GEOLOGIA PARA ENGENHEIROS I

NOTAS DE AULA

Prof. Dr. José Augusto de Lollo

Ilha Solteira, 2008

Caro aluno,

As dificuldades encontradas nas universidades brasileiras de aquisição de bibliografias de qualidade e em quantidade suficiente para atender seu s estudantes de cursos de graduação, aliadas aos problemas das editoras nacionais em publicar livros didáticos, seja devido a seu alto custo ou a sua pequena tiragem, fazem com que nossos professores universitários tenham grandes dificuldades de cumprir com seu verdadeiro papel de educadores, passando a atuar como meros repassadores de conhecimento e utilizando para isto a sórdida figura da “apostila” ou “nota de aula”. Você deve estar pensando ser incoerente se iniciar uma publicação desta natureza justamente falando-se mal dela. Na verdade o problema de qualquer “apostila” é formar que o aluno a encara. É preciso que se entenda que uma publicação desta natureza nada mais é que um guia de estudos, a ser utilizado pelo aluno para adquirir conhecimentos básicos, posteriormente enriquecidos por consultas a livros, onde verdadeiramente os assuntos são abordados de forma completa. Para isso, estas “Notas de Aulas” não apresentam ilustrações ou tabelas, e quando o fazem é apenas na forma na forma de instrumento prático para consulta rápida em trabalhos práticos. Para consultas aprofundadas devem ser consultados os livros texto indicados pelo professor. Entendendo a maneira correta de utilizar este volume, ele poderá lhe ser muito útil. Agradeço quaisquer correções quanto a erros constados e sugestões que possam melhorar esta publicação.

José Augusto de Lollo, Ilha Solteira, 2008.

CAPITULO 1: CONCEITOS E INFORMAÇÕES BÁSICAS

1.1. INTRODUÇÃO:

Antes de ser um conjunto de conceitos, teoremas e leis físicas expressas na forma matemática, às ciências surgiram na história da humanidade como decorrência da necessidade do ser humano de conhecer os processos naturais que o cercam de maneira a facilitar sua integração com o meio ambiente para extrair dele os materiais necessários ao seu cotidiano.

Neste enfoque, todo conhecimento deriva de um ponto comum, que é necessidade de entendimento dos processos naturais. Porém em nenhum ramo de conhecimento isto se torna mais claro que naquele denominado “ciências naturais” e mais especificamente as geociências.

Este tipo de estudo correlaciona ramos do conhecimento considerados fundamentais como a matemática, a química, a física e a biologia, com outros específicos das geociências como a metrologia, a oceanografia, a geografia e a geologia. Dentre estas ciências o objetivo do presente curso é o estudo da geologia, cujo nome deriva do grego Geo (deusa grega que simbolizava a terra) e logos (estudo, conhecimento). A geologia compreende o estudo e a interpretação dos processos físicos, químicos e biológicos que se relacionem aos fenômenos naturais do planeta.

1.2. INTERESSE DO ESTUDO DA GEOLOGIA:

Uma vez que a geologia estuda os materiais e processos existentes no planeta é óbvio que os estudos desta natureza tem sido úteis à muitas outras áreas do conhecimento humano. Os estudos dos fósseis (restos vegetais ou animais que sob certas condições físico-químicas são preservados nas rochas) tem sido de grande importância para o entendimento do desenvolvimento das espécies; os novos materiais desenvolvidos em diversos ramos da indústria tais como cerâmicas especiais e novas ligas que integram circuitos de computador ou naves espaciais, dependem antes de estudo de natureza geológica que localizem as matérias primas necessidades e forneçam evidências acerca de seus processos de formação; grande variedade de materiais como plásticos e borrachas nada mais são que produtos derivados do petróleo, que foi um material descoberto a partir de pesquisas geológicas; da mesma forma, muitos outros exemplos poderiam ser citados.

1.3. IMPORTÂNCIA DA GEOLOGIA PARA A ENGENHARIA CIVIL:

O simples falo de que toda obra de engenharia civil está sempre, no todo ou em parte, em contato com rochas ou solos é argumento mais que suficiente para mostrar a importância do facilitar a sua atuação profissional. O conhecimento das condições geológicas de uma área na qual se pretenda implantar uma obra de engenharia possibilita redução de custos e prazos de entrega, facilita o acesso a materiais de construção, favorece a utilização de menores coeficientes de segurança e cria a possibilidade de prevenção e correção de quaisquer problemas de estabilidade que possam vir a ocorrer.

Dentre as condições geológicas específicas de interesse para engenheiro civil pode-

se citar: composição e propriedade dos solos; composição e descontinuidades das rochas; condições de águas subterrâneas; condições de relevo; materiais de construção presentes e suas propriedades; características de estabilidade dos terrenos; e condições de desmonte e escavação dos terrenos.

Quando se discute a importância destes conhecimentos para o engenheiro civil, os comentários comuns à maioria dos engenheiros que não tiveram este tipo de informação são: “um engenheiro não precisa saber isto”, ou “para isso se contrata um geólogo”, ou ainda “basta que se adotem coeficientes de segurança maiores”; porém isto nem sempre é verdade. “Nem sempre se pode contratar um geólogo”, ou ainda “basta que se adote coeficiente de segurança maior”; porém isso nem sempre é verdade. Nem sempre se pode contratar um geólogo ou uma empresa de consultoria, e a adoção de coeficientes de segurança mais altos implica em obras mais caras, às vezes mais demoradas e, conseqüentemente, menos competitivas.

Não se pretende aqui que futuros engenheiros civis saibam de tudo de geologia, mas sim que eles possuam conhecimentos básicos que lhe permitam fazer uma obra segura sem que para isso precise correr atrás de um geólogo para que lhe responda questões que o próprio engenheiro poderia ter resolvido com um mínimo de conhecimento da geologia.

1.4. A ESTRUTURA DA TERRA:

Desde muitos séculos, os estudiosos dos fenômenos naturais perceberam que parte dos eventos que aconteciam na superfície da terra, como vulcões e terremotos, tinham sua origem no interior do planeta. Um dos primeiros estudos a afirmar algo acerca disso se deve a KIRCHER (1664) que afirmava que todos os vulcões existentes no planeta tinham sua origem num “fogo central” que ele julgava situar-se no centro da terra.

Esse tipo de afirmação teve apoio de outros estudiosos, baseado em certas evidências descobertas posteriormente:

1. estudo realizados com meteoritos mostravam que alguns tipos possuíam composição química próxima à composição das rochas provenientes do resfriamento das lavas de vulcões. Como se supõe que estes meteoritos sejam partes da explosão de corpos celestes de constituição parecida a da terra, parece provável que nosso planeta apresente, em seu interior, porções com composição química parecida com a dos meteoritos.

2. observou-se a densidade média obtida para a superfície terrestre (2,73 g/m³) eram incompatível com a densidade calculada para o planeta como um todo (5,53 g/m³) fazendo com que os cientistas imaginassem que as camadas mais internas do planeta fossem constituídas de materiais com maiores densidades (para que o valor global tivesse sentido). Esta densidade deveria se situar entre 9 e 14 g/cm³ (valores próximos daqueles encontrados para os meteoritos), o que enriqueceu a crença que as camadas mais internas do planeta tivessem uma composição próxima dos meteoritos.

Até a metade do século XX porém não se tinha qualquer outra evidência mais segura com relação à estrutura e composição interna do planeta. Isto só foi possível com o surgimento da geofísica e os estudos de sísmicas induzida.

Os estudos da sísmica tiveram seu início quando os pesquisadores perceberam que as ondas sísmicas apresentaram diferentes valores de velocidade de propagação para cada material atravessado. Desta forma, os diferentes materiais poderiam ser reconhecidos a partir da velocidade de propagação destas ondas em seu interior.

Neste método simula-se o efetivo de um tremor gerando-se ondas sísmicas através de explosões ou de fortes impactos, registrando-se a sua velocidade de proporção no meio em questão. As ondas sísmicas podem ser de três tipos, cada uma com suas características próprias de proporção: Ondas L (longas ou diretas) – se programam paralelamente à superfície e são responsáveis pelos grandes estragos provocados nos terremotos; Ondas P (primárias) – são ondas que apresentam maior velocidade quanto maior a densidade do meio. E Ondas S (secundárias) – refratadas, que possuem maiores velocidades quanto mais densas o meio porém não se propagam em meios líquidos.

A aplicação destes estudos ao interior do planeta mostrou variações interessantes no comportamento das ondas P e S que mostraram a existência de três descontinuidades importantes no interior da terra mostrando que sua estrutura interna é formada por camadas concêntricas, cada uma delas com características próprias.

• Sial – composição rica em Si e AL, espessura média de 30 km e densidade da ordem de 2,7g/cm³.

• Sima – camada rica em Si e Mg, com espessura variando entre 6 e 20km e densidade da ordem de 3,0g/cm³.

• Manto – composto basicamente de silicatos de Na, Ca, Mg e Fe, profundidade de 70 a 2.900km, com densidades variando de 3,3 a 5,5 g/cm³.

• Núcleo Exterior – composição rica em sulfatos e óxidos, com densidades entre 9 e 11 g/cm³ e profundidade de 2.900 a 4.800km, suposto líquido.

Com relação às “descontinuidades” que foram observadas nas ondas sísmicas e que marcam os limites entre estas camadas tem-se: Descontinuidade de Conrad – marcam o limite entre o Sial e o Sima; Descontinuidade de Mohorovicic - limite entre a crosta ou litosfera (conjunto Sial + Sima) e o Manto; Descontinuidade de Dham – limite entre o Manto e o Núcleo.

Dentre as camadas citadas, a de maior interesse para a geologia no enfoque da engenharia civil é a Crosta ou Litosfera (conjunto Sial + Sima), que é a única camada à qual se tem acesso direto para observação e onde se processam os eventos geológicos de interesse para a engenharia.

É nesta camada que se processa toda a atividade humana e, como decorrência disto, as obras de engenharia, portanto nosso estudo vai limitar à litosfera.

1.5. COMPOSIÇÃO DA LITOSFERA

Uma vez que a litosfera é a camada que desperta atenção especial de estudo, é importante antes de mais nada que se conheça a sua posição, pois ela influenciará na composição das rochas e dos solos e, conseqüentemente, em suas propriedades. Como o próprio nome indica (lithos – grego, pedra + spheros – camada) esta camada é composta essencialmente por rochas, e secundariamente por produtos derivados das rochas, como solos e sedimentos.

Desta forma é natural que uma das primeiras tentativas de descrição de sua composição seja em terrenos do volume ocupado pelos diversos tipos de rochas:

Sedimentos ................................ 6,2% Granodioritos ............................. 38,3% Andesitos .................................... 0.1% Dioritos ....................................... 9,5% Bassaltos ..................................... 45,8%

Quando se avalia, porém, a distribuição das rochas no planeta em termos de área ocupada verifica-se que as rochas sedimentares ocupam uma área muito grande, o que se deve ao fato destas rochas ocuparem grandes áreas com depósitos de pequena espessura, desta maneira, tem-se:

Tipo de Rocha Distr. em Volume Distr. em Área

Sedimentares 5% 75% Magnéticas 95% 25%

Outro tipo possível de descrição da composição da litosfera pode ser feita com base na sua composição em termos de elementos químicos. Neste caso com mais freqüentes são:

O ...................................................... 46,6% Si ...................................................... 27,7% Al ...................................................... 8,1% Fe ..................................................... 5,0% Ca ..................................................... 3,6% Na .................................................... 2,8% K ....................................................... 2,6% Mg .................................................... 2,1% Demais ............................................. 1,5%

Como se pode observar, a porcentagem dos elementos químicos acima é tão alta que dos demais só aparecem em proporções diminutas, as quais muitas vezes só podem ser representadas em PPM (parte por milhão, o que equivaleria a g/ton), dentre estes os mais comuns são:

Ti ........................ 4.400 ppm C ........................ 320 ppm H ........................ 1.400 ppm Cl ........................ 314 ppm P ........................ 1.180 ppm Rb ....................... 310 ppm Mn ..................... 1.000 ppm F ........................ 300 ppm S ......................... 520 ppm

As maiores percentagens dos elementos O, Si, Al, e os demais já citados faz com que os compostos químicos mais freqüentes na crosta sejam óxidos destes elementos, fornecendo as seguintes percentagens médias:

Si O2 ..................... 60% Fe2O3 ..................... 3% Al2 O3 .................... 15% K2O ........................ 3% CaO ....................... 5% Na2 ........................ 3% FeO ........................ 4% MgO ...................... 3%

Esta freqüência em termos de óxidos se reflete fortemente nos tipos minerais mais freqüentes na crosta (uma vez que os minerais nada mais são que combinações destes óxidos), fazendo com que a maior parte dos minerais nada mais é que combinações destes óxidos), fazendo com que a maior parte dos minerais presentes na litosfera sejam silicatos.

Apesar de haver mais de 1.500 espécies minerais conhecidas pode-se dizer que cerca de 40 delas representam mais de 90% dos minerais encontrados no planeta. Baseado nisto pode-se fazer uma descrição da crosta terrestre em termos mineralógicos, tendo-se o seguinte resultado.

Mineral Comp. Química %

Feldspatos K2O Al2O3 Si O2 Na2O Al2O3 60 CaO Al2 O3

Piroxênios Ca, Na, Mg, Fe Al2O3 Si O2 Fe2O3 e Anfibólios Ca, Na, Mg, Fe Al2O3 Si O2 Fe2O3 (OH) 17

Quartzo Si O2 12

K, Fe Al2O3 Si O2 H2O Micas Mg, Al Al2O3 Si O2 H2O 4

Todos estes minerais pertencem, como poderemos ver posteriormente, ao grupo dos silicatos, que representa o grupo mineral mais freqüente na litosfera e conseqüentemente nas rochas e nos solos e sedimentos.

1.6. TEMPO GEOLÓGICO

“Longe, ao norte, numa terra chamada Svithjod, existe uma rocha. Possui cem milhas de atura e cem largura. Uma vez a cada milênio, um pássaro vem à rocha para afiar o seu bico. Quando a rocha tiver sido totalmente, então um único dia na eternidade ter-se-á escoado.”

VAN LOON (1951)

A declaração acima serve ilustrar a grandiosidade do tempo de decorrência dos processos geológicos, outro conceito de grande importância no entendimento dos fenômenos naturais estudados no âmbito da geologia. O “Tempo Geológico”, como costuma-se denominar, mede o tempo dos processos geológicos e tem uma conotação diferente das medidas de tempo as quais estamos acostumados em nosso cotidiano. Os processos geológicos são medidos em termos de milhares, milhões e até bilhões de anos.

Durante a idade média os cientistas e a humanidade atribuíram para o planeta uma idade inferior a 6.000 anos. Estudos posteriores de diversas áreas do conhecimento humano mostraram que os naturais observados na atualidade são tão lentos que 6.000 anos não seria tempo suficiente para que os mesmos tivessem se dado.

A partir deste ponto muitos cientistas tentaram, de diversas formas, estabelecer a idade da terra com base no acréscimo desalinidade dos oceanos; com KELVIN que tentou determinar a idade da terra com base nas medidas de perda de calor do planeta; e de muitos outros pesquisadores que tentaram a mesma coisa utilizando-se da taxa de deposição dos sedimentos ou de fósseis.

Porém a primeira possibilidade concreta de datação dos fenômenos geológicos se deu com a descoberta da radioatividade e a possibilidade de datação de rochas com base na meia vida de certos geológicos podem durar até bilhões de anos e que a litosfera teria se formado à cerca de 4,6 bilhões de anos.

A associação deste método com a datação fossilífera (feita através dos fósseis) possibilitou o estabelecimento da chamada “Escala Geológica do Tempo”.

COLUNA GEOLÓGICA DO TEMPO

ERA PERIODO - SISTEMA

DURAÇÃO IDADE CARACTERÍSTICAS

C E N O Z Ó I C O

Q U A T

TECNOGENO ÚLTIMOS 1000 ANOS Tecnologia Moderna

HOLOCENO ÚLTIMOS 5000 ANOS Homem Moderno

PLEISTOCENO 2,5 2,0 Idade da Pedra

T E R C I Á R I O

PLIOCENO 4,5 7,0

Mamíferos e Plantas com flores

MIOCENO 19 26

OLIGOCENO 12 38

OCENO 16 54

PALEOCENO 11 65

M E S O Z

CRETÁCIO 71 136

Répteis JURÁSSICO 54 190

TRIÁSSICO 35 225

P A L E O Z Ó I C O

PERMIANO 55 280 Anfíbios e Plantas

Primitivas CARBONÍFERO 65 345

DEVONIANO 50 395 Peixes

SILURIANO 35 430 Invertebrados,

Primeiros Fósseis ORDOVICIANO 70 500

CAMBRIANO 70 570

PRÉ C A M B R I A N O

FORMAÇÃO DA CROSTA

4.030

2.700 Restos de Esponjase Algas Marinhas

4.600

Não Existe Evidência

de Vida

(milhões de anos)

1.7. OBSERVAÇÕES IMPORTANTES:

Apesar do fato da coluna geológica do tempo ser mundialmente aceita nos meios geológicos até a presente data, algumas observações devem ser feitas acerca de sua validade uma vez que ela reflete apenas uma tentativa de estabelecimento de ordem cronológica para os processos naturais do planeta.

A primeira observação diz respeito ao tempo de duração dos processos geológicos, que nem sempre é da ordem de milhões ou bilhões de ano. O processo de escovação de uma caverna pelas águas meteóricas (água de chuva), por exemplo, pode acontecer num período inferior a 10.000 anos. Outros processos podem se dar em intervalos de tempo muito menores: os processos de vulcanismo muitas vezes se dão em período de dias e modificam a paisagem de grandes áreas; enchentes podem, em questão de horas, través de enxurradas provocarem a deposição de metros de espessura de sedimentos (como ocorreu em 1983 nos estados de Paraná e Santa Catarina); processos de deslizamento de terra podem movimentar bilhões de metros cúbicos de material em questão de minutos; terremotos podem promover grandes modificações em questão de segundos.

A segunda observação diz respeito à questão da duração dos processos geológicos e da idade dos fenômenos ocorridos na terra. Os processos de datação radiométrica (datação das rochas através da radioatividade) requerem que duas premissas básicas sejam cumpridas para apresentar validade como datador de processos naturais, as quais não apresentam ainda o devido respaldo científico: (1) a terra deve ter surgido como uma mistura de rochas e água que só se individualizaram posteriormente, (2) os processos que hoje são observados devem ter ocorridos no passado com a mesma taxa que hoje são observados devem ter ocorrido no passado com a mesma taxa que hoje se observa, gastando, portanto períodos de tempo similares.

Porém qualquer uma destas premissas pode estar errada, conduzidos assim à pelo menos três possibilidades de datação dos eventos geológicos ocorrentes no planeta: (1) as premissas estão certas e, portanto a coluna geológica do tempo é válida; (2) os processos que hoje se observa tiveram, no passado, taxas de ocorrência deferentes) o que poderia ser reflexo de uma variação na velocidade da luz) e, portanto a história do planeta poderia ter até 10.000 anos; (3) quando o planeta surgiu, ele já era praticamente como hoje, e poucas transformações surgiram a partir daí, neste caso o planeta poderia ter até menos de 6.000 anos, mas há a necessidades de influência divina para que as coisas tenham se dado desta forma.

O importante nisso tudo é que se note que não é necessário que existe uma só explicação para as coisas, ou que qualquer problema técnico tenha apenas uma solução. Mas como até o momento nenhum das premissas citadas foi razoavelmente contestada, a coluna geológica do tempo pode ser considerada válida.

CAPÍTULO 2: MINERAIS

2.1. INTRODUÇÃO:

Apesar do surgimento da mineralogia como ciência ser um fato relativamente recente, pinturas que datam de 5.000 anos já mostravam os seres humanos negociando pedras preciosas e fundindo metais. Na verdade o uso dos minerais pelo homem tem uma história muito mais antiga e começa com o uso de sílex (espécie mineral muito duro e de arestas cortantes) em lanças, por parte do homem pré-histórico.

Pode-se definir mineral como: “elemento ou composto químico de ocorrência natural, com estrutura e composição química definidas, formado a partir de processos inorgânicos”.

Esta definição abrange mais de 1.500 espécies minerais, porém a maioria delas é de ocorrência muito restrita e, por isso mesmo não apresenta grande interesse de estudo. Os minerais que aparecem com grande freqüência na crosta terrestre representam um grupo bastante pequeno, e aquele que tem interesse para a engenharia civil, um grupo menor ainda. Este fato facilitará bastante o estudo dos minerais no que tange ao interesse da engenharia civil.

2.2. IMPORTÂNCIAS DOS MINERAIS

Como constituintes básicos das rochas, e conseqüentemente da litosfera, os minerais estão presentes em praticamente todos os ramos da atividade humana e muitas são suas utilidades.

Mais de 50% dos materiais utilizados pelo ser humano são, de alguma maneira, derivados ou obtidos diretamente de espécies minerais. Isso acontece em quase todos os setores da industria de transformação, em grande parte das industrias de bens de consumo, e na maior parte das industrias de bens de consumo, e na maior parte da industria extrativa.

Com relação às atividades de engenharia civil os minerais estão quase sempre presente nas obras, seja através de sua interação direta com as obras (uma vez que os mesmos são os constituintes básicos de rochas, solos e sedimentos), seja através de sua participação como materiais de construção.

2.3. ESTRUTURA DOS MINERAIS

Uma vez que os minerais possuem uma espessura definida, uma das primeiras formas de estudo dos minerais que se pode ter está baseada na estrutura cristalina (arranjo interno ordenado dos átomos que compõem o mineral). Esta estrutura cristalina é típica da espécie mineral e controla muitas de suas propriedades.

As substâncias cristalinas mostram, de maneira geral, um arranjo ordenado baseado na repetição de uma base estrutural morfologicamente constante e que obedece a “leis de crescimento” que fazem com que estas células básicas se associem sempre da mesma maneira. Estas unidades se dispõem em um retículo tridimensional definido por três direções e pelas distâncias ao longo das quais o “desenho” é repetido.

BRAVAIS (1848) demonstrou que esta ordenação de células uma ao lado da outra (segundo certas ligações pré-estabelecidas) permite a existência de apenas 14 retículos espaciais nos quais a vizinhança em torno de cada ponto seja idêntica à dos pontos

vizinhos. Estas estruturas ficaram conhecidas como “os quatorzes retículos espaciais de Bravais”.

Uma vez que a estrutura dos minerais é repetitiva ela apresenta condições particulares de simetria de acordo com a forma segundo a qual for ordenada. Estes elementos de simetria são planos, eixos e centros de simetria e é típico de cada grupo de espécies minerais, o que permite que se faça uma classificação dos minerais com base em sua estrutura cristalina.

Este tipo de classificação possibilitou a definição de seis sistemas cristalográficos, de acordo com o tipo de elementos de simetria aceito por cada um: SISTEMAS CRISTALOGRÁFICO ELEMENTOS DE SIMETRIA

Triclínico 1 centro Monoclínico 1 plano e 1 eixo Ortorrônbico 4 planos e 3 eixos Tetragonal 4 planos e 7 eixos Hexagonal 7 planos e 13 eixos Cúbico 9 planos e 11 eixos e 1 centro

2.4. PROPRIEDADES DOS MINERAIS

Como propriedades dos minerais se entendem todas aquelas decorrentes da composição química ou da estrutura cristalina dos minerais, e que podem ser usadas, em conjunto, como critérios diagnósticos para a identificação dos minerais. As propriedades podem ser divididas em três grupos: (1) não dependentes da luz; (2) dependentes da luz; (3) elétricas e magnéticas.

Estes conjuntos de propriedades apresentam uma grande variedade de propriedades descritas, porém em nosso enfoque serão citadas apenas aquelas que são fundamentais na identificação dos tipos minerais mais comuns.

2.4.1. PROPRIEDADES NÃO DEPENDENTES DA LUZ

Clivagem – propriedade que certa espécie mineral possui de se romper produzindo superfícies lisas, sempre paralelas aos seus planos de crescimento, dependendo portanto da estrutura interna do mineral.

Fratura – maneira pela qual o mineral se rompe quando isto não se dá ao longo de planos de clivagem. Normalmente são superfícies irregulares. Os tipos mais comuns são: conchoidal, fibrosa ou estilhaçada, serrilhada e irregular.

Dureza – resistência ao risco apresenta pela espécie mineral, dependendo da estrutura do mineral e variando de acordo com a estrutura considerada. Como sua caracterização direta é difícil, costuma-se lançar mão da chamada “Escala de Dureza de Mohs” que é uma modalidade de determinação indireta da dureza (através de intervalos de variação).

ESCALA DE MOHS

1 – Talco 6 –Ortoclásio 2–Gipsita 7–Quartzo 3– Calcita 8 – Topázio 4– Fluorita 9 – Corindon 5– Apatita 10 – Diamante

Habito – diz respeito à forma do cristal da espécie mineral (quando esta apresenta cristais bem desenvolvidos) e é função da estrutura cristalina dos minerais.

2.4.2. PROPRIEDADES DEPENDENTES DA LUZ

Brilho – definitivo como a aparência geral do mineral à luz refletida, sendo caracterizado subjetivamente como: vítreo, resinoso, nacarado, gorduroso, sedoso, adamantino, ceroso e matálico.

Cor – diz respeito à cor natural do mineral, devendo-se considerar condições particulares (tais como inclusões e aquecimento) que podem alterá-lá.

Traço – caracterização pela cor do pó finge que a mineral deixa sobre a superfície que o riscou. Normalmente utiliza-se uma placa de porcelana para o teste do traço dos menerais.

Pleocroismo – propriedade que algumas espécies minerais têm de apresentar diferentes cores conforme a direção cristalográfica na qual são observadas.

Iridescência – propriedade que certos minerais possuem de mostrar uma série de cores na sua superfície ou interior quando girados à luz. Geralmente é devida à existência de fraturas no mineral. É bastante comum nos minerais de brilho metálico.

Luminescência – qualquer emissão de luz efetuada por um mineral que seja conseqüência de seu aquecimento (termoluminescência) ou esfregação (triboluminescência). De acordo com o seu tipo os minerais podem ser classificados em fluorecentes (a luminescência cessa quando cessa a causa) e fosforencentes (quando ela perdura após ter cessado a causa).

2.4.3. PROPRIEDADES ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS

Piroeletricidade – propriedade que certos minerais possuem de transmitir eletricidade quando sujeito à aquecimento.

Piezoeletricidade – propriedade dos minerais que transmitem corrente elétrica quando sujeitos à pressões adequadas.

Magnetismo – são denominados magnéticos os minerais que em seu estado natural possuem a capacidade de orientar o imã.

2.5. CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS:

A classificação das espécies minerais se baseia em sua composição química, estando às classes minerais agrupadas de acordo com certos radicais químicos, o que possibilita a definição de 12 classes minerais dentre as quais a dos silicatos é a maior e mais importante, sendo por isso subdividida em grupos. As doze classes minerais são:

Elementos Nativos – são minerais que ocorrem na forma são combinadas (elementos químicos).

Sulfetos – esta classe compreende os minerais formados pela associação do íon sulfeto (S-²) com certos metais.

Sulfossais – compostos através da combinação de S, Sb, Bi ou As com alguns elementos metálicos.

Óxidos – costumam serem incluídos neste grupo também os hidróxidos, portanto estes grupos compreendem minerais que tenham sua constituição básica formada a partir dos radicais O-² e OH-.

Haloides – classe que inclui os fluoretos, brometos e iodetos de origem natural. Carbonatos – minerais que possuem o radical corbonato (CO3

-2). Nitratos – minerais formados pela associação do radical NO3

- com outros elementos químicos.

Boratos – minerais formados pela associação do radical BO3-2.

Fostatos – minerais que possuam o radical PO4-2 em sua fórmula.

Sulfatos – minerais compostos com a participação do radical SO4-2.

Tungstantos – minerais que apresentam o radical WO4-2.

Silicatos – maior classe minerais (fato que é decorrência, como já vimos, de serem O e Si os elementos químicos mais freqüentes na crosta terrestre), inclui todos os minerais que possuem em sua composição o radical silicato (SiO2), representado cerca de 90% dos minerais mais freqüentes no planeta e quase a totalidade daqueles que interessam à engenharia civil. O fato de se tratar de uma classe muito extensa faz com que ele seja subdividida em grupos de acordo com a sua estrutura cristalina, criando-se assim os seguintes grupos: Nesossilicatos, Sorossilicatos, Ciclossilicatos, Inossilicatos, Filissilicatos e Tectossilicatos.

2.6. MINERAIS MAIS FREQÜENTES NAS ROCHAS, SOLOS E SEDIMENTOS:

Como já foi dito, apesar do grande número de espécies minerais conhecidos na atualidade, apenas uma pequena parcela destes são constituintes comumente encontrados nas rochas. Portanto um bom conhecimento das características e do modo de ocorrência destes minerais é suficiente para a satisfação de grande parte das dúvidas a que um engenheiro civil está sujeito no exercício da profissão. Estes minerais de ocorrência mais freqüente são:

Feldspato – são os minerais mais comuns na crosta, geralmente apresentam cores claras, duas direções de clivagem bem definidas e contornos normalmente regulares. As composições químicas mais comuns são KAlSi3O8, NaAlSi3O8 e CaAlSi2O8, sua alteração costuma produzir minerais de argila, sendo comuns nas rochas ígneas e metamórficas, nas sedimentares normalmente se encontram alterados, possuem dureza 6.

Quartzo – possui habitus hexagonal, porém nas rochas raramente apresenta contornos bem definidos, sendo altamente resistente a alteração, sem clivagem, com fratura conchoidal, brilho vítreo, dureza 7, ocorrendo em quase todo tipo de rocha. Sua composição química é Si O2.

Anfibólios – apresentam-se como lâminas longas de terminações irregulares, com clivagem em duas direções, e seção hexagonal típica. Comuns nas rochas magmáticas e metamórficas, estes minerais apresentam fórmula X2Y5(Si8O22) (OH)2, onde X costuma ser Ca ou Na e Y normalmente Me ou Fe.

Micas – apresentam geralmente fórmulas muito complexas compostas por Si, Al, O, K, Mg, Fe, OH e metais alcalinos, apresentando-se na forma lamelar (placas), decorrência

de uma direção de clividagem perfeita. Ocorrem principalmente nas rochas ígneas e metamórficas, alterando-se com certa facilidade em argilominerais.

Olivina – com fórmula (MG, Fe)2SiO2, apresenta cores verde escuras, alterando-se facilmente para silicatos hidratados de Fe e Mg. São minerais típicos de rochas ígneas básicas ou rochas metamórficas destas derivadas. Sua alteração, quando em estágio inicial, pode resultar em zeólitas.

Calcita e dolomita – pertencentes ao grupo dos carbonatos, apresentam fórmula CaCO3 (dolomita), apresentando formas romboédricas com clivagem boa em três direções e baixa dureza. São minerais que ocorrem preferencialmente em rochas sedimentares químicas, e tem sua identificação facilitada por efervescerem sob a ação de HCl concentrado (a calcita apresenta efervescência em suas superfícies naturais, enquanto a dolomita apenas no pó).

Hematita – possui brilho metálico, traço castanho avermelhado, podendo ocorrer na forma de placas hexagonais, sendo freqüente em certas rochas metamórficas e em rochas sedimentares detríticas, apresenta fórmula Fe2O3 .

Magnetita – forma octaédrica, brilho metálico, presente normalmente em rochas sedimentares e secundariamente em ígneas e metamórficas. Apresenta forte magnetismo e composição representada pó Fe3O4.

Argilominerais – silicatos hidratados de forma laminar, apresentando em partículas de dimensões tão diminutas que sua identificação só é possível através de métodos especiais (como microscópio eletrônico). São divididos em três grupos de acordo com sua estrutura: Grupo de Caulinita, Grupo da Ilita e Grupo das Cloritas.

2.7. CHAVES DE CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS:

As chaves de classificação dos minerais constituem um dispositivo prático para a determinação rápida de qualquer mineral, baseada em suas propriedades diagnósticas. Sua utilização se dá na forma de “árvore-lógica”, permitindo que se identifique a espécie mineral com base em propriedades de fácil reconhecimento.

CAPITULO 3: ROCHAS MAGMÁTICAS

3.1. Introdução:

As rochas (agregados naturais de uma ou mais espécies minerais) são os constituintes básicos da litosfera e controla fatores naturais importantes para a vida humana como a topografia, as condições de fertilidade dos solos e a disponibilidade de matérias primas para muitos ramos da atividade econômica humana.

Estes agregados minerais são classificados, de acordo com sua origem, em três grupos: rochas magmáticas ou ígneas, rochas sedimentares e rochas metamórficas.

As rochas magmáticas são aquelas provenientes da consolidação do magma, sendo consideradas, portanto rochas primárias. O magma pode ser definido como “fluidos superaquecidos compostos de silicatos, fosfatos, água e gases, com temperaturas variando entre 500 e 1.200°C e que tem sua origem nas camadas profundas da terra”. Como magmatismo entende-se o conjunto de fenômenos relacionados à atividade do magma.

A composição mineralógica das rochas ígneas depende do tipo de atividades magmática da qual elas derivam e das condições de cristalização do magma que lhe deu origem. Com relação à este segundo aspecto existe uma seqüência de cristalização dos minerais que varia de acordo com sua complexidade estrutural e a disponibilidade de sílica (Si O2) no magma. Esta sequência é denominada “Série de Cristalização de Bowen” e pode ser esquematizada conforme apresentado na página seguinte.

SÉRIE DE CRISTALIZAÇÃO DE BOWEN

SÉRIE DESCONTINUA SÉRIE CONTINUA

OLIVINA BYTOWNITA

PIROXÊNIOS

ANFIBÓLIOS BIOTITA ALBITA

K – FELDSPATOS

QUARTZO

3.2. TIPOS DE ATIVIDADE ÍGNEA:

As modalidades de atividades magmáticas são diferenciadas de acordo com a posição na qual se dá o resfriamento e a consolidação do magma. Esta atividade pode se dar de duas maneiras básicas: (1) a consolidação do magma se dá à superfície, neste caso as rochas ígneas apresentam uma posição subhorizontal, sendo denominadas vulcânicas ou extrusivas, podendo ainda ser subdivididas de acordo com o tipo de atividade vulcânica explosiva); (2) quando a consolidação do magma se dá em profundidade (no interior do planeta) as rochas são denominadas intrusivas ou plutônicas e neste caso podem-se ter três tipos básicos de corpos instrutivos (Sills ou Soleiras – de formato tabular e comportamento subhorizontal, geralmente pouco espessos, provenientes da consolidação do magma em zonas de fraqueza; diques – formato tabular, comportamento vertical ou inclinado, espessuras variáveis; batólitos – grandes corpos intrusivos de formatos semicirculares, consolidados à grandes profundidades.

3.3. CARACTERIZAÇÕES DAS ROCHAS ÍGNEAS

Dentre as diversas formas possíveis de caracterização das rochas ígneas deve-se dar preferência àquelas que possibilitem uma caracterização mais rápida, podendo de esta forma ser úteis a uma identificação expedida. Neste caso é comum que se opte pelas características de textura e composição das rochas.

3.3.1. TEXTURA

A textura de uma rocha pode ser definida como a sua organização interna, sendo definida a partir do arranjo dos grãos minerais que integram a rocha. No caso das rochas magmáticas existem cinco tipos de texturas mais comuns: (1) porfirítica – caracterizada pela presença de grãos menores; (2) fanerítica – caracterizada pela uniformidade de tamanho entre os grãos da rocha; (3) afanítica – aprenenta uniformidade no tamanho dos grãos, porém estes possuem dimensões tão pequenas que não são visíveis a olho nu; (4) vítrea – textura caracterizada por um aspecto brilhante, devido a altas percentagens de vidro vulcânico em sua composição; (5) vesicular – presença de espaços vazios na rocha decorrentes da volatilização da gases presentes no magma quando de seu rápido resfriamento, quando estas vesículas encontram-se preenchidas a textura é denominada “amigdalóide”.

Enquanto as texturas porfirítica e fanerítica são comuns em rochas intrusivas ou plutônicas (devido ao resfriamento mais lento do magma) as texturas afaníticas, vítrea e vesicular são típicas de rochas vulcânicas (nas quais o resfriamento do magma se dá mais rapidamente devido ao contato com a atmosfera).

3.3.2. COMPOSIÇÃO

As rochas ígneas obedecem, como já vimos, à uma seqüência preferencial de cristalização dos minerais (Série de Bowen). Esta por sua vez se caracteriza por apresentar ordem crescente de complexidade estrutural e disponibilidade de sílica no magma, o que equivale a dizer que os minerais formados no início da série apresentam baixa

complexidade estrutural e altas percentagens de Fe, Mg, Ca e Na, enquanto aqueles formados no final da série apresentam maior complexidade estrutural (a maior entre os silicatos) e altas percentagens de Si e Al.

A caracterização das rochas magmáticas de acordo com sua composição química e mineralógica depende da posição na qual a mesma se encontre na Série de Crisrtalização de Bowen, ou seja, de suas condições fisioquímicas de formação.

Suas composições química permite caracterizá-las de acordo com a percentagem de sílica (SiO2) uma vez que a maioria dos minerais presentes nas rochas são silicatos. No tocante à mineralogia as rochas ígneas não apresentam grandes variações composicionais, por mais complexa que seja a constituição mineral de uma rocha ígnea os minerais essenciais são geralmente feldspatos, quartzo, piroxênios, anfibólios e micas.

3.4. CLASSIFICAÇÕES DAS ROCHAS MAGMÁTICAS:

Uma vez que as formas de caracterização das rochas ígneas mais utilizadas estejam baseadas em suas composições químicas e textura é de se esperar que os critérios utilizados para sua classificação sejam os mesmos. A prática mostra porém que a textura não é um bom critério de classificação, desta forma costuma-se utilizar para esta classificação os critérios mineralogia e composição química.

3.4.1. CLASSIFICAÇÃO BASEADA NA MINERALOGIA:

Este tipo de classificação divide as rochas magmáticas em três grupos de acordo com sua mineralogia básica (tendo como base a cor da rocha): (1) leucocráticas – rochas claras, ricas em silicatos de cores claras como feldspatos, quartzo e micas brancas; (2) melanocráticas – rochas que apresentam uma composição rica em minerais de cores escuras como piroxênios, anfibólios e micas escuras; (3) mesocráticas – rochas que apresentam uma composição rica em minerais de cores escuras como piroxênios, anfíbios e micas escuras; (3) mesocráticas – rochas com composição mineralógica e cores intermediárias a estes dois grupos.

3.4.2. CLASSIFICAÇÃO BASEADA NA COMPOSIÇÃO QUIMICA

Com relação à composição química o critério de classificação utilização para as rochas magmáticas é a percentagem em sílica, que possibilita evidência razoável com relação à origem da rocha. Dentro deste enfoque as rochas ígneas podem ser classificadas em: CLASSIFICAÇÃO % de Si O2

Ácidas > 65% Intermediárias 52 – 65% Básicas 45 – 52% Ultrabásicas > 45%

3.5. IDENTIFICAÇÕES DAS ROCHAS MAGMÁTICAS:

As rochas magmáticas se caracterizam, como já vimos, por uma mineralogia típica. Isto faz com que a composição mineralógica seja melhor critério para se identificar esta

rocha. A associação deste critério com as características textuais proporciona uma modalidade bastante segura de identificação das rochas ígneas. Este tipo de associação mineralogia versus textura possibilita a confecção de tabelas de identificação de rochas magmáticas que podem ser bastante úteis quando se pretende uma identificação rápida da rocha.

Como o grupo de rochas ígneas que nos interessa (apenas aquelas mais comuns) é bastante restrito não lançaremos mão de tabelas para sua identificação, organizando apenas uma lista destas rochas de maior interesse com suas características diagnósticas.

3.6. ROCHAS MAGMÁTICAS MAIS COMUNS:

Granito – composto principalmente por feldspato, quartzo e micas, é a rocha magmática mais comum, sendo o constituinte rochoso mais comum da crosta terrestre, apresenta texturas fanerítica e porfirítica. Conforme indica sua mineralogia é uma rocha ácida utilizada normalmente como material de revestimento, possuindo cores variadas.

Sienito – composto de feldspatos, anfibólios, piroxênios e micas, o sienito é classificado é classificado como rocha intermediária, ocorrendo em regiões de vulcanismo antigo e apresentado textura porfirítica ou fanerítica. Assim como o granito, o sieito é freqüentemente utilizado como material de revestimento, devido à beleza de suas cores amarelas ou avermelhadas.

Gabro – rochas básicas plutônicas compostas por piroxênios e feldspatos, podendo ainda apresentar olivina e anfibólios em sua composição, apresenta normalmente textura fanerítica. Suas cores escuras (verdes à pretas) fazem com que o gabro seja bastante utilizado para revestimento, podendo também ser usado como agregado para pavimento asfáltico.

Peridotito – intrusiva ultrabásica composta de olivina e piroxênios (podendo conter percentagens apreciáveis de magnetita), possuem normalmente textura fanerítica.

Diabásio – instrusiva básica constituída essencialmente por piroxênios e feldspatos de Ca, apresentam predominantemente textura fanerítica fina e são muito utilizados como agregados.

Basalto – vulcânica básica, típica de derrames, apresenta textura normalmente afanítica, e composição rica em feldspatos de Fe e Mg. Além da textura afanítica são freqüentes as texturas vesiculares e amigdaloide, sendo muito utilizado como agregado.

3.7. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL

Com relação à composição mineralógica as rochas ígneas normalmente não apresentam grandes problemas para a engenharia civil quando não alteradas. Quando alternadas ou em estágio inicial de alteração, é preciso que se tome cuidado com os produtos de alteração dos minerais ferro-magnesianos, presentes principalmente nas rochas básicas, que podem dar origem à argilominerais expansivos.

No que diz respeito a textura é importante que se tenha cuidado com as rochas de texturas porfiríticas (devido à menor resistência dos profiroblastos) e vesicular (pois as vesículas podem estar preenchidas por minerais plásticos ou expansíveis). Com relação às estruturas (descontinuidades provocadas por esforços sofridos pela rocha) é necessário um bom conhecimento de sua orientação já que as mesmas podem representar superfícies potenciais de instabilidade.

CAPÍTULO 4: ROCHAS SEDIMENTARES

4.1. INTRODUÇÃO:

As rochas sedimentos podem ser definidas como “tipo rochoso derivado de outras rochas, depositado na forma de fragmentos ou precipitado quimicamente, que devido a seu lento processo de deposição pode apresentar estruturas planares horizontais”.

Estas rochas têm sua origem baseada na fragmentação ou dissolução de outros tipos rochosos, transporte destes fragmentos ou íons por meio de soluções, e sua deposição ou precipitação em ambientes favoráveis.

Assim como as rochas magmáticas, as rochas sedimentares necessitam de condições especificas para sua formação. Estes ambientes normalmente incluem a existência de água e de condições fisioquímicas particulares. Grosseiramente podem-se dividir os ambientes de posicionais (de formação) das rochas sedimentares em: fluvial, lacustre, marinho, litorâneo, lagunar, desértico, deltaico, de talus e de plataforma.

4.2. PROCESSOS SEDIMENTARES:

Os processos de gênese das rochas sedimentares estão intimamente ligados aos processos de dinâmica externa do planeta, ao contrário das atividades ígneas e metamórficas que estão associadas aos processos de dinâmica interna da terra. O conjunto de processos que tem lugar quando da origem das rochas sedimentares são: (1) processos de intemperismo (fragmentação das rochas e alteração de sua composição química); (2) processos de retirada destes materiais alterados; (3) processos de transporte destes materiais; (4) processos de deposição dos mesmos sob condições fisioquímicas favoráveis; (5) processos de litificação (transformação destes materiais soltos em rochas).

4.3. MINERALOGIA DAS ROCHAS SEDIMENTARES:

Como as rochas sedimentares são, na maioria dos casos formados a partir de fragmentos de outras rochas, seria de se esperar que elas apresentassem uma mineralogia bastante variada, porém os minerais essenciais das rochas sedimentares são em numero bastante reduzidos. Como os minerais presentes nas rochas sedimentares passam por processos de fragmentação e alteração química, apenas os mais resistentes escapam da destruição total, daí o pequeno número de espécies minerais presentes nas rochas sedimentares.

Desta forma o número de minerais que resistem com sua estrutura e composição química intactas é bastante pequeno. Os outros minerais quando sujeitos a estes processos se modificam e passam a constituir novos minerais denominados “neoformados”, os quais são estáveis sob as novas condições reinantes.

Rocha Pré-existente

Desintegração Decomposição

Fragmentos Soluções

Sedimentos Detríticos Precipitados Quimicos

Compactação e Cimentação Recristalização

Rocha Sedimentar

Pode-se diferenciar a mineralogia das rochas sedimentares de acordo com os processos que lhes deram origem. Se a rocha tem sua gênese associada à deposição de fragmentos transportados podemos ter duas possibilidades: (1) se o transporte se deu por tração em meio fluido a rocha deve apresentar grãos maiores e uma mineralogia rica em minerais primários (vindos da rocha original e que resistiram aos processos de alteração); (2) se o transporte predominante for a suspensão em meio fluido a rocha deve apresentar grão de menor tamanho e riqueza em minerais neoformados (secundários – criados durante o processo de alteração).

Por outro lado, se a rocha foi formada pela precipitação de soluções químicas ela deve apresentar uma estrutura maciça (onde é praticamente impossível a diferenciação entre grãos) e uma composição rica em carbonatos e/ou fosfatos.

I N T E M P 

R     E T I R 

Transporte e Distribuição dos Materiais 

D E P O S 

L I T I F 

A mineralogia básica das rochas sedimentares pode ser assim descrita: quartzo, fragmentos de rochas, feldspato, micas, argilominerais, clorita, hematita, magnetita, calcita, apatita e dolomita.

4.4. ESTRUTURAS SEDIMENTARES:

Uma característica diagnostica das rochas sedimentares é a existência de estruturas típicas deste grupo de rochas. Estas estruturas podem ser geradas tanto durante o processo de diagênese (conjunto de processos responsáveis pela origem das rochas sedimentares) como posteriormente.

Os estudos da sedimentologia (ramo da geologia que estudas os processos sedimentares) possibilitam o reconhecimento e descrição de um numero muito grande de estruturas sedimentares, porém muitas delas ocorrem apenas raramente, as mais freqüentes são em número muito pequeno. Desta forma nosso estudo ficará restritas à apenas aquelas estruturas mais comum.

Estratificação – arranjo dos grãos em camadas superpostas de acordo com o ritmo de deposição, podendo ser de diversas formas de acordo com a posição das camadas (plano-paralelas, acanalada, e cruzada, entre outras). A presença destas estruturas se deve ao fato dos sedimentos (fragmentos que dão origem as rochas sedimentares) se depositarem em camadas.

Gradação Granulométrica – arranjo dos grãos minerais em camadas de acordo com sua dimensão, normalmente é função da diferença de peso ou de massa especifica entre os diversos grãos e das condições de deposição. A gradação pode ser normal (grãos maiores ou mais densos embaixo) inversa (quando os grãos menores ou menos densos se encontram nas camadas inferiores do pacote de sedimentos).

Estruturas de Ressecamento – comuns nos sedimentos mais finos (raramente sendo preservada nas rochas), constituiu-se de estruturas retas de caráter vertical mostrando fragmentação e deslocamento entre os grãos vizinhos quando da perda d’água por parte do sedimento.

4.5. CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS SEDIMENTARES:

Um primeiro critério de classificação das rochas sedimentares diz respeito à sua origem. Segundo este critério as rochas sedimentares são classificadas em: Clásticas ou Detríticas – quando são provenientes do transporte e deposição dos sedimentos na forma sólida, incluindo minerais primários; Química – originadas à partir da cristalização de sais transportados em solução no seu estado dissociado e precipitante em condições fisico-químicas favoráveis; Orgânicas – formadas a partir da acumulação de restos vegetais e animais.

Com relação às rochas químicas e orgânicas a classificação é relativamente fácil uma vez que elas apresentam características mineralógicas facilmente distinguíveis. As rochas clásticas ou detríticas porém, devido ao caráter de alteração e transporte intensos dos minerais, apresentam uma mineralogia bastante semelhante entre os diversos tipos, o que faz com que para as mesmas se necessite de outro critério de classificação.

Nestes casos o critério utilizado é o tamanho dos grãos componentes da rocha. Esta caracterização, denomina granulométrica (medida de tamanho dos grãos) é feita a partir da definição de classes de tamanho de grãos presentes na rocha e de suas proporções.

O conceito de granulometria diz respeito ao estabelecimento de classes de tamanho baseado em intervalos de diâmetro das partículas. Para a utilização deste conceito de diâmetro de partícula consideram-se os fragmentos presentes nas rochas como esféricos, definindo assim o diâmetro equivalente àquela classe de tamanho. As classes granulométricas assim definidas são:

CLASSE DIÂMETRO (mm) Matação > 256 Bloco 64 - 256 Seixo 4 - 64 Grânulo 2 - 4 Areia Grossa 1/4 - 2 Areia Fina 1/16 – 1/4 Silte 1/256 – 1/16 Argila < 1/256

Com base nesta escala granulométrica foi possível a definição dos tipos rochosos apresentados na tabela da página seguinte:

GRUPO CLASSES GRANUL. ROCHAS SESIM. CARACTERISTICAS

Granulação Grosseira

Matações, Blocos Seixos e Grânulos

Conglomerados Frag. de Rocha numa matriz arenosa ou fina

Granulação Média

Areia Grossa à Fina

Arenitos Predominância de quartzo

Granulação Fina

Silte Siltito = Arenitos

Argila Argilito ou folhelho Argilo - minerais

Obs – a distinção entre argilito e folhelho pode ser feita com base em estruturas, enquanto os argilitos apresentam estruturas maciças, os folhelhos apresentam estratificação.

4.6. IDENTIFICAÇÃO DAS ROCHAS SEDIMENTARES:

Além das estruturas anteriormente citadas uma outra característica das rochas sedimentares comumente utilizada em suas identificação é a textura. As texturas mais comuns presentes nas rochas sedimentares são: (1) detrítica – existe a possibilidade de identificação e individualização dos grãos presentes na rocha, é característica das rochas clásticas; (2) cristalina – textura típica das rochas sedimentos químicas, se caracteriza pelo aspecto brilhante pelo aspecto brilhante e pela dificuldade em se individualizar os grãos minerais; (3) oolítica ou eferiodal – presença de partículas de formas circulares resultantes da cristalização de substâncias num forma radial, é característica das rochas químicas; (4) orgânica – textura caracterizada pela presença de restos vegetais ou animais.

Ao contrário das rochas ígneas, o estabelecimento de quadros de classificação para as rochas sedimentares é bastante difícil, porém isto não dificulta a sua identificação uma

vez que as rochas sedimentares costumam apresentar características diagnósticas que tornam bastante fácil a identificação dos diversos tipos.

4.7. ROCHAS SEDIMENTARES MAIS COMUNS:

Argilito e Folhelho – rochas sedimentares detríticas nas quais predomina a fração argila, apresentando normalmente colorações escuras devido à presença de matérias orgânica. A diferenciação entre os dois tipos pode ser feitas através de estruturas, enquanto o argilito apresenta estrutura maciça (designação utilizada para a ausência de estrutura), o folhelho apresenta estratificação. Sua mineralogia é rica em micas, clorita e argilominerias.

Siltito – rochas clástica que apresenta predominância da fração silte em sua composição, os grãos podem ser observados apenas com a ajuda de uma lupa, apresentado uma mineralogia rica em argilominerais e fragmentos diminutos de quartzo e feldspato.

Arenito – rocha sedimentar detrítica na qual predomina a fração areia, comumente apresenta estratificação ou gradação granulométrica, apresentando uma composição rica em quartzo, micas, feldspato e pequenos fragmentos de rocha.

Conglomerado – rochas sedimentar clástica que apresenta alta percentagem de grão de tamanho grosseiro (maior que grânulo) e uma mineralogia rica em fragmentos de rochas.

Brecha – apresenta as mesmas características básicas do conglomerado, porém difere-se deste por apresentar grãos angulosos (enquanto no conglomerado eles são arredondados).

Calcário – rochas sedimentar química de textura cristalina e granulação fina, rica em minerais CaCO3 e MgCO3 podendo conter quantidades apreciáveis de argila.

Evaporito – rochas sedimentar química de textura comumente esferoidal ou cristalina, rica em minerais halóides, proveniente da cristalização de sais marinhos.

Sílex – rochas sedimentar química, de textura cristalina, proveniente da precipitação de sílica coloidal.

4.8. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL:

Com relação à estabilidade dos terrenos as rochas sedimentares só representam problema quando se trata de sedimentos com forte contribuição de matéria orgânica. Por apresentar uma mineralogia quase toda composta por minerais estáveis e resistentes à alteração, estas rochas podem representar problemas apenas quando se trata de argilominerais expansíveis.

Com relação às estruturas sedimentares é preciso que se tenha cuidado principalmente com aquelas de comportamento planar (como a estratificação) que podem ser planos de menor resistência da rocha e, por isso mesmo, planos potenciais de ruptura.

Um aspecto interessante com relação as rochas sedimentares diz respeito as rochas químicas carbonáticas que quando sujeitas à ação de águas aciduladas podem desenvolver grutas e cavernas cujas instabilidade natural pode vir a comprometer obras situadas na superfície. Dois exemplos interessantes destes fenômenos são as cidades de Cajamar (SP) e Sete Lagoas (MG).

Outro aspecto interessante das rochas sedimentares para a engenharia civil diz respeito a materiais de construção (agregados, cimento, cal e pedra para revestimento), dos quais as rochas sedimentares são boa fonte.

CAPITULO 5: ROCHAS METAMÓRFICAS

5.1. INTRODUÇÃO

As rochas metamórficas podem ser definidas como “rochas geradas a partir das variações das condições de pressão e temperatura de outros tipos rochosos, condições estes diferentes daquelas nas quais as rochas foram geradas”.

A este conjunto de transformações sofridas pelas rochas dá-se o nome de metamorfismo, englobando todo o conjunto de transformações sofridas pelas rochas sob novas condições de P e T, sem que as mesmas sofram fusão.

Como se pode verificar, as rochas metamórficas podem se originar de qualquer outro tipo de rocha seja ela ígnea, sedimentar ou mesmo metamórfica, desde que as mesmas sejam submetidas a novas condições de temperatura e pressão.

As modificações de P e T que as rochas sofrem para que se tornem rochas metamórficas são devidas a processos naturais. Normalmente estas variações estão associadas a processos de atividade magmática ou processos de deformação das rochas.

Estas variáveis (pressão e temperatura) podem ter dois tipos de causa cada um delas: a pressão pode ser proveniente de esforços de deformação das rochas ou da ação de seu peso próprio; e a variação de temperatura pode ser provocada por intrusões ou pela ação de fluidos quentes.

5.2. MODIFICAÇÕES SOFRIDAS PELAS ROCHAS:

O conjunto de transformações ocorridas nas rochas durante o processo de metamorfismo visa das condições de estabilidade físico-químico sob as novas condições reinantes.

Estas novas condições de equilíbrio podem ser obtidas através de dois processos básicos: modificações nas texturas da rocha (arranjo interno dos cristais) e modificações em sua mineralogia. Estes processos porém podem ocorrer os dois ao mesmo tempo e se dar de diversas maneiras: Cristalização da Matéria Amorfa; Retirada de Água da Composição dos Minerais; Coalescência de Pequenos Cristais; Reação entre Minerais para Formar um Novo Mineral; Reorientação de Cristais das Rochas; Ação de transportes de Ions e Elementos por Soluções.

5.3. TIPOS DE METAMORFISMO

Os tipos de modificações possíveis durante o processo de metamorfismo são bastante variados, como já pudemos verificar. Esta diversidade de processos aliadas às condições locais podem dar origem a categorias diferentes de metamorfismo. Os tipos básicos de metamorfismo são:

Metamorfismo de Contato – ocorre apenas nas vizinhanças de pequenas instruções, abrangendo, portanto, pequenas áreas. O comprovante principal é a temperatura e as modificações sofridas são de caráter eminente mineralógico.

Metamorfismo Geotermal – também denominado “Burial” ou “de Confinamento”, este tipo de metamorfismo decorre principalmente da ação do peso dos sedimentos sobre as camadas inferiores, provocando principalmente alterações texturais. A inclusão deste processo no campo do metamorfismo é bastante discutível.

Metamorfismo Cataclástico – decorrente da ação delatas pressões dirigidas (em zonas de falha), este tipo de metamorfismo abrange pequenas áreas. Devido à pequena participação da temperatura no processo, as rochas sofrem somente reorientação mineral.

Metamorfismo Regional ou Dinamotermal – caracterizado pela ação intensa de pressão e temperatura, podendo levar até à fusão parcial das rochas. Abrange grandes áreas.

Metamorfismo Hidrotermal – causado pela percolação de intrusões fluidas quentes, este metamorfismo provoca principalmente modificações mineralógicas nas rochas.

5.4. TEXTURAS E ESTRUTURAS:

Comumente (nas rochas ígneas e sedimentos) as feições textura e estruturas são bastante distintas e tem significados diferentes, porém nas rochas metamórficas elas se confundem uma vez que a textura (arranjo mineral interno) se reflete nas estruturas (feições de orientação mineral que são distinguíveis a olho nu).

Desta forma é comum que se encontre a alguma confusão na denominação destas feições, ora denominadas texturas ora estruturas. Utilizaremos para denominar estas feições o termo estrutura, englobando os seguintes tipos básicos:

Foliação – qualquer tipo de orientação mineral em planos ou superfícies de rochas metamórficas.

Xistosidade – superfície gerada pela orientação de minerais planares (principalmente as micas).

Clivagem – orientação de pequenas partículas minerais de formas planares ou asciculares, de caráter eminentemente plano. Sua característica principal é a regularidade de seu comportamento plano.

5.5. MINERALOGIA DAS ROCHAS METAMÓRFICAS:

As rochas metamórficas podem apresentar uma mineralogia bastante variada uma vez que podem se formar a partir de todo tipo de rocha, porém seus minerais essenciais formam um grupo bastante restrito assim como no caso das rochas magmáticas e sedimentares. Existe, porém um grupo de minerais de ocorrência mais restrita que são típicos de rochas metamórficas.

Desta forma os minerais presentes nas rochas metamórficas podem ser dividodos em dois grandes grupos: Minerais Essenciais – feldspatos, piroxênios, anfibólios, quartzo, carbonatos e micas; Minerais Típicos – granada, epidoto, turmalina, cianita, estautolita, andaluzita, serpentina e talco.

5.6. CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS METAMÓRFICAS:

Normalmente as rochas metamórficas apresentam feições bastante diferenciadas uma das outras, não constituindo grupos de rochas com mineralogias e estruturas típicas.

Desta forma uma classificação coerente destas rochas (principalmente no que diz respeito ao interesse para a engenharia civil) é bastante difícil, existindo porém algumas tentativas de classificação baseadas em diferentes critérios: (1) Classificação baseada na Presença de Foliação; (2) Classificação Baseada na Presença de Xistosidade; (3) Classificação baseada no Fácies Metamórficos; e (4) Classificação baseada no Tipo de Metamorfismo.

Como nenhuma destas classificações acima descritas apresenta interesse para as finalidades da engenharia civil, optou-se no presente texto por não recomendar o uso de nenhuma delas.

5.7 ROCHAS METAMÓRFICAS MAIS COMUNS:

Gnaisse – resultante do matamorfismo de granitos e granodioritos, os gnaisses apresentam como característica mais marcante um bandeamento com alternância de cores claras e escuras (denominado foliação gnássica) e, em alguns casos, a presença de granada.

Filitos – caracterização principalmente por uma xistosidade muito bem desenvolvida e alta pasticidade, os filitos são derivados de matamorfismo de folhelhos e argilitos.

Xistos – formado a partir do metamorfismo de rochas ígneas básicas, os xistos apresentam xistosidade muito bem desenvolvida, normalmente ondulada.

Mármores – rochas metamórficas derivada de calcários, os mármores raramente exibem xistosidade e possuem uma composição rica em carbonatos.

Quartzo – derivado de arenito, o quartzo é muito rico em quartzo pode apresentar boa xistosidade quando apresenta boa percentagem de mica.

Itabirito – rico em hematita, exibe alternância de leitos claros e escuros, quando alterado apresenta crosta ferruginosa pronunciada.

Serpentinito – rico em piroxênios, anfibólios e olivina, o serpentinito costuma apresentar cores verdes e xistosidade bem desenvolvida.

Talco – decorrente do metamorfismo de rochas ígneas básicas e ultrabásicas, o talco apresenta cores escuras (esverdeadas principalmente), xistosidade muito desenvolvida e presença freqüente do mineral talco.

5.8. IDENTIFICAÇÃO DAS ROCHAS METAMÓRFICAS:

Apesar de haverem tentativas de utilização de chaves de identificação para as rochas metamórficas, estas normalmente dependem de uma caracterização mineralógica precisa da rocha, a qual as vezes só é possível com o uso de microscópio.

Como cada tipo de rocha metamórfica apresenta feições típicas, o seu reconhecimento é bem mais fácil que o das rochas ígneas e sedimentares. Uma tentativa de sistematização desta identificação rápida da rocha em questão. Uma árvore-lógica desenvolvida para tal finalidade é apresentada na página seguinte.

Árvore Lógica para Identificação de rochas Metamórficas:

S N

Ardósia

N

Itabirito Gnaisse

Quartzito Mármore

Quartzito Talco Xistoso

Filito Xisto Serpentinito

5.9. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL:

Como já foi possível observar nos capítulo “rochas ígneas” e “rochas sedimentares”, o interesse para a engenharia civil se relaciona à sua mineralogia e descontinuidades (texturas e estruturas). No caso das rochas metamórficas a situação não é diferente.

No que diz respeito à mineralogia das rochas metamórficas verifica-se que parte dos minerais que participam de sua composição (típicos do metamorfismo) é estável apenas nas suas condições de formação e quando submetidos a novas condições físico-químicas se alteram facilmente. Assim, o estudo da mineralogia das rochas metamórficas pode ter dois enfoques distintos: (1) mineralogia das rochas – que quando alteradas podem dar origem a produtos altamente plásticos e de baixa resistência, muitas vezes orientados, o que torna o problema maior ainda; (2) mineralogia dos Produtos Residuais – como os minerais presentes nas rochas metamórficas são, na maioria das vezes, silicatos de Ca, Na e Mg, sua alteração pode proporcionar a presença no solo de argilominerais expansíveis.

Com relação às estruturas, as rochas metamórficas podem apresentar dois tipos básicos de problemas, como decorrência do fato de exibirem uma orientação dos minerais em superfície: (1) estes planos são planos potenciais de instabilidade mesmo quando a rocha não está alternada; (2) estas superfícies podem se tornar caminhos preferências de percolação da água podendo gerar grande perda de resistência.

Apresenta Foliação?

Bandeamento Claro/Escuro?

Apresenta Clividade?

Tem Hematita?

Rica em Talco ou Serpentina?

Ricas em Carbonatos?

Talco?

“Macia”?

Xistosidade é Ondulada?

S 

S S

 N 

N 

S 

N 

S 

S 

N 

N

S 

N 

S

N 

CAPITULO 6: INTEMPERISMO

6.1. INTRODUÇÃO

A afirmação “a crosta terrestre é constituída por rochas” faz parece que estas rochas estejam sempre à superfície possibilitando assim os trabalhos de quem se interessem em estudá-las. Quando olhamos ao nosso redor porém, verificamos que não é bem isso que acontece. Na maioria das vezes o material ao qual se tem acesso para estudo é constituído por solos e sedimentos, materiais inconsolidados decorrentes das modificações promovidas nas rochas por processos naturais de desintegração e alteração. Tal fenômeno é, como veremos, ainda mais intenso quando se trata de regiões intertrópicos como é o caso de grande parte de nosso país.

O conjunto de processo responsável pelas transformações ocorridas nas rochas, sejam elas transformações de caráter físico ou químico, recebe o nome de intemperismo (nome este derivado de intempérie – processo natural devido à agentes atmosféricos), sendo também conhecido como meteorização.

6.2. FATORES DO INTEMPERISMO

Como o próprio nome indica, o intemperismo tem suas principais causas relacionadas a fatores climáticos, tais como a umidade, a variação de temperatura, o regime dos ventos, a evaporação e a insolação.

A maioria dos agentes do intemperismo que vamos estudar depende, alguma forma, das condições climáticas, tais como a umidade, a variação de temperatura, o regime dos ventos a evaporação e a insolação.

Grosseria, os fatores do intemperismo podem ser divididos em, físicos, químicos e biológicos, englobando-se aí processos climáticos, reações químicas atividades biológicas.

A ação diferenciada de cada fator do intemperismo promove modificações diferentes nas rochas, mas de maneira geral o intemperismo foi dividido em duas categorias (físico e químico) de acordo com tipo de ação promovida pelo fator específico e com o tipo de alteração surgida na rocha.

Assim é que no conjunto de processos do intemperismo físico se incluem todos aqueles responsáveis por processos de desintegração física das rochas, entre os processos do intemperismo químico todos aqueles que promovam alterações na composição química das rochas.

6.3. INTEMPERISMO FÍSICO

É responsável pela desagregação ou desintegração das rochas, sendo geralmente anterior ao intemperismo químico e, de certa forma, preparando as rochas para as ação posterior do intemperismo químico. Compreende todos os processos de fragmentação das rochas possuindo uma atuação restrita em termos de profundidade, normalmente não ultrapassando alguns metros. Os principais agentes do intemperismo físico são:

Variação da temperatura – as variações da temperatura durante as estações do ano e principalmente entre o dia e a noite provocam fenômenos de expansão e contração de volume das rochas. Como as rochas são compostas, na sua maioria, de minerais diferentes (e que apresentam diferentes coeficiente de dilatação), e como um mesma espécie mineral

pode ter diferente coeficiente de dilatação de acordo com a direção considerada, estes grãos minerais ao se expandir e contrair provocarão o aparecimento de tensões no interior da rocha que tendem a fraturá-la. A ação continua deste fenômeno faz com que a rocha vá se fragmentando com o decorrer do tempo.

Congelamento as Água – é sabido que a água ao se congelar expande seu volume de até 9%. O congelamento da água presente nos poros da rocha cria desta forma pressões que tendem a abrir estes poros. A freqüência de ciclos gelo-degelo promove, a longo prazo, a fragmentação da rocha.

Cristalização de Sais – acontece principalmente em regiões de clima semi-árido onde os sais presentes na rocha não são removidos pela água da chuva. Quando a precipitação acontece existe em seguida um fenômeno intenso de ascenção da água por capilaridade, trazendo consigo estes íons salinos que se cristalizam fendas das rochas. Estas cristalizações criam pressões devidas ao crescimento dos cristais as quais provocam a abertura das fendas, colaborando na fragmentação da rocha.

Agentes Físico-Biológicos – dentre os agentes biológicos que promovem o intemperismo físico os mais comuns são os vegetais. O crescimento das raízes das plantas faz com que estas penetrem nas fendas das rochas onde passam a exercer pressões que abrem estas fendas. Outros agentes biológicos importantes são os animais que fazem buracos e túneis.

6.4. INTEMPERISMO QUÍMICO:

Caracteriza-se pelas reações químicas entre a rocha e soluções aquosas variadas, tornando-se um processo tão mais rápido quanto mais fragmentado estiver à rocha, uma vez que a fragmentação aumenta a área de ataque das soluções sobre a rocha.

A velocidade e o resultado final destes processos dependem de diversos fatores dentre os quais a rocha, o clima, a cobertura vegetal, a topografia e o tempo de duração dos processos. O clima quente e úmido é sem dúvida o mais apropriado a estas reações pois a maior presença de água implica em maior presença de agentes químicos em soluções e maiores temperaturas podem acelerar as reações químicas.

Ao contrário do intemperismo físico, esta modalidade de intemperismo (químico) pode atingir profundidade consideráveis, variando o seu máximo de acordo com o nível de drenagem regional.

De maneira geral pode-se distinguir três estágios na evolução do intemperismo químico: (1) início do ataque químico; (2) decomposição total dos minerais com preservação de texturas e estruturas; (3) decomposição total, com a formação de novos minerais, desaparecimento das texturas e estruturas da rocha, e formação do solo.

Os processos de decomposição podem ser caracterizados de acordo com a natureza da reação química que predomina no processo:

Oxidação – decorrente normalmente da ação de bactérias, sendo os sulfetos e os elementos Fe e Mn os mais suscetíveis à oxidação. Os sulfetos podem fornecer o ácido sulfúrico que tem um papel importante na decomposição das rochas. Normalmente o aparecimento de cores amarelas ou avermelhadas na rocha é o primeiro sinal de oxidação.

Quelação – decorre da ação dos quelatos (sais orgânicos completos) originados a partir do húmus e que tem o poder de fixar e remover certos inos metálicos com Fe e Al. O processo é muito comum em regiões onde as taxas de precipitação não são muito altas e existe acúmulo de matéria orgânica no solo.

Hidratação e Hidrólise – em geral estas reações acontecem em seqüência ou associadas. Na hidratação as moléculas de água são incorporadas aos minerais passando a fazer parte de sua estrutura cristalina. Através da hidrólise o mineral é dissolvido pela água. Normalmente elementos K, Ca, Na e Mg migram em solução e outros como Si e Al formam combinações estáveis dando origem aos argilominerais que são silicatos hidratados de alumínio.

Decomposição pelo Ácido Carbônico – é uma modalidade específica de hidrolise. O ácido carbônico é formado pela reação da água da chuva com o CO2 da atmosfera, Apesar de se tratar de um ácido fraco, o H2CO3 encontra-se em estado dissociado na água que infiltra no solo e é um dos principais agentes do intemperismo. Ele reage com os minerais da rocha formando sais solúveis que migram e argilominerais que ficam com produtos residuais. Além do ácido carbônico é importante também a ação dos ácidos húmico e sulfúricos e de ácidos orgânicos provenientes do metabolismo de microorganismos.

Dissolução – efetuada pelos ácidos anteriormente citados, apresenta como modalidade mais comum a solubilização de carbonatos dando origem a bicarbonatos que migram em solução e produtos insolúveis que ficam como resíduos. Se a ação da circulação da água é intensa e a região apresenta rochas ricas em circulação da água é intensa e a região apresenta rochas ricas em carbonatos, pode haver a formação de grutas calcárias.

Decomposição Químico-Biológica – corresponde a decomposição das rochas através da atividade orgânica, principalmente de bactérias. A seqüência de ocupação de atividades dos organismos vivos em um local ainda não ocupado é: bactérias e fungos, liquens, algas e musgos, e finalmente vegetais superiores. Todos estes organismos segregam CO2, nitratos e ácidos orgânicos como produtos de seu metabolismo, sendo estes produtos incorporados às soluções que atravessam os solos chegando até as rochas onde favorecem a decomposição dos minerais.

6.5. PRODUTOS RESIDUAIS DO INTEMPERISMO:

A ação dos processos de intemperismo físico e químico produz alterações de caráter granulométrico (diminuição do tamanho das partículas) e de caráter composicional (destruição de espécies minerais e aparecimento de outras) que modificam as rochas a tal ponto que estas não podem mais ser descritas como tal.

Quando estes produtos residuais do intemperismo permanecem no local onde os processos se deram eles são denominados solos, quando os materiais são resíduos e transportados para outro local eles são designados sedimentos.

As condições climáticas controlam grande parte dos processos de modificação das rochas e, como decorrência, controlam também as características destes produtos residuais, afirmação que pode ser reforçada pelo fato de rochas bastante diferentes darem origem a solos muito parecidos quando sob as mesmas condições climáticas.

Mineralogicamente os produtos residuais do intemperismo podem ser descritos como silicatos e óxidos de Al e Fe, podendo também aparecer hidrossilicatos de Fe e Al e outros elementos como Mg, Mn e Cr. Os metais alcalinos normalmente são lixiviados (retirados pela chuva) podendo ser transportados para camadas mais profundas ou para outros locais.

Esta caracterização mineralógica depende do estágio de decomposição em que se encontre a rocha: no primeiro estágio não acontecem modificações mineralógicas profundas (as reações mais comuns são de hidratação) apenas alterações pouco significativa na estrutura dos minerais; no segundo estágio as modificações de ordem mineralógica são

intensas e apenas os minerais mais resistentes à alteração são preservados enquanto as estruturas e texturas permanecem intactas; no terceiro e último estágio a rocha foi totalmente modificada e o produto residual que se observa já pode receber a denominação “solo”.

Esta evolução da alteração da rocha até o estágio final (formação do solo) pde ser visualizada esquematicamente através do “perfil do solo”, no qual são apresentadas todas as camadas existentes num perfil de alteração de rocha.

Os três estágios de evolução da alteração da rocha podem ser cada um deles: Estágio 1 – a mineralogia da rocha encontra-se inalterada; Estágio 2 – a mineralogia evolui dando origem às novas espécies minerais estáveis sob as novas condições (como os silicatos hidratados e óxidos de elementos metálicos), os minerais resistentes à alteração como quartzo continuam inalterados; Estágio 3 – tanto a mineralogia como textura da rocha estão totalmente alteradas (com exceção dos minerais resistentes), os íons mais móveis (como K, Na, Ca, Mg) diminuem sensivelmente sua participação na composição dos minerais e a mineralogia apresenta grande percentagem de hidrossilicatos e óxidos e Fe e Al, as condições de estabilidade química estão estabelecidas até que outro fenômeno venha a rompê-la.

Dentro destas características mineralógicas um tipo de mineral tem grande importância serão presentes; no segundo estágio constituem formas instáveis que representam grande risco para obras de engenharia; no terceiro estágio normalmente já evoluíram para formas mais estáveis.

6.6. ARGILOMINERAIS:

Denominadas errôneamente “minerais de argila” ou “minerais argílicos” esta classe mineral compreende os principais componentes das frações finas do solo. As dificuldades de obervação direta destes minerais (devido ao seu tamanho diminuto) fizeram que durante muito tempo eles fossem considerados substâncias amorfas (sem estrutura cristalina).

Apenas com o uso de técnicas relativamente recentes como o Raio X, a Análise Térmica Diferencial e a Microscopia Eletrônica de Transmissão tornou-se possível a caracterização destas substâncias como crsitalinas, adotando-se então a denominação “minerais de argila” para estes compostos.

Estudos posteriores, porém mostram que entre estas partículas encontram-se também diminutos fragmentos de rochas o que fez com que a Comissão Internacional para o Estudo das Argilas recomendasse, em 1959, que se adotasse a denominação argilominerais para estes compostos de granulometria inclusa na fragmentação argila.

As dificuldades de identificação das diversas espécies de argilominerais com base nas técnicas tradicionais (observação a olho nú ou microscopia ótica – usadas normalmente para os outros minerais) fizeram com que se utilizasse os estudos de raios X para sua identificação. Desta forma os argilominerais foram divididos em grupos de acordo com a medida da reflexão na camada basal dos minerais (que é reflexo direto de sua estrutura).

A estrutura dos argilominerais pode ser descrita como a alternância de dois tipos de estruturais básicos: tetraedros de sílica (SiO2) e octaedros de hidróxidos (normalmente Al (OH)3 ou Mg(OH)2. As diferentes formas de combinação dos planos destas duas estruturas básicas condicionam o comprimento de onda da luz refletida na camada basal e, conseqüentemente, a sua classificação. Desta forma tem-se os seguintes grupos de argilominerais:

Grupo da caulinita – argilominerais constituídos pela alternância de um plano de tetraedros e um de octaedros (estrutura denomonada 1:1), comprimento de onda da luz refletida na camada basal de 7,2 Å, inclui os argilominerais caulita, haliosita e crisotila.

Grupo da Montimorilonita – alternância de dois planos de tetraedros e um de octaedros, a estrutura de 2:1, reflexão na camada basal de 11,4 Å, inclui a ilita e a montmorilonita. Estes minerais costumam apresentar uma camada intermadiárias entre as células básicas, na ilita ela apresentar o íon K e na montmorilonita apresente íons mais H2O

Grupo da Clorita – estrutura denominada 2:1:1 (ou 2:1 com camada de hidróxidos) composta por dois planos de tetraedros, um de octaedros e uma camada de hidróxidos) composta por dois planos de tetraedros, um de octaedros e uma camada de hidróxidos, comprimento de onda da reflexão basal de 14,7 Å, incluindo os minerais clorita, vermiculita e paligorsquita.

6.7. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL:

Com relação à mineralogia das frações de granulometria mais grosseira do solo pode-se dizer que sua maior importância está no fato de constituírem importantes matérias de construção. Já as frações mais finas (a fração argila principalmente), devido á presença de argilominerais necessitam de uma atenção especial. Estes compostos (argilominerais) apresentam propridades de expansão quando em contato com a água que são muito importantes para a engenharia civil. Todos os argilominerais apresentam este fenômeno porém o ele é mais intenso nos grupos 2:1 e 2:1:1 podendo conferir alta plasticidade aos solos, diminuindo desta forma sua resistência.

CAPITULO 7: TECTÔNICA E ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS

7.1. INTRODUÇÃO:

O interesse da tectônica, mais propriamente geotectônica, abrange o estudo dos movimentos sofridos no presente e no passado pela crosta terreste. Com relação a estes movimentos crustais, as maiores evidências de sua existência são fenômenos que ocorrem em larga escala como terremotos em geração de cadeias de montanhas.

Estes movimentos podem apresentar velocidades variadas, podendo ser bastante lentos (da ordem de 1m para cada 25.000 anos) como nos Alpes, ou muito rápidos como no caso de erupções vulcânicas (450 em três dias no caso do vulcão Parácuntin no México).

Os movimentos tectônicos podem ser de dois tipos: Orogênicos (movimentos geradores de cadeias de montanhas, criados a partir de esforços que se dirigem do mar para o continente, comprimido os materiais que bordejam os continentes fazendo com que estes materiais se acumulem por deformação e soerguimento) e Epirogênicos (movimentos de componentes verticais ascendentes e descendentes, cujos esforços são gerados no interior do planeta).

7.2. RELAÇÃO TECTÔNICA X DEFORMAÇÃO:

Todo movimentos tectônicos está associado à componentes de deformação, ou seja, as forças geradas quando de um movimento tectônico provocam deformações nas rochas presentes na área afetada. Estas deformações podem se dar em áreas restritas ou em escalas de dimensões continentais.

Com relação às rochas pode-se estabelecer, como para qualquer outro material, intervalos de comportamentos frente aos esforços aos quais a rocha é submetidas: (1) Regime Elástico – regime de deformação no qual quando cessa a causa que promoveu a deformação o corpo volta às condições anteriores; (2) Regime Plástico – a rocha se dapta às novas condições de tensão deformando-se através da alteração de sua forma e estrutura interna, não retornando à condição anterior quando cessa o esforço; (3) Regime Rúptil – o material não suporta mais absorver tentão e dissipá-la na forma de deformação plástica e se rompe.

7.3. DISSIPAÇÃO DE ESFORÇOS x ESTRUTURAS:

Como já se pôde perceber, os esforços gerados quando de movimentos tectônicos são dissipados através da deformação das rochas, o que se dá através de alterações de forma e estrutura, alterações estas promovidas por reajustes químicos e por micro-fraturas.

Estas deformações podem se dar de maneira diferente de acordo com o regime (elástico, plástico ou rúptil) ao quais as rochas foram submetidas. Com base nisto criou-se, para as rochas, o denominado “Critério de Competência” que classifica as rochas de acordo com suas respostas frente aos esforços em : Competentes – rochas capazes de dissipar esforços através de deformações em regime plástico; e Incompetentes – rochas que apresentam dificuldade em absorver esforços em regime plástico, se deformando em regime rúptil.

É importante ressaltar que este conceito está intimamente relacionado com a mineralogia e a textura da rocha.

Quando dissipam esforços através da deformação as rochas o fazem, como já vimos, por meio de alterações de seu arranjo mineral. Estas alterações se refletem posteriormente nas rochas através de estruturas que nada mais são que a conseqüência desses novos arranjos internos. De acordo com o regime de deformação ao qual foi sujeitas, a rocha vai apresenta estruturas de características bastante diferentes, daí o fato de neste capítulo se dividir as estruturas das rochas em estruturas de origem plástica e estruturas de origem rúptil.

7.4. ESTRUTURAS DE ORIGEM PLÁSTICA:

Neste grupo são incluídas as estruturas que evidenciem deformações nas rochas através de variação de volume (característica de deformações em regime plástico). Estas estruturas podem ser divididas em dois grupos:

Deformações Flexurais – normalmente são decorrentes de soerguimentos em áreas de deposição sedimentar gerando estruturas onduladas com inclinações suaves que mostram flexuras em suas bordas (flexuras estas que costumam ser denominadas antiformes e as depressões sinformes.

Dobramentos – ocorrem quando as rochas são submetidas a esforços superiores ao intervalo de regime elástico, fazendo com que as camadas de rocha se dobrem formando saliências e depressões. As saliências são denominadas antiformas e as depressões sinformes.

As dobras podem ter as formas mais variadas, portanto sua classificação depende do estabelecimento de critérios adotados para esta descrição estão baseados na geometria das dobras são denominados “elementos geométricos da bobra”: Linha de Charneira – linha que une os pontos de curvatura máxima da dobra; Superfície Axial – superfície que contém as linhas de charneira de todas as camadas sucessivas; Eixo da Dobra – linha de charneira de cada camada; Crista da Dobra – linha que liga os pontos mais altos de uma mesma camada, só coincide com o eixo em dobras simétricas e cilíndricas; flancos da dobra – lados da dobra que se unem em seu eixo.

Com base nestes elementos geométricos é possível caracterizar os inúmeros tipos de dobras encontradas nas rochas, porém aqui serão apresentados apenas os tipos mais comuns.

Este critério de classificação que se baseia nos elementos geométricos das dobras permite que se tenha três tipos clássicos de classificação:

Baseada na Inclinação dos Flancos – classifica as dobras em anticlinais (apresenta a crista voltada para cima, com os flancos se inclinando em sentidos opostos – divergindo a partir da crista, apresentando as camadas mais antigas no núcleo); e sinclinais (a crista é voltada para baixo, os flancos se inclinam uma para o outro convergindo para a crista, apresentando as rochas mais novas em seu núcleo).

Baseada na Superfície Axial – com base neste critério as dobras podem ser dividas em simétricas (os flancos formam o mesmo ângulo com a superfície axial), assimétricas (os flancos formam ângulos com a superfície axial), e deitados (o plano axial tende à horizontalidade).

Baseada no Estilo da Dobra – classifica as dobras em isoclinal (ambos os flancos foram ângulo na mesma direção), recumbente (isoclinal na qual a superfície axial é horizontal), em leque (os flancos se inclinam na mesma direção no anticlinal e em direções

opostas no sinclinal), e monoclinal (flancos muito longos, dobramentos abruptos com cristas restrita com forte inclinação).

7.5. ESTRUTURAS DE ORIGEM RÚPTIL:

Esta classe compreende as estruturas formadas quando o regime plástico de deformação é ultrapassado e as rochas se deformam por ruptura. Estas estruturas podem ser de dois tipos:

Fraturas – planos que separam um corpo de rocha em duas partes e ao longo do qual não houve deslocamento. Podem receber o nome de juntas (quando são formadas por resfriamento – rochas ígneas, ou ressecamento – rochas sedimentares); ou diáclases (quando são geradas por esforços, podendo ser tanto esforços de compressão como de tração).

Falhas – estruturas rúpteis ao longo das quais houve deslocamento, fato este que as diferencia das fraturas. Assim como as dobras, podem ter tamanhos variados (desde mm até centenas de km).

Da mesma forma que para as dobras, os critérios utilizados para descrição das falhas estão baseados em elementos geométricos característicos: Plano de Falha – superfície ao longo da qual se deu a ruptura e o deslocamento; Linha de Falha – Interseção do plano de falha com a superfície do terreno; Rejeito – deslocamento relativo entre pontos da rocha que se encontrava em contato antes do movimento, medido no plano de falha; Capa ou Teto – bloco acima do plano de falha; Lapa ou Muro – bloco abaixo do plano de falha.

Com relação ao comportamento dos blocos (teto e muro) em relação ao plano de falha pode-se diferenciar os seguintes tipos de falha:

Normal – falha na qual a capa ou teto se moveu aparentemente para baixo com relação ao muro ou lapa.

Inversa ou De Empurrão – falha onde a capa ou teto se movimentou aparentemente para cima com relação ao muro ou lapa.

7.6. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL:

O conhecimento da ocorrência destas estruturas citadas é de grande importância para a engenharia já que as mesmas normalmente se constituem em superfícies potenciais de instabilidade com relação a diversos aspectos: zonas de baixa resistência para fundações, zonas de instabilidade potencial de taludes, zonas de enriquecimento em minerais expansíveis, zonas de possível instabilidade de paredes de túneis, zonas de endurecimentos excessivos devido à recristalização podendo tornar-se um sério obstáculo à equipamentos de escavação.

CAPITULO 9: ROCHAS E DERIVADOS COMO MATERIAIS DE CONTRUÇÃO

9.1 INTRODUÇÃO:

A utilização das rochas nas sociedades humanas tem uma idade bastante antiga no que se diz respeito ao seu uso para criar ferramentas e utensílios para o desempenho das tarefas diárias tais como a extração de produtos animais ou vegetais. Isso pode ser evidenciado pela existência de utensílios de pedra datados e 1,5 milhões de anos.

Com relação, porém à utilização das rochas como materiais de construção esta história á bem mais recente, pois a necessidade de construção de moradias só surgiu na história da humanidade a partir do momento que as sociedades fizeram a opção pela vida agrícola (cerca de 8.000 anos a.C.) o que favoreceu a fixação destas sociedades em áreas restritas.

A partir deste momento as sociedades antigas passaram a utilizar, para construção de seus edifícios, os materiais de construção naturais que pudessem ser encontrados à menor distância possível.

Esta regra de facilidade de obtenção de matérias primas e de simplicidade construtiva não era, no entanto válida para as edificações de caráter religioso (templos e túmulos) as quais apresentavam grande suntuosidade tornando-se, por isso mesmo, obras de grande beleza e que demandaram conhecimentos bastante avançados de técnicas construtivas.

Exemplos clássicos deste tipo de construções são as obras dos Assírios (que dominavam a técnica de fabricação de cerâmicas, inclusive vitrificadas), dos Egípcios (com suas pirâmides construídas de rochas e sua arte de escultura em granito), dos Gregos (criadores dos pórticos e que desenvolveram enormemente a técnica de estruturas em mármore), dos Romanos (que criaram a combinação de arcos para gerar abóbodas, dando grande avanço às técnicas construtivas através da assimilação e melhoria de técnicas construtivas de povos conquistados); e dos Hindus (que produziram grandes templos escavados diretamente na rocha).

9.2. FORMAS DE UTILIZAÇÃO DOS MATERAIS DE CONSTRUÇÃO:

De acordo com a matéria prima disponível e as necessidades construtivas de cada civilização (desde as mais antigas até as atuais) a humanidade tem desenvolvido formas diversas de utilização dos diversos materiais de construção. Estas formas de utilização podem ser divididas em quatro grandes grupos de acordo com o formato e o grau de processamento ao quais os materiais tenham sido submetidos em:

Agregados – brita, areia e cascalho. Blocos – enrocamento, muro de arrimo e paralelepípedo. Placas – guias, lajes para calçamento e placas polidas. Matéria prima – cerâmica, cal e cimento. Com relação às rochas, as formas clássicas de extração são blocos, placas e brita;

os sedimentos e solos são utilizados na forma de materiais de empréstimo (areia, cascalho, argila e solo).

9.3 AS ROCHAS COMO MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO:

As rochas apresentam diversas formas de utilização, porém as mais comuns como materiais de construção são na formas de agregados e placas para revestimento. A forma de utilização depende da rocha considerada, sendo função de suas características e propriedades.

9.3.1 ROCHAS MAIS UTILIZADAS:

Mármores – podem apresentar grande variedade de cores e padrões, tendo como formas clássicas de utilização o uso em revestimento de piso de paredes e o uso em esculturas.

Quartzito – utilizado geralmente na forma de placas para calçamento, pois é anti-derrapente e apresenta grande rendimento e fácil substituição, alem de ser bom isolante térmico.

Gnaisses – quando apresenta pouca mica podem ser usados em revestimento, em locais onde existe escassez de outro tipo de rocha com boa resistência à compressão, costuma a ser utilizado como agregado e como lastro de rodovia.

Ardósia – o fato de apresentarem superfícies muito lisas e bastante leveza (além da beleza natural) faz com que as ardósias apresentarem diversas formas de utilização tais como pisos, sanitários, losas, mesas de bilhar e telhas.

Calcários – apresentam bom polimento e brilho natural intenso, além de serem geralmente macios o que o torna bons materiais para revestimento e para esculturas.

Arenitos – quando apresentam certa dureza podem ser utilizadas para revestimento e como “petit-pavé”.

Granitos – muitos bom para quase topo tipo de utilização, porém seu alto preço faz com que seja utilizado principalmente como pedra para revestimento. Apresentam grande variedade de cores e englobam, em sua caracterização comercial, outro tipo de rochas utilizadas em revestimento tal como os gabros, dioritos, riolitos, sienitos, andesitos e outros. Todos conhecidos sob denominação comercial de “granitos”.

Basalto – excelente para utilização na forma de agregado ou “petit-pavé”, sua caracterização comercial costuma incluir os diabásios.

9.3.2. CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES:

Mineralogia – deve-se da atenção principalmente à certos minerais acessórios que possam, devido a sua alteração, apresentar problemas estéticos (devido à oxidação) ou perda de resistência.

Estruturas – rochas que apresentam orientações minerais (em planos ou linhas) podem apresentar variações significativas em sua resistência segundo a direção considerada, podendo também condicionar a sua extração (proporcionando placas de menor espessura, por exemplo) e o seu beneficiamento (alta percentagem de fragmentos placóides na britagem). A maior homogeneidade da rocha significa menor perda no desdobramento (transformação dos blocos em placas) e, portanto maior rendimento.

Texturas – com relação à textura devem ser consideradas duas características básicas: homogeneidade (quando mais homogênea é a textura maior a resistência das rochas à esforços mecânicos e à alteração) e distribuição de tamanho (quanto mais

equigranular for a rocha mais fácil o seu afeiçoamento – aproximação de uma forma desejada).

9.3.3. PROPRIEDADES DE CARACTERIZAÇÃO

Com relação às propriedades utilizadas na caracterização da qualidade das rochas usadas como materiais de construção civil e consequentemente a caracterização da melhor finalidade de utilização e valor da “pedra”, podem ser descritas inúmeras variáveis usadas na caracterização.

Por se tratar de um número bastante grande de propriedades consideradas, serão citadas aqui apenas as mais comuns. Para fins didáticos estas propriedades serão divididas em “naturais” e “de resistência”.

a. Propriedades Naturais

Porosidade – relação entre o volume de vazios existente na rocha e seu volume total. Condiciona fatores importantes relacionados à resistência mecânica e resistência a alteração.

Massa Específica – fornece uma idéia da tensão aplicada pela rocha quando apoiada sobre uma superfície, podendo ser caracterizada de duas formas: massa especifica da rocha (relação entre a massa da rocha e seu volume) e massa específica dos sólidos da rocha (relação entre a massa e o volume de sólidos da rocha).

Grau de densidade ou compacidade – relação entre o volume de sólidos e o volume total da rocha, caracteriza qualitativamente a resistência da rocha à compressão e sua porosidade (para rochas de mesma composição mineralógica, quanto maior a compacidade menor a porosidade e maior a resistência à compressão).

Higroscopicidade – capacidade de absorção de água por capillaridade que a roca apresenta. A água proveniente da fundação, das paredes ou da argamassa pode provocar a cristalização de sais ou a alteração de certos minerais das rochas, provocando problemas de fragmentação ou de oxidação da rocha.

Condutividade Térmica – caracteriza as rochas de acordo com a sua utilização, principalmente com a relação a pavimentos e revestimentos.

Aderência – aptidão da rocha para se ligar com a argamassa, está intimamente à porosidade, à existência das fraturas ou vesículas, e à rugosidade natural dos minerais constituintes da rocha. É uma característica importante na classificação de rochas destinadas à produção de agregados.

Adesividade – aptidão do fragmento de rocha de se legar ao betume, importante com relação à utilização da rocha como matéria prima em pavimentos asfálticos. Está relacionada na composição química da rocha, geralmente a adesividade aumenta com a diminuição da percentagem de quartzo presente na rocha.

b. Propriedades Mecânicas ou de Resistência

Resistência à compressão – importante na caracterização de rochas utilizadas como agregados; quando estas são utilizadas como revestimento as solicitações são muito mais intensas no ligante.

Resistência à tração – utilizada normalmente apenas como critério de caracterização da rocha.

Resistência à Flexão – seu conhecimento é muito importante no transporte de placas utilizadas em revestimentos.

Resistência ao cisalhamento – se conhecimento geralmente é pouco importante, ao não ser quando se trata de rochas com forte orientação mineralógica que sejam utilizadas no calçamento e ruas (devido a possível fenômeno de desplacamento).

9.4 SEDIMENTOS E SOLOS COMO MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO:

Com relação ao uso de produtos derivados das rochas como materiais de construção deve-se incluir não só os solos mas também os sedimentos. Na maioria das vezes este materiais apresentam utilização direta ou semi-direta como materiais de construção e sua caracterização diz respeito basicamente à presença de materiais que possam considerados “indesejáveis”, seja por características mineralógicas ou granulométricas.

Este tipo de utilização dos materiais como “produtos não processados” podem levar à divisão dos mesmos em dois grandes grupos: o daqueles utilizados como agregados (cascalho e areia) e aqueles utilizados como matérias primas (argilas para cerâmicas, por exemplo). Este segundo grupo (matérias primas) é assunto de outras disciplinas como “Materiais de Construção”.

O grupo dos materiais usados como agregados apresenta como característica mais importante a sua granulometria, que devem ser mais homogênea possível (para evitar aumento com os custos de beneficiamento) uma vez que se trata de materiais de preços de mercado relativamente baixos e de ocorrência bastante comum.

Um fator importante com relação a estes materiais é a alta taxa de impacto ambiental que sua extração costuma acarretar.

Com relação à utilização do solo como material de construção (compactado nas maioria dos casos) trata-se de assunto do âmbito de outras disciplinas como “Mecânica dos Solos” e “Maciços e Obras de Terra”.