• mudanças lineares de vegetação e tonalidade em 
fotografias aéreas
• alinhamento de cursos d’água
– Importância em engenharia
• falhas de grande rejeito → colocam lado a lado rochas 
diferentes
• zonas de falhas de compressão
– fraturamento e trituração
• redução na resistência
• aumento na permeabilidade
– cimentação → aumento na resistência
– decomposição → formação localizada de grande 
profundidade de solos
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NOÇÕES DE GEOLOGIA APLICADA À 
ENGENHARIA
Dobra → Curvatura de uma camada rochosa causada por 
compressão. As dobras ocorrem em rochas com certa 
elasticidade e variam de tamanho, de uns poucos milímetros a 
centenas de quilômetros. 
– Tipos de dobras
• dobras anticlinais → flancos convergem para cima
• dobras sinclinais → flancos convergem para baixo
– Elementos de uma dobra
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● Geologia do RS
– Planície costeira
• cobertura de sedimentos recentes → areia fina + lentes 
de argila e siltes
• sedimentos antigos → argilitos, arenitos, calcários e 
diatomitos
– Escudo Cristalino
• rochas ígneas félsicas → granitos a sienitos
• rochas metamórficas → ardósia, filitos, micaxistos, 
gnaisses, migmatitos, mármores, quartzitos
• sedimentos antigos → arenitos, arenitos conglomeráticos 
e conglomerados
• derrames → riolitos, dacitos e andesitos
– Depressão Periférica
• sedimentos antigos → lamitos, arenitos e conglomerados
• sedimentos recentes → predominantemente fluviais
• intrusões ígneas → sills, lacólitos, diques e chaminés de 
diabásio
– Planalto
• derrames → basaltos e riolitos a dacitos
• arenitos → base dos derrames, entre derrames (intertrap) e 
cobrindo os basaltos (mais recentes)
NOÇÕES DE GEOLOGIA APLICADA À 
ENGENHARIA
DMC/FURG - Mecânica dos Solos - Prof. Cezar Bastos