Propriedades geológicas e geotécnicas

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CAPÍTULO 04 - PROPRIEDADES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS DE 
FORMAÇÕES GEOLÓGICAS 
 
 As rochas, como vimos anteriormente, dividem-se, de acordo com a sua 
origem, em : sedimentares, ígneas e metamórficas. 
 
 
4.1 - Rochas Sedimentares 
 
 São formadas à partir da ação de processos erosivos atuantes sobre rochas 
pré-existentes, sejam elas ígneas, metamórficas ou sedimentares, que produzem 
sedimentos, que são transportados e depositados, sofrendo a ação de processos 
diagenéticos, responsáveis pela sua consolidação. 
 
 Subdividem-se em : 
 - Clásticas (Pelíticas e Granulares); 
 - Químicas; 
 - Orgânicas. 
 
 As rochas sedimentares cobrem cerca de 75% da área da crosta terrestre, a 
profundidades que estão na faixa de interesse para obras civis. As características 
geológicas de interesse para a engenharia são aquelas que controlam a resistência, 
a deformabilidade e a permeabilidade dos maciços rochosos. 
 
 
4.1.1 - Rochas Sedimentares Clásticas Pelíticas 
 
 São os argilitos (maior % de grãos na fração argila), siltitos (maior % de 
grãos na fração silte) e folhelhos (maior % de grãos na fração argila, mostrando 
laminação). Compõem o grupo de rochas mais freqüente (em área) na superfície 
terrestre. 
 
 Principais Características Geotécnicas: 
• são comumente afetadas por problemas de desagregação, 
expansão e deformabilidade com a ação do intemperismo sobre as 
mesmas; 
• menor resistência na direção // ao acamamento; 
• alta deformabilidade, quando alteradas; 
• a susceptibilidade à expansão/desgregação deve-se à presença de 
argilominerais expansivos (montmorilonita, esmectita, etc.) e 
sulfetos (pirita, marcassita, etc.); 
• elevada desagregação quando expostos à ciclos de umidecimento 
e secagem; 
• tendência à se fragmentar (empastilhar) quando expostos em 
cortes, formando uma camada superficial protetora do talude, 
minimizando a ação dos agentes intempéricos no maciço. 
 
 
4.1.2 - Rochas Sedimentares Clásticas Granulares 
 
 São constituídas principalmente por arenitos (maior % de grãos na 
fração areia), classificados de acordo com o seu teor de quartzo e feldspato e 
também pelo tipo de cimento ou matriz. Também os conglomerados e brechas 
fazem parte deste grupo, os primeiros caracterizando-se por serem formados por 
fragmentos arredondados, com tamanho superior à um grão de areia (2.0 mm) e os 
últimos caracterizados pelos fragmentos angulares, também maiores que 2.0 mm. 
 
 Principais Características Geotécnicas (arenitos): 
• boa resistência ao intemperismo, exceto nos arenitos argilosos; 
• as propriedades geotécnicas são influenciadas pela porosidade, 
quantidade e tipo de cimento, composição dos grãos e teor de 
umidade: 
- maior porosidade => menor resistência 
- maior % de grãos de quartzo => maior resistência 
- maior teor de umidade => menor resistência e maior 
deformabilidade 
• arenitos bem cimentados podem ter resistências de até 240 MPa 
(24000tf/m2), constituindo-se em excelente rocha para fundações 
pesadas; 
• a quantidade de cimento (grau de cimentação) é mais importante 
que o tipo de cimento: 
- cimentos silicosos - mais resistentes 
- cimentos carbonáticos - problemas de dissolução 
- cimentos argilosos - mais susceptíveis à alteração 
- cimentos ferruginosos - a resistência varia em função do tipo 
de óxido existente 
• a intercalação de camadas de arenitos com folhelhos, siltitos e/ou 
argilitos (bastante comuns na natureza), induz problemas de 
estabilidade devido à erosão diferencial desta rochas; 
• o contato arenito - rochas pelíticas é uma superfície potencial de 
percolação de água; 
• diferenças de permeabilidade podem levar à pressurização da 
água. Podem ainda ocorrer a formação de níveis d’água suspensos; 
 
 
4.1.3 - Rochas Sedimentares Químicas 
 
 São principalmente constituídas por rochas resultantes da precipitação 
de solutos e carapaças calcárias. Constituem-se principalmente por rochas 
carbonáticas, razão pela qual são utilizadas na fabricação de cimento e fertilizantes. 
 
• > 50% de calcita - CALCÁRIOS 
• > 50% de dolomita - DOLOMITO 
• > de 13% de argila – MARGAS 
 
 Principais Características Geotécnicas (calcários e dolomitos): 
• solubilidade - a percolação de água causa dissolução que cria 
cavernas, fissuras, etc.; 
• problemas de permeabilidade em obras de engenharia civil - 
barragens, túneis, etc. 
• presença de finas camadas de argilas mais alteradas => influência 
sobre a resistência, deformabilidade e permeabilidade; 
• podem ter resistências à compressão uniaxial de até 190 MPa; 
• o intemperismo produz a criação de uma série de estruturas - 
dolinas, cavernas, sumidouros, vazios, irregularidades do topo 
rochoso, etc., que são importantes para a definição de projetos de 
engenharia. 
 
 Um segundo grupo rochas sedimentares químicas são aquelas 
resultantes da precipitação de sílica amorfa: sílex, opala, calcedônea, chert, etc. 
Outro grupo de rochas sedimentares químicas importantes são as rochas 
evaporíticas (sais): gypso, anidrita e halita, principalmente. Estas rochas são 
formadas pela concentração de sais em lagos e mares em evaporação e 
caracterizam-se por: 
• apresentam solubilidade, resistência e deformabilidade variável com 
a temperatura e a umidade do ar (maior umidade => menor 
resistência, maior deformabilidade); 
• a variação do teor de umidade causa grandes variações 
volumétricas; 
• baixa permeabilidade. 
 
 
4.1.4 - Rochas Sedimentares Orgânicas 
 
 São formadas pela concentração de restos de organismos. A 
seqüência de enriquecimento do teor de carbono, com diminuição dos teores de 
oxigênio e hidrogênio, responsável pela formação de carvões cada vez mais ricos, 
se dá na seguinte ordem: 
 
celulose → turfa → linhito → carvão betuminoso → antracito → grafita 
 
 A formação do carvão se dá através de: 
 
a) desenvolvimento de uma vegetação continental que permita um 
acúmulo de substância vegetal; 
b) condições de proteção contra a decomposição (queima) total (ambiente 
pobre em oxigênio), fato que ocorre quando houver cobertura imediata 
pela água; 
c) após o acúmulo subaquoso deve ocorrer o sepultamento contínuo e 
prolongado por sedimentos. 
 
 Assim, os pântanos e as turfeiras constituem exemplos de ambientes 
propício à formação de carvão (Figura 4.1). 
 
 
 
Figura 4.1 – Ambiente de formação de carvão (Fonte: Leinz & Amaral, 1985). 
 
 
Tabela 4.1 – propriedades da madeira, carvões e grafita (Fonte: Leinz & Amaral, 
1985). 
 Valor Energético do 
Material Seco em Kcal/Kg 
Umidade (%) Cinza (%) 
Madeira 4.500 15 1 a 2 
Turfa 5.000 a 6.000 30 a 80 5 
Linhito 6.500 10 a 25 4 a 6 
Carvão 
Betuminoso 
7.000 a 8.000 1 4 a 8 
Carvão Sub-
betuminoso 
8.000 a 8.300 1 4 a 8 
Antracito 8.500 0.9 3.4 
Grafita 8.000 0 0 
 
 Na análise da tabela acima, deve-se observar que: 
• quanto maior o teor de umidade menor o seu valor energético (será 
grande a necessidade de energia para sua liberação); 
• a quantidade de cinzas é um índice importante para a indústria, pois 
dependendo de sua composição mineralógica pode causar problemas 
relacionados à utilização do carvão em alto-fornos. 
 
 O petróleo, por sua vez, tem origem mista, animal e vegetal 
(principalmente plantônico). O ambiente de formação do petróleo é análogo ao do 
carvão. Para que se forme uma jazida petrolífera economicamente explotável são 
necessárias as seguintes condições: 
• existência da rocha-mãe; 
• condições propícias à transformação química e bioquímica dos 
componentes orgânicos em hidrocarbonetos (ação prolongada e 
branda de pressão e temperatura); 
• ocorrência de processos migratórios, através de: presença de água, 
porosidade elevada; contato entre rocha-geradora com boa porosidade 
e rocha-reservatório com boa porosidadee boa permeabilidade; e 
presença de estruturas acumuladoras (armadilhas ou “trapas”). 
 
As Figuras 4.2 e 4.3, a seguir, mostram, respectivamente, o ambiente 
de formação do petróleo e alguns exemplos de armadilhas (“trapas”). 
 
 
Figura 4.2 - Ambiente de formação do petróleo (Leinz & Amaral, 1985). 
 
 
 
Figura 4.3 – Exemplos de armadilhas que causam depósitos explotáveis de petróleo 
(Fonte: Skinner & Porter, 1995). 
4.2 - Rochas Ígneas 
 
São rochas de origem primária e estão ligadas à dinâmica interna, resultantes 
da solidificação do magma. Conforme a local de sua formação podem ser: plutônicas 
ou intrusivas, ou vulcânicas ou extrusivas. 
 
 As rochas plutônicas ou intrusivas são formadas em profundidade, no interior 
da crosta terrestre, através do resfriamento lento do magma, o que permite que os 
elementos químicos presentes organizem-se em arranjos cristalinos, originando 
minerais de granulação grossa e de formas definidas. 
 
 As rochas vulcânicas ou extrusivas, por sua vez, são formadas na superfície 
terrestre, pelo extravasamento de lava – material ígneo que alcança a superfície da 
Terra – através de condutos vulcânicos. Como o resfriamento é muito rápido o que 
impede ou dificulta a formação de arranjos cristalinos, resultando em material vítreo 
ou cristalino de granulação fina. 
 
A classificação da IAEG (1981) associa e simplifica as classificações 
petrográficas e química, juntamente com a granulometria. A Tabela 4.2 sintetiza 
estas proposições, a Tabela 4.3 mostra as classes granulométricas propostas e a 
Tabela 4.4 apresenta as principais características das rochas ígneas. 
 
 
Tabela 4.2 – Classificação das rochas ígneas (Fonte: ABGE, 1998). 
 
Classificação 
Química 
Teor de 
SiO2 
Classificação Granulométrica / 
Granulometria 
Ácidas > 66% Granito (> 0,06 mm) e riolito (< 0,06 mm) 
Intermediárias 52 – 66% Diorito (> 0,06 mm) e andesito (< 0,06 mm) 
Básicas 45 – 45% Gabro (> 2 mm), diabásio (2 – 0,06 mm) e 
basalto (< 0,06 mm) 
Ultrabásicas < 45% Peridotito e piroxenito 
 
 
Tabela 4.3 – Classes granulométricas – rochas ígneas (IAEG, 1981). Entre 
parênteses, os limites usuais em petrografia (Fonte: ABGE, 1998). 
 
Granulação Tamanho (mm) 
Muito grossa > 60 (> 30) 
Grossa 2 – 60 (5 – 30) 
Média 0,06 – 2 (1 – 30) 
Fina 0,002 – 0,06 (<1) 
Muito fina 0,002 
 
Tabela 4.4 – Características principais das rochas ígneas (Fonte: ABGE, 1998). 
 
 Rocha Estrutura Textura Cor Minerais 
Essenciais 
Granito Maciça Granular fina a 
grossa/porfiríti
ca 
Cinza a rosa-
avermelhada 
Quartzo, plagioclásio, 
feldspato potássico 
(biotita e hornblenda) 
Diorito Maciça Granular fina a 
grossa 
Cinza-escura Plagioclásio, biotita, 
hornblenda (quartzo, 
feldspato potássico) 
Sienito/ 
Nefelina 
Sienito 
Maciça/Fluxionar Granular fina a 
grossa 
Rosa a 
marrom-
avermelhada 
Feldspato potássico 
(biotita/hornblenda) 
(aegirina) 
(nefelina/sodalita) 
Gabro/ 
Diabásio 
Maciça Granular 
grossa fina a 
média 
Cinza-escura 
preta 
Feldspato cálcico, 
augita, opacos 
 
 
P 
L 
U 
T 
Ô 
N 
I 
C 
A 
S 
Peridotito/
Piroxenito 
Maciça Granular fina a 
grossa 
Preta, 
esverdeada 
Olivina/piroxênio 
Riolito Maciça/Vesículo-
amigdaloidal 
Granular cripto 
a 
microcristalina/
porfirítica 
Cinza a rosada Quartzo, plagioclásio, 
feldspato potássico 
(biotita/hornblenda) 
Andesito Maciço Granular cripto 
a 
microcristalina/
porfirítica 
Cinza-
escura/marrom
-esverdeada 
Plagioclásio, biotita, 
hornblenda 
(quartzo/feldspato 
potássico) 
Traquito Maciço/Fluxonar Granular cripto 
a 
microcristalina 
Cinza a verde-
escura 
Feldspato potássico 
(biotita/hornblenda) 
(aegirina) 
Fonolito Porfirítica (Nefelina/sodalita) 
 
 
 
V 
U 
L 
C 
 
N 
I 
C 
A 
S Basalto Maciça/Vesículo-
Amigdaloidal 
Granular cripto 
a 
microcristalina/
vítrea 
Cinza-escura a 
preta 
Plagioclásio cálcico, 
augita, opacos 
 
 
4.2.1 - Magma 
 
 Trata-se de um material fundido devido à ação de elevadas pressões e 
temperaturas. Sua origem está ligada à zonas de subducção de rochas na crosta, 
resultantes de colisões entre as placas tectônicas, de três maneiras: 
 
• fusão localizada da porção superior do manto, sob a zona de 
subducção; 
• à fusão de camadas de rocha da placa que mergulha e; 
• na crosta oceânica sobre “hot points”. 
 
 Tipos de magma: 
- Basáltico = ± 50% de SiO2 (básico) ⇒ menos viscosos, originados do 
manto. As erupções em vulcões de magmas básicos não são explosivas, 
devido à menor viscosidade (maior fluidez). Exs.: Islândia, Brasil (Bacia 
do Paraná), Antártica e Havaí. 
- Andesítico = ± 60% de SiO2 (intermediário) ⇒ viscosidade 
intermediária, originados da fusão completa de porções da crosta e 
basaltos úmidos. Devido à sua viscosidade intermediária, originam 
erupções vulcânicas explosivas. Exs.: Andes. 
- Riolíticos = ± 70% de SiO2 (ácidos) ⇒ mais viscosos, tem origem na 
fusão da crosta continental, com algum tipo de fusão parcial com água. 
São os que produzem as erupções mais explosivas. Ex.: Zona de 
subducção ao longo da porção leste do continente Americano (Andes, 
Rochosas, etc.) e Vesúvio. 
 
 
4.2.2 - Características Geotécnicas Principais - Granitos 
 
 Os granitos são as rochas ígneas mais comuns entre todas. Suas 
características principais são: 
 
• Altas Tensões Residuais 
 
 Os granitos são rochas formadas em profundidades elevadas, onde 
atuam altas pressões e temperaturas. O deslocamento destes maciços em direção à 
superfície, com o conseqüente alívio de tensões, representado pela diminuição do 
peso de rocha sobrejacente, induz à criação de juntas/fraturas aproximadamente 
paralelas à superfície do terreno (Figura 4.4). 
 
 
 
Figura 4.4 – Exemplo de talude de corte em granito, mostrando a presença de juntas 
de alívio de tensão paralelas ao relevo. 
 
 
• Intemperismo Seqüencial 
 
 Caracteriza-se pela seqüência de camadas mais alteradas empilhadas 
sobre camadas menos alteradas, com o aumento da profundidade (Figura 4.5). 
 
 
 
Figura 4.5 – Perfil de intemperismo seqüencial. 
 
 As rochas intrusivas resultam da cristalização de minerais a diferentes 
temperaturas, deixando, a cada estágio, um magma diferente do inicial. No final 
deste processo, formam-se soluções aquosas residuais, com temperaturas entre 
1000C e 2500C, que atravessando as rochas previamente consolidadas, causam 
alterações na mineralogia original. Podem piorar as características de resistência, 
através de um processo conhecido como caulinização. Também são responsáveis 
pela formação de depósitos minerais de valor econômico. 
 
 
4.3 - Rochas Metamórficas 
 
 As rochas metamórficas são formadas em temperaturas entre 2000C (abaixo 
da qual ocorre a diagênese) e a temperatura de fusão da rocha (dependente do tipo 
de rocha), sem que haja mudança na composição química, apenas a mineralogia 
muda, devido à rearranjos na organização cristalográfica. 
 
 Todas as mudanças (mineralogia e textura) ocorrem no estado sólido, na 
crosta terrestre e devido à mudanças na Temperatura e na Pressão, cuja eficácia 
depende de: 
 
• presença ou não de fluidos; 
• tempo de duração do aquecimento e; 
• existência de pressões elevadas. 
 
Estas diferenças produzem rochas distintas: 
 
• Rochas metamórficas grosseiras - formadas a altas pressão e temperatura 
que agem por longo tempo (milhões de anos). Ex.: gnaisses, xistos 
grosseiros, 
• Rocha metamórficas finas - formadas em temperatura e pressão inferiores 
e que atuam durante pouco tempo. Ex.: xistos, filitos, ardósias. 
Solo Transportado (Colúvio) 
Solo Residual (Saprolito) 
Rocha Muito Alterada (V) 
Rocha Alterada (IV) 
Rocha Moderadamente Alterada (III)Rocha Levemente Alterada (II) 
Rocha Sã (I) 
Velocidade de 
Propagação Alteração ↓ 
De Ondas ↓ 
 
 
Porosidade ↑ Alteração ↑ 
 
 
Resistência ↑ Alteração ↓ 
 
 Além deste aumento no tamanho dos grãos, com o aumento do grau de 
metamorfismo, a maioria das rochas metamórficas desenvolve texturas direcionadas 
e visíveis, tais como foliação e clivagem, dadas pela orientação dos minerais 
planares (ex.: muscovita, biotita, clorita, etc.), de tal maneira que as placas orientam-
se na direção perpendicular à maior pressão (esforço). Tipos de texturas direcionais: 
 
• Foliação - planos definidos por qualquer grupo planar de minerais ou 
bandamento de minerais, encontrados em qualquer rocha metamórfica. No 
caso de rochas metamórficas de baixo grau a foliação desenvolve-se 
paralela à direções pré-existentes (acamamento, estrutura de fluxo). Já 
para as rochas de alto grau metamórfico este desenvolve-se na direção 
perpendicular à maior pressão; 
• Xistosidade - arranjo paralelo de grãos grosseiros de minerais, com 
estrutura laminar (micas e clorita). 
• Clivagem - propriedade pela qual uma rocha se desplaca ao longo de 
planos de fraqueza, originando fragmentos de forma planar. 
• Lineação - arranjo paralelo de grãos minerais alongados. 
 
 Tipos de rochas metamórficas: 
 
Folhelho → Ardósia → Filito → Xisto → Gnaisse 
Basaltos → Xistos Verdes → Anfibolito → Granulito ou Piroxenito 
Calcáreo → Mármore 
Arenito → Quartzito 
 
 
4.3.1 - Características Geotécnicas Principais - Gnaisses, Filitos e Xistos 
 
• quanto menor o grau de metamorfismo - maior a anisotropia; 
• elevada complexidade estrutural - muitas falhas, dobras, lineações, 
fraturas, etc.; 
• apresentam zonas de baixa resistência devido à concentração de 
minerais planares tais como clorita, biotita, micas, etc.; 
• apresentam, em geral, elevada alterabilidade, devido à anisotropia em 
relação à foliação; 
• a profundidade do topo rochoso é extremamente irregular, devido à 
presença de estruturas; 
• gnaisses tem, em geral, boa resistência, baixa permeabilidade e baixa 
deformabilidade, constituindo excelentes materiais de fundação; 
• filitos e xistos caracterizam-se pela elevada anisotropia, constituindo-
se em materiais de baixa qualidade de engenharia; 
• quartzitos variam de características de acordo com as características 
do arenito que o originou. Podem variar de pouco resistentes e muito 
permeáveis a muito resistentes e pouco permeáveis.