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__________________________________________________________FACULDADE PIO DÉCIMO Curso: Engenharia Civil - Disciplina: Geologia de Engenharia 1. GEOLOGIA DE ENGENHARIA 1.1. Definição de Geologia de Engenharia “Engenharia é a arte de aplicar conhecimentos científicos e empíricos, e certas habilitações específicas à criação de estruturas, dispositivos e processos que se utilizam para converter recursos naturais em formas adequadas ao atendimento das necessidades humanas”. (Novo Dicionário da Língua Portuguesa) “Geologia é a ciência que estuda a estrutura da crosta terrestre, seu modelado externo e as diferentes fases da história física da terra”. (Dicionário Geomorfológico) Como vem acontecendo em outras áreas do conhecimento, o conceito de Geologia de Engenharia tem evoluído com o tempo, procurando acompanhar as novas tecnologias e necessidades desenvolvidas pelo homem. Um dos conceitos mais antigos é o de Krynine, Judd (1957), estabelece que a Geologia de Engenharia pode ser definida como um ramo do conhecimento humano que usa a informação geológica, combinada com a prática e a experiência para assistir ao engenheiro na solução de problemas nos quais este conhecimento é aplicável”. Num dos conceitos mais atuais, a Geologia de Engenharia, ramo aplicado das Geociências, foi definido nos estatutos da Associação Internacional de Geologia de Engenharia (IAEG), conforme aprovado em setembro de 1992 em Kyoto no Japão, e adotado pela ABGE - Associação Brasileira de Geologia de Engenharia como “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”. Nestes 35 anos que separam estas duas definições, observam-se duas novas abordagens da Geologia de Engenharia: uma refere-se a transformação de um caráter apenas informativo, subordinado e passivo de sua ação à atividade de Engenharia para um importante papel no sentido de solucionar e intervir na sua correção (Engenharia) e prevenção de acidentes geológicos; uma outra abordagem relaciona-se a um caráter multidisciplinar com um enfoque a questões ambientais. No próprio IPT, onde nas últimas décadas tem-se concentrado o maior número de especialistas desta área no país, é possível verificar esta tendência refletida na estrutura de sua Divisão de Geologia - DIGEO, onde dois de seus agrupamentos (Geologia Aplicada a Obras e Geologia Aplicada (1)

Notas de Aula - Geologia

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1. GEOLOGIA DE ENGENHARIA

1.1. Definição de Geologia de Engenharia “Engenharia é a arte de aplicar conhecimentos científicos e empíricos, e certas habilitações específicas à criação de estruturas, dispositivos e processos que se utilizam para converter recursos naturais em formas adequadas ao atendimento das necessidades humanas”. (Novo Dicionário da Língua Portuguesa)

“Geologia é a ciência que estuda a estrutura da crosta terrestre, seu modelado externo e as diferentes fases da história física da terra”. (Dicionário Geomorfológico)

Como vem acontecendo em outras áreas do conhecimento, o conceito de Geologia de Engenharia tem evoluído com o tempo, procurando acompanhar as novas tecnologias e necessidades desenvolvidas pelo homem.

Um dos conceitos mais antigos é o de Krynine, Judd (1957), estabelece que a “Geologia de Engenharia pode ser definida como um ramo do conhecimento humano que usa a informação geológica, combinada com a prática e a experiência para assistir ao engenheiro na solução de problemas nos quais este conhecimento é aplicável”.

Num dos conceitos mais atuais, a Geologia de Engenharia, ramo aplicado das Geociências, foi definido nos estatutos da Associação Internacional de Geologia de Engenharia (IAEG), conforme aprovado em setembro de 1992 em Kyoto no Japão, e adotado pela ABGE - Associação Brasileira de Geologia de Engenharia como “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”.

Nestes 35 anos que separam estas duas definições, observam-se duas novas abordagens da Geologia de Engenharia: uma refere-se a transformação de um caráter apenas informativo, subordinado e passivo de sua ação à atividade de Engenharia para um importante papel no sentido de solucionar e intervir na sua correção (Engenharia) e prevenção de acidentes geológicos; uma outra abordagem relaciona-se a um caráter multidisciplinar com um enfoque a questões ambientais.

No próprio IPT, onde nas últimas décadas tem-se concentrado o maior número de especialistas desta área no país, é possível verificar esta tendência refletida na estrutura de sua Divisão de Geologia - DIGEO, onde dois de seus agrupamentos (Geologia Aplicada a Obras e Geologia Aplicada

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ao Meio Ambiente) foram organizadas segundo duas áreas básicas de atuação da Geologia de Engenharia (Bitar, 1995).

Assim, a Geologia de Engenharia, anteriormente também conhecida como Geologia Aplicada, pode ser definida como a união entre o campo do conhecimento da Terra, representada pela Geologia como base científica, e o campo de desenvolvimento das técnicas de transformação da Terra pelo homem, tendo como área de aplicação a Engenharia.

Ainda de acordo com o novo estatuto da IAEG a Geologia de Engenharia abrange:

a) a identificação das condições da geomorfologia, estrutura, estratigrafia, litologia e águas subterrâneas das formações geológicas;

b) a caracterização das propriedades mineralógicas, físicas, geomecânicas, químicas e hidráulicas de todos os materiais terrestres envolvidos na construção, recuperação de recursos e alterações ambientais;

c) a avaliação do comportamento mecânico e hidrológico dos solos e maciços rochosos;

d) a previsão de alterações, ao longo do tempo, das propriedades acima;

e) a determinação dos parâmetros a ser considerados na análise de estabilidade de obras de engenharia e de maciços naturais; e

f) a melhoria e manutenção das condições ambientais e das propriedades do terreno”.

A Geologia de Engenharia tem uma grande relação com a Mecânica dos Solos e a Mecânica das Rochas, formando o campo da Geotecnia, conforme se observa na figura apresentada a seguir.

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OBRAS CIVIS E

MINEIRAS

MEIO AMBIENTE APLICAÇÃO

MECÂNICA DOS SOLOS

MECÂNICA DAS ROCHAS

GEOTECNIA

GEOLOGIA DE

ENGENHARIA

ACERVO TECNOLÓGICO

GEOLOGIA

MECÂNICA

RESISTÊNCIA DOS

MATERIAIS

BASE CIENTÍFICA

( Bitar, 1995 )

1.2. Evolução Histórica No Exterior

Embora a aplicação empírica dos resultados de observações de natureza geológica tenha se processado ao longo de todo o desenvolvimento da civilização, a Geologia somente foi definida a partir do final do século XVIII, no estudo dos aspectos estruturais dos Alpes suíços.

Durante esse século e o seguinte, destacaram-se vários pesquisadores, como Hutton (1726-1797), Lyell (1797-1875), Darwin (1809-1882), dentre outros que criaram as bases da Geologia.

James Hutton publicou na Escócia, em 1785, a “Teoria da Terra”. Neste livro ele estabelece conceitos pioneiros na época, como por exemplo: dos processos lentos que atuam na dinâmica da Terra e da divisão em três grupos fundamentais de rochas que são adotados até nossos dias.

O século XIX foi em grande parte consumido na defesa de novos conceitos a respeito da evolução da Terra, que foram duramente contestados pela Igreja católica.

A partir de meados do século XIX, obras necessárias para atender as exigências do grande crescimento industrial europeu, principalmente nos sistemas de comunicação e transporte, forçaram os técnicos envolvidos a apurar sua capacidade de previsão e prevenção de dificuldades em obras

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subterrâneas nos Alpes, contribuindo enormemente para o conhecimento geológico.

Após a Primeira Guerra Mundial, um grande surto de desenvolvimento varreu a Europa dos anos 20, destacando-se na Geologia de Engenharia de Obras Subterrâneas nomes como: J. Schmidt, J. Stini e Hans Cloos. Este último destacou-se na interpretação de fenômenos tectônicos e sua implicação em obras subterrâneas, enfatizando a necessidade de se efetuar um estudo geoestrutural adequado para conhecer o maciço rochoso.

No início do século XX, foram estabelecidas por Karl Terzaghi (1883-1963) as bases teóricas e conceituais da Mecânica dos Solos, que enfatizou em toda a sua obra a importância da geologia na compreensão dos fenômenos que ocorrem nos terrenos e na resolução de problemas de engenharia. São clássicos os trabalhos “Efeito de detalhes geológicos secundários na segurança de barragens” (1929) e “Mecanismos de Escorregamentos” (1950).

No intervalo de tempo compreendido entre as duas guerras, tornou-se corriqueira a participação de equipes de geólogos de engenharia em empresas e organizações voltadas a projetos e execução de grandes obras.

A partir da década de 50, ocorre um crescimento acelerado da Geologia de Engenharia, em grande parte devido à utilização crescente em todas as áreas de crescimento científico e tecnológico.

• Final do século XVIII – De Saussure (1740-1799) define Geologia

• Século XVIII e XIX – Hutton (1726-1797), Lyell (1797-1875) e Darwin (1809-1882) criaram as bases da Geologia

• Meados XIX – Grande contribuição ao conhecimento geológico

• Após 1ª Guerra Mundial – Desenvolvimento da Geologia de Engenharia, valiosas contribuições de Schmidt, Stini e Hans Cloos

• Década de 20 – Karl Terzaghi (1883-1963) lança as bases teóricas e conceituais da Mecânica dos Solos

• Período entre Guerras – Corriqueira a participação de geólogos de engenharia em empresas e organizações voltadas a projetos e execução de grandes obras

• A partir da década de 50 – participação ativa em trabalhos multidisciplinares, com grande atuação na área ambiental

• 1964 – Criação da IAEG

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No Brasil:

• 1937 – criação da Seção de Geologia e Minas / IPT Engenheiro Tarcísio Damy de Souza Santos

• Década 40 – estudo pioneiro de Geologia de Engenharia de barragens sobre Salto Grande – Engenheiro Pichler

• 1947 – visita de Terzaghi ao Brasil

• 1875 – criação da Comissão Geológica do Brasil

• 1957 – aula inaugural do Curso de Geologia da USP

• 1893 – início do ensino de geologia na Escola Politécnica / SP

• 1961 – início do ensino de Geologia de Engenharia no Rio de Janeiro, Rio Grande do Sul e Pernambuco

• 1968 – início do Programa de Pós-Graduação e Pesquisa em Geologia de Engenharia – UFRJ

Criação da APGA

• 1974 – criação da ABGE Realização em São Paulo do 2º Congresso Internacional de Geologia de Engenharia

• 1976 – realização no Rio de Janeiro do 1º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia

• 1907 – trabalho pioneiro do Engenheiro Miguel Arrojado Lisboa sobre Geologia Aplicada

• 1909 – criação do Centro de Pesquisas Geológicas da IFOCS

• Década 80 e 90 – enfoque para as questões ambientais

1.3. Áreas de Atuação A prática tem demonstrado que os projetos de engenharia são bem sucedidos quando há uma adequada integração entre o geólogo e o engenheiro.

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A Geologia de Engenharia tradicionalmente está em grande parte voltada para as atividades de Engenharia, atuando em planos diretores, estudos de inventário, de viabilidade técnica-econômica, projetos básicos e executivo de obras, fiscalização das etapas construtivas, concluindo com o acompanhamento durante a operação.

O geólogo define o quadro físico, o engenheiro concebe a obra e ambos ajustam a concepção e o projeto às condições do meio físico.

Na verdade, enquanto as atividades humanas representarem qualquer interferência no meio físico geológico os conhecimentos da Geologia de Engenharia serão de grande importância, seja, mais tradicionalmente, nos estudos da fundação de uma obra, de áreas de empréstimo de materiais naturais para construção, do rebaixamento ou exploração das águas subterrâneas, da construção de taludes, ou mais recentemente com uma forte componente ambiental, para disposição de resíduos sólidos ou líquidos, da recuperação de áreas degradadas e da ocupação e uso do solo.

ENGENHARIA MEIO AMBIENTE

• Fundação de Barragens e outras obras civis;

• Pesquisa de materiais naturais para construção;

• Estabilidade de Taludes;

• Mineração;

• Túneis;

• Exploração das Águas Subterrâneas;

• Monitoramento;

• Zoneamento de Áreas de Risco;

• Planejamento Urbano e Territorial

• Recuperação e Remediação de Áreas Degradadas;

• Estudos de Impacto Ambiental;

• Análise de terrenos e elaboração de diretrizes de projetos habitacionais populares;

• Controle de erosão;

• Sistemas de Gestão Ambiental (ISO 14000);

• Seleção de Áreas para Disposição de Resíduos;

1.4. Exemplos de Aplicações • Barragem Jacarecica II/SE;

• Escavação Casa de bombas – Platô de Neópolis / SE;

• Mapeamento Geológico-Geotécnico – Região de Poço Redondo / SE;

• Fundação em solos moles – Torre de Pisa;

• Mapeamento Geológico-Geotécnico – Vista Chinesa / RJ.

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2. GEOLOGIA

2.1 Fundamentos da Geologia A geologia representa como ciência básica, já definida na aula anterior, o conjunto de conhecimentos sobre o globo terrestre em que vivemos.

Assim, trata de explicar, através da Geologia Física a constituição e propriedades dos materiais que compõem a Terra, sua distribuição, os processos que os formaram e alteraram, a maneira que foram transportados e estruturados e a natureza e evolução da paisagem.

A Geologia Histórica estuda a evolução da vida sobre a Terra e as mudanças ocorridas em nosso planeta ao longo dos seus 4,6 bilhões de anos.

A Geologia moderna se originou em 1785, quando James Hutton formulou o princípio de que os mesmos processos que atuam no presente se manifestaram também no passado – Princípio do Uniformitarismo.

“O presente é a chave do passado”.

A partir deste princípio, e reconhecendo que os processos que ocorreram no passado sucedem-se com a mesma lentidão dos atuais, ficou claro quando observamos um Grand Canyon ou uma cadeia montanhosa a imensa dimensão do tempo necessário para formar tais feições.

Acredito que a maior contribuição da ciência geológica ao pensamento da civilização moderna seria a concepção da imensa dimensão do tempo – Tempo Geológico, que acaba por demonstrar o pequeno espaço de tempo da existência do homem e contrapõe o imenso impacto ao meio ambiente do planeta causado por uma única espécie em tão pouco tempo.

Com toda essa imensidão de tempo nada é permanente tudo muda. Como exemplos: rochas calcárias originadas de mares (Riachuelo), rochas vulcânicas originadas de erupções no passado (Paraná, São Paulo, etc).

Muitas vezes este fato demonstra a dificuldade do geólogo em tentar interpretar situações para aplicações em geologia de engenharia. Pois este profissional dispõe algumas vezes de uma tênue imagem dos processos geológicos que ficaram registrados em afloramentos, boletins de sondagem, etc. Agrava esta situação o caráter geralmente pontual das investigações, requerendo uma boa dose de experiência, raciocínio e imaginação para compreender os fenômenos ocorridos.

Nos últimos 220 anos, a geologia tem evoluído de uma ciência basicamente qualitativa para uma mais quantitativa, impulsionada essencialmente pela evolução dos equipamentos e técnicas de investigação.

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EESSCCAALLAA GGEEOOLLÓÓGGIICCAA DDOO TTEEMMPPOO

ERAS PERÍODOS ÉPOCAS

TEMPO DECORRIDO

(anos)

CENOZÓICA Quaternário Holoceno 11.000 Pleistoceno 1.500.000 Terciário Plioceno 12.000.000 Mioceno 23.000.000 Oligoceno 35.000.000 Eoceno 55.000.000 Paleoceno 70.000.000

MESOZÓICA Cretáceo 135.000.000 Jurássico 190.000.000 Triássico 230.000.000

PALEOZÓICA Permiano 280.000.000 Carbonífero 350.000.000 Devoniano 400.000.000 Siluriano 440.000.000 Ordoviciano 500.000.000 Cambriano 570.000.000

PRÉ-CAMBRIANO SUPERIOR

PRÉ-CAMBRIANO MÉDIO

Mais de 2 bilhões

PRÉ-CAMBRIANO INFERIOR

± 4,5 bilhões

Segundo Leinz e Amaral (1998)

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2.2 O Planeta Terra – Principais características e estrutura interna Idade e origem

A datação radiométrica permitiu aos cientistas calcular a idade da Terra em 4 bilhões 650 milhões de anos.

Depois de condensar-se a partir da poeira cósmica e do gás, por força da atração gravitacional, a Terra ficou quase homogênea e relativamente fria. Mas a contínua contração desses materiais fez com que se aquecesse, aquecimento que contribuiu para a radioatividade de alguns elementos mais pesados. Quando a Terra se tornou mais quente, começou a fundir-se sob a influência da gravidade. Isso levou à diferenciação entre a crosta, o manto e o núcleo, com os silicatos mais leves movimentando-se para cima para formar a crosta e o manto; e os elementos mais pesados, sobretudo o ferro e o níquel, submergindo para formar o núcleo. Ao mesmo tempo, erupções vulcânicas provocaram a saída de vapores e gases voláteis e leves do manto e da crosta. Alguns foram atraídos pela gravidade da Terra e formaram a atmosfera primitiva, enquanto o vapor de água condensada formou os primeiros oceanos do mundo.

Características Principais Forma – A Terra é aproximadamente um elipsóide de rotação com diâmetro equatorial de 12.756.776m e 12.713.824m nos pólos (raio médio 6.370km). Densidade – As rochas possuem em média uma densidade de 2,76. No entanto o valor da densidade global achou-se o valor de 5,527. Grau Geotérmico – número de metros para elevar a temperatura em 1ºC. O valor normal é de 30m, variando de 11m para locais com eventos vulcânicos recentes até 125 m para regiões antigas (Escudo Canadá e África). Composição da Terra

A Terra se divide em cinco partes. A atmosfera é a cobertura gasosa que rodeia o corpo sólido do planeta. A litosfera, composta principalmente pela fria, rígida e rochosa crosta terrestre, estende-se até uma profundidade de 100 km. A hidrosfera é a camada de água que, em forma de oceanos, cobre 70,8% da superfície da Terra. O manto e o núcleo formam o interior da Terra e constituem a maior parte de sua massa. Acredita-se que o núcleo se compõe em grande parte de ferro, com uma pequena porcentagem de níquel e outros elementos. As temperaturas do núcleo podem chegar a 6.650°C.

ATMOSFERA - É a capa gasosa que envolve a Terra. É composta por cinco camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera, dependendo do gradiente de temperatura da região;

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HIDROSFERA – É formada pela água dos mares e oceanos, cobre a maior parte da superfície da Terra;

CROSTA - Os continentes, as ilhas e as terras do fundo do mar compõem a parte externa da crosta terrestre. Sua espessura varia de 5 a 10 km sob os oceanos e, de 25 a 90 km, nos continentes. É formada por três grandes grupos de rochas: magmáticas ou ígneas, metamórficas e sedimentares.

MANTO - Camada pastosa com cerca de 2.900 km de espessura. Silício, alumínio, ferro e magnésio são os elementos químicos predominantes. Sua temperatura varia de 870º C, junto à crosta, até 2.200º C, junto à parte externa do núcleo;

NÚCLEO - O núcleo do globo é constituído de ferro e níquel derretidos. Sua temperatura varia de 2.200º C na parte superior até cerca de 5.000º C nas regiões mais profundas. Apesar da alta temperatura, a parte central do núcleo é formada de níquel e ferro em estado sólido – conseqüência da grande pressão do interior do planeta. O ponto central fica a 6.500 km da superfície;

Rochas e Minerais

As rochas são agregados naturais de um ou mais minerais. Os minerais são formados por processos inorgânicos. Podem ser classificados segundo sua composição química, tipo de cristal, dureza e aparência. Os depósitos de minerais metálicos de valor econômico e cujos metais são exportados chamam-se jazidas. Os minerais são elementos ou compostos químicos, sólidos.

ROCHAS MAGMÁTICAS ou ÍGNEAS – rochas formadas pelo esfriamento e solidificação de matéria rochosa fundida, conhecida como magma. Quando a solidificação acontece no interior da crosta originam-se as rochas magmáticas intrusivas, como o granito. Quando o magma se solidifica na superfície terrestre, como resultado de erupções vulcânicas, surgem as rochas magmáticas extrusivas, como o basalto.

Ígnea quer dizer fogo. Representam rochas originadas a partir da fusão de materiais no interior da crosta da Terra (magma), tanto nos continentes quanto nos oceanos. O magma pode chegar até a superfície e formar os vulcões com seus produtos (lava, derrame).

ROCHAS METAMÓRFICAS – Como o nome diz, são rochas produzidas por metamorfose ou modificação. Esta modificação resulta de novas condições de: pressão e temperatura sobre uma rocha pré-existente, seja esta sedimentar, ígnea ou ainda uma metamórfica mais antiga. Nesta situação, os minerais constituintes dessas rochas sofrem um novo arranjo, de modo que alguns minerais transformam-se em outros. Ou, ainda, um mesmo mineral é fundido e depois cristaliza-se novamente. Além das mudanças de composição, mudanças maiores podem ocorrer nas rochas, sob a ação do aumento de pressão e temperatura, formando: dobras de tamanho milimétrico a quilométrico, quando a compressão empurra minerais uns sobres os outros,

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promovendo a deformação da rocha e falhas e fraturas, quando a rocha não consegue dobrar-se, quebrando-se.

ROCHAS SEDIMENTARES – rochas compostas por materiais transformados, constituídas pela acumulação e consolidação de matéria mineral pulverizada, depositada pela ação da água e, em menor quantidade, do vento ou do gelo.

Muitas vezes, nas rochas sedimentares são encontrados fósseis, que são restos de partes resistentes (ossos, conchas, folhas, troncos) e marcas (moldes, rastros) de animais e plantas extintos. Sua formação depende de condições especiais existentes em alguns locais da Terra (lagos, mares, rios, cavernas). Os organismos que vivem nestes habitats, ou são para aí transportados, sofrem soterramento e alterações pelo acúmulo de sedimento, após a sua morte.

2.3 A Crosta Terrestre Composição litológica da crosta externa:

Superfície da Crosta

25%

75%

Volume Total da Crosta

95%

5%

Rocha ÍgneaRocha Sedimentar

A proporção aproximada das rochas que ocorrem na crosta, segundo A. Poldervaart está resumida na tabela a seguir:

PROPORÇÃO APROXIMADA DAS ROCHAS NA CROSTA

Rocha %

Sedimentos 6,2

Granodioritos, granitos e gnaisses 38,3

Andesito 0,1

Diorito 9,5

Basaltos 45,8

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Apesar da existência de uma grande variedade de rochas magmáticas (cerca de 1.000, 95% das rochas intrusivas pertencem a família dos granitos e granodioritos que se acham localizadas nos continentes e 95% das rochas extrusivas são basálticas.

O relevo é formado a partir de agentes internos e externos. Os agentes internos são as forças do interior da Terra, como o vulcanismo, o tectonismo e os abalos sísmicos. Os fatores externos são aqueles provocados por agentes localizados na superfície terrestre, como ventos, chuvas, insolação, enchentes de rios, marés, animais, vegetação e a ação do homem com obras como, por exemplo, o represamento de um rio.

2.4 Dinâmica Interna a) Terremotos Vibrações produzidas na crosta terrestre quando as rochas que se haviam tensionado se rompem e saem do lugar, de forma súbita. As vibrações variam entre as que mal se percebem e as que se tornam catastróficas. No processo, geram-se seis tipos de ondas de choque. Duas são classificadas como ondas internas — viajam pelo interior da Terra — e as outras quatro são ondas superficiais.

Atualmente, reconhecem-se três tipos de terremotos: tectônicos, vulcânicos e artificiais. Os sismos do primeiro tipo são os mais devastadores e os mais difíceis de se prever.

As causas dos terremotos tectônicos são as tensões criadas pelos movimentos em torno das 12 placas que formam a crosta terrestre. A maioria dos sismos tectônicos acontecem nas fronteiras destas placas, em zonas onde uma desliza sobre a outra.

Os terremotos de origem vulcânica podem ser fortes e destrutivos e anunciam as erupções vulcânicas.

Por outro lado, os seres humanos podem induzir a ocorrência de terremotos quando realizam determinadas atividades, como detonações subterrâneas de explosivos atômicos ou o bombeamento de líquidos das profundidades da Terra.

Os terremotos podem causar muitas perdas de vidas, demolindo edifícios, pontes e represas. Também provocam deslizamentos de terras.

b) Deriva dos Continentes Processo de deslocamento da crosta terrestre que provoca mudanças na posição dos continentes e modifica o relevo da Terra. A primeira Teoria da (12)

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Deriva Continental é elaborada pelo geofísico e meteorologista alemão Alfred Wegener (1880-1930). No livro A Origem dos Continentes e dos Oceanos (1915), Wegener afirma que as terras do planeta se encontram inicialmente agrupadas em um único supercontinente - o Pangéia -, que se fragmenta há cerca de 200 milhões de anos. No entanto, sua hipótese não é confirmada pelos cientistas da época, porque não explica qual a força que teria provocado os deslocamentos. Logo após a II Guerra Mundial, em 1947 um grupo de cientistas do Observatório Geológico de Lamont, nos EUA, comprova a teoria de Wegener, que é aceita até hoje. Desde a desagregação do Pangéia, a superfície terrestre encontra-se em movimento contínuo, até chegar à configuração mais recente dos continentes, que se estabelece há cerca de 60 milhões de anos. Atualmente, a deriva continua: a América do Sul, por exemplo, afasta-se da África cerca de 5 cm por ano.

Ao se movimentar, as placas tectônicas se chocam entre si provocando alterações no relevo e formando as cadeias de montanhas, como o Himalaia (do choque entre as placas sob a Índia e a Ásia), os Andes e os Alpes, cadeia do Atlas e as Rochosas.

2.5 Dinâmica Externa

2.5.1 Intemperismo

É o conjunto de processos operantes na superfície terrestre que ocasionam a decomposição dos minerais das rochas, através da ação de agentes atmosféricos e biológicos. Diversos são os fenômenos que agem em íntima correlação nos processos intempéricos. Tais fenômenos podem ser físicos, químicos e biológicos. Sua ação consiste, pois, na degradação da rocha matriz com a conseqüente formação do solo, sendo este o produto final do intemperismo das rochas.

Principais fatores:

»»

»»

»»

»»

»»

Clima (temperatura, umidade, precipitação, vento, etc.);

Topografia;

Tipo da rocha;

Cobertura vegetal;

Tempo. Embora a crosta terrestre seja formada de rochas, nem sempre elas ocorrem sob a forma de grandes e contínuos afloramentos. Exceção são as regiões desérticas ou geladas, onde a degradação superficial da rocha é retardada ou mesma impedida, devido a falta de água ou a baixa temperatura. Os seguintes processos atuam no intemperismo:

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Desintegração Física: ocorre através de fatores relacionados a variação de temperatura dos diferentes minerais (coeficiente de dilatação variáveis), cristalização de sais, congelamento e agentes físico-biológicos.

- A variação do coef. de dilatação dos diferentes minerais que compõem uma rocha faz com que estes recebam esforços intermitentes durante séculos e séculos, com o contínuo aquecimento diurno (a superfície da rocha geralmente é de 1,5 a 2,5 vezes mais que a temperatura da atmosfera) e resfriamento noturno. Ocorre então a fadiga desses minerais. As variações de temperatura são gradativamente menores quanto maior é a profundidade do solo. As variações diárias atingem no máximo 50 cm, já as anuais atingem no máximo 20m.

MINERAL / ROCHA COEF. DE DILATAÇÃO LINEAR

(micros/m) para aumento de 1ºC

Quartzo 8 a 14

Feldspato 1,5 a 19

Granitos 6 a 22

Arenitos 5 a 20

- A água ao congelar aumenta em 9% o seu volume.

Decomposição Química: devido principalmente a adaptação dos minerais às novas condições de temperatura e pressão. É caracterizada pela reação química entre a rocha e soluções aquosas diversas.

Os seguintes fatores contribuem para a decomposição química: oxidação, hidrólise e hidratação, ácido carbônico e dissolução.

a) Oxidação (Fe, Mn e S) b) Hidrólise e Hidratação

KAlSi3O8 + H2O HAlSi3O8 + KOH

H2O + CO2 H+ + HCO3

2KAlSi3O8 + H2CO3 + nH2O K2CO3 + Al2(OH)2Si4O10.nH2O + 2SiO2

2KMg2Fe(OH)2AlSi3O8 + ½ O2 + 10H2CO3 + nH2O

2KHCO3 + 4Mg(HCO3)2 + Fe2O3.nH2O + Al2(OH)2Si4O10.nH2O + 2SiO2 + 2H2O

c) Dissolução

CaCO3 Ca++ + CO3=

CaCO3 + H2CO3 Ca (HCO3)2

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Decomposição Químico-biológica: fungos e bactérias

Processos do Meio Físico segundo as Esferas

ATMOSFERA

HIDROSFERA

LITOSFERA

Circulação de água no ar Escoamento das águas em superfície

Endógenos: sismos e vulcanismo

Circulação de partículas e gases

Movimentação das águas de subsuperfície

Exógenos: intemperismo e movimentos de massa

2.5.2 Fenômenos Associados à Risco

ESCORREGAMENTOS Apresentam como principais características velocidades de deslocamento médias a altas, mobilizam desde pequenos a grandes volumes de solo, rocha e detritos, e podem ser planares, circulares e em cunha.

RASTEJO Apresentam velocidades de deslocamento muito baixas, mobilizam solo, rocha e depósitos.

QUEDAS Apresentam velocidades altas, mobilizam principalmente materiais rochosos e podem ocorrer na forma de rolamento de matacão, tombamentos e quedas livres de lascas e blocos rochosos.

CORRIDAS Apresentam velocidades médias a altas, mobilizam grandes volumes de solo, rocha e detritos, desenvolvem-se ao longo de drenagens com grande raio de alcance e alto poder de destruição.

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Características dos Principais Movimentos de Encosta na Dinâmica Ambiental Brasileira (Augusto Filho, 1992)

PROCESSOS

CARACTERÍSTICAS DO MOVIMENTO,

MATERIAL E GEOMETRIA

Rastejo (creep) - Vários planos de deslocamento (internos) - Velocidades muito baixas (cm/ano) a baixas

e decrescentes com a profundidade - Movimentos constantes, sazonais ou

intermitentes - Solo, depósito, rocha alterada/fraturada - Geometria indefinida

Escorregamentos (slides) - Poucos planos de deslocamento - Velocidades médias (m/h) a altas (m/s) - Pequenos a grandes volumes de material - Geometria e materiais variáveis - Planares (solos pouco espessos

homogêneos e rochas muito fraturadas) - Circulares (solos espessos homogêneos e

rochas muito fraturadas) - Em cunha ( solos e rochas com dois planos

de fraquezas) Quedas (falls) - Sem planos de deslocamento

- Movimentos tipo queda livre ou em plano inclinado

- Velocidades muito altas (vários m/s) - Material rochoso - Pequenos a médios volumes; - Geometria variável (lascas, blocos, placas,

etc.) - Rolamento de matacão - Tombamento

Corridas (flow) - Muitas superfícies de deslocamento (internas e externas à massa em movimentação)

- Movimento semelhante ao de um líquido viscoso

- Desenvolvimento ao longo da drenagem - Velocidades médias a altas - Mobilização de solo, rocha, detritos e água - Grandes volumes de material - Extenso raio de alcance, mesmo em áreas

planas

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Agentes e Causas dos Escorregamentos ( Guidicini e Nieble, 1976)

AGENTES

CAUSAS

Efetivos Predisponentes Preparatórios Imediatos

Internas Externas Intermediárias

Complexo geológico, morfológico, climato-hidrológico, gravidade, calor solar, tipo de vegetação

Pluviosidade, erosão pela água e vento, congelamento e degelo, variação da temperatura, dissolução química, oscilação do freático, ação de animais e antrópica

Chuvas intensas, fusão do gelo, erosão, terremoto, ondas, vento e ação do homem

Efeito das oscilações térmicas, redução dos parâmetros de resistência por intemperismo

Mudanças na geometria do sistema, efeitos de vibrações

Elevação do nível piezométrico, elevação da coluna d’água em descontinuidades, rebaixamento rápido do lençol freático. Erosão subterrânea retrogressiva (piping), diminuição do efeito de coesão aparente

AFUNDAMENTOS CÁRSTICOS São afundamentos de terreno que têm como condicionante principal a presença de um substrato rochoso carbonático, que é submetido à dissolução por circulação de água de subsuperfície. Essa dissolução resulta na formação de cavernas subterrâneas, que podem desencadear afundamentos na superfície do terreno. A presença de coberturas de material inconsolidado tende a aumentar o significado geoténico desse processo. Isso se deve à ampliação física da área em afundamento, além do próprio mascaramento dos corpos carbonáticos, produzindo até mesmo terrenos de topografia mais suave em relação ao entorno e, conseqüentemente, podendo atrair usos mais intensivos. O afundamento pode se desenvolver de maneira natural, ou ser acelerado - ou deflagrado - por ações próprias do uso do solo, principalmente aquelas que resultam em alterações na dinâmica e nas características da circulação das águas subterrâneas, como a exploração dessas águas.

COLAPSO DO SOLO Esse processo consiste no abatimento, mais ou menos rápido, do terreno por adensamento do solo, a partir do colapso de sua estrutura sob saturação, sem haver necessariamente aumento de cargas aplicadas em superfície. Em áreas urbanas, o processo pode ser agravado pela concentração de água a partir de vazamentos dos sistemas de saneamento e de distribuição de água. No primeiro caso, o problema se agrava quando os efluentes lançados nas redes de esgoto são corrosivos ao material da própria tubulação e reagentes do solo, como no caso de dispersantes de argila usados na lavagem de vasilhames em fábricas de bebidas.

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EXPANSÃO DE SOLO Os problemas ligados à variação volumétrica dos solos pela presença de argilo-minerais expansivos ocorrem, quase exclusivamente, como conseqüência das alterações introduzidas pelo próprio uso. Tais alterações resultam na exposição de rocha/solo de alteração a ciclos de umedecimento e ressecamento, em taludes de corte e áreas terraplenadas, gerando um fenômeno também denominado empastilhamento. As áreas onde tal fenômeno ocorre correspondem a formações geológicas, onde predominam litologias com presença significativa de argilo-minerais expansivos. Foram consideradas como tal: Formação Corumbataí/Estrada Nova, na Bacia do Paraná; Formação Tremembé e parte da Formação Caçapava, na Bacia de Taubaté, concentrando-se na Depressão Periférica. Outras formações geológicas podem conter litologias com essas características, mas com menor expressão e não diferenciadas das demais, como é o caso de parte da Formação Itararé, na Bacia do Paraná. Parte significativa dos problemas gerados pela expansão/contração do solo ou da rocha está associada à abertura de estradas (instabilização de taludes por desagregação superficial ou empastilhamento), que conta normalmente com investigações geotécnicas específicas considerando esse aspecto. Entretanto, tal consideração dificilmente ocorre em relação aos problemas de fundação, cujo processo pode se desenvolver associado a edificações e outras obras civis, caso os terrenos com argilo-minerais expansivos sejam expostos a ciclos de umedecimento/ressecamento, promovendo a danificação das estruturas das obras executadas por fundação direta nesses locais. As recomendações mais importantes para a ocupação dessas áreas referem-se aos cuidados a ser tomados durante a execução de terraplenagens, quando ocorre a exposição desses materiais a intempéries, e às técnicas adequadas de fundação das edificações nesses terrenos.

RECALQUE DE SOLOS MOLES Esse processo tem como condicionante principal a ocorrência de argilas orgânicas moles em subsuperfície. Por serem não-consolidadas, contêm grande quantidade de água em seus vazios. A água, ao ser expulsa, quer por processos naturais de consolidação, devido ao próprio peso das camadas sobrejacentes, quer por indução, drenagem e sobrecargas, leva ao adensamento das argilas. A redução do volume dos sedimentos reflete em recalques na superfície e nas estruturas fundadas nesses materiais, como os aterros, pavimentos ou fundações de edificações e estradas. Esses sedimentos distribuem-se principalmente na planície litorânea, onde se observa, como em Santos, por exemplo, prédios inclinados em conseqüência de recalque de solos moles encontrados em subsuperfície. Outras áreas bastante propícias à ocorrência do problema são as planícies aluviais.

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EROSÃO No Brasil, sobretudo nos estados de São Paulo, Paraná, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Goiás e Minas Gerais, o processo de erosão resulta predominantemente da ação das chuvas (erosão pluvial), responsáveis pela desagregação das partículas das camadas de solo que recobrem as rochas. Essas partículas, por sua vez, são carregadas pela enxurrada. O histórico da ocupação do estado de São Paulo incluiu, de início, o desmatamento, a primeira intervenção antrópica que gerou desequilíbrio das condições naturais. Posteriormente, iniciou-se a ocupação do território, seguida pelo cultivo intenso da terra, pela instalação de rodovias e ferrovias, pelo surgimento dos núcleos urbanos. Hoje, o estado vem sendo marcado por um expressivo processo de expansão urbana. Todas essas alterações, sobretudo quando realizadas de modo inadequado, constituem fatores decisivos para a deflagração e a aceleração dos processos erosivos. Erosão é o processo de desagregação e remoção de partículas de solo ou fragmentos e partículas de rochas, pela ação combinada da gravidade com a água, vento, gelo e/ou organismos (plantas e animais). (IPT, 1986) A erosão pode ser natural ou geológica, quando se desenvolve em condições de equilíbrio com a formação do solo; acelerada ou antrópica, quando a intensidade de sua formação/evolução é superior à do solo, não permitindo a sua recuperação natural. A erosão acelerada pode ser de dois tipos: laminar (ou em lençol), quando provocada por escoamento difuso das águas das chuvas, resultando na remoção progressiva dos horizontes superficiais do solo; ou linear, quando provocada pela concentração das linhas de fluxo das águas de escoamento superficial (enxurrada), resultando incisões na superfície do terreno. A ação da erosão laminar é de percepção difícil mas muito prejudicial à agricultura, pois junto com as partículas da superfície do solo são carreados nutrientes necessários ao desenvolvimento das plantas, expondo as raízes mais superficiais e deixando o solo com baixa fertilidade, o que provoca a queda da produção rural. O controle da erosão laminar é feito por meio de práticas de conservação do solo tais como rotação de culturas, terraços etc. As principais feições que caracterizam a erosão linear são: sulcos, calhas, ravinas e boçorocas. Os sulcos e calhas apresentam uma profundidade inferior a 50 centímetros e podem ser mais facilmente corrigidos pelo manejo do solo. As ravinas são formadas apenas pelo escoamento superficial concentrado de água, onde atuam mecanismos de desprendimento de material dos taludes laterais, que geram o alargamento da feição erosiva. As boçorocas são feições geralmente ramificadas que combinam a ação do escoamento superficial à ação das águas de subsuperfície, proporcionando a aceleração e a complexidade do processo. A ação da água subterrânea ocorre pelo fenômeno do “piping” (erosão interna que remove as partículas do interior do solo, formando “tubos” vazios que provocam colapsos e escorregamentos laterais na parede da boçoroca, promovendo o seu alargamento contínuo). As ravinas e as boçorocas são as feições mais expressivas do processo erosivo, que se desenvolvem em áreas urbanas e rurais. São importantes

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fontes de produção de sedimentos e também servem como canais de transporte desses sedimentos. Quando ocorrem em áreas urbanas, provocam sérios impactos, como a destruição de infra-estrutura urbana (moradias e equipamentos públicos tais como rede viária, postes etc.), expondo a população a situações de risco, e o assoreamento de canais fluviais e reservatórios de abastecimento urbano. O controle dos processos erosivos lineares de médio a grande porte, sejam eles ravinas ou boçorocas, envolve obras de alto custo e complexas de drenagem superficial e subsuperficial, além de obras de estabilização dos taludes.

ASSOREAMENTO O assoreamento é um processo de deposição sedimentar acelerada que ocorre em corpos d'água de diversas naturezas, como córregos, rios, lagos, estuários e ambientes praiais. Sua ocorrência já denota um desequilíbrio entre a produção de sedimentos de uma bacia e a capacidade transportadora de sua rede de drenagem. Em ambientes continentais, o assoreamento pode ser resultado de uma alta produção sedimentar de uma bacia hidrográfica, devido à eficiência dos processos erosivos que se instalam em função da alta suscetibilidade de seus terrenos e/ou dos impactos das formas de uso do solo (expansão urbana desordenada, utilização agrícola inadequada, desmatamentos, obras que provocam escoamento concentrado das águas pluviais etc.). É também muito freqüente ocorrer em áreas de remanso de lagos e reservatórios, na forma de deltas arenosos, que por sua vez auxiliam na retenção dos sedimentos vindos de montante. Os materiais argilosos são transportados mais facilmente para o interior dos lagos, sendo os primeiros a atingir a tomada d'água nos reservatórios. Em ambientes costeiros, o assoreamento pode ser fruto de um excesso material sedimentar despejado no mar, em estuários e baías fechadas que não conseguem dispersá-lo ao longo das correntes oceânicas; como pode ser resultado de processos erosivos na própria costa, com carreamento e deposição de material que depende dos vetores resultantes das correntes marinhas. São inúmeros os impactos ambientais causados pelo assoreamento, entre eles a diminuição do volume e da vida útil de reservatórios, a abrasão de turbinas em hidroelétricas, problemas de regularização de curso d'água em reservatórios de controle de cheias, diminuição do calado para navegação em rios, portos e hidrovias, enchentes em áreas urbanas, erosão de margens de rios e praias, impactos na limnologia das águas aumentando a eutrofização, perda da eficiência de obras hidráulicas e da drenagem urbana, além de prejuízos ao lazer. As medidas corretivas e preventivas do assoreamento requerem estudos específicos, considerando-se a dinâmica sedimentar desde as áreas fonte até as áreas de deposição. Esses estudos devem contemplar amostragens diretas (testemunhagens) e indiretas (geofísica) e ensaios laboratoriais, além da caracterização qualitativa e quantitativa dos depósitos. As medidas preventivas pressupõem o controle e a prevenção da erosão nas áreas de

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produção de sedimentos e as corretivas, como dragagens, aproveitamento mineral dos depósitos e obras hidráulicas específicas. 3. MINERAIS Definição: Mineral é uma substância sólida natural, inorgânica e homogênea, que possui composição química definida e estrutura atômica característica. Um ou mais elementos químicos podem constituir os minerais. Os minerais geralmente formados por apenas um elemento, são geralmente elementos nativos (cobre, ouro, enxofre, etc.).

Alguns minerais são amorfos e não tem forma própria, sendo que os minerais não amorfos formam os cristais, que são corpos com formas geométricas, limitadas por faces, arranjadas de maneira regular e relacionadas com a orientação da estrutura atômica.

Os minerais podem apresentar polimorfismo, que indicam uma mesma composição química, mas com estrutura cristalina e consequentemente, propriedades físicas distintas (diamante e grafita). Algumas vezes apresentam isomorfismo, fenômeno apresentado por substâncias que possuem estrutura cristalina semelhante e composição química distinta (plagioclásio).

3.1 Propriedades Físicas

♦ Estrutura

♦ Brilho (metálico, vítreo, resinoso ou graxo, sedoso, perláceo, adamantino, fosco, etc.)

♦ Cor

♦ Traço

♦ Clivagem (perfeita, boa, distinta e imperfeita)

♦ Fratura, para aqueles minerais que não apresentam clivagem (irregular ou concóide);

♦ Dureza (escala de Mohs) ESCALA DE

DUREZA MINERAIS PADRÃO

COMPOSIÇÃO QUÍMICA

REFERÊNCIAS RELATIVAS

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1 Talco Mg3SiO4(OH)2

2 Gipsita CaSO4.2H2O Riscam-se com a unha

3 Calcita CaCO3 Risca-se com objeto de cobre 4 Fluorita CaF2

5 Apatita Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) Riscam-se com o canivete ou com o canto do vidro

6 Ortoclásio KAlSi3O8 Risca o vidro com dificuldade 7 Quartzo SiO2

8 Topázio Al2SiO4(OH,F)2

Riscam o vidro

9 Córindon Al2O3

10 Diamante C Riscam o vidro com facilidade

♦ Tenacidade

♦ Magnetismo

♦ Peso Específico Peso Específico = Par

Par - P imerso água

Par – Peso do mineral no ar P imerso água – Peso do mineral imerso na água

3.2 Principais Minerais Formadores de Rocha

Na formação dos minerais, três fatores são importantes: pressão, temperatura e disponibilidade de material químico.

De um modo geral, existem aproximadamente 2.000 minerais estudados e classificados, apesar de poucos representarem os que formam as rochas.

Assim, os feldspatos perfazem cerca de 60% da totalidade dos minerais, depois seguem-se os anfibólios e piroxênios 17%, seguidos pelo quartzo (12%) e as micas (4%).

Durante o processo de diferenciação geoquímica da terra, dez elementos se concentraram na crosta e formam a grande maioria dos minerais. São eles:

Oxigênio (46,6%)

Silício (28,2%)

Alumínio (8,2%)

Ferro (5,6%)

Cálcio (4,2%)

Outros (Na, K, Mg, Ti, P)

A classificação dos minerais é baseada em sua composição química, sendo o principal grupo formado pelos silicatos.

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3.1. – Silicatos

Os silicatos, estruturalmente, apresentam o íon Si+4 situado entre quatro íons de O-2 compondo um arranjo tetraédrico (SiO4) -4, o alumínio, como também o ferro e o magnésio substituem a sílica neste arranjo. O restante das estruturas dos silicatos é formada por outros cátions de outros elementos comuns (Na, K, Ca, etc.), moléculas de água e íons hidroxila.

Os silicatos são subdivididos em subclasses conforme o tipo de ligação entre as estruturas tetraédricas.

a) Nesossilicatos

São silicatos que contém tetraedros (SiO4) –4 Independentes, ligados por cátions de Fe, Mg, etc.

Principais exemplos: olivina e minerais acessórios (granada, titanita e zircão)

b) Inossilicatos

Contém unidades tetraédricas ligadas por oxigênio em comum, formando cadeias simples e compostas. Por causa disso, o hábito destes minerais é em geral alongado, do tipo prismático.

Principais exemplos: piroxênios e anfibólios

c) Filossilicatos

Os minerais desta classe são hidratados e suas unidades tetraédricas se dispõem em folhas, onde cada tetraedro e ligado a outros três por oxigênios em comum. O hábito destes minerais é foliáceo.

Principais exemplos: micas (biotita e muscovita) e argilominerais

d) Tectossilicatos

Apresentam tetraedros ligados entre si por oxigênios em comum, resultando em uma estrutura tridimensional.

Principais exemplos: feldspato, quartzo, feldspatóides e zeólitas.

3.2. – Não - silicatos

a) Elementos Nativos

Compreende qualquer elemento, na sua forma não combinada, encontrado na natureza (grafita).

b) Sulfetos

Como exemplo podemos citar a pirita. (23)

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c) Óxidos e Hidróxidos

Nestes minerais os ânions O-2 ou OH- se ligam a um ou mais metais. São exemplos: magnetita, hematita, ilmenita, limonita e goethita, bauxita e pirolusita.

d) Carbonatos

São caracterizados pelo ânion (CO3)-2. A calcita e a dolomita são os principais representantes.

e) Halóides

São minerais caracterizados pela presença de um ânion de um elemento halogênico. O mais comum é o NaCl (halita).

f) Sulfatos

Caracterizam-se pela presença do ânion (SO4)-2, sendo o mais comum o gipso.

4. ROCHAS Definição: Agregado natural formado por um ou mais minerais, que constitui

uma parte essencial da crosta terrestre. São divididas em três grandes grupos:

- Magmáticas ou ígneas; - Sedimentares; - Metamórficas.

4.1 . Rochas Ígneas

Definição: Provêm da consolidação do magma, portanto diz-se que tem origem primária, pois delas se derivam, por vários processos as rochas sedimentares e metamórficas.

Uma rocha magmática expressa as condições geológicas em que se formou através da análise de sua textura, composição mineralógica e composição química.

Textura: engloba os aspectos descritivos da rocha, relativos ao grau de cristalização, tamanho e forma dos grãos minerais, relações mútuas entre eles.

(24)

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GRAU DE CRISTALIZAÇÃO

Holocristalina Inteiramente constituída por cristais (lentamente resfriada)

Hipocristalina Constituída por vidro e cristais

Holohialinas Constituída por vidro (rapidamente resfriada)

FORMA

Euédrico (idiomórfico) Mineral completamente limitado por suas faces cristalinas

Subédrico (hipidiomórfico) Mineral parcialmente limitado por suas faces cristalinas

Anédrico (xenomórfico) Mineral que não apresenta faces cristalinas

CRISTALINIDADE

Fanerítica Cristais individuais visíveis a olho nu

Microcristalina Cristais reconhecidos ao microscópio

Afanítica Cristais invisíveis a olho nu. Podem ter vidro ou ser totalmente cristalinas

Criptocristalina Cristais não reconhecidos ao microscópio

TEXTURA

Granular Rocha holocristalina, com os minerais constituintes aproximadamente eqüidimensionais.

Ineqüigranular Rochas apresentando cristais de diferentes tamanhos

Porfirítica Rocha apresentando cristais maiores (fenocristais), dispersos em uma matriz uniformemente mais fina

Poiquilítica Rocha apresentando cristais relativamente maiores de determinado mineral, que engloba cristais menores

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GRANULAÇÃO TAMANHO (mm)

Muito Grossa > 60 (> 30)

Grossa 2 – 60 (5 – 30)

Média 0,06 – 2 (1 – 30)

Fina 0,002 – 0,06 (< 1)

Muito Fina < 0,002 (IAEG, 1981)

Composição Mineralógica: - minerais essenciais – normalmente são apenas 2 ou 3 ( feldspato, quartzo,

anfibólio - piroxênio, olivina, muscovita, biotita e nefelina)

- minerais acessórios – granada, zircão, etc. Em função da presença de minerais claros e escuros podem classificar-se em: - leucocrática (ricas em minerais claros com menos de 30% de minerais

escuros); - mesocrática (30 a 60% de minerais escuros); - melanocrática (mais de 60% de minerais escuros). Composição Química: Em função do teor de SiO2 (quartzo + silicatos) as rochas magmáticas classificam-se em: - ácidas (> 65% SiO2); - neutras (65 a 52% SiO2); - básicas (52 a 45% SiO2); - ultrabásicas (< 45% SiO2).

Classificação de Rochas Ígneas

CLASSIFICAÇÃO QUÍMICA

TEOR DE SIO2 CLASSIFICAÇÃO PETROGRÁFICA / GRANULOMÉTRICA

Ácidas

> 65% Granito (>0,06mm) e riolito (<0,06mm)

Intermediárias

65 – 52% Diorito (>0,06mm) e andesito (<0,06mm)

Básicas

52 – 45% Gabro (>2mm), diabásio (2-0,06mm) e basalto (<0,06mm)

Ultrabásicas

< 45% Peridotito e piroxenito

Formas de Ocorrência

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- rocha intrusiva / plutônica / abissais

- rocha extrusiva / vulcânica / efusivas - hipoabissais - (pegmatitos e aplitos)

4.1.1 Principais Rochas Magmáticas

ROCHA ESTRUTURA TEXTURA COR MINERAIS

ESSENCIAIS Granito (ácidas)

maciça Granular fina a grossa (granular, menos freqüente porfirítica)

Cinza a rosa-avermelhada

Quartzo (20-30%), plagioclásio+ feldspato potássico (50-70%) e (biotita /hornblenda – 5 a 25%)

Diorito (intermed.)

maciça Granular fina a grossa (fanerítica)

Cinza-escura (mesocrático)

Plagioclásio, biotita, hornblenda (quartzo (<10%), feldspato potássico)

Sienito / Nefelina Sienito

maciça Granular fina a grossa

Esbranquiçada,rosa a marrom-avermelhada (leucocrático)

Feldspato potássico (biotita / hornblenda, quartzo <10%)

Gabro / Diabásio

maciça Granular grossa fina a média

Cinza-escura preta (mesocrático)

Plagioclásio cálcico (45-65%), augita (25-45%) e opacos

PLUTÔNICAS

Peridotito / Piroxenito

maciça Granular fina a grossa

Preta, esverdeada (melanocrático)

Olivina / piroxênio

Riolito Maciça / vesículo-amigdaloidal

Granular cripto a microcristalina (porfirítica)

Cinza a rosada Quartzo, plagioclásio, feldspato potássico (biotita / hornblenda)

Andesito Maciça Porfirítica

Cinza-escuro / marrom-esverdeada (mesocrático)

Plagioclásio, biotita, hornblenda (quartzo, feldspato potássico)

Traquito Maciça Porfirítica

Cinza a verde escuro (leucocrático)

Feldspato potássico (biotita / hornblenda)

Fonolito Porfirítica

(mesocrático) (nefelina / sodalita)

VULCÂNICAS

Basalto Maciça / vesículo-amigdaloidal

Afanítica microgranular

Cinza-escuro a preta

Plagioclásio cálcico (35-50%), augita (20-40%) e opacos (5-15%)

(IAEG, 1981)

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4.1.2 Principais Características Geotécnicas - São as que apresentam melhor comportamento geomecânico; - São as mais utilizadas em construção civil; - Algumas são importantes matérias-primas industriais; - Rochas plutônicas têm resistências mecânicas altas (homogeneidade,

forte coesão dos minerais e granulação mais grossa); - Rochas vulcânicas maiores resistências que as plutônicas quando

compactas (cuidado especial com vesículas ou amígdalas); - Grande quantidade de quartzo aumentam a resistência mecânica porém

aumentam a abrasividade; - Os granitos devido a sua homogeneidade, isotropia, elevadas

resistências a compressão e alteração, baixa porosidade, etc., favorecem seu uso em obras civis tanto em fundações, como em material para construção. Sua aparência contribui para o uso como rocha ornamental;

- Granito: - Presença ocasional de juntas de alívio próximo à superfície

(até 20 – 30 metros); - Perfil de Intemperismo sequencial característico; - Cuidados com zonas de alteração hidrotermal; - Alteração dos feldspatos para caulinita (saibro).

- Vulcânicas: - Complexidade geológica; - Presença de fraturas de resfriamento sub-verticais; - Presença freqüente de minerais expansivos; - Canais e ou vales soterrados; - Vazios e túneis; - Presença de intertraps.

- Sienitos: - Rochas ornamentais (sodalita sienito – Azul Bahia); - Processos intempéricos e lixiviação levam a formação de

bauxita. - Basaltos:

- Usos como pedra britada, em agregados asfálticos e lastros para ferrovias;

- Presença de montmorilonita (mineral de alteração) leva a rápida desagregação para ciclos de umidade e secagem.

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4.2 . Rochas Sedimentares Definição: São aquelas formadas a partir de material originado da destruição

erosiva de qualquer tipo de rocha. Material que deverá ser transportado e posteriormente depositado ou precipitado em um dos muitos ambientes de sedimentação da superfície terrestre.

As rochas sedimentares são geralmente classificadas conforme sua origem em:

- Detríticas; - Químicas; - Bioquímicas.

Rochas Detríticas Uma rocha sedimentar detrítica típica consiste em uma fração principal formada por clastos e uma fração secundária de caráter químico, que preenche os espaços intersticiais e serve para manter unidas as partículas. A fração principal é proveniente de algum processo erosivo e é levada ao local de deposição por algum agente de transporte. Durante o transporte e a deposição certos grãos da mistura original são selecionados e outros acrescidos, dando como produto final uma mistura de partículas cujas dimensões podem variar entre grandes limites (mal selecionados) ou estarem muito restritas (bem selecionadas). Estas relações entre os tamanhos, formas e disposição entre as partículas, chamada de textura, caracteriza o ambiente de transporte e deposição, além da fonte de material.

Assim, a textura e as estruturas primárias (estratificação cruzada, marcas onduladas, gretas de contração, marcas de sola, estratificação gradativa, etc.), originadas durante a deposição dos sedimentos, além da presença de fósseis e as relações estratigráficas imprimirão nas rochas sedimentares as principais características dos ambientes de deposição. Os principais componentes das rochas detríticas são: clastos, matriz e cimento.

Clastos: fragmentos de rochas e grãos minerais; Matriz: de granulometria mais fina localizada entre os clastos; Cimento: une os grãos e matriz, sendo determinante para uma maior ou menor resistência mecânica da rocha.

Estas rochas se formam a partir dos processos que compõem o ciclo sedimentar: o intemperismo, a erosão, o transporte, a deposição e a litificação.

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ROCHA ÍGNEA OU MAGMÁTICA

ROCHA SEDIMENTAR ROCHA METAMÓRFICA

INTEMPERISMO

EROSÃO

SEDIMENTO

TRANSPORTE

DEPOSIÇÃO

PP

RR

OO

CC

EE

SS

SS

OO

SS

CCIICCLLOO SSEEDDIIMMEENNTTAARR

LITIFICAÇÃO

Aparecimento das estruturas sedimentares (acamamento)

Físico (temperatura) Químico (hidrólise)

Água Vento Gelo

Cimentação Compactação Recristalização

ROCHA SEDIMENTAR

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4.2.1 Formas de Ocorrência

As rochas sedimentares constituem apenas 5% do volume da crosta conhecida, no entanto correspondem a 75% das áreas de afloramentos. Apesar de sua espessura variar de zero até 12,8km, a média alcançaria cerca de 2,2km nas superfícies continentais. Dos muitos tipos de rochas sedimentares conhecidas, somente poucas são comuns, sendo que 99% destas rochas são constituídas por três tipos principais: argilitos/siltitos/folhelhos (42%), arenitos (40%) e calcários (18%), segundo Krynine (1948).

4.2.2 Principais Rochas Sedimentares

DETRÍTICAS - Conglomerado; - Arenito; - Siltito; - Argilito / Folhelho; - Calcário (acumulação fragmentos ou grãos carbonáticos).

Escala de Classificação Granulométrica dos Sedimentos Detríticos

ROCHA TAMANHO LIMITE DA CLASSE

(mm)

CLASSE SEDIMENTO

A B C

> 256 Bloco

256 – 64 Pedra

64 – 4 Seixo

4 – 2 Grânulo

Cascalho

Conglomerado ou Brecha

(>25% ->2mm)

Psefito

Rudito

2 – 1 Areia muito grossa

1 – 0,5 Areia grossa

0,5 – 0,25 Areia média

0,25 – 0,125 Areia Fina

0,125 – 0,06 Areia muito fina

Areia

Arenito

(>50% - 2 a 0,06mm)

Psamito

Arenito

0,06 – 0,004 Silte Silte Siltito

< 0,004 Argila Argila Argilito

Pelito Lutito

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QUÍMICAS E BIOQUÍMICAS - Calcário (química e bioquímica); - Dolomito (química inorgânica); - Evaporitos (química inorgânica); - Carvão (bioquímica)

Classificação Mineralógica e Granulométrica das Rochas Carbonáticas Sedimentares

CLASSIFICAÇÃO MINERALÓGICA

DOLOMITA (%)

CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA (IAEG, 1981)

TAMANHO DOS GRÃOS (mm)

Calcário 0 – 10 Calcirudito > 2

Calcário dolomítico 10 – 50 Calcarenito 0,06 – 2

Dolomito calcítico 50 – 90 Calcissiltito 0,002 – 0,06

Dolomito 90 - 100 Calcilutito < 0,002

4.2.3 Principais Características Geotécnicas

- Geralmente presença de estruturas originadas durante o processo de deposição (acamamento).

ARENITOS: - Influência da Cimentação:

- Quartzo (mais resistência – comportamento frágil); - Carbonatos (solubilização); - Argilominerais (menos resistentes); - Minerais evaporíticos (fluência com o tempo).

- Tendência a comportamento frágil; - Importante reservatório de água e hidrocarbonetos; - Presença de intercalações de argilito e siltito (principal/e inclinados e com

água) – dificuldade de recuperação de amostras; - Não apresenta um perfil de alteração típico; - Presença de níveis de água suspenso, quando da ocorrência de

intercalações de argilito e folhelhos.

PELITOS (SILTITOS, ARGILITOS E FOLHELHOS): - Um dos materiais mais críticos do ponto de vista geotécnico; - Susceptibilidade à desagregação (slaking) – presença de minerais

argilosos expansivos e pirita; - Baixa resistência paralela ao acamamento; - Folhelhos escuros de grande importância como rochas geradoras de

hidrocarbonetos; (32)

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- Alta deformabilidade, principalmente quando alterados; - Susceptibilidade à expansão (montmorilonita/ilita e pirita).

CARBONATOS: - Solubilidade (cavernas) em meio ácido; - Efeitos de solubilidade no passado (dolinas); - Presença de finas camadas de argila; - Cavernas preenchidas por argila não adensada; - Perfil de Intemperismo bastante característico; - Ocorrência restrita; - Utilização como material de construção (brita e pedra de mão); - Obtenção de cal, utilização como corretivo de solo e indústria de cimento; - Resistência e deformabilidade bastante variável.

EVAPORITOS (halita, karnalita, silvinita e taquidrita): - Solubilidade; - Variação de umidade causa variação volumétrica; - Resistência e deformabilidade variam em função da umidade; - Baixa permeabilidade.

CARVÃO: - Importantes depósitos de valor econômico.

4.3 . Rochas Metamórficas Definição: tanto as rochas magmáticas como as sedimentares podem ser

levadas por processos geológicos a condições diferentes daquelas nas quais se formou a rocha. Estas condições podem determinar a instabilidade dos minerais preexistentes, estáveis nas condições em que são formados. Estas rochas sofrem transformações sob a ação das novas condições de temperatura, pressão, presença de voláteis e fortes atritos.

As rochas metamórficas constituem cerca de 15% da crosta terrestre e são produtos resultantes de condições intermediárias entre aquelas das rochas ígneas e sedimentares. Processos:

- recristalização dos minerais preexistentes - formação de novos minerais - deformação mecânicas nos minerais

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- textura orientada Estima-se que, no metamorfismo, a pressão varie de 200 a 1000MPa e a temperatura atinja até 800ºC. Dependendo do ambiente geológico e da extensão geográfica onde ocorram estas transformações, o metamorfismo pode ser classificado em: local, regional ou dinâmico.

O metamorfismo local ou de contato ocorre quase que exclusivamente pela ação do aquecimento de rochas ígneas, sedimentares ou metamórficas, ao redor de intrusões ígneas ou abaixo de derrames espessos. São em geral maciças e não foliadas. (Exemplos: serpentinito e esteatito)

O metamorfismo regional está associado a grandes áreas e geralmente ligados a formação de cinturões orogênicos (formação de montanhas). São atingidas temperaturas da ordem de 700 e possivelmente 800ºC. (Exemplos: ardósias, filitos, xistos, gnaisses, migmatitos, mármores e quatzitos)

Metamorfismo dinâmico é aquele que ocorre ao longo de zonas de cisalhamento, onde predomina processos relacionados a deformação mecânica que origina uma redução na granulação e recristalização subseqüente. (Exemplo: milonito)

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4.3.1. Principais Rochas Metamórficas

ROCHA ESTRUTURA COR TIPO METAMORFISMO

MINERAIS ESSENCIAIS

Ardósia Clivagem ardosiana

Tons de cinza ou marrom

Regional Sericita, quartzo

Filito Xistosidade Tons de cinza ou marrom

Regional Sericita, quartzo

Xisto Xistosidade Tons de cinza ou marrom

Regional Micas, quartzo

Gnaisse Gnáissica Tons de cinza por vezes róseo

Regional Feldspatos, quartzo, biotita e/ou hornblenda

Migmatito Migmatítica Tons de cinza por vezes róseo

Regional Feldspatos, quartzo, biotita e/ou hornblenda

Milonito Milonítica Tons de cinza Dinâmico Variada

Hornfels Maciça Variada Contato Variada

Quartzito Maciça ou foliada

Branca, com tons róseos ou verde

Regional Quartzo e sericita

Mármore Maciça Cinza a Branca, com tons róseos ou verde

Regional Calcita e ou dolomita

Anfibolito Maciça ou foliada

Verde escura a preta

Regional Hornblenda e plagioclásio

Serpentinito Maciça Verde ou marrom

Contato Serpentina

Esteatito Maciça Cinza ou marrom Contato Talco

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4.3.2 Principais Características Geotécnicas

- Anisotropia – as características geotécnicas variam extremamente em função da direção da anisotropia (xistosidade);

- Complexidade estrutural (maior número de sondagens); - Zonas de baixa resistência ( xistosidade); - A resistência é função do ângulo da xistosidade; - Presença de Falhas e ou zonas fraturadas; - Alterabilidade; - Quanto maior o grau de metamorfismo maior a resistência da rocha e

melhores as características geotécnicas;

FILITO /XISTOS Altera-se facilmente;

Geralmente expansíveis;

Não são utilizadas como materiais de construção

GNAISSE/MIGMATITO Resistentes e adequadas a maioria dos propósitos da engenharia desde que não alterados ou possuidoras de planos de foliação em quantidades que venham a configurar descontinuidades ou planos propícios a escorregamentos;

Ótimo agregado;

Ótimo como fundação;

Presença de juntas de alívio, próximo à superfície.

QUARTZITO Muito pouco susceptível a erosão e intemperismo;

Deformabilidade adequada;

Muito duro, com altas resistências à britagem e ao corte de serras diamantadas;

Quando da presença de micas são utilizados como revestimentos (pedra mineira);

Como agregado, problemas de sílica amorfa.

SERPENTINITO Fontes de amianto

ESTEATITO Apresentam baixa dureza e resistência mecânica.

ARDÓSIA Favorece a escorregamento e outros processos;

Sua fissibilidade permite a retirada de placas para revestimento de pisos e telhados em climas frios.

MÁRMORE Características físico-mecânicas semelhantes ás dos calcários;

Muito utilizados como revestimentos de pisos e paredes.

MILONITOS Baixa qualidade físico-mecânica;

Muito sujeitas ao intemperismo

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Bibliografia

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5. MACIÇOS ROCHOSOS

O tipo de estrutura formada resulta do comportamento mecânico das rochas, nos variados estágios deformacionais aos quais o maciço esteve submetido. Diversos fatores condicionam este comportamento, podendo classificar-se em: intrínsecos ou extrínsecos. Intrínsecos: homogeneidade ou heterogeneidade e isotropia ou anisotropia. Extrínsecos: temperatura, tensão confinante, tensão diferencial e tempo de atuação dos esforços. Em geral, as estruturas dos maciços refletem duas categorias básicas de comportamento deformacional: Dúctil ou visco-plástico (dobras); Rúptil ou frágil (juntas e falhas)

5.1 Dobras

Feição estrutural de encurvamento de camadas ou bandas rochosas originada por esforços tectônicos ou diastróficos. É caracterizada por: eixo, plano axial e flanco e recebe diversas denominações de acordo com sua geometria, dobra aberta, dobra assimétrica, dobra de arrasto, dobra deitada, dobra isoclinal, etc.

5.2 Falhas

As fraturas ou os cisalhamentos das rochas, ao longo de cujos planos as paredes rochosas se deslocaram entre si, são designados falhas. A interpretação mecânica dos planos de falhas baseia-se na análise da relação esforço compressão.

De um modo geral, o falhamento pode resultar de compressão, distensão ou torção. As falhas podem atingir dimensões diversas, o deslocamento total variando de milímetros a quilômetros, sendo conhecidas falhas de dimensões continentais. As falhas representam um importante elemento na classificação dos maciços rochosos, pois representam descontinuidades que afetam o comportamento geomecânico e de permeabilidade do maciço. A) Classificação (1)

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As falhas podem ser classificadas segundo seus parâmetros geométricos e conforme sua gênese. A classificação genética mais utilizada é aquela em que considera-se o movimento relativo entre os blocos, procurando caracterizar as tensões envolvidas (compressivas, trativas ou cisalhantes), o que de um modo geral não é fácil. Falhas de Gravidade – O teto desce em relação ao muro. Relacionam-se a distensões da crosta. Falhas de Empurrão – são aquelas em que o teto subiu em relação ao muro. Tais falhas indicam encurtamento crustal, implicando esforços compressionais. Falhas de Transcorrentes – o movimento dominante é direcional. B) Critérios para a Determinação de Falhas Vários recursos são empregados na identificação de falhas, tais critérios devem ser utilizados em conjunto, pois na maioria dos casos um só não é conclusivo. Os critérios mais relevantes são os seguintes: a) Descontinuidades ou truncamento de estruturas; b) Repetição e omissão de camadas; c) Silicificação e mineralização; d) Feições estruturais típicas de planos de falhas (estrias, milonito, etc.); e) Feições geomorfológicas:

Linhas de serra deslocadas; Escarpas de falha; Desvios e anomalias de drenagem; Fontes.

5.3 Parâmetros Descritivos das Descontinuidades

Orientação Espacial;

Persistência;

Espaçamento;

Irregularidade e rugosidade das superfícies;

Abertura e preenchimento

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6. SOLOS

A abundância e a ampla ocorrência de solos fazem com que estes materiais sejam considerados um importante elemento na geologia de engenharia, tanto para uso como materiais de construção, como também para servir de suporte (fundação) para diferentes tipos de obras de engenharia.

Definição: Engenheiros, geólogos e agrônomos possuem diferentes definições para o termo solo.

Agronomia: “ë um corpo natural, de constituintes minerais e orgânicos diferenciados em horizontes de profundidade variável, que diferem do material subjacente em morfologia, propriedades físicas e constituição, propriedades químicas e composição e em características biológicas“”(JOFFE, 1949). Para os agrônomos um solo verdadeiro não pode se formar sem que haja no material, a presença e decomposição de matéria orgânica.

Geologia: “produto do intemperismo físico e químico de uma rocha, seja ela ígnea, sedimentar ou metamórfica, situado na parte superficial do manto de intemperismo.”

Geologia de Engenharia: “todo material terroso encontrado na superfície da crosta de origem inorgânica ou orgânica que é escavável por meio de picareta, pá, escavadeira, etc., ou ainda que perde sua resistência quando em contato prolongado com a água.”

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(4)

INTEMPERISMO

PROCESSOS PEDOGENÉTICOS

(adição, remoção, transformação,

remanejamentos mecânicos e transporte seletivo)

Rocha Clima Relevo Organismos Tempo

Físico Químico

FFOORRMMAAÇÇÃÃOO DDOO SSOOLLOO

ROCHA (MATERIAL DE ORIGEM)

SUBSTRATO PEDOGENÉTICO

Coluvionar Aluvionar

Tálus Eólicos

Residual (eluvionar)

DIFERENCIAÇÃO DE HORIZONTES

O A B C R

SOLO

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As propriedades de engenharia dos solos definem sua adequabilidade a um uso particular. Estas propriedades são determinadas através do uso de suas características físicas e suas relações.

Dentre estas propriedades destacam-se: Compressibilidade; Resistência ao cisalhamento.

6.1 Fatores de Formação

O solo aparece como conseqüência da ação combinada do clima, biosfera, rocha matriz, relevo e tempo. ROCHA MATRIZ

O tipo da rocha e, especialmente, sua composição mineralógica e química, além do estado original de fraturamento, exercem um papel fundamental nas características dos solos que serão formados. As propriedades supramencionadas das rochas refletem indiretamente a capacidade de circulação da água no meio, desempenhando um papel imprescindível na decomposição física e química envolvidas no processo de alteração da rocha para solo.

O conteúdo mineral da rocha determina uma série de propriedades dos solos. Dessa forma, rochas ricas em sílica (granitos, quartzitos, arenitos, etc.) dão origem a solos arenosos, enquanto rochas ricas em minerais ferromagnesianos (basalto, anfibolitos, etc.) originam solos argilosos. Condicionam também a formação de argilominerais, que transmitem ao solo importantes propriedades geotécnicas. CLIMA O clima, por seus componentes: precipitação, temperatura, vento, umidade e suas variações, constitui o fator que desempenha maior atividade no processo de formação dos solos. Quando o solo é jovem, as suas características estão bastante próximas as da rocha matriz. A medida que o processo evolui, começam a dominar principalmente os fatores climáticos. Com o passar do tempo, o solo torna-se tão intimamente ligado ao clima e à vegetação, perdendo desse modo as características inerentes à rocha matriz. RELEVO A topografia modifica o perfil do solo facilitando a absorção e retenção de água (facilita o intemperismo) e influenciando no grau de remoção de partículas do solo ( facilita a erosão).

O relevo é um fator que pode influenciar bastante a profundidade dos solos. Assim, a sua profundidade aumenta quando diminui a declividade.

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TEMPO O tempo é o espaço necessário para que a rocha decomposta passe a agir como solo. Supõe-se que quanto maior o número de horizontes e quanto mais desenvolvidos forem, mais maduro será o solo, O tempo é uma variável dependente do clima, do relevo, da atividade biológica e da natureza do material primitivo, o que vem tornar difícil o estabelecimento de um tempo médio necessário para a formação de um solo amadurecido. BIOSFERA A ação dos organismos se faz sentir no processo de formação dos solos antes e, principalmente, após a acumulação dos detritos minerais provenientes do intemperismo da rocha. A água ao se movimentar através deste material acumulado, mantém a continuidade dos processos intempéricos e ao mesmo tempo permite o desenvolvimento de uma microflora e uma microfauna.

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6.2 Perfil do Solo (Intemperismo) Denomina-se perfil do solo a seção vertical que, partindo da superfície aprofunda-se até onde chega a ação do intemperismo, mostrando, na maioria das vezes, uma série de camadas dispostas horizontalmente denominadas horizontes.

Engenharia Horizontes Pedológicos Horizonte Orgânico (O) – formado na parte superior dos

solos minerais. É dominado por matéria orgânica fresca ou parcialmente decomposta. Contém mais de 30% de matéria orgânica quando a fração mineral possuir mais de 50% de argila ou mais de 20% de matéria orgânica quando for arenosa. Camada de acumulação de restos orgânicos.

SOLO ORGÂNICO

Horizonte A – Apresenta alto teor de matéria orgânica profundamente misturada com matéria mineral, usualmente de coloração escura. Perdeu argila, ferro ou alumínio, dando como resultado concentrações de quartzo e outros minerais resistentes. É um horizonte do solo de máxima atividade biológica e que mais está sujeito às variações de temperatura e umidade.

TRANSPORTADO

OU

NÃO

SOLO

RESIDUAL MADURO (Laterítico)

Horizonte B – É caracterizado pelo acúmulo de argila, ferro ou alumínio, com algo de matéria orgânica, é denominado de horizonte de acúmulo.

SOLO

RESIDUAL JOVEM (Solo Saprolítico)

Horizonte C – É a camada inconsolidada com pouca influência de organismos e pouco afetada por processos pedogenéticos. Constitui o que se denomina de material de origem dos solos, ou substrato pedogenético. Geralmente, apresenta feições estruturais da rocha de origem.

TRANSIÇÃO

SOLO / ROCHA

(Saprolito)

Transição Solo/Rocha – É composto basicamente por blocos ou camadas de rochas em vários estágios de alteração, com dimensões variáveis, envolvidos por solo saprolítico.

NÃO

TRANSPORTADO

ROCHA SÃ

OU ALTERADA

Rocha - Camada de material consolidado, corresponde ao substrato rochoso, constituído por rocha alterada ou sã.

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6.2.1 Categorias de Classificação dos Materiais (DNER) a) 1ª Categoria Compreende o solo em geral e rochas em adiantado estágio de decomposição, seixos com diâmetro máximo de 15cm, qualquer que seja o teor de umidade, compatíveis com a utilização de “scraper” rebocado ou motorizado. Geralmente é limitado pela sondagem a trado. b) 2ª Categoria Rocha com resistência à penetração mecânica inferior ao granito, blocos de pedra de volume inferior a 1 m³, matacões e pedras de diâmetro médio superior a 15cm, cuja extração se processa com o emprego de explosivo ou uso combinado de explosivos, máquinas de terraplenagem e ferramentas manuais comuns. c) 3ª Categoria Rocha com resistência à penetração mecânica superior ou igual a do granito e blocos de rocha de volume igual ou superior a 1 m³, cuja extração ou redução, para tornar possível o carregamento, se processam com o emprego contínuo de explosivo.

6.3 Caracterização e Propriedades dos Solos

6.3.1. Relações entre as Fases do Solo

Por se tratar de um sistema descontínuo de partículas, o solo se constitui intrinsecamente de um sistema de várias fases. Assim, um elemento típico de solo é constituído de três fases: sólida (partículas minerais), gasosa e líquida (geralmente água).

VVgg

PPgg VVvv VVaa

PPaa

VV

VVss PPss

PP

Existem três importantes relações de volume: porosidade (n), índice de vazios (e) e grau de saturação (S). (8)

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n (%) = Vv / V

e = Vv / Vs

S (%) = Va / Vv

A relação entre pesos de fases a mais utilizada é a umidade.

h (%) = Pa / Ps

Utiliza-se ainda o Peso Específico Aparente (γt), que é o peso de um elemento de solo dividido pelo volume do dito elemento

γt (g/cm³) = P / V

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6.3.2. Tamanho das Partículas

A distribuição das partículas por tamanho em uma amostra de solo se expressa através de um gráfico (curva granulométrica) que relaciona a percentagem de partículas de tamanho inferior (em peso) com cada diâmetro (mm). A uniformidade do solo pode ser expressa pelo Coeficiente de Uniformidade, que é a relação entre D60 e D10 n. Um solo com coef. de uniformidade menor que 2 é considerado uniforme. De um modo geral, o comportamento de um solo granular pode relacionar-se com a distribuição granulométrica, já um solo coesivo depende mais da história geológica e de sua estrutura do que o tamanho das partículas.

6.3.3. Limites de Atterberg

Os limites de Atterberg são muito úteis para caracterizar o conjunto de partículas dos solos. Estes limites são baseados no conceito de que o solo de grão fino somente pode existir em quatro estados de consistência segundo sua umidade.

Estado Líquido Estado Plástico

Estado Semi sólido

Mistura Fluida de água e

solo

LL

LP

Solo Seco Estado Sólido

LC

Limite de Liquidez (LL) – é determinado medindo-se a umidade e o número de golpes necessários para fechar uma ranhura longitudinal de um determinado comprimento em um aparelho normatizado. A umidade correspondente a 25 golpes para fechar a fenda corresponde ao LL (NBR 6459/84). Limite Plástico (LP) – obtém-se medindo o conteúdo de umidade do solo quando começa a desmontar certos cilindros de 3mm de diâmetro moldados de amostras do solo analisado (NBR 7180/84). Limite de Contração (LC) – (NBR 7180/84)

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O Índice de Plasticidade (IP) é definido pela seguinte equação:

IP = LL – LP

Os Limites de Atterberg de um solo estão relacionados com a quantidade de água absorvida sobre a superfície das partículas. De um modo geral, devido ao aumento da superfície das partículas por unidade de peso ao diminuirmos o tamanho das partículas, pode-se esperar que a quantidade de água absorvida venha a ser muito influenciada pela quantidade de argila presente, Estes limites, além da atividade permite avaliar o argilo-mineral presente no solo.

Atividade de uma Argila = IP / % em peso menor de 2μ

6.4 Classificação dos Solos

6.4.1. Sistema Unificado de Classificação de Solos

Este Sistema foi inicialmente desenvolvido pelo U.S. Army Corps of Engineers (USAE), em cooperação com o U.S. Bureau of Reclamation (USBR) e assistido pelo Dr. A. Casagrande, sendo ainda baseado na Classificação para Aeroportos de 1948. Foi finalmente publicado em 1953, e adotado pela American Society for Testing and Materials (ASTM) como uma classificação padrão para solos.

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O SUCS auxilia o engenheiro a enquadrar os solos existentes em grupos de comportamentos similares, tornando possível um processo de amostragem mais eficiente e, por conseguinte, uma razoável economia de recursos nos ensaios adicionais de laboratório e na prospecção do terreno.

MMAAIIOORREESS DDIIVVIISSÕÕEESS

SSÍÍMMBBOOLLOO DDOO GGRRUUPPOO

NNOOMMEE DDOO GGRRUUPPOO

Cascalhos limpos GGWW Cascalho bem graduado

SSOOLLOOSS Cascalhos com menos de 5%

de finos GGP

mais de 50% P Cascalho mal

graduado GGRROOSSSSOOSS de fração grosseira

retida na Cascalhos com GGMfinos mais de

M

Cascalho siltoso

(mais de 50%

retido

peneira nº4 (1) 12% de finos

GGCC Cascalho argiloso

na peneira nº200 (2))

Areias mais de 50% da

SSW

Areias limpas com

W Areia bem graduada

fração grosseira passando na

menos de 5% de finos

SSPP Areia mal graduada

peneira nº4 Areias com finos

SSMM Areia siltosa

mais que 12% de finos

SSC

C Areia argilosa

Siltes e Argilas

MMLL Silte

Limite de Liquidez 50% ou menor

CCLSSOOLLOOSS

L Argila não plástica

FFIINNOOSS

OOLL Argila orgânica Silte orgânico

(50% ou mais

passando

Siltes e Argilas

MMHH Silte plástico

na peneira nº200)

Limite de liquidez maior que 50%

CCHH Argila plástica

OOHH Argila orgânica Silte orgânico

Solos altamente orgânicos PPTT Turfa

(1) - abertura de 4,75mm Fonte: ASTM, 1983 (adaptado da ASTM D2487-85). (2) - abertura de 0,074mm

Classificação de Solos

(12)

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BBLLOOCCOOSS Os blocos são elementos muito estáveis utilizados para terraplenagem e para estabilizar taludes (enrrocamentos). Devido ao seu tamanho e peso sua presença nos depósitos naturais do solo tendem a melhorar a estabilidade em fundações. A angularidade das partículas aumentam a estabilidade.

FFRRAAÇÇOOEESS GGRROOSSSSAASS

GG // SS O cascalho e a areia tem essencialmente as mesmas propriedades de engenharia ainda que em graus diferentes.. São fáceis de compactar e pouco afetadas pela umidade. Os cascalhos podem ser mais estáveis ao fluxo de água e mais resistentes a erosão e ao “piping” que as areias. As areis e cascalhos bem graduados são geralmente menos permeáveis e mais estáveis que aquelas mal graduadas (granulometria uniforme). A irregularidade das partículas faz aumentar ligeiramente a estabilidade. A areia fina uniforme tem características próxima ao silte, ou seja diminui sua permeabilidade e reduz a estabilidade com o aumento da umidade.

MM O silte é instável por sua própria natureza, particularmente quando aumenta a umidade, com tendência a fluir quando está saturado. É relativamente impermeável, difícil de compactar, facilmente erodível, sujeito ao “piping” e ebulição.

FFRRAAÇÇOOEESS FFIINNAASS

CC A característica marcante da argila é a coesão, que aumenta ao diminuir a umidade. A permeabilidade da argila é muito baixa, é difícil de compactar no estado úmido e impossível de drenar por métodos ordinários; compactada é resistente a erosão e ao “piping”. Está submetida a expansão e contração com as variações da umidade. As propriedades não dependem somente do tamanho e forma, mas também por sua composição mineralógica (tipo de argilo-mineral) e o meio químico (capacidade de troca de cátions). Em geral, o argilo-mineral montmorilonita tem um maior efeito sobre as propriedades, sendo este efeito mínimo no caso da ilita e caulinita. A presença de matéria orgânica inclusive em quantidades moderadas faz aumentar a compressibilidade e reduz a estabilidade das frações finas dos solos. Podem decompor-se criando vazios. Os solos orgânicos não são adequados para uso em engenharia, já que suas propriedades variam por alterações químicas.

OO MMAATTÉÉRRIIAA

OORRGGÂÂNNIICCAA

Componentes e Frações do Solo

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SSíímmbboolloo

ddoo GGrruuppoo

PPeerrmmeeaabbiilliiddaaddee qquuaannddoo

ccoommppaaccttaaddoo

RReessiissttêênncciiaa aaoo cciissaallhhaammeennttoo

nnoo eessttaaddoo ccoommppaaccttaaddoo ee

ssaattuurraaddoo

CCoommpprreessssiibbiillii--ddaaddee oo eessttaaddoo ccoommppaaccttaaddoo ee

ssaattuurraaddoo

DVVaalloorr ccoommoo

FFuunnddaaççããoo Drreennaaggeemm

TTrraabbaallhhaabbiilliiddaaddee

GGWW

Permeável

Excelente

Desprezível

Boa a

excelente

Excelente

Excelente

GGPP

Muito permeável

Boa

Desprezível

Boa a

excelente

Excelente

Boa

GGMM

Semipermeável a Impermeável

Boa

Desprezível

Boa a

excelente

Regular a

Boa

GGCC

Impermeável

Boa a regular

Muito Baixa

Boa a

excelente

Boa

SSWW

Permeável

Excelente

Desprezível

Boa a

excelente

Excelente

Excelente

SSPP

Permeável

Boa

Muito baixa

Má a boa

Excelente

Regular

SSMM

Semipermeável a Impermeável

Boa

Baixa

Má a boa

Regular a

Regular

SSCC

Impermeável

Boa a Regular

Baixa

Má a boa

Boa

MMLL

Semipermeável a Impermeável

Regular

Média

Muito má

Regular a

Regular

CCLL

Impermeável

Regular

Média

Má a boa

Boa a regular

OOLL

Semipermeável a Impermeável

Deficiente

Média

Regular

MMHH

Semipermeável a Impermeável

Regular a deficiente

Elevada

Regular a

Deficiente

CCHH

Impermeável

Deficiente

Elevada

Regular a má

Deficiente

OOHH

Impermeável

Deficiente

Elevada

Muito má

Deficiente

PPtt

-x-

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-x-

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Propriedades em Obras de Engenharia

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6.4.2. Classificação HBR (Highway Research Board)

Esta classificação, também considerada convencional, é mais aplicada em estradas. Estabelece 7 grupos, com alguns subdivididos em sub-grupos. Para o enquadramento dos solos utiliza-se a granulometria, o limite de liquidez e o índice de plasticidade.

6.4.3. Classificação MCT

As classificações convencionais acima apresentadas foram desenvolvidas para solos originados de climas temperados, apresentando certa dispersão dos resultados e problemas relativos à correlação entre as propriedades-índice (granulometria, limite de plasticidade e limite de liquidez). Assim, Nogami e Vilibor (1981) sugeriram uma metodologia que utilizasse outros ensaios: ensaio de compactação Mini-MCV e de perda de massa por imersão. A classificação utiliza coeficientes que colocados em uma carta, retira-se a classe do solo, que é dividido em dois grupos principais (laterítico e não laterítico). Mesmo assim, apresenta as seguintes limitações principais:

Só é aplicável a solos formados pela fração fina; Não é possível estimar outras propriedades geotécnicas,

além das utilizadas comumente em obras viárias (capacidade de suporte;

O ensaio Mini-MCV é trabalhoso, exigindo muito tempo para execução e cálculo das curvas de compactação.

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7. INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS

7.1 Introdução É um consenso geral de que uma estrutura de engenharia, um planejamento de ocupação do uso do solo e uma pesquisa de materiais para a construção requerem um adequado conhecimento das condições do meio físico, com destaque para as características geológico-geotécnicas da área. As investigações indicarão:

a) as técnicas mais adequadas para intervenção no terreno;

b) os volumes necessários para remoção ou escavação;

c) a necessidade de tratamento de estabilização dos maciços;

d) a determinação da extensão, profundidade e espessura de cada horizonte de solo dentro de uma determinada profundidade;

e) a profundidade da superfície da rocha e sua classificação (tipo de rocha, direção, mergulho e espaçamento de juntas e planos de acamamento, presença de falhas e estado de alteração;

f) informações sobre a ocorrência de água no subsolo (profundidade do nível d’água);

g) as propriedades de engenharia dos solos e rochas (compressibilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade);

h) o melhor local para o posicionamento das obras civis. Os principais métodos de investigação podem ser resumidos em:

• interpretação de imagens (sensoriamento remoto e fotografias aéreas);

• mapeamento geológico;

• geofísicos (geoelétricos, sísmicos e potenciais).

• mecânicos (poço/trincheira de inspeção, sondagem a varejão, sondagem a trado, sondagem a percussão, sondagem rotativa e ensaios em furos de sondagem);

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ETAPA DE PROJETO

DESCRIÇÃO DA ETAPA MÉTODOS EMPREGADOS

INVENTÁRIO

Estudos realizados no âmbito regional, com o objetivo de estabelecer alternativas para a construção de obras ou para a intervenção do meio físico.

• Levantamento bibliográfico; • Interpretação de imagens; • Sondagens a trado; • Poços de inspeção.

VIABILIDADE

Anteprojeto, verificar a possibilidade de se desenvolver uma alternativa que seja viável técnica e economicamente. Objetiva definir se os estudos podem prosseguir.

• Aumento das sondagens a trado; • Primeiras sondagens a percussão; • Ensaios “in situ”; • Eventuais sondagens rotativas; • Ensaios geofísicos; • Ensaios preliminares de laboratório

(granulometria, petrografia).

PROJETO BÁSICO

Deve fornecer os subsídios para definir o cronograma de execução, custos e contratar a execução do projeto. Devem subsidiar o projeto executivo

• Campanha intensa de sondagens a

percussão e rotativas; • Ensaios de permeabilidade e outros

mais específicos; • Técnicas especiais de investigação;• Amostras indeformadas.

PROJETO EXECUTIVO

Muitas vezes desenvolvida juntamente com a fase construtiva da obra. Importante documentar a construção do as built.

• Ensaios pontuais e sondagens

dirigidas a alvos específicos.

OPERAÇÃO

Monitoramento da obra buscando diagnosticar comportamento anômalos ou inesperados.

• Investigações específicas.

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A melhor investigação é aquela que fornece os elementos adequados no prazo que é necessário e a um custo compatível com o valor da informação.

Empiricamente, estima-se que os custos das investigações possam atingir até 5% do valor da obra.

7.2 Investigações de Superfície

Interpretação de Imagens A interpretação de imagens obtidas por sensoriamento remoto, fotos aéreas e imagens de satélite é um método barato e rápido, embora não dispense trabalhos de campo.

As fotografias aéreas são as mais utilizadas para estudos geológicos, já que geralmente seus elementos (tonalidade, textura, morfologia ou forma de relevo, características da rede de drenagem, formas do vale e vegetação) refletem características geológicas.

ELEMENTOS DA FOTOINTERPRETAÇÃO

CARACTERÍSTICA GEOLÓGICA

TONALIDADE E TEXTURA

√ Definição dos tipos de rochas e

solos.

FORMA DE RELEVO

√ Tipos de rochas; √ Atitude das camadas (estratos); √ Características estruturais (falhas e

dobras); √ Características dos processos

erosivos (perfil transversal dos vales).

DRENAGEM √ Condicionantes estruturais; √ Propriedades das formações

geológicas.

VEGETAÇÃO √ Dificultam a interpretação;

√ Auxiliam na definição de tipos de rochas e solos.

Geralmente, o emprego da interpretação de imagens para uso em engenharia requer um maior detalhamento, o que provoca uma maior necessidade de outros tipos de investigação, já que as unidades são definidas levando em conta a aptidão ou qualidade de solos e rochas para fins de uso.

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Mapeamento Cada vez mais o emprego de técnicas de cartografia geotécnica vêm sendo empregadas para subsidiar a implantação de uma obra de Engenharia Civil e nos processos de planejamento territorial, urbano e ambiental. Assim, dentre os diferentes aspectos do meio ambiente, que são registrados em mapas e cartas, um grupo considerável está relacionado ao meio físico (rochas, aos solos (materiais inconsolidados), às águas (superficiais e subsuperficiais), ao relevo, etc.).

A interpretação dos diversos atributos para uma finalidade específica (obra de engenharia ou planejamento) apresentada sob a forma cartográfica gera a carta geotécnica, que é o produto do mapeamento geológico-geotécnico. Essas informações, apesar da maioria das vezes não dispensarem investigações mais detalhadas do subsolo e materiais, propiciam uma grande otimização no programa de sondagens e ensaios de laboratório, já que procuram agrupar os diferentes materiais (solos e rochas) em unidades geotécnicas com propriedades similares para uma determinada finalidade.

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7.3 Investigações Mecânicas Os principais métodos de investigação mecânica de campo utilizados para reconhecimento geológico-geotécnico são:

• sondagem a varejão; • sondagem a trado; • poço ou trincheira de inspeção; • sondagem a percussão; • sondagem rotativa; • perfuração com rotopercussão; • galeria de investigação.

Na fase inicial do projeto é comum o emprego de métodos mais simples e de mais baixo custo (sondagem a trado, poços e trincheiras). A medida que as investigações avançam aumenta-se o número de sondagens e estas passam, gradativamente, para as mais sofisticadas (percussão e rotativa).

Poço e Trincheira de Inspeção “Poço de inspeção (PI) em solo é uma escavação vertical, de seção circular ou quadrada, com dimensões mínimas suficientes (1,10m) para permitir o acesso de um observador e retiradas de amostras”. Pode ser executado até a profundidade de 20m.

“Trincheira (TR) também é uma escavação vertical, porém de seção retangular para se obter uma exposição contínua do solo num certo trecho do terreno”.

• equipamento utilizado: pá, picareta, sarilho, corda e balde;

• possibilita o exame “in situ” do material, a coleta de amostras indeformadas e ensaios de permeabilidade em solo;

• quando é necessário analisar grandes extensões do terreno usam-se trincheiras;

• deve estar corretamente posicionada em relação ao sol;

• profundidade limitada pela presença do nível d’água

• o poço será considerado concluído nos seguintes casos:

• quando atingir a profundidade prevista;

• quando houver insegurança;

• quando ocorrer infiltração acentuada;

• quando ocorrer, no fundo do poço, material não escavável por processos manuais.

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Sondagem à Varejão • utilizada para investigação de sedimentos inconsolidados e

submersos;

• determina a espessura de aluviões e a profundidade da rocha no leito de um rio;

• forma de penetração da haste (2 metros) indica o material atravessado (areia, cascalho, argila, etc.).

Sondagem a Trado “Sondagem a trado (ST) é um método de investigação que utiliza como instrumento de avanço o trado, um tipo de amostrador de solo constituído por lâminas cortantes”. Pode atingir profundidades superiores a 15 metros.

• processo mais simples, rápido e econômico para investigações preliminares de condições geológicas superficiais;

• perfuração manual de pequeno diâmetro (3”);

• própria para solo de baixa a média resistência;

• permite a execução de ensaios “in situ” de permeabilidade em solos;

• coleta de amostra a cada metro de avanço ou quando ocorre mudança de material;

• importante anotar o motivo da paralisação da sondagem;

• geralmente é limitada pelo nível d’água, camadas de seixos ou blocos de rochas;

• muito empregada para investigação de jazidas a subleito de rodovias;

• a sondagem a trado será considerada concluída nos seguintes casos:

• quando atingir a profundidade prevista;

• quando ocorrem desmoronamento sucessivos das paredes do furo;

• quando o avanço for inferior a 5cm em 10 minutos de operação contínua de perfuração;

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Sondagem à Percussão “Sondagem a percussão (SP) é um método para investigação de solos em que a perfuração é feita através de trado ou de lavagem, sendo utilizada para a obtenção de amostras, medidas de índice de resistência à penetração (SPT) e execução de ensaios “in situ”. Pode atingir profundidades superiores a 40 metros.

• custo relativamente baixo;

• processo habitualmente empregado na caracterização da cobertura terrosa dos terrenos naturais;

• facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso;

• equipamento simples (tripé, bomba d’água, tanque de 200 litros e ferramentas de corte do solo;

• diâmetro geralmente igual a 2 ½”;

• possibilita a determinação do nível d’água;

• até o nível d’água utiliza-se o trado espiral, a partir daí é feita com o uso do trépano e circulação de água (“lavagem”);

• limitada pela ocorrência de material duro (seixos, matacões e transição solo - rocha);

• permite a coleta de amostras;

• pode-se utilizar o ensaio de lavagem por tempo;

√√ SPT (Standart Penetration Test): • a cada metro de perfuração é feito um ensaio de cravação

de um barrilete (tubo oco de 45cm de comprimento) no fundo do furo para medida da resistência do solo e coleta de amostra;

• utilizada para investigação de sedimentos inconsolidados e submersos;

• para cravar o barrilete é usado o impacto de um peso de 65kg caindo em queda livre de 75cm de altura;

• resultado do SPT corresponde à quantidade de golpes necessários para fazer penetrar, no fundo do furo, os últimos 30cm do barrilete amostrador. Na penetração é anotado o número de golpes aplicados para cada terça parte aproximada dos 45cm;

• geralmente, interrompe-se o ensaio quando a penetração seja inferior a 5cm para cada 10 golpes sucessivos ou quando o número de golpes ultrapassar 50 num mesmo ensaio.

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SSOONNDDAAGGEEMM AA PPEERRCCUUSSSSÃÃOO (Características dos Terrenos)

Tensões Admissíveis

(kg/cm²) Consistência da Argila Resistência à compressão

simples (kg/cm²) Sapata

Quadrada Sapata

Contínua

N.º de golpes SPT

<= 2 < 0,25 < 0,30 < 0,22 Muito mole

3 – 4 0,25 – 0,50 0,33 – 0,60 0,22 – 0,45 Mole

5 – 8 0,5 – 1,0 0,60 – 1,20 0,45 – 0,90 Média

9 – 15 1,0 – 2,0 1,20 – 2,40 0,90 – 1,80 Rija

16 – 30 2,0 – 4,0 2,40 – 4,80 1,80 – 3,60 Muito Rija

> 30 > 4,0 Dura > 4,80 > 3,60 Segundo Lima (1979)

Compacidade da Areia N.º de golpes SPT

Tensão Admissível (kg/cm²)

Fofa <= 4 < 1,0

Pouco compacta 5 – 10 1,0 – 2,0

Medianamente Compacta 11 – 30 2,0 – 4,0

Compacta 31 – 50 4,0 – 6,0

> 50 > 6,0 Muito compacta Segundo Lima (1979)

SSOONNDDAAGGEEMM RROOTTAATTIIVVAA

(Característica do Maciço Rochoso)

RQD Qualidade do Maciço Rochoso (%)

Muito fraco 0 – 25

Fraco 25 – 50

Regular 50 – 75

Bom 75 – 90

90 – 100 Excelente

Denominação φ do furo

(mm) φ do testemunho (mm)

EW 37,71 21,46

AW 48,00 30,10

BW 59,94 42,04

NW* 75,69 54,73

99,23 76,20 HW* * mais utilizados em engenharia

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Sondagem Rotativa “Sondagem rotativa é um método de investigação que consiste no uso de um conjunto automecanizado projetado para a obtenção de amostras de materiais rochosos, contínuas e de formato cilíndrico, através da ação perfurante dada basicamente por forças de penetração e rotação que, conjugadas, atuam com poder cortante. A amostra de rocha obtida é chamado de testemunho”.

• executada através de um barrilete dotado de uma peça cortante, feita com material de alta dureza (coroa de vídia ou diamante), que perfura o terreno com movimento de rotação;

• quando o barrilete está cheio (3 a 5 metros) é realizada uma operação para retirada da amostra de rocha (manobra);

• objetivo principal da amostra rotativa é a obtenção da amostra de rocha (testemunho) que permitirá identificar as descontinuidades do maciço rochoso, bem como a realização de ensaios “in situ” de perda d’água;

• necessário identificar todos os fatos ocorridos durante a perfuração;

√√

Recuperação = porcentagem entre o comprimento das amostras coletadas e o avanço da sondagem em cada manobra;

• trechos de baixa recuperação devem ser cuidadosamente registrados (identificar fraturas mecânicas);

Sondagem Mista (SM) – parte superior com material terroso (sondagem a percussão), iniciando a sondagem rotativa quando o material apresentar 50 golpes para 30cm;

• após a conclusão deve-se preencher o furo com calda de cimento para evitar contaminação do lençol freático;

• importante considerar a medição do nível de água no furo de sondagem;

√ RQD (Rock Quality Designation) – baseia-se numa recuperação modificada, entram no cálculo apenas os fragmentos com comprimento igual ou superior a 10cm (excluindo as fraturas de origem mecânica). Para a determinação do RQD utiliza-se barrilete duplo, com diâmetro NX ou superior.

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7.4 Investigações Geofísicas Os métodos geofísicos determinam, em profundidade, parâmetros relacionados a propriedades físicas da terra (velocidade de propagação de ondas acústicas, resistividade elétrica, densidade, campo magnético, etc.). Uma vez analisada a variação destas propriedades espacialmente é possível interpretar características geológico-geotécnicas tais como: grau de alteração e de fraturamento, tipo de rocha, topo rochoso, etc. Os principais métodos geofísicos utilizados em geologia de engenharia são:

Métodos Geoelétricos (eletroresistividade, eletromagnético (VLF - very low frequency), potencial espontâneo);

Métodos Sísmicos (reflexão, refração, ensaios entre furos (cross hole), ecobatimetria, etc.);

Métodos Potenciais (magnetometria e gravimetria). Como principais características dos processos geofísicos podemos citar:

√√

Utilizados principalmente na fase de reconhecimento da área de interesse;

Devem sempre estar acompanhados de mapeamentos geológicos e sondagens mecânicas;

Método suplementar às informações obtidas através de métodos diretos de investigação;

√ O sucesso na interpretação dos dados depende, fundamentalmente, de informações geológicas preexistentes e da experiência do profissional que irá interpretar os dados coletados.

Métodos Geoelétricos (Métodos elétricos e eletromagnéticos) Envolve a detecção, na superfície do terreno, dos efeitos produzidos pelo fluxo de corrente elétrica em subsuperfície, provocada pelo contraste entre as várias propriedades elétricas das rochas, sedimentos e minerais. Estes métodos são apropriados principalmente para:

√√

Determinação da posição e geometria do topo rochoso;

Caracterização das camadas sedimentares;

Identificação de zonas de falhas, zonas alteradas e/ou fraturadas, contatos litológicos, cavidades e diques;

Localização de corpos condutores (sulfetos maciços, grafita, águas termais, etc.) e corpos resistentes (carvão, depósitos de sais);

√ Identificação do nível de água (N.A.).

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Métodos Geoelétricos

Exemplos de métodos geoelétricos: eletroresistividade, potencial espontâneo, condutividade (VLF – Very Low Frequency).

Valores de Resistividade Elétrica de Alguns Minerais e Rochas MINERAL OU ROCHAS RESISTIVIDADE

(variação ou valor médio em ohm.m)

Bauxita 200 – 6.000

Água superficial 10 – 100

Água do mar 0,2

Grafita 10-4 – 5 x 10-3

Granito pórfiro (saturado) 4,5 x 10-3

Diabásio 20 – 5 x 107

Basalto 10 – 1,3 x 107

Xisto 20 – 104

Gnaisse (seco) 3 x 106

Quartzito 10 – 2 x 108

Argila consolidada 20 – 2 x 103

Argila inconsolidada (úmida) 20

Arenitos 1 – 6,4 x 108

Calcários 50 - 107

Fonte: Telfor et al (1990)

Métodos Sísmicos

FFoonnttee AArrttiiffiicciiaall ddee EEnneerrggiiaa

UUnniiddaaddee TTrraannssmmiissssoorraa

SSUUBBSSOOLLOO

UUnniiddaaddee RReecceeppttoorraa

IInntteerrpprreettaaççããoo ddooss RReessuullttaaddooss

FFoonnttee NNaattuurraall ddee EEnneerrggiiaa

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Estuda a distribuição em profundidade do parâmetro velocidade de propagação das ondas acústicas.

Valores de Velocidades de Propagação de Ondas Longitudinais (Ondas P)

VELOCIDADE (m/s)

PROVÁVEL TIPO DE MATERIAL

200 – 400 Solos e depósitos superficiais de sedimentos não consolidados

400 – 1.400 Argilas e areias não consolidadas

Areias saturadas, argilas compactas e rochas bastante alteradas 1.400 – 1.800

1.800 – 2.400 Sedimentos consolidados, rochas ígneas ou metamórficas altamente fraturadas e/ou alteradas, arenito e folhelhos

2.400 – 3.700 Folhelhos, arenitos, rochas ígneas e metamórficas alteradas e/ou fraturadas

3.700 – 4.500 Rochas ígneas e metamórficas fracamente alteradas e/ou fraturadas

Rochas ígneas e metamórficas sãs, não fraturadas 4.500 – 6.000

Possibilita dessa forma investigar as características do subsolo relacionadas a densidade, constantes elásticas, porosidade, composição mineralógica e química, conteúdo de água e tensão confinante. Os principais métodos sísmicos utilizados na Geologia de Engenharia são: refração, reflexão, ecobatimetria, etc.

Refração: consiste na medição do tempo de propagação das ondas acústicas que viajam através do meio subjacente e refratam ao longo das interfaces com meios de maior velocidade de propagação, retornando à superfície onde são captadas por geofones. São necessárias áreas planas (declividade < 25%) e camadas com valores crescentes de velocidade de propagação de ondas sísmicas em profundidade.

Reflexão: mede os contrastes de impedância acústica (densidade x velocidade de propagação de ondas acústicas num meio). Quanto maior for este contraste maior será a energia de retorno do sinal. A aquisição de dados é semelhante ao método de refração, onde os geofones são posicionados na superfície ao longo do perfil em estudo.

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Ecobatimetria: consiste na emissão de sinais acústicos de alta freqüência (dezenas de milhares de hertz), por meio de transdutores apontados verticalmente para a superfície do fundo. Possui como objetivo principal a determinação da espessura da coluna d’água (nível de assoreamento de barragens, rios e reservatórios).

Métodos Potenciais Magnetometria: detecta anomalias no campo magnético terrestre, conseqüência da magnetização diferenciada em subsuperfície. Possui grande aplicação na prospecção mineral, na localização de antigos dutos soterrados, e na investigação de corpos de rochas básicas intrusivas em rochas sedimentares.

Gravimetria: determina a atração gravitacional num ponto da superfície terrestre, empregando gravímetros, objetivando determinar contrastes de densidade em profundidade. Este tem sido empregado em estudos regionais, notadamente, na determinação de contatos entre o cristalino e bacias sedimentares. É utilizado também na detecção de túneis abandonados e cavernas, principalmente em regiões calcárias.

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Bibliografia e Leitura Complementar

• ERNST, W. G. Minerais e Rochas. 1 Ed. São Paulo, Blücher, 1971. 162p.

• IYOMASA, Wilson S. Manual de Sondagens. 4. Ed. São Paulo, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, 1999. 73 p.

• LAMBE, T.W & WHITMAN, R.V. Mecánica de Suelos. 5 Reimpresión. México, Limusa, 1987. 582p.

• LEET, L.Don; JUDSON, Sheldon. Fundamentos de Geología Física. 1. Ed. (2. Reimpresión). México, Limusa, 1975. 450p.

• LEINZ, Viktor; AMARAL, S.E. do. Geologia Geral.13. Ed. Rev. São Paulo, Nacional, 1998. 399 p.

• LEINZ, Viktor; AMARAL, S.E. do. Geologia Geral.13. Ed. Rev. São Paulo, Nacional, 1998. 399 p.

• LIMA, Maria José C.P.A. de. Prospecção Geotécnica do Subsolo. 1. Ed. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, 1979. 104 p.

• OLIVEIRA, A.M.S. & BRITO, S.N.A. Geologia de Engenharia. São Paulo. ABGE, 1998. 587p.

• OLIVEIRA, A.M.S. & BRITO, S.N.A. Geologia de Engenharia. São Paulo. ABGE, 1998. 587p.

• OLIVEIRA, A.M.S. & BRITO, S.N.A. Geologia de Engenharia. São Paulo. ABGE, 1998. 587p.

• PETTIJOHN, F.J. Rocas Sedimentarias. Trad. 2. Ed. Eudeba. Buenos Aires, 1963. 731p.

• SIAL, A.N. & McREATH, I. Petrologia Ígnea – Os Fundamentos e as Ferramentas de Estudo. Volume1. 1.Ed. Salvador, SBG/CNPq/Bureau, 1984.180p.

• VIEIRA, L. S. Manual da Ciência do Solo. 2 Ed. São Paulo, Ceres, 1988. 464p.

• WINKLER, H. Petrogênese das Rochas Metamórficas. Tradução da 4.Ed. São Paulo, Blücher, 1977. 254p.

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