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Unidade 01 - INTRODUÇÃO À GEOLOGIA Sumário

Unidade 1 - Introdução à Geologia Unidade 2 - Elementos sobre a Terra e a Crosta Terrestre Unidade 3 - Mineralogia Unidade 4 - Rochas Magmáticas Unidade 5 - Rochas Sedimentares Unidade 6 - Rochas Metamórficas Unidade 7 - Propriedades das Rochas Aplicadas à Engenharia Unidade 8 - Intemperismo Unidade 9 - Solos

1.1 - Geologia: Podemos definir geologia como a ciência que estuda a Terra em todos os seus aspectos, isto é, a constituição e estrutura do globo terrestre, as diferentes forças que agem sobre as rochas, modificando assim as formas do relevo e a composição química original dos diversos elementos, a ocorrência e a evolução da vida através das diferentes etapas da história física da terra (estudo dos seres antigos). (4) Em resumo conceitua-se GEOLOGIA como: Ciência da terra que trata de sua origem, composição (estrutura), de seus processos internos e externos e de sua evolução, através do estudo das rochas. É objeto da Geologia o estudo dos agentes de formação e transformação das rochas, da composição e disposição das rochas na crosta terrestre. 1.2 - Divisão:

Geologia Geral * Parte Física

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Mineralogia: Estudo das propriedades cristalográficas (forma e estrutura), físicas e químicas dos minerais, bem como sua classificação.

Petrografia: Se ocupa com a descrição e classificação das rochas, analisando sua origem, composição química, minerais que as compõem, estado de alteração, etc.

Sedimentologia: Estudo dos sedimentos: sua origem, transporte, deposição, bem como seu modo de ocorrência na natureza.

Estrutural: Investigação dos elementos estruturais presentes nas rochas e causados por esforços. Ex: fraturas, falhas, dobras, orientação de minerais, etc.

Geomorfologia: Ciência que estuda a maneira como as formas da superfície da terra são criadas e destruídas * Parte Histórica

Paleontologia: Estuda os seres que viveram em épocas anteriores e que são conhecidos através de seus restos ou vestígios encontrados nas rochas.

Estratigrafia: Estudo da sequência das camadas. Investiga as condições de sua formação e a correlação entre os diferentes estratos ou camadas.

Geologia Aplicada Economia: Estudo dos materiais do reino mineral que o homem extrai da terra para a sua sobrevivência e evolução. Suborgânicas: carvão e petróleo Inorgânicas: Fe, Al, Mn, Pb, Cu, Zn, Au, etc. A geologia econômica é um ramo da geologia que estuda as matérias-primas do reino mineral que o homem extrai para suas necessidades e comodidades. A geologia econômica estuda as jazidas de minerais metálicos, também, as dos não metálicos, sendo que o valor atual destes últimos é, em vários casos, três vezes maior que os primeiros. Além do mais, estuda a aplicação da geologia nos recursos minerais. (4) Compete à geologia econômica explicar a origem das diferentes jazidas minerais, enquanto à geografia cabe a missão de cartografar, ou melhor, de fornecer mapas em que as jazidas possam ser visualizadas no espaço terrestre. (4) Engenharia: Entende-se por Geologia Aplicada à Engenharia, ou Geologia de Engenharia, o emprego dos conhecimentos geológicos para a solução de certos problemas de Engenharia Civil, principalmente nos setores de construção de rodovias/ferrovias, implantação de barragens, abertura de túneis e canais, obtenção de água subterrânea, projeto de fundações de obras em geral, etc. A Geologia de Engenharia, além de sua raiz na Geologia, tem ligações muito fortes com a Mecânica dos Solos e Mecânica das Rochas. Estas três juntas formam a Geotecnia.

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Na prática profissional, Geólogos, Engenheiros Civis e Engenheiros de Minas desenvolvem atividades complementares uma das outras, havendo, necessariamente, certa superposição de conhecimentos. As atribuições de cada profissional não são ainda uma questão definida, sendo, antes, uma questão de reflexão. Pode-se dizer, de modo geral, que cabe ao Geólogo fazer os levantamentos e toda investigação necessária para apresentar ao engenheiro a natureza e situação (composição, propriedades, disposição, estruturas, etc.) dos terrenos sobre os quais serão construídas as obras. Cabe ao Engenheiro civil projetar e construir todas as obras usando os levantamentos geológicos e solicitando, quando necessário, novos dados. Na prática, essas tarefas não são bem delimitadas. O Engenheiro, não encontrando as respostas necessárias às suas dúvidas, vai frequentemente buscá-las, por si próprio, em ensaios e experimentos de campo que forneçam tais respostas. (6)

1.3 - Aplicações da Geologia em Projetos de Engenharia Civil: 1.3.1 - Atividades de Superfície: a) Obtenção de materiais para construções em geral. b) Construção de estradas, cortes em geral e minas a céu aberto. c) Fundações de Edifícios. d) Obtenção de água subterrânea. e) Barragens de terra e aterros em geral. f) Túneis e escavações subterrâneas. a) Obtenção de materiais para construções em geral. A procura de ocorrências naturais (jazidas) de materiais de construção como pedras, saibros, argilas para exploração, constitui uma das fases importantes do planejamento das obras civis de vulto. Nas obras situadas nas grandes cidades e nas proximidades das mesmas, o material de construção necessário poderá ser adquirido de fornecedores (pedreiras, areais) já instalados. A maioria das grandes obras rodoviárias, ferroviárias, hidráulicas, habitacionais, etc. utiliza jazidas próprias. A localização adequada das jazidas que forneçam materiais de boa qualidade é um dos fatores que mais influem no custo e no andamento das grandes obras civis. Identificação de jazidas naturais para exploração de material.

• Pedreiras (Brita Pedrisco): Utilizadas para confecção de concretos, pavimentação, revestimentos de fachadas de edifícios, etc.

• Jazidas de Cascalhos e Areia: Utilizados para revestimento de leitos de estradas, construção de aterros de terra, concretos, obras de drenagem.

• Jazidas de Argila: para impermeabilização de obras de terra, para cerâmica em geral (fabricação de tijolos).

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Foto 01 - Vista da construção de aterro próximo ao Aeroporto de Juiz de Fora

A fotografia mostra um exemplo de obra - construção de aterro - em que o material utilizado na construção é basicamente um solo argiloso (Argila) extraído de jazida (assinaladas com setas) próximo ao local de construção do aterro, com pequena distância de transporte do material. A potencialidade de uma região, quanto à possibilidade de existirem ocorrências favoráveis para a exploração de jazidas (materiais minerais nobres, como o mármore, granito...) pode ser verificada facilmente pelo simples exame dos mapas geológicos. O sucesso dessa verificação dependerá muito da peculiaridade geológica da região e dos detalhes dos mapas disponíveis.

b) Construção de estradas em geral e minas a céu aberto. Para que sejam asseguradas as condições de conforto, segurança e economia na construção de uma rodovia, além das condicionantes geométricas de traçado, há que se proceder as investigações de natureza geológica e geotécnica da região a atravessar, as quais constituem os fundamentos dos estudos de drenagem e de estabilidade dos cortes e túneis, aterros e seus terrenos de suporte, fundações de obras de arte e dimensionamento dos pavimentos. (2 Elementos de Geologia - 1995 Prof. M. Marangon Foto 01 - Vista da construção de aterro nas proximidades do Aeroporto de Juiz de Fora A fotografia mostra um exemplo de obra - construção de aterro - em que o material utilizado na construção é basicamente um solo argiloso (Argila) extraído de jazida (assinaladas com setas) próximo ao local de construção do aterro, com pequena distância de transporte do material. A potencialidade de uma região, quanto à possibilidade de existirem ocorrências favoráveis para a exploração de jazidas (materiais minerais nobres, como o mármore, granito...) pode ser verificada

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facilmente pelo simples exame dos mapas geológicos. O sucesso dessa verificação dependerá muito da peculiaridade geológica da região e dos detalhes dos mapas disponíveis. b) Construção de estradas, corte em geral e minas a céu aberto. Para que sejam asseguradas as condições de conforto, segurança e economia na construção de uma rodovia, além das condicionantes geométricas de traçado, há que se proceder as investigações de natureza geológica e geotécnica da região a atravessar, as quais constituem os fundamentos dos estudos de drenagem e de estabilidade dos cortes e túneis, aterros e seus terrenos de suporte, fundações de obras de arte e dimensionamento dos pavimentos. (2)

Os problemas de fundações de aterros para estradas surgem, em geral, na construção de aterros sobre argilas moles ou terrenos pantanosos, quando então é de se prever o aparecimento de grandes recalques ou, até mesmo, a ruptura da fundação (2). A geologia local pode ser fator determinante para a inviabilização (econômica) de determinados traçados inicialmente idealizados.

A figura acima ilustra (à esquerda) um escorregamento superficial de solo sobre a ocorrência de uma rocha e a outra a diferença de estabilidade num mesmo vale.

c) Fundações de Edifícios. (6) A escolha do tipo de fundação é responsabilidade do engenheiro projetista e é feita baseada nas informações geológicas, as quais devem fornecer dados sobre o terreno de fundação. O método mais comum para investigação geológica da fundação de edifícios é o de sondagem à percussão com circulação de água, acompanhado pelo ensaio normalizado de penetração (SPT) ou sondagem de simples reconhecimento do solo (Normas ABNT). Este método fornece um perfil com a descrição das camadas do solo e a

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resistência oferecida por elas à penetração de um amostrador normalizado. Pode fornecer, ainda, a profundidade do nível de água estático. Quando a fundação é rochosa, ou parcialmente rochosa, usa-se outro método de sondagem, a sondagem rotativa com broca de diamante e extração de testemunho de sondagem. A rocha amostrada é descrita e avaliada quanto à resistência. Em casas ou construções que aplicam baixa tensão sobre o solo, muitas vezes não são realizadas sondagens. Vale, neste caso, a experiência do Engenheiro responsável, ou mesmo construtor, para estabelecer até onde deve ir a escavação para ser colocada a fundação classificada como “superficial”. A experiência é reforçada pelo conhecimento dos solos da região. Para fundações de barragens ou outras obras que exijam estudos especiais usam-se todos os métodos de investigação geológica. Neste caso, os mapas geotécnicos podem fornecer valiosas informações.

Condições geológicas desfavoráveis para fundações superficiais (sapatas).

d) Obtenção de água subterrânea. (3) O interior da Terra, composto de diferentes rochas, funciona como um vasto reservatório subterrâneo para a acumulação e circulação das águas que nele se infiltram. As rochas que formam o subsolo da Terra, raras vezes, são totalmente sólidas e maciças. Elas contêm numerosos vazios chamados também de interstícios, que variam

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dentro de uma larga faixa de dimensões e formas. Apesar de esses interstícios poderem atingir dimensões de uma caverna em algumas rochas, deve-se notar que a maioria tem dimensões muito pequenas. São geralmente, interligados, permitindo o deslocamento das águas infiltradas. Em consequência da infiltração, a água precipitada sobre a superfície da terra penetra no subsolo e através da ação da gravidade sofre um movimento descendente até atingir uma zona onde os vazios, poros e fraturas se encontram totalmente preenchidos d’água. Esta zona é chamada zona saturada. Essa zona é separada por uma linha conhecida como nível freático ou lençol freático. A utilização da água existente no subsolo é feita através de poços caseiros e profundos, conforme a profundidade alcançada.

Ciclo Hidrológico da Água - Infiltração e formação de lençol freático (L.F.) Grande número das obras de Engenharia encontram problemas relativos às águas subterrâneas. A ação e a influência dessas águas têm causado numerosos imprevistos e acidentes. Os casos mais comuns desse tipo de problema são verificados em cortes de estradas, escavações de valas e canais, fundações para barragens, pontes, edifícios, etc. De acordo com o tipo de obra, executa-se um tipo de drenagem ou rebaixamento do lençol freático. A construção de edifícios, barragens, túneis, etc., normalmente requerem escavações abaixo do lençol freático. Tais escavações podem exigir tanto uma drenagem, como um rebaixamento do lençol freático. São vários os métodos para eliminar a água existente no subsolo.

e) Barragens de terra e aterros em geral. (2) As barragens são estruturas construídas em vales e destinadas a fechá-los transversalmente, proporcionando assim um represamento de água. A água acumulada por uma barragem é utilizada para as três seguintes finalidades principais: abastecimento de cidades, suprimento à irrigação e produção de energia elétrica. Estas são, portanto, barragens de acumulação. As que se destinam ao desvio dos cursos d’água denominam-se barragens de derivação.

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A escolha do local para implantação de uma barragem é feita segundo um planejamento geral em que interferem as condições geológica e geotécnica da região e ainda fatores hidráulicos, hidrelétricos e político-econômicos. O estudo de uma barragem e, em particular, da sua fundação, requer preliminarmente as seguintes investigações: Topográficas: Cumpre, previamente, um levantamento topográfico da região onde deverá ser construída a barragem, delineando-se assim a sua bacia de acumulação. Hidrológicas: Tais investigações, de grande importância, visam a conhecer o regime de águas da região. Geológicas: O conhecimento das condições geológicas da região é de importância fundamental. Basta observar que das causas de acidentes de barragens nos Estados Unidos, pelo menos 40% são, direta ou indiretamente, de ordem geológica. O trabalho do engenheiro deve, portanto, ser secundado pelo de um experiente geólogo de barragens. A prospecção geológica refere-se em particular ao estudo das rochas, com especial atenção quanto aos seus eventuais fendilhamentos.

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f) Túneis e escavações subterrâneas. (6) O objetivo dos túneis é permitir uma passagem direta através de certos obstáculos, que podem ser elevações, rios, canais, áreas densamente povoadas, etc. São elementos de transporte, com exceção daqueles usados em mineração. São exemplos os túneis ferroviários, rodoviários, de metrôs, de transporte de fluídos (água). No transporte de água, a finalidade pode ser tanto para obtenção de energia, como de abastecimento de populações.

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Os túneis são também frequentemente usados em barragens como obras auxiliares, através dos quais as águas do rio são desviadas a fim de permitirem a construção das estruturas da barragem no leito do rio. Os túneis de desvio são, em certos casos, aproveitados posteriormente como túneis de adução, isto é, transporte das águas do reservatório até a casa das máquinas. Na maioria dos casos, o traçado, tamanho e forma da seção do túnel são estabelecidos anteriormente ao reconhecimento geológico, escolha esta governada primeiramente pelos interesses de tráfego e transporte. Este deve ser o caso dos túneis urbanos, rodoviários e ferroviários e, também, nos túneis de condução de água, nos quais as condições hidráulicas determinam seu tamanho e forma. A tendência para o traçado de um túnel é mantê-lo o mais reto possível, não só por seu percurso menor, mas também pela simplificação da construção e da sua locação topográfica. O encontro de algumas condições geológicas particularmente ruins, durante o reconhecimento prévio, pode dar lugar a um novo traçado do túnel.

1.3.2 - Atividades de Profundidade: a) Abertura (escavações) túneis para uso civil.

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Obras civis envolvendo escavações subterrâneas em rochas e solos exigem estudos geológicos geotécnicos detalhados e específicos, para seu sucesso. Geologia - Fatos determinantes, definição de projeto adaptado às particularidades local. Engenharia Civil - Conhecimentos técnicos científicos para a execução da obra de engenharia. b) Escavações de Minas em profundidade c) Cavernas para hidroelétricas.

1.3.3 - Atividades Especiais: a) Engenharia de Petróleo b) Engenharia Geotécnica em Geral c) Engenharia do Meio Ambiente (armazenamento de produtos radioativos)

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1.4. Bibliografia

1) Antunes, Franklin - Mineralogia e Petrografia - Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia - PUC/RJ

2) Caputo, Homero Pinto - Mecânica dos Solos e suas Aplicações - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.

3) Chiossi, Nivaldo José - Geologia Aplicada à Engenharia. Ed. Grêmio Politécnico da USP

4) Guerra, Antônio Teixeira - Dicionário Geológico-Geomorfológico. Fundação IBGE

5) Leirz, Viktor; Amaral, Sérgio Estanislau do - Geologia Geral Companhia Editora Nacional

6) Maciel Filho, Carlos Leite - Introdução à Geologia de Engenharia Editora da UFSM

7) Minette, Enivaldo - Geologia de Engenharia - Glossário de termos técnicos - Imprensa Universitária da UFV.

8) Nogami, Job Shuji - Geologia Aplicada - CAP. XXXI a XLIV - Editora da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

9) Popp, José Henrique - Geologia Geral Ed. livros Técnicos e Científicos

10) Rodrigues, J. C. - Geologia para Engenheiros Civis Ed. MacGraw-Hill do Brasil Ltda.

11) Tognon, Antonio Antenor - Glossário de Termos Técnicos de Geologia de Engenharia - ABGE, 1985

12) Vargas, Milton - Introdução à Mecânica dos Solos Ed. MacGraw-Hill do Brasil Ltda.

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Unidade 2 - ELEMENTOS SOBRE A TERRA E A CROSTA TERRESTRE

2.1 - Terra: • Esferoide achatado nos Polos e dilatado no Equador. • Diâmetro Polar: 12.712 km. • Diâmetro Equatorial: 12.756 km. • Maior elevação: Everest 8.840m (HIMALAIA). • Maior depressão: Fossas Filipinas 11.516m. • Massa (calculada mediante a lei da gravitação de Newton): 6 sextilhões de toneladas. • Densidade: 5,52 (5,52 vezes o peso da água). Rochas de ocorrência na superfície: d = 2,7-3,0; interior da terra: > Densidade. Conclusão: Materiais de ocorrência em maiores profundidades apresentam maior densidade.

2.2 - Composição da terra: • Raio Médio: 6300 km. • Perfuração Atingida: 7 km (0,1%). • Informações sobre o interior da terra: Meios Indiretos. Estudos de Propagação de ondas sísmicas originadas por terremotos; cujas vibrações são medidas por sismógrafos. Velocidade f (densidade, estado físico). Sismologia: Ciência dos terremotos (abalos sísmicos). Um abalo sísmico produz ondas de várias espécies. (1) Dentre elas devemos considerar, por ora, as ondas de compressão ou longitudinais, e as ondas de distorção ou transversais. As ondas longitudinais apresentam maior velocidade de transmissão e por isso são ditas principais ou ondas P. A vibração se dá na direção da propagação, de modo análogo às ondas sonoras. As ondas transversais são mais lentas e são também denominadas ondas secundárias ou ondas S. A vibração se faz em direção perpendicular à direção de propagação do modo análogo às ondas luminosas Não se propagam num meio fluido. A velocidade das ondas P e S dependem da densidade do meio em que se propagam. Ao atingirem a superfície de separação de dois meios fisicamente diferentes elas ficam sujeitas aos fenômenos da refração e da reflexão, dando lugar a uma descontinuidade na curva da velocidade, em função da profundidade. Existem duas descontinuidades mais importantes chamadas de 1ª ordem, por corresponderem a uma alteração muito sensível na curva velocidade-profundidade. a) Descontinuidade Mohorovicic - observada numa profundidade de

30 à 50 km nas regiões continentais e muito menos nas regiões oceânicas.

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b) Descontinuidade de Weichert-Gutenberg - mais notável do que a primeira, a uma profundidade de 2.900 km.

Ambas as descontinuidades descritas verificam-se para as ondas P e S. Convém observar que as ondas S (transversais) não são propagadas em profundidades superior a 2.900 km; logo, o material no interior correspondente à descontinuidade Weichert-Gutenberg se comporta como um líquido relativamente à propagação das ondas elásticas. Limites da crosta, manto e núcleo:

As descontinuidades de Mohorovicic de Weichert – Gutenberg, são adotadas para delimitar as partes do globo. Assim temos: a) Crosta - que vai desde a superfície até a descontinuidade abaixo

dos oceanos e de 30 à 50 km nas regiões continentais. A crosta terrestre será estudada no item seguinte. b) Manto - Compreendido entre as descontinuidades de Mohorovicic e do Weichert-Gutenberg, com uma espessura de 2.900 km. De acordo com a velocidade de transmissão das ondas sísmicas identificou ser formado de material de silicatos, alguns sulfetos e óxidos de ferro. d = 3,3 - 4,7 c) Núcleo - compreendido entre a descontinuidade de Weichert-Gutenberg e o centro da terra. É formado de um material que se comporta na parte exterior como um líquido e na parte mais interna possivelmente sólida - Ligas de ferro e níquel. d =: 12,2

2.3.- Crosta (Litosfera): Baseado na velocidade de propagação das ondas P, a crosta terrestre pode ser dividida em duas camadas, SIAL, ou camada “granítica” e SIMA, ou camada “basáltica”.

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Regiões Continentais: Zonas superiores (placas), predominância de rochas de constituição granítica, ricas em sílica e alumínio. SIAL Regiões Marinhas e inferiores aos continentes: predominância de rochas de constituição basáltica, ricas em silicatos de magnésio e ferro. SIMA O SIAL propaga as ondas elásticas com uma velocidade de 6,0 a 6,5 km /seg. compatível com o valor observado em laboratório para o granito em condições de temperatura e pressão correspondente a profundidades relativamente pequenas. O SIAL é a camada superior da crosta e em geral está coberta pelas formações sedimentares. O termo SIAL vem de Si e Al que são elementos predominantes no granitos. O SIMA (Si e Mg) é a camada inferior da crosta e propaga as ondas elásticas, com maior velocidade (de 6,5 a 7,0 km/seg. segundo Gutenberg - 1955), cuja ordem de grandeza é verificada em laboratório para as rochas basálticas.

Estima-se que nas regiões continentais a espessura do SIAL é da ordem de 15 km e a espessura do SIMA é da ordem de 30 km. Já nas regiões oceânicas, o SIAL está praticamente ausente e o SIMA tem de 5 à 10 km de espessura.

Constituição: Rochas (Agregados naturais de uma ou mais espécies de minerais. Constituindo assim unidades mais ou menos definidas da crosta terrestre) Classificação quanto a gênese (Formação): – Magmáticas: São aquelas formadas a partir do resfriamento e

consolidação do magma, que é um material em estado de fusão no interior da terra.

– Sedimentares: Formadas por consolidação de materiais derivados da decomposição e desintegração de qualquer rocha.

– Metamórficas: Aquelas originadas pela ação da pressão, temperatura e de soluções químicas de outra rocha qualquer.

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Composição:

2.4 - Escala geológica do tempo: • Idade da Terra?? - Dados Bíblicos

• - Extrapolação sobre a velocidade de fenômenos Geológicos atuais, transferindo-se seus resultados para o passado.

• - Estudos modernos: Radioatividade. Possibilidade de determinação do tempo de transmutação de um

elemento em outro (mudança do nº atômico com o tempo). MEIA VIDA DE UM ELEMENTO Tempo T no qual METADE da massa inicial estará transformada em outro elemento. Após 2T a metade desta nova massa se desintegra, restando a quarta parte. • Função exponencial com o tempo 1g Urânio 4,6 bilhões de anos 0,5g U 25% 0,43 g Pb 65% 0,07g He 10% MÉTODO ATUAL: POTÁSSIO - ARGÔNIO T= 1,3 Bilhões de anos MÉTODO RUBÍDIO - ESTRÔNCIO: Para rochas mais antigas T= 50 Bilhões de anos

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ESCALA GEOLÓGICA DO TEMPO ERAS PERÍODOS TEMPO EM

MILHÕES DE ANOS

CARACTERÍSTICAS

CENOZÓICA QUATERNÁRIO TERCEÁRIO

0-1 12 - 70

HOMEM MAMÍFEROS

MESOZÓICA CRETÁCEO JURÁSSICO TRIÁSSICO

135 180 220

RÉPTEIS GIGANTESCOS

PALEOZÓICA PERMIANO CARBONÍFERO DEVONIANO SILURIANO

ORDOVICIANO CAMBRIANO

270 350 400 430 490 600

ANFÍBIOS PEIXES

INVERTEBRADOS

PRÉ - CAMBRIANO SUPERIOR MÉDIO

INFERIOR

+ 2 Bilhões RESTOS RAROS DE ESPONJAS, BACTÉRIAS,

FUNGOS INÍCIO DA

TERRA + 4,5 Bilhões

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Unidade 3 - MINERALOGIA Mineral: elemento constituinte das rochas.

3.1 - Conceito: Mineral: Compostos químicos formados por processos inorgânicos da natureza, de composição química definida. Os minerais em geral são sólidos. Somente a água e o mercúrio se apresentam no estado líquido, em condições normais de pressão e temperatura. São formados a partir de determinados arranjos entre átomos de diferentes elementos químicos em proporções adequadas. Petróleo e Âmbar: são considerados minerais, apesar de não terem composição química definida e serem matéria orgânica.

3.2 - Propriedades dos Minerais:

Cristal: Formados quando há um ambiente favorável (lento aquecimento). Os grupos de átomos (moléculas) se juntam em forma ordenada. É definido numa geometria em que as faces são planas. "Toda formação em Cristal é identificado como matéria mineral, mas nem todo mineral se apresenta em forma de cristais". A figura ao lado mostra um mineral: Composição: SiO2 (Sílica) Classificação Química: Silicato (será estudado a seguir) Variedade: “Ametista” - Quartzo Roxo - em forma de cristais (extremidades) prismáticos hexagonais.

3.2 - Propriedades dos Minerais:

3.2.1- Propriedades Morfológicas: Hábito: Maneira mais frequente com que um mineral ou cristal se apresenta. Todos minerais estão enquadrados em um dos tipos de sistema cristalino. Ex. Quartzo: Prismático, terminando por faces de romboedro. Feldspatos: Prismas monoclínicos ou triclínicos. Micas: Placas tabulares.

Simetria: Não será estudado no Curso

Associação de Minerais:

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A figura acima mostra a proporção dos comprimentos de eixos, ângulos formados,

figuras geométricas correspondentes e a forma mais comum de um mineral se cristalizar (9).

3.2.2 - Propriedades Físicas Dureza: É a resistência ao risco. É dada pela escala empírica de MOHS.

Dureza Mineral Dureza Mineral 1 Talco 2 Gesso 3 Calcita 4 Fluorita 5 Apatita

6 Ortoctlásio 7 Quartzo 8 Topázio 9 Coríndon 10 Diamante

Obs.: • A variação da dureza dessa escala não é gradativa ou proporcional • Dureza função de: - composição química - estrutura cristalina Ex.: Diamante e grafita - carbono 10 1 a 2 Traço: É a propriedade do mineral deixar um risco de pó, quando

friccionado contra uma superfície não polida de porcelana branca.

• Dureza superior ao da porcelana (7) - incolor (provoca um sulco na porcelana).

• O traço nem sempre apresenta a cor do mineral. Ex.: Hematita (preto - cinzento) Traço Vermelho - Sangue Clivagem: É a propriedade de os minerais se partirem em

determinados planos ou já apresentarem esses planos, de acordo com suas direções de fraqueza.

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Proeminente Mica/calcita Perfeita (aspereza) Feldspatos Distinta (escalonamento) Fluorita Indistinta Apatita

Direções de Clivagem: (A) segundo uma única direção, (B) se faz em dois planos,

(C) segundo três direções, (D) três direções em ângulos não reto e (E) em octaedro.(9)

Fratura: Quando os minerais não se partem em planos, mas segundo uma superfície irregular. Conchoidal (Concavidades ± profunda) Plana Irregular Tenacidade: É a resistência ao choque de um martelo, ou ao corte de uma lâmina de aço. Quebradiços ou friáveis - reduzem-se a pó quando submetidos à pressão. Ex: calcita Sécteis - podem ser cortados por uma lâmina. Ex: gipsita Maleáveis - redutíveis a lâminas pelo martelo. Ex: ouro Flexibilidade: Propriedade que os minerais possuem de sofrerem deformações Def. Elástica: Deixa de existir quando retirado o esforço Ex: mica Def. Plástica: Permanece após a retirada do esforço. Ex: talco Peso Específico: (Densidade) peso volume "y" do mineral G = peso volume "y" de água destilada a 4°C Fatores que influenciam no peso específico:

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a) natureza dos átomos Peso Atômico > → G > b) estrutura atômica diamante → compacto (3,5) grafita → menor no. de átomos (2,2) Volume Brilho: É o aspecto da reflexão da luz na superfície do mineral. Metálico: Semelhante ao brilho dos metais polidos. Não metálico: Outro aspecto. (vítreo, sedoso, acetinado, graxo, resinoso, adamantino) Cor: Observação em superfície de fratura recente. A superfície exposta ao ar se transforma, formando películas de alteração.

3.2.3 - Propriedades Químicas: De acordo com a sua composição química, os minerais podem ser classificados em: ÓXIDOS, SILICATOS, SULFATOS, CARBONATOS, SULFETOS Óxidos: Anídricos: Ex. Gelo H2O Hematita Fe2O3 Magnetita Fe3O4 Coríndon Al2O3 Hidratados: Ex. Geotita FeO(OH) Bauxita Hidratados de Alumínio Carbonatos: Ex: Calcita CaCO3 Dolomita CaMg(CO3) Magnesita MgCO3 Siderita FeCO3 Silicatos: Principal classe de minerais - Será estudada na sub-unidade 3.4 Ex: Grupo do Quartzo Grupo dos Feldspatos Grupo das Micas Grupo dos Piroxênios e Anfibólios Sulfetos: Ex: Galena PbS Pirita FeS2 Blenda ZnS Calcopirita CuFeS2 Sulfatos: Ex: Barita BaSO4 Gipsita CaSO4.2H2O Rocha: Minerais Máficos + Félsicos Minerais Máficos: Contém Fe e Mg em sua composição química. Minerais escuros. Minerais Félsicos: Não contém Fe e Mg. São minerais de cor clara.

3.3 - Minerais de uma Rocha:

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A fotografia ao lado apresenta uma “amostra” de uma rocha, no caso GRANITO, em que os minerais essenciais são: - Quartzo - Feldspato e - Mica Apresenta os seguintes minerais acessórios: - Anfibólio - Piroxênio - Zircão - Apatita Minerais que formam as rochas mais comuns da Crosta Minerais essenciais (Aparecem com a maior percentagem) Grupo dos Feldspatos 60% Grupo do Quartzo 12% Grupo dos Piroxênios e Anfibólios 17% ROCHA Grupo das Micas 4% Minerais acessórios Que não predominan na constituição das rochas. Não são considerados na classificação de uma rocha. Minerais acessórios 7%

3.4 - Características dos Silicatos: Silicatos: Compostos químicos mais presentes na constituição das rochas. Grupo dos Feldspatos: KAlSi3O8 - Ortoclásio → → Feldspatos alcalinos ou ortoclásios NaAlSi3O8 - Albita → → Feldspatos alcali-cálcicos ou plagioclásios CaAl2Si2O8 - Anortita → Clivagem: 2 direções Cor: Ortoclásios: Creme, tijolo, róseo ou vermelho (impurezas da hematita) Plagioclásios: Cinza, branco, pardo, esverdeado.

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Brilho: Vítreo em fratura recente Ocorrência: Rochas Magmáticas e Rochas Metamórficas, mais raros nas Rochas Sedimentares porque se decompõe em argila e caulim. Grupo do Quartzo: SiO2 (sílica) - Cristalizado macroscopicamente - Quartzo (branco) Ametista (roxa) - Amorfa (não apresenta estrutura cristalina) - Opala - Microcristalina - Calcedônia Clivagem: Ausente Cor: Branco (incolor-cinza-roxa) Brilho: Vítreo Ocorrência: Deve ser suspeitada em quase todo tipo de rocha.

Amostra de Quartzo em Cristais

Amostra de Calcedônia - “Ágata Polida”

Grupo dos Piroxênios e Anfibólios: São minerais de aparência muito similar. São prismáticos, de cor escura (quantidade de Fe e Mg), com clivagem em 2 planos. PIROXÊNIOS ANFIBÓLIOS Clivagem: Cor: Brilho: Ocorrência:

Quase perpendicular Verde escuro a preto, claro, branco Vítreo Principalmente Rochas Magmáticas e também Metamórficas

Oblíquos verde claro,cinza, azulado Vítreo sedoso Principalmente Magmáticas e também em Metamórficas

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• São muito susceptíveis à alteração em clima úmido, com formação de minerais argilosos e liberação de hidróxidos de Ferro e Manganês, conferindo uma coloração avermelhada ao mineral da rocha em alteração ou aos solos deles derivados.

Grupo das Micas: Minerais caracterizados por uma ótima clivagem laminar e boa elasticidade. Distiguem 2 variedades principais: Mica branca → Moscovita Mica Preta → Biotita Clivagem: Perfeita em 1 direção Brilho: Acetinado Ocorrência: Magmática e Metamórfica → A Biotita se altera facilmente por hidratação, enquanto a muscovita não tão facilmente.

Amostra de Anfibólio – “Amianto”

Amostra de Rocha com Cristais (Lâminas) de Mica Preta – Biotita

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Unidade 4 - ROCHAS MAGMÁTICAS (ou Ígneas) Formadas a partir do resfriamento e posterior consolidação do magma no interior ou na superfície da crosta terreste. 4.1 - Magma: Material em estado de fusão no interior da terra. Mistura complexa de silicatos, óxidos, fosfatos e compostos voláteis, sendo a água o mais importante. O Magma seria a rocha em estado de fusão. As temperaturas medidas em corridas de lava são da ordem de 900° a 1150°C. Quanto à acidez os magnos podem ser classificados como: Ácido - teor de SiO2 (sílica) > 65% Básico - " " entre 45 a 65% Ultra básico - " " < 45% Lava Magma que atinge a superfície da terra, através dos vulcões, vindo de certas profundidades (regiões superaquecidas). É expulsa de maneira calma ou acompanhada de explosões (quando a emissão de gases aquecidos ocupam considerável volume das lavas - formação de partículas finíssimas denominadas “Cinzas vulcânicas”).

A figura ilustra uma região de vulcanismo, observe a câmara magmática e o orifício

de extravazamento. 4.2 - Rochas Magmáticas Vulcânicas, Extrusivas ou Efusivas: Quando o magma atinge a superfície da terra, esparramando-se. Rochas formadas na superfície (derrames). O resfriamento é rápido, não passando por estágios de resfriamentos. Os cristais da rocha são muito pequenos, microscópicos (granulação AFANÍTICA). DERRAME = f (fluidez) FLUIDEZ = f (composição química)

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Formações: Derrames → Magmas básicos (pobre em sílica e rico em Fe e Mg - de coloração mais escura). São mais móveis e menos viscosos. Alcançam grandes distâncias do ponto de estravasamento. Estruturas Vulcânicas → Magmas ácidos. Há um acúmulo de material próximo do orifício de estravasamento não se derramando.

Ex. de Rocha de origem vulcânica (formação extrusiva):

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Basalto: Rocha básica, constituída essencialmente de plagioclásios cálcicos e piroxênios. A coloração é bem escura, chegando a ser preta. O Basalto é a rocha efusiva correspondente do GABRO(rocha intrusiva correspondente). Recobre extensas áreas da região sul do Brasil: Formação de solos “escuros” → Terra roxa.

Exemplo de um basalto vesicular amigdaloidal

Tipos (conforme sua estrutura): Denso ou maciço: Estrutura compacta Vesicular: Apresenta cavidades Vesicular Amigdaloidal: Cavidades preenchidas com minerais claros como

4.3 - Rochas Magmáticas Plutônicas ou Intrusivas: Quando o magma não consegue romper as camadas superiores da crosta. O resfriamento é gradual, passando por estágios de resfriamentos dando origem a rochas cristalinas, de constituição macroscópica (granulação FANERÍTICA). As rochas consolidadas no interior da crosta dependem da estrutura geológica e da natureza das rochas que elas penetram. As formas intrusivas mais comuns: a. Sills: Camadas de rocha de forma tabular, relativamente pouco

espessas. Magma que penetrou nas camadas de rocha, em posição aproximadamente horizontal.

b. Diques: São formações normalmente verticais, mais ou menos tabulares, que cortam angularmente as camadas de rochas invadidas. a. Saliências espassadas (rocha) em superfície de terreno:

Quando a rocha encaixante é mais resistente à erosão que a rocha encaixada.

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c. Batólitos: São grandes massas magmáticas consolidadas internamente e de constituição granítica. Sendo o granito o exemplo mais representativo desta formação. Quando expostas pela erosão, abrangem grandes áreas.

Figura publicada por Chiossi (3)

Ex: de Rocha de origem plutônica (formação intrusiva): Granito: Rocha ácida, constituída de quartzo e feldspatos alcalinos e acessoriamente por biotita, moscovita. A coloração pode ser branca, cinza, rósea ou vermelha, dependendo da cor dos feldspatos. Apresenta-se em batólitos. Muito utilizado na construção civil para revestimento de fachadas de edifícios, ou como brita para concretos e para pavimentação de ruas (em pedras).

4.4 - Classificação das Rochas Magmáticas: � Percentagem de sílica: Ácidas - sílica > 65% Intermediárias - " 65 - 52% Neutras ou básicas - " < 52% � Cor dos minerais: Leucocrática - < 30% minerais máficos Mesocrática - 30 - 60% " Melanocrática - > 60% " � Granulação: Granulação grossa → médio > 5 mm (rochas de grande profundidades) Granulação média → 1 a 5 mm Granulação fina → médio < 1 mm (rochas formadas na superfície)

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Unidade 5 - ROCHAS SEDIMENTARES 5.1 - Definição: Rochas que resultam da desintegração e decomposição de rochas preexistentes (magmáticas, metamórficas ou sedimentares), graças a ação de intemperismo (conjunto de processos mecânicos, químicos e biológicos) que ocasionam a transformação das rochas em sedimentos. Ciclo de transformações através do qual se formam as rochas sedimentares. Rocha Preexistente (Magmática, Sedimentar ou Metamórfica)�Desintegração (ação física) Decomposição (ação química) Intemperismo Fragmento de todos os tamanhos Soluções de Ca, Mg, K, SiO2 coloidal, argilas e óxidos de Ferro Detritos Soluções Transporte e Distribuição (Por gravidade, galerias, vento, água, organismos, rios etc ...) Rocha Sedimentares Sedimentos clásticos ou mecânicos Precipitados químicos e orgânicos(arenitos conglomerados, folhelhos (calcário dolomitos, saL, carvão etc ...) etc ...) Sedimentos de

Sedimentos de Origem Mecânica A fotografia acima mostra a transformação de pedregulhos (em formas de seixos rolados) em um sedimento arenoso. Na classificação e identificação dos solos ou sedimentos e comum utilizar-se a nomeclatura apresentada, e oficializada pela ABNT, abaixo:

5.2 - Condições para formação das Rochas Sedimentares (3) - Presença de rochas (fonte de materiais).

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- Presença de agentes que desagregem ou desintegrem as rochas (ação de intemperismo). - Presença de um agente transportador dos sedimentos recém-formados (água, vento, etc). -Acúmulo de material (sedimentos) em local favorável ao processo de sedimentação (bacias de acumulação). - Consolidação desses sedimentos através do peso das próprias camadas superiores e/ou por meio de soluções cimentantes (carbonatos, óxidos ...) Diagênese: Fenômemo que compreende as modificações sofridas pelos sedimentos até a formação da rocha definitiva.

5.3 - Exemplos de Formação: Folhetos - formado a partir de sedimentos muito finos (argilas, → < 0.002 min), densamente compactados e/ou cimentados. É finamente estratificado (apresenta planos de deposição de material), fragmentando-se de modo lamelar, em plaquetas. Indica sempre a decomposição de sedimentos em ambiente calmo, em lagos ou regiões de água estagnada. Argilito - Semelhantes aos folhetos sendo a estratificação não facilmente notada.

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Formação Sedimentar - Estratificação plano-paralela de camadas entre siltitos e argilitos (9) Arenitos - Rocha detrítica, compostos predominantemente de grãos de quartzo (areias). O sedimento é atravessado por uma solução que pode ser de sílica, carbonato de cálcio, óxido de ferro, etc. que pode agir como um verdadeiro cimento. O tipo de cimento é que dá as propriedades de resistência da rocha assim formada. Arenito: areia + calcário

areia + óxido de ferro ...

Arenito eólico com estratificação - deposição dos sedimentos - cruzada (9)

5.3 - Classificação das Rochas Sedimentares Sua classificação se baseia no tipo de agente que transportam os sedimentos para a bacia de deposição e nas características de sua sedimentação. - Rochas de origem mecânica (clásticas ou detríticas). Se formam a partir do transporte de detritos inconsolidados. Grosseiros: Ex.: conglomerados, brechas Arenosos: Ex.: arenitos, siltitos Argilosos: Ex.: folhelhos, argilitos - Rochas de origem química Se formam através da precipitação de soluções químicas em bacias sedimentares. Ex.: cloreto, sal-gema, silex - Rochas de origem orgânica Devem sua origem ao acúmulo de matéria orgânica de natureza diversa. Ex.: calcários, carbonosas

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Foto de Peixe fóssil em uma rocha sedimentar de origem mecânica do Cretáceo (9)

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Unidade 6 - ROCHAS METAMÓRFICAS 6.1 - Conceitos Rocha Metamórfica: Rocha proveniente de transformações sofridas por qualquer tipo de rochas preexistentes que foram submetidas a processos termodinâmicos, (efeitos de variação de temperatura e pressão) os quais produziram novas texturas e novos minerais que geralmente se expressam orientados segundo diferentes traçados (fenômeno de metamorfismo). Metamorfismo: Mudanças Mineralógicas e Estruturais que sofrem as rochas (sem que sofram fusão) quando submetidas a condições físicas e químicas diferentes daquelas que originalmente as formaram. Alterações Básicas: Deformação dos Minerais Mudança de estrutura e textura (leva ao (ação da pressão) alinhamento e orientação dos grãos) Recristalização dos Minerais Desenvolvimento de novos minerais (leva os (ação maior da temperatura) grãos a uma nova formação, com surgimento de grandes grãos) Mudanças nas condições (P e T) de sua estabilidade. O mineral passa a uma nova forma estável.

A foto mostra um corte em rocha na execução de um traçado de uma estrada.

Estrutura típica de rocha metamórfica em que se observa a presença de diversas fraturas e planos de alinhamento de minerais.

O exemplo mostra um xisto com minerais dispostos em planos inclinados em relação a horizontal (Pista de Rolamento da Estrada), com veios de quartzo que se destacam.

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Observa-se na fotografia, tomada em close, o alinhamento dos minerais -

xistosidade (presença de pressão no processo de sua formação) que se contrasta com um veio de quartzo intrusivo.

Tipos mais importantes: Ardósias: (xistosidade perfeita e planar, minerais não visíveis a olho nú).

Gnaisses: (minerais granulados quartzo + feldspato + mica em faixas alternadas de tons claros e escuros)

Xistos: (fortemente xistosas, cristais bens visíveis e de granulação grosseira)

Filitos: (rochas xistosas, de granulação fina e brilho lustroso dado pela mica)

Mármores: (metamorfismo de calcários) Outras: Quartzitos, Itabiritos, Micaxistos, Migmatitos.

6.2 - Formação das Rochas Metamórficas: (3) Metamorfismo Normal - Minerais de mesma natureza química dos minerais da rocha que

sofrem os efeitos metamórficos. - Transformações sem qualquer adição ou perda de novo material. Ex. Arenito Quartzito

Rocha mole com Elevada dureza e estrutura maciça ou camadas camadas horizontais inclinadas / dobradas

Calcário Mármore Metamorfismo Metassomático - Mudança de composição química da rocha, evidenciada pela

formação de novos minerais não existentes anteriormente. Ex.: Gnaisse (Ortognaisse: proveniente do granito e paragnaisse: de

argilito) Elevado grau de metamorfismo, com composição mineralógica

variável. Argilito → Ardósia → Filtro → Micaxisto → Xisto → “Paragnaisse”

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Vista Geral de Jazida de Mármore sendo explorada - Cachoeira de Itapemirim – ES

Vista da área de corte dos blocos

Pátio de estocagem para carregamento

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6.3 - Tipos de Metamorfismo Agentes do Metamorfismo: - Aumento de temperatura Met. Termal Áreas restritas e - Aumento de pressão Met. Cataclástico (dinâmico) localizadas - Aumento de pressão Met. Dinamotermal (Regional) Áreas extensas e temperatura 6.3.1 - Metamorfismo Termal Denomina-se Metamorfismo Termal a todos os tipos de mudanças que passam as rochas, sendo o fator dominante o calor. * Metamorfismo de Contacto Desenvolve-se ao redor de corpos ígneos intrusivos (como batólitos) que cedem parte de sua energia térmica a rochas vizinhas. Rochas Metamorfoseadas apresentam-se em auréolas.

* Pirometamorfismo: (não é considerado como Metamorfismo

Termal) Mudanças que ocorrem pelo contato imediato com o magma.

Ex.: lava esparramada pelas vizinhanças de um vulcão (modificando a natureza física e química da superfície das rochas por onde passa).

6.3.2 - Metamorfismo cataclástico (dinâmico) Rochas que sofrem esforços dirigidos e tornam-se fraturadas, adquirindo estruturas e texturas próprias ou trituradas.

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Exemplos: Cataclasitos - Rochas formadas por esmigalhamento sem

reconstituição química. Milomitos - Formada por moagem e cisalhamento dos grãos Regiões

de elevada permeabilidade. 6.3.3 - Metamorfismo dinamotermal (Regional) - Ação conjunta da pressão e temperatura - Ocorre em regiões de dobramentos da crosta terrestre (processo de

tectonismo - movimentação contínua ou descontínua da crosta) com a consequente formação de grandes cadeias montanhosas.

- Os fenômenos dinamotermais são responsáveis pelo aparecimento de rochas muito comuns como xistos e gnaisses (importância em se identificar estes materiais para melhor prever cortes em estradas e escavações...).

- Metamorfismo plutônico: Influência de temperatura elevada em grande pressão uniforme (não existindo pressão dirigida), ocorridas em grande profundidade.

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6.4 - Identificação Macroscópica das Rochas: (3) Metamórficas a) Presença de xistosidade Estrutura orientada em paralelismo dos minerais b) Dureza média elevada (Exceção das micáceas e carbonatadas) c) Cor variável d) Presença comum de fraturas Magmáticas a) Estrutura maciça, compacta b) Dureza média a elevada c) Cor homogênea Sedimentares a) Estrutura em camadas b) Dureza baixa c) Cor variável no sentido horizontal e vertical

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Ciclo de Transformação das Rochas

Observe os fenômenos geológicos destacados e estudados até então: Metamorfismo: Transformação de rocha ígnea (magmática) a sedimentar para rocha metamórfica. Litificação (Sedimentação): Transformação de sedimentos em rocha sedimentar a partir da cimentação e compressão de partículas minerais em geral. Resfriamento e Consolidação: Transformação de lava e magma em rocha magmática. Intemperismo: Transformação de qualquer rocha preexistente em sedimentos. Este fenômeno geológico será estudado na Unidade 08.

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Unidade 7 - PROPRIEDADE DAS ROCHAS APLICADAS À ENGENHARIA

Os materiais naturais são os mais antigos materiais de construção utilizados pelo homem. Muitas civilizações empregaram a pedra de maneira intensa. Hoje em dia, em decorrência de suas altas qualidades de durabilidade, resistência e baixo custo, a “pedra” continua ocupando importante papel nas construções, principalmente em enrocamentos, fundações pouco profundas, lastro de vias férreas, pavimentos, agregados para concreto, filtros, cantaria e muitas mais. Como ocupa grandes volumes, a pedra deve ser buscada próximo ao local da obra, com o objetivo de não encarecer demasiadamente o transporte. Com isso, o Engenheiro terá a sua disposição não exatamente o material de que gostaria, e sim aquele disponível. Os estudos realizados sobre rochas são, portanto, justificados, pois o seu conhecimento possibilita a utilização daquelas que se tem à disposição, da melhor maneira possível, diminuindo o custo da obra e não conduzindo a erros que possam comprometê-la. (6) O comportamento da rocha pode ser avaliado diretamente, observando-se a pedra aplicada em obras construídas anteriormente ou, então, indiretamente, submetendo-se a rocha a experiências ou ensaios.

Vista de um laboratório de Mecânica das Rochas. Vê-se sobre a bancada, a direita, vários

corpos de prova a serem ensaiados no equipamento sendo operado pelo laboratorista, e a

esquerda, reagentes para determinação de propriedades químicas das amostras

São as seguintes as propriedades que serão estudadas e que visam sua caracterização e classificação:

• Físicas (7.1)

• Químicas (7.2)

• Mecânicas (7.3)

• Geotécnicas (7.4)

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Os diversos ensaios de laboratórios mais interessam para a sua caracterização. Destas propriedades, a serem estudadas, algumas terão valor como classificação, enquanto que outras determinarão a possibilidade de emprego da rocha. 7.1 - Propriedades Físicas: (3) - Cor • Tendo em vista a sua grande variabilidade, a cor é um fator bastante fraco para sua

classificação, uma vez que pode apresentar cores diversas em uma mesma jazida. • Classificação das Rochas em geral tendo por base a cor : Monócromas - Única coloração, uniformemente distribuída. Polícromas - Formada de mais cores. - Peso Específico • Função do peso específico dos elementos constituintes e de sua porosidade. Aparente: Não é descontado os vazios (poros) na sua determinação.

Real: Considera somente o volume de rocha.

A fotografia mostra uma serra diamantada, com a amostra (testemunho) posicionada para corte e extração de um Corpo de Prova (CP). Laboratório da CESP

OBS: a

r

P

PDensidade = {1}

Onde: Pr = Peso da rocha, e,

Pa = Igual volume de Peso d´água a 4ºC.

Exemplo: (Granito)

Dada a massa = 516 g de um testemunho cilíndrico de granito com 10 centímetros de altura e diâmetro φ de 0,5 cm pede-se determinar a Densidade, peso específico e massa específica.

Peso em mg � 0,516.9,81 = 5,06 N

Volume � πr2h = π (0,025)2.0,1 = 1,96.10-4 m3

a) Peso específico: 410.96,1

06,5−==

V

Pγ = 25,78 KN/m3

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b) Massa específica: 410.96,1

516,0−==

V

mmγ = 2.627 Kg/m3

c) Densidade: α

Igual cilindro d´água � ρ = γV = 1,922 N

m = γm V = 0,196 Kg

γm = 1.000 Kg/m3

γ = 9810 Ν/m3

c.1) Em peso 63,2922,1

06,5 ==α

c.2) Em massa 63,2196,0

16,5 ==α

Amostras de sondagem rotativa (testemunhos) armazenadas em caixas de madeira

apropriadas, onde se identificam a profundidade da coleta.

- Porosidade • Propriedade das Rochas em conter espaços vazios.

Volume de Vazios (%) Volume Total da Rocha Classe Índice de vazios Porosidade (%) Termo 1 maior que 0,43 maior que 30 muito alta 2 0,43 - 0,18 30 - 15 alta 3 0,18 - 0,05 15 - 5 média 4 0,05 - 0,01 5 - 1 baixa 5 menor que 0,01 menor que 1 muito baixa

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Obs.: Para solos existe outra classificação. • A maior ou menor porosidade de uma rocha será em função: a) Tipo de Rocha Sedimentares - maior porosidade Magmáticas Intrusivas baixa porosidade

Extrusivas > que intrusivas Metamórficas - baixa porosidade (de acordo com o grau de

metamorfismo) b) Grau de Alteração Alteração da Rocha = f (dissolução e remoção de materiais das rochas) • Relação Porosidade x Permeabilidade > Porosidade - > Permeabilidade (se os poros forem interligados) OBS: Importância na elaboração de projetos de Fundações de

Barragens • Relação com Resistência > Porosidade - < Resistência à compreessão - Permeabilidade

• É a propriedade da Rocha que está relacionada com a maior ou menor resistência que ela oferece à percolação da água.

• Permeabilidade Primária - Existe desde a sua formação Permeabilidade Secundária - Devido a lixiviação, dissolução de componentes mineralógicos, etc.

Rochas Metamórficas e Magmática. < Permeabilidade Rochas Sedimentares > Permeabilidade - Absorção • É a propriedade pela qual certa quantidade de líquido é capaz de

ocupar os vazios de uma rocha ou parte deste vazios (ação física).

• Peso Após Longa erosão

Vista interna de uma estufa de laboratório com temperatura controlada em torno de 105º. São mostrados 08 (oito) corpos de

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prova de rocha sendo secos - retirada do teor de umidade natural da amostra de rocha - Dureza • De difícil determinação, uma vez que as rochas são formadas por vários minerais que apresentam diferentes durezas. • Na prática são considerados três estágios de dureza: Moles - Riscável pela unha / fácil pelo canivete Médias - Riscável pelo canivete Duras - Difícil pelo canivete ou não riscável - Deformabilidade É a propriedade do material se deformar quando submetido a uma carga. • Corpo elástico: Quando descarregado, volta à posição original. • Corpo plástico: Não volta a posição original. • Rocha Propriedades Elásticas e Plásticas (deformação elástica e

plástica) • Parâmetros Módulo de Elasticidade E = ∆ Tensão /∆ Deformação Longitudinal

Coeficiente de Poisson ε = ∆ Deformação Transversal /∆ Deformação Longitudinal

O gráfico apresentado ao lado mostra as tensões aplicadas no CP e as correspondentes deformações. Para este ensaio, a variação de tensão (obtida no trecho linear: Reta de Hooke) é igual a 3060 KPa, e a variação de deformação longitudinal é igual a 0,32%. É fácil obter no gráfico a máxima tensão aplicada no CP (no momento da ruptura), que é igual a 4500 KPa.

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• Determinação em Laboratório

Corpo de prova deitado sobre uma mesa, sendo verificado a sua altura média com

um paquímetro.

- Rochas Xistosas ou Estratificadas

Conclusões: As propriedades elásticas de um maciço rochoso são afetadas pela anisotropia (direção a qual se considera para a medição de uma determinada propriedade). São também fatores de influência: • A condição de saturação (umidade) • A presença de fraturas • O módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson tem importância em problemas relacionados com a construção de túneis, galerias e fundações de barragens, entre outras.

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7.2 - Propriedades Químicas Composição Química A determinação da composição química de uma rocha, por si só, não

constitui elemento suficiente para definí-la. A composição química de uma mesma rocha pode variar muito, de

amostra para amostra.

Reatividade Uma determinada rocha contém elementos reativos ou não inertes, quando esses elementos químicos são capazes de reagir ao entrar em contato com outros compostos. Exemplo: Sílica Mineral reage com álcalis do cimento Portland. Água fluindo para dentro de um túnel e contendo sulfato de cálcio pode atacar o concreto de revestimento.

Durabilidade É a resistência da rocha à ação do intemperismo. A durabilidade de uma rocha interessa no que diz respeito ao seu emprego como material de construção, uma vez que se espera deste material uma permanência de suas diversas propriedades.

7.3 - Propriedades Mecânicas

Resistência à Compressão • É obtida em laboratório por meio de ensaios de compressão simples em corpos de prova cilíndricos (relação entre altura/diâmetro > 2) ou cúbicos. A fotografia mostra um ensaio de Compressão Simples em um corpo de prova cilíndrico, observe:

• O posicionamento do CP no equipamento (foto). • Equipamento eletrônico ao fundo para as medidas de deformações

longitudinais (no sentido da altura do CP). • A linha de ruptura da amostra já visível, logo após a obtenção da

máxima tensão no material (resistência à compressão)

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Os resultados de resistência à compressão de rochas apresentam variações em função dos:

• Constituintes mineralógicos • Fissuramento • Leitos de estratificação e xistosidade. • Umidade, entre outros fatores:

Os corpos de prova a serem ensaiados deverão conter as várias situações que a rocha pode apresentar para que os resultados exprimam uma média da propriedade da rocha. Ex.: argilito (rocha acamada) 3 CP Compressão paralela a estratificação, seco 3 CP Compressão paralela a estratificação, saturado 3 CP Compressão perpendicular a estratificação, seco 3 CP Compressão perpendicular a estratificação, saturado São apresentados os resultados isolados e médios para cada uma das condições. Verifica-se:

• Em uma mesma espécie de rocha, amostra de grãos finos possui maior resistência que amostra de grãos grossos.

• Quanto mais forte for o ligamento entre os cristais, maior a resistência à compressão.

• Os corpos de prova com compressão perpendicular aos planos de estratificação apresentam maior resistência à compressão.

Exercício numérico de aplicação:

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Exemplo de determinação das características mecânicas de amostra de Arenito, muito alterado, quebradiço e ocasionalmente fraturado.

• Cálculos iniciais

Diâmetro médio 35,502

6,501,50 =+=

Área média considerada: ( )

91,194

035,5 2

=π cm2

Cálculo do Módulo de Elasticidade: ∆σ = 9752 – 1023 = 8731 Kpa ∆ρ = (6,2 -1,5).10-3 = 0,0047

610.18580047,0

8731 ==∆∆=

ρσ

E KN/m2

Resistência a compressão simples (uniaxial)

Na ruptura 2/19,13291,19

2632cmKg

S

Fr ===σ

Conclusão � ROCHA BRANDA

Resistência ao Choque É a resistência que uma rocha oferece ao impacto de um peso que cai duma certa altura. A resistência ao choque tem importância quando a rocha for usada para pavimentação de estradas e aeroportos.

Resistência ao desgaste * Resistência ao desgaste por atrito mútuo. É a resistência que a rocha apresenta, sob a forma de agregado (Pedra Britada), quando submetida a atrito mútuo de seus fragmentos. Conforme o tipo de máquina empregada para sua determinação, a resistência ao desgaste recebe o nome de: resistência ao desgaste Los Angeles, Deval, etc. * Resistência ao desgaste por abrasão (desgaste das superfícies das rochas).

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Tem importância especial quando a rocha for empregada sob forma de pavimento (paralelepípedos). Se a resistência à abrasão for baixa, em pouco tempo terá suas superfícies lisas, o que a torna inconveniente (escorregadia ou perigosa ao tráfego). → Resistência à abrasão Los Angeles - Certa quantidade de rocha, de granulometria determinada, é submetida a uma carga abrasiva a 500 revoluções à velocidade de 30 a 33 RPM, num cilindro de aço. - Carga abrasiva: esferas de aço de diâmetros e pesos conhecidos. - Por fim o material é lavado secado e pesado.

100_

__x

InicialPeso

FinalPesoInicialPesoRa

−=

Máquina Los Angeles para ensaio de desgaste por abrasão.

Este equipamento é encontrado no Laboratório de Pavimentação da Faculdade de Engenharia da UFJF. - Resistência ao Corte É a resistência apresentada por uma rocha para se deixar cortar em superfícies lisas. Dependendo da disposição dos minerais em uma determinada rocha, ela pode apresentar menor ou maior dificuldade ao corte. - Comportamento ante a Britagem Resistência à britagem é a propriedade da rocha em apresentar maior dificuldade de se fragmentar, quando submetida à britagem. Vem medida pela percentagem de material fragmentado abaixo duma certa dimensão, quando submetida à compressão em máquinas padronizadas. Exemplo dos valores obtidos em uma rocha A título de exemplo, são citados alguns valores de ensaios realizados em diorito (rocha magmática extrusiva correspondente ao granito)

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da Tijuca (RJ), muito utilizado como pedra de cantaria ou revestimento.

Peso Específico ϒ = 2,89 g/cm3

Porosidade η = 0,82 % Absorção Ca = 0,28 % Módulo de Elasticidade E = 667.000 kg/cm2m Coeficiente de Poisson ν = 0,15 Resistência à Compressão Simples σr = 1.065 kg/cm2

Abrasão Los Angeles (aproximado) = 32 %

7.4 - Propriedades Geotécnicas O exposto foi preparado e publicado pela ABGE. Os parâmetros para a caracterização geotécnica das rochas podem ser em número de quatro:

1. Grau de alteração 2. Grau de resistência à compressão simples 3. Grau de consistência 4. Grau de fraturamento

Os três primeiros parâmetros se aplicam tanto a amostra de rochas como a maciços rochosos, enquanto o grau de fraturamento só se aplica a maciços rochosos, sendo as medidas efetuadas em furos de sondagem ou em levantamentos de paredes e cortes, ao longo de uma determinada direção. Cada parâmetro, individualmente, tem expressão limitada e só adquire real valor quando associado aos outros.

Grau de alteração Podemos considerar três graus de alteração: rocha praticamente sã, alterada e muito alterada. Tal número de graus prende-se ao fato de que o estabelecimento de limites é muito subjetivo e o emprego de maior número de graus é pouco prático. É conveniente lembrar que nos três graus acima não se inclui rocha extremamente alterada, que deve ser considerada material de transição ou solo de alteração de rocha.

Grau de Resistência à Compressão Simples Representa um parâmetro que tem tido grande aceitação no meio geotécnico. É relativamente fácil obter, com reduzido número de corpos de prova. A seguir, as rochas são subdivididas em cinco níveis de resistência à compressão.

Tabela de Grau de resistência à compressão simples Rocha Resistência Kg/cm2

Muito resistente Resistente

Pouco resistente Branda

Muito branda

> 1200 1200 - 600 600 - 300 300 - 100

< 100

Grau de Consistência O parâmetro a seguir baseia-se em características físicas facilmente determináveis: resistência ao impacto (tenacidade), resistência ao risco (dureza) e friabilidade. As rochas são assim divididas em quatro níveis de consistência:

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Rocha muito consistente Características

• Quebra com dificuldade ao golpe do martelo

Rocha consistente

• O fragmento possui bordas cortantes que resistem ao corte por lâmina de aço.

• Quebra com relativa facilidade ao golpe do martelo

• O fragmento possui bordas cortantes que podem ser abatidas pelo corte com lâmina de aço

Rocha quebradiça • Superfície riscável por lâmina de aço • quebra facilmente ao golpe do martelo

Rocha friável

• as bordas do fragmento podem ser quebradas pela pressão dos dedos

• A lâmina de aço provoca um sulco acentuado na superfície do fragmento

• Esfarela ao golpe do martelo • Desagrega sob pressão dos dedos

Grau de Fraturamento É normalmente apresentado em número de fraturas por metro linear, em sondagens ou paredes de escavação, ao longo de dada direção. Consideram-se, logicamente, apenas as fraturas originais e não as provocadas pela própria perfuração ou escavação.

Rocha Ocasionalmente fraturada Grau de fraturamento Número de fraturas por metro

< 1 Pouco fraturada Medianamente fraturada Muito fraturada Extremamente fraturada Em fragmentos

1 – 5 6 – 10 11 – 20

> 20 torrões ou pedaços de diversos tamanhos, caoticamente dispostos

Caracterização Geotécnica da Rocha A reunião dos parâmetros anteriormente apresentados, a saber: 1 - grau de alteração; 2 - grau de resistência à compressão simples; 3 - grau de consistência; 4 - grau de fraturamento expressa a caracterização geotécnica da rocha. O quadro exemplifica o emprego de tais parâmetros. Para efeito da exemplificação, atribuímos determinados valores ao grau de alteração das rochas.

Caracterização geotécnica da rocha Classificação petrográfica Grau de alteração Grau de

resistência Grau de consistência

Grau de fraturamento

Granito (muito alterado) (brando) (quebradiço) (medianamente fraturado)

Xisto (praticamente são)

(resistente) (consistente) (muito fraturado)

Arenito (alterado) (pouco resistente)

(consistente) (ocasionamente fraturado)

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Unidade 8 - INTEMPERISMO 8.1 - Definição: Conjunto de processos que ocasionam a desintegração (ação física) e a decomposição (ação química) das rochas e dos minerais, por ação de agentes atmosféricos e biológicos. Fenômeno também conhecido como “Meteorização”. “Não existe rocha alguma que possa escapar à sua ação. Até mesmo uma rocha tão resistente como o granito, quando sujeita por muito tempo à ação intensa do intemperismo, chega a desfazer-se entre os dedos”. (3) Intemperismo → Destruição das rochas

⇓

Produção de materiais desintegrados que formarão: * Sedimentos (arenoso, argiloso, Granulometria e composição uniforme) * Solos (mistura ou não de sedimentos) * Rochas sedimentares (sedimentos cimentados)

A fotografia mostra um corte profundo (escavação a céu aberto) em um terreno com aproximadamente 5,00 m de solo (manto de decomposição) sobre uma rocha alterada e em profundidade maior fraturada a sã. Observe tratar de um típico perfil de intemperismo em que a rocha se desintegrou facilitando posteriormente a decomposição química de seus minerais transformando-os em sedimentos (solo).

* Rególito ou manto de decomposição: Produto final do intemperismo. Recobre a rocha inalterada, com sua espessura variando de alguns centímetros até dezenas de metros.

8.2 - Processo de Intemperismo: Duas fases Física e Química.

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* Física (desintegração das rochas) Entende-se por integração como a ruptura das rochas inicialmente em fendas (fraturas), progredindo para partículas de tamanhos menores sem, no entanto, haver mudança na composição, constituindo apenas em fraturamento da rocha. Agentes: variação de temperatura, congelamento de água etc.

* Química (decomposição das rochas) A presença de trincas (fendas) permite a circulação da água e de agentes químicos, que em contato direto com os diversos minerais existentes contribui para a sua decomposição (alteração da composição). Agentes: hidrólise, oxidação, carbonatação, etc.

O perfil acima (9) mostra em uma profundidade maior a ação de agentes físicos que resultou no fraturamento da rocha e em profundidades menores a ação dos agentes químicos que resultou na transformação de fragmentos em solo. Ressalta-se que quanto mais profundo menor a ação do intemperismo. 8.3 - Fatores que influem no Intemperismo: A ação maior ou menor de um determinado agente no processo de intemperismo depende de diversos fatores, tais como: Clima: Regiões áridas e ou geladas - ação mais intensa dos agentes físicos (NE do Brasil). Regiões úmidas e quentes - ação mais intensa dos agentes químicos (Centro Sul Brasil). Topografia: Regiões de aclive (elevada) - A ação da gravidade favorece a remoção da camada de solo que protege a rocha da ação das intempéries

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Regiões com cadeias montanhosas - barragem de correntes de ar, influenciando na ação de precipitações (chuvas). O que interferirá no clima. Tipo de Rocha: Diferentes são as resistências oferecidas ao ataque físico e químico. Um tipo ou outro de rocha apresentará maior ou menor facilidade de sofrer a ação do intemperismo. Vegetação: A fixação do solo, com suas raízes, contribuem para que esta camada superficial não seja removida protegendo a rocha da ação de intempéries. 8.4 - Intemperismo Físico:

a) Ação da variação de temperatura

As variações de temperatura repentinas (durante o dia a temperatura nas rochas chegando a 60 a 70oC e a noite podendo cair próximo a 0oC) fazem com que os minerais das rochas estejam ora em estado de expansão, ora em contração. Como os coeficientes de dilatação técnica são diferentes causam nas rochas pequenas trincas que vão se alongando com o tempo, fraturando todo o maciço o que contribui para a sua desintegração em blocos.

b) Congelamento da água

Fendas (trincas) preenchidas com água, em regiões que alcançam baixas temperaturas, tem um acréscimo de pressão quando do seu congelamento (aumento de seu volume em 10%), o que contribui para o seu fraturamento. No Brasil (clima tropical) não ocorre muito.

c) Cristalização de Sais Certas águas que circulam no interior de fendas existentes contendo soluções com sais dissolvidos se infiltram nas rochas e com sua posterior evaporação precipitam (sais), cristalizando-se e exercendo

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uma certa pressão, que contribui para a desintegração das rochas (comum em regiões costeiras - água do mar rica em sais).

d) Ação física dos vegetais

O processo de desintegração física de uma rocha pode ser incrementado quando da ação do crescimento de raízes ao longo de suas fraturas. 8.5 - Intemperismo Químico Água Pura ⇒ é relativamente inerte, não reagindo, com os minerais (maioria) Água + substâncias dissolvidas - ácidos, sais, nitratos, óxidos, produtos orgânicos ⇒ ataque aos minerais

a) Hidrólise O mais importante agente do intemperismo químico Íons da água combinam-se com os íons dos minerais formando novas substâncias. Os feldspatos são relativamente pouco estáveis e sofrem facilmente a ação desse ataque.

K Al Si3 O8 + H2 O → H AlSi3 O8 + KOH (feldspato) argila solução

(ortoclásio) (mineral) dissolvido de K b) Hidratação

Certos minerais adicionam moléculas de água à sua composição, formando novos compostos. Os minerais têm seus volumes aumentados, o que contribuiu para um aumento de pressão interna e consequente desintegração (tensão maior nos vértices arredondamento dos blocos).

c) Oxidação Alguns minerais se decompõem facilmente pela ação oxidante do O e de CO2 dissolvidos na água. Minerais que possuem íons como o Fe++ na sua composição são mais susceptível devido ao Fe++ ter grande afinidade com o oxigênio.

d) Carbonatação O CO2 contido na água, forma pequena quantidade de ácido carbônico, contribuindo para a decomposição de uma rocha.

Ca CO3 + H2 CO3 → Ca (HCO3)2 (calcita) (ácido carbônico) (bicarbonato de cálcio)

e) Decomposição químico-biológica. Húmus: produto da decomposição de micro-organismos e de detritos orgânicos que se transformam dando origem ao ácido húmico, que como outros ácidos, contribuem e aceleram a decomposição das rochas e dos solos. Analise de intemperização de uma rocha como, por exemplo, o granito (3)

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Do que foi exposto, verifica-se que da decomposição de um granito

resultam substâncias diversas, que podem ser agrupadas em: a) Minerais inalteráveis - quartzo, zircão e moscovita. b) Resíduos insolúveis - argilas, substâncias corantes. c) Substâncias solúveis - sais de potássio, sódio, cálcio, ferro,

magnésio e sílica. No Brasil, a importância do fenômeno da decomposição é muito grande. Em São Paulo, por exemplo, foram observados os seguintes valores.

Tipo de rocha Intemperizada até uma profundidade

máxima de: Arenito Basalto Granito Gnaisse

15 m 25 m 40 m 60 m

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Unidade 9 - SOLOS 9.1 - Conceitos: O solo deve ser considerado sob o aspecto de ente natural e, como tal é tratado pelas ciências que estudam a natureza, como a geologia, a pedologia e a geomorfologia. Uma boa introdução sobre o assunto voltada para a área de Engenharia Civil, é apresentada pelo Prof. Milton Vargas (12), sendo utilizada como referência bibliográfica na redação desta e da seguinte unidade.

Vista aérea (1994) de uma “obra de terra” - Construção de um grande aterro nas proximidades de uma cabeceira do Aeroporto (J. Fora), que utilizou apenas solo como material de construção. Observe a coloração diferenciada do solo cortado,

mostrando o contorno da antiga rocha ali existente, que se intemperizou. A palavra solo não tem um significado intuitivo imediato. Em português clássico, o termo solo significa tão somente a superfície do chão, sendo o significado original da palavra herdada do latim “solum”. Agricultura Diferentes conceitos. Geologia Adquire significados específicos de acordo com a finalidade.

Engenharia Civil No campo específico da agricultura, solo é a camada de terra tratável, geralmente de poucos metros de espessura, que suporta as raízes das plantas. Na geologia o termo adquire um significado já abordado no capítulo anterior, qual seja: Produto do intemperismo físico e químico das rochas, situado na parte superficial do manto de intemperismo. Constitui-se de material rochoso decomposto. Com a finalidade específica da Engenharia Civil, portanto, os termos solo e rocha poderiam ser definidos, considerando-se o solo como todo o material da crosta terrestre que não oferecesse resistência intransponível à escavação mecânica e que perdesse totalmente toda resistência, quando em contato prolongado com a água; e rocha, aquele cuja resistência ao desmonte, além de ser permanente, a não

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ser quando em processo geológico de decomposição, só fosse vencida por meio de explosivos. Portanto, sob um ponto de vista puramente técnico, aplica-se o termo solo a materiais da crosta terrestre que servem de suporte, são arrimados, escavados ou perfurados e utilizados nas obras da Engenharia Civil. Tais materiais, por sua vez, reagem sob as fundações e atuam sobre os arrimos e coberturas, deformam-se e resistem a esforços nos aterros e taludes, influenciando as obras segundo suas propriedades e comportamentos. O estudo teórico e a verificação prática dessas propriedades e atuação é que constituem a Mecânica dos Solos. É essa última, portanto, um ramo da Mecânica, aplicada a um material preexistente na natureza. 9.2 - Origem e Constituição: Mecanismo de formação dos solos (processo físico-químico de fragmentação e decomposição das rochas, transporte e evolução pedogênica). 1o Estágio: Expansão e contração térmica, alternadas das rochas sãs.

• Fraturamento mecânico. • Percolação de água e crescimento de raízes de plantas

nas fissuras das rochas. • Surgem grandes blocos a pequenos fragmentos.

2o Estágio: Alteração química das espécies minerais. • Ataque pela água acidulada, ácidos orgânicos, oxidação... • Decomposição química, transformando os fragmentos em

argilas/areia.

3o Estágio: Transporte por agente qualquer, para local diferente ao da transformação. (Pode ou não ocorrer)

• Formação dos “solos transportados” ou “sedimentares”. 4o Estágio: Evolução pedogênica • Processos físico-químicos e biológicos

Lixiviação do horizonte superficial com concentração de partículas coloidais (menores) no horizonte profundo. Impregnação com húmus (matéria orgânica) do horizonte superficial.

Exemplo: Processo de formação. No caso da rocha madre ser, por exemplo, um basalto em clima tropical (Brasil), de invernos secos e verões úmidos, a decomposição se faz, principalmente, pelo ataque químico das águas aciduladas aos plagioclásios e outros elementos melanocráticos, dando como

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resultado predominantemente argilas. Não apareceria neste solo a fração areia, pois o basalto não contém quartzo, mas aparecem, em pequenas porcentagens, grãos de óxidos de ferro, muitas vezes sob a forma de magnetita. É o caso da terra roxa, do interior Centro-Sul do Brasil, que é predominantemente uma argila vermelha. Os arenitos, das formações sedimentares brasileiras do paleozóico ao cretáceo, dão origem a um solo essencialmente arenoso, pois não existem feldspatos ou micas em sua composição. O elemento que altera é o cimento que aglutina os grãos de quartzo. Quando esse cimento é silicoso - forma-se um solo residual extremamente arenoso. Quando o cimento é argiloso aparece no solo residual de arenito uma pequena porcentagem de argila. 9.3 - Classificação dos Solos: Registros Fotográficos de serviços de campo: Coletas de amostras de solo

a b

c

a) Coleta em uma jazida a ser ensaiada para ser utilizada como material de construção. b) Coleta em um leito de futura Avenida em São Pedro, próximo a UFJF. c) Coleta de amostra em uma das camadas de um pavimento em construção.

9.3.1 - Quanto a Granulometria: Sabe-se que o comportamento dos solos está de certo modo ligado ao tamanho das partículas que os compõem. De acordo com a

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granulometria, os solos são classificados nos seguintes tipos, de acordo com o tamanho decrescente dos grãos: a) Pedregulhos ou cascalho b) Areias - Grossas, Médias e Finas c) Siltes d) Argilas Na natureza, raramente um solo é do tipo “puro”, isto é, constituído na sua totalidade de uma única granulometria - diâmetro fixado em escalas como as apresentadas a seguir. Dessa maneira, o comum é o solo apresentar certa porcentagem de areia, de silte, de argila, de cascalho, etc.

• Características das Frações:

Areia: A espécie mineralógica é, comumente, o quartzo. Mineral inerte, não se decompondo na presença da água. Argila: As pesquisas em argilas revelam, que elas são constituídas de pequeníssimos minerais cristalinos, chamados minerais argílicos, dentre os quais destinguem-se três grupos principais: caolinitas, montmorilonitas e ilitas. As estruturas dos minerais argílicos compõem-se do agrupamento de duas unidades cristalográficas fundamentais, indicadas na figura com a respectiva representação simbólica de cada unidade. (2)

Caolinitas - São formadas por unidades de silício e alumínio, que se unem alternadamente, conferindo-lhes uma estrutura rígida. Em consequência, as argilas caoliníticas são relativamente estáveis em presença da água. Montmorilonitas - São estruturalmente formadas por uma unidade de alumínio entre duas unidades de silício. A ligação entre essas unidades, não sendo suficientemente firme para impedir a passagem de moléculas de água, torna as argilas montmoriloníticas muito expansivas e, portanto, instáveis em presença da água. Assim, tais argilas, com presença de água, experimentam expansões, fonte de inúmeros problemas para a engenharia de solos.

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Ilitas (hidrômicas) - São estruturalmente análogas às montmorilonitas, sendo, porém menos expansivas.

A fotografia mostra uma ampliação em 32.000 vezes de uma lâmina de um Folhelho (Rocha Argilosa), rico em ilita-montmorilonita; as setas indicam partículas de ilita; argila expansível usada para fabricar agrega Jazida Santa Isabel, Jarinu (SP). dos leves.

Nomenclatura: Pedregulhoso, arenoso, siltoso, argiloso ou argilo-arenoso > % argila, < % areia Ex.: Formação

Características dos Solos: (Granulometria) Solo argiloso:

• Presença de coesão (atração das partículas - interação físico-química), propriedade responsável pela resistência à ruptura destes solos.

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• Comportamento plástico (se deixam moldar em diferentes formas)

Solo siltoso: • São solos de granulação fina que apresentam pouca ou

nenhuma plasticidade. Um torrão de silte seco ao ar pode ser desfeito com bastante facilidade

Solo arenoso: • Comportamento depende apenas da sua granulometria, não

importando sua constituição mineralógica. • Não apresenta coesão, sua resistência à ruptura se dá apenas

por atrito entre suas partículas. Como exemplo de um solo predominantemente arenoso, e que apresenta uma porcentagem de argila variável é o conhecido saibro, solo largamente utilizado na construção civil para confecção de massa de reboco e emboço de alvenaria, construção de pavimento de estradas...

Pátio de estocagem de vários “montes” a serem utilizados numa obra próxima ao depósito. Abaixo são mostrados exemplos de composição (granulometria) de dois saibros de jazidas de Juiz de Fora, em %.

Jazida Pedregulho Areia Silte Argila Linhares 0.2 90.7 2.8 6.3 Milho Branco 0.3 70.1 17.3 12.3

Registros Fotográficos de serviços de laboratório: Ensaios para determinação das características e propriedades de amostras de solo.

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a

b c a) amostras em pátio (UFJF) de secagem ao ar, a serem ensaiadas. b) Tigelas com solo lavado, submetido ao ensaio de granulometria. c) Laboratoristas operando equipamentos, realizando anotações e cálculos.

9.3.2 - Quanto a Origem de Seus Constituintes: (Formação Geológica) Quando o solo, produto do processo de decomposição permanece no próprio local em que se deu o fenômeno, ele se chama “residual”. Quando em seguida é carregado pela água das enxurradas ou rios, pelo vento ou pela gravidade - ou por vários desses agentes simultaneamente - ele é dito “transportado” ou “sedimentar”. Mas existem outros tipos de solos, nos quais aparecem elementos de decomposição orgânica que se misturam ao solo transportado. Há ainda as terras diatomáceas, constituídas por carapaças de algas ou infusórios. Finalmente, existem os solos provenientes de uma evolução pedogênica, tais como os solos superficiais que suportam as raízes das plantas ou os solos “porosos” dos países tropicais. As características de formação geológica de cada um dos solos citados serão estudos em separados na unidade seguinte.

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Unidade 10 - FORMAÇÃO GEOLÓGICA DOS SOLOS Tipos de solos segundo a origem dos seus constituintes. Residual Transportado aluvial - água ou coluvial - gravidade Sedimentar eólico - vento Orgânicos Pedogênicos (lateríticos) 10.1 - Solo Residual: São aqueles provenientes da decomposição e alteração das rochas “in situ”. Os produtos de alteração permanecem ainda no local em que se deu a transformação. Subdivididos, conforme a zona de intensidade de intemperismo, em horizontes que, geralmente, se organizam da superfície para o mais profundo, mas que, eventualmente, podem estar ausentes, num perfil de solo residual. Por outro lado a transição entre um horizonte e outro é gradativa, de forma que a separação entre dois deles pode ser arbitrária. Perfil de Intemperismo (3)

O perfil à direita (dados reais obtidos num boletim de sondagem) evidencia a ocorrência de solo do tipo residual. A ocorrência de grãos de quartzo não “rolados” - formados quando há transporte, ocorrência de placas ocasionais de mica e após 10,00 m solo micáceo, rocha alterada, fraturada até sã.

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Fenômeno de erosão contribuindo para o desmoronamento de grandes volumes de solo permitindo-nos visualizar um horizonte (mais superficial) de solo residual maduro - mais escuro e abaixo de saprolito. Observe as “manchas” claras evidenciando a decomposição das concentrações de determinados minerais contidos na rocha de origem. Solo residual maduro - superficial ou inferior a um horizonte “poroso” ou “húmico”. É a situação em que o solo perdeu toda a estrutura original da rocha-madre e tornou-se relativamente homogêneo. Solo Residual Jovem ou Saprolito - Situação em que o solo mantém a estrutura original da rocha-madre, inclusive veios intrusivos, fissuras, xistosidade e camadas, mas perdeu totalmente sua consistência. À vista pode confundir-se com uma rocha alterada, porém, pela pressão dos dedos, esboroa-se completamente. Solo de alteração de rocha / Blocos em material alterado - é o horizonte em que a alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, deixando relativamente intactos grandes blocos da rocha original envolvidos por solo de alteração de rocha. 10.2 - Solos Transportados (Sedimentares): Quando os produtos da alteração foram transportados por um agente qualquer, para local diferente ao da transformação. Classificam-se segundo o agente de transporte:

Coluvial: gravidade Solo Aluvial: água Eólico: vento

10.2.1 - Solos Coluviais: Transporte e sedimentação por um agente transportador : desde a simples gravidade, que faz cair as massas de solo e rocha ao longo dos taludes, até um enxurrada, por exemplo, que carreia o material constituinte dos solos residuais. Nas escarpas abruptas, como as da Serra do Mar, os mantos de solo residual com blocos de rocha podem escorregar, sob a ação de seu próprio peso, durante chuvas violentas, indo acumular-se ao pé do talude em depósito de material detrítico, geralmente fofo, formando os “talus”.

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Tais depósitos (talus) são formados por grãos de tamanho muito variável, inclusive blocos de rocha. Em geral, os grãos de argila são levados pela enxurrada e carreados pelas ribeiras que descem a serra. Tais “talus” são sujeitos a movimento de rastejo (expansões e contrações periódicas, pelo efeito de temperatura, que resultam num lento movimento talude abaixo). Esse é o transporte por gravidade ou coluvial. Mas, nem todo transporte coluvial é tão violento, muitas vezes uma topografia suavemente ondulada é o resultado de erosão no topo dos morros de solo residual profundamente alterado e deposição coluvial nos vales. Esse é o caso do planalto brasileiro, onde ocorrem camadas recentes de solo coluvial fino sobre solo residual de material semelhante. OBS: a gravidade não forma o solo, ela já estava formado, sendo apenas transportado.

O perfil acima, na extremidade sul do túnel da “Lagoinha”, em Belo Horizonte, exemplifica uma situação de ocorrência de solo columionar acima de um solo residual. 10.2.2 - Solos Aluviais Quando o transporte é feito por grandes volumes de água, aparecem os solos aluviais que, quando recentes, formam os terraços aluvionais das margens e as planícies recentes dos deltas dos grandes rios. A princípio as grandes torrentes carregam consigo todo o detrito das erosões, mas logo depositam os grandes blocos e depois os pedregulhos. Ao perder sua velocidade, e, portanto sua capacidade de carrear os sedimentos, os grandes rios passam a depositar as camadas de areia e, em seguida, os grãos de menor diâmetro, formando os leitos de areia fina e silte. Finalmente, somente os microcristais de argila permanecem em suspensão nas grandes massas de água dos lagos ou das lagunas próximas ao mar. A sedimentação da argila dá-se, então, ou por floculação das partículas em suspensão, devido à neutralização de suas cargas elétricas de mesmo sinal, pelo contato com água salgada do mar, ou por efeito da radiação solar nas águas doces dos lagos interiores. Assim, a enxurrada e as águas dos rios em seu caminho para o mar transportarão os detritos de erosão e os sedimentos em camadas, na

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ordem decrescente de seus diâmetros. Inicialmente sedimentam-se as camadas de pedregulhos, depois as de areias e siltes e, por fim, a camada de argila. Essas camadas constituem os solos transportados aluvionares, formando o seu conjunto, “ciclos de sedimentação”. Em cada camada predominam ordenadamente os tamanhos de grãos correspondentes aos pedregulhos, areias, silte e argila.

Embora os aluviões sejam, via de regra, fonte de materiais de construções, são, por outro lado, péssimos materiais de fundações.

Ocorrência de aluvião no traçado do “Acesso Norte” em Juiz de Fora, no Cimento Tupi, próximo à Benfica. Observa-se o fato de estar próximo do rio Paraibuna.

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10.2.3 - Solos Eólicos: Depósitos de material granular, proveniente do transporte, pelo vento, das areias das praias ou desertos. Apresenta uma grande uniformidade dos grãos (seleção dos ventos). Loess = depósitos eólicos formados a grandes distâncias. Partículas muito finas. 10.3 - Solos Orgânicos: Dá-se pela impregnação da matéria orgânica em sedimentos pré-existentes ou pela transformação carbonífera de materiais, geralmente de origem vegetal, contidos no material sedimentar. São os solos de cor escura encontrados nas baixadas litorâneas ou nas várzeas dos rios interioranos. Decomposição da matéria orgânica:

• Produto escuro: húmus • Facilmente carregado pela água

O húmus impregna permanentemente as argilas e siltes, que são solos finos, e em menor extensão as areias e os pedregulhos (solos permeáveis).

Quando a matéria orgânica provém da decomposição sobre o solo de grande quantidade de folhas, caules e troncos de árvores há um processo incipiente de carbonificação, então forma-se um solo fibroso, essencialmente de carbono, que se chama turfa.

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A diferença entre as argilas, siltes orgânicos e a turfa está na densidade. As primeiras são mais pesadas, pois a turfa é constituída de grandes teores de carbono que tem pequena densidade. 10.4 - Solos Pedogênicos (Lateríticos): Evolução Pedogênica - por esse nome se agrupa uma complexa série de processos físico-químicos e biológicos que governam a formação dos solos da agricultura. Em essência esses processos compreendem a lixiviação do horizonte superficial e concentração de partículas coloidais no horizonte profundo, e, além disso, a impregnação com húmus do horizonte superficial. A camada de solo que sofre esse processo, recebe na Engenharia o nome de “solo superficial”, o qual tem escasso interesse técnico nos casos em que é de pequena espessura. Entretanto, de grande valor técnico, para nós, são as camadas de “solos porosos”, cuja formação se deve a uma evolução pedogênica em clima tropical de alternâncias secas, no inverno, e extremamente úmidas, no verão, resultando dessa evolução, na maioria dos casos, os solos lateríticos. Tais solos têm espessuras que podem atingir mais de 10 m e recobrem extensas zonas do Brasil Centro-Sul. São solos de granulometria arenosa, porém, não raro, são argilosos - como é o caso das argilas vermelhas porosas dos espigões da Cidade de São Paulo. Um tipo de solo de natureza pedogênica são os pedregulhos latéricos - ou, simplesmente, as lateritas - cuja importância técnica é cada vez maior, em enormes zonas do país, para a construção de bases rodoviárias. São concreções formadas em clima de profunda alternância de estações secas e úmidas.ww