Unidade 1

Geologia na Engenharia1.1 - Conceito de Geologia e sua importância nas diversas áreas de conhecimento.

1.2 - A geologia e sua aplicação na  engenharia.

Rafael Sathler

Conceituação geralConceituação geral

É a ciência que estuda a Terra, sua composição, estrutura, propriedades físicas, história e os processos que lhe dão forma.

Estuda os processos da dinâmica da terra e os produtos gerados por estes processos. Para isso investiga-se mares, oceanos, continentes, solos, rochas, sistemas ambientais em geral.

Objeto de estudo amplo, incorre na subdivisão:Objeto de estudo amplo, incorre na subdivisão: dinâmica externa e interna - física; dinâmica externa e interna - física; evolução dos processos - histórica.evolução dos processos - histórica.

Significado de Geologia

• Geologia vem do grego

– Geos = terra

– Logos = estudo ou conhecimento

• Geologia = Estudo da Terra

• Geologia Física

– Composição da Terra (materiais e processos)

• Geologia Histórica

– Evolução da Terra (mudanças ao longo do tempo)

Especializações da Carreira de Geologia

Dependendo do perfil do profissional ele pode optar pelas seguintes

especializações dentro da Geologia:

Engenharia Geológica: Especialização que une Engenharia e Geologia,

fazendo levantamentos técnicos para a construção de represas, túneis,

minas e grandes obras em geral.

Geologia Ambiental: planejamento da ocupação da natureza, avaliação

de risco e de danos de projetos industriais ao meio ambiente; remediação

de contaminação.

Geologia Petrolífera: Exploração e explotação de poços de petróleo e

reservas de gás natural.

Hidrogeologia: Exploração e explotação de reservas subterrâneas de

água doce.

Geologia da Mineração: Exploração e explotação de minérios;

avaliação de produtividade de jazidas.

Geologia Forense: perícias técnicas, auxílio à polícia e Ministério

Público na resolução de crimes.

Geofísica: Estudo de fenômenos geológicos, elétricos, térmicos e

magnéticos que atuam em nosso planeta.

Métodos de trabalhoMétodos de trabalho

Trabalho de campo:Trabalho de campo:

caderneta, martelo, bússola, lupa de bolso, canivete, caderneta, martelo, bússola, lupa de bolso, canivete,

ponteira, talhadeira, mapa topográfico, fotografias aéreas, ponteira, talhadeira, mapa topográfico, fotografias aéreas,

estereoscópio, entre outrosestereoscópio, entre outros..

Trabalho de laboratório:Trabalho de laboratório:

interpretação de dados, preparação de rochas (química, interpretação de dados, preparação de rochas (química,

laminação) e fósseis, curadoria de coleções.laminação) e fósseis, curadoria de coleções.

Importância do Estudo da Geologia

• Determinante em muitos aspectos da Engenharia Civil.

Exemplos:

– Características externas das construções

– Escolha de materiais de construção

– Processos de extração de materiais

– Uso de rochas como material

– Projeto de estruturas

– Projeto e construção de túneis

– Localização de petróleo

Obtenção de materiais para construções em geralObtenção de materiais para construções em geral

A procura de jazidas de materiais de construção como pedras, A procura de jazidas de materiais de construção como pedras,

saibros, argilas para exploração, é uma das fases importantes saibros, argilas para exploração, é uma das fases importantes

do planejamento das obras civis de vulto.do planejamento das obras civis de vulto.

Nas obras situadas nas grandes cidades e nas proximidades das Nas obras situadas nas grandes cidades e nas proximidades das

mesmas, o material de construção necessário poderá ser mesmas, o material de construção necessário poderá ser

adquirido de fornecedores (pedreiras, areais...) já instalados.adquirido de fornecedores (pedreiras, areais...) já instalados.

A maioria das grandes obras rodoviárias, ferroviárias, A maioria das grandes obras rodoviárias, ferroviárias,

hidráulicas, habitacionais etc. utiliza jazidas próprias. hidráulicas, habitacionais etc. utiliza jazidas próprias.

Localização de materiais de construção

A localização adequada das jazidas com materiais de boa A localização adequada das jazidas com materiais de boa qualidade é um dos fatores que mais influem no custo e no qualidade é um dos fatores que mais influem no custo e no andamento das grandes obras civis.andamento das grandes obras civis.

Construção de aterro onde o material utilizado é um solo Construção de aterro onde o material utilizado é um solo

argiloso extraído de jazida (assinalada com setas) próximo ao argiloso extraído de jazida (assinalada com setas) próximo ao

local, com pequena distância de transporte do material. local, com pequena distância de transporte do material.

Tipos de jazidas e exploração de material Tipos de jazidas e exploração de material

- Pedreiras (Pedra): Utilizadas para confecção de concretos, - Pedreiras (Pedra): Utilizadas para confecção de concretos,

pavimentação, revestimentos de fachadas de edifícios ,etc... pavimentação, revestimentos de fachadas de edifícios ,etc...

- Jazidas de Cascalhos e Areia: Utilizados para revestimento - Jazidas de Cascalhos e Areia: Utilizados para revestimento

de leitos de estradas, construção de aterros de terra, concretos, de leitos de estradas, construção de aterros de terra, concretos,

obras de drenagem, etc... obras de drenagem, etc...

- Jazidas de Argila: para impermeabilização de obras de terra, - Jazidas de Argila: para impermeabilização de obras de terra,

para cerâmica em geral (fabricação de tijolos). para cerâmica em geral (fabricação de tijolos).

Jazidas em potencial Jazidas em potencial podem ser verificadas em podem ser verificadas em mapas mapas

geológicosgeológicos..

O sucesso da verificação depende da peculiaridade geológica O sucesso da verificação depende da peculiaridade geológica

da região e detalhes dos mapas disponíveis.da região e detalhes dos mapas disponíveis.

Processos adequados de extração de materiais

Classificação tecnológica de rochas – tipos e Classificação tecnológica de rochas – tipos e adequação como material de construçãoadequação como material de construção

Características externas das construçõesCaracterísticas externas das construções

f) Túneis e escavações f) Túneis e escavações subterrâneassubterrâneas. .

► O objetivo dos túneis é permitir uma O objetivo dos túneis é permitir uma passagem direta através de certos passagem direta através de certos obstáculos, que podem ser elevações, rios, obstáculos, que podem ser elevações, rios, canais, áreas densamente povoadas, etc... canais, áreas densamente povoadas, etc...

► São elementos de transporte, com exceção São elementos de transporte, com exceção daqueles usados em mineração. São daqueles usados em mineração. São exemplos os túneis ferroviários, rodoviários, exemplos os túneis ferroviários, rodoviários, de metrôs, de transporte de fluídos (água). de metrôs, de transporte de fluídos (água). No transporte de água, a finalidade pode ser No transporte de água, a finalidade pode ser tanto para obtenção de energia, como de tanto para obtenção de energia, como de abastecimento de populações. abastecimento de populações.

Projetos de túneisProjetos de túneis

► Os túneis são também frequentemente usados em Os túneis são também frequentemente usados em barragens como obras auxiliares, através dos quais as barragens como obras auxiliares, através dos quais as águas do rio são desviadas a fim de permitirem a águas do rio são desviadas a fim de permitirem a construção das estruturas da barragem no leito do rio. construção das estruturas da barragem no leito do rio. Os túneis de desvio são, em certos casos, aproveitados Os túneis de desvio são, em certos casos, aproveitados posteriormente como túneis de adução, isto é, posteriormente como túneis de adução, isto é, transporte das águas do reservatório até a casa das transporte das águas do reservatório até a casa das máquinas. máquinas.

► Na maioria dos casos, o traçado, tamanho e forma da Na maioria dos casos, o traçado, tamanho e forma da seção do túnel são estabelecidos anteriormente ao seção do túnel são estabelecidos anteriormente ao reconhecimento geológico, escolha esta governada reconhecimento geológico, escolha esta governada primeiramente pelos interesses de tráfego e transporte. primeiramente pelos interesses de tráfego e transporte. Este deve ser o caso dos túneis urbanos, rodoviários e Este deve ser o caso dos túneis urbanos, rodoviários e ferroviários e, também, nos túneis de condução de água, ferroviários e, também, nos túneis de condução de água, nos quais as condições hidráulicas determinam seu nos quais as condições hidráulicas determinam seu tamanho e forma. A tendência para o traçado de um tamanho e forma. A tendência para o traçado de um túnel é mantê-lo o mais reto possível, não só por seu túnel é mantê-lo o mais reto possível, não só por seu percurso menor, mas também pela simplificação da percurso menor, mas também pela simplificação da construção e da sua locação topográfica. construção e da sua locação topográfica.

► O encontro de algumas condições geológicas O encontro de algumas condições geológicas particularmente ruins, durante o reconhecimento prévio, particularmente ruins, durante o reconhecimento prévio, pode dar lugar a um novo traçado do túnel. pode dar lugar a um novo traçado do túnel.

Localização de petróleoLocalização de petróleo

Fundações de EdifíciosFundações de Edifícios

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 resistência oferecida por elas à penetração de um

amostrador normalizado. Pode fornecer, ainda, a profundidade do

nível de água.

Fundações de Edifícios Fundações de Edifícios

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.

Sondagens geotécnicasSondagens geotécnicas

O método mais comum para investigação geológica é o de O método mais comum para investigação geológica é o de

sondagem à percussão com ou sem circulação de água, ensaio sondagem à percussão com ou sem circulação de água, ensaio

padrão de penetração (SPT) conforme norma da ABNT, que padrão de penetração (SPT) conforme norma da ABNT, que

fornece um perfil com a descrição das camadas do solo e a fornece um perfil com a descrição das camadas do solo e a

resistência oferecida por elas à penetração. Pode fornecer, ainda, a resistência oferecida por elas à penetração. Pode fornecer, ainda, a

profundidade do nível de água estático.profundidade do nível de água estático.

Quando a fundação é rochosa, ou parcialmente rochosa, usa-se Quando a fundação é rochosa, ou parcialmente rochosa, usa-se

outro método de sondagem, a sondagem rotativa com broca de outro método de sondagem, a sondagem rotativa com broca de

diamante e extração de testemunho de sondagem. A rocha diamante e extração de testemunho de sondagem. A rocha

amostrada é descrita e avaliada quanto à resistência. amostrada é descrita e avaliada quanto à resistência.

Em casas ou construções que aplicam baixa tensão sobre o solo, Em casas ou construções que aplicam baixa tensão sobre o solo,

muitas vezes não são realizadas sondagens. Vale, neste caso, a muitas vezes não são realizadas sondagens. Vale, neste caso, a

experiência do Engenheiro responsável, ou mesmo construtor, para experiência do Engenheiro responsável, ou mesmo construtor, para

estabelecer até onde deve ir a escavação para ser colocada a estabelecer até onde deve ir a escavação para ser colocada a

fundação classificada como “superficial”. A experiência é fundação classificada como “superficial”. A experiência é

reforçada pelo conhecimento dos solos da região. reforçada pelo conhecimento dos solos da região.

Para fundações de barragens ou outras obras que exijam estudos Para fundações de barragens ou outras obras que exijam estudos

especiais usam-se todos os métodos de investigação geológica. especiais usam-se todos os métodos de investigação geológica.

Neste caso, os mapas geotécnicos podem fornecer valiosas Neste caso, os mapas geotécnicos podem fornecer valiosas

informações.informações.

Projetos de estruturas (2)Projetos de estruturas (2)

Condições geológicas desfavoráveis para fundações Condições geológicas desfavoráveis para fundações

superficiais (sapatas). superficiais (sapatas).

Patologia de fundaçõesPatologia de fundações

Estradas, cortes em geral, minas a céu aberto.Estradas, cortes em geral, minas a céu aberto.

Para que sejam asseguradas condições de conforto, segurança Para que sejam asseguradas condições de conforto, segurança

e economia na construção de uma rodovia, além das e economia na construção de uma rodovia, além das

condicionantes geométricas de traçado, há que se proceder as condicionantes geométricas de traçado, há que se proceder as

investigações de natureza geológica e geotécnica da região a investigações de natureza geológica e geotécnica da região a

atravessar, as quais constituem os fundamentos dos estudos de atravessar, as quais constituem os fundamentos dos estudos de

drenagem e de estabilidade dos cortes e túneis, aterros e seus drenagem e de estabilidade dos cortes e túneis, aterros e seus

terrenos de suporte, fundações de obras de arte e terrenos de suporte, fundações de obras de arte e

dimensionamento dos pavimentos.dimensionamento dos pavimentos.

► Os problemas de fundações de aterros para estradas Os problemas de fundações de aterros para estradas

surgem, em geral, na construção de aterros sobre surgem, em geral, na construção de aterros sobre

argilas moles ou terrenos pantanosos, quando então é argilas moles ou terrenos pantanosos, quando então é

de se prever o aparecimento de grandes recalques ou, de se prever o aparecimento de grandes recalques ou,

até mesmo, a ruptura da fundação. até mesmo, a ruptura da fundação.

► A geologia local pode ser A geologia local pode ser fator determinante fator determinante para a para a

inviabilização (econômica) de determinados traçados inviabilização (econômica) de determinados traçados

inicialmente idealizados para determinada estrada.inicialmente idealizados para determinada estrada.

Exemplos de estruturas geológicas em Exemplos de estruturas geológicas em estradasestradas

Taludes em camadasinclinadas facilitamescorregamentos

Taludes em camadashorizontais são maisfavoráveis que inclinados

Taludes com rocha maciça(granito por exemplo)admitem cortes verticaissão os casos mais favoráveis

A figura à esquerda ilustra um escorregamento superficial de A figura à esquerda ilustra um escorregamento superficial de

solo sobre a ocorrência de uma rocha; e a da direita, a solo sobre a ocorrência de uma rocha; e a da direita, a

diferença de estabilidade num mesmo vale. diferença de estabilidade num mesmo vale.

SOLO

GNAISSE

SUPERFÍCIE ROCHOSA

LADO INSTÁVEL

LADO ESTÁVEL

MICAXISTO OU FILITO

d) Obtenção de água d) Obtenção de água

subterrânea.subterrânea. ► O interior da Terra, composto de diferentes rochas, funciona como O interior da Terra, composto de diferentes rochas, funciona como

um vasto reservatório subterrâneo para a acumulação e circulação um vasto reservatório subterrâneo para a acumulação e circulação das águas que nele se infiltram. As rochas que formam o subsolo das águas que nele se infiltram. As rochas que formam o subsolo da Terra, raras vezes, são totalmente sólidas e maciças. Elas da Terra, raras vezes, são totalmente sólidas e maciças. Elas contêm numerosos vazios chamados também de interstícios, que contêm numerosos vazios chamados também de interstícios, que variam dentro de uma larga faixa de dimensões e formas. Apesar variam dentro de uma larga faixa de dimensões e formas. Apesar desses interstícios poderem atingir dimensões de uma caverna em desses interstícios poderem atingir dimensões de uma caverna em algumas rochas, deve-se notar que a maioria tem dimensões muito algumas rochas, deve-se notar que a maioria tem dimensões muito pequenas. São geralmente, interligados, permitindo o pequenas. São geralmente, interligados, permitindo o deslocamento das águas infiltradas. deslocamento das águas infiltradas.

► Em consequência da infiltração, a água precipitada sobre a Em consequência da infiltração, a água precipitada sobre a superfície da terra penetra no subsolo e através da ação da superfície da terra penetra no subsolo e através da ação da gravidade sofre um movimento descendente até atingir uma zona gravidade sofre um movimento descendente até atingir uma zona onde os vazios, poros e fraturas se encontram totalmente onde os vazios, poros e fraturas se encontram totalmente preenchidos d’água. Esta zona é chamada zona saturada. Essa preenchidos d’água. Esta zona é chamada zona saturada. Essa zona é separada por uma linha conhecida como nível freático ou zona é separada por uma linha conhecida como nível freático ou lençol freático. lençol freático.

► A utilização da água existente no subsolo é feita através de poços A utilização da água existente no subsolo é feita através de poços caseiros e profundos, conforme a profundidade alcançada. caseiros e profundos, conforme a profundidade alcançada.

Ciclo Hidrológico da Água - Infiltração e Ciclo Hidrológico da Água - Infiltração e

formação de lençol freático (L.F.)formação de lençol freático (L.F.)

► Grande número das obras de Engenharia Grande número das obras de Engenharia encontram encontram problemas relativos às águas problemas relativos às águas subterrâneassubterrâneas. A ação e a influência dessas . A ação e a influência dessas águas têm causado numerosos imprevistos e águas têm causado numerosos imprevistos e acidentes. Os casos mais comuns desse tipo acidentes. Os casos mais comuns desse tipo de problema são verificados em cortes de de problema são verificados em cortes de estradas, escavações de valas e canais, estradas, escavações de valas e canais, fundações para barragens, pontes, edifícios, fundações para barragens, pontes, edifícios, etc. De acordo com o tipo de obra, executa-se etc. De acordo com o tipo de obra, executa-se um tipo de drenagem ou rebaixamento do um tipo de drenagem ou rebaixamento do lençol freático. lençol freático.

► A construção de edifícios, barragens, túneis, A construção de edifícios, barragens, túneis, etc., normalmente requer escavações abaixo etc., normalmente requer escavações abaixo do lençol freático. Tais escavações podem do lençol freático. Tais escavações podem exigir tanto uma drenagem, como um exigir tanto uma drenagem, como um rebaixamento do lençol freático. São vários os rebaixamento do lençol freático. São vários os métodos para eliminar a água existente no métodos para eliminar a água existente no subsolo. subsolo.

e) Barragens de terra e aterros em e) Barragens de terra e aterros em

geral.geral. ► As barragens são estruturas construídas em vales e destinadas a fechá-los As barragens são estruturas construídas em vales e destinadas a fechá-los

transversalmente, proporcionando assim um represamento de água. transversalmente, proporcionando assim um represamento de água. ► A água acumulada por uma barragem é utilizada para as três seguintes finalidades A água acumulada por uma barragem é utilizada para as três seguintes finalidades

principais: abastecimento de cidades, suprimento à irrigação e produção de principais: abastecimento de cidades, suprimento à irrigação e produção de energia elétrica. Estas são portanto barragens de acumulação. energia elétrica. Estas são portanto barragens de acumulação.

► As que se destinam ao desvio dos cursos d’água denominan-se barragens de As que se destinam ao desvio dos cursos d’água denominan-se barragens de derivação. derivação.

► A escolha do local para implantação de uma barragem é feita segundo um A escolha do local para implantação de uma barragem é feita segundo um planejamento geral em que interferem as planejamento geral em que interferem as condições geológicas e geotécnica condições geológicas e geotécnica da região da região e ainda fatores hidráulicos, hidrelétricos e político-econômicos. e ainda fatores hidráulicos, hidrelétricos e político-econômicos.

► O estudo de uma barragem e, em particular, da sua fundação, requer O estudo de uma barragem e, em particular, da sua fundação, requer preliminarmente as seguintes investigações: preliminarmente as seguintes investigações:

► Topográficas: Cumpre, previamente, um levantamento topográfico da região onde Topográficas: Cumpre, previamente, um levantamento topográfico da região onde deverá ser construída a barragem, delineando-se assim a sua bacia de deverá ser construída a barragem, delineando-se assim a sua bacia de acumulação. acumulação.

► Hidrológicas: Tais investigações, de grande importância, visam a conhecer o Hidrológicas: Tais investigações, de grande importância, visam a conhecer o regime de águas da região. regime de águas da região.

► GeológicasGeológicas: O conhecimento das condições geológicas da região é de importância : O conhecimento das condições geológicas da região é de importância fundamental. Basta observar que das causas de acidentes de barragens nos fundamental. Basta observar que das causas de acidentes de barragens nos Estados Unidos, pelo menos 40% são, direta ou indiretamente, de ordem geológica. Estados Unidos, pelo menos 40% são, direta ou indiretamente, de ordem geológica. O trabalho do engenheiro deve, portanto, ser secundado pelo de um experiente O trabalho do engenheiro deve, portanto, ser secundado pelo de um experiente geólogo de barragens. A prospecção geológica refere-se em particular ao estudo geólogo de barragens. A prospecção geológica refere-se em particular ao estudo das rochas, com especial atenção quanto aos seus eventuais fendilhamentos. das rochas, com especial atenção quanto aos seus eventuais fendilhamentos.