04 Rochas Parte 1

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Geotécnica
(Rochas)
Geotécnica - 2016 – UERJ
Bruno Teixeira Lima
ROCHAS - DEFINIÇÃO
 Minerais são substâncias com uma 
composição química e com características 
físicas bem definidas.
 Rochas são agregados naturais de um ou 
mais minerais.
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 Definição, finalidade e âmbito de estudo
➢ Material rocha (matriz rochosa) – material
componente do maciço, constituído por minerais e
que se apresentam em grandes massas ou
fragmentos. Apresenta descontinuidades à escala
ultra-microscópica, microscópica e macroscópica.
➢ Maciço rochoso – é um meio descontínuo formado
pelo material rocha e fraturas que o compartimentam.
➢ Classificação geológica – génese:
➢ Rochas magmáticas ou ígneas;
➢ Rochas sedimentares;
➢ Rochas metamórficas.
Matriz rochosa intacta, isotrópica e 
homogénea a escala macroscópica
Maciço rochoso fraturado com várias 
famílias de descontinuidades e zonas 
com diferentes graus de alteração
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 Definição, finalidade e âmbito de estudo
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➢ Rochas magmáticas ou íneas
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➢ Rochas sedimentares
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➢ Rochas metamórficas
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Aplicações
➢ Funções estruturais
▪ Elementos granulares inertes para fabricação de concretos
▪ Elementos granulares para a construção de pavimentos
▪ Enrocamentos em obras fluviais e portuárias
▪ Balastros em vias férreas
▪ Cortinas drenantes em muros
▪ Muros de gabião
➢ Funções ornamentais
▪ Revestimento de paredes, pavimentos e tetos
▪ Esculturas e baixos relevos
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Enrocamentos e filtros
➢ Enrocamento é um acúmulo de fragmentos de rocha
Utilização
➢ Volume principal de uma barragem
➢ Protecção do paramento a montante (rip-rap)
➢ Protecção do aterro no encosto de uma ponte para evitar erosão 
fluvial
➢ Em molhes e outras construções
Função do enrocamento
➢ Constituir o corpo de uma obra
➢ Formar uma protecção contra a erosão
Função do filtro
➢ Permitir a passagem de água e impedir a passagem de partículas 
finas do solo
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Enrocamento
Solicitações
➢ Forças de compressão elevadas (contatos pontuais)
➢ Forças de tracção por decomposição das tensões pontuais
➢ Umedecimento e secagem
➢ Variação de temperatura
➢ Ação de sais em obras marinhas
Propriedades necessárias
➢ Resistência à compressão
➢ Resistência à tração
➢ Resistência ao desgaste
➢ Resistência à meteorização
Ensaios recomendados
➢ Ensaio de compressão 
simples
➢ Ensaio de tração
➢ Ensaio de abrasão
➢ Variação da alteração e 
alterabilidade
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Filtro
Solicitações
➢ Compressão (depende da posição 
do filtro)
➢ Atrito 
➢ Abrasão
➢ Impacto
➢ Possíveis reações químicas
Propriedades necessárias
➢ Resistência à compressão (depende 
da posição do filtro)
➢ Insolubilidade
Ensaios recomendados
➢ Ensaio de compressão 
simples (depende da posição 
do filtro)
➢ Ensaio de abrasão
➢ Análise petrográfica
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Lastro de vias férreas
➢ A rocha é usada britada em tamanhos progressivos de baixo 
para cima, sobre o solo
Função do Lastro
➢ Suportar os dormentes (movimentos horizontais e mudança de 
temperatura do trilho)
➢ Distribuir cargas, reduzindo a pressão sobre o leito da ferrovia
➢ Drenagem da água sob os dormentes
➢ Aplainamento da pista
➢ Permitir o movimento vertical dos trilhos sobre carga repentina
➢ Reduzir os efeitos do impacto 
➢ Retardar ou evitar o crescimento de vegetação
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Lastro de vias férreas
Solicitações
➢ Forças de compressão
➢ Impacto
➢ Desgaste
➢ Umedecimento e secagem
➢ Variação de temperatura
Propriedades necessárias
➢ Resistência a compressão
➢ Resistência ao impacto
➢ Resistência ao desgaste
Ensaios recomendados
➢ Ensaio de compressão 
simples
➢ Ensaio de impacto
➢ Ensaio de abrasão
➢ Índices físicos
➢ Análise petrográfica
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Lastro de vias rodoviárias
➢ A rocha é usada britada na base, no macadame hidráulico, no 
revestimento betuminoso e do concreto e do cimento
➢ Paralelepípedos ou pedras irregulares são usadas no 
calçamento de ruas
Função do Pavimento
➢ Suportar e distribuir as cargas do tráfego, transmitindo-as às 
camadas inferiores
➢ Proteger o sub-leito de agentes de meteriorização como a 
ação mecânica da água
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Gabião
➢ Pedras arrumadas em gaiolas, que tomam a forma de 
caixas, sacos ou mantas
Utilização
➢ Muros de arrimo
➢ Pequenas barragens
➢ Esporões no litoral
➢ Suporte de pontes
➢ Margens de rios
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Cantaria, revestimento e calçamento
➢ A cantaria e o revestimento correspondem ao uso mais 
nobre da pedra
(Cantaria é o ofício ou arte de talhar blocos de rocha bruta de 
forma a constituir sólidos geométricos, normalmente 
paralelepípedos, de variável complexidade, para utilização na 
construção de edifícios ou de muros.)
Utilização da cantaria
➢ Meio–fio
➢ Pórticos
➢ Parapeito de janelas
➢ Balcões
➢ Paredes
➢ Muros
Obtenção da cantaria
➢ Essencialmente artesanal, evitando o uso de explosivos
Função da cantaria
➢ Como elemento estrutural - receber esforços
➢ Embelezar
Função do revestimento
➢ Proteger a superfície
➢ Embelezar
Função de calçamento
➢ Proteger a superfície
➢ Embelezar
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Cantaria, revestimento e calçamento
Solicitações
➢ Umedecimento e secagem
➢ Variação térmica
➢ Ação química da água da chuva
➢ Ataque químico de produtos de limpeza
➢ Flexão (durante o seu aperfeiçoamento e 
colocação)
➢ Abrasão
Ensaios recomendados
➢ Ensaio de compressão simples 
➢ Ensaio de flexão
➢ Ensaio de abrasão
➢ Análise petrográfica
➢ Alteração e alterabilidade
➢ Coeficiente de amolecimento
➢ Absorção
➢ Porosidade e permeabilidade
Propriedades necessárias
➢ Estética
➢ Sanidade
➢ Resistência a meteorização
➢ Resistência a ácidos
➢ Trabalhabilidade
➢ Resistência à tração
➢ Resistência ao desgaste
➢ Homogeneidade
➢ Ausência de fissuras
➢ Dureza (piso)
➢ Baixa absorção
➢ Baixa porosidade
➢ Impermeabilidade
➢ Resistência ao calor
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Qualidades exigidas:
➢ Resistência mecânica
▪ É a capacidade de suportar a ação das cargas aplicadas, 
sem entrar em colapso
➢ Durabilidade
▪ É a capacidade de manter as propriedades físicas e 
mecânicas com o decorrer do tempo e sob a acção de 
agentes agressivos físicos, químicos ou mecânicos
➢ Trabalhabilidade
▪ É a capacidade de ser aperfeiçoada com o mínimo de esforço
➢ Estética
▪ É a aparência da pedra par fins de acabamento e 
revestimento
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➢ Mecânica das Rochas: ocupa-se do estudo teórico e
prático das propriedades e comportamento mecânico
dos materiais rochosos e da sua resposta à ação de
forças aplicadas no seu entorno.
➢ A mecânica das rochas tem uma relação estreita com
outras disciplinas, como a geologia estrutural (para o
estudo dos processos e estruturas tectónicas que
afetam as rochas) e a mecânica dos solos (para
abordar o estudo de rochas alteradas e meteorizadas à
superfície).
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➢ As massas rochosas aparecem na maioria dos casos
afetadas por descontinuidades ou superfícies de
fraqueza que separam blocos de matriz rochosa ou
rocha sã constituindo em conjunto os maciços
rochosos.
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➢ A caracterização dasrochas e dos maciços rochosos e o
estudo do seu comportamento mecânico e deformacional
são complexos devido à grande variabilidade de
características e propriedades que apresentam e ao
elevado número de fatores que os condicionam.
➢ O conhecimento das tensões e das deformações que o
material rochoso pode suportar em determinadas condições
permite avaliar o seu comportamento mecânico e abordar o
projeto de estruturas e obras de engenharia.
➢ As propriedades físicas controlam as características
resistentes e deformacionais da matriz rochosa
(composição mineralógica, densidade, estrutura e fábrica,
porosidade, permeabilidade, alterabilidade, dureza, etc.) e
são resultado da génese, condições e processos geológicos
e tectónicos sofridos pelas rochas ao longo da sua história.
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➢ O comportamento mecânico dos maciços rochosos
também é afetado pelas características geológicas:
litologia e estratigrafia, estrutura geológica,
descontinuidades tectónicas o diagenéticas, estado de
tensão in situ, etc..
➢ A ambas as escalas a resposta mecânica é também
função de outros fatores, como as condições
hidrogeológicas e as condições ambientais, o clima
e os fenómenos meteorológicos, que atuam sobre o
meio geológico e dão lugar aos processos de alteração
e meteorização, modificando as propriedades iniciais
das rochas e dos maciços rochosos.
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➢ O estudo da estrutura geológica e das descontinuidades é
um aspecto fundamental na mecânica das rochas: os
planos de fraqueza preexistentes controlam os processos
de deformação e ruptura nos maciços rochosos a pequenas
profundidades, onde se realizam a maioria das obras de
engenharia.
➢ A maior ou menor influência dos blocos de matriz rochosa
no comportamento global do maciço dependerá das
propriedades relativas de ambos os componentes, do
número, natureza e caracteríticas das descontinuidades e
da escala de trabalho ou âmbito considerado.
➢ Maciço rochoso formado por blocos de rochas duras, com
propriedades resistentes elevadas, serão as
descontinuidades que controlam os processos de ruptura e
deformação.
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➢ Nos maciços brandos as 
diferenças de comportamento de 
ambas (matriz e descontinuidades) 
não será tão relevante.
➢ Para o desenvolvimento do projeto 
de uma obra ou estrutura haverá 
que considerar as dimensões da 
mesma com respeito à estrutura do 
maciço rochoso e à separação 
entre descontinuidades. 
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➢ As obras de engenharia modificam o estado de tensão a
que estão submetidos os maciços rochosos em um
tempo muito curto em relação aos processos geológicos
(tempo geológico / tempo engenharia) e podem ter lugar
interações mútuas entre a libertação e redistribuição de
esforços naturais e das estruturas. É portanto importante
conhecer o estado de tensão prévio (natural) e a sua
evolução sob influência das obras.
➢ A água presente nos maciços rochosos reduz a sua
resistência, gera pressões no interior dos mesmos e
altera as suas propriedades, dificultando as escavações
superficiais e subterrâneas. É necessário, avaliar as
condições de permeabilidade e de fluxo nos maciços
rochosos.
➢ As obras de engenharia aceleram determinados
processos que de uma forma natural demorariam centos
ou milhares de anos a produzirem-se: a meterorização
da superfície de rochas escavadas, a libertação de
tensões naturais e abertura de descontinuidades, a
modificação de fluxos de água, etc..
➢ Tudo isso dá lugar à diminuição da resistência dos
maciços rochosos em períodos de tempo muito curtos
(meses ou poucos anos). Para avaliar-se essas
influências deve estudar-se a evolução de determinadas
propriedades dos maciços rochosos com o tempo e das
condições geológicas, ambientais e mecânicas a que
estão submetidos.
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➢ Transição rocha – solo:
Transição nítida entre solo e rocha Transição gradual entre solo e rocha
▪ Um critério amplamente usado em engenharia geológica para o estabelecimento
de um limite entre solo e rocha é o valor da resistência à compressão simples
(máximo esforço que suporta um corpo de prova antes de romper ao ser
carregado axialmente em laboratório).
▪ Os limites sugeridos por diferentes classificações estão entre 1,0 a 1,25 MPa.
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➢ Métodos de investigação:
➢ Reconhecimento geológico;
➢ Observações de campo;
➢ Ensaios de campo;
➢ Ensaios de laboratório.
➢ Critérios de resistência empíricos
➢ Modelações
➢ Experiência
Ferramentas de que 
se dispõe na Mecânica 
das Rochas para o 
estudo e previsão do 
comportamento das 
rochas e dos maciços 
rochosos
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Fusão
CICLO DAS ROCHAS
Magmáticas
Fusão
Magmáticas
CICLO DAS ROCHAS
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ROCHAS MAGMÁTICAS
Definição
As rochas magmáticas são resultantes da consolidação
por resfriamento de material em estado de fusão (magma)
formado no interior da Terra
Essas rochas podem apresentar características bem
diversas, decorrentes principalmente da composição do
magma e da velocidade de solidificação
As rochas ígneas ou magmáticas constituem
aproximadamente 80% da crosta da Terra
Magma
Material em fusão 
existente no interior 
da Terra – rocha 
fundida
Origina-se na parte inferior da crosta ou superior do manto: 15 a 150km de profundidade
Densidade menor que a dos materiais que o circundam
Faixa de temperatura do magma: de 600oC a 1400oC
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Modo de Ocorrência das Rochas 
Magmáticas
Rochas Extrusivas
DERRAMES – corpos magmáticos que cobrem extensas áreas
Modo de Ocorrência das Rochas 
Magmáticas
Basalto vesicular
A parte superior do derrame de lava, exposta ao ar, sofre
resfriamento rápido, consolidando-se em primeiro lugar
formando uma película. Os gases contidos na massa de lava, em
razão de sua baixa densidade, deslocam-se para a parte superior
do derrame e ali ficam retidos, formando horizontes de vesículas
Esses horizontes poderão se constituir em rochas
inadequadas, quando sobre eles se assentam obras civis de
grande porte, exigindo estudos e tratamentos adequados
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Modo de Ocorrência das Rochas 
Magmáticas
Basalto vesicular
Problemas de Engenharia
Fundação em Basalto Vesicular:
- Capacidade de Carga
- Permeabilidade
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Modo de Ocorrência das Rochas 
Magmáticas
Rochas Extrusivas
basalto vesicular basalto
Os minerais não são visíveis a olho nú
Modo de Ocorrência das Rochas 
Magmáticas
Rochas Intrusivas / Plutônicas
Quando o magma não consegue romper as camadas
superiores da Crosta, sua consolidação ocorre internamente,
formando as rochas intrusivas.
À medida que a profundidade aumenta, o resfriamento é mais
lento e, como conseqüência, surgem rochas formadas por
minerais de maior granulação.
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Modo de Ocorrência das Rochas 
Magmáticas
Rochas Intrusivas
Os minerais são visíveis a olho nú
Rochas Intrusivas
Batólitos: são grandes massas vulcânicas
Essa massa ígnea de grande volume, abrange áreas de superfície superior a 100km2
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Rochas Intrusivas
Rochas Intrusivas
Um xenólito (do grego para pedra estranha) é um fragmento de rocha
que é envolvido por uma rocha maior durante seu desenvolvimento
Batólitos: podem apresentar xenólitos em seu interior
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Rochas Intrusivas
Sills (soleira): magma consolida na rocha encaixante em posição aproximadamente 
horizontal
Rochas Intrusivas
Sills (soleira): magma consolida na rocha encaixante em posição aproximadamente 
horizontal
Soleira de 
diabásio
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Rochas Intrusivas
Sills (soleira): magma consolida na rocha encaixante em posição aproximadamente 
horizontal
Rochas Intrusivas
Sills (soleira): magma consolida narocha encaixante em posição aproximadamente 
horizontal
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Rochas Intrusivas
Diques: magma consolida na rocha encaixante em posição aproximadamente vertical
Rochas Intrusivas
Diques: magma consolida na rocha encaixante em posição aproximadamente vertical
um dique é 
sempre mais 
recente que a 
rocha em que está 
contido 
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Rochas Intrusivas
Diques: magma consolida na rocha encaixante em posição aproximadamente vertical
um dique é 
sempre mais 
recente que a 
rocha em que está 
contido 
Rochas Intrusivas
Diques: magma consolida na rocha encaixante em posição aproximadamente vertical
um dique é 
sempre mais
recente que a 
rocha em que está 
contido
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Rochas Intrusivas
chaminélavas
Classificação das Rochas 
Magmáticas
Diminui 
tamanho 
do grão
Rocha Plutônica /
Intrusiva
(textura fanerítica)
GRANITO DIORITO GABRO PERIDOTITO
Rocha Vulcânica / 
Extrusiva
(textura afanítica)
RIOLITO ANDESITO BASALTO -
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Caso de Obra
A barragem de Itaipu e seu reservatório estão localizados sobre os derrames basálticos da
Bacia do Paraná. As principais características geológicas da área de implantação da
barragem são as seguintes:
➢ Derrames basálticos essencialmente horizontais, com espessura variando de 20
a 60 m
➢ Camadas de brecha entre os derrames, com espessura de 1 a 30 m,
heterogêneas, usualmente menos resistentes e mais deformáveis que o basalto
➢ Descontinuidades em planos paralelos aos derrames de basalto, normalmente
localizadas no contato entre derrames ou na base da zona de transição
Caso de Obra
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Caso de Obra
Os derrames basálticos são relativamente uniformes, variando de cinza escuro e
granulometria fina, para vesicular, nas zonas de transição.
Caso de Obra
A espessura, litologia e porosidade das camadas de brecha são muito variáveis. No
período compreendido entre dois derrames, a superfície do terreno ficou sujeita ao
intemperismo, sofrendo erosão e deposição de sedimentos pelo vento e água. O
derrame subsequente remoldou esse material, formando dessa forma as camadas de
brecha de cada derrame.
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Caso de Obra
Outra característica dos derrames basálticos da região é a presença de uma descontinuidade 
abaixo da camada vesicular de cada derrame.
Caso de Obra
CARACTERÍSTICAS DOS BASALTOS
Basalto denso:
textura cristalina, 
elevada densidade 
relativa (2,95) e 
elevado módulo de 
deformabilidade 
(>20 GPa).
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Caso de Obra
CARACTERÍSTICAS DOS BASALTOS
Basalto vesicular:
textura cristalina, 
presença de vesículas, 
densidade relativa 
(2,6 a 2,7) e módulo de 
deformabilidade 
de 15 GPa
Caso de Obra
CARACTERÍSTICAS DOS BASALTOS
Brecha: mistura de lava 
vesicular, blocos de 
basalto e outros 
materiais;
Densidade relativa 
(2,1 a 2,4) e módulo de 
deformabilidade de 
7GPa
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Rochas Metamórficas
METAMORFISMO
META + MORPHE
Transformação Forma
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METAMÓRFICAS
METAMÓRFICAS
MÁRMORE
GNAISSE
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METAMÓRFICAS
METAMÓRFICAS
Gnaisse
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METAMÓRFICAS
METAMÓRFICAS
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Metamorfismo
✓ Resposta das rochas e minerais à pressão e ao 
calor
✓ Pode ocorrer em:
➢ Rochas Magmáticas
➢ Rochas Sedimentares
➢ Rochas Metamórficas
Metamorfismo
Processo lento
É necessário muito tempo para que as rochas fiquem 
suficientemente profundas, quentes e sob pressão 
para que as modificações comecem a acontecer
O processo total de metamorfismo de rochas 
sedimentares pode durar 100 milhões de anos
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Fatores que Controlam o Metamorfismo
O metamorfismo ocorre quando uma rocha é
submetida a um novo ambiente químico ou físico
➢Ambiente físico: variações na temperatura ou na
pressão
➢Ambiente químico: infiltração de fluidos que reagem
com a rocha
Agentes do Metamorfismo
➢ Temperatura 
➢ Pressão
➢ Fluidos de Percolação
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Agentes do Metamorfismo
Temperatura 
➢ Aumenta com a 
profundidade
➢ Não é suficiente para 
fundir as rochas 
➢ Favorece reações 
químicas aumentando a 
vulnerabilidade das rochas
Agentes do Metamorfismo
Pressão
➢ Rochas a diferentes 
profundidades – submetidas 
a diferentes pressões
Pressões litostáticas
Pressões litosféricas
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Tipos de Metamorfismo
➢ Metamorfismo de Contato ou Termal
➢ Metamorfismo Regional
METAMÓRFICAS
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Metamorfismo de Contato 
(Termal)
Ocorre ao redor de grandes massas magmáticas internas.
O calor cedido pela rocha magmática intrusiva aumenta a mobilidade da rocha
encaixante, favorecendo o aparecimento de novos minerais e de fenômenos de
recristalização.
Metamorfismo de Contato 
(Termal)
Aos fragmentos que por vezes se encontram incorporados nas rochas
magmáticas, devido ao fato de terem resistido à fusão, damos o nome de
xenólitos ou encraves.
ENCRAVE
GRANITO
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Metamorfismo Regional
Resultado do aumento de temperatura e pressão, em resposta ao
soerguimento de montanhas ou soterramento profundo das rochas.
Tipos de Metamorfismo
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Principais Mudanças nas Rochas
➢ Substituição dos minerais originais por minerais
metamórficos novos
➢ Recristalização de minerais
➢ Novas texturas:
- Orientação dos minerais lamelares em ardósias
- Aumento de granulometria de calcário para mármore
Principais Mudanças nas Rochas
1. Ardósia – grãos muito finos: baixa temperatura e pressão
2. Filádio – grãos maiores: temperatura e pressão superiores às da ardósia
3. Micaxisto – grãos visíveis a olho nu: temperatura e pressão elevadas
1 2 3
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1. Granito – solidificado sob uma pressão uniforme: cristais igualmente
distribuídos
2. Gnaisse – solidificado sob uma pressão diferencial: cristais distribuídos
verticalmente
1 2 
Alinhamento dos minerais
Xistosidade
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Exemplos de Rochas Metamórficas
Filádio
Micaxisto
Gnaisse
Aplicação de Rochas Magmáticas
PEDRA BRITADA – gnaisses, quartzitos e os mármores
Obs: As rochas xistosas não são apropriadas
devido a tendência de formar fragmentos
lamelares
Gnaisse
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Aplicação de Rochas Magmáticas
REVESTIMENTO DE PISOS E PAREDES – o mármore, por sua
beleza quando polido
COBERTURAS - facil idade de desplacamento confere às ardósias a
possibilidade de serem utilizadas como telhas ou lajotas
Mármore
Ardósia
Propriedades físicas e mecânicas dos 
materiais rochosos
➢ O estudo da Mecânica das Rochas assume geralmente
um comportamento homogéneo, contínuo, isotrópico,
elástico e linear que os materiais rochosos não
apresentam.
➢ A grande variabilidade das características e propriedades
físicas e mecânicas reflete-se tanto à escala da matriz
rochosa como do maciço rochoso fraturado.
➢ As propriedades fís icas das rochas são o resultado da
sua composição mineralógica, fábrica e história
geológica, deformacional e ambiental. A grande
variabilidade destas propriedades reflete-se em
comportamentos mecânicos diferentes face aos esforços
que se aplicam sobre as rochas.