14/08/2016

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Introdução à Engenharia Geotécnica

A Crosta Terrestre

Vítor Pereira Faro                     Sidnei Helder Cardoso Teixeiravpfaro@ufpr.br                                                  s.teixeira@ufpr.br

Agosto 2016

Introdução à Geologia

GeologiaCiência da terra que trata de sua origem, composição (estrutura), de seus processos internos e externos e de sua evolução, através do estudo das rochas.

GEO = terra; LOGOS = estudo

É objeto da Geologia o estudo dos agentes de formação e transformação das rochas, da composição e disposição das rochas na crosta terrestre.

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Histórico da Geologia∙ Nicolaus Steno (1631‐1686), Bispo de Hamburgo: fundador da Geologia como um ramo independente da Ciência;

∙ J.G. Lehmann, alemão, visualizou a possibilidade de ordenar a disposição e idade das rochas da crosta terrestre;

∙ James Hutton (1726‐1797), escocês, foi o 1º grande nome nos anais da Ciência. Seu livro “Teoria da Terra” trouxe as bases para os grandes avanços do séc. XIX;

∙ Séc. XIX: a ciência geológica sofre preconceitos religiosos e filosóficos, oposição às idéias sobre a antiguidade da Terra.

Histórico da Geologia∙ A moderna Geologia sofre influência da publicação “A origem das espécies ”, de Charles Darwin (1859);

∙ Meados do séc. XIX: o progresso da sociedade industrial européia motivou grandes obras, desenvolvendo a Geologia;

∙ 1914: desenvolvimento da Mecânica das Rochas, Geomecânica e Mecânica dos Solos;

∙ Década de 1950: grande desenvolvimento após a 2ª Guerra Mundial, exigindo a utilização de especialistas em todas as áreas de conhecimento científico e tecnológico, resultando no aceleradocrescimento da Geotecnia.

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Divisão da Geologia

Geologia teórica ou geralFÍSICA: estudo dos tipos de materiais e de certas estruturas, bem como do seu modo de ocorrência.

∙ Mineralogia: trata das propriedades cristalográficas (formas e estruturas), físicas e químicas dos minerais, bem como da sua classificação;∙ Petrografia: descrição dos caracteres intrínsecos da rocha, analisando sua origem (composição química, minerais, arranjo dos grânulos, estado de alteração, etc.);∙ Sedimentologia: estudo dos depósitos sedimentares e sua origem. As inúmeras feições apresentadas nas rochas podem indicar os ambientes que existiam no local no passado e assim entender os ambientes atuais;

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Geologia teórica ou geral

∙ Estrutural: investiga os elementos estruturais presentes nas rochas e causados por esforços;

∙ Geomorfologia: trabalha com a evolução das feições observadas na superfície da Terra, identificando os principais agentes formadores dessas feições e caracterizando a progressão da ação de agentes como o vento, gelo, água... que afetam bastante o relevo terrestre. Em resumo: estuda a maneira como as formas da superfície da Terra são criadas e destruídas.

Geologia teórica ou geralHISTÓRICA: estudo da evolução dos acontecimentos e fenômenos ocorridos no passado.

∙ Paleontologia: estuda a vida pré‐histórica, através dos fósseis de animais e plantas micro e macroscópicos encontrados nas rochas. Os fósseis são indicadores das condições de vida existentes no passado geológico, preservados por meios naturais na crosta terrestre;

∙ Estratigrafia: trata do estudo da seqüência das camadas (condições de sua formação e a correlação entre os diferentes estratos ou camadas).

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Geologia Aplicada

À ECONOMIA: estudo do solo, rochas, água subterrânea e sua influência no planejamento e construção de estruturas de engenharia, ou seja, é o estudo dos materiais do reino mineral que o homem extrai da Terra para sobrevivência e evolução (substâncias orgânicas e inorgânicas).

∙ Mineração;∙ Petróleo.

Geologia Aplicada

∙ À ENGENHARIA: é a ciência dedicada à investigação, estudo e solução de problemas de engenharia e meio ambiente, decorrentes da interação entre a Geologia e os trabalhos e atividades do homem, bem como à previsão e desenvolvimento de medidas preventivas ou reparadoras de acidentes geológicos(Ass. Internacional de Geologia de Engenharia).

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Aplicações da Geologia na Engenharia CivilAtividades de superfícieObtenção de materiais para construções, Construção de estradas, cortes e minas a céu aberto, Fundações de edifícios, Obtenção de água subterrânea, Barragens de terra e aterros em geral, Túneis e escavações subterrâneas, 

Atividades de profundidadeEscavações de túneis, Escavações de Minas em profundidade, Cavernas para hidroelétricas

Atividades especiaisEngenharia de Petróleo, Engenharia Geotécnica em geral,Engenharia do Meio Ambiente

Elementos sobre a terra e a crosta

terrestre

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A TERRA

A TERRA

. Esferóide achatado nos Pólos e dilatado no Equador.

. Diâmetro Polar: 12.712 Km.

. Diâmetro Equatorial: 12.756 Km.

. Maior elevação: Everest 8.840m (HIMALAIA).

. Maior depressão: Fossa das Marianas (Filipinas): 11.516m.

. Massa (lei da gravitação de Newton): 6 sextilhões ton.

. Densidade: 5,52 (5,52 vezes o peso da água).

. Rochas de ocorrência na superfície: d = 2,7‐3,0 ;

. Interior da terra: > Densidade.

. Raio Médio: 6300 Km.

. Perfuração Atingida: 7Km (0,1%).

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Composição da TerraInformações sobre o interior da terra: Meios Indiretos ‐ Estudos de propagação de ondas sísmicas originadas por terremotos, cujas vibrações são medidas por sismógrafos.

Propriedade Ondaslongitudinais(compressão)

Ondas transversais(distorção)

Nome Principais (P) Secundárias (S)

Vibração

Direção // à de propagação (= onda sonora)

Direção à de propagação (= ondaluminosa)

Velocidade Maior Menor

Meio Sólido e líquido Sólido

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Partes do Globo

MANTO NÚCLEO

CROSTA120 KM

A TERRA

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A TERRA

Partes do globoa) Crosta: vai desde a superfície até a descontinuidade abaixo dos oceanos e de 30 à 50 km nas regiões continentais.b) Manto: Compreendido entre as descontinuidades de Mohorovicic e do Weichert‐Gutenberg, com espessura de 2.900 km. De acordo com a velocidade de transmissão das ondas sísmicas identificou ser formado de silicatos, alguns sulfetos e óxidos de ferro. d = 3,3 ‐ 4,7c) Núcleo: Compreendido entre a descontinuidade de Weichert‐Gutenberg e o centro da terra. É formado de um material que se comporta na parte exterior como um líquido e na parte mais interna possivelmente sólida ‐ Ligas de Fe e Ni.d = 12,2

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Crosta (Litosfera)

Crosta (Litosfera)SIAL (sílica + alumínio)

‐ Nas regiões continentais: zonas superiores (placas), com espessura da ordem de 15 km‐ Nas regiões oceânicas: praticamente ausente‐ Predomínio de rochas graníticas, ricas em sílica e alumínio‐ Propaga ondas elásticas com velocidade de 6,0 a 6,5 km/s‐ Em geral está coberto pelas formações sedimentares

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Crosta (Litosfera)SIMA (sílica + magnésio):

‐ Nas regiões continentais: zonas inferiores, com espessura da ordem de 30 km‐ Nas regiões oceânicas: presentes, espessura de 5 a 10 km ‐ Predomínio de rochas basáltica, ricas em silicatos de magnésio e ferro.‐ Propaga ondas elásticas com velocidade de 6,5 a 7,0 km/s

Constituição da Crosta (Litosfera)Rochas: Agregados naturais de uma ou mais espécies de minerais. Constituindo assim unidades mais ou menos definidas da crosta terrestreClassificação quanto a gênese (Formação):. Magmáticas: Formadas a partir do resfriamento e consolidação do magma, que é um material em estado de fusão no interior da terra.. Sedimentares: Formadas por consolidação de materiais derivados da decomposição e desintegração de qualquer rocha.. Metamórficas: Originadas pela ação da pressão, temperatura e de soluções químicas de outra rocha qualquer.

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Constituição da Crosta (Litosfera)

Constituição da Crosta (Litosfera)

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Escala geológica do tempo

Qual a Idade da Terra ???

‐ Extrapolação sobre a velocidade de fenômenos geológicos atuais, transferindo‐se seus resultados para o passado.‐ Estudos modernos: Radioatividade ‐ Possibilidade de determinação do tempo de transmutação de um elemento em outro (mudança do nº atômico com o tempo).

Escala geológica do tempo

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Escala geológica do tempo

Evolução dos Continentes

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Evolução dos Continentes

Movimento das Placas Tectônicas

Descontinuidade do relevo 

MontanhasCordilheiras do Himalaia

Fossas oceanas (7 a 5mil metros)

Fossas das Marianas 11 mil metros

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Movimento das Placas Tectônicas

Grandes blocos de rocha 60 a 70 km flutuando sobre magna. 

Movimento das Placas Tectônicas

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Evolução dos Continentes

Planeta Terra