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Introdução à Engenharia Geotécnica
Universidade Federal do Paraná - UFPRSetor de Tecnologia - Departamento de Construção Civil – DCC
Segundo Semestre de 2018
Professora: Larissa De Brum Passini 1
Introdução à Engenharia Geotécnica TC029Terças-feiras e Quintas-feiras das 15:30 às 17:10
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Universidade Federal do Paraná - UFPRSetor de Tecnologia - Departamento de Construção Civil – DCC
Nome dos alunos:
1- Anna Flávia Meister Ciríaco
2- Felipe Ferreira de Souza
3- Gabriel Marcarini Simionato
4- Gabriel Proença Ferreira
5- Helena Pauline Schulze
Minerais
Data: 07/08/2018
Grupo: 2
Título:
Sumário
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1. Conceitos2. Origem3. Propriedades Físicas4. Classificação dos Minerais5. Características dos Silicatos6. Identificação das Rochas7. Estruturas Geológicas e Deformações das Rochas
Conceitos
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O que são minerais?
“Entende-se por matéria mineral aquela formada por processos inorgânicos da
natureza e que possui composição química definida.”
Nivaldo Chiossi, Geologia de Engenharia
Conceitos
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O que são minerais?
• Os minerais são estritamente naturais.
• Na sua maioria Substância Inorgânica E TAMBÉM Substâncias orgânicas
(ex: minerais nas conchas).
• Apresenta formação atômica organizada (cristalina), ou seja, SÓLIDO.
• Todo o mineral é um cristal.
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Petróleo - não é mineral, é uma mistura de compostos orgânicos (principalmente
hidrocarbonetos), que se originou de restos de seres vivos animais e vegetais
decompostos por bactérias anaeróbicas, ao longo de milhões de anos, na ausência de
oxigênio e determinada pressão e temperatura.
Âmbar - não é mineral, é resina vegetal que solidifica, sem arranjo cristalino, chamado
de resina fóssil. Lembra-se do filme dos dinossauros: Jurassic Park, 1993
São minerais?
Conceitos
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Conceitos
Estado Cristalino
● Arranjo atômico tridimensional → retículo cristalino;
● Células unitárias; ● Ambiente favorável.
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Slide 9
1 átomos distribuidos ordenadamenteHelena Pauline, 8/4/2018
2 simetria cristalograficaHelena Pauline, 8/4/2018
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Conceitos
● Anisotropia: significa que certas propriedades físicas (dureza, resistência mecânica, refração da luz, por exemplo) dependem da direção em que são medidas)
● Isotropia: é a caracterização de uma substância que possui as mesmas propriedades físicas, independentemente da direção considerada
Anisotropia é oposto de Isotropia
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Conceitos
Estado Cristalino
● Minerais podem apresentar Isotropia e anisotropia.
Ex: Isotropico: granada e Anosotrópico: quartzo
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Conceitos
Estado Cristalino
● Rochas podem apresentar Isotropia e anisotropia.
Ex: Isotropico: granito e Anosotrópico: gnaisse
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Conceitos
São minerais?
Opala e Obsidiana (magna tem muita sílica que vitrifica -vidro vulcânico) - São sólidos e chamados de mineralóide.
Opala e Obsidiana
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Conceitos
Mineralóide
● Mineralóide :é a designação dada a materiais de origem geológica que apresentem características semelhantes às dos minerais, mas não sejam cristalinos ou, quando sejam, não tenham uma composição química suficientemente uniforme para poderem ser considerados com um mineral específico.
● Substâncias amorfas.
● Mineralóide [sufixo óide significa: parecido com] [Conf. mineral, cristal]
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Conceitos
Minério
“Mineral ou rocha que podem ser trabalhados para a extração de uma ou mais substâncias úteis
economicamente.”
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Conceitos
Gemas
“É um mineral, rocha ou material petrificado que, quando lapidado ou polido, é colecionável ou usado para adorno.”
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Origem
● Condições físicas; ○ Temperatura; ○ Pressão.
Materiais já cristalizados podem recristalizar caso haja mudança
em temperatura e pressão.
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Origem
● Diversas maneiras de formação:
○ Magma: cristalização fracionada dos magmas → Séries de Bowen.
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Origem
● Diversas maneiras de formação:○ Enxofre: condensação de materiais rochosos em
estado de vapor.
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Propriedades Físicas
● São resultado da composição química e característicasestruturais de cada mineral.Ex1: Ferro e Grafite;Ex2: Grafite e Diamante;
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Propriedades Físicas
● Dureza: característica que leva em consideração aresistência do material ao ser riscado. Para avaliar adureza de um material, é comumente utilizado a escalade mohs.
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Propriedades Físicas
● Traço: definido como a cor do pó do material quandoriscado em uma superfície normalmente branca.Materiais transparentes e translúcidos apresentam, emgeral, traço branco, portanto esta técnica é mais útilpara minerais opacos e ferrosos.Ex: Hematita (Fe2O3)
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Propriedades Físicas
● Fratura e Clivagem: ocorrem quando há a quebra deum mineral. Se a superfície da quebra é irregular,denomina-se fratura. Se regular, denomina-seclivagem. As duas características podem se apresentarjuntas.
Quartzo (SiO2) Calcita (CaCO3)
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Propriedades Físicas
● Tenacidade: traduz-se como a resistência ao choque ouao corte de uma lâmina. é separado em três níveis:quebradiços, sécteis e maleáveis.
Calcita
Ouro
Gipsita
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Propriedades Físicas
● Flexibilidade: propriedade intrínseca do mineral quedetermina as deformações que cada um suporta. Asdeformações podem ser plásticas ou elásticas.
Talco
Mica
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Propriedades Físicas
● Densidade relativa: indica quantas vezes um volumede mineral é mais pesado que o mesmo volume deágua à 4ºC. em geral, esse índice oscila entre 2,5 e 3,5,porém elementos de alto peso atômico conseguemultrapassar 4.
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Propriedades Físicas
● Hábito (cristalino): é a forma geométrica externa domineral. É observada quando o mineral cresce emlocais geológicos ideais.
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Propriedades Físicas
● Brilho: capacidade do mineral de refletir luz. Osminerais que refletem cerca de 75% ou mais exibem ochamado brilho metálico. Em geral, esta característicaé vista em minerais opacos. Processos naturais como aoxidação podem diminuir o brilho metálico domineral.
Calcário
Galena
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Propriedades Físicas
● Cor: resultado da absorção parcial da luz que chega aomineral. Elementos químicos de transição (Fe, Cu, Ni,Cr, etc) presentes no mineral influenciam nessaabsorção seletiva. Existem minerais que nunca mudamde cor, e minerais que variam sua cor amplamente.
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Classificação dos Minerais
● Classificação baseada na natureza do radical aniônico;● [Siderita (FeCO3) → Calcita (CaCO3)] → Pirita (FeS2)
● Minerais com mesmo radical são:○ Mais semelhantes fisicamente e morfologicamente do que
com mesmo cátion;○ São encontrados mais frequentemente associados do que com
mesmo cátion;
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Classificação dos Minerais
● Sulfossais:○ AxBySz
○ Sendo: A → Um metal (prata, chumbo, etc.);B → Um semimetal (arsênio, antimônio, etc.);S → Enxofre (raramente selênio);
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Classificação dos Minerais
● Tungstatos e molibdatos:○ Tungstênio + Oxigênio;○ Scheelita → CaWO4 ;
● Boratos:○ Boro + Oxigênio;○ Bórax → Na2B4O7 . 10 H2O;
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Características dos Silicatos
● Compõe 97% em volume da crosta continental.
Feldspatos
Anfibólios
Quartzos
Micas
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Características dos Silicatos - Feldspatos
● Clivagem → 2 direções;● Brilho → Vítreo em fratura recente;● Ocorrência: Magmáticas, metamórficas e raramente
sedimentares;● Cor → Creme, tijolo, vermelho (ortoclásios);
Branco, pardo ou esverdeado (plagioclásios);
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Características dos Silicatos - Quartzo
● Clivagem → Nenhuma;● Brilho → Vítreo;● Ocorrência: Praticamente qualquer rocha;● Cor → Branco (incolor-cinza-roxa);
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Características dos Silicatos - Piroxênios e Anfibólios
● Clivagem → Planos quase perpendicular (piroxênios);Planos oblíquos
(anfibólios);● Brilho → Vítreo (piroxênios);
Vítreo sedoso (anfibólios);● Ocorrência: Geralmente magmáticas mas em
metamórficas também;● Cor → Verde escuro - preto, branco (piroxênios);
Verde claro, cinza, azulado (anfibólios);
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Características dos Silicatos - Micas
● Clivagem → Perfeita em 1 direção;● Brilho → Acetinado;● Ocorrência: Magmáticas e metamórficas;● Cor → Preta (biotita) e branca (muscovita);
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Características dos Silicatos
Grupo Clivagem Brilho Cor Ocorrência
Feldspatos 2 direçõesVítreo em
fratura recente
Creme, vermelho,
branco, pardo, esverdeado
Magm., Metam. e raramente
Sedim.
Quartzos Nenhuma VítreoBranco (incolor-
cinza- roxa)Praticamente
qualquer rocha
Piroxênios2 planos, quase perpendicular
VítreoVerde escuro a preto, branco
Geralmente em Magm., Metam.
Anfibólios2 planos, oblíquos
Vítreo sedosoVerde claro,
cinza, azuladoGeralmente em Magm., Metam.
MicasPerfeita em 1
direçãoAcetinado Branca, preta
Magm. e Metam.
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Rochas
Definição:
• São produtos consolidados resultante da união natural
de um ou mais minerais
• Dependendo do processo de formação a força de
ligação entre os grãos varia originando rochas DURAS
e BRANDAS.
• Estrutura e o aspecto geral externo da rocha (maciço,
com cavidades, orientado ou não).
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Identificação das Rochas
Textura se da através da observação mais detalhada do
tamanho forma e a relação entre cristais/grãos de cada
rocha.
fonte: https://engcivil.maquinadeaprovacao.com/posts/noticia/o-estudo-das-rochas-em-concursos-publicos/37
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MONOMINERÁLICAS
(mesma espécie minerológica)
PLURIMINERÁLICAS
(várias espécies minerológicas)
Calcário Gnaisse
Mármore Gabro
Quartzito Granito
Minerais essenciais: são o que determinam o nome da rocha
Minerais acessórios: podem ou não estar presentes
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Classificação das Rochas
Ígneas / magmáticas: resultam do resfriamento de
materiais rochoso fundido (magma), se o resfriamento
ocorrer no interior do globo terrestre é do tipo intrusivas,
mas se ocorrer no exterior é do tipo extrusivas/vulcânicas.
Uma característica é a cor variável, quanto mais escura
mais rica em minerais do tipo ferro e magnésio as mais
claras são ricas em silício e alumínio.
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Sedimentares: formada a partir da compactação ou
sedimentação de fragmentos produzidos pela ação dos
agente de intemperismo. Nesse processo é necessária uma
rocha anteriores (ígnia/magmática/sedimentar/ e a
sobreposição de partículas e compostos químicos dos
sedimentos carregados pelos agentes.
Metamórficas: resulta da transformação de uma rocha
preexistente, a transformação é decorrente de aumento de
pressão e/ou temperatura sobre a rocha.
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Propriedades das Rochas
QUÍMICAS
· Composição química
· Reatividade
· Durabilidade
FÍSICAS
· Cor
· Densidade
· Porosidade
· Permeabilidade
· Absorção
· Dureza
· Módulo de Elasticidade
· Coeficiente de Poisson
GEOLÓGICAS
Composição mineralógica
· Textura
· Estrutura
· Estado de alteração
· Fraturas
· Gênese
MECÂNICAS
· Resistência à compressão
· Resistência ao choque
· Resistência ao desgaste
· Resistência ao corte
· Resistência à britagem
GEOTÉCNICAS
· Grau de alteração
Resistência à compressão simples
· Grau de fraturamento
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Propriedades Químicas
1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA ·
· Não é elemento suficiente para definir uma rocha composição varia muito de
uma amostra para outra
2. REATIVIDADE ·
· Algumas rochas possuem elementos químicos capazes de reagir, como o
silicato e a sílica mineral (reagem com álcalis do cimento Portland)
· Reações – cimento/agregado: provocam a deteriorização do concreto
· Outros tipos: transformação do anidrito em gesso (túneis), dissolução dos
carbonatos, lixiviação de rochas em obras hidráulicas
3. DURABILIDADE
· Resistência da rocha à ação do intemperismo
· Na prática obtido por meio de ensaios e na preservação de monumentos antigos.
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Propriedades Físicas1. COR (classificação com grande variabilidade)
· Podem ser: monócronas e polícronas
· Rochas compactas (sedimentares): coloração devido a pigmentações ou difusão de grãos
· Amarela, alaranjada ou vermelha: pigmentação de hidróxido de ferro
· Cinzenta e preta: pigmentos carbonosos ou betuminosos
· Verde: depende de compostos de ferro (sulfetos) e de níquel.
2. PESO ESPECÍFICO
· Depende do peso específico dos seus elementos constituintes e de sua porosidade
Fatores que influenciam na densidade das rochas:
a) Estado de alteração:
· reações químicas dos minerais densos em minerais menos densos
· aumento de volumes desses minerais.
b) Porosidade e compacidade:
· rocha porosa com vazios isolados diminui a densidade real, enquanto que, se
interligados, a densidade real será maior
· rochas muito porosas são de baixa densidade
· resistência à compressão cresce com a densidade
· resistência ao desgaste cresce com a densidade
· dificuldade de corte cresce com a densidade.
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3. POROSIDADE
· É a propriedade das rochas em conter espaços vazios (relação entre o
volume dos vazios e o volume total da rocha)
Dependente de:
a) Tipo de rocha:
· sedimentares: grande volume de vazios dando-lhes maior porosidade
mas, quanto cimentadas, a porosidade diminui
· ígneas: extrusivas possuem maior porosidade que as intrusivas;
· metamórficas: baixa porosidade e varia com o grau de
metamorfismo, sendo que, quanto mais intenso, mais porosa é a rocha.
b) Estado de alteração:
· tem influência através do fenômeno de lixiviação e dissolução
· resistência à compressão diminui com a porosidade
Propriedades Físicas
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Classificação Porosidade (%) Exemplo
Extremamente
porosa
50 Argila
Muito porosa 10 a 30 Arenito
Bastante porosa 5 a 10 Calcário
Medianamente
porosa
2,5 a 5 ?
Pouco porosa 1 a 2,5 ?
Muito compacta 1 Granito
Propriedades Físicas
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4. PERMEABILIDADE
· Maior ou menor facilidade que a rocha oferece à percolação da água
· Primária: existe desde a sua formação.
· Secundária: devido à lixiviação, dissolução de componentes mineralógicos.
· Metamórficas: possuem baixa permeabilidade e sedimentares, maior valor.
5. ABSORÇÃO ·
· É a propriedade na qual uma certa quantidade de líquido é capaz de ocupar
os vazios de uma rocha, ou parte desses vazios
6. DUREZA
· Resistência ao risco, dada pela escala de Mohs;
· Na prática:
a) riscável pela unha ou exageradamente fácil pelo canivete
b) riscável pelo canivete
c) dificilmente ou não riscáveis pelo canivete
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7. DEFORMABILIDADE
a) MÓDULO DE ELASTICIDADE OU MÓDULO DE YOUNG
· Deformação elástica (a amostra tende a recuperar sua forma e tamanho
originais) ou plástica ou irreversível (parte da deformação permanece);
· É dado por: unitária (Kg/cm2), aplicada a rochas isotrópicas (mesmas
propriedades elásticas em todas as direções); ·
· As propriedades elásticas normalmente é afetada pela anisotropia.
b) COEFICIENTE DE POISSON (n)
Relação entre as deformações transversais e longitudinais
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Propriedades Mecânicas1. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
· Grande variabilidade de resultados
· Para rochas estratificadas: compressão paralela e perpendicular ao leito de
estratificação tanto no caso seco quanto saturado
· Normalmente tem-se:
a) rochas de grãos finos, da mesma espécie que rochas de grãos grossos,
possuem maior resistência à compressão
b) quanto mais forte for o ligamento entre os cristais, maior a resistência à
compressão
c) as rochas silicificadas tem maior resistência
d) os corpos de prova com compressão perpendicular aos planos de
estratificação apresentam maior resistência à compressão
2. RESISTÊNCIA AO CHOQUE (Rc)
· Resistência ao impacto de um peso que cai de uma certa altura
· Medida pelo produto do peso pela altura de queda que provoca a ruptura do
corpo-de-prova
· Ensaio – Resistência ao Impacto Treton
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3. RESISTÊNCIA AO DESGASTE
· Resistência ao desgaste por atrito mútuo: resistência da rocha sob a forma de
agregado, quando submetida a atrito mútuo de seus fragmentos. Em alguns métodos
são acrescentada esferas de ferro fundido ou aço.
· Resistência ao desgaste por abrasão: resistência da rocha quando submetida à
abrasão de abrasivos especificados. Importância especial quando a rocha for
empregada sob a forma de pavimentos.
4. RESISTÊNCIA AO CORTE
· É a resistência de uma rocha se deixar cortar em superfícies lisas;
· Normalmente a resistência ao corte cresce com a dureza da rocha.
5. COMPORTAMENTO ANTE A BRITAGEM
· Propriedade da rocha em apresentar maior ou menor dificuldade de se
fragmentar quando submetida à britagem
· Fatores de influência: fissuramentos, leitos de estratificação, planos de
xistosidade, estados de alteração
· Pedra britada para pavimentação deve possuir um mínimo de fragmentos
lamelares e alongados.
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Propriedades Geotécnicas
1. GRAU DE ALTERAÇÃO
· São classificados em: praticamente sã, alterada e muito alterada
· Tal classificação é muito subjetiva;
· Não está incluso na classificação a rocha extremamente alterada
(considerada material de transição ou solo de alteração de rocha)
2. GRAU DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES
São divididos em:
Rochas Resistência (kg/cm²)
Muito resistente >1200
Resistente 1200 – 600
Pouco resistente 600 – 300
Branda 300 – 100
Muito branda <100
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3. GRAU DE CONSISTÊNCIA
· São baseados em características físicas: resistência ao impacto
(tenacidade), resistência ao risco (dureza), friabilidade
São divididos em:
Rochas Características
Muito
consistente
- quebra com dificuldade ao golpe de martelo
- o fragmento possui bordas cortantes que resistem ao corte por
lâmina de aço
- superfície dificilmente riscada por lâmina de aço.
Consistente
- quebra com relativa facilidade ao golpe do martelo
- o fragmento possui bordas cortantes que podem ser abatidas
pelo corte com lâmina de aço
- superfície riscável por lâmina de aço.
Quebradiça
- quebra facilmente ao golpe de martelo
- as bordas do fragmento podem ser quebradas pela pressão
dos dedos
- a lâmina de aço provoca um
- sulco acentuado na superfície do fragmento.
Friável
- esfarela ao golpe do martelo
- desagrega sob pressão dos dedos.
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4.. GRAU DE FRATURAMENTO
· Apresentado em número de fraturas por metro linear ao longo de uma
dada direção
· São consideradas somente as “originais”.
Rochas Numero de fraturas por metro
Ocasionalmente fraturada <1
Pouco fraturada 1 – 5
Medianamente fraturada 6 – 10
Muito fraturada 11 – 20
Extremamente fraturada >20
Em fragmentos torrões ou pedaços de diversos tamanhos,
caoticamente dispostos
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Estruturas Geológicas
São as partes que suportam o relevo encontrados nas
profundezas da crosta terrestre.
Três tipos de estruturas existentes no mundo.
Duas delas estão presentes no território brasileiro.
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Estruturas Geológicas
● Crátons○ Formação mais antiga da Terra;○ Rocha magmáticas e metamórficas;○ Recursos econômicos importantes;○ Escudos cristalino e Plataformas.
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Estruturas Geológicas
● Bacias sedimentares○ Formação das Eras Paleozóica, Mesozóica e
Cenozóica;○ Rochas sedimentares;○ Recursos econômicos importantes.
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Estruturas Geológicas
● Dobramentos modernos○ Formação das Eras Mesozóica e Cenozóica;○ Rochas magmáticas e sedimentares;○ Movimento das placas tectônicas.
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Deformações das Rochas
Causada pela movimentação das placas tectônicas com a erupção dos vulcões e sismos.
Movimentação causa tensões internas: compressão, tração e cisalhamento.
Originam deformações elásticas e plásticas.
Comportamento dos materiais.
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Deformações das Rochas
● Deformação por Dobras:
○ Originadas de rochas planas;
○ Formadas a partir de movimentos tectônicos e
atectônicos;
○ Tensão, deformação e material;
○ Dividida em partes:
■ Plano axial, flancos e crista.
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Deformações das Rochas
● Deformação por Falhas:
○ São rupturas nas rochas;
○ Pequenas ou grandes rupturas;
○ Tensão, deformação e material;
○ Dividida em partes:
■ Plano de falha, linha de falha, rejeito, capa e
lapa.
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Deformações das Rochas
● Deformação por Fraturas:
○ São rupturas nas rochas;
○ Pequenas ou médias rupturas;
○ Tensão, deformação e material;
○ Diáclase, Junta e Falha.
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Deformações das Rochas
● Acamamentos:
○ Rochas sedimentares;
○ Formação das camadas;
○ Deposição de sedimentos.
Bibliografia
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MADUREIRA Fº, Jose B.; ATENCIO, Daniel; MCREATH, Ian; MINERAIS E ROCHAS: CONSTITUINTES DA TERRA SÓLIDA. EDITORA, CIDADE, ANO.
TEIXEIRA, Wilson; TOLEDO, M. Cristina Motta de; FAIRCHILD, Thomas
Rich; TAIOLI, Fabio; DECIFRANDO A TERRA. EDITORA OFICINA DE
TEXTOS.
Arquivo UFJF. Capítulo 9 - Estruturas Geológicas. Disponível em:
<http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/Geologia-Cap9.pdf>. Acesso em: 05
de agosto de 2018.
Arquivo UFJF. Capítulo 8 - Estruturas Geológicas. Disponível em:
<http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/Geologia-Cap8.pdf>. Acesso em: 05
de agosto de 2018