Fundamentos para Geologia de Engenharia

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Fundamentos de Geologia para Engenharia Civil1;2 
Prof. Dr. Waldir José Gaspar 
I. ESTRUTURA DA TERRA 
 
1. Introdução 
A Terra tem a forma aproximada de um elipsoide de revolução (estudos recentes 
indicam que o modelo físico mais se aproxima de um geoide), com 12.712 km de 
diâmetro equatorial e 12.756 km de diâmetro polar. 
 
 
 
As investigações do interior da Terra – através de poços perfurados – se restringem a 
aproximadamente 10 km abaixo da superfície. Dessa forma, os estudos geológicos do 
interior da Terra se baseiam em inferências que – com o avanço das pesquisas – têm 
sido comprovadas. A afirmação que a Terra possui um núcleo denso com raio de 
aproximadamente 3400 km é baseada em numerosas observações de propagação de 
ondas sísmicas que, penetrando no interior do planeta e durante seu percurso sofre 
inúmeras reflexões e refrações indicativas de tal existência. 
Por outro lado, tratando-se de ocorrências e fenômenos geológicos de escala de 
grandeza menor – por exemplo aqueles que se desenvolvem na superfície da Terra e em 
intervalo de tempo curto – pode-se trabalhar com maior grau de segurança. 
Os materiais sólidos que entram na composição da Terra e são diretamente acessíveis à 
observação, chama-se rocha. Geralmente formados por minerais, os quais possuem uma 
estrutura organizada, cristalina. Assim, o estudo da Terra envolve e se inicia em escala 
pequena, começando pela Mineralogia, em seguida aumenta-se a escala englobando as 
rochas e sua origem (Petrologia) e finalmente alcança um aspecto muito maior e 
especulativo é o Estudo da Terra própriamente dito, tarefa que se propõe a Geologia. 
 
1 Notas de aula do curso de Geologia para Engenheiros Civis: Nilson Gandolfi, Alfredo José Simon 
Bjornberg, Antenor Braga Paraguassu. 
2 Geologia de Engenharia – Editores Antonio Manoel dos Santos Oliveira, SergioNertan Alves de Brito – 
São Paulo – Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, 1998. 
A Terra é um dos planetas que circula ao redor do sol e gira em torno de seu próprio 
eixo, tendo como característica importante desse grupo de planetas é a de todos girarem 
no mesmo sentido em torno de seu próprio eixo e no mesmo plano. 
Outro aspecto interessante é que as distâncias planetárias relativamente ao Sol, medidas 
em unidades astronômicas, também seguem aproximadamente a equação: r = 0,4 + 0,3 
2n , onde n = - ∞ para Mercúrio; 0, para Vênus; 1, para Terra; 2, para Marte; 3, para 
grupo de asteroides, etc. Tais regularidades comentadas sugerem que suas partes 
possuem uma origem comum, possivelmente geradas ao mesmo instante e a partir de 
um único corpo estelar (Os Três Primeiros Minutos - Steven Weinberg). 
 
2. Constituição da Terra 
As hipóteses que se formulam sobre a constituição interna mais provável da Terra 
baseiam-se em estudos dos meteoritos e em observações sismológicas. 
Os meteoritos(1) são corpos sólidos, com órbitas em torno do Sol, que ocasionalmente 
caem na superfície terrestre. Pesquisadores como Browm e Petterson conseguiram 
estabelecer nestes corpos relação direta de porcentagem de fase metálica com a pressão 
e temperatura existentes no interior da Terra. Através do agrupamento dos meteoritos, é 
possível observar que aqueles designados metálicos (Sideritos) e constituídos por Fe e 
Ni corrobora a hipótese de que o interior da Terra é constituído de material 
correspondente, i e: liga de Fe e Ni. 
A Terra está continuamente sofrendo deformações resultantes de esforços no seu 
interior. Tais deformações resultantes, em sendo de pequena magnitude, são 
denominadas elásticas ou plásticas. Entretanto, se os esforços forem grandes, poderão 
ocorrer rupturas responsáveis por distúrbios ou abalos sísmicos(2) provenientes de 
ondas elásticas. 
Tais ondas elásticas, partem de uma região limitada abaixo da superfície, denominada 
de foco sísmico, e se propaga pela Terra – tanto na periferia como em profundidade – 
podendo ser de três tipos: ondas P; S e Superficiais. As ondas P são longitudinais, isso 
é, à medida que as ondas avançam, cada partícula do meio é deslocada na direção de 
propagação da onda – da mesma forma que as ondas sonoras. Entretanto, as ondas S são 
transversais, como as ondas luminosas. As ondas Superficiais não interessam 
diretamente. 
A velocidade das ondas P é dada por: 
𝑉𝑃 = √
𝐾 +
4
3 𝜇
𝜌
 
e das ondas S é dada por: 
 
𝑉𝑆 = √ 
𝜇
𝜌
 
 
onde k e μ são constantes elásticas e ρ é a densidade do meio. Numa condição onde a 
rigidez for igual a zero, não haverá propagação das ondas transversais. 
Quando as ondas atingem uma superfície descontínua (de interface), parte será refletida 
e parte refratada, de acordo com as leis da óptica geométrica. Sabendo-se os tempos que 
os sinais de um abalo sísmico levam para atingir os observatórios sismológicos, à 
diferentes distâncias do foco, é possível calcular a velocidade de propagação a qualquer 
profundidade no interior da Terra. 
Dessa forma, os geofísicos puderam calcular aproximadamente a densidade dos 
materiais terrestres em várias profundidades, sob condições de diferentes pressões e 
temperaturas. Entretanto o estudo está condicionado à determinação exata do momento 
em que ocorre o abalo sísmico – fato deficilmente de ser conseguido. 
 
2.1 Interior da Terra 
Em linhas gerais os estudos sismológicos indicam haver duas interfaces entre a 
superfície e o centro da Terra, resultando daí três camadas denominadas crosta 
(litosfera), manto e núcleo. 
A crosta é a camada mais externa e apresenta espessura variável, sendo em média 50 
km. Sua parte superior é constituída por rochas graníticas ricas em silício e alumínio 
(Sial) e que é encontrada nos continentes. Na sua parte inferior, a crosta é formada por 
rochas basálticas, ricas em silicatos ferro-magnesianos (Sima) e constitui a base dos 
continentes e o fundo dos oceanos – resultando numa contínua camada que envolve toda 
a Terra. 
O manto corresponde à porção localizada entre 50 km e 2900 km de profundidade 
média. Acredita-se ser formado por silicatos ferro magnesianos de alta densidade e 
temperatura – chegando a 3400°C a 4000°C. Autores como Goldsmidt, e Washington e 
Buddington acreditam que além das três divisões mais importantes citadas acima, axista 
mais uma interface entre 1000 e 1500 km de profundidade. 
O núcleo ocupa os 3400 km restantes até o centro da Terra devendo ser constituído de 
níquel e ferro. 
Nessa disciplina abordaremos principalmente – embora quantitativamente inexpressiva 
– a listosfera, mais especificamente a sua parte superior que é uma fina casca cobrindo 
os continentes. 
 
3. Grau Geotérmico ou Gradiente Térmico 
Denomina-se Grau geotérmico o número de metros que deve-se penetrar na crosta 
terrestre para ter-e um aumento de temperatura da ordem de 1°C. Os estudos de Rittman 
aponde que o grau geotérmico médio é de 30 metros. 
 
4. Massa da Terra 
Pela Lei de Newton a massa da Terra é de 6 x 1021 ton. A partir desse dado e do 
volume, determina-se a massa específica da Terra que é de 5,5 g/cm³, sendo metade da 
massa específica das rochas à superfície. Daí mais um dado para a hipótese de que a 
Terra de ter uma estrutura concêntrica zonada, com um núcleo central rico em ferro e 
altamente denso; um manto intermediário de silicatos pesados e uma crosta heterogênea 
de rochas silicáticas de menor densidade. Completando o quadro observa-se mais três 
zonas, a atmosfera, a hidrosfera e a biosfera (Tabela 1). 
A atmosfera é a envolvente gasosa que circunda a Terra; a hidrosfera corresponde à 
parte líquida aquosa dos mares, rios e lagos e a biosfera à totalidade de matéria orgânica 
à superfície daTerra – existente tanto na parte aquosa como na parte aérea. 
 
Tabela 1: Características químicas e físicas dos solos. 
NOME CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 
Atmosfera N2, O2, H2O, CO2, gases inertes 
Vapor d’água, íons, poeiras, 
gases, etc 
Biosfera 
H2O e substancias orgânicas 
incluindo esqueletos 
Sólidos, líquidos e coloides 
Hidrosfera Água doce, salgada, salobra e gelo Líquido e em parte sólido 
Crosta Rochas silicáticas “normais” Sólido 
Manto 
Material silicático, provavelmente 
rico em (Mg, Fe)2,SiO4 
Sólido 
Núcleo Ferro e níquel 
Parte superior líquida e inferior 
sólida 
Fonte: modificado de notas de aulas de Gandolfi N., Bjornberg A. J. S., Paraguassu A. 
B. 
 
5. Magnetismo Terrestre 
Pelos relatos, o campo magnético terrestre já era conhecido à cerca de 1000 anos antes 
da nossa época, sendo sua intensidade e direção da magnetização variando de lugar para 
lugar. Admite-se que a origem do magnetismo terrestre esteja nos movimentos termo-
convexionais de massas plásticas abaixo da crosta. 
 
6. Idade da Terra 
Para entender os vários processos geológicos, deve-se sempre ter em mente o enorme 
intervalo de tempo decorrido desde a origem da Terra até hoje, sendo da ordem de 4,5 
bilhões de anos. 
São duas maneiras de verificar o tempo geológico: 
Idade Absoluta:– Desejando-se determinar a idade de um mineral uranífero, sabendo-se 
que o núcleo de certos elementos emitem partículas de energia expontaneamente 
(radioatividade), verifica-se as quantidades de U238 e Pb206, no mineral. A proporção 
entre elas é possível calcular a idade do mineral. 
Idade Relativa: a) Superposição de camadas – possibilita verificar se uma camada 
sedimentar é mais antiga ou mais nova que outra, devendo ser analisado possíveis 
dobramentos da crosta; b)Salinidade – sofrendo de certas limitações, o método parte do 
princípio que os mares eram inicialmente de água doce; Espessura de camadas – com 
restrições para medida do tempo geológico, uma vez que numa mesma camada pode 
ocorrer sedimentação ou erosão. 
7. Isostasia 
É a condição de equilíbrio ideal entre massas continentais ou oceânicas e material 
subjacente. Nos pontos em que a massa siálica se sobressai (montanhas), ocorre o seu 
maior aprofundamento no substrato basáltico (apesar dos processos geológicos externos 
e internos poderem modificar o estado ideal de equilíbrio). 
8. Crosta Terrestre 
A superfície da terra é constituída de continentes e oceanos. Os continentes constituem 
aproximadamente 1/3 da superfície da terra, sendo, em média cerca de 800 m acima do 
nível do mar. Prolongam-se rumo ao mar, numa plataforma continental submarina, de 
várias dezenas de quilômetros, a uma profundidade de aproximadamente -200 m, tendo 
a borda externa da plataforma baixa declividade, até as profundezas oceânicas. 
O granito, sendo uma rocha ígnea tipicamente continental, i e, não encontrada no âmbito 
dos oceanos, essencialmente constituída de SI O2 (65 a 70% em peso) e Al2 O3. Daí o 
termo Sial (sílica e alumínio) para designar, de forma abreviada, a composição da crosta 
continental, em contraposição ao Sima (sílica e magnésio) – mais característica das 
rochas oceânicas e presumivelmente do manto. Dentre outras rochas ígneas 
continentais, também é encontrado as rochas basálticas. 
Além das rochas ígneas, o continente também é constituído por rochas metamórficas, 
sendo ígneas ou sedimentares recristalizadas no estado sólido. 
Os oceanos tem uma profundidade média abaixo do nível do mar de cerca de 5 km. Na 
maior parte do fundo oceânico observa-se um achatamento do terreno, erguendo-se, em 
determinadas regiões, extensas cadeias montanhosas submarinas conhecidas como 
dorsais. 
Dentre os diversos avanços nas últimas décadas no campo da pesquisa geológica foi a 
demonstração que os continentes se movem uns em relação aos outros (deriva dos 
continentes) e que o fundo oceânico participam desse deslocamento (expansão do fundo 
oceânico). Haveria um a produção contínua de crosta oceânica nas dorsais, por subida 
de material proveniente do manto sub-crustal. O deslocamento da crosta oceânica se 
daria em direção aos continentes. Ao alcançar a plataforma continetal, o fundo oceânico 
se deviaria para o interior da Terra sendo novamente incorporado ao material do manto. 
A energia necessária ao deslocamento é fornecida pelo mocimento convexional do 
manto. 
9. Processos Geológicos 
Erosão – Ao ocorrer reações químicas de hidratação, oxidação e dissolução produzidas 
pela água meteórica sobre as rochas expostas á superfície, complementadas por 
processos físicos e biológicos, provocando a completa desagregação e alteração das 
rochas (fenômeno que em conjunto constituem o intemperismo), resulta na produção de 
solo. 
Os materiais soltos tendem naturalmente a se mover, descendo as encostas por efeito da 
gravidade, chegando aos fundos de vale e dos oceanos, podendo ser acelerado pela ação 
da água corrente e por vezes pelo vento e gelo. 
Sedimentação – Material solto da erosão é transportado para pontos baixos da 
topografia, como fundo de vales, lagos, fundo de oceanos, etc, sendo depositado em 
camadas sedimentares horizontais. Com a passagem do tempo, a pressão provocada 
pelo material que vai se acumulando sobre o sedimento previamente formado, em 
combinação com as reações químicas que ocorrem no interior da referida massa 
sedimentar, provocam compactação de todo o material, cujo processo recebe o nome de 
litificação, resultando a formação de rochas sedimentares. 
Entre as rochas sedimentares de granulação fina, as mais comuns são os argilitos, 
folhelhos e siltitos. De granulação média, destacam-se os arenitos geralmente 
compostos por material quartzoso, como as areias de praia. Os calcáreos são 
normalmente formados a partir de fragmentos de conchas ou esqueletos de animais 
marinhos. O carvão é uma rocha composta de restos orgânicos, principalmente vegetais 
Petróleo não é uma rocha , mas sim trata-se de material destilado de restos orgânicos 
aprisionados em rochas sedimentares porosas. 
As rochas sedimentares formam apenas uma pequena fração da crosta terrestre, sendo 
que, no fundo oceânico, ocorrem numa espessura média de apenas um quilômetro 
(aproximadamente 2% da espessura da crosta). 
Atividade Magmática: O vulcanismo é uma erupção superficial do gás e rocha no estado 
de fusão, cujo termo apropriado para esse estado é magma. A superfície de acumulação 
de lava e outros materiais ejetados que se encontram em volta do conduto de adução do 
magma, recebem o nome de vulcão. As lavas mais comuns são as basálticas que, devido 
ao seu teor médio em sílica de 50%, as situa entre as básicas. O plutonismo é um 
processo de gênese, movimentação e solidificação de corpos rochosos cristalinos ígneos 
profundos. Rochas que sofreram metamorfismo são aquelas que inicialmente eram 
rochas ígneas ou sedimentares, que passaram por um processo de recristalização no 
estado sólido; isto é, sem sofrerem fusão total. Pode ser induzido por aquecimento, por 
ação de altas pressões ou por ação de ambos em conjunto. Há considerável variedade de 
rochas metamórficas, em razão do desenvolvimento de vários conjuntos de minerais, 
obtidos de um mesmo material primário. 
 
II. MINERAIS FORMADORES DE ROCHAS 
 
1. Introdução 
Mineral é uma substância de composição química definida, formada por processos 
inorgânicos naturais, encontrado na crosta terrestre e em corpos celestes, quase sempre 
como um sólido de estrutura interna ordenada. Os minerais abundantes da crosta 
terrestre são os feldspatos (alumino-silicatos) e o quartzo (óxido de silício), que entram 
na composição da maior parte das rochas. Para a Geologiade Engenharia interessam 
tanto as propriedades mineralógicas que permitem a identificação dos minerais, como s 
que influenciam o comportamento mecânico das rochas. 
 
2. Gênese 
A formação dos minerais não é um processo circunscrito a um tempo determinado da 
história geológica. Muitos provenientes da fase de consolidação da Terra, outros de 
fases posteriores. Dentre os processos de formação dos minerais pode-se citar: 
Resfriamento de magmas que, por ser materiais em estado de fusão do interior da terra, 
constituído da mistura de inúmeras substâncias químicas em várias proporções, ao se 
resfriarem se cristalizam formando diferentes minerais. 
Ação de gases, produção de minerais a partir da reação de líquidos e gases que 
penetraram nas fendas com os minerais já existentes. 
Ação de agentes meteóricos e biológicos são minerais que se alteram a partir da 
exposição ao tempo, resultando em outros minerais. 
Precipitação de sais é a produção de minerais a partir da precipetação por evaporação, 
supe-saturação, variação do pH, ação de organismos. 
 
3. Classificação 
Regularmente classifica-se os minerais com base na composição química. Ressalta-se 
que , dentre as quase 2000 espécies minerais até hoje conhecidas, para a engenharia 
interessam 5 grupos: Silicatos, Carbonatos, Óxidos, Sulfatos e Sulfetos. Destes, os 
silicatos constituem o grupo mais importante, uma vez que ocupam em torno de 93% do 
volume da litosfera. 
 
4. Propriedades 
As propriedades físicas e químicas dos minerais são dependentes dos elementos 
químicos que entram na composição, bem como da maneira em que estão agrupados 
espacialmente. 
 
4.1 Propriedades Físicas 
 
4.1.1 Peso Específico – Os minerais mais comumente encontrados nas rochas 
apresentam valores de peso específico concentrados na faixa de 2,5 a 3,5 g/cm³. 
 
4.1.2 Dureza – É a resistência oferecida pela superfície do mineral ao ser riscado. 
Utiliza-se a classificação através da Escala de Mohs (dividida em 10 minerais), 
conforme a facilidade ou não de serem reiscados por outros minerais (Tabela 2). 
 
Tabela 2 – Classificação pela Escala de Mohs. 
 
1. Talco 3Mg . 4SiO2 . H2O 
2. Gipso CaSO4 . 2H2O 
3. Calcita CaCO3 
4. Fluorita CaF2 
5. Epatita Ca5 (F, Cl) (RO4)3 
6. Ortoclásio K2O . Al2O3 . 6SiO2 
7. Quartzo SiO4 
8. Topázio Al2SiO4 
9. Corindon Al2O3 
10. Diamante C 
Fonte – L. G. Berry e Brian Mason (Mineralogy – Concepts, Descriptions, 
Determinations. W. H. Freeman and Company, 1959. 
A dureza é uma propriedade vetorial importante, pois reflete as qualidades físicas e 
mecânicas de importância na engenharia, tais como abrasividade, resistência a 
perfuração, etc. 
 
4.1.3 Clivagem – Rupturas ao longo de certos planos de clivagem que alguns minerais 
sofrem quando submetidos a esforços mecânicos. 
4.1.4 Brilho – Aspecto da superfície do mineral quando reflete a luz, que podem ser 
agrupados em minerais de brilho metálico e classe dos de brilho não metálico. 
 
4.1.5 Cor – Propriedade importante para identificação dos minerais. O que tem brilho 
metálico, geralmente se apresenta com a mesma cor (exemplo: pirita FeS2 – sempre 
amarela). 
 
4.1.6 Traço – É a cor do pó fino do mineral quando risca uma placa de porcelana não 
vitrificada, sendo constante para cada espécie. 
 
4.1.7 Magnetismo – Susceptibilidade magnética é uma propriedade comum a todos os 
minerais, sendo apresentada em diferentes graus, sendo possível sua identificação por 
meio de imã. 
 
4.2 Propriedades Químicas 
 
A estrutura dos minerais é determinada pelo número e tamanho dos íons específicos que 
entram na sua composição. Mais especificamente pela estabilidade geométrica (tamanho 
e arranjo) e elétrica dos seus componentes (cargas e partículas). 
 
5. Características mais comuns a serem observadas 
 
A sequência de observações abaixo auxiliam na identificação macroscópica prévia dos 
materiais constituinte de uma amostra. 
A. Reconhecer o tipo de brilho do mineral: metálico ou não metálico. 
B. Reconhecer a dureza, correlacionando com alguns valores práticos: unha (2,5); 
canivete (5,0); vidro (5,5); quartzo (7,0). A dureza do mineral será baixa quando 
estiver entre 1-2; média 3-5; alta acima de 5. 
C. Reconhecer a cor do traço deixado numa placa de porcelana opaca. 
D. Identificar o hábito do mineral, ou como ele se apresenta na amostra, por 
exemplo: lamelar, prismática, globular, granular, etc. 
E. Observar outras propriedades: magnetismo, plasticidade, maleabilidade, 
clivagem, fratura, reação com ácido clorídrico diluído, etc. 
 
6. Minerais mais comuns formadores das rochas 
 
Da infinidade de minerais existentes, apenas seis são formadores predominantes da 
crosta terrestre: feldspatos (ortoclásio, microlina e plagioclásios), quartzo, piroxênio, 
anfibólios, micas (biotita emuscovitas) e olivinas. 
 
6.1 Feldspatos 
Constituem cerca de 50% dos componentes das rochas na crosta. Regularmente usados 
em cerâmica para fabricação de porcelanas, vidros, esmaltes, etc. Sua decomposição 
pelos processos naturais de alteração que ocorrem na superfície da terra (intemperismo), 
leva à produção de vários tipos de argilas. 
 
6.2 Quartzo (SiO2) 
Depois do feldspato é o material mais abundante da crosta terrestre. Originalmente na 
forma prismática hexagonal, geralmente de aspecto vítreo, incolor ou de colorido 
amarelo pálido (quartzo citrino). Não apresenta clivagem e quebra-se da mesma forma 
que o vidro, produzindo fraturas com superfícies côncavas. Tem dureza 7 na Escala de 
Mohs, riscando o aço. É abundante nos granitos, gnaisse e areias. No granito ocorre 
junto ao feldspato que é leitoso e tem clivagem, enquanto o quartzo tem aspecto 
límpido, de vidro quebrado e não cliva. 
 
6.3 Argilas 
São silicatos com estruturas cristalinas de forma laminar, placóide, com radicais 
hidroxila. Todas as argilas absorvem água em maior ou menor grau, sendo portanto 
expansivas. Sendo as monemorilonitas as que se destacam quanto a esse caráter, sendo a 
bentonita o nome comercial dessa argila (impura). 
As argilas são de muita importância na engenharia devido a sua alta porosidade e 
exspansibilidade. Podendo ser usadas na forma de lama, como suporte de escavações ou 
cortinas impermeabilizantes. Por vezes evitadas em fundações dada a possibilidade de 
recalques elevados. 
 
6.4 Micas 
Dentre os dois tipos existentes a muscovita – componente de rochas ígneas ácidas como 
o granito – é usada industrialmente como isolante térmico e elétrico. Rochas 
sedimentares ricas em mica ou solos residuais de granitos gnaisses ricos desse mineral 
não oferecem boa compactação. 
 
 
6.5 Piroxênio 
Silicatos ferro-magnesianos, podendo conter também calcário em sua fórmula química. 
A limonita é a responsável pela cor castanha da “terra rocha”, produto da decomposição 
dos basaltos e rochas similares. 
 
6.6 Olivina 
Ocorrem em muitas rochas ígneas pobres em sílica e são de cor escura esverdeada 
 
Pode-se citar ainda outros minerais como: Calcita e dolomita (carbonatos constituintes 
de rochas metamórficas - mármores, ou sedimentares – calcáreos). Hematita, Magnetita 
(com propriedades magnéticas), Pirita com aspectos metálico amarelo (“fools gold”- 
ouro de tolos), Limonita – resultante da alteração de rochas e responsável, em grande 
parte, pela coloração avermelhada dos solos e rochas sedimentares dentríticas, Apatita – 
importante na fabricação de adubos, e Ilmenita – formadores de massas negras com 
brilho metálico em depósitos fluviais (aluviões) ou sedimentos soltos de praias. 
 
 
 
 
 
 
III. ROCHAS 
 
1. Introdução 
Rochas são agregados naturais e multigranulares formados por uma ou mais espéciesminerais e/ou mineralóides (carvão). Geralmente se apresentam como corpos maciços 
que constituem partes importantes da crosta terrestre. 
Algumas como o mármores ou gipsita, são exemplos significativos de rochas compostas 
por uma única espécie mineral. Por outro lado, na composição dos granitos, entram 
várias espécies minerais, como o quartzo e feldspato (exencialmente), micas zircão, 
hornblenda (acessórios). 
 
2. Importância das rochas na engenharia 
 
A engenharia civil utilizam as rochas e os maciços rochosos como suporte para obras 
(fundações) ou como meio físico para abrigar construções (túneis, reservatórios 
subterrâneos) ou ainda como material de construção (rocha britada). 
 
Fundações de grandes obras como as barragens ou usinas e pontes, quando apoiadas em 
maciços rochosos, há a necessidade de verificar algumas propriedades geotécnicas, 
dentre elas a permeablidade do maciço, acarretando (quando muito permeáveis) 
custosas obras de impemeabilização, para que não ocorra fuga do reservatório ou 
instabilidade da obra. Na construção de estradas aplicação de técnicas adequadas de 
escavação a partir do conhecimento do maciço e boa técnica de estabilização dos 
taludes resultates. No caso de material de construção, usa-se a rocha fragmentada como 
agregados (concretos, argamassas, pavimentação) ou blocos de proteção contra erosão 
(rip-rap), sendo necessário o conhecimento de algumas propriedades da rocha relativas a 
resistência, alteração, reatividade com o cimento, adesividade ao betume e resistência ao 
desgaste. 
 
3. Processos formadores das rochas 
 
A formação das rochas implica uma multiplicidade de fatores, entretanto 
preliminarmente - podem ser caracterizados como: 
 
Rochas ígneas – resultantes da consolidação por resfriamento de material em estado de 
fusão (magma), formado no interior da terra. Quando o resfriamento se dá no interior da 
crosta, é mais lento e geram as rochas intrusivas tendo o granito como exemplo bem 
conhecido. Exemplos característicos de seu aparecimento é a Serra do Mar e a Serra da 
Mantiqueira. Quando o magma chega à superfície através das erupções, a consolidação 
é mais rápida formando rochas denominadas ígneas extrusivas, sendo os basaltos de cor 
preta, castanha ou cinza, as mais representativas. O magma (quente e viscoso e 
formadores da rocha) apresenta-se sempre com densidade menor que a dos materiais 
que o circundam, na região em que é gerado. Daí ele tende a subir para as partes mais 
superficiais da crosta deslocando as rochas vizinhas, lateral ou verticalmente, às vezes 
englobando blocos dessas rochas. O magma pode atingir ou não a superfície terrestre ou 
os assoalhos oceânicos, então pode-se considerar dois processos fundamentais de 
magmatismo: Intrusivo (solidificção no interior da crosta) e Extrusivo (na forma de lava 
se solidificando à superfície). 
O magmatismo extrusivo na forma de erupções vulcânicas em forma de cones pode ser 
explosivo quando o magma contém gases, ejetando cinza, material vulcânico 
fragmentado e a própria lava com diferentes proporções de magnésio, ferro, cálcio, 
sódio e potássio. Após o derrame e na fase do resfriamento, os gases que se deslocam 
para a parte superior da lava exposta, devido a sua baixa densidade, geram horizontes de 
vesículas de menor resistência; daí, obras de engenharia de grande porte, assentes nessa 
parte superior do derrame, devem receber estudos e tratamentos mais adequados. 
As rochas ígneas intrusivas apresentam características que estão associadas à velocidade 
de resfriamento do magma. Quanto maior a profundidade, o resfriamento é mais lento e 
como consequência tem-se rochas com minerais de maior granulação. Como exemplo, 
os diabásios – produtos do resfriamento de magmas a pequena profundidade – se 
assemelham aos basaltos, porém com granulação maior em torno de um milímetro. O 
mesmo magma quando consolidado a grandes profundidades geram gabros que são 
rochas com minerais de granulação centimétrica. 
Dentre os aspectos e propriedades para a classificação das rochas pode-se analisar: Cor; 
Textura; Estrutura, com o aparecimento de vesículas (cavidades), amígdalas 
(preenchimento com minerais) e fraturas (compartimentação do maciço); e, 
Composição. 
 
As rochas sedimentares – são de natureza bem diversa, pois compreendem depósito, 
compactação e cimentação de material fragmentado de outras rochas ou precipitação de 
material em solução. Arenito é o exemplo característico, tendo grãos de areia unidos por 
material cimentante. A gipsita é resultante de cristais de sulfato de cálcio unidos entre 
si, sem material cimentante. Devido às condições de sedimentação não serem 
uniformes, denomina-se esse fato por acamamento ou estratificação. Após a deposição 
de sedimentos, com a superposição de espessas camadas superiores (também 
sedimentares), ocorre a sedimentação por pressão com soluções penetrando na camada e 
cimentando os sedimentos – argila resulta em argilito, silte em siltito, areia em arenito e, 
cascalho em conglomerado. Em resumo, para se formar as rochas sedimentares são 
necessários cinco processos: Alteração ou intemperismo da rocha pré existente (ígneas 
ou metamórficas); erosão do material fragmentado por gravidade, água, vento ou gelo; 
transporte do material erodido; deposição sempre em depressões ou regiões planas 
sendo condicionada à velocidade de movimento do meio transportador; litificação que é 
a compactação ou sobreadensamento seguido de cimentação das partículas que 
transforma o material incoerente em rocha. 
 
Formação dos solos – Cada maciço rochoso se decompõe de forma própria, sendo que 
cada constituinte das rochas são mais solúveis que outros. O material decomposto 
através do intemperismo (conjunto de processos físicos e químicos que alteram a rocha) 
podem ser transportados pela água corrente, vento, gravidade ou geleiras. Os solos são 
misturas complexas de material inorgânico e resíduos orgânicos parcialmente 
decompostos. Convencionou-se denominar a camada superior exposta de húmus 
sobrejacente a camada de solo denominada subsolo. Os fatores mais importantes na 
formação dos solos são: Ação de organismos na produção de nitrogênio; rochas de 
origem gerando solos férteis ou solos pobres para a vegetação; tempo de alteração e 
granulação das rochas; clima; inclinação do terreno – se acentuadas observa-se a 
geração de grandes erosões e afloramento de matacões, em terrenos espessos e 
inclinados a água escoa mas também se infiltra gerando subpressões no maciço 
regolítico com imensa importância para a estabilidade; ciência do solo – análise de 
perfis de solo para uso em agronomia e engenharia (fundações e materiais de 
construção); classificação pedológica. 
Rochas sedimentares mais comuns: Conglomerados – cascalhos geralmente de quartzo 
sedimentados por material ferroginoso e sílica. Brechas – formadas no sopé dos morros 
e regiões acidentadas, similares aos conglomerados, entretanto com fragmentos 
angulosos. Arenitos – areias cimentadas (óxido de ferro, sílica, carbonato, etc) 
formando rocha dura, com grãos de areia nas mais diversas características (angulosos, 
arredondados, lisos, foscos, etc). Folhelho – indicam deposição em ambiente calmo, 
finamente extratificados, fragmentam-se (quando expostos na superfície, de forma 
lamelar ou em plaquetas), argilas densamente compactadas e cimentadas. Folhelhos 
podem conter argilas expansivas e se partem prontamente desmantelando-se com 
facilidade (como exemplo os siltitos e folhelhos do Grupo Passa Dois que ocorrem entre 
Rio Claro e São Carlos). Calcáciros – compostos por carbonato de cálcio, geralmente de 
carapaças de conchas ou esqueletos de animais como recifes de coral ou origináriosde 
precipitação química. Carvão – formado em regiões alagadiças de clima quente, com 
origem devido ao acumulo e decomposição parcial de vegetais em regiões alagadiças, 
soterramento de outros sedimentos e conversão de turfa em carvão por calor e pressão. 
Geralmente após espessa camada de turfa ela é soterrada por sedimentos que produzem 
seu recalque elevando as pressões temperatura (mais fundas). O aquecimento faz perder 
os materiais voláteis e aumenta o teor de C. a turfa se transforma em linhito, depois em 
carvão betuminoso e finalmente em antracito que é um composto com 90% de C. 
 
Rochas metamórficas - Transformações (metamorfismo) de rochas pré-existentes por 
ação de calor, pressão e fluídos, como o xisto, um exemplo típico formado por minerais 
placóides dispostos numa mesma orientação à maneira de folhas superpostas. Materiais 
transportados pelo rio, ao chegar ao mar depositam-se no fundo. Constituídos de 
partículas isoladas, nessa primeira fase será extremamente fofo e inconsolidado. A 
medida que mais sedimentos se depositam sobre os primeiros, estes suportarão (numa 
primeira fase pela água contida nos poros das partículas que não entraram em contato) 
cargas cada vez maiores. O aumento de resistência se dá quando as partículas se 
tocarem e parte da água estiver expulsa. A carga suportada pela água é uma carga neutra 
(pressão neutra), não possuindo capacidade de condicionar atrito entre as partículas 
mencionadas. Com o aumento da pressão efetiva (expulsão da água e ar e contato entre 
partículas), possibilita o controle da resistência ao cisalhamento dos sedimentos 
considerados. Dessa forma a pressão total em um sedimento completamente saturado 
consiste de duas partes: 
 
Pressão total = pressão intergranular (efetiva) + pressão da água (neutra), ou seja: 
 
𝜎 = 𝜎′ + 𝜇 , onde: 
σ = pressão total 
σ’ = pressão efetiva 
μ = pressão neutra (uplift pressure) 
 
A resistência ao cisalhamento é controlada pelo valor da tensão efetiva, conforme 
equação de Mohr-Coulomb, modificada por Terzaghi: 
 
𝜏 = 𝑐 + (𝜎 − 𝜇) 𝑡𝑔 𝜙, onde: 
 
τ = resistência ao cisalhamento 
c = coesão 
σ = tensão normal (no caso tensão total atuando normalmente ao plano de cisalhamento) 
σ = σ’ + μ (conforme acima) 
ϕ = ângulo de atrito interno 
tg ϕ = coeficiente de atrito interno 
 
As ardósias e os gnaises são rochas metamórficas que contém planos preferenciais de 
clivagem, partindo-se com grande facilidade. Particularmente as ardósias – largamente 
utilizada na construção civil – possui, na sua composição minerais muito finos e 
apresentam-se nas cores cinza e preta podendo apresentar ainda cores avermelhadas 
(oxidação da pirita) ou esverdeada (grafite proveniente do metamorfismo da matéria 
orgânica). Quanto à questão de durabilidade devem ser utilizadas ardósias que possuem 
como componente constituinte também o quartzo. 
Como considerações sobre o metamorfismo regional em áreas continentais, observa-se 
que ocorrem movimentos de massas de caráter ascendente, produzindo cadeias 
montanhosas e descendentes, produzindo bacias sedimentares, que conforme o caso, 
poderão ser lacustres (bacia sedimentar de São Paulo), de escoamento fluvial (bacias do 
Paraná, Amazônica, etc), marinhas (bacia de Sergipe), de deposição glacial (tilitos), 
eólicas (Deserto do Arenito Botucatu). Além deve-se analisar os geossinclinais que são 
longas trincheiras rasas, de fundo móvel e plástico, no qual esforços tectônicos se 
traduzem por verdadeiros dobramentos denominando as cordilheiras. 
 
 
IV. TECTÔNICA 
Capítulo da geologia que trata das deformações crustais. Soerguimento e abatimento de 
regiões, concentração de sedimentos ricos em fósseis (restos orgânicos marinhos) em 
cidades (Ponta Grossa – PR, por ex.) bem acima do nível do mar. As deformações 
podem ser lentas ou resultante de terremotos por exemplo, gerando deslocamentos da 
ordem de dezenas de metros em segundos. Os fenômenos a serem estudados referem-se 
aos arqueamentos crustais, dobramentos e rupturas : diaclases e falhamentos. 
 
V. CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL ROCHOSO 
 
1. Introdução 
No seu ambiente natural as rochas são atravessadas por uma série de fraturas, 
falhamentos, planos abertos ou fechados, preenchidos por materiais alterados ou não. 
Então, ao se iniciar trabalhos de engenharia (fundações, obras no maciço rochoso ou 
obras de terra, drenagem, etc) numa determinada área todos esses fatores devem ser 
analisados para adequada utilização dos maciços rochosos. Lembrando-se que a amostra 
obtida no campo, nem sempre retrata ou é representativa do todo a qual faz parte. 
Dependendo do porte da obra, é imprescindível a colaboração de especialistas em 
geologia ou mecânica das rochas, bem como a devida avaliação das condições de 
subsuperfície, tais como: estudo do ambiente geológico regional, condições estruturais 
dos maciços rochosos (falhas, acamamentos, atitudes de planos), verificação das 
condições geológicas e físicas no local de implantação da ora, estudo dos materiais 
rochosos e seu comportamento físico (reconhecer as propriedades importantes da rocha 
que permitam defini-la, estabelecer tais propriedades, correlacionar tais propriedades 
com as características dos maciços. 
2. Natureza dos materiais rochosos 
Aspectos a serem analisados: 
Rochas são agregados de minerais anisostrópicos, onde, sua dureza, é função da face do 
mineral considerado, da clivagem, da forma de cristalização, do hábito. Sua tensão de 
ruptura e outras propriedades mecânicas variam conforme a direção no espaço. 
 
A composição de uma rocha ígnea depende do magma original, bem como sua textura 
depende do ambiente de formação da mesma. 
Para rocha sedimentar, sua natureza depende do tipo de material sedimentar levado a 
uma determinada área de deposição, sofrendo posteriormente desidratação, aumento da 
resistência por compactação e, eventualmente cimentação. 
Em relação ao metamorfismo sobre uma rocha, dependem das características e 
composição da rocha original, cujos agentes são: calor, pressão e ação de soluções 
químicas, gerando recristalização da rocha e mudando seus componentes na formação 
de novas texturas e estruturas. 
De forma geral as rochas são mais resistentes ao cisalhamento que à compressão, onde 
sua heterogeneidade (fraturas orientadas, vazios dispostos em direção preferencial, etc) 
direcionam o comportamento da rocha. 
O módulo de elasticidade estático das rochas (E) e coeficiente de Poisson (ν), são 
medidos nas amostras em ensaios uniaxiais (compressão simples), onde, as deformações 
são medidas na direção da carga para determinar (E) e, em direções perpendiculares à 
mesma para determinar ν (Figura 1). 
 
O módulo de elasticidade que, geometricamente corresponde à inclinação da curva 
tensão x deformação, pode ser representado pela expressão: 
E = 
∆𝜎
∆𝜖
 , onde: 
∆𝜎 é o acréscimo de tensão de compressão, e 
∆𝜖 é a sua deformação correspondente, medida paralelamente à compressão. 
De forma geral, para rochas, os módulos de elasticidade variam de 10.000 a 500.000 
kgf/cm², sendo o último correspondente ao ensaio em granitos. 
O coeficiente de Poisson que corresponde à dilatação lateral que o material sofre com a 
aplicação de tensão compressiva, expresso por: 
 
Ν = 
𝜀𝑥
𝜖𝑧
 , onde 𝜀𝑧 = deformação axial e 𝜀𝑥 = deformação lateral. 
Para materiais elásticos, o coeficiente de Poisson varia entre 0 e 0,5; conde o valor 0,5 
corresponde aos materiais cujo volume não se alteram quando sob pressão. 
Segundo a teoria de Mohr, a ruptura ao cisalhamento de um material é causada pela 
combinação crítica das tensões cisalhantes e normais, que podem ser apresentadas 
atravésdo gráfico da Figura 2. Na abscissa anota-se a tensão normal e na ordenada a 
tensão cisalhante, traçando-se a curva conhecida co envoltória de Mohr, ou envoltória 
de cisalhamento. A melhor forma de se avaliar a resistência da rocha ao cisalhamento é 
através de ensaios triaxiais. As amostras de testemunhos de sondagens de 5,0 a 7,6 cm 
de diâmetro e comprimento de 2,5 a 3 vezes o diâmetro, são encamisadas dentro de 
câmera fechada sujeitas a tensões confinantes (onde ϭ2 = ϭ3) através de óleo. A pressão, 
aplicada axialmente através de prensa hidráulica, produz o cisalhamento da amostra, 
numa ação combinada por aumento da pressão axial ou diminuição da pressão 
confinante. Os círculos de Mohr de cisalhamento (ruptura) para uma série de tais 
ensaios, usando diferentes ϭ3, permitem obter a envoltória de ruptura. A pressão neutra, 
por ser um fator importante na interferência da resistência ao cisalhamento, também 
deve ser medida. 
 
 
 
Ensaios clássicos de cisalhamento direto também podem ser executados em amostras 
recortadas nas dimensões pré-determinadas, acondicionadas em uma caixa rígida 
bipartida (inferior fixa e superior móvel horizontalmente) e então aplica-se uma 
compressão constante (σn), normalmente ao plano de cisalhamento. Em seguida, com 
uma pressão crescente ao plano paralelo de ruptura obtém-se o cisalhamento da 
amostra. A tensão de cisalhamento é dada pela fórmula: 
τmáx = 
𝐹𝑚á𝑥
𝐴
 sendo: Fmáx a força de ruptura e A área do plano cisalhado. 
Ensaios de tração e de permeabilidade possibilitam observar outros coeficientes 
indispensáveis para execução de projetos de engenharia. Quanto ao coeficiente de 
permeabilidade (k) se refere à condutibilidade hidráulica dos maciços, expressa em 
cm/s, sendo válida a Lei de Darcy onde a vazão (cm³/s) é proporcional a área e ao 
gradiente hidráulico (∆𝑙 / l) ou q = k i A, sendo k = coeficiente de permeabilidade 
 
 
VI. CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL ROCHOSO 
A evolução da Terra foi pontilhada de eventos marcantes que permitiram subdividir sua 
história em várias partes influenciados por grandes perturbações na crosta que, por sua 
vez, causavam mudanças climáticas e evolutivas nos seres vivos. Essa subdivisão está 
definida por eras (unidades maiores de tempos geológicos), períodos e épocas 
geológicas (Tabela 30). 
A unidade rocha é denominada formação e definida como rochas (ígneas, sedimentares 
e metamórficas) com características litológicas próprias, quando formam uma parte 
diferenciada da coluna geológica. Dessa forma, formação é uma parte da coluna 
geológica fácil de se distinguir e mapear. Ex.: Formação Botucatu. Várias formações 
reunidas formam um Grupo. As rochas mais antigas do Estado de São Paulo são as 
ígneas e metamórficas da idade Pré-cambriana, formadoras da Serra do Mar, 
Paranapiacaba e Mantiqueira. 
ERA PERÍODO MILHÕES ANOS CARACTERÍSTICAS 
CENOZÓICO 
Quaternário 1,6 Homem 
Mamíferos, fanerógamos Terciário 64,4 
MESOZÓICO 
Cretáceo 140 
Répteis gigantescos e 
coníferas 
Jurássico 205 
Triássico 250 
PALEOZÓICO 
Permiano 290 
Anfíbios e criptógamas. 
Peixes, vegetação nos 
continentes invertebrados e 
aparição de grandes fósseis, 
vida aquática. 
Carbonífero 355 
Devoniano 410 
Siluriano 438 
Ordoviciano 510 
Cambriano 540 (570) 
Neoproterozóico 1.000 
 
Restos raros de algas, 
esponjas crustáceos 
 
Sem evidências fossolíferas 
Mesoproterozóico 1.600 
Paleoproterozóico 2.500 
 
Início da terra 4.500